RU2545522C2 - Electronic element and method of its manufacturing - Google Patents
Electronic element and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545522C2 RU2545522C2 RU2013140810/07A RU2013140810A RU2545522C2 RU 2545522 C2 RU2545522 C2 RU 2545522C2 RU 2013140810/07 A RU2013140810/07 A RU 2013140810/07A RU 2013140810 A RU2013140810 A RU 2013140810A RU 2545522 C2 RU2545522 C2 RU 2545522C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- nanodiamonds
- composite
- electronic components
- particles
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к элементам электроники, состоящим из слоев и содержащим наноматериалы в своей конструкции.The invention relates to the field of nanotechnology, namely, to elements of electronics, consisting of layers and containing nanomaterials in their design.
Известны элементы электроники и способы их изготовления, включающие нанесение многослойных пленок (Касаткин С.И., Васильева Н.П., Муравьев A.M. Многослойные тонкопленочные магниторезистивные элементы // Институт проблем управления РАН, 2001, 188 с.). Однако такие слои имеют постоянные свойства по всей площади каждого слоя, что не позволяет снижать размеры элементов электроники.Known elements of electronics and methods for their manufacture, including the deposition of multilayer films (Kasatkin S.I., Vasilyeva N.P., Muravyov A.M. Multilayer thin-film magnetoresistive elements // Institute for Control Problems of the Russian Academy of Sciences, 2001, 188 pp.). However, such layers have constant properties over the entire area of each layer, which does not allow to reduce the size of the electronics.
Наиболее близким техническим решением являются элемент электроники, включающий слои материалов с проводящими и непроводящими участками, и способ его изготовления, состоящий из послойного нанесения требуемых материалов, по патенту РФ 2329622 (C1) «Способ изготовления многослойной тонкопленочной структуры» (Заявка: 2007100654/09, 09.01.2007), однако в этом решении применяются слои с постоянными свойствами по всей своей площади, что не позволяет снизить размеры элементов.The closest technical solution is the electronics element, which includes layers of materials with conductive and non-conductive sections, and a method for its manufacture, consisting of layer-by-layer deposition of the required materials, according to RF patent 2329622 (C1) "Method for manufacturing a multilayer thin-film structure" (Application: 2007100654/09, 01/09/2007), however, this solution uses layers with constant properties over its entire area, which does not allow to reduce the size of the elements.
Задачей изобретения является снижение размеров элементов электроники.The objective of the invention is to reduce the size of electronics.
Поставленная задача достигается тем, что в элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, как минимум один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении.The task is achieved in that in an electronics element comprising layers of materials with conductive and non-conductive sections, at least one layer is made of a metal matrix composite containing 25-75% (volume) reinforcing particles consisting of nanodiamonds with high electrical resistance and onion-like carbon nanoparticles with low electrical resistance, arranged in order to ensure the flow of electric current in the desired direction.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники матрица металломатричного композита выполнена из металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал (или их сплавов).The task can also be achieved by the fact that in the electronics element the matrix of the metal matrix composite is made of a metal selected from the series: copper, aluminum, gold, platinum, nickel, silver, zinc, tin, lead, tantalum (or their alloys).
Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники металломатричный композит дополнительно содержит 1-25% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц не превышает 77% (объемных).The task can also be achieved by the fact that in the electronics element the metal-matrix composite additionally contains 1-25% (volume) boron-hydrogen compounds in such a way that the total content of strengthening particles does not exceed 77% (volume).
Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте.The task can also be achieved by the fact that in the electronics element at least one layer is made with a variable content of reinforcing particles in height.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, как минимум один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы.The task can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing electronic components, consisting of layer-by-layer deposition of the required materials, at least one layer is made of a metal matrix composite obtained by mechanical alloying of the initial particles of the matrix material and 25-75% (volume) nanodiamond particles, first, granules of the composite material are obtained, then the composite material is applied to the previously prepared technological surface, alignment is carried out This process is followed by local heating of those areas that should be conductive to temperatures exceeding 1000 ° C, thereby transforming nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавляют бороводородные соединения.The problem can also be achieved by the fact that boron-hydrogen compounds are added to the composition of the composite in the method of manufacturing electronic components when producing granules of a composite material by mechanical alloying.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники бороводородные соединения добавляют в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий 0,05-0,9 времени всего периода обработки методом механического легирования.The problem can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing electronic components, boron-hydrogen compounds are added in the final stage of mechanical alloying for a time period of 0.05-0.9 times the entire processing period by mechanical alloying.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники участки, которые должны быть проводимыми, предварительно локально нагревают до температуры 300-800°C.The task can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing electronic components, the areas that must be conductive are preliminarily locally heated to a temperature of 300-800 ° C.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники после предварительного нагрева элемент выдерживают в вакууме.The task can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing electronic components after pre-heating the element is kept in vacuum.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники локальный нагрев осуществляют в вакууме.The task can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing electronic components, local heating is carried out in vacuum.
Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники при локальном нагреве элемента электроники его охлаждают.The task can also be achieved by the fact that in the method of manufacturing the electronics elements with local heating of the electronics element it is cooled.
В элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, согласно изобретению, как минимум, один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении.In an electronics element comprising layers of materials with conductive and non-conductive portions according to the invention, at least one layer is made of a metal matrix composite containing 25-75% (volumetric) reinforcing particles consisting of nanodiamonds with high electrical resistance and onion-like carbon nanoparticles with low electrical resistance, arranged in order to ensure the flow of electric current in the desired direction.
Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, матрица металломатричного композита выполнена их металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал.It is possible that in the electronics element according to the invention, the matrix of the metal matrix composite is made of metal selected from the series: copper, aluminum, gold, platinum, nickel, silver, zinc, tin, lead, tantalum.
Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, металломатричный композит дополнительно содержит 10-15% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц составляет 50-60% (объемных).It is possible that in the electronics element according to the invention, the metal matrix composite additionally contains 10-15% (volume) boron-hydrogen compounds in such a way that the total content of reinforcing particles is 50-60% (volume).
Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте.It is possible that in the electronics element according to the invention, at least one layer is made with a variable content of reinforcing particles in height.
В способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, согласно изобретению, как минимум один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы.In a method of manufacturing electronic components, consisting of layer-by-layer deposition of the required materials, according to the invention, at least one layer is made of a metal matrix composite obtained by mechanical alloying of the initial particles of the matrix material and 25-75% (volume) nanodiamond particles, with the granules of composite being obtained first material, then composite material is applied to a previously prepared technological surface, surface leveling is carried out, then lock flax heating those portions which need to be conductive to temperatures exceeding 1,000 ° C, thereby transforming nanodiamonds in lukovichnoobraznye carbon nanoparticles.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавляют бороводородные соединения.It is possible that in the method of manufacturing electronic components according to the invention, when producing granules of a composite material by mechanical alloying, borohydride compounds are added to the composition of the composite.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, бороводородные соединения добавляют в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий 0,05-0,9 времени всего периода обработки методом механического легирования.It is possible that in the method of manufacturing electronic components according to the invention, boron-hydrogen compounds are added in the final stage of mechanical alloying for a time period of 0.05-0.9 times the entire period of processing by mechanical alloying.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, участки, которые должны быть проводимыми, предварительно локально нагревают до температуры 300-800°C.It is possible that in the method of manufacturing the electronics according to the invention, the areas to be conducted are locally preheated to a temperature of 300-800 ° C.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, после предварительного нагрева элемент выдерживают в вакууме.It is possible that in the method of manufacturing the electronic components according to the invention, after pre-heating the element is kept in vacuum.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, локальный нагрев осуществляют в вакууме.It is possible that in the method of manufacturing the electronics according to the invention, local heating is carried out in vacuum.
Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, при локальном нагреве элемента электроники его охлаждают.It is possible that in the method of manufacturing the electronics according to the invention, it is cooled by local heating of the electronics.
В элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, согласно изобретению, как минимум один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении. Изобретение использует тот факт, что наноалмазы являются непроводящим материалом (удельное электрическое сопротивление очень высоко, более 1012 Ом·м), а получаемые из наноалмазов луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) являются проводящим материалом (удельное электрическое сопротивление порядка 8,0·10-6 Ом·м). Композиционные материалы с высоким содержанием наноалмазов также обладают высоким сопротивлением, а композиты с луковичнообразными углеродными частицами обладают сравнительно низким сопротивлением. Трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) начинается при нагреве выше 1000°C в безокислительных условиях. Размер наноалмазной частицы равен 5-6 нм. Существуют фракции от 2 нм и до 30 нм, но они незначительны. Луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) имеют приблизительно такой же размер. Расположив луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) в направлении, в котором требуется осуществить передачу электрического тока (электрического сигнала), получают проводник электрического тока очень малых размеров. Для снижения размеров выполняют такой материал в виде слоев, минимум одного. Слои между собой должны быть изолированы, кроме тех участков, на которых требуется передача электрического тока из одного слоя в другой.In an electronics element comprising layers of materials with conductive and non-conductive portions, according to the invention, at least one layer is made of a metal matrix composite containing 25-75% (volume) reinforcing particles consisting of nanodiamonds with high electrical resistance and onion-like carbon nanoparticles with low electrical resistance, arranged in order to ensure the flow of electric current in the desired direction. The invention uses the fact that nanodiamonds are non-conductive material (electrical resistivity is very high, more than 10 12 Ohm · m), and onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) obtained from nanodiamonds are conductive material (electrical resistivity of the order of 8.0 · 10 - 6 ohm m). Composite materials with a high content of nanodiamonds also have high resistance, and composites with onion-like carbon particles have a relatively low resistance. The transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) begins when heated above 1000 ° C under non-oxidizing conditions. The size of the nanodiamond particle is 5-6 nm. Fractions from 2 nm to 30 nm exist, but they are insignificant. Onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) are approximately the same size. By arranging the onion-shaped carbon nanoparticles (graphite-like material) in the direction in which it is necessary to transmit an electric current (electric signal), a very small electric current conductor is obtained. To reduce the size, such material is made in the form of layers of at least one. The layers between each other should be isolated, except for those areas where the transfer of electric current from one layer to another is required.
В элементе электроники матрица металломатричного композита выполнена их металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал (или их сплавов). Для матрицы следует выбирать металл, который не взаимодействует с углеродными материалами или для этого взаимодействия требуются специальные условия. Алюминий образует карбиды, но в обычных условиях такого взаимодействия не наблюдается, поэтому алюминий возможно применять для данной цели. Металлы с низкой температурой плавления применяют, в основном, в виде сплавов.In the electronics element, the matrix of the metal matrix composite is made of their metal selected from the series: copper, aluminum, gold, platinum, nickel, silver, zinc, tin, lead, tantalum (or their alloys). For the matrix, one should choose a metal that does not interact with carbon materials or special conditions are required for this interaction. Aluminum forms carbides, but under normal conditions this interaction is not observed, therefore, aluminum can be used for this purpose. Metals with a low melting point are used mainly in the form of alloys.
В элементе электроники возможно, что металломатричный композит дополнительно содержит 10-15% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц составляет 50-60% (объемных). Установлено, что бороводородные соединения (например, [(CH3)2NH2]2B10H10, [(CH3)4N]2B10H10, [(C4H9)4N]2B10H10, [(C6H5)4P]3B10H10, [(C2H5)3NH]2B10H10, Cs2B12H12, [(C2H5)3NH]2B12H12, [(C4H9)3NH]2B12H12, [(C4H9)4N]2B12H12, [(С6Н5)4Р]2В12Н12, ((C2H5)3NH)[CuB10H10]) после механического легирования равномерно и чрезвычайно малыми частицами и тонкими пленками равномерно распределяется в металлической матрице. При этом электрическое сопротивление композита значительно возрастает, а теплопроводность резко снижается. Разлагаются данные материалы при температурах 300-700°C, то есть при температурах ниже трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. То есть при локальном нагреве для трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы будет происходить разложение бороводородных соединений, что приведет к снижению электрического сопротивления матрицы композита. Этот эффект становится заметным при содержании бороводородных соединений минимум 10% (объемный). Увеличение содержания бороводородных соединений более 15% приведет к снижению прочности и значительному увеличению электрического сопротивления, которое даже при локальном нагреве (отжиге) значительно не снизится. При увеличении суммарной объемной доли упрочняющих частиц (наноалмазы + бороводородные соединения) более 60% (объемных) сцепление композиционных гранул между собой становится чрезвычайно слабым, что приводит к резкому снижению прочности материала.In the electronics element, it is possible that the metal-matrix composite additionally contains 10-15% (volume) boron-hydrogen compounds in such a way that the total content of strengthening particles is 50-60% (volume). It was found that boron compounds (for example, [(CH 3 ) 2 NH 2 ] 2 B 10 H 10 , [(CH 3 ) 4 N] 2 B 10 H 10 , [(C 4 H 9 ) 4 N] 2 B 10 H 10 , [(C 6 H 5 ) 4 P] 3 B 10 H 10 , [(C 2 H 5 ) 3 NH] 2 B 10 H 10 , Cs 2 B 12 H 12 , [(C 2 H 5 ) 3 NH] 2 B 12 H 12 , [(C 4 H 9 ) 3 NH] 2 B 12 H 12 , [(C 4 H 9 ) 4 N] 2 B 12 H 12 , [(C 6 H 5 ) 4 P] 2 B 12 H 12 , ((C 2 H 5 ) 3 NH) [CuB 10 H 10 ]) after mechanical alloying, it is evenly distributed in the metal matrix evenly and with extremely small particles and thin films. In this case, the electrical resistance of the composite increases significantly, and the thermal conductivity decreases sharply. These materials decompose at temperatures of 300-700 ° C, that is, at temperatures below the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles. That is, upon local heating, for the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles, decomposition of boron-hydrogen compounds will occur, which will lead to a decrease in the electrical resistance of the composite matrix. This effect becomes noticeable with a boron content of at least 10% (volumetric). An increase in the content of boron-hydrogen compounds more than 15% will lead to a decrease in strength and a significant increase in electrical resistance, which even with local heating (annealing) will not decrease significantly. With an increase in the total volume fraction of strengthening particles (nanodiamonds + boron compounds) more than 60% (volume), the adhesion of the composite granules to each other becomes extremely weak, which leads to a sharp decrease in the strength of the material.
В элементе электроники возможно, что как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте. Увеличение содержания наноалмазов в композите повышает эффективность работы элемента, то есть разница между значениями электрического сопротивления участков композита с наноалмазами и с луковичнообразными углеродными наночастицами возрастает. Но увеличение содержания наноалмазов более 60% приводит к снижению прочностных показателей материала (хотя прочностные показатели могут оставаться на удовлетворительном уровне до 75%). Именно поэтому предложено как минимум один слой выполнять с переменным содержанием упрочняющих частиц: в глубине слоя содержание наночастиц требуется малое для обеспечения прочности (например, менее 25%), а на поверхности слоя содержание наночастиц требуется большое (например, более 60%, однако, суммарная объемная доля наноалмазов в слое будет находиться в пределах 25-75%). Сцепление поверхностных слоев композита с внутренними слоями обеспечит прочность всего элемента (сцепление гранул с высоким содержанием наноалмазов между собой затруднено, а сцепление гранул с низким содержанием и гранул с высоким содержанием поверхности слоя позволит изготовить участки проводящего и непроводящего материала с большой разностью в величинах электрического сопротивления.In the electronics element, it is possible that at least one layer is made with a variable content of reinforcing particles in height. An increase in the content of nanodiamonds in the composite increases the efficiency of the element, that is, the difference between the values of the electrical resistance of the sections of the composite with nanodiamonds and onion-like carbon nanoparticles increases. But an increase in the content of nanodiamonds more than 60% leads to a decrease in the strength characteristics of the material (although the strength indices can remain at a satisfactory level of up to 75%). That is why it is proposed that at least one layer be made with a variable content of hardening particles: in the depth of the layer, the content of nanoparticles is required to be small (for example, less than 25%), and on the surface of the layer the content of nanoparticles is required to be large (for example, more than 60%, however, the total the volume fraction of nanodiamonds in the layer will be in the range of 25-75%). The adhesion of the surface layers of the composite with the inner layers will ensure the strength of the entire element (the adhesion of granules with a high content of nanodiamonds to each other is difficult, and the adhesion of granules with a low content and granules with a high content of the surface of the layer will make it possible to produce sections of a conductive and non-conductive material with a large difference in the values of electrical resistance.
В способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, согласно изобретению, как минимум, один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы. Как уже указывалось, изобретение использует тот факт, что наноалмазы являются непроводящим материалом (удельное электрическое сопротивление очень высоко, более 1012 Ом·м), а получаемые из наноалмазов луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) являются проводящим материалом (удельное электрическое сопротивление порядка 8,0·10-6 Ом·м). Композиционные материалы с высоким содержанием наноалмазов также обладают высоким сопротивлением, а комплозиты с луковичнообразными углеродными частицами обладают сравнительно низким сопротивлением. Трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) начинается при нагреве выше 1000°C в безокислительных условиях. Размер наноалмазной частицы равен 5-6 нм. Существуют фракции от 2 нм и до 30 нм, но они незначительны. Луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) имеют приблизительно такой же размер. Расположив луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) в направлении, в котором требуется осуществить передачу электрического тока (электрического сигнала), получают проводник электрического тока очень малых размеров. Для снижения размеров выполняют такой материал в виде слоев, минимум одного. Слои между собой должны быть изолированы, кроме тех участков, на которых требуется передача электрического тока из одного слоя в другой. Наноалмазы в исходном состоянии находятся в агломерированном состоянии, агломераты могут достигать миллиметра в своих размерах. Для раздробления агломератов применяется механическое легирование совместно с частицами металлической матрицы. Механическое легирование позволяет раздробить агломераты вплоть до единичных наноалмазных частиц, а расположение наноалмазных частиц в металлической матрице препятствует их повторной агломерации и обеспечивает прочность материала. В результате механического легирования получают композиционные гранулы. Чем больше содержания наноалмазов, тем меньше размер гранул. При содержании порядка 50% наноалмазов, размер гранул не превышает 1 мкм. Нанесение гранул на требуемую поверхность для создания слоя можно различными способами, например, газодинамическим напылением или магнитно-импульсным прессованием. Возможно предварительно скомпактировать гранулы в объемный материал и наносить слои, уже применяя объемный композиционный материал (например, фрикционным плакированием). Содержание наноалмазов в приповерхностных слоях должно находиться в пределах от 25 до 75% (объемных). При меньших значениях очень трудно обеспечить высокое электрическое сопротивление композита. А при содержании более 75% прочность композита становится недостаточной для обеспечения стабильной работы элемента. После нанесения слоя композиционного материала осуществляют выравнивание поверхности, которое можно осуществлять любым способом: прессованием, обкаткой роликом и др. Эту операцию необходимо осуществить для того, чтобы следующий наносимый слой мог быть нанесен без дефектов. После выравнивания поверхности слоя осуществляют основную операцию: формирование проводящих участков в требуемом направлении. Для этого требуемые участки нагревают до температур выше 1000°C, лучше выше 1400°C, так как при этих температурах происходит трансформирование наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. Материал превращается из непроводящего в проводящий. Таким образом, в одном слое формируются участки проводящего материала в требуемом направлении. Такой нагрев можно осуществлять, например, ионным или электронным пучком. Диаметр пучка может быть очень малым (исчисляться в нанометрах), размер нагреваемой зоны может быть равен десяткам нанометров. То есть предлагаемый способ позволяет получать участки проводящего материала шириной в десятки нанометров, что значительно снижает размеры элемента электроники. После проведения этой операции возможно нанесение слоя изоляции, а затем нанесение нового слоя композиционного материала (возможно нанесения слоя композиционного материала без слоя изоляции). В известных технических решениях для получения такого расположения проводящих и непроводящих участков наносят, как минимум, на один слой больше (три слоя вместо двух), то есть предлагаемое техническое решение позволяет снизить размер элемента электроники на 33% по сравнению с существующими способами.In a method of manufacturing electronic components, consisting of layer-by-layer deposition of the required materials, according to the invention, at least one layer is made of a metal matrix composite obtained by mechanical alloying of the initial particles of the matrix material and 25-75% (bulk) nanodiamond particles, in which case granules are first obtained composite material, then composite material is applied to a previously prepared technological surface, the surface is leveled, then lock heating the areas that should be conductive to temperatures exceeding 1000 ° C, thereby transforming nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles. As already mentioned, the invention uses the fact that nanodiamonds are non-conductive material (electrical resistivity is very high, more than 10 12 Ohm · m), and onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) obtained from nanodiamonds are conductive material (electrical resistivity of the order of 8, 0 · 10 -6 Ohm · m). Composite materials with a high content of nanodiamonds also have high resistance, and composites with onion-like carbon particles have a relatively low resistance. The transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) begins when heated above 1000 ° C under non-oxidizing conditions. The size of the nanodiamond particle is 5-6 nm. Fractions from 2 nm to 30 nm exist, but they are insignificant. Onion-like carbon nanoparticles (graphite-like material) are approximately the same size. By arranging the onion-shaped carbon nanoparticles (graphite-like material) in the direction in which it is necessary to transmit an electric current (electric signal), a very small electric current conductor is obtained. To reduce the size, such material is made in the form of layers of at least one. The layers between each other should be isolated, except for those areas where the transfer of electric current from one layer to another is required. Nanodiamonds in the initial state are in an agglomerated state, agglomerates can reach a millimeter in size. For crushing agglomerates, mechanical alloying is used together with particles of a metal matrix. Mechanical alloying makes it possible to crush agglomerates up to single nanodiamond particles, and the arrangement of nanodiamond particles in a metal matrix prevents their repeated agglomeration and ensures the strength of the material. As a result of mechanical alloying, composite granules are obtained. The higher the content of nanodiamonds, the smaller the size of the granules. When containing about 50% of nanodiamonds, the granule size does not exceed 1 μm. The application of granules to the desired surface to create a layer can be done in various ways, for example, by gas-dynamic spraying or magnetic pulse pressing. It is possible to precompact the granules into bulk material and apply the layers, already applying bulk composite material (e.g., friction cladding). The content of nanodiamonds in the surface layers should be in the range from 25 to 75% (volume). At lower values, it is very difficult to provide a high electrical resistance of the composite. And with a content of more than 75%, the strength of the composite becomes insufficient to ensure stable operation of the element. After applying a layer of composite material, the surface is leveled, which can be done in any way: by pressing, rolling in a roller, etc. This operation must be carried out so that the next applied layer can be applied without defects. After leveling the surface of the layer, the main operation is carried out: the formation of conductive sections in the desired direction. To do this, the required areas are heated to temperatures above 1000 ° C, preferably above 1400 ° C, since at these temperatures the nanodiamonds are transformed into onion-like carbon nanoparticles. The material is transformed from non-conductive to conductive. Thus, in one layer, sections of the conductive material are formed in the desired direction. Such heating can be carried out, for example, by ion or electron beam. The beam diameter can be very small (measured in nanometers), the size of the heated zone can be equal to tens of nanometers. That is, the proposed method allows to obtain sections of conductive material with a width of tens of nanometers, which significantly reduces the size of the electronics element. After this operation, it is possible to apply an insulation layer, and then apply a new layer of composite material (it is possible to apply a layer of composite material without an insulation layer). In known technical solutions for obtaining such an arrangement of conductive and non-conductive sections, at least one layer more is applied (three layers instead of two), that is, the proposed technical solution allows to reduce the size of the electronics element by 33% compared to existing methods.
В способе изготовления элементов электроники возможно при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавлять бороводородные соединения. Установлено, что бороводородные соединения (например, [(CH3)2NH2]2B10H10, [(CH3)4N]2B10H10, [(C4H9)4N]2B10H10, [(C6H5)4P]2B10H10, [(C2H5)3NH]2B10H10, Cs2B12H12, [(C2H5)3NH]2B12H12, [(C4H9)3NH]2B12H12, [(C4H9)4N]2B12H12, [(C6H5)4P]2B12H12, ((C2H5)3NH)[CuB10H10]) после механического легирования равномерно и чрезвычайно малыми частицами и тонкими пленками равномерно распределяется в металлической матрице. При этом электрическое сопротивление композита значительно возрастает, а теплопроводность резко снижается. Разлагаются данные материалы при температурах 300-700°C, то есть при температурах ниже трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. То есть при локальном нагреве для трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы будет происходить разложение бороводородных соединений, что приведет к снижению электрического сопротивления матрицы композита.In the method of manufacturing electronic components, it is possible to add boron-hydrogen compounds to the composition of the composite when producing granules of a composite material by mechanical alloying. It was found that boron compounds (for example, [(CH 3 ) 2 NH 2 ] 2 B 10 H 10 , [(CH 3 ) 4 N] 2 B 10 H 10 , [(C 4 H 9 ) 4 N] 2 B 10 H 10 , [(C 6 H 5 ) 4 P] 2 B 10 H 10 , [(C 2 H 5 ) 3 NH] 2 B 10 H 10 , Cs 2 B 12 H 12 , [(C 2 H 5 ) 3 NH] 2 B 12 H 12 , [(C4H9) 3 NH] 2 B 12 H 12 , [(C 4 H 9 ) 4 N] 2 B 12 H 12 , [(C 6 H 5 ) 4 P] 2 B 12 H 12 , ((C 2 H 5 ) 3 NH) [CuB 10 H 10 ]) after mechanical alloying is uniformly and extremely small particles and thin films evenly distributed in the metal matrix. In this case, the electrical resistance of the composite increases significantly, and the thermal conductivity decreases sharply. These materials decompose at temperatures of 300-700 ° C, that is, at temperatures below the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles. That is, upon local heating, for the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles, decomposition of boron-hydrogen compounds will occur, which will lead to a decrease in the electrical resistance of the composite matrix.
В способе изготовления элементов электроники возможно бороводородные соединения добавлять в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий (0,05-0,9) времени всего периода обработки методом механического легирования. Данную технологическую операцию предлагается проводить для того, чтобы вначале провести полное раздробление агломератов наноалмазов и равномерно распределить их в металлической матрице, обеспечив хороший контакт между наноалмазной частицей и металлической матрицей. Это положительно повлияет на снижение электрического сопротивления после трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. При времени обработки с бороводородными соединениями менее 0,05 времени всего периода механического легирования не будет достигнуто равномерное распределение бороводородных соединений в матрице, что не приведет к положительному результату. Увеличение времени обработки с бороводородными соединениями более 0,9 всего времени механического легирования устранит эффект от проведения такой операции, то есть результат будет такой же, как и при одновременном механическом легировании всех компонентов.In the method of manufacturing electronic components, it is possible to add boron and hydrogen compounds in the final stage of mechanical alloying for a period of time (0.05-0.9) of the entire processing period by mechanical alloying. This technological operation is proposed to be carried out in order to initially complete the complete fragmentation of the agglomerates of nanodiamonds and evenly distribute them in the metal matrix, providing good contact between the nanodiamond particle and the metal matrix. This will positively affect the decrease in electrical resistance after the transformation of nanodiamonds into onion-shaped carbon nanoparticles. If the treatment time with boron-hydrogen compounds is less than 0.05 of the entire period of mechanical alloying, a uniform distribution of boron-hydrogen compounds in the matrix will not be achieved, which will not lead to a positive result. Increasing the processing time with boron-hydrogen compounds over 0.9 of the entire time of mechanical alloying will eliminate the effect of such an operation, i.e. the result will be the same as with the simultaneous mechanical alloying of all components.
В способе изготовления элементов электроники участки, которые должны быть проводимыми, возможно предварительно локально нагревать до температуры 300-800°C. Эту операцию проводят для того, чтобы осуществить разложение бороводородных соединений предварительно, до проведения трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. Это позволит удалить продукты распада бороводородных соединений, что снизит электрическое сопротивление требуемых участков. Для разложения бороводородных соединений применяют температуру не ниже 300°C (температура начала разложения) и не выше температуры 800°C (гарантировано ниже температуры начала трансформации наноалмазов).In the method of manufacturing electronic components, the areas to be conducted may be preliminarily locally heated to a temperature of 300-800 ° C. This operation is carried out in order to carry out the decomposition of boron-hydrogen compounds in advance, before the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles. This will remove the decay products of boron-hydrogen compounds, which will reduce the electrical resistance of the required areas. For the decomposition of boron-hydrogen compounds, a temperature of not lower than 300 ° C (the temperature of the beginning of decomposition) and not higher than the temperature of 800 ° C (guaranteed below the temperature of the beginning of the transformation of nanodiamonds) is used.
В способе изготовления элементов электроники возможно после предварительного нагрева элемент выдерживать в вакууме. Данную операцию предлагается осуществлять для полного удаления продуктов распада бороводородных соединений из металлической матрицы, что снизит электрическое сопротивление металлической матрицы.In a method for manufacturing electronic components, it is possible to keep the element in vacuum after pre-heating. It is proposed to carry out this operation to completely remove the decomposition products of boron-hydrogen compounds from the metal matrix, which will reduce the electrical resistance of the metal matrix.
В способе изготовления элементов электроники возможно локальный нагрев осуществлять в вакууме. Данная операция позволит снизить загрязнение локальных нагреваемых участков от загрязнения, снизит теплоотвод от нагреваемых участков, удалит остатки продуктов распада бороводородных соединений.In the method of manufacturing electronic components, it is possible to carry out local heating in a vacuum. This operation will reduce the pollution of local heated areas from contamination, reduce heat dissipation from the heated areas, remove residual decomposition products of boron-hydrogen compounds.
В способе изготовления элементов электроники при локальном нагреве элемента электроники возможно его охлаждать. Данная операция позволит еще более локализовать объем нагреваемого участка композиционного материала, что позволит снизить размеры элемента электроники, так как снизит размеры проводящих участков. Кроме этого, в случае применения в качестве материала матрицы металлов со сравнительно низкими значениями температуры плавления в процессе локального нагрева будет происходить локальное расплавление материала матрицы. Принудительное охлаждение позволит быстрее осуществить кристаллизацию данных участков. Охлаждение можно осуществлять различными способами. Наиболее эффективным способом в условиях вакуума является контакт с изделием из металла с высокой теплопроводностью, которое находится в контакте с хлодоагентом. Хладоагентом может выступать вода, но наиболее эффективным хладоагентом является жидкий азот.In a method for manufacturing electronics elements with local heating of an electronics element, it is possible to cool it. This operation will allow even more localization of the volume of the heated section of the composite material, which will reduce the size of the electronics element, as it will reduce the size of the conductive sections. In addition, if metals with comparatively low melting points are used as the matrix material, local melting of the matrix material will occur during local heating. Forced cooling will allow faster crystallization of these areas. Cooling can be carried out in various ways. The most effective way in a vacuum is to contact a metal product with high thermal conductivity, which is in contact with a refrigerant. Water can act as a refrigerant, but liquid nitrogen is the most effective refrigerant.
Пример 1Example 1
Был изготовлен элемент электроники, представляющий собой пластинку (один слой) из композиционного материала «тантал + 50% (объемных) наноалмазов» размером 1 мм × 1 мм × 10 мкм, в приповерхностных слоях которой (с выходом на поверхность) были расположены луковичнообразные углеродные наночастицы, полученные из наноалмазов нагревом электронным пучком. Луковичнообразные углеродные наночастицы располагались таким образом, что образовывали 8 полосок проводящего материала шириной 500 нм и глубиной 250 нм от краев элемента к центральной части.An electronics element was made, which was a plate (one layer) of composite material “tantalum + 50% (volumetric) nanodiamonds” measuring 1 mm × 1 mm × 10 μm, in the surface layers of which (with exit to the surface) onion-like carbon nanoparticles were located obtained from nanodiamonds by electron beam heating. Onion-like carbon nanoparticles were arranged in such a way that they formed 8 strips of conductive material 500 nm wide and 250 nm deep from the edges of the element to the central part.
Пример 2Example 2
Был изготовлен элемент электроники из трех слоев композиционного материала «никель + 40% (объемных) наноалмазов + 15% (объемных) бороводородных соединений [(C2H5)3NH]2B12H12». Слои композиционного материала были изготовлены поочередно. Между ними дополнительные слои не наносились. Размеры элемента электроники: 1,5 мм × 1,5 мм × 50 мкм. Толщина каждого слоя находилась в пределах 15-20 мкм. На верхней и нижней поверхностях элемента было изготовлено по 8 полосок из проводящего материала, содержащего луковичнообразные углеродные наночастицы, от краев элемента к середине. На среднем слое было изготовлено четыре параллельные полоски через весь слой от края до края. Ширина проводящих полосок равнялась 500 нм, глубина - 250 нм.An electronics element was made of three layers of the composite material “nickel + 40% (volumetric) nanodiamonds + 15% (volumetric) boron-hydrogen compounds [(C 2 H 5 ) 3 NH] 2 B 12 H 12 ”. Layers of composite material were made alternately. No additional layers were applied between them. Dimensions of the electronics element: 1.5 mm × 1.5 mm × 50 μm. The thickness of each layer was in the range of 15-20 microns. On the upper and lower surfaces of the element, 8 strips of a conductive material containing onion-like carbon nanoparticles were made from the edges of the element to the middle. Four parallel strips were made on the middle layer through the entire layer from edge to edge. The width of the conducting strips was 500 nm, and the depth was 250 nm.
Пример 3Example 3
Был изготовлен элемент электроники из трех слоев композиционного материала «никель + наноалмазы». Размеры элемента электроники: 1,5 мм × 1,5 мм × 90 мкм. Толщина каждого слоя составляла 20-35 мкм. В среднем слое содержание наноалмазов составляло 40% (объемных). Поверхностные слои имели переменное содержание наноалмазов от 55% (объемных) на поверхности и 25% (объемных) в более глубоких слоях. Слои наносились поочередно. На первом слое на поверхности, на которую впоследствии нанесут второй слой, было изготовлено две полоски из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице от края до края. Затем нанести второй слой и на его поверхности также нанесли две полоски из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице, но в перпендикулярном направлении, также от края до края. Затем нанесли третий слой. На свободных поверхностях крайних слоев нанесены по восемь полосок от краев к центру из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице.An electronics element was made of three layers of the composite material “nickel + nanodiamonds”. Dimensions of the electronics element: 1.5 mm × 1.5 mm × 90 μm. The thickness of each layer was 20-35 μm. In the middle layer, the content of nanodiamonds was 40% (volumetric). The surface layers had a variable content of nanodiamonds from 55% (volume) on the surface and 25% (volume) in the deeper layers. The layers were applied alternately. On the first layer, on the surface onto which the second layer was subsequently applied, two strips of onion-like carbon nanoparticles in a nickel matrix were made from edge to edge. Then apply the second layer and two strips of onion-like carbon nanoparticles in the nickel matrix, but in the perpendicular direction, also from edge to edge, were also applied on its surface. Then applied the third layer. Eight strips from the edges to the center of onion-like carbon nanoparticles in a nickel matrix are deposited on the free surfaces of the extreme layers.
Пример 4Example 4
Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «никель + 50% (объемных) наноалмазов». Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4 см2, затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. В центральной части участка с покрытием рассчитали 100 участков площадью 1,5 мм × 1,5 мм с учетом толщины реза. На каждом из участков от краев к центру электронным пучком в вакууме локально нагрели восемь полосок композиционного материала до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 100 рассчитанных участков, отделили покрытие от подложки. Было получено 100 элементов электроники.A method of obtaining an electronics element was carried out as follows. By mechanical alloying in a planetary mill for 8 hours, granules of the composite material “nickel + 50% (volumetric) nanodiamonds” were obtained. The average granule size was 1 μm. Using a gas-dynamic spraying method, a layer of composite material 30 μm thick with an area of 4 cm 2 was applied onto a polished steel substrate, then the surface was leveled by magnetic pulse pressing, and the coating thickness decreased to 25 μm. In the central part of the coated area, 100 sections with an area of 1.5 mm × 1.5 mm were calculated taking into account the thickness of the cut. In each of the sections from the edges to the center, eight strips of the composite material were locally heated in a vacuum in a vacuum to 1400 ° C, thereby transforming nanodiamond particles into onion-like carbon nanoparticles, i.e., strips of conductive material were made. Then, the coating was cut into 100 calculated sections by an electron beam, and the coating was separated from the substrate. 100 electronics elements were received.
Пример 5Example 5
Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «никель + 45% (объемных) наноалмазов + 15% (объемных) бороводородного соединения [(C4H9)3NH]2B12H12». При этом первые 6 ч обработку в планетарной мельнице осуществляли только смесь никелевых и наноалмазных порошков, а заключительные 2 ч обработки осуществляли, добавив бороводородное соединение [(C4H9)3NH]2B12H12. Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4 см2, затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. В центральной части участка с покрытием рассчитали 100 участков площадью 1,5 мм × 1,5 мм с учетом толщины реза. На каждом из участков от края до края разметили две параллельные полоски и предварительно локально нагрели их в вакууме электронным пучком до 500°C, после предварительного нагрева элемент выдержали в вакууме в течение 30 мин, после чего электронным пучком в вакууме локально нагрели эти две параллельные полоски композиционного материала до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем нанесли второй слой композиционного материала газодинамическим способом толщиной 30 мкм и выровняли поверхность покрытия магнитно-импульсным прессованием. Общая толщина покрытия составила 50 мкм. На каждом из заранее размеченных участках разметили по 8 полосок от краев к центру, предварительно локально нагрели их электронным пучком в вакууме до 600°C, после предварительного нагрева также в вакууме также локально осуществили основной нагрев электронным пучком до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 100 рассчитанных участков, отделили покрытие от подложки. Было получено 100 элементов электроники.A method of obtaining an electronics element was carried out as follows. By mechanical alloying in a planetary mill for 8 hours, granules of the composite material “nickel + 45% (volumetric) nanodiamonds + 15% (volumetric) boron-hydrogen compound [(C 4 H 9 ) 3 NH] 2 B 12 H 12 ” were obtained. In this case, the first 6 hours of processing in a planetary mill were carried out only with a mixture of nickel and nanodiamond powders, and the final 2 hours of processing were carried out by adding the borohydride compound [(C4H9) 3 NH] 2 B 12 H 12 . The average granule size was 1 μm. Using a gas-dynamic spraying method, a layer of composite material 30 μm thick with an area of 4 cm 2 was applied onto a polished steel substrate, then the surface was leveled by magnetic pulse pressing, and the coating thickness decreased to 25 μm. In the central part of the coated area, 100 sections with an area of 1.5 mm × 1.5 mm were calculated taking into account the thickness of the cut. In each of the sections, two parallel strips were marked from edge to edge and preliminarily locally heated in a vacuum with an electron beam to 500 ° C, after preheating, the element was kept in vacuum for 30 minutes, after which these two parallel strips were locally heated with an electron beam in vacuum composite material up to 1400 ° C, thereby transforming nanodiamond particles into onion-like carbon nanoparticles, that is, strips of conductive material were made. Then, a second layer of the composite material was applied by a gas-dynamic method with a thickness of 30 μm and the surface of the coating was leveled by magnetic pulse pressing. The total coating thickness was 50 μm. In each of the pre-marked areas, 8 strips from the edges to the center were marked, they were preliminarily locally heated with an electron beam in vacuum to 600 ° C, after pre-heating, the main electron-beam heating was also locally carried out in vacuum to 1400 ° C, thereby transforming nanodiamond particles into onion-like carbon nanoparticles, that is, strips of conductive material are made. Then, the coating was cut into 100 calculated sections by an electron beam, and the coating was separated from the substrate. 100 electronics elements were received.
Пример 6Example 6
Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов + 10% (объемных) бороводородного соединения [(CH3)4N]2B10H10» и композиционного материала «медь+50% (объемных) наноалмазов». Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4,5 см2, причем при напылении вначале (в течение первой половины работы установки) подавали гранулы композиционного материала «медь + 50% (объемных) наноалмазов», а вторую половину времени работы установки подавали гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов +[(CH3)4N]2B10H10». Затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. Разместили в вакуумной камере на медной пластине стальную полированную подложку с нанесенным покрытием. Медная пластина последовательно соединена с участками медных тросов и медных стержней таким образом, что обеспечивается вакуум в вакуумной камере. Наружная часть медных стрежней и медных тросов была помещена в жидкий азот. Таким образом, осуществлялся отвод тепла от стальной пластины, на которую наносили покрытие из композиционного материала. В центральной части нанесенного композиционного покрытия рассчитали 121 участок площадью 1,2 мм × 1,2 мм каждый с учетом толщины реза. На каждом из участков электронным пучком в вакууме локально предварительно нагрели до 500°C две параллельные полоски композиционного материала от края до края участка 1,2 мм × 1,2 мм. Затем после выдержки в вакууме в течение 15 мин также локально электронным пучком нагрели эти же участки до температуры 1400°C. Медь при этом расплавлялась, но вследствие хорошего отвода тепла сразу же кристаллизовалась, но трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы проходила, то есть были изготовлены полоски проводящего материала. Затем нанесли второй слой композиционного материала толщиной 30 мкм также методом газодинамического напыления. Первую половику времени нанесения покрытия подавали гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов + [(CH3)4N]2B10H10», а вторую половину времени нанесения покрытия - гранулы композиционного материала «медь + 50% (объемных) наноалмазов». После этого осуществили выравнивание поверхности магнитно-импульсным прессованием. Суммарная толщина покрытия составила 50 мкм. На каждом из заранее размеченных участках разметили по 8 полосок от краев к центру, предварительно локально нагрели их электронным пучком в вакууме до 600°C, после предварительного нагрева также в вакууме также локально осуществили основной нагрев электронным пучком до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы (при этом медная матрица была расплавлена и быстро кристаллизовалась вследствие хорошего отвода тепла), то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 121 размеченный ранее участок, отделили покрытие от подложки. Был получен 121 элемент электроники.A method of obtaining an electronics element was carried out as follows. By mechanical alloying in a planetary mill for 8 h, granules of the composite material “copper + 30% (volumetric) nanodiamonds + 10% (volumetric) boron-hydrogen compound [(CH 3 ) 4 N] 2 B 10 H 10 ” and the composite material “copper + 50% (volumetric) nanodiamonds. ” The average granule size was 1 μm. Using a gas-dynamic spraying method, a layer of composite material with a thickness of 30 μm and an area of 4.5 cm 2 was deposited onto a polished steel substrate, and when spraying, granules of composite material “copper + 50% (volume) nanodiamonds” were first applied (during the first half of the installation), and the second half of the plant’s operating time was supplied by granules of the composite material “copper + 30% (volumetric) nanodiamonds + [(CH 3 ) 4 N] 2 B 10 H 10 ”. Then, the surface was leveled by magnetic pulse pressing, while the coating thickness decreased to 25 μm. Placed in a vacuum chamber on a copper plate a polished steel substrate coated. The copper plate is connected in series with sections of copper cables and copper rods in such a way that a vacuum is provided in the vacuum chamber. The outer part of the copper rods and copper cables was placed in liquid nitrogen. Thus, heat was removed from the steel plate, which was coated with a composite material. In the central part of the applied composite coating, 121 sections with an area of 1.2 mm × 1.2 mm each were calculated taking into account the thickness of the cut. In each of the sections, two parallel strips of composite material from the edge to the edge of the section 1.2 mm × 1.2 mm were locally preliminarily heated to 500 ° C in an electron beam in a vacuum. Then, after exposure to vacuum for 15 min, the same areas were also heated locally with an electron beam to a temperature of 1400 ° C. Copper was melted, but due to good heat dissipation it immediately crystallized, but the transformation of nanodiamonds into onion-like carbon nanoparticles took place, that is, strips of conductive material were made. Then, a second layer of composite material with a thickness of 30 μm was also applied by gas-dynamic spraying. The first rug of the coating time was supplied by granules of the composite material "copper + 30% (volumetric) nanodiamonds + [(CH 3 ) 4 N] 2 B 10 H 10 ", and the second half of the time by coating was supplied by the granules of the composite material "copper + 50% ( volumetric) nanodiamonds. ” After that, the surface was leveled by magnetic pulse pressing. The total coating thickness was 50 μm. In each of the pre-marked areas, 8 strips from the edges to the center were marked, they were preliminarily locally heated with an electron beam in vacuum to 600 ° C, after pre-heating, the main electron-beam heating was also locally carried out in vacuum to 1400 ° C, thereby transforming nanodiamond particles into onion-shaped carbon nanoparticles (in this case, the copper matrix was melted and quickly crystallized due to good heat dissipation), i.e., strips of conductive material were made. Then, the coating was cut into 121 previously marked sections by an electron beam, and the coating was separated from the substrate. 121 electronics were received.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140810/07A RU2545522C2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Electronic element and method of its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140810/07A RU2545522C2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Electronic element and method of its manufacturing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013140810A RU2013140810A (en) | 2015-03-10 |
| RU2545522C2 true RU2545522C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53279708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013140810/07A RU2545522C2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Electronic element and method of its manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545522C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2157050A2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-02-24 | Restricted Liability Society "CKH" | Nanodiamond material, method and device for purifying and modifying a nanodiamond |
| RU2456361C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Metal-matrix composite |
| RU2485196C1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for obtaining products from composite materials with nano-sized strengthening particles |
-
2013
- 2013-09-05 RU RU2013140810/07A patent/RU2545522C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2157050A2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-02-24 | Restricted Liability Society "CKH" | Nanodiamond material, method and device for purifying and modifying a nanodiamond |
| RU2456361C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Metal-matrix composite |
| RU2485196C1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for obtaining products from composite materials with nano-sized strengthening particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013140810A (en) | 2015-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Janas et al. | Copper matrix nanocomposites based on carbon nanotubes or graphene | |
| Sharma et al. | Friction stir processing of Al6061-SiC-graphite hybrid surface composites | |
| Hidalgo-Manrique et al. | Copper/graphene composites: a review | |
| DE2116047C3 (en) | Process for coating metal objects with a binder-free metal layer | |
| Wu et al. | Critical effect and enhanced thermal conductivity of Cu-diamond composites reinforced with various diamond prepared by composite electroplating | |
| Bai et al. | Effect of a new pretreatment on the microstructure and thermal conductivity of Cu/diamond composites | |
| RU2714151C1 (en) | Method of applying graphene coating on metal powders | |
| CN109843479B (en) | Metal powder for metal additive manufacturing and molded object made by using metal powder | |
| Audoit et al. | Percolative silver nanoplates/PVDF nanocomposites: Bulk and surface electrical conduction | |
| Lonjon et al. | Low filled conductive P (VDF-TrFE) composites: Influence of silver particles aspect ratio on percolation threshold from spheres to nanowires | |
| DE102011079471A1 (en) | Process for forming a composite and heat sink | |
| Lee et al. | High thermal conductivity of boron nitride filled epoxy composites prepared by tin solder nanoparticle decoration | |
| Chen et al. | Copper@ carbon fiber composites prepared by a simple electroless plating technique | |
| Liang et al. | Polymer-assisted self-assembly of silver nanoparticles into interconnected morphology and enhanced surface electric conductivity | |
| Li et al. | Thermal conductivity of graphene nanoplates reinforced CuCr composite coatings by mechanical alloying method | |
| RU2545522C2 (en) | Electronic element and method of its manufacturing | |
| DE112019006226T5 (en) | THERMOELECTRIC MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING IT | |
| Mishra et al. | Controlled reduction of size of Ag nanoparticles embedded in teflon matrix by MeV ion irradiation | |
| Özgün et al. | A novel mixing method for powder metallurgy copper‐carbon nanotube composites | |
| CN1250766C (en) | Method for producing composite material and composite material produced thereby | |
| DE10393947B4 (en) | Resistance heated boat and manufacturing process therefor | |
| KR101523849B1 (en) | Method of fabricating metal-carbon composite particle | |
| Biswas et al. | Nanoparticle architecture in carbonaceous matrix upon swift heavy ion irradiation of polymer–metal nanocomposites | |
| DE10316379B4 (en) | Process for the preparation of metal-polymer nanocomposites | |
| Dhanya et al. | Mott variable range hopping transport in thermal evaporated vanadyl 2, 3 naphthalocyanine thin films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180906 |