НАПІВПРОВІДНИКОВІ КООРДИНАТНІ ДЕТЕКТОРИ У ФІЗИЦІ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК
В останні десятиліття в ядерну електроніку інтенсивно впроваджується мікроелектроніка, що дозволяє забезпечити відповідність вимогам, що зростають до ядерної електроніки. В експериментальних дослідженнях у галузі фізики високих та надвисоких енергій широко використовуються багатоканальні кремнієві детектори заряджених частинок та асоційована з ними електроніка зчитування та обробки інформації на основі сучасних напівпровідникових приладів, які конструктивно виконані у вигляді типових модулів.
Застосування типових детекторних модулів дозволяє вирішити завдання мінімізації маси матеріалу в обсязі детектування, спрощення та підвищення продуктивності процесів збирання за збереження високої щільності та високого ступеня надійності монтажу при створенні нового покоління гібридних мікроскладань та з’єднувальних кабелів. У тому числі на основі нових більш досконалих конструкцій та технологій їх виготовлення із застосуванням багатошарових гнучко-жорстких плат та гнучких з’єднувальних шлейфів.
Компанія ТОВ «НВП «ЛТУ» активно проводить розробку та верифікацію ефективних підходів до створення сучасних інноваційних конструктивно-технологічних рішень та технологій виготовлення удосконалених мікрострипових, дрейфових та матричних піксельних детекторних модулів на гнучких безадгезивних алюміній – поліімідних комутаційних платах та шлейфах із застосуванням автоматизованих процесів ультразвукового зварювання та COF-технології складання.
Наші інноваційні рішення піксельних матричних детекторних модулів, що не мають аналогів, базуються на новому поколінні кремнієвих піксельних сенсорів, використовуються для створення нових і модернізації існуючих детекторних систем для експериментів у фізиці високих енергій.
РОЗРОБКА І ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ
- 2009 р. – 2015 р. – НДДКР «Дослідження конструктивно-технологічних рішень, розробка, виготовлення та постачання макетів компонентів і детекторних модулів для експерименту СВМ»
- 2016 р. – НДДКР «Виготовлення та постачання демонстраторів СВМ та компонентів для демонстраторів»
- 2017 р. – 2019 р. – НДДКР «Розробка, дослідження та постачання багатошарових гнучких друкованих плат силових кабелів для проекту ALICE ITS2»
- 2018 р. – 2019 р. – НДДКР «Розробка, дослідження та постачання багатошарових гнучких друкованих плат кабелів суміщення для проекту ALICE ITS2»
- 2018 р. – 2021 р. – НДДКР «Розробка, виготовлення та постачання гнучких друкованих плат та демонстраторів для експерименту Mu3e»
- 2019 р. – 2021 р. – ДКР «Розробка та дослідження чутливих шарів для проекту FoCal»
- 2020 р. – ДКР «Розробка та дослідження чутливих шарів на основі вигнутих сенсорів та SрTAB техніки з’єднання для проекту ALICE ITS3»
- 2021 р. – ДКР «Розробка, виготовлення та постачання гнучких друкованих плат та демонстраторів для проекта STRASSE»
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОЗРОБОК:
1 МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ГНУЧКИХ КАБЕЛІВ І ПЛАТ
2 МАКЕТИ І ПРОТОТИПИ КОМПОНЕНТІВ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ
3 МАКЕТИ І ДЕМОНСТРАТОРИ КОМПОНЕНТІВ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ
4 ДЕТЕКТОРНІ МОДУЛІ ДЛЯ ФІЗИЧНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
Запропоновані та розроблені ТОВ «НВП «ЛТУ» інноваційні технічні рішення дозволяють створити такі способи виготовлення безадгезивних гнучких лакофольгових алюміній – поліімідних шарових матеріалів, які забезпечують використання більш простих, мало витратних та відтворюваних технологій виготовлення шарових матеріалів з необхідними геометричними розмірами широкої номенклатури поліімідних шарів (товщина поліімідних шарів від 10 мкм до 50 мкм, товщина алюмінієвих шарів від 15 мкм до 100 мкм) та працюючих у діапазоні температур від мінус 200°С до плюс 250°С (Патент України на корисну модель №9 11.7) “Спосіб виготовлення гнучкого шарового матеріалу для виробів на основі фольги”).
Запропоновані та розроблені ТОВ «НВП «ЛТУ» інноваційні технічні рішення алюміній — поліімідних гнучких багатошарових друкованих кабелів електроживлення, зменшити деформації, що спричиняються змінами температури. Підвищити радіаційну стійкість та радіаційну довжину кабелю. Виключити корозію зварних з’єднань, знизити деградацію електричних характеристик, підвищити надійність експлуатації. Спростити технологію монтажу багатошарових друкованих кабелів за рахунок виключення міжз’єднань дротом або металізації наскрізних отворів у шарах. Мінімізувати емісію перешкод і падіння напруги друкованого кабелю електроживлення по всій його довжині. Забезпечити мінімальні значення активних та індуктивних опорів кабелів, а також зменшити їх об’ємно-габаритні параметри. Зменшити вагу та, відповідно, питому вартість, а також забезпечити можливість його надійного електричного з’єднання з декількома електронними вузлами по всій довжині кабелю, а не лише за рахунок його кінцевих ділянок.
Запропоновані та розроблені ТОВ «НВП «ЛТУ» інноваційні технічні рішення багатосенсорних модулів на гнучких комутаційних платах (Патент України на винахід корисну модель №123123 від 17.02.2021 р. «Многосенсорний модуль на гнучких комутаційних платах») дозволяють поліпшити електричні параметри модуля, зменшити його вплив на траєкторію та енергію частинок, що проходять. Підвищити стійкість модуля до механічних впливів і зменшити деформації, що викликаються змінами температури. Підвищити радіаційну стійкість та радіаційну довжину модуля, виключити корозію зварних з’єднань, знизити деградацію електричних характеристик. Підвищити надійність в експлуатації та спростити технологію монтажу багатошарових гнучких друкованих плат за рахунок виключення міжз’єднань дротом або металізації наскрізних отворів у платі. Мінімізувати перешкоду модуля по всій його площі і, відповідно, зменшити шуми сенсорів. Зменшити об’ємно-габаритні параметри, вагу та питому вартість багатосенсорних модулів.
У ТОВ «Науково-виробниче підприємство «ЛТУ» вперше в Україні розроблено, впроваджено та освоєно виробництво нових типів шарових матеріалів для гнучких та гнучко-жорстких алюміній-поліімідних безадгезивних багатошарових друкованих плат зі зменшеною вартістю порівняно зі світовими аналогами. На базі цих матеріалів розроблено та впроваджено у виробництво технології виготовлення гнучких багатошарових друкованих кабелів електроживлення та багатосенсорних модулів на монолітних активних піксельних сенсорах (MAPS) та гнучких багатошарових платах на алюмінієвій фользі. Інноваційні багатосенсорні на алюмінієвій фользі піксельні детекторні модулі розробки ТОВ «Науково-виробниче підприємство «ЛТУ» на надсучасних тонких (50 мкм) кремнієвих сенсорах ALPIDE 4 дозволяють забезпечити рекордні показники напівпровідникових калориметрів для фізичних експериментів. У тому числі забезпечити відносну радіаційну довжину модулів не більше 0,1-0,2 %X0, просторовий дозвіл до 5-10 мкм за мінімально можливої маси та енергоспоживання модулів, а також за суттєвому зниженні трудомісткості процесу їх виготовлення.
ОПИС МОЖЛИВОСТЕЙ (МАЮЧИХ ПОСЛУГ)
БАГАТОСЕНСОРНИЙ МОДУЛЬ НА ГНУЧКІЙ КОМУТАЦІЙНІЙ ПЛАТІ
Виріб відноситься до мікроелектронних приладів спеціального призначення і може бути широко використаний у виробництві пласких багатокристальних безкорпусних детекторих модулів на гнучко-жорстких багатошарових носіях, у тому числі, для детекторних систем елементарних часток для досліджень у физиці високих енергій та для моніторінга стану потоків елементарних частинок в навколоземному космічному просторі | Многосенсорний на алюмінієвий піксельний детекторний модуль дозволяє забезпечити рекордні показники для сучасних піксельних детекторних систем: | |
геометричні розміри, мм | до 250х50 | |
відносна радіаційна довжина % X | більше 270,0 | |
просторова здатність, мкм | 2,6-2,8 | |
споживана потужність модуля, мВт/см2 | до 120,0 | |
При мінімально можливій масі і енергоспоживанні модуля. |
ГНУЧКИЙ БАГАТОШАРОВИЙ ДРУКОВАНИЙ КАБЕЛЬ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ
Виріб відноситься до розробки і виробництва апаратури на основі виробів мікроелектроніки як побутового, так і спеціального призначення і може бути широко використано у виробництві детектуючих систем елементарних часток, і призначений для електричного живлення декількох електронних вузлів або модулів. | Багатошаровий гнучкий алюміній-поліімідний друкований кабель електроживлення забезпечує мінімізацію емісії перешкод і падіння напруги печатного кабелю електроживлення по всій його довжині, забезпечує мінімальні активні і індуктивні опори кабелю, а також зменшення об’ємно-габаритних параметрів і зниження ваги. Забезпечує можливість його надійного електричного з’єднання з декількома електронними вузлами по всій довжині кабелю, а не тільки за рахунок його кінцевих ділянок. Кабель має: | |
геометричні розміри, мм | до 1500х40 | |
товщина алюмінієвих шарів, мкм | 30-100 | |
товщина поліімідних шарів, мкм | 15-20 | |
товщина захисного шару полііміду, мкм | 40-50 |
СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ГНУЧКІ ТА ГНУЧКО-ЖОРСТКІ АЛЮМІНІЙ-ПОЛІІМІДНІ ДРУКОВАНІ ПЛАТИ
Плати і комутуючі елементи на основі алюміній-поліімідних лакофольгових діелектриків дозволяють ще більш мінімізувати масу матерів і робочий об’єм електронних модулів з високою щільністю каналів інформації. Технології гнучких і гнучко-жорстких плат пропонують безліч життєздатних рішень, серед яких особливо перспективні рішення, пов’язані зі створенням просторових структур міжз’єднань. | Технологічний рівень продукції. Друковані плати і кабелі з малим кроком провідників: | |
крок провідників, мкм | 45-60 | |
ширина провідників, мкм | 20-30 | |
довжина, мм | 10-50 | |
кількість провідників, шт | 128-1024 | |
З’єднувальні кабелі (шлейфи): | ||
крок провідників, мкм | 100-200 | |
ширина провідників, мкм | 40-100 | |
довжина, мм | до 600 | |
кількість провідників, шт | до 512 |
ПУБЛІКАЦІЇ
№ п/п | Назва статті |
2015 г. | |
1 | Звіт про технічний проект ALICE Collaboration для оновлення внутрішньої системи відстеження ALICE / Б. Абелєв, В.М. Борщов, О.М. Лістратенко, М.А. Проценко, І.Т. Тимчук і співпраця ALICE // (CERN-LHCC-2013-024/ALICE-TDR-017) – Фізичний журнал G: Ядерна фізика і фізика частинок, том 41, номер 8, серпень 2014 р. 70 – 71. |
2018 г. | |
2 | Інноваційні мікроелектронні технології для експериментів з фізики високих енергій / В. М. Борщов, О. М. Лістратенко, М. А. Проценко та ін. // Функціональні матеріали. — 2017. — Вип. 24, № 1. — С. 143-153. |
2019 г. | |
3 | В.М. Борщов, О. М. Лістратенко, М.А. Проценко, І.Т. Тимчук, О.В. Кравченко, Н.І. Сліпченко. Нові підходи до створення високоефективних приймачів випромінювання для концентраторних сонячних модулів// Радіотехніка: Всеукр. міжвід. наук.-техн. зб. – 2019 р. – Вип. 197. – С.123-136. |