Путь проекта от идеи до гранта или беседа с победителем «Старт‑1»

    Конкурс «Старт‑1» от Фонда содействия инновациям - программа поддержки инновационных проектов на ранней стадии развития. Её цель - помочь авторам перспективных технологических разработок превратить научные идеи в реальные продукты и вывести их на рынок. Победители получают грант до 5 млн. рублей на проведение исследований, создание прототипов и подготовку к коммерциализации.    

   В этом году одним из победителей стал Александр Александрович Фомин из Саратовской области с проектом «Разработка конструкции высокотемпературной камеры для индукционно‑термического вакуумного распыления тугоплавких металлов и оптимизация технологии получения тонкоплёночной металлизации керамических комплектующих микроэлектроники и радиоэлектронных приборов».

    Мы поговорили с Александром Александровичем о сути проекта, его перспективах и планах по реализации.

- Александр Александрович, в чём ключевая научная и технологическая новизна разрабатываемой высокотемпературной камеры для индукционно‑термического вакуумного распыления?

- Новизна проекта связана с разработкой эффективного технологического комплекса оборудования, включающего высокотемпературную камеру для индукционно‑термического вакуумного распыления и напыления. Данный комплекс станет передовым инструментом высокотемпературной тонкоплёночной металлизации и позволит получать высококачественные покрытия тугоплавких металлов (например, ниобия и молибдена) на рабочих поверхностях керамических комплектующих элементной компонентной базы (ЭКБ) микроэлектроники и изделий вакуумной радиоэлектроники. Высокотемпературная камера позволит наносить металлизацию при температурах около 2 000 °C, при этом будет осуществляться термическая активация (подогрев) самой керамической подложки или изделия. Электротехнологический комплекс оборудования, оснащённый нашей камерой, позволит наносить покрытия с высокими скоростями — около 1 мкм/мин, что намного больше по сравнению с известными установками для физического осаждения и тонкоплёночной металлизации.

- Для каких классов керамических комплектующих микроэлектроники и радиоэлектронных приборов предназначена технология?

- Такая металлизация нужна для теплоотводящих подложек из оксида бериллия, нитрида алюминия или оксида алюминия, которые необходимы для работы ВЧ‑ и СВЧ‑твердотельных приборов. В вакуумной радиоэлектронике также есть изделия, требующие металлизации.

- На каком этапе сейчас находится разработка?

- Задел для реализации инновационного проекта получен в научно‑техническом партнёрстве с потенциальными заказчиками и при выполнении фундаментальных исследований на кафедре «Материаловедение и биомедицинская инженерия» СГТУ имени Гагарина Ю. А. Нашей проектной командой уже реализован ряд проектов, в частности НИОКР по теме «Определение перспектив использования индукционно‑термического вакуумного распыления для нанесения тепло‑ и электропроводящих металлических покрытий (металлизации) на бериллий‑оксидные керамические изделия для ЭКБ микроэлектроники» в рамках трёхстороннего договора между АНО «Институт регионального развития» (г. Самара), ООО «ЭлкерС» (г. Саратов, заказчик) и СГТУ имени Гагарина Ю. А.; проекты по гранту Российского научного фонда; договоры на оказание научно‑технических услуг по нанесению тонкоплёночного металлизационного покрытия на керамические подложки (заказчик — ООО «ЭлкерС»).

- Какие задачи уже решены, а какие ещё предстоит решить?

- Самое главное - мы обосновали эффективность нового метода тонкоплёночной металлизации, который позволит энергоэффективно получать слои тугоплавких металлов. Фундаментальный этап разработки был длительным и ещё не завершён. В рамках программы «Старт‑1» будет создан прототип высокотемпературной камеры для мелкосерийной обработки керамических подложек и изделий. Это будет шаг от науки к производству, что сейчас особенно актуально.

- Какие технические сложности возникли в процессе работы?

- Сложности касались в основном материально‑технического оснащения. Большая часть оборудования и расходных материалов приобреталась за счёт собственных средств. Используемые в проекте материалы (тугоплавкие металлы, техническая и вакуумплотная керамика) достаточно дороги — их предоставляли организации‑партнёры и потенциальные заказчики. Поэтому на первом этапе программы «Старт‑1» предстоит большой объём математического моделирования электродинамических и теплофизических процессов, происходящих внутри камеры и её конструктивных элементов.

- Какие материалы и теплозащитные решения использованы в конструкции камеры для работы при экстремальных температурах? Как обеспечивается их долговечность?

- Используются тугоплавкие металлы с температурой плавления около 2 500–2 600 °C. Также применяется высокотемпературная керамика, которая используется в наиболее высокотехнологичных отраслях — авиа‑ и ракетостроении. Эти материалы обладают достаточным ресурсом и сейчас доступны на рынке.

- Планируется ли интеграция с системами телеметрии или IoT‑платформами?

- На этапе программы «Старт‑1» это не требуется. Но при дальнейшем развитии проекта будут решаться вопросы комфортного управления процессом металлизации и мониторинга состояния наших высокотемпературных камер.

- Кто ваши целевые потребители?

- Опытные производства научно‑производственных предприятий (НПП) и малые технологические компании (МТК).

- Каков потенциальный объём спроса на ваше решение?

- Объём рынка установок вакуумного напыления в России в 2023–2024 гг. оценивался примерно в 5–10 млрд руб. (с учётом отечественных и импортных систем). Доля российских производителей составляет не более 20 %; остальное - импорт (преимущественно из Китая, ранее - из стран Европы и США). Краткосрочный прогноз до 2027–2030 гг. предполагает рост рынка в 2–3 раза из‑за необходимости замены устаревшего импортного оборудования. Думаю, что государственные программы могут стимулировать развитие отрасли.

- Как вы планируете использовать грант от Фонда содействия инновациям? На какие этапы разработки он будет направлен?

- В указанный краткосрочный период проект не предполагает прибыли. Мы разработаем конструкторскую документацию и создадим прототип для единичного и мелкосерийного производства. Его можно будет предложить потенциальным заказчикам. При этом мы уже готовы расширять клиентскую сеть, так как пилотная версия нашего продукта уже есть. Уверен, что кооперация с университетом‑партнёром (СГТУ имени Гагарина Ю. А.), крупными НПП и динамичными МТК позволит оказывать научно‑технические услуги по металлизации керамических и металлических изделий.

- Требуются ли дополнительные инвестиции для вывода продукта на рынок?

- Несомненно, дополнительные инвестиции требуются сейчас и потребуются позже. Этот продукт должен быть интегрирован в комплексы для индукционной термообработки с различными характеристиками. Мы уже движемся по этому пути: пилотные версии высокотемпературных камер работают на трёх единицах оборудования разной мощности (от 15 до 40 кВт).

Как только будет создан надёжный и эффективный технологический инструмент, предстоит оптимизировать технологию металлизации для каждого из материалов. Это огромный пласт исследований, в том числе с фундаментальной составляющей, накопление статистически значимых данных и последующая корректировка конструкторской документации. Возможно, на этом этапе мы найдём соинвесторов и единомышленников.

- Кто входит в команду проекта?

- В команде сейчас руководитель предприятия и научный руководитель в одном лице, а также 3 инженера по профилям – конструктор, технолог, исследователь. Предполагаем часть работ выполнить с привлечением молодых ученых из СГТУ имени Гагарина Ю.А. Со временем они тоже смогут стать частью команды. Есть также работы, которые невозможно выполнить без участия потенциальных заказчиков. Они владеют информацией по техническим требованиям к керамическим изделиям и характеристикам металлизации для них.

- Какие компетенции критически важны для успеха разработки?

- Самое главное - слаженная работа всех членов команды и итерационный подход: от расчётов и теории к конструкторской разработке, изготовлению комплектующих, сборке и практической реализации высокотемпературного процесса. Важен поиск слабых мест конструкции и их устранение по возможности. На данном этапе приоритетны: организационное сопровождение; научное руководство; конструкторская часть.

Компетенции технолога и исследователя будут особенно важны при финальной отладке конструкции прототипа и при его переходе на стадию опытно‑серийного образца.

- Привлекались ли внешние эксперты или научные консультанты?

- Главные эксперты - наши предприятия‑партнёры. Нам повезло, что мы смогли общаться с главными технологами, руководителями керамических цехов и ключевыми разработчиками высокотехнологичных изделий и приборов. Именно их потребности и компетентное мнение придало нам уверенности, что наша разработка критически важна. Наш прототип может стать альтернативой известным решениям для вакуумного напыления, которые изначально ориентировались только на задачи микроэлектроники. Опыт сотрудничающих с нами МТК также очень полезен. С научной точки зрения команда обладает серьёзным потенциалом: в её составе — доктор технических наук, два кандидата технических наук и аспирант. Каждый из нас способен генерировать идеи разного масштаба, что важно для детальной проработки продукта.

- Что стало главным стимулом для участия в конкурсе «Старт‑1»?

- Всегда хотел попробовать себя в конкурсе «Старт», тем более что за плечами уже были научные гранты РНФ, РФФИ, а также программа «У.М.Н.И.К.». Сейчас нужен новый инструмент для развития нашей идеи, а конструирование с элементами научного обоснования как раз важно для успешной реализации конкурса такого типа.

- Какой совет вы дали бы другим изобретателям, которые хотят подать заявку на грант в Фонд содействия инновациям?

- Нужно создать научный задел, который имеет потенциального заказчика. Прорабатывать идею совместно с заказчиком, даже если это требует многолетней работы. Свои идеи важно публиковать в топовых журналах, а научный фундамент стоит подтвердить научными грантами. Такой бэкграунд станет определённым маркером и для экспертов Фонда содействия инновациям.