微納3D打印為微電子陶瓷封裝注入新動能

來源：摩方精密

當增材制造與人工智能、數(shù)字孿生技術深度融合，微電子封裝技術正在向自適應智能系統(tǒng)進化。隨著半導體器件向微型化、三維集成化方向加速演進，傳統(tǒng)封裝工藝的局限性日益凸顯。在這關鍵轉折點上，以休斯研究實驗室（HRL Laboratories）為代表的科研機構，正通過3D打印技術重塑微電子封裝的底層邏輯，開啟產(chǎn)業(yè)變革的新篇章。

在微電子技術向三維異構集成演進的關鍵階段，低溫共燒陶瓷（LTCC）和高溫共燒陶瓷（HTCC）技術雖在規(guī)�；�生產(chǎn)中占主導，但其二維層壓-燒結工藝存在局限性，導致電氣布線受限，面臨幾何自由度不足、集成密度瓶頸和異質集成障礙等挑戰(zhàn)。特別是在紅外焦平面陣列（FPA）的異質集成中，傳統(tǒng)平面中介層難以滿足曲面探測器的精準對接需求，導致信號路徑和阻抗匹配問題。

休斯研究實驗室作為波音與通用汽車共同孕育的創(chuàng)新引擎，在Tobias Schaedler博士的引領下，通過摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術實現(xiàn)了陶瓷封裝領域的革命性突破。這項技術不僅攻克了傳統(tǒng)工藝的物理極限，更重新定義了微電子系統(tǒng)的集成范式，為半導體產(chǎn)業(yè)開啟了全新的技術維度。

研究團隊設計并利用摩方精密microArch® S230 （精度：2 μm）3D打印系統(tǒng)打印后高溫熱解得到含有通孔陣列的陶瓷中介層，其中通孔的直徑與間距分別小至9 μm和18 μm。在此基礎上，采用熔融滲透技術對通孔進行金屬化處理，構建了電氣路徑，開創(chuàng)了通孔布線的新篇章，實現(xiàn)了包括彎曲和傾斜通孔在內的復雜布線，為微電子系統(tǒng)的三維集成封裝提供了創(chuàng)新方案。

圖1. 3D打印中介層制造原理圖。

本研究展示了兩種創(chuàng)新中介層設計：一是彎曲型中介層，其設計理念是為了實現(xiàn)彎曲紅外探測器與平面讀出集成電路（ROIC）的有效連接；二是扇出型中介層，該設計成功將通孔陣列的間距從60μm擴展至220μm。這兩種中介層的實現(xiàn)，需依賴于數(shù)千個彎曲和傾斜通孔的精確制造，這一技術高度超越了傳統(tǒng)微電子加工方法的局限。

圖2. 彎曲型中介層。

圖3. 扇出型中介層。

隨后，研究團隊測試出金屬化處理后的通孔電阻約為4 x 10-8 Ω⋅m，與銀和銅的電阻值處于同一數(shù)量級，通過微納3D打印技術制造的彎曲和傾斜通孔結構，可突破傳統(tǒng)工藝的布線限制，為高分辨率成像傳感器提供緊湊型系統(tǒng)解決方案。

在這場由增材制造驅動的陶瓷封裝技術創(chuàng)新中，休斯研究實驗室的實踐印證了三點產(chǎn)業(yè)規(guī)律：精密制造需回歸材料本源，工藝創(chuàng)新需突破維度約束，技術突破需構建跨學科協(xié)同。未來，隨著微納3D打印技術的加入，將會進一步重構電子器件的物理形態(tài)，開啟智能硬件進化的新維度，更催生出具備環(huán)境感知與自主優(yōu)化的新一代智能精密硬件。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104642