1~10微米高精度微納電子直寫3D打印技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分享

近年來(lái)，隨著電子設(shè)備的小型化、精密化和功能多樣化的發(fā)展，微米級(jí)增材制造技術(shù)在電子行業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色。微納直寫打印技術(shù)（Micro/Nano Direct Writing Printing Technology）是一種基于增材制造的高精度加工技術(shù)，能夠直接在基底上沉積材料，形成微米或納米級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的光刻、蝕刻等減材制造工藝相比，微納直寫打印技術(shù)具有高精度、靈活性強(qiáng)、材料利用率高等特點(diǎn)，是近年來(lái)微納制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
 

由西湖大學(xué)孵化的西湖未來(lái)智造科技獨(dú)創(chuàng)行業(yè)領(lǐng)先的微米、亞微米級(jí)超高精度電子增材技術(shù)，能夠?yàn)榭蛻籼峁┝可矶ㄖ频碾娮釉霾闹圃旖鉀Q方案。團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的1-10微米精度電子增材設(shè)備及與之配套的先進(jìn)功能材料體系，可實(shí)現(xiàn)數(shù)十種高性能金屬導(dǎo)電材料、聚合物及陶瓷基介質(zhì)材料、光學(xué)、磁性材料的精密三維增材制造。

我們先通過(guò)14個(gè)由西湖未來(lái)智造開(kāi)發(fā)的微米、亞微米級(jí)超高精度電子增材制造的應(yīng)用案例，來(lái)感受一下這項(xiàng)技術(shù)的魅力。

① RDL布線

PI介質(zhì)表面精密RDL線路（線路中心距2.5um，線路后處理?xiàng)l件：300℃ 1h 空氣氛圍燒結(jié)）。

② 精密導(dǎo)電線路加工，最小特征尺寸可達(dá)1 μm

可兼容硅、玻璃、陶瓷、金屬、PI、PET等基材表面加工。

③無(wú)源器件加工，有源無(wú)源集成

可直接打印加工電容、電感、電阻器件等，通過(guò)精細(xì)互聯(lián)線路打印，實(shí)現(xiàn)有源無(wú)源集成。

④微納金屬3D結(jié)構(gòu)

微納直寫打印Wire Bond線，線寬最小可達(dá)5 μm，可實(shí)現(xiàn)無(wú)焊盤鍵合互聯(lián)。

⑥打印懸空結(jié)構(gòu)

可打印MEMS懸臂導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，懸臂跨度＞200 μm。

⑦打印多層電路

可加工多層電路板，加工層數(shù)＞4層。

⑧打印Pillar結(jié)構(gòu)

可實(shí)現(xiàn)高寬比≥5的Pillar結(jié)構(gòu)打印，可應(yīng)用于POP、AIP封裝中的層間互聯(lián)、金屬屏蔽、金屬探針等。

⑨高溫打印bumping結(jié)構(gòu)

支持無(wú)助焊劑直接焊料熔融打印植球，支持In-Ag、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-Ag-Cu等多種合金熔融打印。

⑩晶圓表面制作金屬立墻結(jié)構(gòu)（電磁屏蔽）

可用于SiP、射頻前端模組的分區(qū)屏蔽，替代傳統(tǒng)引線鍵合或激光刻槽填充導(dǎo)電漿料工藝，節(jié)省成本，提升屏蔽性能，縮小封裝尺寸。支持載板、晶圓等產(chǎn)品原位打印金屬屏蔽結(jié)構(gòu)。具備工藝參數(shù)的自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)能力，在線智能調(diào)參，無(wú)需人工介入。低至200℃以下的材料后處理烘烤溫度。

⑪玻璃基通孔金屬填充

支持孔徑≥30 μm，深寬比≤10的微孔致密金屬化填充，可以兼容金屬、聚合物等材料填充打印。

⑫光子晶體

可實(shí)現(xiàn)光子晶體高精度三維結(jié)構(gòu)打印加工。

⑬氣敏傳感器

可實(shí)現(xiàn)超小型高靈敏度氣體傳感器的打印加工和系統(tǒng)集成。

⑭芯片散熱

可用于芯片模組的FOWLP、FOPLP封裝散熱，對(duì)芯片晶背進(jìn)行不同厚度散熱層打印，提升模組整體散熱能力；或可對(duì)分立器件頂部進(jìn)行特定散熱微結(jié)構(gòu)打印，制作微型散熱器，提升器件載流能力。

相比常規(guī)散熱方式，散熱效率提升＞30%。

看了以上的眾多應(yīng)用案例，那么它們究竟是用什么樣的一臺(tái)增材制造設(shè)備打印出來(lái)的呢？

西湖未來(lái)智造設(shè)備
西湖未來(lái)智造通用型電子增材平臺(tái)，采用微納墨水直寫（DIW）打印技術(shù)，結(jié)合獨(dú)創(chuàng)自研納米墨水材料，可實(shí)現(xiàn)最小具有1-10μm 特征尺寸的高性能金屬導(dǎo)電材料、聚合物及復(fù)合介質(zhì)材料的增材制造，可用于精密互聯(lián)線路、微波天線、無(wú)源器件、柔性電路、立體電路等產(chǎn)品打印。
●最小打印特征尺寸可達(dá)1 μm
●龐大的材料庫(kù)，可用于不同打印場(chǎng)景
●可打印2D、2.5D及復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)
●支持快拆更換的打印頭
●支持多材料打印
●可選配機(jī)械鉆孔、激光刻蝕、原位激光燒結(jié)等工藝模塊

設(shè)備核心部件
為了實(shí)現(xiàn)高精度的打印和穩(wěn)定的工作，西湖未來(lái)智造在設(shè)備中使用了諸多前沿的技術(shù)，以下是設(shè)備中用到的一些核心零部件。

• 精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)剛性框架設(shè)計(jì)，采用高精度直線電機(jī)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為打印提供亞微米級(jí)定位精度。

• 多針打印模組支持成倍提升打印效率。

• 加工模組支持直寫打印模組、精密銑削模組、壓電噴射模組、刮刀涂布模組等多種加工手段組合，可根據(jù)需求選配不同加工模組安裝于設(shè)備龍門。

• UV在線固化單元支持對(duì)UV膠材進(jìn)行原位固化；紅外激光燒結(jié)單元支持對(duì)導(dǎo)電漿料進(jìn)行原位燒結(jié)形成導(dǎo)電性。

• 高精度、高適配性的吸盤載具，支持將翹曲工件吸附作業(yè)。

材料介紹
西湖未來(lái)智造基于行業(yè)領(lǐng)先的微米、亞微米級(jí)的金屬顆粒和無(wú)機(jī)填料的合成、生產(chǎn)工藝，以及填料與樹(shù)脂的分散工藝等核心技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)可滿足1 - 10 微米精度電子增材制造的先進(jìn)功能材料體系，含括高性能金屬漿料體系、高性能樹(shù)脂漿料體系、有機(jī)復(fù)合材料體系，根據(jù)客戶需求的定制化開(kāi)發(fā)，可滿足顯示、半導(dǎo)體封裝、鋰電等行業(yè)內(nèi)微米級(jí)線路加工、深腔填孔、特殊三維結(jié)構(gòu)構(gòu)造等應(yīng)用場(chǎng)景。

代表性漿料如下

產(chǎn)品 類型	代表性 產(chǎn)品	關(guān)鍵技術(shù)能力	應(yīng)用場(chǎng)景
銀漿	E3D-A-01A	250~300 oC固化后電阻率可滿足< 8 μΩ·cm，可滿足1~10μm針徑的打印，	線寬≤10 μm直寫打��；柔性電路、集成電路、復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)等
	E3D-A-02B	150~200 oC固化后電阻率< 80 μΩ·cm；50~70μm針徑長(zhǎng)期打印流量波動(dòng)<10%	線寬≤100 μm直寫打��；芯片封裝，集成電路，印制電路板、芯片貼裝等
	E3D-A-03A	150~200 oC固化后電阻率< 16 μΩ·cm；50~150μm直寫疊層打印，高寬比可到3以上；銀立柱高寬比可到5以上	線寬≤200 μm的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建，電子屏蔽，散熱器件，芯片貼裝等
銅漿	E3D-B-03B	200 oC/氮?dú)夥諊�固化后電阻�?lt; 34 μΩ·cm；30~50μm針徑長(zhǎng)期打印流量波動(dòng)<10%	線寬≤100 μm直寫打�。恍酒�封裝，集成電路，印制電路板、芯片貼裝等
	E3D-B-04B	200 oC/氮?dú)夥諊�固化后電阻�?lt; 85 μΩ·cm；可滿足孔徑≥50μm，徑深比>3的填孔打印	深腔填孔，如TGV,TSV,PCB填孔等
環(huán)氧樹(shù)脂	E3D-C-05	單組分、室溫穩(wěn)定、粘度適中，可滿足1~10μm針徑的打印	應(yīng)用于光學(xué)器件及電子器件的封裝，對(duì)PC、玻璃、塑料等基材都具有很好的粘接力
	E3D-C-08	單組份、高觸變性、低收縮率等特點(diǎn),可滿足50~100μm針徑打印	適用于光學(xué)器件、電子元器件封裝、攝像頭模組等低收縮低應(yīng)力特殊要求的場(chǎng)景
硅樹(shù)脂	E3D-D-04	單組分、不流動(dòng)的有機(jī)硅膠，打印高寬比可達(dá)0.3以上，可滿足針徑50~100μm的打印，可按需配制成黑色、白色等外觀	應(yīng)用于顯示模組、電子元器件、模塊和線路板等領(lǐng)域
UV膠水	E3D-E-04	無(wú)溶劑型的高性能丙烯酸酯類UV固化膠，產(chǎn)品具有中等黏度、固化速度快、固化后透明度高、耐候性好等特點(diǎn)，可滿足1~10μm針徑的打印	適用于光學(xué)器件及電子器件的封裝，對(duì)PC、玻璃、塑料等基材都具有很好的粘接力
	E3D-E-17	單組份、無(wú)溶劑型，高粘結(jié)強(qiáng)度、固化速度快，打印高寬比可達(dá)0.4以上，滿足>100μm線徑的打印	適用于光學(xué)器件、電子元器件封裝、攝像頭模組等低收縮低應(yīng)力特殊要求的場(chǎng)景

關(guān)于西湖未來(lái)智造
西湖未來(lái)智造獨(dú)創(chuàng)行業(yè)領(lǐng)先的微米、亞微米級(jí)超高精度電子增材技術(shù)，為客戶提供量身定制的電子增材制造解決方案。團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)1-10微米精度電子增材設(shè)備及與之配套的先進(jìn)功能材料體系，可實(shí)現(xiàn)數(shù)十種高性能金屬導(dǎo)電材料、聚合物及陶瓷基介質(zhì)材料、光學(xué)、磁性材料的精密三維增材制造。團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專利270余件，已授權(quán)專利70余件，參編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)增材技術(shù)方案面向工業(yè)級(jí)量產(chǎn)需求，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋當(dāng)下及下一代主流集成電路系統(tǒng)應(yīng)用，目前產(chǎn)品與解決方案已落地顯示、半導(dǎo)體封裝、鋰電等多個(gè)領(lǐng)域并已積累十余家行業(yè)標(biāo)桿客戶。公司已被認(rèn)定為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、省專精特新中小企業(yè)、省高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)中心，杭州市準(zhǔn)獨(dú)角獸企業(yè)，主持浙江省重大科技項(xiàng)目，入選國(guó)家級(jí)首臺(tái)套項(xiàng)目，并獲得浙江省領(lǐng)軍創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)支持。
隨著電子行業(yè)對(duì)高精度、小型化和低成本制造的需求不斷增加，納米增材制造技術(shù)將迎來(lái)更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。未來(lái)的發(fā)展方向包括：
1. 規(guī)模化生產(chǎn)：與國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)合作，提升打印工藝的速度和穩(wěn)定性，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)需求。通過(guò)優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)自動(dòng)化生產(chǎn)流程和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的大規(guī)模生產(chǎn)。計(jì)劃在未來(lái) 3 年內(nèi)，將設(shè)備的生產(chǎn)效率提高 5 倍以上，良率提升至 99% 以上。
2. 材料研發(fā)：開(kāi)發(fā)更多種類的導(dǎo)電材料和功能性材料，擴(kuò)展技術(shù)的應(yīng)用范圍。深入研究材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，通過(guò)材料創(chuàng)新推動(dòng)納米增材制造技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。預(yù)計(jì)未來(lái) 5 年內(nèi)，開(kāi)發(fā)出 數(shù)十種新型導(dǎo)電材料和功能性材料，滿足不同行業(yè)的需求。
3. 跨行業(yè)應(yīng)用：除了電子制造領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域。結(jié)合不同行業(yè)的需求，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的工藝和材料，拓展技術(shù)的應(yīng)用邊界
4. 自動(dòng)化與智能化：結(jié)合人工智能和自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)打印工藝的智能優(yōu)化和實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化打印參數(shù)，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)打印過(guò)程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
5. 合作與生態(tài)建設(shè)：與電子制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)合作，推動(dòng)技術(shù)的商業(yè)化落地和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。建立產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，促進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。加強(qiáng)與上下游企業(yè)的合作，共同打造微納電子增材制造技術(shù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)行業(yè)的整體發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)
西湖未來(lái)智造的微納電子增材制造技術(shù)為電子制造行業(yè)帶來(lái)了全新的解決方案，特別是在高精度、低成本和環(huán)保制造方面展現(xiàn)出巨大的潛力。西湖未來(lái)智造作為這一領(lǐng)域的佼佼者，憑借其獨(dú)創(chuàng)的微納墨水直寫（DIW）打印技術(shù)，正在為電子制造行業(yè)帶來(lái)前所未有的變革。未來(lái)，納米增材制造技術(shù)將繼續(xù)推動(dòng)電子制造的創(chuàng)新，為高精度、高性能的電子產(chǎn)品提供更多可能性。

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