多層陶瓷基板包含帶狀線、微帶線和過孔，帶狀線和微帶線分別形成內(nèi)層和表層電路，過孔則連接著不同層。要實(shí)現(xiàn)這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的打印還存在諸多問題有待解決。噴墨打印是實(shí)現(xiàn)陶瓷/金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)體制造最直接、最低成本和最可控的方法，能夠完成陶瓷材料和導(dǎo)電金屬材料的分別連續(xù)固化和嵌合成型，且達(dá)到的最小精度和最小特征尺寸可以滿足 200μm 以下的帶狀線、微帶線和細(xì)微過孔。
噴墨打印作為一種材料噴射技術(shù)早已在電子電路領(lǐng)域應(yīng)用，它按照傳統(tǒng) 2D 噴墨的方式，根據(jù) Cadence、Altium Designer 等生成的多層陶瓷基板設(shè)計(jì)文件中的圖形信息通過多次掃掠實(shí)現(xiàn)墨滴的噴射和疊層沉積，從而獲得二維圖形到三維實(shí)體的轉(zhuǎn)化。本文提出了以下多層陶瓷基板噴墨打印方案。為加強(qiáng)陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動(dòng)，艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。
一、多層陶瓷基板噴墨打印方案
由于涉及陶瓷和導(dǎo)電金屬兩種材料，因此需要采用兩個(gè)壓電噴頭分別噴射和沉積陶瓷墨水及導(dǎo)電金屬墨水，整個(gè)過程如圖 1 所示。壓電噴頭 1 先在承印基材上打印一層陶瓷介電層，并且根據(jù)線路圖形布局，預(yù)留通孔和溝槽，然后壓電噴頭 2 將導(dǎo)電金屬墨水沉積進(jìn)預(yù)留的通孔和溝槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)共面導(dǎo)電線路嵌合以及互連，按照上述思路進(jìn)行順序疊層打印，最終成型多層陶瓷基板。陶瓷墨水通過 UV 照射固化，導(dǎo)電金屬墨水則通過光子燒結(jié)固化，為了保證導(dǎo)通電阻，可進(jìn)行導(dǎo)電金屬墨水多次沉積。
圖 1? 多層陶瓷基板噴墨打印方案
根據(jù)上述方案以及打印要求，委托北京大華博科智能科技有限公司開發(fā)出多層電子電路噴墨打印系統(tǒng)，如圖 2 所示。該多層電子電路噴墨打印系統(tǒng)的有效成型寸為 180×240mm，Z 軸升降極限高度為 20mm，重復(fù)定位精度為±2μm；支持 GERBER 和 BMP 文件直接打印，可進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)裁邊減線寬；配備兩個(gè)理光 G5 壓電噴頭，如圖 3 所示，噴孔數(shù)量共 1280（4×320），分辨率高達(dá) 1200dip；集成 NIR 光子燒結(jié)模塊和 UV 模塊；帶多孔真空吸附的大理石平臺(tái)通過恒溫水槽進(jìn)行控溫（≤80℃）。
圖 2 多層電子電路噴墨打印系統(tǒng)
圖 3 理光 G5 壓電噴頭
多層電子電路噴墨打印系統(tǒng)開機(jī)后需要進(jìn)行正壓壓墨，一方面對(duì)噴頭做一次清洗，另一方面保證墨水在噴孔處剛好含住，從而使墨水能在適當(dāng)壓電脈沖激勵(lì)下正常噴射。正壓壓墨完成后通常還需要進(jìn)行噴頭檢測(cè)，噴頭檢測(cè)包括噴孔檢測(cè)、水平檢測(cè)和垂直檢測(cè)，其中噴孔檢測(cè)是檢查噴頭噴孔是否出墨良好，水平檢測(cè)是檢查噴頭整個(gè)噴孔平面是否與水平面平行，垂直檢測(cè)是檢查噴頭是否左右歪斜，具體做法是點(diǎn)擊相應(yīng)的檢測(cè)按鈕，會(huì)得到一幅檢測(cè)圖案，如圖 4所示，通過對(duì)比檢測(cè)圖案（實(shí)際和預(yù)期），并且進(jìn)行調(diào)整。
圖 4 噴孔檢測(cè)時(shí)的檢測(cè)圖案
打印開始前按照多層陶瓷基板圖形設(shè)計(jì)批量導(dǎo)入打印文件，由于導(dǎo)電線路是通過預(yù)留通孔和溝槽再反向沉積填充形成的，因此在有通孔和溝槽沉積填充的地方需要進(jìn)行圖形處理，使其單獨(dú)成一個(gè)打印文件，然后設(shè)置打印參數(shù)，包括噴頭加熱溫度、脈沖電壓幅值、分辨率、噴距、打印次數(shù)、初始高度、平臺(tái)溫度等，打印完成后開展基本尺寸、表面粗糙度、導(dǎo)通電阻等相關(guān)檢測(cè)，整個(gè)流程如圖 5 所示。
圖 5 多層陶瓷基板打印流程
可以看出該噴墨打印方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于只需要兩個(gè)壓電噴頭根據(jù)導(dǎo)入的打印文件中的圖形信息分別多次掃掠實(shí)現(xiàn)陶瓷墨水和導(dǎo)電金屬墨水的噴射和疊層沉積，即可完成多次陶瓷基板的打印。
相比于高溫共燒陶瓷技術(shù)，噴墨打印能夠簡(jiǎn)化制造流程，縮短制造周期，降低制造成本，因?yàn)椴淮嬖谏蓭_孔、填孔、圖形印制、疊片、壓合和熱切割工序，相應(yīng)的設(shè)備費(fèi)用大大壓縮。相比于墨水直寫、熔融沉積和 Vat 光聚合，噴墨打印能夠以無接觸、無壓力的方式直接在承印基材上構(gòu)建二維圖形和三維實(shí)體，達(dá)到的精度和最小特征尺寸雖然適中，但靈活性更高，而且由于壓電噴頭上的數(shù)千個(gè)噴孔均可出墨，相當(dāng)于面成型，打印效率更高。
為加強(qiáng)陶瓷基板及其封裝行業(yè)上下游交流聯(lián)動(dòng)，艾邦建有陶瓷基板產(chǎn)業(yè)群，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加入。
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序 號(hào) |
暫定議題 |
擬邀請(qǐng)企業(yè) |
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1 |
半導(dǎo)體陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計(jì) |
擬邀請(qǐng)仿真設(shè)計(jì)專家 |
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2 |
多層陶瓷集成電路封裝外殼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) |
擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè) |
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3 |
光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢(shì) |
擬邀請(qǐng)光通信企業(yè) |
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4 |
多層陶瓷封裝外殼的生產(chǎn)工藝和可靠性設(shè)計(jì) |
擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè) |
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5 |
多層陶瓷高溫共燒關(guān)鍵技術(shù)介紹 |
擬邀請(qǐng)HTCC企業(yè) |
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6 |
電子封裝用陶瓷材料研究現(xiàn)狀 |
擬邀請(qǐng)材料企業(yè) |
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7 |
多層共燒金屬化氮化鋁陶瓷工藝研究 |
擬邀請(qǐng)氮化鋁企業(yè) |
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8 |
HTCC陶瓷封裝用電子漿料的開發(fā) |
擬邀請(qǐng)導(dǎo)電漿料企業(yè) |
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9 |
多層共燒陶瓷燒結(jié)關(guān)鍵技術(shù)探討 |
擬邀請(qǐng)燒結(jié)設(shè)備企業(yè) |
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10 |
陶瓷封裝外殼的焊料開發(fā) |
擬邀請(qǐng)焊材企業(yè) |
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11 |
電子封裝異質(zhì)材料高可靠連接研究進(jìn)展 |
擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b企業(yè) |
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12 |
厚膜印刷技術(shù)在陶瓷封裝外殼的應(yīng)用 |
擬邀請(qǐng)印刷相關(guān)企業(yè) |
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13 |
高精密疊層機(jī)應(yīng)用于多層陶瓷基板 |
擬邀請(qǐng)疊層設(shè)備 |
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14 |
陶瓷封裝管殼表面處理工藝技術(shù) |
擬邀請(qǐng)表面處理企業(yè) |
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15 |
激光技術(shù)在陶瓷封裝管殼領(lǐng)域的應(yīng)用 |
擬邀請(qǐng)激光企業(yè) |
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16 |
陶瓷封裝釬焊工藝介紹 |
擬邀請(qǐng)釬焊設(shè)備企業(yè) |
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17 |
半導(dǎo)體芯片管殼封裝及設(shè)備介紹 |
擬邀請(qǐng)封焊設(shè)備企業(yè) |
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18 |
全自動(dòng)高速氦檢漏系統(tǒng)在陶瓷封裝領(lǐng)域的應(yīng)用 |
擬邀請(qǐng)氦氣檢測(cè)設(shè)備企業(yè) |
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19 |
芯片封裝殼體自動(dòng)化測(cè)量方案 |
擬邀請(qǐng)檢測(cè)設(shè)備企業(yè) |
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20 |
等離子清洗在高密度陶瓷封裝外殼上的應(yīng)用 |
擬邀請(qǐng)等離子清洗企業(yè) |
更多議題征集中，演講&贊助請(qǐng)聯(lián)系李小姐：18124643204（同微信）
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