微纳3D打印金属在半导体测试和封装领域的创新应用

来源： PuSL摩方高精密

在当今快速发展的科技时代，半导体行业作为全球经济发展的关键驱动力，其动态变化对全球经济格局产生深远影响。它不仅直接促进了电子制造业进步，带动软硬件行业成长，还催生了新技术、新产品和新商业模式。从半导体材料的基础研发，到半导体设计的创新突破，再到集成电路的制造与应用，全球半导体产业竞争格局将迎来深刻变革。

据Statista预测，到2029年，全球半导体市场规模将从2024年的607 亿美元增长至980 亿美元，年复合增长率为14.9%。作为尖端技术的半导体芯片，其制造过程极其复杂，主要包括以下几个关键步骤：晶圆制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、封装测试。每个工序都需要严格的控制和精确的测量，任何一个环节的问题都可能导致芯片的损坏或性能下降。因此，半导体制造对设备技术、制造工艺和操作人员的要求都极为苛刻。

半导体芯片加工过程（来源于Lam Research）

高昂的设备投入、材料消耗以及研发开支，共同推高了半导体产品的制造成本。这就要求在确保产品高良率的基础之上，还需寻求降低成本的有效途径，以促进半导体产业的可持续发展。

在半导体制造环节中，芯片测试与封装是关键环节之一，加之人工智能的迅速迭代和摩尔定律的放缓，先进的封装技术对于提高芯片的高性能至关重要。传统封装技术面临工艺复杂、热管理失效、材料热膨胀系数不匹配导致的应力问题，易致封装失败。

半导体逻辑器件小型化路线图

在颠覆性创新技术领域，3D打印技术在实现一体化成型，构建微型化的复杂结构具备卓越的优势。通过人工辅助设计优化内部散热结构，提高晶圆台热稳定性，减少晶圆热稳定时间，可有效地提高芯片生产的良率与效率。其中在半导体封装技术中，微纳3D打印技术不仅仅能赋能引线键合、晶圆级封装等常见技术，更是2.5D堆叠、3D 堆叠等新型创新封装技术的第一选择。3D打印技术的加持，可助力测试和封装技术朝着微型化、精密化、高密度引脚、高效散热的方向发展。

瑞士Exaddon AG公司专注于微纳金属零件的增材制造领域，旨在提供高精度和创新的微纳金属3D打印解决方案。Exadoond AG独有的的基于电化学沉积的金属增材制造技术（μAM），主要原理是：微流控调节脉冲气压将打印液体推入离子探头的微通道，金属离子经电化学还原沉积生成金属原子并结晶生成单一像素体，通过离子探头和平台移动实现图案化的像素体堆叠，最终形成三维金属微结构。

在半导体测试技术中，Exaddon AG已成功开发了能够以低于20 μm间距进行细间距探测的微纳3D打印探针，克服半导体测试行业面临的间距限制，开辟芯片设计和测试的新可能。其microLED测试阵列直接3D打印在间距低于20 μm的预图案迹线上。该演示器阵列拥有128个探头，X轴最小间距为18.5 μm，Y轴最小间距为9.5 μm，Z轴最小间距为±2 μm。据了解，Exaddon AG的探针阵列的尺寸约为其他公司探针阵列的 10%，使microLED测试仪的效率提高了64倍。

在半导体封装技术上，Exaddon AG μAM技术与光刻工艺等传统IC和PCB工艺步骤兼容，实现芯片的垂直互联，优化性能和促进小型化。Exaddon AG CERES 系统不仅能够实现高度低至 200 nm的 2D/2.5D 特征结构，还能够直接在微型PCB的走线和金属接触电极上精确地打印精度小于1 μm的高导电性微尺度结构。这种直接在基底上修改表面结构的独特封装方法，可显著缩短连接距离和降低延迟和减少能量损耗，是人工智能和高性能计算应用的理想解决方案。

为了保证实现高精度的打印，CERES 系统配备了两台具有计算机辅助对准功能的高分辨率相机，支持自动离子探头装载以及3D打印结构的拍摄录像可视化。

Exaddon AG的3D打印技术在其结构设计、材料选择以及制造流程方面展现出显著的先进性，通过增加成型精度、提升材料成形性、降低生产成本和提高生产可靠性等方面，拓展3D打印技术在半导体行业的应用范围。

在当前全球化的背景下，半导体产业已经成为衡量国际竞争力的关键指标。受到微型化特征和性能优化的驱动，随着像3D堆叠封装以及晶圆级封装的先进技术已经占据了30%的市场，这个动态市场已经见证了巨大的成长。3D打印技术作为新兴力量，突破了传统制造的局限，不断拓宽创新边界，推动全球半导体核心技术研发，共同塑造产业发展的新动能与新优势。