微纳3D打印为微电子陶瓷封装注入新动能

来源：摩方精密

当增材制造与人工智能、数字孪生技术深度融合，微电子封装技术正在向自适应智能系统进化。随着半导体器件向微型化、三维集成化方向加速演进，传统封装工艺的局限性日益凸显。在这关键转折点上，以休斯研究实验室（HRL Laboratories）为代表的科研机构，正通过3D打印技术重塑微电子封装的底层逻辑，开启产业变革的新篇章。

在微电子技术向三维异构集成演进的关键阶段，低温共烧陶瓷（LTCC）和高温共烧陶瓷（HTCC）技术虽在规模化生产中占主导，但其二维层压-烧结工艺存在局限性，导致电气布线受限，面临几何自由度不足、集成密度瓶颈和异质集成障碍等挑战。特别是在红外焦平面阵列（FPA）的异质集成中，传统平面中介层难以满足曲面探测器的精准对接需求，导致信号路径和阻抗匹配问题。

休斯研究实验室作为波音与通用汽车共同孕育的创新引擎，在Tobias Schaedler博士的引领下，通过摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术实现了陶瓷封装领域的革命性突破。这项技术不仅攻克了传统工艺的物理极限，更重新定义了微电子系统的集成范式，为半导体产业开启了全新的技术维度。

研究团队设计并利用摩方精密microArch® S230 （精度：2 μm）3D打印系统打印后高温热解得到含有通孔阵列的陶瓷中介层，其中通孔的直径与间距分别小至9 μm和18 μm。在此基础上，采用熔融渗透技术对通孔进行金属化处理，构建了电气路径，开创了通孔布线的新篇章，实现了包括弯曲和倾斜通孔在内的复杂布线，为微电子系统的三维集成封装提供了创新方案。

图1. 3D打印中介层制造原理图。

本研究展示了两种创新中介层设计：一是弯曲型中介层，其设计理念是为了实现弯曲红外探测器与平面读出集成电路（ROIC）的有效连接；二是扇出型中介层，该设计成功将通孔阵列的间距从60μm扩展至220μm。这两种中介层的实现，需依赖于数千个弯曲和倾斜通孔的精确制造，这一技术高度超越了传统微电子加工方法的局限。

图2. 弯曲型中介层。

图3. 扇出型中介层。

随后，研究团队测试出金属化处理后的通孔电阻约为4 x 10-8 Ω⋅m，与银和铜的电阻值处于同一数量级，通过微纳3D打印技术制造的弯曲和倾斜通孔结构，可突破传统工艺的布线限制，为高分辨率成像传感器提供紧凑型系统解决方案。

在这场由增材制造驱动的陶瓷封装技术创新中，休斯研究实验室的实践印证了三点产业规律：精密制造需回归材料本源，工艺创新需突破维度约束，技术突破需构建跨学科协同。未来，随着微纳3D打印技术的加入，将会进一步重构电子器件的物理形态，开启智能硬件进化的新维度，更催生出具备环境感知与自主优化的新一代智能精密硬件。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104642