CN105336582B - 一种基于3d打印技术的芯片制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于3D打印技术的芯片制造方法，包括编写程序、注入材料和打印芯片三个步骤，所述打印芯片至少包括打印绝缘层、打印导电线路层、打印导热层，所述打印导电线路层为使用所述电子束紫外光固化导电银浆打印导电线路。因此这种方法具有步骤简单，节省人力物力的优点，且所述电子束紫外光固化导电银浆无需加热烘烤，在常温下较短的时间即可固化，因此具有成型方便、快速的优点。

Description

一种基于3D打印技术的芯片制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺领域，具体涉及一种基于3D打印技术的芯片制造方法。

背景技术

传统的芯片制造技术包括如下步骤：

制作晶圆：将纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就成为芯片制作具体需要的晶圆；

晶圆涂膜：晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种；

晶圆光刻显影、蚀刻：该过程使用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。在需要保留的部分上方使用遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样，剩下的部分与遮光物的形状一致，这样就得到我们所需要的二氧化硅层；

搀加杂质：将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。具体工艺是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层，但复杂的芯片通常有很多层，这时候将这一流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来，这一点类似PCB板的制作原理。更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的结构。

当晶圆经过上述步骤后，切割成单个芯片，并且经过测试，挑选出质量达标的芯片，至此芯片制造完成。但是在实际生产中，当临时需求小批量芯片且给予的芯片制造时间有限时，这种通过加工整片晶圆来获取单个芯片的生产方法具有成本高、工时长且人力和物力耗费大的缺点，因此有必要发明一种工时短、效率高、成本低廉的芯片制造方法。

发明内容

为了达到上述目的，本发明根据3D打印技术的原理提供了一种基于3D打印技术的芯片制造方法，通过编写打印程序，并且注入相应的材料将芯片打印出来，具有单个芯片制造时间短、成本低廉的特点。

本发明提供的一种基于3D打印技术的芯片制造方法，包括编写程序、注入材料和打印芯片三个步骤，所述打印芯片至少包括打印绝缘层、打印导电线路层、打印导热层，所述打印导电线路层为使用电子束紫外光固化导电银浆打印导电线路。

作为优选，所述编写程序为确定芯片绝缘层、导电线路层、导热层各自的打印形状、面积、顺序和层数，并且逐层编写3D打印程序。

作为优选，所述注入材料为在3D打印机中注入在常温下固化的感光材料，所述电子束紫外光固化导电银浆的组分包括丙烯酸单体和树脂、光引发剂以及银粉，所述电子束紫外光固化导电银浆各组分的质量百分比为：

作为优选，所述打印芯片包括以下步骤：

步骤一：提供绝缘基底板；

步骤二：在所述绝缘基底板上打印芯片单元，所述芯片单元依次包括第一导热层、第一绝缘层、导电线路层、第二绝缘层和第二导热层；

步骤三：在所述芯片单元上打印覆盖绝缘层，所述覆盖绝缘层的面积大于所述芯片单元的面积；

步骤四：将所述绝缘基底板切割至面积小于或者等于所述覆盖绝缘层的面积。

作为优选，在步骤二与步骤三之间增加步骤二十一：在所述芯片单元上打印至少一个所述芯片单元。

作为优选，步骤四中打印所述覆盖绝缘层时，所述导电线路层上至少有两条线路穿出所述覆盖绝缘层。

作为优选，步骤三中打印导电线路层后，在所述芯片单元周围打印若干条金属线路与所述覆盖绝缘层内的所述导电线路层相联通，然后在所述导电线路层上依次打印所述第二绝缘层和所述第二导热层。

作为优选，所述绝缘基底板为有机绝缘材料或者无机绝缘材料。

作为优选，所述第一导热层和第二层导热层皆为金属材料。

作为优选，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层皆为有机绝缘材料或者无机绝缘材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的基于3D打印技术的芯片制造方法，包括编写程序、注入材料和打印芯片三个步骤，因此相比一般的芯片制造方法，这种方法具有步骤简单，节省人力物力的优点。所述打印芯片至少包括打印绝缘层、打印导电线路层、打印导热层，所述打印导电线路层为使用所述电子束紫外光固化导电银浆打印导电线路，这种电子束紫外光固化导电银浆无需加热烘烤，在常温下较短的时间即可固化，因此具有成型方便、快速的优点。

本发明提供的基于3D打印技术的芯片制造方法，编写程序时在确定芯片绝缘层、导电线路层、导热层各自的打印形状、面积、顺序和层数后，并且逐层编写3D打印程序，因此提高了打印芯片的精准度。

本发明提供的基于3D打印技术的芯片制造方法，注入材料时在3D打印机的进料口注入在常温下固化的感光材料，在打印芯片时依次逐层打印若干个芯片单元，每个所述芯片单元依次包括第一导热层、第一绝缘层、导电线路层、第二绝缘层和第二导热层，在打印了至少一个芯片单元后，打印覆盖绝缘层，将所有芯片单元覆盖。因此这种芯片制造方法无需另外设置辅助设备，具有节省成本的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的芯片制造方法流程示意图；

图2为本发明实施例一的打印第一导热层和第一绝缘层示意图；

图3为本发明实施例一的打印导电线路层示意图；

图4为本发明实施例一的打印第二绝缘层和第二导热层示意图；

图5为本发明实施例一的打印覆盖绝缘层示意图；

图6为本发明实施例一切割绝缘基底板示意图；

图7为本发明实施例二的芯片制造方法流程示意图；

图8为本发明实施例二的打印导电线路层示意图；

图9为本发明实施例二的打印金属线路与导电线路层联通示意图；

图10为本发明实施例三的芯片制造方法流程示意图；

图11为本发明实施例三的打印覆盖绝缘层示意图。

图中：1-芯片单元、11-绝缘基底板、12-第一导热层、13-第一绝缘层、14-导电线路层、15-第二绝缘层、16-第二导热层、17-外接线路、2-覆盖绝缘层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印主要分为两大步骤：三维设计和切片处理。三维设计的过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

切片处理的过程是：3D打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

因此若是将芯片制造的材料注入3D打印机中，并且建立芯片的模型，即可打印出所需的芯片。

实施例一

基于上述原理，请参照图1，本实施例提供的基于3D打印技术的芯片制造方法，主要包括编写程序、注入材料和打印芯片。

编写程序：确定芯片绝缘层、导电线路层、导热层各自的打印形状、面积、顺序和层数，所述芯片由若干个芯片单元1堆叠而成，每个所述芯片单元1依次包括第一导热层12、第一绝缘层13、导电线路层14、第二绝缘层15和第二导热层16，并且逐层编写3D打印程序。

注入材料：在3D打印机中注入感光材料，所述感光材料皆为在常温下固化的材料，这样在打印过程中，每一层的感光材料对光的照射产生反应，比如在光照射范围内发生固化，而未被光照射的部分则仍然维持液态，在清洗显影后，形成每一层所需的形状。

使用电子束紫外光固化导电银浆作为导电线路层的材料，所述电子束紫外光固化导电银浆的组分包括丙烯酸单体和树脂、光引发剂以及银粉，所述电子束紫外光固化导电银浆各组分的质量百分比为：

具体地，所述银粉选自不同粒径的片状银粉或者它们的混合物，主要用于导电功能。所述丙烯酸单体选自双官能团单体1、6-己二醇双丙烯酸酯(HDDA)，三官能团单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)；所述光引发剂选自自由基光引发剂苯偶酰缩酮、苯乙酮衍生物α-羟基酮、二苯甲酮、酰基膦氧化物，本发明中采用的电子束紫外光固化导电银浆在常温下能够快速固化，无需加热烘烤，无需机械冲压，也无需腐蚀刻制，降低生产成本，减少了环境污染。

具体地，下表给出了所述电子束紫外光固化导电银浆的两组质量百分比：

	丙烯酸树脂	丙烯酸单体	片状银粉	光引发剂
					配方A	14％	7％	69％	10％
配方B	19％	15％	60％	6％

上述两组配方组成的电子束紫外光固化导电银浆在印刷完成后，可通过3D打印机内的紫外光照射，形成导电线路的部分，在10～30秒内完成干燥，无需加热烘烤，即可成型。

打印芯片：

步骤一：提供绝缘基底板11，较佳地，所述绝缘基底板11的材料为有机绝缘材料或者无机绝缘材料，比如绝缘胶、二氧化硅等，也可为纸。

步骤二：请参照图2，在所述绝缘基底板11上打印所述第一导热层12和所述第一绝缘层13，较佳地，所述第一导热层12材料为金属，如金属铝或者电子束紫外光固化导电银浆，打印后形成的第一导热层12为一层金属箔。较佳地，第一绝缘层13材料也为有机绝缘材料或者无机绝缘材料，如绝缘胶、二氧化硅等。

一般地，请继续参照图2，所述第一导热层12与所述第一绝缘层13的形状为矩形，且两者的长度与宽度皆相等。

请参照图3，在所述第一绝缘层13上，使用所述电子束紫外光固化导电银浆打印形成所述导电线路层14，一般地，所述导电线路层14上至少有两条线路，每一条线路的引脚端延伸至所述第一绝缘层13的面积范围之外，用于后续与外界电路联通。

请参照图4，在所述导电线路层14上，依次打印所述第二绝缘层15和所述第二导热层16，较佳地，所述第二绝缘层15的材料与所述第一绝缘层13的材料相同，所述第二导热层16的材料与所述第一导热层12材料相同，所述第二绝缘层15和所述第二导热层16的面积、长度和宽度皆与所述第一绝缘层13相同，则一个芯片单元1打印完成；

一般地，所述第二导热层16要避开与所述导电线路层14上的线路接触，防止造成短路，因此第二导热层16为有镂空图案的形状，所述导电线路层14的线路可在第二导热层16的镂空处导出，并且将所述第二绝缘层15延伸至导电线路层14的镂空处将所述导电线路层14的线路与第二导热层16隔开，防止短路。

步骤三：请参照图5，在所述第二导热层16打印覆盖绝缘层2，覆盖绝缘层2的面积大于所述第一绝缘层13的面积，并且导电线路层14在所述第一绝缘层13面积范围外的线路并没有被所述覆盖绝缘层2覆盖；

步骤四：请参照图6，将所述绝缘基底板11的面积切割至小于或者等于所述覆盖绝缘层2。

至此如图6所示的一个芯片已制造完成，在制造过程中无需加热烘烤，只需照射光线，每一层固化的时间较短，具有成本低廉，工时短、制造方便的优点。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，请参照图7、图8，本实施例中导电线路层14每一条线路的长度在所述第一绝缘层13的面积范围内，请参照图9，在完成导电线路层14后打印外接线路17与所述导电线路层14上的线路相连，接着继续按照实施例一中的方法在导电线路层上依次打印第二绝缘层15、第二导热层16与覆盖绝缘层2。一般地，所述外接线路17为金属线路。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，请参照图10与图11，在覆盖绝缘层2下方覆盖两个芯片单元1，即在步骤二之后，在原有的芯片单元1上继续打印第二个芯片单元1，然后在第二个芯片单元1上覆盖所述覆盖绝缘层2，当然，芯片单元1的具体个数，可根据芯片的实际功能需求进行调整。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，包括编写程序、注入材料和打印芯片三个步骤，所述打印芯片至少包括打印绝缘层、打印导电线路层、打印导热层，所述打印导电线路层为使用电子束紫外光固化导电银浆打印导电线路；

所述打印芯片包括以下步骤：

步骤一：提供绝缘基底板；

步骤二：在所述绝缘基底板上打印芯片单元，所述芯片单元依次包括第一导热层、第一绝缘层、导电线路层、第二绝缘层和第二导热层；

步骤三：在所述芯片单元上打印覆盖绝缘层，所述覆盖绝缘层的面积大于所述芯片单元的面积；

步骤四：将所述绝缘基底板切割至面积小于或者等于所述覆盖绝缘层的面积。

2.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，所述编写程序为确定芯片绝缘层、导电线路层、导热层各自的打印形状、面积、顺序和层数，并且逐层编写3D打印程序。

3.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，所述注入材料为在3D打印机中注入在常温下固化的感光材料，所述电子束紫外光固化导电银浆的组分包括丙烯酸单体和树脂、光引发剂以及银粉，所述电子束紫外光固化导电银浆各组分的质量百分比为：

4.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，在步骤二与步骤三之间增加步骤二十一：在所述芯片单元上打印至少一个所述芯片单元。

5.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，步骤四中打印所述覆盖绝缘层时，所述导电线路层上至少有两条线路穿出所述覆盖绝缘层。

6.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，步骤三中打印导电线路层后，在所述芯片单元周围打印若干条金属线路与所述覆盖绝缘层内的所述导电线路层相联通，然后在所述导电线路层上依次打印所述第二绝缘层和所述第二导热层。

7.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，所述绝缘基底板为有机绝缘材料或者无机绝缘材料。

8.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，所述第一导热层和第二层导热层皆为金属材料。

9.如权利要求1所述的基于3D打印技术的芯片制造方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层皆为有机绝缘材料或者无机绝缘材料。