CN109622968A - 一种tsv封装3d打印机及打印方法 - Google Patents

一种tsv封装3d打印机及打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TSV封装3D打印机及打印方法,包括TSV封装3D打印机、封装结构，在TSV封装3D打印机上设有光路系统、扫描镜封装结构、第二供粉活塞、第二供粉槽，用计算机对封装结构进行分层切片处理，分别得到衬底材料及导电金属材料的加工路径，按生成的加工路径层层叠加开始加工，每层加工时，先加工衬底材料，后加工导电金属材料，根据加工路径经激光扫描烧结衬底粉末材料形成一层衬底截面，根据加工路径经激光扫描烧结导电金属粉末材料形成一层导电金属截面，导电金属截面加工完成后，第二吸粉器将成型仓中未烧结的导电金属粉末材料完全吸入第二集粉仓中，一层TSV封装结构打印完成，一层结构完成后，开始下一层材料的加工，层层叠加，完成TSV封装结构的快速成型。

Description

一种TSV封装3D打印机及打印方法
技术领域
本发明涉及TSV封装3D打印技术领域，具体为一种TSV封装3D打印机及打印方法。
背景技术
TSV(英文：Through Silicon Via，中文：硅通孔)封装技术利用垂直硅通孔完成芯片的互连，由于连接距离更短、强度更高，能够实现更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明显减小的封装，同时能够用于异种芯片之间的互连。在制备TSV封装结构时，需要先在衬底上开设冒孔，再在冒孔内壁制备铜种子层，然后在冒孔内填充铜以形成铜柱，此TSV封装过程步骤复杂，深宽比受到限制，开口底部金属难填充、易有间隙等缺点，本专利采用3D打印技术实现TSV封装，简化封装步骤，能够实现较高深宽比与较致密均匀的金属填充。
发明内容
本发明的目的在于提供一种完成TSV封装结构的快速成型，能实现较高深宽比和致密均匀的金属填充的TSV封装3D打印机及打印方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种TSV封装3D打印机,包括TSV封装3D打印机、封装结构，所述TSV封装3D打印机上设有激光器，所述激光器的一侧设有光路系统，光路系统的一侧设有扫描镜，所述激光器，光路系统与扫描镜在同一高度，扫描镜的正下方设有成型仓，所述成型仓的一侧设有第二供粉槽，成型仓的另一侧设有第一供粉槽，所述第一供粉槽，成型仓，第二供粉槽在同一高度，所述扫描镜的一侧设有第一集粉仓，第一集粉仓的正下方设有第二集粉仓。
优选的，所述成型仓的上方内部中央设有封装结构，成型仓的下方中央设有成型活塞，所述成型活塞的顶端与成型仓的底部中央固定连接。
优选的，所述第二供粉槽的上方右上角设有第二滚筒，第二供粉槽的底部中央设有第二供粉活塞，所述第二供粉活塞的顶端与第二供粉槽的底部中央固定连接。
优选的，所述第一供粉槽的上方左上角设有第一滚筒，第一供粉槽的底部中央设有第一供粉活塞，所述第一供粉活塞的顶端与第一供粉槽的底部中央固定连接。
优选的，所述封装结构上设有绝缘衬底区，所述绝缘衬底区的顶部中央以及绝缘衬底区的顶部靠近两端均设有第一布线区，所述绝缘衬底区的底部靠近两侧对称设有第二布线区，所述绝缘衬底区的内部设有导电金属区，导电金属区的顶端与绝缘衬底区上方的第一布线区连接，导电金属区的底端与绝缘衬底区底部的第二布线区连接。
优选的，所述第一集粉仓的一侧设有第一吸粉器。
优选的，所述第二集粉仓的一侧设有第二吸粉器。
优选的，所述TSV封装3D打印机的衬底材料采用SiO2粉末，金属材料采用Cu粉末。
优选的，一种TSV封装3D打印机，其使用方法包括以下步骤：
A、建立封装结构模型；
B、用计算机对封装结构进行分层切片处理，分别得到衬底材料及导电金属材料的加工路径；
C、按生成的加工路径层层叠加开始打印；
D、每层加工时，先加工衬底材料，后加工导电金属材料；
E、根据加工路径经激光扫描烧结衬底粉末材料形成一层衬底截面；
F、衬底截面加工完成后，第一吸粉器将成型仓中未烧结的衬底粉末材料完全吸入第一集粉仓中；
G、第二滚筒在已完成衬底材料打印的当前层铺上一层导电金属粉末材料薄层；
H、根据加工路径经激光扫描烧结导电金属粉末材料形成一层导电金属截面；
I、导电金属截面加工完成后，第二吸粉器将成型仓中未烧结的导电金属粉末材料完全吸入第二集粉仓中；
J、当导电金属粉末材料薄层未达到需要打印的层数，将继续打印直至完成TSV封装结构的快速成型，当导电金属粉末材料薄层达到需要打印的层数，完成TSV封装结构的快速成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用3D打印技术实现TSV封装结构，一层结构完成后，成型活塞下降一层高度，开始下一层材料的加工，层层叠加，完成TSV封装结构的快速成型，能实现较高深宽比和致密均匀的金属填充。
附图说明
图1为本发明TSV封装3D打印机示意图；
图2为本发明封装结构示意图；
图3为本发明TSV封装3D打印流程图。
图中：1、激光器；2、光路系统；3、扫描镜；4、第一集粉仓；5、第二集粉仓；6、第一吸粉器；7、第二吸粉器；8、第一滚筒；9、第一供粉槽；10、第一供粉活塞；11、封装结构；12、成型活塞；13、成型仓；14、第二供粉活塞；15、第二供粉槽；16、第二滚筒；17、第一布线区；18、绝缘衬底区；19、导电金属区；20、第二布线区；21、TSV封装3D打印机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3,本发明提供一种技术方案：一种TSV封装3D打印机,包括TSV封装3D打印机1、封装结构11，TSV封装3D打印机1上设有激光器1，激光器1的一侧设有光路系统2，光路系统2的一侧设有扫描镜3，激光器1，光路系统2与扫描镜3在同一高度，扫描镜3的正下方设有成型仓13，成型仓13的一侧设有第二供粉槽15，第二供粉槽15的上方右上角设有第二滚筒16，第二供粉槽15的底部中央设有第二供粉活塞14，第二供粉活塞14的顶端与第二供粉槽15的底部中央固定连接。
成型仓13的另一侧设有第一供粉槽9，第一供粉槽9的上方左上角设有第一滚筒8，第一供粉槽9的底部中央设有第一供粉活塞10，第一供粉活塞10的顶端与第一供粉槽9的底部中央固定连接，第一供粉槽9，成型仓13，成型仓13的上方内部中央设有封装结构11，封装结构11上设有绝缘衬底区18，绝缘衬底区19的顶部中央以及绝缘衬底区的顶部靠近两端均设有第一布线区17，绝缘衬底区18的底部靠近两侧对称设有第二布线区20，绝缘衬底区18的内部设有导电金属区19，导电金属区19的顶端与绝缘衬底区18上方的第一布线区17连接，导电金属区19的底端与绝缘衬底区18底部的第二布线区20连接，成型仓13的下方中央设有成型活塞12，成型活塞12的顶端与成型仓13的底部中央固定连接。
第二供粉槽15在同一高度，扫描镜3的一侧设有第一集粉仓4，第一集粉仓4的正下方设有第二集粉仓5，第一集粉仓4的一侧设有第一吸粉器6，第二集粉仓5的一侧设有第二吸粉器7，TSV封装3D打印机1的衬底材料采用SiO2粉末，金属材料采用Cu粉末。
打印方法：打印开始前，用计算机对封装结构11进行分层切片处理，分别得到衬底材料及导电金属材料的加工路径，衬底材料可选用SiO2粉末，金属材料可选用Cu粉末，打印开始时，按生成的加工路径层层叠加开始加工，每层加工时，先加工衬底材料，后加工导电金属材料，第一供粉槽9中装有衬底粉末材料，第一供粉活塞10上升一定高度，由第一滚筒8在成型仓13上铺上一层衬底材料薄层，激光器1发射激光，经光路系统2和扫描镜3将激光束照射到衬底薄层材料上，根据加工路径经激光扫描烧结衬底粉末材料形成一层衬底截面，衬底截面加工完成后，第一吸粉器6将成型仓中未烧结的衬底粉末材料完全吸入第一集粉仓4中。第二供粉槽15中装有导电金属粉末材料，第二供粉活塞14上升一定高度，由第二滚筒16在已完成衬底材料打印的当前层铺上一层导电金属粉末材料薄层，激光器1发射激光，经光路系统2和扫描镜3将激光束照射到导电金属薄层材料上，根据加工路径经激光扫描烧结导电金属粉末材料形成一层导电金属截面，导电金属截面加工完成后，第二吸粉器7将成型仓中未烧结的导电金属粉末材料完全吸入第二集粉仓5中，经以上步骤一层TSV封装结构打印完成。一层结构完成后，成型活塞12下降一层高度，开始下一层材料的加工，层层叠加，完成TSV封装结构的快速成型。
本发明采用3D打印技术实现TSV封装结构，一层结构完成后，成型活塞下降一层高度，开始下一层材料的加工，层层叠加，完成TSV封装结构的快速成型，能实现较高深宽比和致密均匀的金属填充。
一种TSV封装3D打印机，其使用方法包括以下步骤：
A、建立封装结构模型；
B、用计算机对封装结构进行分层切片处理，分别得到衬底材料及导电金属材料的加工路径；
C、按生成的加工路径层层叠加开始打印；
D、每层加工时，先加工衬底材料，后加工导电金属材料；
E、根据加工路径经激光扫描烧结衬底粉末材料形成一层衬底截面；
F、衬底截面加工完成后，第一吸粉器将成型仓中未烧结的衬底粉末材料完全吸入第一集粉仓中；
G、第二滚筒16在已完成衬底材料打印的当前层铺上一层导电金属粉末材料薄层；
H、根据加工路径经激光扫描烧结导电金属粉末材料形成一层导电金属截面；
I、导电金属截面加工完成后，第二吸粉器将成型仓中未烧结的导电金属粉末材料完全吸入第二集粉仓中；
J、当导电金属粉末材料薄层未达到需要打印的层数，将继续打印直至完成TSV封装结构的快速成型，当导电金属粉末材料薄层达到需要打印的层数，完成TSV封装结构的快速成型。
本发明的有益效果是：
本发明采用3D打印技术实现TSV封装结构，一层结构完成后，成型活塞下降一层高度，开始下一层材料的加工，层层叠加，完成TSV封装结构的快速成型，能实现较高深宽比和致密均匀的金属填充。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种TSV封装3D打印机,包括TSV封装3D打印机(1)、封装结构(11)，其特征在于：所述TSV封装3D打印机(1)上设有激光器(1)，所述激光器(1)的一侧设有光路系统(2)，光路系统(2)的一侧设有扫描镜(3)，所述激光器(1)，光路系统(2)与扫描镜(3)在同一高度，扫描镜(3)的正下方设有成型仓(13)，所述成型仓(13)的一侧设有第二供粉槽(15)，成型仓(13)的另一侧设有第一供粉槽(9)，所述第一供粉槽(9)，成型仓(13)，第二供粉槽(15)在同一高度，所述扫描镜(3)的一侧设有第一集粉仓(4)，第一集粉仓(4)的正下方设有第二集粉仓(5)。
2.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述成型仓(13)的上方内部中央设有封装结构(11)，成型仓(13)的下方中央设有成型活塞(12)，所述成型活塞(12)的顶端与成型仓(13)的底部中央固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述第二供粉槽(15)的上方右上角设有第二滚筒(16)，第二供粉槽(15)的底部中央设有第二供粉活塞(14)，所述第二供粉活塞(14)的顶端与第二供粉槽(15)的底部中央固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述第一供粉槽(9)的上方左上角设有第一滚筒(8)，第一供粉槽(9)的底部中央设有第一供粉活塞(10)，所述第一供粉活塞(10)的顶端与第一供粉槽(9)的底部中央固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述封装结构(11)上设有绝缘衬底区(18)，所述绝缘衬底区(19)的顶部中央以及绝缘衬底区的顶部靠近两端均设有第一布线区(17)，所述绝缘衬底区(18)的底部靠近两侧对称设有第二布线区(20)，所述绝缘衬底区(18)的内部设有导电金属区(19)，导电金属区(19)的顶端与绝缘衬底区(18)上方的第一布线区(17)连接，导电金属区(19)的底端与绝缘衬底区(18)底部的第二布线区(20)连接。
6.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述第一集粉仓(4)的一侧设有第一吸粉器(6)。
7.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述第二集粉仓(5)的一侧设有第二吸粉器(7)。
8.根据权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其特征在于：所述TSV封装3D打印机(1)的衬底材料采用SiO2粉末，金属材料采用Cu粉末。
9.实现权利要求1所述的一种TSV封装3D打印机，其使用方法包括以下步骤：
A、建立封装结构模型；
B、用计算机对封装结构进行分层切片处理，分别得到衬底材料及导电金属材料的加工路径；
C、按生成的加工路径层层叠加开始打印；
D、每层加工时，先加工衬底材料，后加工导电金属材料；
E、根据加工路径经激光扫描烧结衬底粉末材料形成一层衬底截面；
F、衬底截面加工完成后，第一吸粉器将成型仓中未烧结的衬底粉末材料完全吸入第一集粉仓中；
G、第二滚筒(16)在已完成衬底材料打印的当前层铺上一层导电金属粉末材料薄层；
H、根据加工路径经激光扫描烧结导电金属粉末材料形成一层导电金属截面；
I、导电金属截面加工完成后，第二吸粉器将成型仓中未烧结的导电金属粉末材料完全吸入第二集粉仓中；
J、当导电金属粉末材料薄层未达到需要打印的层数，将继续打印直至完成TSV封装结构的快速成型，当导电金属粉末材料薄层达到需要打印的层数，完成TSV封装结构的快速成型。
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