CN109952189A - 混合式多材料3d打印 - Google Patents

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G.伯恩斯坦托克
M.阿尔特曼
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Abstract

一种制造方法，包括将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案。将其中已经创建相应2D图案的序列中的层层合在一起以制备多层堆叠。将所述多层堆叠显影以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。

Description

混合式多材料3D打印
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年11月17日提交的美国临时专利申请62/423215的权益，其通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及通过三维(3D)打印来制造功能装置的方法和系统。
背景技术
在3D打印过程(也称为增材制造)中，通过在计算机控制下构建连续的材料层来创建物体以创建3D物体。几乎任何形状和几何结构的物体可以以这种方式从数字模型数据制备。
一些3D打印技术支持将诸如电子部件的功能元件结合到3D结构中。例如，PCT国际公开WO2014/209994描述了打印的3D功能部件，其包括包含结构材料的3D结构以及至少部分地嵌入该3D结构中的至少一个功能电子设备。功能电子设备具有抵靠3D结构的内表面固定的基部。一个或多个导电细丝至少部分地嵌入3D结构中并电连接到至少一个功能电子设备。
一些3D打印技术涉及层合多个连续的固体层以制备3D结构。例如，美国专利8879957描述了一种使用电子照相术打印3D部件的增材制造系统。该系统包括可旋转的光电导体部件；第一和第二显影站，其配置成在可旋转的光电导体部件的表面上将材料层显影，同时可旋转的光电导体部件在相反的旋转方向上旋转；以及压板，其配置成以逐层方式可操作地接收显影的层，以从至少一部分接收的层打印3D部件。
作为另一示例，美国专利申请公开2015/0251351描述了一种用于制造一体的3D物体的装置和方法，所述一体的3D物体由单独成型的层合片(层)制备，所述层合片由稳定在可移除的载体上的薄片材料制成，并且在将成型的层合片堆叠成彼此精确对准之前沿着且横跨薄片材料形成。层合片和载体周围的废料与所需物体分离。形成成型层合片、分离废料、粘合和堆叠的过程继续进行，直到完成所需3D物体的构造。
发明内容
下面描述的本发明的实施例提供了用于3D打印的改进的方法和系统以及通过这种方法制备的新型装置。
因此，根据本发明的实施例，提供了一种制造方法，包括将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案。将其中已经创建相应2D图案的序列中的层层合在一起以制备多层堆叠。将所述多层堆叠显影以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
在一些实施例中，该方法包括在至少一个层中预先形成腔，其中，将所述层层合在一起包括将所述至少一个层与其中已经创建相应图案的层一起插入所述堆叠中。功能部件可以插入腔中。在一实施例中，在插入所述功能部件之前，施加激光诱导的正向转移(LIFT)以将粘合剂液滴喷射到所述腔中。另外或可替代地，所述至少一个层包括第一材料，并且其中，所述方法包括用不同于所述第一材料的第二材料填充所述腔。
另外或可替代地，该方法包括在将所述层层合在一起之前，在所述序列中的至少一个层中或其上形成导电结构。在一些实施例中，形成所述导电结构包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所处理层的预定区域上。在公开的实施例中，形成所述导电结构包括在施加LIFT以喷射液滴之前处理所述至少一个层，以增强金属到干膜的粘附性。处理至少一个层可以包括仅处理将在其上要喷射液滴的预定区域。
在公开的实施例中，该方法包括在将所述层层合在一起之前，将功能部件嵌入至少一个层中。另外或可替代地，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二成分。另外或可替代地，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二厚度。
在一些实施例中，施加图案化的电磁能量包括将所述电磁能量施加到所述序列中的至少一些层中的每个层中的所选目标位置，其中能量通量是使感光材料曝光贯通整个层厚度所需的阈值通量的至少两倍。可以通过在所述层中的多个重叠斑点处用电磁能量照射所述层来施加所述电磁能量。在公开的实施例中，施加图案化的电磁能量包括使用具有给定分辨率的空间光调制器调制电磁能量，并且照射所述层包括在所述空间光调制器和所述层之间施加比给定分辨率更精细的移动，以创建所述重叠斑点。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造方法，其包括将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜，以便在所述干膜中的感光材料中创建二维(2D)图案，其限定在感光材料显影时将在干膜中形成的闭合和开放区域。在其中已经创建2D图案的干膜上打印金属迹线，使得所述金属迹线穿过所述开放区域。在打印金属迹线之后将干膜显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，于是金属迹线在开放区域上方延伸。
在一实施例中，金属迹线在开放区域上方形成桥。另外或可替代地，金属迹线在开放区域上方形成悬臂。
在公开的实施例中，将所述干膜层合到层堆叠中，以制备结合所述金属迹线的预定义的三维(3D)结构。通常，在将所述干膜显影之前将干膜层合到所述层堆叠中。
另外或可替代地，该方法包括在将所述干膜显影之前，加热干膜并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入干膜中。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造方法，其包括将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的包括至少第一和第二层的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案。在所述第一层中创建相应的2D图案之后，在第一层的干膜上打印金属迹线。所述第一层和压力施加在打印的金属迹线上，以将金属迹线嵌入第一层的干膜中。在嵌入金属迹线之后，在第一层上方层合至少所述第二层，以制备包含金属迹线的多层堆叠。将所述多层堆叠显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
在一实施例中，该方法包括将功能部件嵌入至少一个层中，其中，打印金属迹线包括形成所述金属迹线以便与所述功能部件形成电接触。
在公开的实施例中，加热所述第一层包括将至少第一层加热至在50-90℃范围内的温度，并且施加所述压力包括对所述金属迹线施加不超过3巴的压力。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造方法，其包括在第一层上打印导电互连件，其包括远离所述第一层的表面延伸的一个或多个锥形支柱。将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的至少第二层上，以便在感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的二维(2D)图案。在所述第二层中创建2D图案之后，施加热和压力到第二层，以便将第二层层合到第一层，使得在层合之后，所述一个或多个锥形支柱突出通过第二层。在层合第二层之后，与突出通过第二层的一个或多个锥形支柱形成电连接。
在公开的实施例中，将功能部件嵌入所述第一层中，其中，打印导电互连件包括在所述功能部件和至少一个支柱之间形成电接触。
在公开的实施例中，所述一个或多个锥形支柱具有与所述第一层接触的相应基部和突出通过所述第二层的相应顶端，其中，所述基部具有相应的基部直径且所述顶端具有相应的顶端直径，使得基部直径是顶端直径的至少两倍。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造方法，其包括使平面介电层具有在介电层的区域上变化的指定机械性能。在所述介电层上打印金属图案，其中，该金属图案的尺寸根据指定的机械性能在介电层的区域上变化。
在一实施例中，所述指定的机械性能是刚度的测量值，其由于所述金属图案中的一个或多个迹线的横向尺寸的变化而改变所述介电层的区域。
在公开的实施例中，该方法包括将所述介电层层合到多层堆叠中，以形成包含具有指定的机械性能的介电层的三维(3D)结构。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造系统，包括图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的一序列层中的每一层上，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案。层合组件配置成将其中已经创建相应2D图案的序列中的层层合在一起以制备多层堆叠。显影组件配置成显影所述多层堆叠以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造系统，包括图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜，以便在所述干膜中的感光材料中创建二维(2D)图案，其限定在感光材料显影时将在干膜中形成的闭合和开放区域。打印子系统配置成在其中已经创建2D图案的干膜上打印金属迹线，使得所述金属迹线穿过所述开放区域。显影终端配置成在打印金属迹线之后将干膜显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，于是金属迹线在开放区域上方延伸。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造系统，包括图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的包括至少第一和第二层的一序列层中的每一层上，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案。打印子系统配置成在所述第一层中创建相应的2D图案之后，在第一层的干膜上打印金属迹线。嵌入模块配置成加热所述第一层并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入第一层的干膜中。层合组件配置成在嵌入金属迹线之后，在第一层上层合至少所述第二层，以制备包含金属迹线的多层堆叠。显影终端配置成将所述多层堆叠显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造系统，包括打印子系统，其配置成在第一层上打印导电互连件，其包括远离所述第一层的表面延伸的一个或多个锥形支柱。图案化组件配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的至少第二层，以便在感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的二维(2D)图案。层合组件配置成在所述第二层中创建2D图案之后，在第二层上加热并施加压力，以便将第二层层合到第一层，使得在层合之后，所述一个或多个锥形支柱突出通过第二层。所述打印子系统配置成在层合第二层之后，与突出通过第二层的一个或多个锥形支柱形成电连接。
根据本发明的实施例，还提供了一种制造系统，包括打印子系统，其配置成在介电层上打印金属图案，该金属图案具有根据指定在介电层的区域上变化的机械性能而在介电层的区域上变化的尺寸。层合组件配置成将介电层层合到多层堆叠中，以形成包含具有指定的机械性能的介电层的三维(3D)结构。
附图说明
结合附图，通过以下对其实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的图案化和层合站的示意性侧视图；
图2是根据本发明实施例的示意性地示出用于制造3D结构的系统的框图；
图3是根据本发明实施例的示意性地示出用于制造3D结构的方法的流程图。
图4A-4C是根据本发明实施例的基底的示意性顶视图，示出了创建3D结构层的连续阶段；
图5A是根据本发明实施例的其上已形成锥形通孔的3D结构层的示意图；
图5B是根据本发明实施例的在锥形通孔上层合结构的附加层之后的图5A的3D结构的示意图；
图5C是根据本发明实施例的连接到图5B的附加层的上表面上的通孔的导电元件的示意图；
图6A是根据本发明实施例的形成在层合结构的上表面上的导电迹线的示意性剖视图；
图6B是根据本发明实施例的图6A的结构的示意性剖视图，示出了将导电迹线嵌入到结构中的过程；
图7A是根据本发明实施例的层合结构层的示意图，示出了在层中形成的腔；
图7B是根据本发明实施例的图7A中所示层的示意图，示出了其他部件在腔中的放置；
图8是根据本发明实施例的层合3D结构的示意性剖视图；
图9是根据本发明实施例的介电材料层的示意图，在该介电材料层上已经形成了不同宽度的金属迹线；以及
图10是示出根据本发明实施例所形成的悬置金属结构的显微照片。
具体实施方式
概述
大多数商业上可获得的3D打印系统使用液相材料逐层构建3D结构。虽然这些技术在它们可以生产的结构的形状方面提供了很广的多样性，但是它们在它们可以使用的材料类型和通过组合不同的材料和嵌入的部件来创建功能结构的可能性方面受到打印过程本身的限制。通过堆叠预先形成的固体二维(2D)层制成的层合结构克服了这些限制中的一些，但是在本领域中已知的系统中，这些益处以更复杂且更不灵活的制造过程为代价。
这里描述的本发明的实施例提供了用于灵活制造3D结构的新颖技术和系统。它们可以生产具有高精度和高产量的3D结构，包括由多种不同材料制成的结构。所公开的技术尤其(但非排他地)可用于基于材料和可能的嵌入部件的组合生产功能结构，即具有特定机械、热和电特性的结构。例如，它们可用于生产各种集成电气和微机械装置。
与在本领域中已知的大多数3D打印系统中使用的感光液体相比，一些公开的实施例使用感光干膜(PS-DF)。从图案化的PS-DF层堆叠创建三维结构，每个层对应于目标3D结构的2D切片。通过将图案化的电磁能量施加到层，在序列中的每个层中依次产生适当的2D图案。在这个阶段，2D图案的潜像在该层中曝光，但尚未显影，即PS-DF仍然在该层的不同区域中包含曝光和未曝光的材料(尽管在某些情况下，可以将预先形成的层插入堆叠中，如下文进一步描述)。已经创建了各个2D图案的层依次堆叠在一起。然后显影所得的多层堆叠，以便去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
在一些公开的实施例中，金属迹线和可能的其他种类功能材料的打印迹线与PS-DF的图案化层集成在一起。激光诱导的正向转移(LIFT)特别适合与本文所述的3D制造技术集成，但是可替代地还可以使用本领域已知的用于打印金属结构的其他过程。例如，在一实施例中，在已经创建2D图案之后但尚未显影，在PS-DF层上打印金属迹线，使得金属迹线穿过图案中的开放区域。在打印金属迹线之后显影干膜以去除其中未创建2D图案的感光材料，于是金属迹线在开放区域上形成桥。
作为另一示例，在PS-DF层中创建2D图案(但是再次，在显影之前)，并且在该层的干膜上打印迹线(例如金属迹线)之后，可以在打印的金属迹线上施加热和压力，以便将迹线嵌入该层的干膜中。在迹线上层合其他2D层，然后显影3D结构，如上所述进行。
通过LIFT或其他合适过程的金属打印也可以用于创建延伸穿过该结构的相邻层的导电支柱。在一实施例中，将锥形支柱打印在下面的层上，然后将PS-DF层层合在下面的层上，同时施加热和压力，使得在层合之后，硬质锥形支柱的顶部突出穿过较软的PS-DF层。例如，支柱的顶部可用于与下面的层中的迹线进行电连接。
这里描述的各种多模式打印技术特别适合于制造功能性3D结构，例如包括移动部件的结构，以及可用于控制该结构的电、光和/或磁性部件和电路元件。这种结构可包括不同厚度的层，由具有不同机械性能的相同或不同材料制成。所得到的结构可以特别用于例如微机电系统(MEMS)、小尺度医疗设备和微尺度多孔金属结构。
在本公开中的以下部分中，描述了用于制造3D结构的各种不同技术。为了清楚和方便起见，下面在用于3D制造的某个集成系统的上下文中描述这些技术的实施方式。尽管这些技术可以有利地以这种方式一起使用，但是这些技术中的每一种也可以单独使用或与本领域已知的其他制造方法结合使用。所有这些实施方式都被认为是在本发明的范围内。
系统描述
图1是根据本发明实施例的图案化和层合站20的示意性侧视图。站20包括光学图案化组件22，其施加图案化的电磁能量以在由包括感光材料的干膜26(或者称为感光干膜或PS-DF)制成的一序列层24中的每一层中创建相应的2D图案。每个相应的2D图案对应于预定义3D结构的切片。层24依次一起层合在载体台28上以产生多层堆叠30。然后显影多层堆叠30(通常在单独的显影站中，如下所述)，以便去除其中尚未创建2D图案的感光材料，从而形成所需的3D结构。
光学图案化组件22包括合适的辐射源32，比如在近UV范围内操作的紫外(UV)激光器或非相干光源。例如，在360至405nm范围内操作的激光二极管或发光二极管(LED)阵列可用于此目的。可替代地，可以使用其他种类的相干和非相干光源，如本领域中已知的，取决于膜26的光谱感光度。空间光调制器34，比如数字微镜器件(DMD)，将空间图案施加在从源32发射的光束上，对应于将在膜26的当前层26中产生的2D图案。组件22可以基于例如现成的装置，比如由Texas Instruments(Dallas,Texas)提供的DLP9500UV DMD。DMD可以集成在模块中，比如由EKB Technologies Ltd.(Bat-Yam，Israel)提供的模块，其包括辐射源和DMD。聚焦光学器件36将图案化的辐射成像到膜26上，以曝光膜中的图案。
可替代地，本领域已知的其他种类的调制器可用于在反射和透射操作模式中曝光膜26中的所需图案，包括动态和静态调制器(比如光刻掩模)。例如，在替代实施例中，图案化组件22可以在膜26上扫描激光束，同时调制光束以产生图案。组件22可以定位成从正面侧照射膜26，如图1所示，或者从反面侧照射膜26(假设膜所安装到的载体40对于辐射源32的波长范围足够透明)。取决于膜26的性质，可以替代地使用在UV以及其他波长范围内的其他种类的辐射源。
在图示的例子中，膜26以成卷预包装的聚合物膜材料38供应，其中膜26安装在载体40上，在每层24的曝光和层合之后将其去除。例如，材料38可以包括由DuPontElectronic Technologies(Research Triangle Park,North Carolina)提供的成卷的MX5000TM聚合物。作为替代示例，材料38可包括干膜光阻剂，比如由Engineered MaterialsSystems,Inc.(Delaware,Ohio)提供的DF-2025、DF-3025或DF-3525负性光阻剂或者由DJMicroLaminates,Inc.(Sudbury Massachusetts)提供的SUEX或ADEX薄干膜。这种材料包括微光刻干光阻剂聚合物，其一面覆盖聚乙烯覆盖层，另一面覆盖聚酯载体箔。膜26可以包括负性或正性光阻剂，意味着图案化组件22可以曝光在堆叠30的显影之后要保留在3D结构中的2D图案的区域，或者曝光2D图案周围的区域，使得在显影过程中去除曝光的材料。
作为初始步骤(图中未示出)，剥离膜26的覆盖层，并且通过图案化组件22曝光膜26。包括辊42的传送器例如引导曝光的膜(仍安装在载体40上)到堆叠30上。一旦图案化的膜26就位，层合组件(在本实例中包括热辊44)在膜26上施加热和压力，以便将膜层合到堆叠30中的先前层24上并且将膜26与载体40分离。通常，辊44以范围为20-50mm/sec的速度扫过载体40。在层合之后，将膜26切割成一定尺寸(同时将剩余的载体40卷起，如图1所示)。然后堆叠30准备好接受下一层。
另外或可替代地，层合组件可以包括外部热源，比如红外灯46，其加热膜26以及下面的层24。在这种情况下，辊44本身不需要被加热。可以控制由灯46发射的辐射的强度和脉冲持续时间，以便恰好在由辊44扫过之前将膜26加热到最佳温度。
尽管上述示例假设膜材料38作为卷供应和处理，但在替代实施例中(图中未示出)，图案化和层合站20可使用PS-DF材料片材。曝光每个连续的片材以创建所需的图案，然后与下面的层24对准并层合到堆叠30上。在一实施例中，为了便于连续层24的精确对准，图案化组件22在堆叠30正上方的位置照射连续的PS-DF材料片材。机械快门可介于当前正在曝光的片材和其下方的堆叠之间，以防止下面的层的过度曝光。在上述临时专利申请中更详细地描述了这种方案。外部热源比如红外灯46可以类似地集成到该层合方案中。
堆叠30中创建的图案的Z分辨率(垂直方向上的分辨率)取决于膜26的厚度，而横向分辨率(X-Y)取决于图案化组件22的光学分辨率。假设SLM34包括具有10-20μm间距的DMD和具有单位放大率的光学器件36，则图案分辨率同样将在10-20μm的量级。通过改变组件22的光学设计和膜26的厚度可以实现更精细或更粗糙的分辨率。
在每层膜26中曝光图案所需的时间量取决于膜的性质和厚度(可以在层24之间变化)以及辐射源32的强度和波长。通常，曝光以大约每层1秒的量级进行。在站20中使用PS-DF的一个优点是不存在过度曝光的风险：由于每个层都是单独曝光的，所以过量曝光对下面的层没有影响(例如与使用液相光聚合物的3D打印方法不同)。
由于在膜26中形成的2D图案是二元的，因此可能有利的是在膜中过度曝光图案。例如，光学组件22可以将来自辐射源32的能量施加到至少一些层中的膜26中的选定目标位置，其能量通量至少是将感光材料曝光于层的整个厚度所需的阈值通量的两倍。在膜26的重叠区域中的这种过度曝光可用于增强打印图案的分辨率，如下文参考图4A-4C进一步描述。尽管对用于过度曝光感光材料的通量没有严格的上限，但应避免极端过度曝光，以防止图案分辨率降低，这可能例如源于感光材料被站20中的图案边缘周围的衍射条纹曝光。
现在参考图2和3，其示意性地示出了根据本发明实施例的用于制造3D结构的系统50和方法。图2是该系统的框图，而图3是说明该方法的流程图。尽管附图示出了特定的系统和过程配置，其中具有构建在图案化和层合站20附近构建的特定站和步骤，如上所述，但是所公开方法的某些元件和特征可以在其他系统配置中实现，并且可以以不同的顺序执行这些步骤。所公开方法的一些方面也可以独立于上面描述的PS-DF打印和层合技术使用。因此，尽管在下文中描述了所有这些元件、特征和方面，但是为了具体和清楚起见，在系统50的上下文中，它们在该上下文之外的应用也被认为在本发明的范围内。
在图示的实施例中，系统50包括以下站：
·图案化和层合站20，如上所述。
·部件放置单元52，其将有源和无源部件放置在层合层24中的凹部上或凹部内就位。单元52可包括拾取和放置机器人，如电子制造领域中已知的那样，其放置部件，比如根据适用的3D设计和制造程序的半导体管芯、电池、磁体以及无源电路部件。如上所述，单元52还可以用于将预先形成的层定位到现有的堆叠层合层24上。(放置单元52通常配备有成像能力，其可以用于将预先形成的层与先前的层对准。)
·打印子系统54，其执行激光打印、图案化和钻孔等功能。该站通常使用LIFT技术在层24上打印迹线，但是可替代地或另外应用其他打印技术(例如喷墨打印)。例如，在PCT国际公开WO2015/181810和WO2016/020817中描述了可适用于打印子系统54的合适的LIFT技术，其公开内容通过引用结合于此。打印子系统54不仅可以打印金属，而且可以打印其他材料，比如粘合剂、焊膏及其他聚合物和电介质，甚至包括生物材料。与LIFT过程中使用的相同的激光器，或者可能是不同的激光器或机械部件，也可以用于受控地去除材料，例如钻孔、残留物的烧蚀以及层24的其他表面处理。
·嵌入模块56，用于通过施加热和压力将打印结构(比如打印金属线和支柱)嵌入层24中。下面参考图6A/B描述模块56的操作细节。
搬运子系统58在站20、单元52、打印子系统54和模块56之间运送堆叠30，从而逐层构建堆叠30的部件，直到已经制造出完整的3D设计。搬运子系统58然后将整个堆叠运送到显影和烘烤终端60，产品在那里完成。
现在转向图3，为了开始处理新层24，搬运子系统58在层合开始步骤62将堆叠30运送到图案化和层合站20。此阶段的层通常通过曝光干膜26来生产，如上所述；但是可替代地，可以预处理一些层，其中已经在所需位置制成2D图案的腔。如前所述，所有层24的组成和厚度不必是均匀的。而是，取决于3D设计的要求，某些层可以具有与其他层不同的组成和/或不同的厚度。
在大多数情况下，在步骤62之后，光学图案化组件22在图案曝光步骤64以上面参照图1描述的方式曝光膜26中的当前层的2D图案。然后，在PS-DF层合步骤66将该新层24层合在现有堆叠上，再次如上所述。步骤66还用于将预先形成的层层合到现有堆叠上。
在步骤66中，重要的是每个新层中的2D图案与下面的层中的图案精确对准。当连续的层曝光并覆盖在站20中时，可以通过辊42(或者通过上面也描述的片材到片材机构)精确地运送和定位材料38来实现适当的对准。然而，当在步骤62从系统50中的另一个站运送堆叠30时，应该根据需要通过移动和/或旋转台28或者移动和/或旋转由光学子组件22施加的辐射图案来检查和调整对准。为此，由光学子组件22施加的2D图案可以包括例如对准标记，并且自动光学检查模块(未示出)可以捕获和处理堆叠30的图像，以便计算任何所需的移动和旋转校正。可替代地，其他测量和位置补偿技术可用于此目的，比如美国专利7508515中描述的技术，其公开内容通过引用结合于此。根据需要，类似的检查和对准设施也可以包含在单元52、打印子系统54和模块56中。
当要将功能部件插入当前层24中或其上时，搬运子系统58在插入步骤72将堆叠30运送到部件放置单元52。然后，部件放置单元52拾取并将所需部件放置到堆叠30上于适当的位置处。
在其他情况下，部件放置站52在步骤72将预处理层放置在堆叠30上。该层也可以由PS-DF材料制成，但是通过曝光然后显影适当的2D图案提前处理以预先在层中形成一个或多个腔。可替代地，在步骤72插入的层可包括不同的材料，其已经模制和/或机械加工成适当的形状。(这些层中的腔，无论是由PS-DF还是其他材料制成，都可以用于插入功能部件，例如如图7A/B所示。)上述对准技术可以类似地在步骤72使用，以使预处理层与下面的堆叠配准。然后，在步骤66，站20以上述方式将预处理层层合到堆叠30上。
当要在当前层上打印迹线或其他结构时，搬运子系统58在激光处理步骤74将堆叠30运送到打印子系统54。打印子系统54应用LIFT打印，如上所述，以在当前堆叠30的上层24上打印金属和其他材料。当在步骤72将功能电子部件放置在当前层上或其中时，由打印子系统54打印的导电迹线可以在层24的介电材料和电子部件的触点二者上延伸，从而在介电材料上形成电连接而不需预先图案化迹线。例如，在2017年5月24日提交的美国临时专利申请62/510286中描述了可用于此目的的技术，其公开内容通过引用结合于此。
如美国临时专利申请62/510286以及上述PCT公开中所述，导电迹线的LIFT打印涉及将熔化金属液滴从供体基底喷射到堆叠30的上层24上。在一些情况下，高能熔化液滴倾向于反弹并从膜表面散射离开。因此，在一些情况下，打印子系统54(或系统50中的另一个站)在LIFT打印之前处理当前层24，以便增强金属液滴到层24的表面的粘附性。例如，打印子系统54可以首先以低熔化温度LIFT打印由金属(比如锡或锡合金)制成的薄粘合层，如在上述美国临时专利申请62/510286中所述。然后在粘合层上打印具有较高熔化温度的结构金属，比如铜。
作为另一示例(也在美国临时专利申请62/510286中描述)，打印子系统54中的激光可用于在上层24的表面中钻出小孔图案，以便增强熔化金属液滴的捕获。发明人已经发现宽5-10μm且深3-5μm的孔在这方面非常起作用。可替代地，这种孔的图案可以通过合适的机械模板(比如金属或硬化的聚合物材料，在其表面上具有与孔位置对应的突起阵列)冲压到相对柔软的膜26中。无论是使用激光钻孔还是机械模板，都可以在LIFT打印之前以这种方式处理膜26的整个表面，或者可以将处理限制在表面的要喷射金属液滴的预定区域。
可替代地，在一些实施例中，步骤72和74的顺序相反。例如，打印子系统54可以首先将导电或非导电材料(比如胶水)的迹线或其他图案打印到当前层24的上表面上，然后单元52可以将一个或多个部件放置到打印图案上。该方法既可用于增强部件的粘附性，又可用于给放置在打印图案上的部件提供电触点和/或热触点。
当迹线、部件或其他结构要嵌入膜26中时，搬运子系统58在嵌入步骤76将堆叠30运送到嵌入模块56。下面参照图6A/B描述该步骤。
系统50循环经过上述步骤62-76，直到3D结构中的所有层24已经根据3D设计被图案化、层合和完成。搬运子系统58然后将完成的堆叠30传送到曝光后烘烤、显影和硬烘烤终端60。显影过程取决于在图案化和层合站20中使用的PS-DF材料的类型。例如，对于基于环氧树脂的DF-PR材料，在曝光后烘烤步骤78，终端60首先进行曝光后烘烤以在化学显影之前硬化层24中的光阻剂材料。该步骤通常涉及在60-80℃的温度下烘烤堆叠30。可替代地，其他种类的DF-PR材料可能不需要曝光后烘烤。
接下来，在显影步骤80，化学显影堆叠30以去除膜26中未形成所需图案的部分。在该步骤，在步骤64曝光的潜在2D图案的序列通过将堆叠30浸入合适的显影溶液中而变成对应的3D结构。在步骤64使用的2D图案内的任何腔设计成具有到3D结构外部的开口，以允许去除腔内的膜材料。可替代地，当不能获得这样的开口时，在步骤68可以结合具有预先形成的腔的层。
当显影完成时，3D结构在较高温度下烘烤，以便在硬烘烤步骤82完成聚合物膜材料的固化和硬化。该步骤通常涉及150℃或更高的温度，这取决于材料类型或材料组合。发明人已经发现，这种高温处理对在步骤74打印的金属迹线退火也是有益的，因此增加了迹线的导电性。此时，制造完成。
提高图案的分辨率
由光学图案化组件22(图1)打印在膜26上的图案的空间分辨率受到组件22本身的固有分辨率的限制。该分辨率尤其是SLM34的间距(例如目前市售的DMD的最小值为5-10μm)和光学器件36的放大率的函数。例如，可以通过将光学器件36设置为较小的放大率来实现更精细的分辨率，但是这种增强的分辨率通常以降低站20的产量为代价。可以使用具有多个放大率设置的光学器件36或可能在组件22中包括两个(或更多个)图案化子系统(一个用于粗分辨率，另一个用于精细分辨率)来实现可变分辨率。
图4A-4C是根据本发明实施例的基底90的示意性顶视图，示出了创建3D结构层的连续阶段，并且示出了在站20中的分辨率增强的另一种方法。该实施例利用上述基于PS-DF的技术对过度曝光的不敏感性，通过在许多重叠斑点照射膜26，来实现比SLM34(图1)的固有空间调制周期所提供的更精细的图案分辨率。(然而，如上所述，应避免极度过度曝光。)
图4A示出了使用SLM34以其固有分辨率在基底90上创建的图案92。图案92中的每个斑点94对应于通过从DMD的单个微镜反射的辐射曝光的膜26的区域。因此，图案92具有特征性的阶梯像素化形状。
图4B示出了后续阶段的图案92，其中通过重叠多个斑点94使图案的右臂平滑。通过在SLM 34和膜26之间施加比SLM的分辨率更精细的小的相对移动(在本示例中为1-2μm量级)来创建每组重叠斑点。可以通过移动膜26或移动图案化组件22或移动图案化组件的某些元件(比如SLM 34或光学器件36)来施加移动。图案化组件22以足够的能量照射每个斑点94以完全曝光膜26，因此，图案92内的大多数区域曝光于能量通量，该能量通量是使感光材料曝光贯穿其整个厚度所需的阈值通量的至少两倍。然而，如前所述，当在合理限度内施加时，这种过度曝光对堆叠30中的下面的层24没有影响。
图4C示出了以这种方式创建的最终图案96。尽管图案的最小线宽受到光学图案化组件22的分辨率的限制，但是图案的边缘是平滑的，与图4A中所示的像素化图案92不同。这些技术可以类似地用于创建其他平滑形状，比如具有圆形边缘的形状。
以上描述和图4A-4C的实施例具体涉及横向分辨率，即膜26的平面中的分辨率。可以通过图案化和层合站20实现的纵向分辨率，即在垂直于层24的方向上的深度分辨率取决于膜26的厚度。目前市售最薄的PS-DF是感光聚酰亚胺膜，厚度低至5微米(例如可从Engineered Materials Systems,Inc.,Delaware,Ohio获得)。当在各个层中需要更精细的分辨率时，可以使用其他技术，比如由其他材料预先形成层、层的LIFT打印或者甚至将液相打印集成到图2和3的过程中。
嵌入金属迹线和互连件
为了在堆叠30中实现良好的机械和电气完整性，重要的是在步骤74打印的金属迹线和其他结构嵌入PS-DF材料的层24中。这些金属迹线和结构提供给定层24中的部件之间以及不同层之间的电连接。另外或可替代地，金属迹线和结构可以用作散热器和/或结构元件，以增强最终产品的热性能和机械性能。
在一些实施例中(图中未示出)，层24之间的连接通过结合预先形成的通孔的预处理层(图3中的步骤68-70)而进行。每个这样的通孔的位置与堆叠30的下面的层中的导电焊盘的位置配准。在下面的层上层合预处理层之后，通孔用金属填充，例如通过在步骤74LIFT打印到通孔中，或通过本领域已知的其他沉积方法。还可以在预处理层的上表面上打印金属迹线以连接到通孔。
可以使用类似的技术来创建延伸通过堆叠30中的通孔的散热器。在这种情况下，通孔填充有导热材料并且可以连接到在堆叠30内部或者特别是在堆叠的顶部或底部添加的具有高导热率的一层或多层材料。(这种结构的例子示于图8中，并在下文中参照其进行描述。)这种导热层可以例如通过在下面的PS-DF层的整个表面上LIFT打印合适的金属或其他导热材料来制备。可替代地，可以在添加到堆叠30之前预先形成导热层。可以通过如上所述在预处理层中填充孔，或者通过如下所述在导热材料柱(特别是锥形柱)上层合PS-DF层，来形成在层之间延伸的导热通孔。
作为这方面的替代可能性，可以制备两层或更多层的预先形成的堆叠，然后以与单个预先形成的层相同的方式层合到未显影层堆叠上(在图3中的步骤72和66)。为此，如步骤64和66那样，将多个层每个都曝光并层合在一起，然后在步骤72将这些层显影以用作单个复杂的预先形成的插入件。这种方法特别适用于将电路嵌入包含从下层突出的支柱的层中，在这种情况下，如下所述，使用压力和热可能会破坏支柱。
在一些实施例中，可以在不必依赖于预处理层的情况下制备层内和层之间的导电连接。这些实施例利用了以下事实：在步骤78-82(图3)中堆叠30的显影和烘烤之前，堆叠30中的PS-DF材料层24与在步骤74打印的金属结构相比相对较软。如上所述，在步骤76，这种硬度差异使得可以通过在嵌入模块56中施加热和压力将结构嵌入PS-DF层中。参考后面的附图描述了该功能的一些示例。
图5A-5C是示出根据本发明实施例的形成包含锥形通孔102的3D结构100的连续阶段的示意图。通孔是锥形的，因为它们的基部直径基本上大于它们的顶端直径，如图5A中特别示出。在一些情况下，发明人已经使用了具有至少两倍于顶端直径的基部直径的通孔，但是可替代地，通孔的侧面可以更陡峭地倾斜。例如，在本技术的实验评估中，发明人发现使用LIFT可以容易地制备基部直径为75-150μm且顶端直径为25-50μm的锥形通孔，并且在层间连接中给出了良好的结果。在其他应用中，具有尖锐顶端(直径小于25μm)的通孔是有利的。
图5A是3D结构100的层104的示意图，其上已形成锥形通孔102。打印子系统54(图2)已经在层104上打印通孔102作为锥形支柱，其远离层104的表面延伸，例如通过在步骤74LIFT打印支柱。通常，这些支柱与其他导电互连件一起打印，比如通孔102下方的焊盘106。在一些情况下，通过LIFT在电子部件108的触点上打印通孔102。
图5B示出了在锥形通孔102上层合结构100的另外一层110之后的3D结构100的制备的下一阶段。通过在步骤64将图案化的电磁能量施加到膜26以在层110中曝光所需图案来制造层110，然后在步骤66或步骤76加热(例如如图1所示，使用红外灯46)并在层110上施加压力，以便将层110层合到层104上。在层合之后，锥形通孔102的顶部突出穿过层110。在该阶段的层110的相对柔软和通孔102的锥形形状使得锥形支柱的顶端能够穿透层110而不损坏下面的层104。在该步骤，施加到层110的热进一步软化该层，从而有利于通孔的穿透。在这种情况下，不需要预先钻孔或以其他方式预先形成用于层110中的通孔的开口。
图5C示出了在形成连接到层110的上表面上的通孔102的导电元件112之后的生产的下一阶段的3D结构100。在层合层110之后，在步骤74，导电元件112被写在层110的表面上，例如通过LIFT，并且与突出通过该层的锥形支柱的顶部形成电连接。
图6A和6B示意性地示出了根据本发明实施例的将导电迹线嵌入层合3D结构的PS-DF层122中时嵌入模块56的操作(图2)。图6A是示出形成在3D堆叠124的顶层122的上表面上的迹线120的示意性剖视图。以上述方式，层122已被图案化，然后在站20(图1)中层合在一起以形成堆叠124。然后在打印子系统54中打印迹线120，例如通过LIFT打印合适的金属。
图6B是示出将导电迹线120嵌入模块56中的堆叠124中的过程的示意性剖视图。可替代地，站可以使用类似的过程将其他元件(例如在步骤72由单元52放置的电子或磁性部件)嵌入到层122中。如图6B所示，加热器126充分加热堆叠124(或至少堆叠的一个或多个上层122)以软化上层，通常加热到50-90℃范围内的温度。可替代地或另外，用于向迹线120施加压力的压力机128也可以包括加热器。为此，加热器126可以包括例如图中所示的热板，或者可替代地或另外，压力机128可以包含红外灯或本领域已知的任何其他种类的受控加热器。
在加热层122的同时，压力机128对迹线120施加压力，以便将迹线嵌入上层的干膜中。发明人发现，在这些条件下，在2-3巴的范围内的压力足以嵌入窄金属迹线，但是可替代地使用其他压力设置，这取决于诸如要嵌入的结构的尺寸以及PS-DF材料的类型和上层122中的温度等因素。刚性间隔件130可以放置在堆叠124旁边，以确保压力机128不会过度扭曲3D结构的形状。上面描述的热和压力条件的组合使得能够嵌入迹线并且在大气条件下(不需要真空)覆盖要层合的层，而不会在3D结构的元件之间留下空隙或气泡。
在将迹线120嵌入到堆叠124中之后，可以将另外的层图案化并层合在迹线上，以便制备在内部包含迹线的多层堆叠。然后，如上所述，堆叠被显影以形成最终的3D结构。
上述过程特别适用于将金属迹线和相对较浅的其他部件嵌入堆叠124中。当较大的部件要嵌入3D结构中时，使用预先形成的层可能是有利的，如下所述。
在3d结构中嵌入部件
图7A是根据本发明实施例的层合结构142的层140的示意图，示出了在层中形成的腔144。腔144在层140中预先形成，然后在步骤68(图3)在结构142中的层堆叠的顶部插入，其中图案通常已经曝光但尚未显影。然后在步骤70将层140层合到堆叠上。层140可以包括与结构142中的其他层相同类型的PS-DF材料，但是在结合到堆叠中之前离线图案化并显影(如步骤80)。在机械和热相容性方面，有利的是，层140由PS-DF材料制成，此外，层140在步骤68之前不进行硬烘烤，而是在步骤82与结构142中的其他层一起进行硬烘烤。
然而，可替代地，层140可以包括其他种类的材料并且可以通过其他过程(比如模制或机械加工)图案化，只要这些材料能够被层合到结构142中。例如，层140可以包括薄金属片材，其中腔144被钻孔、铣削或冲孔。可替代地，层140可包括合适的陶瓷或(非感光)塑料材料。层140可以与结构142中的PS-DF层具有相同的厚度，或者可以更厚或更薄。
图7B是根据本发明实施例的层140的示意图，示出了部件146、148在腔144中的放置。该示例中的部件146包括另一材料，其不同于制造层142的材料。例如，部件146可以包括金属或其他导电材料，或者具有不同的机械或光学性能的材料，如层142结合其中的3D装置的设计所要求的。可以通过打印子系统54(图1)或通过其他合适的手段来创建这样的部件。
部件148包括功能部件，比如光电或MEM组件，或者集成电路管芯或无源组件，或者甚至多芯片混合器件。在层合层142之后，部件148通常通过部件放置单元52放置在腔144中。可以选择腔的尺寸以紧密地保持部件148。可替代地或另外，可将粘合剂打印在腔中，例如通过LIFT，以将部件148保持就位。(下一个层合层也有助于强力粘合，层合层紧紧地压在部件的顶部上。)
图8是根据本发明实施例的使用上述技术制备的层合3D结构150的示意性剖视图。结构150包括PS-DF层154，其构建并层合在基部层152上。热层156，比如导热金属或陶瓷层合在两个PS-DF层154之间，接着是预先形成的层158，其具有容纳电子部件160的腔。层158制成比层154厚得多，以便容下部件160的整个厚度(尽管可替代地，多个较薄的层(全都具有预先形成在适当位置的腔，可以为此目的而堆叠)。穿过PS-DF层154之一的热通孔162将部件160连接到热层156。
导电通孔164和电路迹线166连接到部件160的上侧上的电终端(未示出)。通孔164可以包括锥形支柱，其通过打印子系统54打印到部件160的终端上(图2)，如上所述，然后在层合期间穿透覆盖的PS-DF层154。迹线166打印在一个或多个PS-DF层154上，然后通过嵌入模块56嵌入到层中。
将金属结构部件结合在层合组件中
在本发明的一些实施例中，系统50可用于通过将金属部件结合到层合介电层，比如PS-DF层中来制备具有受控机械性能的混合结构。例如，金属部件可用于制备具有在层的区域上变化的特定机械性能的介电层。例如，通过打印具有根据特定的机械性能而变化的横向尺寸的金属图案，可以在层的区域上改变介电层的刚度(通过杨氏模量量化)。
例如，图9是根据本发明实施例的介电材料层170的示意图，其上已形成宽度不同的金属迹线172、174、176。层170可以由PS-DF或其他介电材料制成。细迹线172是相对柔性的，而迹线174和176逐渐变宽变刚硬，因此沿着其长度调制层170的刚度。例如，可以通过打印子系统54中的LIFT打印迹线172、174、176以满足所需的机械规格，并且如果合适的话，可以然后将其在模块56中嵌入层170内。另外的PS-DF层(在该图中未示出)可以层合在层170上的迹线上。
可替代地或另外，PS-DF层的机械性能可通过层本身的图案化来调制，使得显影后的层的密度随层的区域而变化。
系统50(图2)可以在PS-DF和其他层上构建金属结构，不仅用于支撑和加强介电材料，而且还用作独立元件，比如金属桥和悬臂。这些金属元件可以例如用作微型机器的机械部件，以及用于改善3D结构的机械强度和/或从其热量去除。
图10是示出根据本发明实施例形成的这种悬置金属结构180的显微照片。结构180桥接跨过介电梁182之间的开放间隙。
为了制造结构180，光学图案化组件22(图1)将图案化的辐射施加到膜26，以便在膜中曝光2D图案，该2D图案限定将在膜显影时形成的闭合和开放区域。然后，打印子系统54(图2)在膜26上打印金属迹线，使得金属迹线穿过图案的开放区域。在打印金属迹线之后显影膜26从开放区域去除膜材料，留下金属迹线形成结构180为这些开放区域上的桥，如图10所示。通常，在显影步骤80(图3)中使用的化学品不会显著腐蚀金属迹线，并且随后在步骤82的硬烘烤使结构180退火并加强。
应当理解，上述实施例是作为示例引用的，并且本发明不限于上文特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前面的描述时将想到的并且在现有技术中没有公开的变化和修改。

Claims (74)

1.一种制造方法，包括：
将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案；
将其中已经创建相应2D图案的序列中的层层合在一起以制备多层堆叠；以及
显影所述多层堆叠以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在至少一个层中预先形成腔，其中，将所述层层合在一起包括将所述至少一个层与其中已经创建相应图案的层一起插入所述堆叠中。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将功能部件插入所述腔中。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在插入所述功能部件之前施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将粘合剂液滴喷射到所述腔中。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个层包括第一材料，并且其中，所述方法包括用不同于所述第一材料的第二材料填充所述腔。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述层层合在一起之前，在所述序列中的至少一个层中或其上形成导电结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，形成所述导电结构包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所处理层的预定区域上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述导电结构包括在施加LIFT以喷射液滴之前处理所述至少一个层，以增强金属到干膜的粘附性。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，处理所述至少一个层包括仅处理其上将要喷射液滴的所述预定区域。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述层层合在一起之前，将功能部件嵌入至少一个层中。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二成分。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二厚度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，施加图案化的电磁能量包括将所述电磁能量施加到所述序列中的至少一些层中的每个层中的所选目标位置，其中能量通量是使感光材料曝光贯通整个层厚度所需的阈值通量的至少两倍。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，施加所述电磁能量包括在所述层中的多个重叠斑点处用电磁能量照射所述层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，施加图案化的电磁能量包括使用具有给定分辨率的空间光调制器调制电磁能量，并且其中，照射所述层包括在所述空间光调制器和所述层之间施加比给定分辨率更精细的移动，以创建所述重叠斑点。
16.一种制造方法，包括：
将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜，以便在所述干膜中的感光材料中创建二维(2D)图案，其限定在感光材料显影时将在干膜中形成的闭合和开放区域；
在其中已经创建2D图案的干膜上打印金属迹线，使得所述金属迹线穿过所述开放区域；以及
在打印金属迹线之后显影干膜，以去除其中未创建2D图案的感光材料，于是金属迹线在开放区域上方延伸。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，打印金属迹线包括配置所述金属迹线以在所述开放区域上方形成桥。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，打印金属迹线包括配置所述金属迹线以在所述开放区域上方形成悬臂。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述干膜层合到层堆叠中，以制备结合所述金属迹线的预定义的三维(3D)结构。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在将所述干膜显影之前将干膜层合到所述层堆叠中。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括在将所述干膜显影之前，加热干膜并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入干膜中。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，打印金属迹线包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述干膜上以形成所述金属迹线。
23.一种制造方法，包括：
将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的包括至少第一和第二层的一序列层中的每一层上，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案；
在所述第一层中创建相应的2D图案之后，在第一层的干膜上打印金属迹线；
加热所述第一层并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入第一层的干膜中；
在嵌入金属迹线之后，在第一层上方层合至少所述第二层，以制备包含金属迹线的多层堆叠；以及
将所述多层堆叠显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，打印金属迹线包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述干膜上，以形成所述金属迹线。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括将功能部件嵌入至少一个层中，其中，打印金属迹线包括形成所述金属迹线以便与所述功能部件电接触。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，加热所述第一层包括将至少第一层加热至在50-90℃范围内的温度，并且其中，施加所述压力包括对所述金属迹线施加不超过3巴的压力。
27.一种制造方法，包括：
在第一层上打印导电互连件，其包括远离所述第一层的表面延伸的一个或多个锥形支柱；
将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的至少第二层上，以便在感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的二维(2D)图案；
在所述第二层中创建2D图案之后，在第二层上方加热并施加压力，以便将第二层层合到第一层，使得在层合之后，所述一个或多个锥形支柱突出穿过第二层；以及
在层合第二层之后，与突出穿过第二层的一个或多个锥形支柱形成电连接。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，打印导电互连件包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述表面上，以形成所述一个或多个锥形支柱。
29.根据权利要求27所述的方法，还包括将功能部件嵌入所述第一层中，其中，打印导电互连件包括在所述功能部件和至少一个支柱之间形成电接触。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，形成电连接包括施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述第二层上，以形成连接到至少一个锥形支柱的迹线。
31.根据权利要求27所述的方法，还包括在层合所述第二层之后，将所述层显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
32.根据权利要求27所述的方法，其中，所述一个或多个锥形支柱具有与所述第一层接触的相应基部和突出穿过所述第二层的相应顶端，其中，所述基部具有相应的基部直径且所述顶端具有相应的顶端直径，使得基部直径是顶端直径的至少两倍。
33.一种制造方法，包括：
使平面介电层具有在介电层的某一区域上变化的指定机械性能；和
在所述介电层上打印金属图案，该金属图案的尺寸根据指定的机械性能在介电层的所述区域上变化。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，打印金属图案包括施加激光诱导的向前转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到表面上，以形成所述金属图案。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述指定的机械性能是刚度的测量值，其由于所述金属图案中的一个或多个迹线的横向尺寸的变化而改变所述介电层的区域。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括将所述介电层层合到多层堆叠中，以形成包含具有指定的机械性能的介电层的三维(3D)结构。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述介电层包括感光干膜，并且其中，所述方法包括将图案化的电磁能量施加到所述感光干膜，以便在感光干膜中创建对应于3D结构的切片的二维(2D)图案，并且在层合所述介电层之后将所述多层堆叠显影，以便去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
38.一种制造系统，包括：
图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案；
层合组件，其配置成将其中已经创建相应2D图案的序列中的层层合在一起以制备多层堆叠；以及
显影组件，其配置成将所述多层堆叠显影以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述图案化组件配置成在至少一个层中预先形成腔，其中，所述层合组件配置成将所述至少一个层与其中已经创建相应图案的层一起层合在所述堆叠中。
40.根据权利要求39所述的系统，还包括部件放置单元，其配置成将功能部件插入所述腔中。
41.根据权利要求40所述的系统，还包括打印子系统，其配置成在插入所述功能部件之前施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将粘合剂液滴喷射到所述腔中。
42.根据权利要求39所述的系统，其中，所述至少一个层包括第一材料，并且其中，所述打印子系统配置成用不同于所述第一材料的第二材料填充所述腔。
43.根据权利要求38所述的系统，还包括打印子系统，所述打印子系统配置成在将所述层层合在一起之前，在所述序列中的至少一个层中或其上形成导电结构。
44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所处理层的预定区域上，以形成所述导电结构。
45.根据权利要求44所述的系统，其中，所述打印子系统配置成在施加LIFT以喷射液滴之前处理所述至少一个层，以增强金属到干膜的粘附性。
46.根据权利要求45所述的系统，其中，所述打印子系统配置成仅处理将要喷射液滴在其上的所述预定区域。
47.根据权利要求38所述的系统，还包括嵌入模块，其配置成在将所述层层合在一起之前，将功能部件嵌入所述序列中的至少一个层中。
48.根据权利要求38所述的系统，其中，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二成分。
49.根据权利要求38所述的系统，其中，所述序列中的层包括至少第一和第二层，其具有不同的相应的第一和第二厚度。
50.根据权利要求38所述的系统，其中，所述图案化组件配置成将所述电磁能量施加到所述序列中的至少一些层中的每个层中的所选目标位置，其中能量通量是使感光材料曝光贯通整个层厚度所需的阈值通量的至少两倍。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，所述图案化组件配置成在所述层中的多个重叠斑点处用电磁能量照射所述层。
52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述图案化组件包括具有给定分辨率的空间光调制器，其调制所述图案化的电磁能量，并且所述图案化组件配置成在所述空间光调制器和所述层之间施加比给定分辨率更精细的移动，以创建所述重叠斑点。
53.一种制造系统，包括：
图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜，以便在所述干膜中的感光材料中创建二维(2D)图案，其限定在将感光材料显影时将在干膜中形成的闭合和开放区域；
打印子系统，其配置成在其中已经创建2D图案的干膜上打印金属迹线，使得所述金属迹线穿过所述开放区域；以及
显影终端，其配置成在打印金属迹线之后将干膜显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，于是金属迹线在开放区域上方延伸。
54.根据权利要求53所述的系统，其中，所述金属迹线配置成在所述开放区域上方形成桥。
55.根据权利要求53所述的系统，其中，所述金属迹线配置成在所述开放区域上方形成悬臂。
56.根据权利要求53所述的系统，还包括层合组件，其配置成将所述干膜层合到层堆叠中，以制备结合所述金属迹线的预定义的三维(3D)结构。
57.根据权利要求56的系统，其中，在将所述干膜显影之前，将干膜层合到所述层堆叠中。
58.根据权利要求53所述的系统，还包括嵌入模块，其配置成在将所述干膜显影之前，加热干膜并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入干膜中。
59.根据权利要求53所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述干膜上，以形成所述金属迹线。
60.一种制造系统，包括：
图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的包括至少第一和第二层的一序列层中的每一层，以便在每层中的感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的相应二维(2D)图案；
打印子系统，其配置成在所述第一层中创建相应的2D图案之后，在第一层的干膜上打印金属迹线；
嵌入模块，其配置成加热所述第一层并在打印的金属迹线上施加压力，以将金属迹线嵌入第一层的干膜中；
层合组件，其配置成在嵌入金属迹线之后，在第一层上方层合至少所述第二层，以制备包含金属迹线的多层堆叠；以及
显影终端，其配置成将所述多层堆叠显影，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述干膜上，以形成所述金属迹线。
62.根据权利要求60所述的系统，包括部件放置单元，其配置成将功能部件嵌入至少一个层中，其中，所述打印子系统配置成形成所述金属迹线以便与所述功能部件形成电接触。
63.根据权利要求60所述的系统，其中，所述嵌入模块配置成将至少第一层加热至在50-90℃范围内的温度，并且对所述金属迹线施加不超过3巴的压力。
64.一种制造系统，包括：
打印子系统，其配置成在第一层上打印导电互连件，其包括远离所述第一层的表面延伸的一个或多个锥形支柱；
图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到包括感光材料的干膜的至少第二层，以便在感光材料中创建对应于预定义的三维(3D)结构的切片的二维(2D)图案；以及
层合组件，其配置成在所述第二层中创建2D图案之后，在第二层上方加热并施加压力，以便将第二层层合到第一层，使得在层合之后，所述一个或多个锥形支柱突出通过第二层；
其中，所述打印子系统配置成在层合第二层之后，与突出通过第二层的一个或多个锥形支柱形成电连接。
65.根据权利要求64所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述表面上，以形成所述一个或多个锥形支柱。
66.根据权利要求64所述的系统，还包括部件放置单元，其配置成将功能部件嵌入所述第一层中，其中，打印导电互连件以便在所述功能部件和至少一个支柱之间形成电接触。
67.根据权利要求64所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的正向转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到所述第二层上，以形成连接到至少一个锥形支柱的迹线。
68.根据权利要求64所述的系统，还包括显影终端，其配置成在层合之后，显影所述层，以去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
69.根据权利要求64所述的系统，其中，所述一个或多个锥形支柱具有与所述第一层接触的相应基部和突出通过所述第二层的相应顶端，其中，所述基部具有相应的基部直径且所述顶端具有相应的顶端直径，使得基部直径是顶端直径的至少两倍。
70.一种制造系统，包括：
打印子系统，其配置成在介电层上打印金属图案，该金属图案具有根据指定在介电层的区域上变化的机械性能而在介电层的区域上变化的尺寸；以及
层合组件，其配置成将介电层层合到多层堆叠中，以形成包含具有指定的机械性能的介电层的三维(3D)结构。
71.根据权利要求70所述的系统，其中，所述打印子系统配置成施加激光诱导的向前转移(LIFT)，以将金属液滴喷射到表面上，以形成所述金属图案。
72.根据权利要求70所述的系统，其中，所述指定的机械性能是刚度的测量值，其由于所述金属图案中的一个或多个迹线的横向尺寸的变化而改变所述介电层的区域。
73.根据权利要求70所述的系统，其中，所述层合组件配置成将所述介电层层合到多层堆叠中，以形成包含具有指定的机械性能的介电层的三维(3D)结构。
74.根据权利要求73所述的系统，其中，所述介电层包括感光干膜，并且其中，所述系统包括：
图案化组件，其配置成将图案化的电磁能量施加到所述感光干膜，以便在感光干膜中创建对应于3D结构的切片的二维(2D)图案；以及
显影终端，其配置成在层合所述介电层之后将所述多层堆叠显影，以便去除其中未创建2D图案的感光材料，从而形成3D结构。
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