WO2023236412A1

WO2023236412A1 - 一种高精密多层线路板及其 3d 打印制备方法

Info

Publication number: WO2023236412A1
Application number: PCT/CN2022/126587
Authority: WO
Inventors: 蔡王灿; 李赛锋; 周南嘉
Original assignee: 芯体素(杭州)科技发展有限公司
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-12-14
Also published as: CN114980579A; CN114980579B; CN114745875A; KR20230170657A; CN115052428B; CN115052428A; EP4311382A1; TW202412571A; CN114745875B

Abstract

本发明涉及一种高精密多层线路板及其3D打印制备方法。方法包括：S1在基板的上表面上形成立体线路层；S2在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱；S3在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层，并通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层；S4若当前绝缘层是顶层则在当前绝缘层上表面上形成焊盘层并执行步骤S5，若否则将当前绝缘层作为新的基板，重复执行步骤S1-S2并执行步骤S6；S5将相应金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至焊盘层以完成多层线路板的制备；S6将相应金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至当前立体线路层，并返回步骤S3。本发明可制备互连精度高的高精密多层线路板。

Description

一种高精密多层线路板及其3D打印制备方法

技术领域

本发明属于线路板制备技术领域，具体涉及一种高精密多层线路板及其3D打印制备方法。

背景技术

多层线路板，常见于IC载板（IC carrier）、封装基板（package substrate）、印刷电路板（printed circuit board，PCB）、低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）基板等，是电子应用及产品的构成基础。有源器件（如：功率MOS、晶体管、IC芯片等）及其它各种无源组件（如滤波器、变压器、电阻、电容和电感等）经过一定的封装工艺后需要装配或嵌入到多层线路板中。这些基板又需要继续和下一级封装装配，以便形成一个封装系统。因此，多层线路板起到了将不同元器件进行电气连接、装配连接及结构防护的重要功能。多层线路板的设计和制造需充分考虑由器件和封装所带来的电、热、机械等需求。多年来，电子行业已经开发了多种多层线路板的制备技术以适应产品设计和应用。

传统工艺制备多层线路板主要有薄膜技术、厚膜技术及有机层压板技术。根据线路板类型的不同（IC载板、封装基板、印刷电路板、陶瓷基板）、材质的不同（如有机、无机等）以及对互连精度的不同要求，一般选择通过光刻+显影+化学镀/电镀、气相沉积或丝网印刷等方式进行线路图案转移；通过机械冲/钻孔、激光打孔、化学刻蚀、等离子刻蚀等方式进行通孔成型；通过电镀、丝网印刷等方式进行孔金属化；通过气相沉积、旋涂、层叠共烧、层压等方式将单层叠加合并成多层结构。此类工艺在业界应用最为广泛，然而由于工序流程繁多、需要多道掩模、设备昂贵、材料浪费大等因素，大大增加了多层线路板的生产成本及时间。

近些年，随着3D打印工艺的进步，与多层线路板传统制备工艺相比，其在缩短新产品研发及实现周期、降低NRE成本等方面显示出了巨大的潜力。一些基于喷墨（Inkjet）或气溶胶喷射（Aerosol Jet）的3D打印工艺，由于线宽较大（几十微米到几百微米范围），绝缘层厚度较厚（最小厚度约在35um左右），垂直互连结构尺寸过大（几百微米量级），限制了此类技术在层数较高及高密互连场景线路板的应用，仅可制备对层数及互连精度要求不高的印刷电路板。一些基于熔融沉积成型（Fused deposition modeling, FDM）的3D打印工艺，由于线材以及熔融技术的限制，只能用于制备特定材质的绝缘层且FDM方式打印表面质量差，线路层及垂直互连结构需要通过其它非打印方式完成，互连精度低。一些基于选区激光烧结（SLS）、选区激光熔覆（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）、直接激光金属烧结（DMLS）等3D打印工艺由于需要在铺粉或喷粉后用高能能量源进行金属烧结或熔融，金属加工精度较低，不适用于精密多层线路板的制备。也存在一些采用挤出式3D打印方式结合相应浆料提高打印精度的方案，例如公开号为CN109534767A的中国专利，公开了一种挤出式3D汉白玉石粉打印用浆料及其制备方法，该发明浆料的固含量高、剪切性能良好，适用于挤出式3D打印工艺，在室温条件下，3D打印过程中即可逐渐干燥、固化，从而获得较高精度的成型件而且不会出现坍塌现象。又例如公开号为CN107365158A的中国专利，提供一种具有稳定性良好的剪切稀化特性的膏体，使膏体能从针头中顺利挤出，并在沉积到基板上以后依然能维持线条形状和一定的跨度，具有良好的成型性能，从而提高精度。

技术问题

根据线路板类型的不同（IC载板、封装基板、印刷电路板、陶瓷基板）、材质的不同（如有机、无机等）以及对互连精度的不同要求，一般选择通过光刻+显影+化学镀/电镀、气相沉积或丝网印刷等方式进行线路图案转移；通过机械冲/钻孔、激光打孔、化学刻蚀、等离子刻蚀等方式进行通孔成型；通过电镀、丝网印刷等方式进行孔金属化；通过气相沉积、旋涂、层叠共烧、层压等方式将单层叠加合并成多层结构。此类工艺在业界应用最为广泛，然而由于工序流程繁多、需要多道掩模、设备昂贵、材料浪费大等因素，大大增加了多层线路板的生产成本及时间。

近些年，随着3D打印工艺的进步，与多层线路板传统制备工艺相比，其在缩短新产品研发及实现周期、降低NRE成本等方面显示出了巨大的潜力。一些基于喷墨（Inkjet）或气溶胶喷射（Aerosol Jet）的3D打印工艺，由于线宽较大（几十微米到几百微米范围），绝缘层厚度较厚（最小厚度约在35um左右），垂直互连结构尺寸过大（几百微米量级），限制了此类技术在层数较高及高密互连场景线路板的应用，仅可制备对层数及互连精度要求不高的印刷电路板。一些基于熔融沉积成型（Fused deposition modeling, FDM）的3D打印工艺，由于线材以及熔融技术的限制，只能用于制备特定材质的绝缘层且FDM方式打印表面质量差，线路层及垂直互连结构需要通过其它非打印方式完成，互连精度低。一些基于选区激光烧结（SLS）、选区激光熔覆（SLM）、电子束选区熔化（EBSM）、直接激光金属烧结（DMLS）等3D打印工艺由于需要在铺粉或喷粉后用高能能量源进行金属烧结或熔融，金属加工精度较低，不适用于精密多层线路板的制备。

技术解决方案

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种高精密多层线路板3D打印制备方法，可制备互连精度高的高精密多层线路板。

本发明采用以下技术方案：

一种高精密多层线路板3D打印制备方法，包括步骤：

S1、通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以在基板的上表面上形成立体线路层；

S2、通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱；

S3、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层，并通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层；

S4、判断当前绝缘层是否作为顶层绝缘层，若是则在当前绝缘层上表面上形成焊盘层并执行步骤S5，若否则将当前绝缘层作为新的基板，重复执行步骤S1-S2并执行步骤S6；

S5、将位于当前绝缘层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至焊盘层，以完成多层线路板的制备；

S6、将位于当前立体线路层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至当前立体线路层，并返回步骤S3。

本发明创造性地利用挤出式3D打印的方法来制作互连精度高的高精密多层线路板，且克服了现有技术中认为若将该挤出式3D打印方法应用至高精密多层线路板制备时的诸多技术偏见。

多层线路板相较于单层线路板制备，需要增设线路层之间的垂直互连结构，现有技术应用于多层线路板中的垂直互连结构尺寸大，很难满足高精密多层线路板的高精度互连要求。现有技术制备多层线路板时需要刮涂多层绝缘层，以形成多层基板以供各线路层的设置，因此需要进行高精密刮涂，以使形成的各层基板厚度保持一致、各层基板的上表面为一平面，然而涂布过程中的涂布间隙、涂布倾斜度稍有偏差均容易造成误差，且每涂布完一层绝缘层均需要固化，即使涂布绝缘层时做到了精度一致，经过固化后也很难保证形成的基板精度一致，且各基板自身上表面也无法保证均为一平面，进而各基板的形成误差累积将影响多层线路板的整体制备精度。由于各基板自身上表面无法保证均为一平面，因此基板上表面的高度起伏以及表面粗糙度会严重影响打印线路的状态和打印工艺窗口，因此，现有技术人员很难预见可以采用挤出打印的方式实现多层线路板的制造，其必然导致线路线型、线宽不均匀甚至断线、撞针。另外，本发明人在研发过程中发现挤出式3D打印方法挤出线条时，在线条起始端会出现出料延迟及不均匀问题，线条末端会出现堆料及拉丝问题，严重影响线条图案打印精度及均匀性，制备多层线路板时，层层累积后该影响明显。线路层、绝缘层形成后均需要进行固化，每次固化，前面的线路层、绝缘层均会产生反复热变形，因此固化后线路层、绝缘层的保形情况、粘附情况、收缩情况，都将影响高精密多层线路板的制备。

因此，本发明通过上述技术方案，克服了本领域技术人员认为挤出式3D打印的方法无法制作互连精度高的高精密多层线路板的技术偏见，实现了利用挤出式3D打印的方法制备高精密多层线路板。通常本发明所称的高精密度是指立体线路层中的导线线宽可达1~150um，导线线距可达1~150um，垂直互连结构尺寸可达20~150um，垂直互连结构间距可达20~150um，线宽和线距可明显缩小即可达到10um以下，垂直互连结构尺寸和间距可明显缩小即可达到150um以下，从而使立体线路层内及立体线路层之间具有较高的互连精度，即多层线路板的互连精度。立体线路层是指由挤出头相对基板不仅在一个平面即挤出平面上挤出打印，而且在垂直于挤出平面的方向上也进行移动挤出打印，从而形成的线路层是立体的而非现有技术的平面状，这种结构不仅解决了制造过程中的碰撞、断针问题，而且立体的线路层更加贴合基板的表面形貌，在后续的各种制造过程中不易造成线路板断路，从而极大地提升了多层线路板的整体成品率。

作为优选方案，步骤S1中，在基板的上表面上形成立体线路层时，包括：

对基板的上表面的各点位的高度进行测量，以获取基板上表面的高度数据集合，并根据基板上表面的高度数据集合在挤出口挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料时使其在基板的上表面的对应点位处进行Z轴方向的相对移动，以使得挤出口挤出的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料在基板上表面形成立体线路层。

作为优选方案，步骤S1中，在基板的上表面上形成立体线路层时，测量基板上表面具体点位上的立体线路层的实际位置与预设位置的差值，根据该差值对挤出头进行校正。

作为优选方案，步骤S1中，所述挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料以形成立体线路层中的每条线路的起始端前均在垂直于基板的垂面上做曲线的预挤出运动，并沿该曲线的切向方向进入线路的正式挤出形成路线；

步骤S1中，所述线路的正式挤出形成路线末端具有一个预设的飞料段，所述挤出口在该飞料段位上时关闭挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料的动作。

作为优选方案，步骤S2中，通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以交替形成金属立柱的每层上的外框线、填充线，以在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱。

作为优选方案，步骤S3中所述绝缘层的形成方式包括：

通过刮刀涂布刀头推动在涂布面上预先施加的绝缘介质材料，以在当前立体线路层的上表面上形成所述的绝缘层。

作为优选方案，步骤S3中所述绝缘层的形成方式包括：

通过狭缝涂布刀头的狭缝挤出绝缘介质材料并涂布在所述涂布面上，以在当前立体线路层的上表面上形成所述的绝缘层。

作为优选方案，步骤S3中在涂布绝缘层前，还包含如下步骤：

a、控制Z轴电机下降涂布刀头将其左、右两端分别与接触式传感器进行触碰；

b、分别记录所述涂布刀头左、右两端触发接触式传感器信号时的Z轴电机的不同高度，进而得到涂布刀头左右高度差；

c、根据该左右高度差，对涂布刀头左右两端的左右高度进行校正。

A、用激光位移传感器对接触式传感器的接触面进行探高，以得到接触式传感器高度；

B、用激光位移传感器对涂布面上的涂布起始点进行探高，以得到涂布起始点高度；

C、根据接触式传感器高度、涂布起始点高度，计算得到接触式传感器和涂布起始点的相对高度差；

D、将经过倾斜度校正的涂布刀头中心去触碰接触式传感器，并记录触碰时涂布刀头的Z轴高度；

E、根据接触式传感器和涂布起始点的相对高度差、涂布刀头触碰接触式传感器时的Z轴高度、预设涂布间隙，以对涂布刀头的Z轴高度进行校正。

作为优选方案，步骤S3中，包括步骤：

S3.1、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层；

S3.2、根据各立体线路层的连接需求以及各立体线路层上金属立柱的高度，通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层。

作为优选方案，所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料包括纳米级金属颗粒、分散介质，纳米级金属颗粒的含量为75%~95%，具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料粘度在100000cps~1000000cps之间，触变指数为4~10，该具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料形成的线条高宽比≥0.5。本发明所述的线条高宽比是在使用武藏300DS三轴点胶机搭配诺信Optimum®100um内径通用点胶针头，在给定20psi气压及2mm/s点胶头移动速度下将浆料点胶至玻璃基板上形成一条线条，静置10min后使用显微镜观察并计算线高和线宽两者比值。

纳米级金属浆料中的分散介质用于分散及保护纳米级金属颗粒、抑制纳米级金属颗粒团聚、提高浆料和基板的粘附性以及提供一定保形能力、触变性。

作为优选方案，所述纳米级金属颗粒为纳米级银金属颗粒。

作为优选方案，分散介质包括分散溶剂、粘结剂，分散溶剂包括有机溶剂和水中的任一种或多种；粘结剂包括聚丙烯酸、二乙醇胺、聚丙烯酸和二乙醇胺的复合物中的任一种或多种。

作为优选方案，聚丙烯酸包括短链聚丙烯酸、长链聚丙烯酸。

作为优选方案，短链聚丙烯酸、长链聚丙烯酸的质量配比在2:1~8:1之间。

作为优选方案，短链聚丙烯酸摩尔质量在1000~10000g/mol之间，长链聚丙烯酸摩尔质量在10000~100000g/mol之间。

作为优选方案，所述有机溶剂包括乙二醇、甘油中的任一种或多种。

作为优选方案，所述纳米级金属颗粒为纳米级铜金属颗粒。

作为优选方案，分散介质包括分散溶剂、粘结剂，分散溶剂包括有机溶剂和水中的任一种或多种；粘结剂包括环氧树脂、固化剂、保护剂。

作为优选方案，所述环氧树脂为热固性环氧树脂。

作为优选方案，热固性环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、E-44环氧树脂、联苯氧型环氧树脂中的任一种或多种。

作为优选方案，所述固化剂为多元硫醇固化剂、双氰胺固化剂、酸酐类固化剂中的任一种，使所述环氧树脂受热能快速固化。

作为优选方案，所述有机溶剂包括二乙二醇单乙醚醋酸酯、二价酸酯、异氟尔酮、松油醇或二乙二醇单丁醚中的任一种或多种。

作为优选方案，所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还包括保护剂。

作为优选方案，保护剂由三芳基膦类化合物、三烷基膦类化合物中的任一种形成或多种组合形成。保护剂在＜100℃时和铜粉配位，在≥100℃时和氧原子结合形成氧膦化合物，抑制铜纳米颗粒在制备以及打印过程中被氧化的问题。

作为优选方案，所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还包括非导电填料。

作为优选方案，非导电填料由碳粉、纳米石墨烯粉末、膨润土、纳米二氧化硅粉末中的任一种形成或多种组合形成，主要用于调节浆料的粘度与触变性。

作为优选方案，步骤S2与步骤S3之间还包括步骤：

对当前立体线路层以及在当前立体线路层的预设位置处堆积形成的金属立柱进行第一预固化处理；

步骤S3中，在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层后，还包括对绝缘层进行第二预固化处理；

步骤S3中，在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料后，还包括对填充的纳米级金属浆料进行第三预固化处理；

步骤S5中，将位于当前绝缘层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至焊盘层后，还包括对多层线路板进行整体烧结固化处理，以完成多层线路板的制备。

作为优选方案，所述第一预固化处理，固化温度为100℃~150℃，固化时间为3min~10min。

作为优选方案，所述第二预固化处理，采用阶梯式预固化处理。

作为优选方案，阶梯式预固化处理包括：先在60℃~95℃的固化温度下固化3min~10min，然后在120℃~200℃的固化温度下固化3min~10min。

作为优选方案，绝缘层材质为有机介质。

作为优选方案，整体烧结固化处理烧结温度为200℃~350℃，烧结时间为1h~3h。

作为优选方案，绝缘层材质为陶瓷介质。

作为优选方案，整体烧结固化处理烧结温度为850℃，烧结时间为0.5h~2h。

为保证上述高精密多层线路板制备过程中的效率、精度，避免固化过程对精密设备的热影响以及固化过程中绝缘介质和线路之间存在反复热变形的问题。本发明还提供一种高精密多层线路板制备过程中的固化方法，包括步骤：

S1、在基板的上表面上形成立体线路层；

S2、在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱；

S3、对当前立体线路层以及在当前立体线路层的预设位置处堆积形成的金属立柱进行第一预固化处理；

S4、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层，并对当前绝缘层进行第二预固化处理；

S5、判断当前绝缘层是否作为顶层绝缘层，若是则在当前绝缘层上表面上形成焊盘层并执行步骤S6，若否则将当前绝缘层作为新的基板，返回步骤S1；

S6、对多层线路板进行整体烧结固化处理。

作为优选方案，步骤S1、步骤S2中均通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以形成立体线路层以及金属立柱；

所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料包括纳米级金属颗粒、分散介质，纳米级金属颗粒的含量为75%~95%，具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料粘度在100000cps~1000000cps之间，触变指数为4~10，该具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料形成的线条高宽比≥0.5。

作为优选方案，步骤S4与步骤S5之间还包括步骤：通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层，并对填充的纳米级金属浆料进行第三预固化处理。

作为优选方案，步骤S3中所述对当前立体线路层以及在当前立体线路层的预设位置处堆积形成的金属立柱进行第一预固化处理，固化温度为100℃~150℃，固化时间为3min~10min。

作为优选方案，步骤S4中所述对当前绝缘层进行第二预固化处理，采用阶梯式预固化处理。

作为优选方案，绝缘层材质为有机介质。

作为优选方案，步骤S6中，整体烧结固化处理烧结温度为200℃~350℃，烧结时间为1h~3h。

作为优选方案，绝缘层材质为陶瓷介质。

作为优选方案，步骤S6中，整体烧结固化处理烧结温度为850℃，烧结时间为0.5h~2h。

为提高上述高精密多层线路板制备过程中金属立柱的保形力，保证金属立柱的打印尺寸，进而保证垂直互连结构的整体尺寸较小，满足高精密多层线路板的高精度互连要求，本发明还提供一种高精密多层线路板中金属立柱的制造方法，包括步骤：

S2、在立体线路层预设位置处，通过挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以交替形成金属立柱的每层上的外框线、填充线，以堆积形成金属立柱；

作为优选方案，步骤S2中，所述金属立柱的高度高于在立体线路层上所要形成的绝缘层。

作为优选方案，在形成绝缘层后，还包括步骤：挤出纳米级金属浆料，以形成连接金属立柱上表面的引出线。

作为优选方案，步骤S2中，所述金属立柱的高度低于在立体线路层上所要形成的绝缘层。

作为优选方案，在形成绝缘层后，还包括步骤：对金属立柱上方的绝缘层进行激光打孔，以形成微孔。

作为优选方案，在形成所述微孔后，还包括步骤：对微孔进行纳米级金属浆料填充，以形成金属立柱的延长柱。

作为优选方案，在形成金属立柱的延长柱后，还包括步骤：挤出纳米级金属浆料，以形成连接延长柱上表面的引出线。

作为优选方案，步骤S1与步骤S2中，形成立体线路层和金属立柱时，环境湿度均为20%~60%。

作为优选方案，所述纳米级金属颗粒为纳米级银金属颗粒。

作为优选方案，所述纳米级金属颗粒为纳米级铜金属颗粒。

本发明还提供一种高精密多层线路板，采用上述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法得到。

本发明还提供一种柔性电路，采用上述的一种高精密多层线路板。

本发明还提供一种穿戴设备，采用上述的一种高精密多层线路板。

本发明还提供一种微型无源电子器件，采用上述的一种高精密多层线路板。

有益效果

本发明创造性地利用挤出式3D打印的方法来制作互连精度高的高精密多层线路板，提高了多层线路板的互连精度。

本发明所述的高精密多层线路板3D打印制备方法，可适用于不同介质材料和不同金属材质的浆料。

通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以在基板的上表面上形成立体线路层，由于纳米级金属浆料具有剪切致稀特性，立体线路层的打印精度高，立体线路层中的导线线宽可达1~150um，导线线距可达1~150um，垂直互连结构尺寸可达20~150um，垂直互连结构间距可达20~150um，线宽和线距可明显缩小即可达到10um以下，垂直互连结构尺寸和间距可明显缩小即可达到150um以下，从而使立体线路层及立体线路层之间具有较高的互连精度，即多层线路板的互连精度。

目前虽然可通过激光打孔在绝缘层打出孔径较小的微孔，并通过填充金属浆料与线路接触实现连接，但在打印精细线路场景时，由于线路线宽、线厚等尺寸相比于微孔很小（线宽、线厚如只有几个微米），微孔底部的线路很容易被激光全部烧蚀，导致填充时填充的浆料和金属线路不接触或接触部分极小，无法保证导通。因此本申请中通过在立体线路层的预设位置处打印金属立柱，增加连接面积，以保证线路的互连，避免了线路断路现象。

为适配导线线宽、导线线距、绝缘层厚度的精度要求，本发明中同样采用挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，打印金属立柱，以保证金属立柱的打印尺寸精度要求，进一步保证高精密多层线路板的互连精度。

仅通过预设的一个金属立柱最多只能实现相邻两层立体线路层之间的互连，本发明将位于当前立体线路层下方的相应立体线路层上的金属立柱通过在绝缘层打孔并填充浆料的方式引出至少一层绝缘层，可实现任意立体线路层之间的互连。

由于立体线路层的打印精度高、体积小，只需涂覆很薄的绝缘层即可实现覆盖，而垂直互连结构又需要穿过绝缘层设置，因此在此基础上，可以减小垂直互连结构的尺寸，进一步保证高精密多层线路板的互连精度。

由于各基板自身上表面无法保证均为一平面。本申请在基板的上表面上形成立体线路层时，包括：对基板的上表面的各点位的高度进行测量，以获取基板上表面的高度数据集合，并根据基板上表面的高度数据集合在挤出口挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料时使其在基板的上表面的对应点位处进行Z轴方向的相对移动，以使得挤出口挤出的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料在基板上表面形成立体线路层，以保证线路线型、线宽的均匀。

由于挤出头在挤出时会发生抖动现象，从而发生挤出位置的偏移，或者挤出头一开始的固定位置存在误差，同样会发生挤出位置的偏移，挤出位置的偏移会严重影响在高精密打印场景下打印线路的位置精度以及线宽、线型，导致线路线型、线宽不均匀甚至线路错位、撞针。因此本申请在基板的上表面上形成立体线路层时，测量基板上表面具体点位上的立体线路层的实际位置与预设位置的差值，根据该差值对挤出头进行校正，该校正可以是对挤出头稳固度进行校正，也可以是对挤出头固定位置的校正。

本申请通过在线路的正式挤出形成路线之前预设一个曲线的预挤出运动，避免挤出口在正式挤出形成路线的起始端出料延迟及不均匀问题；并通过在线路的正式挤出形成路线末端预设一个飞料段，在该飞料段位上时关闭挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料的挤出动力供给，以避免挤出口在线路的正式挤出形成路线的末端堆料及拉丝的问题。

为适配本案高精密打印场景绝缘层的表面形貌及厚度均匀性需满足极高的质量要求，本发明在涂布绝缘层前，对涂布刀头左右两端倾斜度进行校正。

为保证绝缘层的涂布厚度，本发明在涂布绝缘层前，对涂布刀头和涂布面之间的涂布间隙进行校正。

本发明提供的固化方法，可在采用挤出式3D打印的方法制作互连精度高的高精密多层线路板时，保证高精密多层线路板制备的效率、精度，避免固化过程对精密设备的热影响以及固化过程中绝缘层、金属立柱、立体线路层之间存在反复剧烈热变形的问题。

本发明所选用的具有剪切致稀特性的金属浆料，可在采用挤出式3D打印的方法制作互连精度高的高精密多层线路板时，兼顾粘附力、保形力、导电率、挤出连续性以及减少出料时的拉丝现象，尤其是保证反复固化过程中金属立柱、线路的保形力、粘附力。从而提高制作互连精度高的高精密多层线路板时的成品率。

本发明提供的金属立柱的制造方法，可在采用挤出式3D打印的方法制作互连精度高的高精密多层线路板时，提高金属立柱的保形力，保证金属立柱的打印尺寸，进而保证垂直互连结构的整体尺寸较小，满足高精密多层线路板的高精度互连要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种高精密多层线路板3D打印制备方法的流程图；

图2是多层线路板制备工艺示意图；

图3是本发明所述一种高精密多层线路板制备过程中的固化方法的流程图；

图4是本发明所述一种高精密多层线路板中金属立柱的制造方法的流程图；

图5是本发明所述第一种垂直互连结构的示意图；

图6是本发明所述第一种垂直互连结构单元的示意图；

图7是本发明所述第二种垂直互连结构的示意图；

图8是本发明所述第二种垂直互连结构单元的示意图；

图9是相邻两立体线路层互连的结构示意图；

图10是间隔多层的立体线路层互连的结构示意图；

图11是底层立体线路层与表层立体线路层互连的结构示意图；

图12是同一金属立柱所在垂线上存在多层立体线路层互连的结构示意图；

图13是高精密多层线路板的整体效果图；

图中的编码分别为：1、基板；2、立体线路层；3、绝缘层；4、金属立柱；5、延长柱；6、引出线；7、微孔；8、垂直互连结构。

本发明的实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

参照图1、图2，本实施例提供一种高精密多层线路板3D打印制备方法，包括步骤：

S3、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层，并通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层（具体为根据各立体线路层的连接需求以及各立体线路层上金属立柱的高度，通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层）；

本实施例中，通过精密气压控制推动增压结构，使高粘度的纳米级金属浆料可从精密打印针头尖端的挤出口（挤出口内径≥1um，玻璃或陶瓷材质）丝状挤出出料。

可知：

具体地：

由于制作高精密多层线路板时，每形成一层立体线路层、立体线路层相应的金属立柱或者涂布一层绝缘层都需要进行固化，因此需要提高立体线路层、立体线路层相应的金属立柱的线路保形性，然而在提高线路保形性的同时，线路的粘附力将下降，因此选用的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料需要兼顾保形性以及粘附力，进一步，由于制作的是高精密多层线路板，因此每层立体线路层形成过程中线路出现的拉丝现象将严重影响整个多层线路板的精度，因此我们选用的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还需要兼顾拉丝效果。再进一步，我们选用的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还需要保证导电率，以保证多层线路板的正常使用。更进一步，我们选用的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还需保证在挤出时的连续性，避免挤出口的堵塞或者断料现象，从而提高在采用挤出式3D打印的方法制作互连精度高的高精密多层线路板时的成品率。

上述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料可选用纳米级银金属浆料或纳米级铜金属浆料。

其中，可以采用如下方式制备具有剪切致稀特性的纳米级银金属浆料：

1、取2g短链聚丙烯酸（PAA）溶液（50wt%，5000g/mol），1g长链聚丙烯酸（PAA）溶液（25wt%，50000g/mol），40gDEA二乙醇胺溶于50ml去离子水；

2、室温下搅拌2h，溶液pH值9.5，作为溶液一；

3、取硝酸银溶液（20g硝酸银溶于20ml去离子水）逐滴加入溶液一中，并快速搅拌获得深黄色溶液二；

4、室温下搅拌24h，溶液二颜色逐渐转变为深黑色并形成2~8nm直径纳米银颗粒；

5、60℃热水浴搅拌2h，获得溶液三，经过该步骤后银颗粒尺寸熟化至5~50nm；

6、以10ml/min速率向溶液三中添加240ml乙醇，搅拌20min，获得溶液四；

7、去除溶液四中上清液，将沉淀物在9000rpm下离心20min，获得高浓度的纳米银浆料干体；

8、在纳米银浆料干体中加入10wt%溶剂（所述溶剂由30wt%乙二醇和70wt%水混合而成，起到溶解聚丙烯酸、二乙醇胺及保湿的作用）震荡均匀，而后在50℃、25mbar真空箱内进行脱泡30min，即获得最终的具有剪切致稀特性的纳米级银金属浆料。

其中，可以采用如下方式制备具有剪切致稀特性的纳米级铜金属浆料：

称取双酚A型环氧树脂8g，溶到15g的乙酸丁酯溶剂中，加热至80℃保持1小时，至完全溶解得到初步载体；称取酸酐类固化剂1g，加入到初步载体中，用高速分散机进行高速分散，分散均匀后加热至30-35℃老化2小时，得到分散介质；称取100～200nm的铜粉70g，还原剂三苯基膦5g，非导电填料纳米石墨烯粉末0.2g、50nm的二氧化硅粉末0.8g；与所述分散介质在混料机中充分混合，再使用高速分散机进行高速分散，得到均匀的初浆料；将初浆料在三辊机进行6遍棍轧，达到<1μm的细度为止，然后经过10μm的滤网进行过滤，最终得到纳米级铜金属浆料。纳米级铜金属浆料更具体的制备方法可参见公开号为CN113362984A的中国发明专利。

基于上述，本领域技术人员可以改变浓度等各种参数以获得性能满足本发明要求的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料。

通常步骤S1中，所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料为含有纳米级金属颗粒的有机分散体系，包括纳米级金属颗粒、分散介质，纳米级金属颗粒的含量为75%~95%，浆料粘度在100000cps~1000000cps之间，触变指数为4~10，形成的线条高宽比≥0.4。金属固含量高可以提高保形性，减少打印针头拉丝，减少烧结时的收缩以及提高导电性，但和玻璃、硅片、聚酰亚胺等基板的粘附力将下降；若金属固含量太低则电导率下降，且浆料烧结时收缩太大，易导致线路断线。纳米级金属颗粒由于表面能高，易相互团聚结合成大颗粒堵塞挤出口，所以浆料中必须添加相应的分散介质分散纳米颗粒，抑制团聚。对于不同材质纳米级金属颗粒，需要根据纳米金属颗粒理化特性选择合适的分散介质以及添加其它辅料。

针对纳米级银金属浆料，分散介质包括分散溶剂、粘结剂，分散溶剂包括有机溶剂和水中的任一种或多种；粘结剂包括聚丙烯酸、二乙醇胺、聚丙烯酸和二乙醇胺的复合物中的任一种或多种。聚丙烯酸包括短链聚丙烯酸、长链聚丙烯酸，所述有机溶剂包括乙二醇、甘油中的任一种或多种。由于银纳米颗粒具有良好的抗氧化性且分散介质中含有聚丙烯酸、二乙醇胺成分（聚丙烯酸和基板具有良好的粘附性且可分散金属颗粒，二乙醇胺将金属离子缓慢还原成金属颗粒），可不另外添加保护剂、固化剂。短链和长链聚丙烯酸的质量配比在2:1到8:1之间，短链聚丙烯酸摩尔质量在1000~10000g/mol之间，长链聚丙烯酸则在10000~100000g/mol之间，通过调整不同分子量聚丙烯酸的质量配比、聚合度、银纳米颗粒的含量以及水分含量，可调整浆料的打印效果、和基板的粘附力以及烧结固化后的导电性。

针对纳米级铜金属浆料，分散介质包括分散溶剂、粘结剂，分散溶剂包括有机溶剂和水中的任一种或多种；粘结剂包括环氧树脂、固化剂、保护剂。所述环氧树脂为热固性环氧树脂，热固性环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、E-44环氧树脂、联苯氧型环氧树脂中的任一种或多种。所述固化剂为多元硫醇固化剂、双氰胺固化剂、酸酐类固化剂中的任一种。所述有机溶剂包括二乙二醇单乙醚醋酸酯、二价酸酯、异氟尔酮、松油醇或二乙二醇单丁醚中的任一种或多种。所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还包括保护剂，保护剂由三芳基膦类化合物、三烷基膦类化合物中的任一种形成或多种组合形成。所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料还包括非导电填料，非导电填料由碳粉、纳米石墨烯粉末、膨润土、纳米二氧化硅粉末中的任一种形成或多种组合形成。由于铜纳米颗粒极易遭受水分、空气氧化，分散介质中含有环氧树脂成分（环氧树脂呈疏水性可抑制水分侵入，固化后和基板具有良好的粘附性），故添加保护剂来抑制铜纳米颗粒氧化，添加固化剂使环氧树脂受热快速固化，非导电填料可根据实际粘度、触变性需求添加。

所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料纳米颗粒分散性好，可顺畅无堵塞从1um～150um内径玻璃毛细管挤出；固化后浆料体积收缩率小于30%，与玻璃、硅片、聚酰亚胺等基板具有良好粘附性（使用刮刀在玻璃基板上刮涂约20um厚浆料并进行200℃烧结固化，而后使用3M Scotch 600胶带剥离无材料剥落现象）；浆料粘度和触变指数使用常规Brookfield旋转粘度计表征；浆料在20%~60%相对湿度，23±5℃条件下，吸水率≤5%（影响保形性及烧结后收缩效果，测试方法：使用刮刀在玻璃基板上刮涂约100um厚浆料，使用精密电子称进行称重，间隔1h后质量增加量≤5%）。

现有制作单层高精度线路板所采用的浆料形成线条的高宽比一般在0.2左右，因为本发明中需要做多层间垂直互连，浆料高宽比较低无法支持本发明中关键工艺如金属立柱的打印。同时由于多层线路板的使用场景相较于单层线路板更复杂（如走高压信号、大电流等）对线路厚度要求比单层线路板更高，所以若使用线条高宽比较低的浆料进行多层板线路制作，需要通过牺牲线宽、线距的精度来提升线路厚度，因此无法制备互连精度高的高精密多层线路板。

制备多层线路板时需要刮涂多层绝缘层，以形成多层基板以供各立体线路层的打印，因此需要进行高精密刮涂，以使形成的各层基板厚度保持一致、各层基板的上表面为一平面，然而涂布过程中的涂布间隙、涂布倾斜度稍有偏差均容易造成误差，且每涂布完一层绝缘层均需要固化，即使涂布绝缘层时做到了精度一致，经过固化后也很难保证形成的基板精度一致，且各基板自身上表面也无法保证均为一平面。而打印时需要将挤出头靠近打印基板使丝状料和打印基板接触，在高精密打印场景下打印基板的高度起伏以及表面粗糙度，会严重影响打印线路的状态，导致线路线型、线宽不均匀甚至断线、撞针。

因此，基于上述各基板自身上表面无法保证均为一平面的情况，步骤S1中，在基板的上表面上形成立体线路层时，包括：对基板的上表面的各点位的高度进行测量，以获取基板上表面的高度数据集合，并根据基板上表面的高度数据集合在挤出口挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料时使其在基板的上表面的对应点位处进行Z轴方向的相对移动，使得挤出口挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料时与基板的上表面的各点位间的高度保持一致，即本申请中立体线路层的打印为立体式打印，打印过程中，挤出头相对于基板的上表面的各点位存在Z向的相对移动，以使最终在基板的上表面上形成立体线路层，以保证线路线型、线宽的均匀。

更为详细地，本实施例中，通过激光位移传感器对基板的上表面的各点位的高度进行测量，获得基板上表面的高度数据集合，激光位移传感器分辨率需要在0.3um及以下，若分辨率超标无法在大幅面场景下保证补偿精度，导致实际打印时挤出口和基板间的高度控制不准确。打印时通过基板的Z向运动，使挤出口在基板的上表面的对应点位处进行Z轴方向的相对移动。

同样地，由于本发明中挤出浆料时需要将针头靠近基板使丝状料和基板接触，气动推进时产生的抖动会严重影响在高精密打印场景下打印线路的位置精度以及线宽、线型，导致线路线型、线宽不均匀甚至线路错位、撞针。因此需要在针头底座上增加金属稳固机构。同时，在基板的上表面上形成立体线路层时，测量基板上表面具体点位上的立体线路层的实际位置与预设位置的差值，并根据差值对针头的稳固度进行校正，通过稳定后的针头水平向和垂直向抖动偏差控制在0.5um以内，以避免实际位置与预设位置的差值超过预设阈值。

需要说明的是，某些情况下实际位置与预设位置的偏差过大也许并非由于针头抖动造成，而是针头的固定位置出现了偏差。本实施例中，利用计算机辅助制造（CAM）技术，将预先设计好的电路图案导入生成数控路径，打印针头沿着数控路径移动形成所需要的线路图案，因此若针头的固定位置出现偏差，将导致整个线路图案出现偏差。此时同样可以根据实际位置与预设位置的差值，对针头的固定位置进行校正。

且需要说明的是：当为抖动影响造成偏差时，偏差在打印开气和断气时会发生变化，若为固定位置影响造成偏差时，偏差不受打印开气和断气的影响。

进一步，由于本发明采用的是挤出式3D打印方法，挤出式3D打印方法挤出线条时，在线条起始端会出现出料延迟及不均匀问题，线条末端会出现堆料及拉丝问题，严重影响线条打印精度，制备多层线路板时，层层累积后该影响明显。

针对线条在起始端会出现出料延迟及不均匀问题，本发明中采用如下方案：所述挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料以形成立体线路层中的每条线路的起始端前均在垂直于基板的垂面上做曲线的预挤出运动，并沿该曲线的切向方向进入线路的正式挤出形成路线；即将该曲线作为挤出预跑段，从而避免正式挤出时的出料延迟及不均匀问题。

针对线条末端会出现堆料及拉丝问题，本发明中采用如下技术方案：所述线路的正式挤出形成路线末端具有一个预设的飞料段，所述挤出口在该飞料段位上时关闭挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料的动作。即在该飞料段位上时关闭挤出所述具有剪切致稀特性的金属浆料的挤出动力供给，飞料段占每条线路末段总长的5%~30%（注：一条线路包括连续打印的多段打印路径，线路末段指线路中最后一段打印路径）。

如上线路打印完毕后可维持其图案形状及截面形状，具有特定的高宽比线型（线路打印时环境相对湿度需控制在20%~60%，过低则浆料不易粘附基板过高则浆料易吸附水分造成保形性下降）。

进一步，由于多层线路板为立体线路层、绝缘层交替堆叠构成，因此在完成立体线路层或者绝缘层形成后均需要对其进行固化，以供下一层立体线路层或绝缘层的形成。本发明中针对的是高精密多层线路板的制备，制备精度可达到10um以下，若针对每一层立体线路层或者绝缘层都采用高温完全固化，绝缘介质和线路之间存在反复剧烈热变形，线路和介质之间的热应力，线路、介质本身热应力将导致工艺中途出现断路失效，除此之外反复高温加热也将导致绝缘介质涨缩问题加剧，绝缘介质氧化。因此本发明中采用预固化+整体烧结固化的方式，参照图3所示，包括步骤：

S1、在基板的上表面上形成立体线路层；

S2、在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱；

S6、对多层线路板进行整体烧结固化处理。

具体地：

针对在基板的上表面上形成的立体线路层以及在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱，本发明中第一预固化处理的固化温度为100℃~150℃，固化时间为3min~10min，去除线路材料内的水分同时对线路进行定型，增强线路和基板的粘附力，以供后一层绝缘层的涂布作业。

在完成立体线路层、金属立柱固化后，对涂布于立体线路层上的绝缘层同样采用预固化处理的方式进行固化，具体地，对于含有溶剂的绝缘层，涂布后先进行预固化处理，将湿膜中的溶剂挥发（尤其是水、酒精、二甲基乙酰胺等强极性溶剂），防止薄膜变异（液体流动、不均匀收缩等）以及残余溶剂溶解线路或降低线路和基板的黏附力。进一步地，为防止气泡、褶皱等问题，对绝缘层进行2级或2级以上阶梯式预固化处理，这里以2级阶梯式预固化处理为例，先在60℃~95℃内固化3min~10min，然后在120℃~200℃间固化3min~10min。因为绝缘层涂布原料中往往含有大量溶剂，若直接在较高温度进行固化，溶剂挥发太剧烈同时容易出现皮肤效应（涂层表面迅速受热烘干硬化），导致所产生的气泡和残余溶剂无法及时排出形成残余气泡和不均匀褶皱，同时受热太快膜内形成较强热应力会造成线路的变形。

步骤S4与步骤S5之间还包括步骤：通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层，并对填充的纳米级金属浆料进行第三预固化处理，这里所述的第三预固化处理与第一预固化处理类似，不作过多赘述。

各立体线路层、绝缘层、焊盘层（焊盘层为制备完成的多层线路板用于连接外部电子元件的连接层，对其更为详细的解释见下文对金属立柱的解释部分）均完成后，需要通过整体烧结固化（需要说明的是：多层线路板顶层的焊盘层形成后，对其无需进行预固化处理，直接进行整体烧结固化即可），具体地：若绝缘层材质为有机介质且为空气氛围下热固化，则采用马弗炉烧结方式进行整体烧结固化处理，烧结温度为200℃~300℃，烧结时间为1h~3h，不同纳米级金属浆料烧结条件会有不同，如纳米级铜金属浆料由于铜本身易氧化的原因，一般整体烧结固化需要在氮气氛围下（具体可见后文实施例七所述）。若使用红外、激光、光子烧结等方式，纳米级金属浆料的烧结时间可进一步缩短；由于常规的有机基板如FR-4环氧玻璃纤维板、有机绝缘层材料如BT（Bismaleimide Triazine，双马来酰亚胺-三嗪树脂）、PI（Polyimide，聚酰亚胺）、Epoxy resin（环氧树脂）、BCB（Benzocyclobutene，苯并环丁烯）等的耐温能力有限，故本发明中一般选择在200℃~300℃进行整体烧结固化。若绝缘层材料为低温共烧陶瓷如氧化铝基、氮化铝基低温共烧陶瓷，则采用陶瓷低温共烧方式进行整体烧结固化处理，烧结温度为850℃，烧结时间为0.5h~2h。通过整体烧结固化，浆料中的有机物部分或完全去除，金属颗粒相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，最终形成具有良好导电性、特定均匀线型的金属线路；通过整体烧结固化，绝缘介质形成具有特定电气性能的稳定绝缘层。

其中，预固化相比较整体烧结固化从固化参数上看主要表现在温度低，时间短；预固化起到及时定型介质、线路满足后续工艺，增强线路和介质间的粘附力，节省效率以及减少对精密设备的热影响。

需要特别说明当金属浆料固化条件和绝缘介质固化条件不兼容的情况。若绝缘层材质为有机介质且需要特殊气氛下完全热固化（如氮气氛围高温固化型聚酰亚胺，一般需要在350℃完全固化，若直接在空气氛围下高温固化，会造成亚胺氧化问题，导致固化后的聚酰亚胺发黑且机械强度下降），而本案所述配方制备的银金属浆料需要在空气氛围下进行固化，对于金属浆料固化条件和绝缘介质固化条件不兼容的情况则优选采用混合烧结固化方式，即每层金属线路及金属立柱使用激光进行选区直接完全固化，对整体多层线路板采用离线的特殊气氛炉进行高温完全固化。此处所用激光不同于后文激光打孔所用紫外皮秒激光，此处激光可使用小型红外波段连续或毫秒级脉冲激光。使用激光进行金属浆料固化时需要注意由于激光属于局部高能量输入，激光照射时易引起纳米级金属浆料中有机成分的剧烈蒸发、分解。对于金属立柱和表面焊盘层采用激光固化时若短时间内能量输入过大会出现明显鼓泡问题，对于金属立柱和表面焊盘层采用激光固化时也需要采用阶梯式固化的方法，一般用5W~15W激光功率先进行预固化而后采用20W~50W高功率进行完全固化。

更为具体地：

对于上述绝缘层的涂布，本实施例中，对于涂布刀头，需要采用金属材质，且刀口平面的平面度≤2um。涂布过程中包括涂布刀头倾斜校正、涂布间隙校正。

涂布刀头倾斜校正：基于上述可知，绝缘层的表面作为线路打印的基板面，故为适配本案高精密打印场景绝缘层的表面形貌及厚度均匀性需满足极高的质量要求。涂布刀头在进行涂布作业前需对刀头左右两端倾斜度进行校正，具体为，控制Z轴电机下降涂布刀头将其左端、右端分别与高精度接触式传感器进行触碰，当接触式传感器受到涂布刀头的触碰压力并达到传感器阈值后触发接触信号，通过记录涂布刀头左右两端触发接触式传感器信号时的Z轴电机高度，进而反馈得到涂布刀头左右倾斜度。根据倾斜度信息，调节涂布刀头上方左右两侧的精密螺旋顶杆控制左右倾斜度，反复测量、调节直至左右两端高度偏差≤2um以内（需要说明的是，该处控制刀头整体左右倾斜情况，和刀口平面平面度≤2um并非同一概念，刀口平面平面度是指刀口平面的最大起伏差）。

涂布间隙校正：涂布刀头和基板面之间的高度间隙是重要的涂布参数，对绝缘层的厚度有重要影响。本案中涂布刀头和基板之间无机械连接结构，两者间的高度间隙需借助激光位移传感器、高精密接触式传感器进行校正。涂布前，首先用激光位移传感器对接触式传感器的接触面进行探高，以得到接触式传感器高度；其次用激光位移传感器对涂布面上的涂布起始点进行探高，以得到涂布起始点高度；然后根据接触式传感器高度、涂布起始点高度，计算得到接触式传感器和涂布起始点的相对高度差；将经过倾斜度校正的涂布刀头中心去触碰接触式传感器，并记录触碰时涂布刀头的Z轴高度；最后根据接触式传感器和涂布起始点的相对高度差、涂布刀头触碰接触式传感器时的Z轴高度、预设涂布间隙，以对涂布刀头的Z轴高度进行校正。

本实施例中，对于绝缘层涂布：

多层线路板的基本结构是由多个绝缘层及立体线路层交替堆叠构成。立体线路层由金属导体图案构成，绝缘层由有机树脂或无机陶瓷构成。在本发明中通过刮刀涂布或狭缝涂布，层层涂布叠加的方式实现多个绝缘层的叠加，每层绝缘层通过在设备上集成的涂布刀头进行原位涂布。涂布刀头装配在由伺服电机控制的Z轴上，涂布时涂布刀头下降至基板上方特定高度，保持涂布刀头不动，控制放置基板的样品台往前运动，使得涂布刀头相对基板面行进涂布；可通过调整涂布刀头和基板的间隙、基板行进速度、绝缘介质材料收缩量等参数进行精密控制；涂布头有两种模式分别为刮刀涂布刀头、狭缝涂布刀头。前者是先在基板上通过挤出的方式施加一定量的绝缘介质材料后，使刮涂刀头相对基板推动绝缘介质材料在基板上形成一层薄膜；后者则由于刀头本身具有出料狭缝，调节狭缝间隙、狭缝出料量及出料速度后，使狭缝刀头相对基板行进出料在基板上形成一层薄膜。以上涂布过程可重复进行以获得更厚的绝缘层，特别是对于一些溶剂含量较高的绝缘介质材料（如聚酰亚胺液体料），一次性涂较厚的薄膜时（一般当涂布厚度＞100um时）所需挥发的溶剂太多，收缩应力明显，易造成气泡或精细线路的断裂，对于该类材料优选多次涂布成型。涂布厚度过薄则会引入表面起伏问题，介质表面会映出前一层线路的起伏形貌（由于线路自身具有一定高度）使得下一层线路在前一层线路上方打印时出现针头和基板面间距高低起伏，且由于前一层线路尺度小，线路引起的高低起伏仅在线路上方局部区域内存在，无法通过前文所述的基板在Z轴方向移动解决，所以在涂布绝缘介质时，介质厚度需要至少大于两倍的前一层线路厚度，以减少前一层线路的高度影响。

以下针对高精密多层线路板中的垂直互连结构进行解释：

参照图5-图8所示，本发明涉及两种垂直互连结构，第一种由金属立柱4、微孔7及其填充的纳米级金属浆料（需要说明的是：填充的纳米级金属浆料可认为是金属立柱4的延长柱5）、引出线6（引出线6用于连接金属立柱4与立体线路层2或者用于连接延长柱5与立体线路层2）构成，第二种由金属立柱4、引出线6直接构成；前者对金属立柱4高度、绝缘层3厚度的工艺要求较低，绝缘层3完全覆盖金属立柱4，绝缘层3表面较平整，但需要增加激光辅助工艺进行绝缘层3上的微孔7成型及填充；后者虽可以省去辅助手段，但需要使金属立柱4表面能穿过经过预固化后的绝缘层3（即绝缘层3经过预固化后发生收缩，以使金属立柱4表面穿过绝缘层3），且由于表面张力原因立柱附近小领域内绝缘层3表面有弯曲，对材料状态、金属立柱高度、涂布厚度等工艺管控要求较高。

具体地，金属立柱是本发明中垂直互连结构的重要组成件，参照图4，金属立柱通过本发明高精密3D打印的方式在需要做垂直互连的线路处进行打印，层层堆叠，立柱一般为立方体或圆柱体，包括步骤：

本发明说明书中上述步骤制得的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料即可满足本步骤的要求，而金属立柱打印的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料优选保形能力更高，形成的线条高宽比≥0.5，另外，优选打印金属立柱控制环境湿度为20%~60%。若浆料的保形能力及打印时的环境相对湿度（20%~60%）不满足，金属立柱打印时会坍塌或变形，导致尺寸不达标。金属立柱层层打印时，每层均有外框线和填充线，填充线之间重叠率为5%~15%。打印金属立柱的总出料体积（金属立柱打印时间*给定气压下单位时间出料质量/浆料密度）与金属立柱设计体积偏差小于10%。体积匹配错误则会导致金属立柱预固化后表面凹陷或尺寸超标。本案制备的金属立柱结构直径一般为20um~150um，高度3um~150um，金属立柱上表面为平整面(平面度≤1um)。这里需要补充说明的是，上述焊盘层中可包括多个焊盘，焊盘的形成过程与金属立柱的形成过程类似，同样为层层打印，每层均有外框线和填充线，焊盘在本案中也可以理解为X、Y方向尺寸远大于Z向高度尺寸的金属立柱，以供多层线路板与外部电子元件连接，这里不作过多赘述）。金属立柱高度及横截面尺寸需要根据互连精度要求、绝缘层厚度要求及垂直互连结构的选择而定。针对第一种垂直互连结构的金属立柱，打印时高度过矮会导致后续激光打孔时金属立柱打穿，过高则会将上层绝缘介质薄膜隆起使得后续作引出线时工艺不稳定，打印引出线易断线。针对第二种垂直互连结构的金属立柱，金属立柱高度需要打印得足够高使金属立柱上表面能高出预固化后的绝缘层，该场景所用绝缘层材料需要含有一定溶剂以保证预固化后厚度会有足够收缩，若绝缘层预固化后厚度不存在收缩则金属立柱无法高出绝缘层。

微孔成型：本发明中微孔孔径在15~150um。微孔成型及填充仅针对于第一种垂直互连结构。当涂布的绝缘层厚度较高时，金属立柱以被绝缘层完全覆盖的状态存在。通过激光打孔方式破坏金属立柱上方的绝缘层形成微孔。激光打孔优选采用紫外皮秒激光器进行打孔，波长343nm或355nm，平均功率3~10W，脉宽<15ps，重复频率200KHz~1MHz。紫外皮秒加工属于冷加工，对有机、陶瓷绝缘层均有较好的微孔成型效果。由于紫外皮秒激光的烧蚀作用，绝缘层下方的金属立柱表面会有烧蚀痕迹，表面会呈凹陷状态。使用红外飞秒、绿光皮秒、紫外纳秒等激光器加工的微孔孔径较大，对绝缘层材质的适应性较差，且较易打穿金属立柱，适合在某些特定绝缘层及80um~150um微孔加工中应用。激光器出射激光通过振镜和远心镜聚焦于样品表面，通过视觉定位进行逐行扫描打孔，聚焦光斑直径10~25um。打孔路径为螺旋钻路径。若激光扫描偏差较大会造成金属立柱上方绝缘层未烧蚀完全以及立柱附近的金属线路损伤，影响电气导通。为避免激光扫描偏差问题，在激光打孔时需要使用视觉对位识别mark点，但在某些热膨胀系数很大的绝缘层场景中，由于绝缘层在本发明中层层预固化带来的涨缩风险加剧，所以当出现涨缩情况及抓mark识别效果不好时，需要采用金属立柱模板识别，即通过视觉抓取对应金属立柱的外轮廓实现单点对位，这也是金属立柱需要具有高保形效果的原因之一。

微孔填充：微孔的填充可以通过精密气动挤出的方式将纳米级金属浆料（需要说明的是：此处纳米级金属浆料可不具有剪切致稀的触变效果）或通过喷墨的方式将纳米级金属浆料（需要说明的是：此处纳米级金属浆料为适配喷墨打印的低粘度浆料材料，不具有剪切至稀的效果）填充至微孔内。前者由于出料精度足够高，适用于15~150um孔径、孔间距>20um的微孔填充场景，后者由于液滴尺寸较大，仅适用于100~150um孔径、孔间距>100um的微孔填充场景。由于微孔底部是金属立柱，填充的浆料可以和金属立柱表面充分接触润湿。若金属立柱高度过薄、激光能量输入过大，金属立柱会在微孔成型环节打穿，导致填充浆料填充至更下层的立体线路层中造成电气短路。此外，若取消金属立柱直接激光微孔成型后进行填充，除了上述所述浆料填充至其余立体线路层导致短路风险外，在打印精细线路场景时，由于线路线宽、线厚等尺寸相比于微孔很小（线宽、线厚如只有几个微米），微孔底部的线路很容易被激光全部烧蚀，导致填充时填充的浆料和金属线路不接触或接触部分极小（可以想象在一根细金属线上方用激光打孔，孔的大小比细线宽度大很多，微孔底部的线路很容易被激光全部烧蚀，导致填充时填充的浆料和金属线路不接触或接触部分极小），无法保证导通。微孔填充后的孔表面被填充浆料塞满，控制填充的出料量使孔表面的填充浆料基本和孔齐平。针对精密气动挤出方式填孔的场景，气压在5~80psi之间，针头扎入孔内深度在5~400um之间，针头提拉速度在0.01~5mm/s之间。微孔填充浆料的后处理同前文所述立体线路层、金属立柱后处理类似，需要通过预固化定型。

引出线：

引出线是将垂直互连结构的底层金属立柱电连接至上层立体线路层。针对第一种垂直互连结构，引出作业时将精密气动打印针头移至孔上方一定高度（该高度与互连精度要求有关，一般若引出线线宽需要在5um~10um，微孔孔径在40um±5um，该高度在3um~5um）待丝状出料和孔表面充分接触后移动打印针头将引出线引出至孔外部供上层立体线路层的线路进行互连；引出线的起始阶段是关键步骤，在起始阶段打印路径需要做Z向偏移以补偿绝缘层的局部隆起问题，同时为了提高垂直导通结构的可靠性，打印速度需要缓慢增加，使得在引出起始点线宽较大（和微孔差不多大，可参照图6和图8所示），而在引出末端线宽小（和立体线路层的线路差不多宽）的渐变效果。由于在第一种垂直互连结构下，绝缘层厚度和金属立柱高度之间存在工艺调节过程，对上层绝缘层的隆起影响可以有效控制。引出时的针头移动路径仅需做较小的Z向偏移即可使针头与基板面的距离在正常打印范围内（对于10um高金属立柱和20um厚烧结后的聚酰亚胺绝缘层，金属立柱上方的绝缘层表面一般比远离金属立柱的绝缘层表面高3~5um）。引出线起始段的初始打印速度一般是0.01mm/s，以此速度出发缓慢加速作一定水平移动及Z向偏移，在第一种垂直导通结构中，这段水平位移一般在10~50um。水平位移及Z向偏移结束后，即可迅速加速至正常打印线路的速度。

针对第二种垂直互连结构，由于没有微孔及填充结构，金属立柱高度高出固化后的绝缘层且金属立柱上表面平面度≤2um，可直接将打印针头移至金属立柱上表面作引出线。由于金属立柱高度及涂布液体表面张力影响，立柱周围小领域内（对于45~55um直径金属立柱一般在半径100um内）绝缘层表面存在弯曲，由近及远表面高度明显下降。打印针头在金属立柱表面引出打印时需要Z向匹配金属立柱上表面和远离金属立柱的绝缘层表面高度差，以保证打印针头可一次性将引出线从金属立柱上表面引出至金属立柱周围小领域以外的绝缘层上供上层立体线路层线路进行互连。引出线起始段的初始打印速度一般是0.01mm/s，以此速度出发缓慢加速作一定水平移动及Z向偏移，在第二种垂直导通结构中，这段水平位移一般在20~100um。水平位移及Z向偏移结束后，即可迅速加速至正常打印线路的速度。

下面参照相应说明书附图，以更详细的说明本发明所述的多层线路板制备工艺以及垂直互连结构：

参照图5-图6所示，图中示出了第一种垂直互连结构，金属立柱4尺寸较小，被覆盖于绝缘层3下方，通过在绝缘层3进行微孔7填充，形成金属立柱4的延长柱5，并通过引出线6连接该延长柱5与上层立体线路层2的线路，即可实现连接。

参照图7-图8所示，图中示出了第二种垂直互连结构，金属立柱4尺寸较大，绝缘层3经过固化后发生收缩，以使金属立柱4表面穿过绝缘层3，通过引出线6直接连接该金属立柱4与上层立体线路层2的线路，即可实现连接。

参照图9所示，图中示出了通过第一种垂直互连结构，实现相邻两层立体线路层2之间互连。本实施例中以相邻两层立体线路层2之间的互连解释步骤S3中所述“根据各立体线路层之间的连接需求以及各立体线路层上金属立柱的高度，通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层”：首先打印第一层立体线路层2，并根据第一层立体线路层2的连接需求在预设位置处打印金属立柱4，进一步，在第一层立体线路层2上形成第一层绝缘层3，此时由于第一层立体线路层2与后续所要形成的第二层立体线路层2具有连接需求，且第一层立体线路层2上的金属立柱4高度低于第一层绝缘层3，因此此时需要通过在第一层绝缘层3打孔并填充纳米级金属浆料（填充纳米级金属浆料即形成延长柱5）的方式以将第一层立体线路层2上的金属立柱4预先引出第一层绝缘层3，并在延长柱5上打印引出线6（需要说明的是，若第一层立体线路层2上的金属立柱4高度高于第一层绝缘层3，则无需打孔以及填充，直接在金属立柱4上打印引出线6即可），进一步，在第一层绝缘层3上形成第二层立体线路层2，而后将引出线6连接至第二层立体线路层2的线路即可实现互连。

需要说明的是，本发明中采用预先引出金属立柱4的方式，而不是在形成立体线路层2后再引出需要连接至该立体线路层2的金属立柱4，可避免打孔、填充过程中对该立体线路层2的影响，从而保证多层线路板的互连精度。

参照图10-图11所示，图中示出了通过第一种垂直互连结构，实现间隔多层的立体线路层2之间的互连。

参照图12所示，图中示出了同一垂线上存在多层立体线路层2互连的情况，参照图中所示，通过打印金属立柱4、填充延长柱5，打印引出线6实现第一层与第三层立体线路层2之间的连接后，若该连接处还需与第四层立体线路层2连接，此时可以直接通过打微孔7、填充浆料的方式在第三层立体线路层2引出线6的位置处形成另一延长柱5，无需另外预设金属立柱4，因为引出线6引出起始点线宽较大（和微孔7差不多大，可参照图6、图8所示），不会出现上述无法导通的现象。

这里需要说明的是，在多层线路板的制作过程中，可根据连接需求去选择垂直互连结构的形式，例如：若仅需实现相邻两立体线路层2之间的互连，则可直接选择第二种垂直互连结构，若需要实现间隔多层的立体线路层2之间的互连，则可选择第一种垂直互连结构。

参照图13所示，图中示出了高精密多层线路板完成连接后的整体效果。

下面给出高精密多层线路板的具体制备过程（需要说明的是：为了方便描述，下述制备过程中省略了焊盘层的制备过程）：

第一环节：多层线路板打印设计：

步骤1.根据多层线路板设计信息（如线宽线距、叠层设计、阻抗设计、垂直互连设计位置），确定针头类型、介质材料、打印材料，此处以5um线宽、5um线距、3um线高共4层立体线路层及4层聚酰亚胺绝缘层（绝缘层厚18um）为例；

步骤2.导入DXF设计图纸至工艺配套CAM软件，CAM软件对每一线路图层生成打印路径代码，CAM软件对每一绝缘介质层生成涂布厚度、面积，根据多层线路板的连接需求，确定每层立体线路层的垂直互连结构预设位置；

步骤3.检查并修正打印路径，校正涂布刀头（校正方法见前文）；

第二环节：上料和机台准备：

步骤1.选用具有剪切致稀特性的纳米级银金属浆料材料，粘度580000cps，金属固含量85%，触变指数9，线条高宽比0.5，可抵抗3M Scotch 600胶带的剥离；选用标准型聚酰亚胺液体料作为涂布介质材料，粘度10000cps，固含量18%；选用5um内径及10um外径玻璃针头，端面平整度≤1um；选用金属刮刀作为涂布头；

步骤2.将装有纳米级银金属浆料材料的料筒安装到精密气动点胶机上，将装有涂布介质材料的料筒安装到精密计量供料器内；

步骤3.上料区200mm*200mm*0.25mm聚酰亚胺薄膜基板自动/手动上料，启动CAM软件，开启真空吸附，样品台吸附基板，设备机械回零对位；

步骤4.用激光位移传感器（测量分辨率0.3um）扫描整个基板打印区域，对基板的上表面各点位的高度进行测量，获得基板上表面的高度数据集合，CAM软件记录基板高度数据集合；

步骤5.在预打印区，开启精密气动点胶机，在CAM软件设定输出气压及打印移动速度，通过软件控制针头下降，使得针头和预打印区域硅基板间高度为3um，预打印不同气压压力及移动速度下的导线，记录对应5±0.5um线宽的压力及速度参数，在本实施例中压力为45psi，速度为0.5mm/s；然后使用激光位移传感器测量并记录聚酰亚胺基板上打印起始点和预打印硅基板上的相对高度差；

第三环节：多层线路板制备：

步骤1.转移至打印起始点后，根据第二环节中步骤5所得的相对高度差信息，调整针头Z轴高度使得针头和聚酰亚胺基板的距离为预打印时针头和预打印区硅基板间的距离；打印前需要开启补偿，同时因激光位移传感器将基板的高度数据集合已记录在软件里，通过样品台升降自动补偿基板表面的高度起伏，在打印的过程中针头与基板间距离保持在3um；

步骤2.根据第一环节生成的打印路径及第二环节获得的打印参数打印第一层立体线路层；

步骤3.在垂直互连的位置打印金属立柱，在mark点位打印十字mark点。金属立柱通过线路层层反复填充制成，每层内填充线中心距（hatch spacing）5um，层中心距3um，多层叠加后最终的金属立柱长宽高为50um*50um*12um；使用设备集成的加热陶瓷吸盘进行金属线路及立柱进行预固化，温度150℃、时间10min，预固化后冷却；

步骤4.将样品台移动到涂布起始位置，根据第一环节生成的当前层所需涂布厚度（100um）调整刮刀与基板的间隙（调整间隙方法见前文），并通过点胶方式将聚酰亚胺液体料涂在刮刀前方5mm处，设置样品台运动速度为1mm/s，刮刀相对样品台推动聚酰亚胺料在基板上形成一层湿膜并静置60s。

步骤5.使用设备集成的加热陶瓷吸盘进行湿膜固化，使湿膜转变成干膜，先在70℃下固化10min，然后在150℃下固化10min，固化后冷却；

步骤6.样品台转移至微孔成型工位通过视觉抓取mark点校正相对位置关系，而后使用激光在金属立柱上方进行激光打微孔，破坏金属立柱上方绝缘层，所用光源为355nm紫外皮秒激光，平均功率4W，脉宽<15ps，重复频率1MHz，螺旋扫描速度0.5mm/s，跳转速度100mm/s，光斑直径20um，所获得孔径40um，孔深度20um；

步骤7.样品台转移回至打印工位，打印针头通过精密气动挤出方式在微孔中进行金属浆料的填充，所用金属浆料同为纳米级银金属浆料（粘度稀释至400000cps）打印针头扎入孔内深度15um，气压40psi，提拉速度0.05mm/s，然后进行引出线动作，引出线初始速度0.01mm/s，引出起始阶段水平位移20um，Z向偏移3um；

步骤8.通过视觉抓取mark点校正相对位置关系，根据第一环节生成的打印路径及第二环节获得的打印参数在已烧结的聚酰亚胺绝缘层表面打印下第一层线路，在垂直互连的位置打印金属立柱；

步骤9.重复步骤3~步骤8直至完成4层线路打印及4层绝缘层涂布固化；

步骤10.使用设备集成的加热陶瓷吸盘进行多层线路板整体完全固化，温度250℃时间1h；

步骤11.关闭真空吸附并下料；

步骤12.多层线路板样品检验、裁切。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于在牺牲材料上制备多层线路板，具体改进为：

1.实施例一中所述第二环节下步骤3改为：上料区6英寸标准硅片基板（6英寸标准硅片基板表面附着可牺牲材料）自动/手动上料，启动CAM软件，开启真空吸附，样品台吸附基板，设备机械回零对位；

2.实施例一中所述第三环节下步骤11改为：关闭真空吸附并下料，将牺牲材料通过相应化学试剂进行脱黏附，获得独立的多层线路板；

3.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于采用狭缝涂布方式，具体改进为：

1.狭缝涂布方式：实施例一中第三环节下步骤4改为：打印后样品台移动到涂布起始位置，根据实施例一中第一环节下生成的当前层所需涂布厚度100um，调整狭缝涂布头与基板的间隙在100um，设定狭缝涂布头的出料量2250uL及出料速度15uL/s，设定涂布头相对基板的平均移动速度1mm/s，初始阶段稍快（1.2mm/s 行进5s），末尾阶段稍慢（0.7mm/s 行进5s），然后启动涂布过程完成当前绝缘层涂布；

2.其余工艺环节及其步骤与实施例1中保持一致。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于采用第二种垂直互连结构制备，具体改进为：

1.直接成型：

实施例一中第三环节下步骤2改为：根据第一环节生成的打印路径及第二环节获得的打印参数打印第一层线路，在垂直互连的位置打印金属立柱，金属立柱通过线路层层反复填充制成，每层内填充线中心距（hatch spacing）5um，层中心距（layer distance）3um，多层叠加后最终的金属立柱长宽高为50um*50um*50um；

实施例一中第三环节下步骤6取消；

实施例一中第三环节下步骤7改为：样品台转移至打印工位，打印针头通过精密气动挤出方式直接立柱上表面进行引出线动作，引出线初始速度0.01mm/s，引出起始阶段水平位移70um，Z向偏移32um；

2.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

实施例五：

本实施例与实施例一的区别在于绝缘介质材料固化烧结，具体改进为：

（1）有机类热固化聚酰亚胺：

1.实施例一中第三环节下步骤5改为：使用设备集成的红外灯进行介质预固化，功率600w，时间30s；

2.实施例一中第三环节下步骤10改为：使用设备集成的红外灯进行多层线路板整体完全固化烧结，功率3000w，时间20s；

3.实施例一中第三环节下步骤10也可改为：关闭真空吸附，基板下料，使用离线马弗炉进行多层线路板整体完全固化，温度250℃时间1h；

4.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

（2）有机类光固化光敏环氧树脂：

1.实施例一中第三环节下步骤5改为：使用设备集成的紫外固化灯进行介质预固化；

2.实施例一中第三环节下步骤10改为：使用设备集成的紫外固化灯进行介质完全固化，使用设备集成的红外灯或加热陶瓷吸盘进行线路完全固化；

3.实施例一中第三环节下步骤10也可改为：关闭真空吸附，基板下料，使用离线紫外固化灯进行介质完全固化，使用离线马弗炉、红外灯进行线路完全固化；

4.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

（3）陶瓷类烧结氧化铝陶瓷：

1.实施例一中第三环节下步骤5改为：使用设备集成的加热陶瓷吸盘进行介质预烧结，温度200℃ 时间5min；

2.实施例一中第三环节下步骤10改为：关闭真空吸附并下料，使用离线马弗炉进行陶瓷样品整体低温共烧（温度850℃ 时间2h）；

3.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

实施例六：

本实施例与实施例一的区别在于金属线路及金属立柱采用激光烧结，绝缘介质采用保护性气氛完全固化，具体改进为：

（1）需要氮气环境下高温固化的聚酰亚胺：

1.实施例一中第三环节下步骤3改为：在垂直互连的位置打印金属立柱，在mark点位打印十字mark点。金属立柱通过线路层层反复填充制成，每层内填充线中心距（hatch spacing）5um，层中心距3um，多层叠加后最终的金属立柱长宽高为50um*50um*12um; 使用设备集成的光纤输出半导体激光器对金属线路及立柱进行选区烧结，激光器所发射激光波长915nm，最大功率50W，最小光斑直径200um，在金属线路区域光斑沿着线路路径以1mm/s速度平移，在立柱区域光斑先以5W功率，1mm/s速度沿着立柱外框线平移，再以25W功率2mm/s速度沿着立柱填充线路径往复平移；经过激光烧结后的金属线路及立柱已具备导电性。

2.实施例一中第三环节下步骤10改为：关闭真空吸附，基板下料，使用离线氮气烧结炉进行多层线路板绝缘介质完全固化，氧含量≤20ppm，温度350℃ 1h，升温速率5℃/min；

3.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

实施例七：

本实施例与实施例一的区别在于打印材料改用纳米级铜金属浆料，具体改进为：

1.实施例一中第二环节下步骤1改为：选用具有剪切致稀特性的纳米级铜金属浆料材料，粘度580000cps，金属固含量80%，触变指数9，线条高宽比0.5，可抵抗3M Scotch 600胶带的剥离；选用标准型聚酰亚胺液体料作为涂布介质材料，粘度10000cps，有效含量18%；选用5um内径及10um外径玻璃针头，端面平整度≤1um；选用金属刮刀作为涂布头；

2.实施例一中第三环节下步骤3改为：在垂直互连的位置打印金属立柱，在mark点位打印十字mark点。金属立柱通过线路层层反复填充制成，每层内填充线中心距（hatch spacing）5um，层中心距3um，多层叠加后最终的金属立柱长宽高为50um*50um*12um；使用设备集成的加热陶瓷吸盘进行金属线路及立柱进行预固化，温度100℃、时间8min，预固化后冷却；

3.实施例一中第三环节下步骤7改为：样品台转移回至打印工位，打印针头通过精密气动挤出方式在微孔中进行金属浆料的填充，所用金属浆料同为纳米级铜金属浆料（粘度稀释至400000cps）打印针头扎入孔内深度15um，气压40psi，提拉速度0.05mm/s，然后进行引出线动作，引出线初始速度0.01mm/s，引出起始阶段水平位移20um，Z向偏移3um；

4.实施例一中第三环节下步骤10改为：关闭真空吸附，基板下料，使用离线氮气烧结炉进行多层线路板整体完全固化，氧含量≤20ppm，温度300℃ 1h，升温速率5℃/min；

3.其余工艺环节及其步骤与实施例一中保持一致。

实施例八：

本实施例提供一种高精密多层线路板，采用上述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法得到。

实施例九：

本实施例提供基于所述高精密多层线路板的应用，通过使用不同材质的基板、绝缘介质以及打印特定图案的金属导线制作不同类型的高精密多层线路板，可应用于柔性电路、穿戴设备、微型无源电子器件以及SIP封装interposer板。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims

一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以在基板的上表面上形成立体线路层；

S2、通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱；

S3、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层，并通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层；

S4、判断当前绝缘层是否作为顶层绝缘层，若是则在当前绝缘层上表面上形成焊盘层并执行步骤S5，若否则将当前绝缘层作为新的基板，重复执行步骤S1-S2并执行步骤S6；

S5、将位于当前绝缘层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至焊盘层，以完成多层线路板的制备；

S6、将位于当前立体线路层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至当前立体线路层，并返回步骤S3。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S1中，在基板的上表面上形成立体线路层时，包括：

对基板的上表面的各点位的高度进行测量，以获取基板上表面的高度数据集合，并根据基板上表面的高度数据集合在挤出口挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料时使其在基板的上表面的对应点位处进行Z轴方向的相对移动，以使得挤出口挤出的具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料在基板上表面形成立体线路层。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特

征在于：

步骤S1中，所述挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料以形成立体线路层中的每条线路的起始端前均在垂直于基板的垂面上做曲线的预挤出运动，并沿该曲线的切向方向进入线路的正式挤出形成路线；

步骤S1中，所述线路的正式挤出形成路线末端具有一个预设的飞料段，所述挤出口在该飞料段位上时关闭挤出所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料的动作。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S2中，通过挤出口挤出具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料，以交替形成金属立柱的每层上的外框线、填充线，以在当前立体线路层的预设位置处堆积形成金属立柱。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特

征在于，步骤S3中所述绝缘层的形成方式包括：

通过刮刀涂布刀头推动在涂布面上预先施加的绝缘介质材料或通过狭缝涂布刀头挤出绝缘介质材料至涂布面上，以在当前立体线路层的上表面上形成所述的绝缘层。
根据权利要求5所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S3中在涂布绝缘层前，还包含如下步骤：

a、控制Z轴电机下降涂布刀头将其左、右两端分别与接触式传感器进行触碰；

b、分别记录所述涂布刀头左、右两端触发接触式传感器信号时的Z轴电机的不同高度，进而得到涂布刀头左右高度差；

c、根据该左右高度差，对涂布刀头左右两端的左右高度进行校正。
根据权利要求5所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S3中在涂布绝缘层前，还包含如下步骤：

A、用激光位移传感器对接触式传感器的接触面进行探高，以得到接触式传感器高度；

B、用激光位移传感器对涂布面上的涂布起始点进行探高，以得到涂布起始点高度；

C、根据接触式传感器高度、涂布起始点高度，计算得到接触式传感器和涂布起始点的相对高度差；

D、将经过倾斜度校正的涂布刀头中心去触碰接触式传感器，并记录触碰时涂布刀头的Z轴高度；

E、根据接触式传感器和涂布起始点的相对高度差、涂布刀头触碰接触式传感器时的Z轴高度、预设涂布间隙，以对涂布刀头的Z轴高度进行校正。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S3中，包括步骤：

S3.1、在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层；

S3.2、根据各立体线路层的连接需求以及各立体线路层上金属立柱的高度，通过在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料的方式以将相应金属立柱预先引出所述形成的绝缘层。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，所述具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料包括纳米级银或纳米级铜金属颗粒、分散介质，纳米级金属颗粒的含量为75%~95%，具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料粘度在100000cps~1000000cps之间，触变指数为4~10，该具有剪切致稀特性的纳米级金属浆料形成的线条高宽比≥0.5。
根据权利要求9所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，分散介质包括分散溶剂、粘结剂，分散溶剂包括有机溶剂和水中的任一种或多种；

粘结剂包括聚丙烯酸、二乙醇胺、聚丙烯酸和二乙醇胺的复合物中的任一种或多种；

或，粘结剂包括环氧树脂、固化剂、保护剂。
根据权利要求10所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙二醇、甘油、二乙二醇单乙醚醋酸酯、二价酸酯、异氟尔酮、松油醇或二乙二醇单丁醚中的任一种或多种，所述保护剂由三芳基膦类化合物、三烷基膦类化合物中的任一种形成或多种组合形成，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、E-44环氧树脂、联苯氧型环氧树脂中的任一种或多种，所述固化剂为多元硫醇固化剂、双氰胺固化剂、酸酐类固化剂中的任一种。
根据权利要求1所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，步骤S2与步骤S3之间还包括步骤：

对当前立体线路层以及在当前立体线路层的预设位置处堆积形成的金属立柱进行第一预固化处理；

步骤S3中，在当前立体线路层的上表面上形成绝缘层后，还包括对绝缘层进行第二预固化处理；

步骤S3中，在绝缘层打孔并填充纳米级金属浆料后，还包括对填充的纳米级金属浆料进行第三预固化处理；

步骤S5中，将位于当前绝缘层下的相应立体线路层上的金属立柱连接或者通过所述预先引出的方式连接至焊盘层后，还包括对多层线路板进行整体烧结固化处理，以完成多层线路板的制备。
根据权利要求12所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法，其特征在于，绝缘层材质为有机或陶瓷介质。
一种高精密多层线路板，其特征在于，采用权利要求1-13任一项所述的一种高精密多层线路板3D打印制备方法得到。
一种柔性电路，其特征在于，采用权利要求14所述的一种高精密多层线路板。