微納3D打印金屬在半導體測試和封裝領域的創(chuàng)新應用

來源： PuSL摩方高精密

在當今快速發(fā)展的科技時代，半導體行業(yè)作為全球經(jīng)濟發(fā)展的關鍵驅(qū)動力,，其動態(tài)變化對全球經(jīng)濟格局產(chǎn)生深遠影響,。它不僅直接促進了電子制造業(yè)進步,，帶動軟硬件行業(yè)成長,，還催生了新技術、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式,。從半導體材料的基礎研發(fā),，到半導體設計的創(chuàng)新突破，再到集成電路的制造與應用,，全球半導體產(chǎn)業(yè)競爭格局將迎來深刻變革,。

據(jù)Statista預測，到2029年,，全球半導體市場規(guī)模將從2024年的607 億美元增長至980 億美元,，年復合增長率為14.9%。作為尖端技術的半導體芯片,，其制造過程極其復雜,，主要包括以下幾個關鍵步驟：晶圓制備、光刻,、刻蝕,、薄膜沉積、離子注入,、封裝測試。每個工序都需要嚴格的控制和精確的測量,，任何一個環(huán)節(jié)的問題都可能導致芯片的損壞或性能下降,。因此，半導體制造對設備技術,、制造工藝和操作人員的要求都極為苛刻,。

半導體芯片加工過程（來源于Lam Research）

高昂的設備投入、材料消耗以及研發(fā)開支,，共同推高了半導體產(chǎn)品的制造成本,。這就要求在確保產(chǎn)品高良率的基礎之上，還需尋求降低成本的有效途徑,，以促進半導體產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,。

在半導體制造環(huán)節(jié)中,，芯片測試與封裝是關鍵環(huán)節(jié)之一，加之人工智能的迅速迭代和摩爾定律的放緩,，先進的封裝技術對于提高芯片的高性能至關重要,。傳統(tǒng)封裝技術面臨工藝復雜、熱管理失效,、材料熱膨脹系數(shù)不匹配導致的應力問題,，易致封裝失敗。

半導體邏輯器件小型化路線圖

在顛覆性創(chuàng)新技術領域,，3D打印技術在實現(xiàn)一體化成型,，構(gòu)建微型化的復雜結(jié)構(gòu)具備卓越的優(yōu)勢。通過人工輔助設計優(yōu)化內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu),，提高晶圓臺熱穩(wěn)定性,，減少晶圓熱穩(wěn)定時間，可有效地提高芯片生產(chǎn)的良率與效率,。其中在半導體封裝技術中,，微納3D打印技術不僅僅能賦能引線鍵合、晶圓級封裝等常見技術,，更是2.5D堆疊,、3D 堆疊等新型創(chuàng)新封裝技術的第一選擇。3D打印技術的加持,，可助力測試和封裝技術朝著微型化,、精密化、高密度引腳,、高效散熱的方向發(fā)展,。

瑞士Exaddon AG公司專注于微納金屬零件的增材制造領域，旨在提供高精度和創(chuàng)新的微納金屬3D打印解決方案,。Exadoond AG獨有的的基于電化學沉積的金屬增材制造技術（μAM）,，主要原理是：微流控調(diào)節(jié)脈沖氣壓將打印液體推入離子探頭的微通道，金屬離子經(jīng)電化學還原沉積生成金屬原子并結(jié)晶生成單一像素體,，通過離子探頭和平臺移動實現(xiàn)圖案化的像素體堆疊,，最終形成三維金屬微結(jié)構(gòu)。

在半導體測試技術中,，Exaddon AG已成功開發(fā)了能夠以低于20 μm間距進行細間距探測的微納3D打印探針,，克服半導體測試行業(yè)面臨的間距限制，開辟芯片設計和測試的新可能,。其microLED測試陣列直接3D打印在間距低于20 μm的預圖案跡線上,。該演示器陣列擁有128個探頭，X軸最小間距為18.5 μm,，Y軸最小間距為9.5 μm,，Z軸最小間距為±2 μm,。據(jù)了解，Exaddon AG的探針陣列的尺寸約為其他公司探針陣列的 10%,，使microLED測試儀的效率提高了64倍,。

在半導體封裝技術上，Exaddon AG μAM技術與光刻工藝等傳統(tǒng)IC和PCB工藝步驟兼容,，實現(xiàn)芯片的垂直互聯(lián),，優(yōu)化性能和促進小型化。Exaddon AG CERES 系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高度低至 200 nm的 2D/2.5D 特征結(jié)構(gòu),，還能夠直接在微型PCB的走線和金屬接觸電極上精確地打印精度小于1 μm的高導電性微尺度結(jié)構(gòu),。這種直接在基底上修改表面結(jié)構(gòu)的獨特封裝方法，可顯著縮短連接距離和降低延遲和減少能量損耗,，是人工智能和高性能計算應用的理想解決方案,。

為了保證實現(xiàn)高精度的打印，CERES 系統(tǒng)配備了兩臺具有計算機輔助對準功能的高分辨率相機,，支持自動離子探頭裝載以及3D打印結(jié)構(gòu)的拍攝錄像可視化,。

Exaddon AG的3D打印技術在其結(jié)構(gòu)設計、材料選擇以及制造流程方面展現(xiàn)出顯著的先進性,，通過增加成型精度,、提升材料成形性、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)可靠性等方面,，拓展3D打印技術在半導體行業(yè)的應用范圍,。

在當前全球化的背景下，半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為衡量國際競爭力的關鍵指標,。受到微型化特征和性能優(yōu)化的驅(qū)動,，隨著像3D堆疊封裝以及晶圓級封裝的先進技術已經(jīng)占據(jù)了30%的市場，這個動態(tài)市場已經(jīng)見證了巨大的成長,。3D打印技術作為新興力量,，突破了傳統(tǒng)制造的局限，不斷拓寬創(chuàng)新邊界,，推動全球半導體核心技術研發(fā),，共同塑造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動能與新優(yōu)勢。