摘要: 陶瓷具备任何其它类型材料无可媲美的机械、电学、化学等综合特性，集成电路封装所需的多层基板或外壳是陶瓷在微电子领域内最主要的应用之一。当前，多层陶瓷基板的主流制造方式包括高温共烧陶瓷技术和低温共烧陶瓷技术，二者随着产品需要不断进行更... 展开 陶瓷具备任何其它类型材料无可媲美的机械、电学、化学等综合特性，集成电路封装所需的多层基板或外壳是陶瓷在微电子领域内最主要的应用之一。当前，多层陶瓷基板的主流制造方式包括高温共烧陶瓷技术和低温共烧陶瓷技术，二者随着产品需要不断进行更新迭代，到达了一个小高峰。最近几年，多材料3D打印技术逐渐从实现结构形似(外观尺寸与精度)转向实现结构神似(机械、电子、光学、化学、生物等性能)，已经出现了许多功能陶瓷器件多材料3D打印的成功案例。本文针对一款CMOS图像传感器封装的需求，围绕多层陶瓷基板制造工艺，采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法，重点开展了以下几个方面的研究: (1)综述了:高/低温共烧陶瓷技术以及材料喷射、墨水直写、熔融沉积和Vat光聚合四大类多材料3D打印技术的历史、原理及其应用特点;国内外在电容器、基板、微带天线等功能陶瓷器件多材料3D打印方面的最新进展。为该领域相关研究奠定基础。 (2)阐述了多层陶瓷基板设计遵循的一般原则，从可制造性、散热性和可靠性方面讨论了注意事项、失效机理以及检测项目，并给出了用于CMOS图像传感器封装的多层陶瓷基板具体设计流程，包括封装选型、结构设计和电性能设计。 (3)探索了高温共烧陶瓷技术工艺，包括打孔、填孔、图形印制、叠片、压合、热切割、共烧、电镀Ni/Au和成品分离，完成了多层陶瓷基板实物制造，成品平面度以及金属化线路图形镀层质量满足使用要求。 (4)针对按需式压电喷墨打印，首先基于压电致动和波传导理论详细分析了压电喷头的工作机制与腔室内墨水流动情况，并详细阐明了墨滴形成过程及其主导因素。其次基于水平集法建立了喷孔两相流模型，并详细研究了墨水黏度、表面张力、密度、入口速度波形和喷孔直径对墨滴形成过程的影响，包括墨滴等效长度、等效直径、速度、体积和卫星滴。最后搭建了一种多软件集成的喷墨打印智能优化系统，并演示了自动抽样、种群信息写入以及计算过程。 (5)提出了多层陶瓷基板喷墨打印方案，从理论上分析了墨滴在承印基材或打印层上的润湿与铺展对迹点形态和迹线线宽的影响，开展了钼承印基材、氧化铝承印基材和PET承印基材上的单层电路打印实验以及PET承印基材上的多层电路打印实验，验证了多层陶瓷基板喷墨打印方案的可行性。 收起