微納3D打印重塑半導體封裝創新路徑

隨著信息技術飛速發展，人工智能、大數據、云計算與物聯網等領域正呈現出前所未有的規模化與復雜化，進而對計算系統提出了更高的性能、能效比及智能化處理能力的要求。在此背景下，面向未來的新型計算架構與芯片設計思路加速興起，半導體行業正經歷從單芯片性能提升向多芯片異構整合的范式轉變，封裝技術的重要性迅速躍升為支撐系統性能持續演進的核心。

為了滿足高密度集成、高頻高速互聯、散熱與信號完整性等多重要求，先進封裝技術亟需實現更小的特征尺寸、更高的結構復雜度以及更高的良率。而傳統減材式制造工藝（如光刻+蝕刻）在加工靈活性與精度控制面臨難題。如何在微米甚至亞微米尺度上實現快速、可定制、低成本的結構構建，成為封裝領域創新突破的關鍵之一。微納3D打印，作為一項具有結構自由度極高、精度控制極致、材料多樣性廣的先進制造技術，正在半導體封裝測試與研發中展現出應用潛力。

一、摩方精密微納3D打印：重構封裝測試研發的工具鏈

與傳統平面加工方式不同，微納3D打印通過逐層固化或堆積材料實現高精度結構構建，能夠靈活構造多維、復雜、跨尺度的幾何特征。在先進封裝測試研發場景中，摩方精密PμSL技術可實現最小光學分辨率2μm加工能力，在測試用中介層樣品制造、Fan-Out基板原型驗證等過程中，可以構建高密度微通孔、復雜布線通道等結構，有效支撐新型封裝架構的原型開發。

傳統封裝原型開發周期長、開模成本高，利用微納3D打印可直接讀取設計模型，無需掩膜版，適合復雜系統封裝方案的多輪迭代、驗證與微調。對于Chiplet異構整合結構的測試驗證尤其重要。

在材料兼容性方面，摩方技術支持多種功能光敏樹脂、陶瓷復合材料、水凝膠及導電墨水體系的打印，可用于制造具有導電性、耐熱性等功能的測試件，具備極高的場景適應性與邊際制造成本優勢，降低研發整體投入。

典型應用案例：從原型開發到系統驗證

在與國內外封裝測試科研機構的合作中，摩方精密技術已在多個關鍵節點中落地應用。近期，韓國科研機構利用摩方microArch S230A（精度：2 μm），成功驗證了微納3D打印在半導體封裝研發及測試中的可行性。

在題為“3D Printed Fanout Interposer Substrates with Curved Through-Holes for Rapid Prototyping of Advanced Packaging”的研究中（DOI：10.1109/ECTC51687.2025.00201 ），研究人員利用摩方微納3D打印技術開發了一種具有嵌入式曲面通孔的新型有機中介層。

該設計旨在解決傳統重布線層（RDL）制造的局限性，傳統方法每層需要超過十道光刻步驟，對于小批量或原型生產而言往往成本過高。該項研究關設計出區別傳統的基于RDL的積層結構，曲面通孔提供了連接具有不同間距I/O接口芯片的潛力，增強了設計靈活性，實現了高互連密度和信號完整性。科研團隊使用microArch? S230A（精度：2 μm）3D打印系統，完成高保真自動化制造。通過整合多道制造工序，顯著簡化中介層生產流程，同步實現新布局的快速原型制造、專業應用的低成本規模化擴展，以及基于低損耗介質與高完整性金屬化的射頻性能躍升。

圖. 基板的三維CAD設計圖。

在題為“Quasi-Coaxial Through-Hole Integrated Additively Manufactured Antenna-in-Package（AiP） Lid Substrates”論文中（DOI：10.1109/ECTC51687.2025.00302），研究團隊介紹了一種集成了貼片天線、共面波導和準同軸通孔的3D打印蓋式AiP基板，為AiP基板提供了一種經濟高效且可擴展的解決方案。

團隊采用microArch? S230A（精度：2 μm）3D打印系統制造了尺寸為5×7 mm、厚度1.6 mm、通孔直徑200 μm的聚合物結構，成功一體化制得集成貼片天線、共面波導線和芯片腔體的高集成且高性能AiP基板。實現27.94 GHz諧振頻率的基板設計與接地金屬層集成，有效抑制對芯片的電磁干擾。

圖. 制造流程示意圖，3D打印基板上貼片天線的正視圖，3D打印基板上CPW線的光學顯微鏡圖像以及橫截面示意圖。

三、從實驗室驗證走向量產導入的關鍵突破

長期以來，微納3D打印多用于科研驗證與概念樣件制作，始終難以跨越量產門檻。而摩方精密在精密裝備、材料體系與工藝控制方面持續深耕，正逐步推動該技術向終端制造滲透。陸續推出工業級超高精度、復合精度光固化3D打印系統，橫跨2μm，10μm，25μm精度，分別支持不同尺寸的高端制造需求。25μm光學精度，適配封裝結構中各類基板構件制造，2μm級高分辨率打印，已應用于小型微通孔結構測試件、微型連接器原型等多個工業化項目中。

封裝測試涉及大量熱、電、力耦合環境，材料性能需具備高介電穩定性、熱導性、低吸濕性等。摩方研發的多款光敏樹脂材料具備低損耗、高溫穩定等特性，在射頻、微波器件測試中，表現出良好的頻譜響應和機械可靠性。針對工業端客戶需求，摩方構建了涵蓋設計支持→參數優化→打印執行→后處理→質量控制的全流程標準化操作體系，同時在設備端配套智能操作界面與自動調平系統，顯著降低操作門檻與出錯率，推動研發測試流程效率提升。

可以見得，當先進封裝邁向納米互連與異構整合新階段，制造精度將成為產業發展的底層能力，微納3D打印也正在為封裝研發注入新的可能。以摩方精密為代表的國產先進制造企業，逐步將實驗室級工藝帶入工業應用落地，為半導體封裝測試研發持續輸送協同制造創新能力。