[发明专利]三维电路构建方法和三维打印机

说明书

本发明涉及一种三维电路构建方法及三维打印机。该方法包括以下步骤：基底层成型；依次打印若干循环层，各循环层均包括依次设置的第一过渡层、陶瓷层、第二过渡层与导体层；在循环层打印过程中，至少一个第一过渡层打印后，进行电路切割步骤，以切割切割槽，以使导体层形成彼此绝缘的导体段；至少一个第二过渡层打印后，进行过孔切割步骤，以切割过孔，以使相邻导体层电性连接。通过采用三维打印的方式一次性获得较为复杂的陶瓷基三维电路，其制程简便，无需采用中间预制件及辅助定位装置，可使用粉末材料直接制得高集成度多层的陶瓷基三维电路。

技术领域

本发明涉及微电子电路技术领域，特别是涉及一种三维电路构建方法和三维打印机。

背景技术

随着半导体设计技术和制程能力的发展，基于集成电路芯片的微电子装备向着微型化、集成化、高频化、高环境耐受性的方向快速迭代。从真空电子电路诞生以来，电子电路装置尺寸的缩小经历了半导体与印制电路、集成电路芯片与多层印制电路、片上系统与电路板组装体等技术革新，每次变革均推动了微电子装备性能的大幅提升。

发展至今，一方面，缩小微电子电路的制程尺度、裸片层叠3D封装、以及印制电路板立体组装已成为提升微电子系统综合性能的行业共识。但是在另一方面，高密度电子元件布局造成了集中的热源。目前芯片封装与印制电路板材普遍采用高分子、树脂粘合玻纤板等高热阻材料，其较差的导热性能与高集成度微电子电路越来越高的散热需求之间产生了尖锐的矛盾。虽然新一代宽禁带导体材料的应用，如SiC、GaN等降低了芯片发热、提升了极限工作温度，但是对于包含众多温度敏感元件的微电子装备整体，只能部分缓解散射设计冲突，若要进一步提升微电子电路整体的热稳定性，必须从改进系统薄弱环节如芯片封装壳体、印制电路板的热性能入手。

为了提升芯片和电路基板的传热及高温性能，电子电路传统领域普遍采用热阻更小的陶瓷基材料制作芯片封装壳体和大功率电路基板。但由于其普遍采用先模压后烧结的工艺，且还需表面金属化、蒸镀等处理，使得陶瓷电路不仅成本高昂、仅限于宇航、军工等严苛使用环境。此外，陶瓷基材料电路设计自由度低，无法匹配微电子电路的三维集成需求。

在目前的一些传统技术中，可以通过采用激光处理双面电路板导体层以形成键合层，通过激光打孔和物理气相沉积(PVD)在获得过孔导体。但该方法需预制全部双层电路板，还要保持全部电路板精确对齐及固定，上述方法不仅操作难度大，而且激光生成键合层的工艺要求极高。在另一些传统技术中，可以采用预制模具遮蔽预处理后的立体陶瓷基板，而后通过金属镀膜、镀层加厚处理得到立体陶瓷电路，但上述方法仅限于制作单层三维曲面电子电路，无法实现高集成度的多层陶瓷基电路。

目前亟需一种连线自由度高、制程简便的陶瓷基三维电路制作方法。

发明内容

基于此，有必要针对目前三维电路制作过程中，无法获得连线自由度高且制程简便的三维电路，提供一种三维电路构建方法和三维打印机。

一种三维电路构建方法，包括以下步骤：

打印成型导体基底层；

在所述导体基底层上打印若干循环层，所述循环层包括依次设置的第一过渡层、陶瓷层、第二过渡层与导体层；

其中，至少一个第二过渡层打印后，进行过孔切割步骤，以切割形成贯穿第二过渡层、陶瓷层和第一过渡层的过孔，并在打印导体层时，将导体粉末填充至过孔内，以使相邻导体层电性连接；

在循环层打印过程中，至少一个第一过渡层打印后，进行电路切割步骤，以切割形成贯穿第一过渡层、导体层和第二过渡层的切割槽，并在打印陶瓷层时，将陶瓷粉末填充至切割槽内，以使切割槽所贯通的导体层形成至少两个彼此绝缘的导体段。

一种三维电路构建方法，包括以下步骤：

打印成型非导体基底层；