制造分层3D产品的方法与流程

背景技术：

1、ep1719607公开了一种用于逐层形成三维物体的方法，其中，可固化的液体构建材料从辐射透明构建材料载体的第一侧转移到接收衬底。随后，来自辐射源的图像通过辐射透明构建材料载体投影，以在第一次曝光时选择性地照亮图像平面中的像素，从而选择性地固化液体构建材料。

2、在图1a至图1d中示意性地示出了该已知工艺。在图1a所示的第一步骤中，将设置有可固化液体构建材料(例如可固化树脂)的层6的辐射透明构建材料载体(例如透明膜5)定位于接收衬底1的上方。如图1a的示例所示，接收衬底设置有图案化层2，该图案化层具有在前述工艺步骤中沉积的子层，子层形成凸起部段21和在所述凸起部段之间的凹陷部段22。

3、在图1b所示的第二步骤中，使用层压辊7将承载可固化树脂层6的膜5与衬底1层压。如层6中的箭头所示，层压期间施加的压力导致仍处于液态的可固化树脂流向图案化层的凹陷部段。因此，可固化树脂的子层21a保留在具有不均匀高度轮廓的凸起部段21上，因为子层21a的高度朝向边界23减小。

4、在图1c所示的第三步骤中，使用光子辐射源8将具有不均匀高度轮廓的凸起部段21处的子层21a固化。

5、在如图1d所示的第四步骤中，将膜5从衬底1上脱层。由此，未固化树脂材料的一部分6u从衬底上移除。然而，缺点在于未固化树脂材料的其他部分6ur保留在图案化层2的凸起部段的边界处。此外，如上所述，缺点还在于用该方法获得的凸起部段21处的子层21a具有不均匀的高度轮廓。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种制造分层3d产品的改进方法，该方法至少减轻了上述缺点。

2、根据该目的，改进方法包括通过以下后续步骤添加层。

3、提供目标物。目标物例如是构建平台、衬底(分层3d产品将在衬底上构建)或3d产品的半成品版本，3d产品的半成品版本例如包括一个或多个已经存在的产品层。可以提供例如玻璃、金属或聚合物的衬底。

4、提供一种辐射透明膜，该辐射透明膜承载树脂层，该树脂层在第一子层的至少第一侧向区域中至少基本上固化，并且该树脂层在其第二子层中至少基本上未固化，该第二子层在树脂层的背离辐射透明膜的一侧具有自由表面。

5、该膜与目标物层压，其中，树脂层面对目标物。

6、层压之后，树脂层在至少第三侧向区域中完全固化。

7、然后，该膜从衬底上脱层。由此，从目标物上移除膜和至少第三侧向区域之外的在膜上的树脂材料，并且存在于至少第三侧向区域中的树脂层的完全固化的材料留在目标物上。

8、由于第一子层在层压发生之前在至少第一侧向区域中至少基本上固化，因此可以施加相对厚的树脂层，同时在层压期间限制液体树脂的流动。因此，层压滚筒/杆的压力和树脂的润湿特性对层厚度的影响是有限的或没有影响。在目标物表面具有凹陷部段的情况下，层压期间液体树脂在凹陷部段中的流动也被减轻。

9、通常，第一固化步骤将液体树脂固化到总层厚度的约80％至95％的深度，这取决于总层厚度。第一固化步骤后的未固化层理想地在0.5μm至5μm的范围内。也可以在第一固化步骤中部分地固化第二子层，以增加该薄层的黏度。这种薄层的黏度越高，材料流入下面的空气腔的机会就越低。

10、至少第二子层中的树脂应该是可光固化树脂。用于第一子层的树脂可以是另一种类型，例如是可热固化树脂，但优选地也是可光固化树脂，用于第一子层的树脂在第一侧向区域之外的第二侧向区域中仍然至少基本上未固化。如将从下面的示例中变得明显的，第一子层和第二子层可以从相同的可光固化树脂开始提供。可光固化树脂可选自市售组合物。通常，光固化树脂包括低聚物、一种或多种光引发剂和单体的混合物。在有光的情况下，混合物经受被称为固化的处理，其中，低聚物在暴露于光下时交联，形成网络聚合物。

11、辐射透明膜例如是聚合物，如pet、pen或pi，并且可以具有例如约50微米至约1毫米范围内的厚度。

12、为了容易地将透明聚合物膜从固化部分上脱层，树脂的表面张力应与膜的表面能在相同的量级上或低于膜的表面能。如果树脂的表面张力远高于膜的表面能，就很难保持光滑均匀的层。例如，pet的表面能约为42达因/厘米，这意味着树脂的表面张力应在相同范围内，但优选地更低(30达因/厘米至35达因/厘米)。

13、除了液体的表面张力和膜的表面能之外，膜的粗糙度也影响脱层力。粗糙表面会增加表面积并增加机械粘附力。因此，希望使用粗糙度(ra)在1nm至100nm范围内的膜。

14、在一实施例中，第一子层包括至少基本未固化的第二侧向区域，该第二侧向区域位于在脱层期间将与膜一起被移除的第一侧向区域和在所述脱层之后将保留在目标物处的另一第一侧向区域之间。由此避免了层压期间的剪切力。在其示例中，第二侧向区域的宽度超过在将膜与衬底层压的步骤中的定位公差的两倍。如果在层压期间发生了膜的侧向移动，则可以调整第三侧向区域的边界，同时确保未固化的树脂材料保留在第三侧向区域和相邻的第一侧向区域之间，该相邻的第一侧向区域将在脱层期间随膜一起被移除。由此剪切力被最小化。这降低了膜或新沉积的树脂层在脱层期间被撕裂的风险。这也使得可以沉积悬垂的新固化树脂层的沉积和/或沉积限定出开口的新固化树脂层。

15、改进方法特别适用于制造围封腔的分层3d产品。在该示例中，改进方法包括将该层施加到由衬底形成的目标物上的步骤，该衬底至少承载具有凸起部段和凹陷部段的第一图案化层。由于树脂层具有至少在其表面上基本固化的第一子层，因此凹陷部段甚至可以用机械强度高的树脂层覆盖，同时避免在层压步骤期间过量的未固化树脂流入凹陷部段中。因此，用该方法获得的示例性产品的特征在于围封在图案化层的凹陷部段内的腔和具有层厚度的固化树脂层的覆盖物，其中，在离凸起部段超过层厚度0.2倍的距离处，凹陷部段中不存在固化树脂层的固化树脂材料。例如，具有400μm横截面的凹陷区域将要求覆盖物的厚度至少为50μm以避免下垂。尽管厚度很大，但该方法的改进实施例使得可以将用于覆盖物的树脂的流入凹陷部段中的流量减少到最多几微米。

16、在改进方法的一实施例中，提供承载树脂层的透明膜的步骤包括第一子步骤和第二子步骤，第一子步骤和第二子步骤具体如下所述。在第一子步骤中，将膜设置有未固化树脂层。在第二子步骤中，将光子辐射经由膜引导到未固化树脂层中的第一侧向区域。

17、在一示例中，引导光子辐射的子步骤是在氧气存在的情况下进行的。氧气从自由表面的一侧扩散到树脂层中，从而抑制在树脂层的自由表面处的薄层树脂的固化，使得树脂层整体在其自由表面附近未固化。根据环境氧气水平和光强度(固化速度)，可以控制氧抑制层的厚度。固化越快，扩散到层中的氧气就越低。因此，理想情况下，光强度被调整到标准环境条件，以降低系统的复杂性。更复杂的系统将包括控制氧抑制层的厚度的氧气受控环境。在层压之后，与图案化层的凸起部段中的一个或多个重合的第三侧向区域中的树脂层部段仍然可以通过施加与上述第二子步骤期间施加的光子辐射相比具有增加的强度的光子辐射来固化。

18、在一实施例中，光子辐射的波长和强度与树脂层的厚度和透射特性相关地被选择，以实现固化的侧向部段形成在第一树脂子层的第一侧向区域中，并且第二树脂子层中的树脂材料保持未固化。由此，具有至少等于树脂的临界光能密度的光能密度的光子辐射通过引发剂的光降解来引发树脂的聚合，以形成自由基、阳离子或卡宾(carbene)样种类。由于树脂层中的吸收，光子辐射的强度在从膜侧到树脂层的自由表面的方向上呈指数下降。从而避免了树脂层的超过一定深度t的固化。

19、固化深度t计算如下：

20、t＝log(e0/ec)/cε

21、其中：

22、e0是面对膜的树脂表面处的光能密度，

23、ec是临界光能密度，并且

24、ce是吸收系数。

25、因此，给定所用树脂的所需的固化深度t和临界光能密度ec和吸收系数ce的值，可以用下式计算所需的光能密度e0：

26、e0＝ec*et*ec

27、即使树脂的性质不完全已知，所需的光能密度e0也可以通过一些常规测量来确定，因为实现的固化深度是光能密度e0的单调递增函数。如果需要，光子辐射的吸收剂可以设置为树脂层中的添加剂，以提供作为树脂层中的深度的函数的光能密度的更强衰减。由此，可以以更高的精度控制固化深度。

28、在又一实施例中，固化深度通过多个措施的组合来控制，这些措施包括将光能密度e0设置为预定值(作为第一措施)以限制固化深度，以及通过执行在氧气存在的情况下引导光子辐射的子步骤(作为第二措施)。

29、在又一实施例中，为膜提供未固化树脂层的第一子步骤包括提供未固化树脂层，作为具有相互不同的固化要求的第一子层和第二子层。

30、在一个示例中，第一子层和第二子层的相互不同的固化要求包括启动固化所需的相互不同的光子辐射波长。在该示例中，在提供承载树脂层的透明膜的步骤的第二子步骤中，第一波长的光子辐射用于固化第一侧向区域中的第一子层。在层压之后，第二波长的光子辐射用于固化与图案化层的凸起部段中的一个或多个重合的第三侧向区域中的第二子层。

31、在另一示例中，第一子层和第二子层的相互不同的固化要求包括光子辐射的相互不同的临界光能密度，其中，第二子层的临界光能密度高于第一子层的临界光能密度。在该示例中，在提供承载树脂层的透明膜的步骤的第二子步骤中，使用适合于在第一子层的整个深度上固化第一子层的具有第一光能密度的光子辐射。在层压之后，使用具有更高光能密度的光子辐射，该光子辐射适合于在与图案化层的凸起部段中的一个或多个重合的第三侧向区域中在第二子层的整个深度上固化第二子层。

32、在又一示例中，第一子层和第二子层具有启动固化所需的相互不同的光子辐射波长，并且另外，第二子层具有高于第一子层的临界光能密度。

33、可选地，执行中间步骤，其中，在将膜与目标物层压之前，未固化的可光固化树脂从膜中部分地移除。未固化树脂可以通过冲洗部分地移除。另一种选择是用柔性刮刀通过刮削部分地移除未固化的树脂。这有助于减轻层压步骤期间未固化材料的不受控制的流动。

34、在一实施例中，第一子层的厚度大于第二子层的厚度。在示例性实施例中，第一子层的厚度比第二子层的厚度大5至10倍。由此，未固化树脂材料的总厚度显著减小。由此，还大大减轻了未固化树脂材料的不期望的流动。然而，相对较薄的第二子层足以通过层压后的完全固化步骤将树脂层粘附在与图案化层的凸起部段中的一个或多个重合的第三侧向区域中。

35、在优选实施例中，未固化树脂的表面张力的量级(magnitude)低于其上提供有该树脂的膜的表面能的量级。与膜的表面能的量级相比，未固化树脂的表面张力的相对较低的量级有助于树脂层的良好均匀性。进一步优选的是，衬底上的已经固化的层具有高表面能。这有利于层压速度的增加，并使得空气能够在层压期间更容易被推开。

36、在一实施例中，树脂层的至少一个侧向部段设置有被固化的圆形走行壁，而由圆形走行壁围封的区部中的至少一个区域保持未固化。在其示例中，由圆形走行壁围封的区部包括由未固化树脂围封的至少一个固化子区域。由未固化树脂围封的固化子区域形成柱状物，该柱状物可用于控制层厚度，但为未固化树脂的流动留出空间。这对于其中氧抑制用于抑制树脂层在其自由表面附近的固化的实施例尤其有利。由圆形走行壁围封的未固化树脂中的光引发剂可以沿树脂层的自由表面方向扩散，以促进层压后的进一步固化。

37、在该方法的一实施例中，树脂层的未固化的第二侧向区域中的一个或多个被设置为基本上在对应于层压方向的方向上延伸的通道。这种通道有助于层压期间未固化树脂的受控流动。例如，当3d产品中需要空气腔时，未固化树脂不应流入空腔中。通过引入通道，液体树脂可以更容易地围绕空气腔流动。在大多数优选实施例中，与树脂层的存在于图案化层的凸起部段之间的第二子层中的未固化树脂以及树脂层的第二子层中的未固化树脂和树脂层的第一侧向区域中的至少基本固化的树脂的流动阻力相比，通道内的未固化树脂的流动阻力低。

38、在一实施例中，第一图案化层在凹陷部段内具有侧向分布的柱状元件，并且其中，树脂膜的面对凹陷部段的侧向部段被整体预固化。

39、该实施例特别适合于为3d产品提供空气腔。大面积空气腔例如有利于rf天线的性能。侧向分布的柱状元件的存在为由树脂膜的侧向部段形成的膜片提供支撑。由此，可以用相对较薄的膜片形成相对较大的悬伸部，同时减轻膜片在脱层期间破裂或在稍后阶段塌陷的风险。

40、改进方法的实施例特别适合用作芯片封装方法的一部分。使用改进方法的芯片封装方法的实施例包括以下后续步骤。

41、提供了一种封装件底层，该底层承载芯片，该芯片具有至少一个电子部件并且在背离底层的第一侧具有电端子。封装件底层还承载具有凸起部段和凹陷部段的图案化层，芯片容纳在凹陷部段中并被凸起部段周向地围封。

42、提供了第一连接器膜片层，该第一连接器膜片层在芯片的第一侧和图案化层的凸起部段上方延伸，并且该第一连接器膜片层限定出使得能够接近芯片的电端子中的相应电端子的开口。

43、导电材料的导线沉积在第一连接器膜片层上。导线将电端子中的相应电端子与相应封装件端子电连接。

44、第二连接器膜片层与导线一起沉积在第一连接器膜片层上。由此，导线被围封在第一连接器膜片层和第二连接器膜片层之间。

45、第一连接器膜片层和第二连接器膜片层中的一个或多个设置有改进的制造方法的实施例。

46、在这方面，注意到可光固化聚合物通常倾向于在固化之后受到残余应力，这可能涉及封装在可光固化聚合物中的产品被损坏的风险。更糟糕的是，与硅芯片相比，可光固化聚合物通常具有相对较高的cte，这甚至会增加温度升高时损坏的风险。

47、鉴于这一观察，在芯片封装方法的实施例的第一示例中，向封装件底层提供芯片的步骤包括以下后续子步骤。

48、在衬底上设置图案化层的具有凸起部段和凹陷部段的第一图案化子层。

49、将第一柔性膜片设置在第一图案化层的凸起部段上。

50、在第一柔性膜片上形成具有凸起部段和凹陷部段的第二图案化子层。第二图案化子层的凸起部段由第一图案化子层的凸起部段经由第一柔性膜片支撑。

51、芯片粘附到第一柔性膜片的背离衬底的表面上。

52、布置在凹陷部段上的柔性膜片提供了芯片在封装件内的无应力悬置。

53、此外，连接器膜片可以是柔性的，以进一步减轻施加到芯片上的机械应力。通过将芯片夹在两个柔性膜片之间，芯片可以在3d打印部件的空气腔内自由移动。

54、在可选地包括芯片封装方法实施例的第一示例的一个、多个或所有步骤的芯片封装方法的第二示例中，还包括以下步骤。

55、提供了具有凸起部段的另一图案化层，该另一图案化层的凸起部段由第二图案化子层的凸起部段经由连接器膜片层支撑。

56、将覆盖层沉积在另一图案化层的凸起部段上。

57、可将覆盖层设置有通孔，以使得气体和液体能够与芯片接触。这对于封装传感器芯片和需要液体冷却的应用是有用的。

58、本公开还提供了一种改进的制造设备和一种改进的制造布置。