本發(fā)明關(guān)于一種3d打印技術(shù)，且特別關(guān)于一種金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：

由于3d打印具有成本低、工藝簡單等優(yōu)點，近年來3d打印廣泛受到設(shè)計及制造業(yè)的注目。其中，選擇性激光燒結(jié)(selectivelasersintering,sls)技術(shù)是目前打印技術(shù)中極為可靠且高強度的制作方法，其原理為在散布的金屬粉末上，以高強度的激光將金屬粉末燒結(jié)成型，使其具有良好的機械強度。

然而，由于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)所使用的基材金屬只具有導(dǎo)電的特性而缺乏介電的特性，使得此工藝在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用上受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：形成金屬粉末層于基底上；對金屬粉末層的第一部分進行第一激光燒結(jié)，以形成金屬層；及在氧氣的存在下，對金屬粉末層的第二部分進行第二激光燒結(jié)，以形成金屬氧化物層，金屬氧化物層作為第一介電層。

本發(fā)明提供一種金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供封裝體于基底上；形成金屬粉末層于基底上；對金屬粉末層的第一部分進行第一激光燒結(jié)，以形成第一金屬層；在氧氣的存在下，對金屬粉末層的第二部分進行第二激光燒結(jié)，以形成金屬氧化物層，金屬氧化物層作為第一介電層；及在第一金屬層及第一介電層上，重復(fù)上述形成金屬粉末層、第一激光燒結(jié)及第二激光燒結(jié)的步驟，以形成多個第一金屬層及多個第一介電層，其中，多個第一金屬層及多個第一介電層作為第一導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

綜合上述，本發(fā)明通過在氧氣的環(huán)境下對金屬粉末層進行激光燒結(jié)，可形成金屬氧化物層以作為介電結(jié)構(gòu)，因此，可通過連續(xù)的激光燒結(jié)形成金屬層以及金屬氧化物 層，以進一步形成半導(dǎo)體所需的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

本實施例通過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)可在封裝體各個表面的任意位置上燒結(jié)出金屬結(jié)構(gòu)及/或介電結(jié)構(gòu)，并可得到各種不同的電路圖案，進而完成晶片等級的封裝，更具有工藝簡單及成本低等優(yōu)點。另外，由于激光燒結(jié)所形成的金屬結(jié)構(gòu)具有極強的結(jié)構(gòu)特性，故可提高封裝的穩(wěn)定性；且通過激光燒結(jié)所形成的金屬氧化物結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱效果較一般塑膠或高分子物質(zhì)更佳，故可改善元件過熱的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖。

圖2a～圖2e是本發(fā)明第一實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法的示意圖。

圖3a～圖3c是本發(fā)明第二實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法的示意圖。

圖4a～圖4c是本發(fā)明第三實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法的示意圖。

附圖標號：

100方法

102～112步驟

200、300、400金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)

210基底

220金屬粉末層

230、250激光光源

240金屬層

260金屬氧化物層

320、334、354、434、454介電結(jié)構(gòu)

330、350、430、450導(dǎo)線結(jié)構(gòu)

332、352、432、452金屬結(jié)構(gòu)

410載體

420封裝體

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施 例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1是本揭露實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法100的流程圖。圖2a～圖2e是本發(fā)明第一實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)200的形成方法的示意圖。

請同時參照圖1及圖2a。首先，在一腔體(未繪示)中提供基底210(步驟102)。在一些實施例中，基底210可為半導(dǎo)體晶圓、裸晶、封裝體、封裝基底或電路板(pcb)。在一些實施例中，基底210可包括元素半導(dǎo)體材料、化合物半導(dǎo)體材料及/或合金半導(dǎo)體材料。元素半導(dǎo)體材料的實例可為單晶硅、多晶硅、非晶硅、鍺及/或鉆石；化合物半導(dǎo)體材料的實例可為碳化硅、砷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦；及合金半導(dǎo)體材料的實例可為硅化鍺、碳化鍺硅、磷化砷鎵及/或磷化銦鎵。在一些實施例中，基底210可包括各種硬質(zhì)支撐基材，例如金屬、玻璃、陶瓷、高分子材料或上述的組合。在一些實施例中，腔體是控制在低真空的狀態(tài)，例如，腔體氣壓為約10^-3mbar～10^-5mbar。

請同時參照圖1及圖2b。接著，于基底210上形成金屬粉末層220(步驟104)。在一些實施例中，金屬粉末層的材料可為cu、al、cr、mo、ti、fe、不銹鋼、鈷鉻合金、鍛鋼、ti-6al-4v合金或其他金屬材料。在一些實施例中，金屬粉末層的厚度為約1um～500um，例如，金屬粉末可為250um。若金屬粉末層的厚度太厚(大于500um)，可能造成燒結(jié)不完全；若金屬粉末層的厚度太薄(小于1um)，則燒結(jié)時可能破壞基底。

請同時參照圖1及圖2c。然后，對金屬粉末層220的第一部份周邊提供高濃度的惰性氣體g(例如氮氣、氬氣)，并通過移動激光光源230對金屬粉末220的第一部分進行激光燒結(jié)，以形成金屬層240(步驟106)。其中，第一部份的形狀可根據(jù)設(shè)計需求而形成不同形狀的金屬層240。在一些實施例中，也可直接在腔體中提供超過腔體內(nèi)氣體的比例至少約90％的惰性氣體g(例如氮氣、氬氣)在一些實施例中，激光光源230可為yb光纖激光、co2紅外線激光或電子束，且激光光源230的強度為約50w～5000w，例如，使用yb光纖激光的強度可為400w。若激光光源230的強度太強(大于5000w)，可能會破壞基底；若激光光源230的強度太弱(小于50w)，則可能造成燒結(jié)不完全。

請同時參照圖1及圖2d。接著，對金屬粉末層220的第二部分的周邊提供高濃度的氧氣，并通過移動激光光源230對金屬粉末220的第二部分進行激光燒結(jié)，以形 成金屬氧化物層260(步驟108)。在一些實施例中，第二部分為金屬層240的周邊，以將金屬層240與其他元件電性隔離。在一些實施例中，也可直接在腔體中提供超過腔體內(nèi)氣體的比例至少約90％的氧氣。在一些實施例中，激光光源250可為yb光纖激光、co2紅外線激光或電子束，且激光光源250的強度為約50w～5000w，例如，使用yb光纖激光的強度可為400w。在一些實施例中，金屬氧化物層260的介電常數(shù)εr為約3～200。

請同時參照圖1及圖2e。接著，在金屬層240及金屬氧化物層260上，重復(fù)圖2b～圖2d中形成金屬粉末層220、第一激光燒結(jié)及第二激光燒結(jié)的步驟，一層完成后再進行下一層燒結(jié)，以形成多個金屬層240及多個金屬氧化物層260的多層金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)200。在一些實施例中，多個金屬層240之間以電性互相連接。并且，各金屬層240的形狀并不限于直線或塊狀圖案，而可視設(shè)計需求各自具有不同的圖案。另外，值得注意的是，由于金屬層240及金屬氧化物層260皆從金屬粉末層220燒結(jié)而來，因此兩者具有相同的金屬元素。

最后，于進行第一激光燒結(jié)及第二激光燒結(jié)之后，移除未被燒結(jié)的金屬粉末層220(步驟112)。例如，在一些實施例中，可通過壓縮空氣以除去殘留的金屬粉末。值得注意的是，可在重復(fù)完成所有第一及第二激光燒結(jié)步驟之后，移除所有未被燒結(jié)的金屬粉末層220；亦可在每次進行第一及第二激光燒結(jié)之后，逐次移除未被燒結(jié)的金屬粉末層220。

雖然上述方法是先進行無氧的第一激光燒結(jié)，再進行有氧的第二激光燒結(jié)，但應(yīng)當理解的是，第一激光燒結(jié)亦可進行于第二激光燒結(jié)之后。另外，在本發(fā)明的實施例中，在第一激光燒結(jié)及第二激光燒結(jié)重復(fù)交替進行時，可通過僅于燒結(jié)處周邊提供高濃度的氣體，而無須替換整體環(huán)境的氣體來進行激光燒結(jié)；例如，于第一激光燒結(jié)處周邊提供高濃度的惰性氣體g(例如氮氣、氬氣)及于第二激光燒結(jié)處濃度提供高比例的氧氣。因此，可大幅減少形成本發(fā)明金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)所需的時間。

根據(jù)上述，本發(fā)明形成的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)包括：由多個金屬層240連接而形成的金屬結(jié)構(gòu)，以及由多個金屬氧化物層260堆疊而成的介電結(jié)構(gòu)。其中，由于本發(fā)明是通過于一腔體內(nèi)連續(xù)對金屬粉末進行有氧及無氧的激光燒結(jié)，因此可大幅降低傳統(tǒng)需多道沉積、光刻、沉積工藝方可形成的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的成本及時間。另外，通過于對金屬粉末進行激光燒結(jié)的同時，提供高濃度的氧氣，可形成金屬氧化物層，進而克服傳 統(tǒng)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)中無法形成介電材料的問題，進而將此技術(shù)應(yīng)用至半導(dǎo)體或其它產(chǎn)業(yè)中。

此外，值得注意的是，傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的垂直部分，須通過先在介電層中形成插塞通孔，并填入金屬來形成。因此，其可形成的高度會受到深寬比及金屬填洞能力的限制。然而，由于本發(fā)明是逐層的形成金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其垂直的部分不會受到上述因素的影響，可以需求而形成想要的高度。

雖然上述所發(fā)明的方法是用一系列的步驟來進行說明，但應(yīng)當理解的是，上述步驟的說明順序并非以限制的意義進行解釋。例如，一些步驟可以不同的順序發(fā)生及/或與這些說明以外的其它步驟同時進行。例如，第一激光燒結(jié)可進行于第二激光燒結(jié)之前，也可進行于第二激光燒結(jié)之后；例如，移除未被燒結(jié)的金屬粉末層可進行于第一及第二激光燒結(jié)重復(fù)完成之后，亦可進行于第一及第二激光燒結(jié)逐次完成之后。此外，并非所有描述的步驟都需要在一或多方面的實施例進行，且可以一或多個分開的步驟及/或階段進行一或多個描述于此的步驟。

圖3a～圖3c是本發(fā)明第二實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)300的形成方法的示意圖。本實施例主要利用燒結(jié)以外的沉積方式，額外設(shè)置一介電結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的支撐物件，以減少重復(fù)燒結(jié)的步驟并簡化工藝。

請參照圖3a，于基底210上方形成介電結(jié)構(gòu)320?；?10的材料與上述相同，在此不再詳述。在一些實施例中，介電結(jié)構(gòu)320的材料可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的組合。在一些實施例中，可使用化學氣相沉積(cvd)工藝、原子層沉積(ald)工藝、物理氣相沉積(pvd)工藝、或其他可適用的工藝或其組合來沉積介電結(jié)構(gòu)320。

請參照圖3b，利用圖1所揭露的方法100沿介電結(jié)構(gòu)320的一側(cè)面形成具有金屬結(jié)構(gòu)332及介電結(jié)構(gòu)334的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)330。在一些實施例中，金屬結(jié)構(gòu)332的材料可為cu、al、cr、mo、ti、fe、不銹鋼、鈷鉻合金、鍛鋼、ti-6al-4v合金或其他金屬材料。在一些實施例中，介電結(jié)構(gòu)334的材料為金屬結(jié)構(gòu)332的材料的氧化物(即，金屬結(jié)構(gòu)332與介電結(jié)構(gòu)334具有相同的金屬元素)。其中，金屬結(jié)構(gòu)332的各金屬層可視需求具有各種不同的電路圖案。

請參照圖3c，在一些實施例中，可繼續(xù)于介電結(jié)構(gòu)320及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)330之上形成具有金屬結(jié)構(gòu)352及介電結(jié)構(gòu)354的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)350。其中，金屬結(jié)構(gòu)352可視需求 具有各種不同的電路圖案，并電性連接至金屬結(jié)構(gòu)332。至此，完成本實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

在本實施例中，金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)是由介電結(jié)構(gòu)320、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)330以及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)350所構(gòu)成，且介電結(jié)構(gòu)320是作為導(dǎo)線結(jié)構(gòu)350的支撐元件。通過另行形成介電結(jié)構(gòu)320，可使得形成金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)時，能夠不需燒結(jié)大量的介電結(jié)構(gòu)334就能支撐導(dǎo)線結(jié)構(gòu)350，降低所需的時間及成本。另外，在一些實施例中，亦可先形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)330之后，再形成介電結(jié)構(gòu)320。

在一般的封裝工藝中，于封裝體的不同表面制作各種電路圖案時，通常需要利用多個不同的掩膜，造成工藝復(fù)雜及花費成本高等問題。本發(fā)明的第三實施例提供一種金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法，可應(yīng)用于制造封裝體表面的電路圖案，并具有工藝簡單及成本低等優(yōu)點。

圖4a～圖4c是本發(fā)明第三實施例的金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)400的形成方法的示意圖。本實施例將前述金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的形成方法100應(yīng)用于各種封裝體420中，且前述的基底在此處即為各種封裝載體。

請參照圖4a，在載體410上方設(shè)置封裝體420。在一些實施例中，載體410的材料可為各種硬質(zhì)支撐基材，例如金屬、玻璃、陶瓷、高分子材料或上述的組合。在一些實施例中，封裝體420可為發(fā)光二極管(led)封裝體、太陽能封裝體、微機電(mem)封裝體或其它半導(dǎo)體封裝體。

請參照圖4b，利用圖1所揭露的方法100沿封裝體420的一側(cè)面形成具有金屬結(jié)構(gòu)432及介電結(jié)構(gòu)434的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)430。在一些實施例中，金屬結(jié)構(gòu)432的材料可為cu、al、cr、mo、ti、fe、不銹鋼、鈷鉻合金、鍛鋼、ti-6al-4v合金或其他金屬材料。在一些實施例中，介電結(jié)構(gòu)434的材料為金屬結(jié)構(gòu)432的材料的氧化物(即，金屬結(jié)構(gòu)432與介電結(jié)構(gòu)434具有相同的金屬元素)。其中，金屬結(jié)構(gòu)432的各金屬層可視需求具有各種不同的電路圖案。

請參照圖4c，在一些實施例中，可于封裝體420及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)430之上形成具有金屬結(jié)構(gòu)452及介電結(jié)構(gòu)454的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)450。其中，金屬結(jié)構(gòu)452可視設(shè)計需求具有各種不同的電路圖案，并電性連接至金屬結(jié)構(gòu)432。

在先前技術(shù)中，必須使用多個掩膜才能在封裝體各個表面制作電路圖案而造成工藝復(fù)雜且成本高等問題；相較之下，本實施例通過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)可在封裝體各 個表面的任意位置上燒結(jié)出金屬結(jié)構(gòu)及/或介電結(jié)構(gòu)，并可得到各種不同的電路圖案，進而完成晶片等級的封裝，更具有工藝簡單及成本低等優(yōu)點。另外，由于激光燒結(jié)所形成的金屬結(jié)構(gòu)具有極強的結(jié)構(gòu)特性，故可提高封裝的穩(wěn)定性；且通過激光燒結(jié)所形成的金屬氧化物結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱效果較一般塑膠或高分子物質(zhì)更佳，故可改善元件過熱的問題。

前述內(nèi)文概述了許多實施例的特征，使本技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)人員可以更佳的了解本發(fā)明的各個方面。本技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該可理解，他們可以很容易的以本發(fā)明為基礎(chǔ)來設(shè)計或修飾其它工藝及結(jié)構(gòu)，并以此達到相同的目的及/或達到與本發(fā)明介紹的實施例相同的優(yōu)點。本技術(shù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)人員也應(yīng)該了解這些相等的結(jié)構(gòu)并不會背離本發(fā)明的發(fā)明精神與范圍。本發(fā)明可以作各種改變、置換、修改而不會背離本發(fā)明的發(fā)明精神與范圍。