CN110494853A - 芯片嵌入式印刷电路板和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于对具有嵌入式集成芯片的印刷电路板进行直接印刷的***、方法和组合物。具体来说，本公开涉及使用印刷头与导电和介电油墨组合物的组合对具有嵌入式芯片和/或芯片封装的印刷电路板进行直接、从上到下的喷墨印刷，从而形成用于定位所述芯片和/或芯片封装的预定专用隔室并用包封层覆盖这些预定专用隔室同时维持所述嵌入式芯片之间的互连性的***、方法和组合物。可以使用机器人臂自动完成所述芯片的放置。

Description

芯片嵌入式印刷电路板和制造方法
背景技术
本公开涉及用于对具有嵌入式集成芯片的印刷电路板(PCB)进行直接印刷的***、方法和组合物。具体地，本公开涉及使用印刷头与导电和介电油墨组合物的组合对具有嵌入式芯片和/或芯片封装的印刷电路板进行直接喷墨印刷、形成用于定位芯片和/或芯片封装的预定槽并用包封层覆盖所述预定槽同时维持嵌入式芯片之间的互连性的***、方法和组合物。
在复杂电子器件的制造中，现代化芯片嵌入技术变得必不可少。重点在于IoT(物联网)，利用通过小型化驱动的嵌入式传感器的新应用和对传感器的不同需求的优化封装变得迫切；这是因为利用大量互连嵌入芯片增加了复杂性等等。
这种复杂电子器件的开发需要研究、开发和改造大量印刷电路板(PCB)原型，其在转移成大批量生产之前各自需要进行质量保证测试、容错性测试、效率测试等等。每个PCB进一步需要规划过程、制造、购买和组装，其中制造过程通常是所述过程在时间和成本方面最大的瓶颈。暴露商业机密的风险也是不可忽视的。这些风险目前是不可避免的，因为在大批量生产阶段期间与错误设计和故障相关的成本在成本和声誉损害方面的数量级都较高。
本公开旨在克服一个或多个上述问题。
发明内容
在各种实施例中，公开了使用印刷头与导电和介电油墨组合物的组合对具有嵌入式芯片和/或芯片封装的印刷电路板进行直接和连续喷墨印刷、形成用于定位芯片和/或芯片封装的预定槽并用包封层覆盖所述预定槽同时维持嵌入式芯片之间的互连性的***、方法和组合物。
在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机在印刷电路板中嵌入多个芯片的方法，其包括：提供喷墨印刷***，所述喷墨印刷***具有：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的绝缘和/或介电树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应导电油墨的导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头和第二印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的3D可视化文件；生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷包含多个嵌入式芯片的印刷电路板，其中表示至少一个基本2D层的文件不包含多个芯片中的任一个的表示，从而在没有芯片的情况下形成基本2D层的基本2D表示图像；接收与包含多个嵌入式芯片的印刷电路板相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的文件，其中CAM模块被配置成控制印刷头中的每一个；提供绝缘和/或介电树脂喷墨油墨组合物和导电油墨组合物；使用CAM模块获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨、导电油墨的图案，其中所述图案不包含多个芯片中的任一个，或包括两个或更多个的组合；使用第一印刷头在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案；固化不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的2D层中对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案限定多个芯片、电阻器、电容器和任何其它相关联组件中的每一个的指定区域，其中芯片；将至少两个芯片放置在不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层上的指定区域中，其中芯片与顶部的接触层放置在一起；使用第二印刷头，在包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于导电油墨表示的图案；烧结包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中对应于导电油墨表示的图案；使用CAM模块，获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层的生成文件，2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的图案，其中所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；使用第一印刷头，在包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；以及固化对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，由此嵌入多个芯片。
在另一实施例中，在具有单种绝缘和/或介电树脂油墨组合物的专用印刷头中，或在具有与第一绝缘和/或介电树脂油墨不同或相同的单独绝缘和/或介电树脂油墨的专用额外印刷头中，绝缘和/或介电树脂油墨可以是以下的混合物：光可聚合单体、低聚物或其组合、高分子量聚合物的胶体分散体、聚合物溶液或其组合。
在实施例中，导电油墨可以是溶剂中金属纳米粒子的分散体或金属前体溶液或分散体或其组合。
在又一实施例中，喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二绝缘和/或介电树脂油墨的第二绝缘和/或介电树脂油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物；使用第二绝缘和/或介电树脂油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于第二绝缘和/或介电树脂油墨表示的预定图案；以及固化或不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于第二绝缘和/或介电树脂表示的预定图案，其中第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物中的油墨组合物不同于第一印刷头中的绝缘和/或介电树脂油墨组合物。
当结合附图和实例阅读时，根据以下详细描述，使用喷墨印刷来制造具有嵌入式集成芯片的印刷电路板的***、方法和组合物的这些和其它特征将变得显而易见，所述附图和实例是示例性的而非限制性的。
附图说明
为了更好地理解具有嵌入式芯片和/或芯片封装的印刷电路板的直接喷墨印刷、制造方法和组合物，关于其实施例参考所附实例和附图，其中：
图1示出在PCB中嵌入芯片的典型方法；
图2A是示出形成具有嵌入式组件的PCB的方法的实施例的示意图，而图2B示出其顶部平面图，且图2C示出其侧视图；并且
图3A示出如使用本文所描述的方法印刷的图2A的PCB的顶部平面图，其中图3B中示出QFN的手动放置，且图3C中示出完成的嵌入式PCB。
具体实施方式
本文提供使用印刷头与导电和介电油墨组合物的组合对具有嵌入式芯片和/或芯片封装的印刷电路板进行直接喷墨印刷、形成用于定位芯片和/或芯片封装的预定槽并用包封层覆盖所述预定槽同时维持嵌入式芯片之间的互连性的***、方法和组合物的实施例。
用于将有源和无源组件嵌入多层PCB中的技术对于开发复杂电子器件来说变得必不可少。由于在电性能、芯片尺寸和互连方面的不同要求，已经开发了不同的嵌入技术。
例如并且如图1中所示，典型的方法将涉及晶片制备1，其中由于微孔的激光钻孔和PCB金属化工艺与半导体芯片的铝或铜接触垫不兼容，因此将另一铜层2施加到待嵌入的芯片的接合垫4。例如无电电镀(使用例如Ni、Pd)等其它金属化被优化以用于微孔钻孔和电镀。可接着针对钝化层的脆弱性以及其与层压层的粘合性测试钝化层。接着进行裸片放置11，其中制造用于接纳芯片3的衬底1。通过各种方法完成芯片接合，例如可印刷糊剂、裸片附着膜(DAF)、裸片分割附着膜(DDAF)等等。
在裸片接合之后，通常将介电膜材料(例如，树脂涂布的铜RCC 5)层压12在衬底1上，随后15形成(和后续金属化)微孔7、8，从而导致电路图案化。可以使用光致抗蚀剂的激光直接成像(LDI)然后进行酸性喷涂蚀刻来完成图案化。所述过程通常通过分离包含嵌入式组件的PCB来结束。
相反，本文所描述的***、方法和组合物可用以在使用喷墨印刷装置的连续添加制造工艺中使用印刷头与导电和介电油墨组合物的组合，或使用若干遍次来形成/制造包含嵌入式芯片组件的印刷电路板(ECPCB)。使用本文所描述的***、方法和组合物，热固性树脂材料可用以形成印刷电路板的绝缘和/或介电部分(参见例如图2A)。此印刷介电材料以优化的形状印刷，包含成形以容纳嵌入式芯片组件以及其它组件的准确隔室，其它组件例如电阻器、晶体管、电容器、传感器、通孔或包括前述组件的组合。那些芯片组件放置在其对应组件内部，搁置在其“背面”，从而露出(换句话说，颠倒暴露)其支腿(或接合垫)，以实现可印刷以使那些组件彼此互连且互连到其它组件(例如，电阻器)的导电油墨层。为了形成嵌入式芯片组件，***覆盖有填充隔室的印刷介电层并且覆盖嵌入式组件、迹线、支腿，从而形成嵌入式PCB。使用本文所描述的***、方法和组合物，可消除典型的耗时且成本密集的制造和组装以及焊接组件，从而提供对复杂几何结构的更好控制，且可实现快速成型以及包含嵌入式芯片(和其它)组件的印刷电路板的大批量生产。
所使用的***可通常包括若干子***和模块。这些子***和模块可以是例如：机械子***，其用以控制印刷头的移动、衬底(或卡盘)的加热和传送运动；油墨组合物喷射***、固化/烧结子***；基于计算机的子***，其控制过程并产生适当的印刷指令；组件放置***；机器视觉***；以及命令和控制***，其用以控制3D印刷。
因此且在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机在印刷电路板中嵌入多个芯片的方法，其包括：提供喷墨印刷***，所述喷墨印刷***具有：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的绝缘和/或介电树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应导电油墨的导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头和第二印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的3D可视化文件；生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷包含多个嵌入式芯片的印刷电路板，其中表示至少一个基本2D层的文件不包含多个芯片中的任一个的表示，从而在没有芯片的情况下形成基本2D层的基本2D表示图像；接收与包含多个嵌入式芯片的印刷电路板相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的文件，其中CAM模块被配置成控制印刷头中的每一个；提供绝缘和/或介电树脂喷墨油墨组合物和导电油墨组合物；使用CAM模块获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨、导电油墨的图案，其中所述图案不包含多个芯片中的任一个，或包括两个或更多个的组合；使用第一印刷头在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案；固化不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的2D层中对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案限定多个芯片、电阻器、电容器和任何其它相关联组件中的每一个的指定区域，其中芯片；将至少两个芯片放置在不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层上的指定区域中，其中芯片与顶部的接触层放置在一起；使用第二印刷头，在包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于导电油墨表示的图案；烧结包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中对应于导电油墨表示的图案；使用CAM模块，获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层的生成文件，2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的图案，其中所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；使用第一印刷头，在包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；以及固化对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，由此嵌入多个芯片。
术语“芯片”是指封装的，单体化(singulated)的IC装置。术语“芯片封装”可特别地表示芯片***(插座安装)到例如印刷电路板(PCB)等电路板中或焊接到(表面安装)到所述电路板上从而形成芯片安装的壳体。在电子器件中，术语芯片封装或芯片载体可表示在组件或集成电路周围添加以使其在不损坏的情况下被处置且并入到电路中的材料。
替代地或另外，在用于制造包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法和组合物中使用的喷墨印刷***可进一步包括包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二绝缘和/或介电树脂油墨的第二绝缘和/或介电树脂油墨泵，其中所述方法进一步包括：提供第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物；使用第二绝缘和/或介电树脂油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于第二绝缘和/或介电树脂油墨表示的预定图案；以及固化或不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于第二绝缘和/或介电树脂表示的预定图案，其中第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物中的油墨组合物不同于第一印刷头中的绝缘和/或介电树脂油墨组合物。在实施例中，第二介电树脂油墨被配置成在芯片上形成模框。
此外，本文所描述的形成包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法可进一步包括在使用第一印刷头和/或第二印刷头的步骤之前提供可剥离或可去除衬底的步骤。任选的可剥离衬底还可以是刚性或柔性的。在实施例中，术语“可剥离”是指可去除地涂覆和粘附到表面(例如通过用于形成本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法、组合物和套组所形成的表面)，并且随后可以通过力从所述表面去除的材料。根据本发明的组合物和方法的可剥离膜可以粘附地并且可去除地施加到安置在印刷机的传送带上的卡盘，并借助于强制去除，暴露本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的层。
可去除衬底还可以是粉末，例如陶瓷粉末，其可以涂覆于卡盘上，压紧，并且随后被去除。衬底的选择可以取决于例如包含嵌入式芯片组件的最终印刷电路板的用途和结构。此外，可以在整个组件的制造结束时，第一2D层的制造结束时，或者在两者之间的任何阶段去除衬底。
形成本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法可包括提供衬底的步骤，如上文所描述。沉积树脂和/或金属油墨的印刷头(和其派生词；应理解为是指以受控方式在表面上沉积、转移或形成材料的任何装置或技术)可被配置成根据需求，换句话说，根据各种预选的工艺参数(例如传送器速度、所需柔性导电层厚度和/或长度、层类型、层类型、所需的层柔性(换句话说，组件应相对于初始2D配置弯曲的程度)等等提供墨滴。可去除或可剥离衬底也可以是相对刚性的材料，例如，玻璃或水晶(例如，蓝宝石)。另外或替代地，可剥离衬底可以是柔性(例如，可挠曲的)衬底(或膜)，使衬底能够轻易地从包含嵌入式芯片组件的印刷电路板中剥离，例如，聚(萘二甲酸乙二酯)(PEN)、聚酰亚胺(例如杜邦(DuPont)的)、硅聚合物、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET，为cPET或aPET)、聚(四氟乙烯)(PTFE)膜等。此外，衬底可以是例如陶瓷粉末。
在制造或形成本文所描述的包含嵌入式芯片组件制品和组件的印刷电路板时，通过沉积绝缘和/或介电树脂和/或导电材料的基本2D层，支撑层或结构可作为印刷电路板的本文所描述的包含嵌入式芯片组件的基本2D表示或不包含所述嵌入式芯片组件的那些2D表示的部分而沉积。此支撑物可以是可去除的并定位在随后印刷的突出部分之下或在预期腔之中，它们不受所述部分或组件材料本身的支撑。例如，支撑物可以沉积在隔室中，所述隔室被制造成在后续步骤中放置芯片之前容纳所述芯片，而不影响裸片垫。可利用沉积介电或导电材料的相同沉积技术来构建支撑结构。在实施例中，CAM模块可生成额外几何结构，其充当以下的支撑结构：表示所形成的ECPCB的3D可视化文件的突出或自由空间区段或内部芯片隔室，且在其它情况下，本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的侧壁。支撑材料可被配置成例如在制造期间粘附到部分材料，并且在印刷过程完成时可从完成的本文所描述的包含嵌入式芯片组件和组件的印刷电路板去除。
例如，用于所描述的方法的***和组合物可用以形成具有预定隔室以放置所描述的芯片组件或封装的印刷电路板，其中在将恰当芯片组件放置在对应隔室中之后，支撑材料沉积到隔室中，从而包覆芯片组件，并且在密封和嵌入芯片组件之前，PCB被去除以供进一步处理(参见例如图2A)。
本文所使用的术语“支撑物”是指用以在制造本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板期间，向其中具有和/或不具有嵌入式芯片的所构建印刷电路板的多个层提供结构支撑的支撑材料的一个或多个层。例如，支撑材料可以是包含至少一种官能团的蜡，所述官能团能够在暴露于用于固化绝缘和/或介电树脂油墨组合物的光化辐射时与绝缘和/或介电树脂油墨组合物反应。在一些实施例中，蜡中的官能团能够在有光引发剂的情况下与构建材料进行反应，光引发剂通常用于固化构建材料，以及随后形成3D物品，并且之后在温和加热时被溶化并去除。额外支撑材料可以是例如非交联的溶剂/水溶性材料，这使得支撑结构在印刷过程完成后可以被相对容易地洗掉。替代地或另外，支撑材料也可以被分离，可以通过用手折断它们，使其脱离部件来进行去除。
在其它实施例中，用于制造包含嵌入式芯片组件和本文所描述的组件的印刷电路板的方法和***中所使用的支撑材料可以对光化辐射透明，以通过支撑物适应暴露。在实施例中，“光化辐射”是指能够固化树脂油墨组合物的能量束，例如任何电磁照射，例如红外、紫外线、电子束、X射线或辐射线。因此，在生产本文所描述的包含嵌入式芯片组件和本文所描述的组件的印刷电路板时使用的术语“光化辐射可固化树脂组合物”可以是用如上所述的一种或多种光化辐射(能量束)照射时被固化的树脂组合物。
这样的照射导致光可聚合绝缘和/或介电树脂油墨组合物的至少一部分固化在最靠近支撑物的层中。合适的支撑材料的实例包含聚合物膜，例如由加成聚合物和线性缩合聚合物和透明泡沫形成的膜。本文所描述的方法中使用的聚合物支撑物可以是：醋酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)等聚酯；定向聚苯乙烯(OPS)；定向尼龙(ONy)；聚丙烯(PP)、定向聚丙烯(OPP)；聚氯乙烯(PVC)；以及各种聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚烯烃、聚(乙烯醇缩醛)、聚醚和聚磺酰胺，以及不透明白色聚酯。丙烯酸树脂、酚醛树脂、玻璃和金属也可以用作油墨接收器。
因此且在实施例中，在用于制造包含嵌入式芯片组件和组件的印刷电路板的方法及***中使用的喷墨印刷***可进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、支撑物油墨储集器，和被配置成通过孔口供应支撑物油墨的支撑物油墨泵，所述方法进一步包括：提供支撑物油墨组合物；在使用第一印刷头和/或第二印刷头的步骤之前、同时或之后，使用支撑物油墨印刷头，在包含(或不包含)用于印刷的嵌入式芯片组件的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于支撑物表示的预定图案；以及官能化包含(或不包含)嵌入式芯片组件的印刷电路板的2D层中对应于支撑物表示的预定图案。
在实施例中，术语“形成”(及其变体“已形成”等)是指泵送、注射、浇注、释放、置换、照射、循环或者使用本领域已知的任何合适方式将流体或材料(例如，导电油墨)与另一种材料(例如，衬底、树脂或另一层)接触放置。同样，术语“嵌入”是指芯片和/或芯片封装牢固地联接联接在周围结构内，或者紧密地或牢固地封闭在材料或结构内。
此外，结合本文所描述的***、方法和组合物使用的芯片或芯片封装可以是方形扁平封装(QFP)封装、薄型小外形封装(TSOP)、小外形集成电路(SOIC)封装、小外形J引线(SOJ)封装、塑料有引线芯片载体(PLCC)封装、晶片级芯片规模封装(WLCSP)、模制阵列工艺-球栅阵列(MAPBGA)封装、球栅阵列(BGA)、方形扁平无引脚(QFN)封装、平面栅格阵列(LGA)封装、无源组件，或包括前述中的两个或更多个的组合。
固化通过如本文所描述的适当印刷头沉积的绝缘和/或介电树脂层或图案可通过例如以下来实现：加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应、通过紫外线束照射或包括前述中的一个或多个的组合。固化不需要用单一工艺进行，且可涉及同时或依序(例如，干燥和加热以及用额外印刷头沉积交联剂)的若干工艺。
此外且在另一实施例中，交联是指使用交联剂通过共价键合(即，形成连接基团)，或通过例如但不限于甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯或丙烯酰胺的单体的自由基聚合将部分结合在一起。在一些实施例中，连接基团生长到聚合物臂的末端。在优选实施例中，硅氧烷-聚合物结合物具有烯基，并且在不存在或存在含有烯基的其它分子的情况下通过自由基聚合而交联，所述其它分子例如但不限于甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯或丙烯酰胺以及交联剂和自由基、阴离子、阳离子引发剂。
在实施例中，术语“共聚物”意指衍生自两种或更多种单体(包含三元共聚物、四元共聚物等)的聚合物，并且术语“聚合物”是指具有来自一种或多种不同单体的重复单元的任何含碳化合物。
同样，其它功能头可位于绝缘和/或介电树脂印刷头和/或导电印刷头之前、之间或之后。这些可包含被配置成以预定波长(λ)，例如以190nm与约400nm之间，例如395nm发射电磁辐射的电磁辐射源，在实施例中，所述电磁辐射源可用以加速和/或调制和/或促进可与导电油墨中使用的金属纳米粒子分散体结合使用的光可聚合绝缘和/或介电树脂。其它功能头可以是加热元件、有不同油墨(例如，支撑物、预焊连接油墨、各种组件(例如电容器、晶体管等)的标签印刷)的额外印刷头以及前述的组合。
如所指示，用以实施用于制造包含嵌入式芯片组件的印刷电路板和其封装组件的方法的***可具有额外导电油墨印刷头，所述印刷头可含有不同金属。例如，如本文所描述的第二印刷头可以包括银(Ag)纳米粒子，而金属油墨的额外印刷头可以包括不同金属，例如铜或金。同样，也可以使用其它金属(例如，Al)或金属前体，并且提供的实例不应被视为限制性的。
因此，喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二导电油墨的第二导电油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二导电油墨组合物；使用第二导电油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于第二导电油墨表示的预定图案；以及烧结不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于第二导电油墨表示的预定图案，其中第二导电油墨组合物具有与第二印刷头中的导电油墨组合物不同的金属。第二金属油墨组合物可具有与第二印刷头中的导电油墨组合物不同的金属，或在另一实施例中；并且为了实现更高的处理量，在所有金属印刷头中第二金属油墨组合物可以相同。例如，第一导电油墨组合物可以包括银，并且第二导电油墨组合物可以包括铜(或金)，并且其中第二导电油墨被配置成用以在所放置的芯片与导向所述芯片的金属迹线之间形成接合。在另一实施例中，第二导电油墨可用以使例如埋孔或盲孔的通孔金属化。
另外，所有印刷头和本文所描述的形成包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法可被配置成在其中具有受控气氛的壳体中进行。同样，受控气氛可能受绝缘和/或介电油墨和导电油墨组合物影响。
可在绝缘和/或介电树脂油墨或金属导电油墨印刷头(例如，用于烧结导电层)中的每一个之前或之后采用其它类似功能步骤(因此以及用于影响这些步骤的构件)。这些步骤可包含(但不限于)：加热步骤(受加热元件或热空气影响)；(光致抗蚀剂掩膜支撑图案的)光漂白、光固化，或暴露于任何其它适当的光化辐射源(使用例如UV光源)；干燥(例如，使用真空区，或加热元件)；(反应性)等离子体沉积(例如，使用加压等离子枪和等离子束控制器)；通过使用例如{4-[(2-羟基十四烷基)-氧基]-苯基}-苯基碘鎓六氟锑酸盐等阳离子引发剂交联到柔性树脂聚合物溶液或柔性导电树脂溶液；在涂布之前；退火，或者促进氧化还原反应和其组合，而不管这些工艺的利用次序如何。在某一实施例中，可对刚性树脂和/或柔性部分使用激光(例如，选择性激光烧结/熔化，直接激光烧结/熔化)或电子束熔化。应注意，导电部分的烧结可甚至在以下情况下进行：在本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的刚性树脂部分的顶部上印刷导电部分。
在某些实施例中，本文所提供的***进一步包括与CAM模块连通且受CAM模块控制的机器人臂，所述机器人臂被配置成将多个芯片中的每一个放置在其预定位置。机器人臂可以进一步被配置成将芯片可操作地联接和连接到整体印刷的裸片垫。
如所指示，嵌入所公开的PCB中的芯片可以是BGA芯片封装，通常包括例如PCB的衬底，所述衬底具有延伸穿过中间的细长孔口。半导体裸片或装置(例如，动态随机存取存储器(DRAM))可以安装在衬底的相对侧或底侧上，所述半导体裸片或装置将通常在多个半导体裸片的有源表面上具有单列或多列的接合垫。位于衬底(PCB)上或位于PCB内的电路迹线用以维持接合垫与例如焊球等相应导电连接元件之间的电连通。导电元件通常包括与接触垫电连通且附接到接触垫的焊球，或可仅仅为直接放置在所选电路迹线的端点上或与所述端点电连通的焊球。替代地，也经常使用由具有特定预选的导电质量的导电填充环氧树脂材料制成的导电球。导电元件或球以栅格阵列图案布置，其中导电元件或焊球具有预选的大小，并且以一个或多个预选的距离或间距彼此间隔开。因此，术语“精细球栅阵列”(FBGA)仅仅指具有被认为是相对小的导电元件或焊球的特定球栅阵列图案，所述导电元件或焊球以极小距离彼此间隔开，从而导致尺寸小的间隔或间距。如本文通常所使用的，术语“球栅阵列”(BGA)涵盖精细球栅阵列(FBGA)以及球栅阵列。因此且在实施例中，表示使用本文所描述的方法印刷的导电油墨的图案被配置成制造互连(换句话说，焊)球。
应注意，在本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的绝缘和/或介电部分中；导电层可以(同时且直接)沉积在绝缘和/或介电树脂层间，与绝缘和/或电介质树脂层上方的涂布图案分开且不同。例如，导电层可以沉积在支撑物层上方，所述支撑物层在去除之后将独立于任何树脂材料(参见例如304q，图2A)。
因此，在实施例中，使用第二印刷头并将导电油墨沉积到衬底上且在需要时沉积到卡盘上由此形成第一印刷导电(导电性)图案层的步骤和/或将含绝缘和/或介电刚性树脂的喷墨油墨沉积到可去除衬底(或卡盘)和/或可去除支撑物上的步骤在以下步骤之前、之后或与之同时进行：加热、光固化干燥、沉积等离子体、交联、退火、促进氧化还原反应、烧结、熔化，或包括前述中的一个或多个的步骤的组合。预处理或后部分处理(换句话说，使绝缘和/或介电刚性树脂和/或导电和/或任选支撑部分功能化)可以在使用额外绝缘和/或介电树脂油墨印刷头、额外导电油墨印刷头或以任何其它排列的步骤之前或之后进行。
调配导电油墨组合物可以考虑沉积工具(例如，就组合物的粘度和表面张力而言)和沉积表面特性(例如，亲水或疏水，以及可剥离或可去除衬底或支撑材料的界面能，如果使用的话)或上面沉积有连续层的衬底层施加的要求(如果存在的话)。在用压电头进行喷墨印刷的情况下，导电油墨和/或形成树脂的喷墨油墨的粘度(在印刷温度℃下测量)可以为例如不低于约5cP，例如，不低于约8cP，或者不低于约10cP，并且不高于约30cP，例如，不高于约20cP，或者不高于约15cP。导电油墨各自可被配置(例如，调配)成具有的动态表面张力(指的是喷墨墨滴在印刷头孔口处形成时的表面张力)在约25mN/m与约35mN/m之间，例如在约29mN/m与约31mN/m之间，通过最大气泡压力张力测量法在50ms的表面寿命的和25℃下测得。动态表面张力可以被设想成向可剥离衬底、支撑材料、树脂层、或其组合提供在约100°与约165°之间的接触角度。
在制造包含如本文所描述的嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法中使用的金属组合物可以基本上由溶剂悬浮的金属铜、银、铝纳米粒子或金属喷墨油墨组合物组成，金属喷墨油墨组合物包括前述中的一种或多种以及其它金属(例如，元素周期表的第IA族(1))、粘合剂以及溶剂，其中，油墨中的纳米粒子的直径、形状和成分比被优化，从而实现形成层或者密集的印刷图案。应注意，金属油墨的选择将取决于待印刷的包含嵌入式芯片组件的3D印刷的电路板的最终特性。这些粒子可以在适用于所需应用的大小范围内。在实施例中，用银形成的导电部分图案是用纳米银悬浮液油墨印刷的。在通过例如具有薄或小的特征且具有高纵横比的银纳米粒子(例如，薄片或条)烧结期间，本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的2D表示的导电部分的质量可以显著增强。换句话说，金属纳米粒子的纵横比R比1要高得多(R>>1)。具有高纵横比可以使纳米粒子对齐，这是由于例如卡盘上衬底的运动方向上油墨的流动定向，或者在另一实施例中，凭借从印刷头的孔喷射的过程。
在实施例中，术语“卡盘”意指用于支撑、保持、或者保留衬底或工件的机制。卡盘可包含一个或多个部件。在一个实施例中，卡盘可包含台和***物的组合、平台，其被夹套或者以其它方式被配置用于加热和/或冷却，并且具有另一相似的组件，或者其任何组合。
在实施例中，随着印刷头(或衬底)例如在两个(X-Y)(应理解，印刷头也可以在Z轴上移动)维度上在可去除衬底或任何后续层之上以预定距离***纵，允许包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的直接、持续或半持续喷墨印刷的喷墨油墨组合物、***和方法可以通过本文所提供的来自孔的液体喷墨油墨的排出液滴一次一个地形成图案。印刷头的高度可以随着层数而改变，从而保持成例如固定距离。在实施例中通过可变形的压电晶体，从可操作地联接到孔的池(well)内，每一个液滴都可以被配置成按照例如压力脉冲指挥采用衬底的预定轨线。第一喷墨金属油墨的印刷可以是额外的并且可以容纳更多的层。本文所描述的方法中使用的喷墨印刷头可以提供等于或小于约0.3μm到10,000μm的最小层膜厚度。
类似地，术语“接触”在实施例中用以指可以掺合、混合、成浆、溶解、反应、处理或另外以某种其它方式接触的材料。因此，术语“接触”涵盖两种或更多种组分的“反应”，并且其还涵盖彼此不反应的两种或更多种组分的“混合”或“掺合”。
在描述的方法中所使用并且可在描述的***中实施的各种印刷头之间的传送器操纵可以被配置成以约5毫米/秒与约1000毫米/秒之间的速度移动。例如，卡盘的速度可以取决于例如：所需的处理量、过程中使用的印刷头的数目，本文所描述的包含所印刷的嵌入式芯片组件的印刷电路板的层的数目和厚度、油墨的固化时间、油墨溶剂的蒸发速率、含有金属粒子或金属聚合物糊剂的第一喷墨导电油墨的印刷头与包括第二热固性树脂和板形成喷墨油墨的第二印刷头之间的距离等等，或包括前述中的一个或多个的因素组合。
在实施例中，各种油墨的动力粘度可各自在约0.1与约30cP·s(mPa·s)之间，例如，最终油墨调配物在工作温度下可具有8到12cP·s的粘度，这是可以控制的。例如，包括前述的金属纳米粒子分散体、溶液、乳液、悬浮液或液体组合物或者树脂喷墨油墨可各自在约5cP·s与25cP·s之间，或者在约7cP·s与约20cP·s之间，具体地说，在约8cP·s与约15cP·s之间。
在实施例中，金属(或金属)油墨和/或第二树脂油墨的每个液滴的体积可以在0.5到300微微升(pL)范围内，例如1到4pL，并取决于驱动脉冲的强度和油墨的性质。将单个液滴排出的波形可以是10V到约70V的脉冲，或者约16V到约20V，并且可以在约2kHz与约500kHz之间的频率下被排出。
绝缘和/或介电树脂油墨可被配置成在印刷头储集器内稳定。例如，固体内容物(即，如果是胶态悬浮液的话即是悬浮固体，或者如果是溶液的话即是溶质)可以在约5wt％与约100wt％之间。在某些实施例中，通过结合光活性的单聚物/低聚物及其组合(在这种情况下不会发生明显的沉淀)，表面活性剂可能是不必要的，而且油墨可以有100％的活性。另外，油墨粘度可以被调整以促进液滴的喷射。因此，在实施例中，本文所描述的形成包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的方法中所使用的树脂油墨溶液的表面能(γ)连同动力粘度(μ)分别可以在约25mN/m与约35mN/m之间和在约8mNs/m2(cP)与约15mNs/m2(cP)之间的范围内。在某些实施例中使用的油墨由悬浮的亚微米粒子构成，例如在包含嵌入式芯片的印刷电路板中的介电油墨和金属粒子油墨，而且在一些实施例中，树脂油墨可以被配置成促进通过印刷头的微液体通道内的一些阈值(例如，喷嘴孔和喷嘴颈)确定的最优操作。
在实施例中，交联剂、共聚单体、共低聚物、共聚物或者包括前述中的一种或多种的组合物且用于绝缘和/或介电油墨中，和/或所提供的导电油墨组合物可以是树脂油墨组合物内的溶液、乳液或悬浮液的一部分，或被配置成形成树脂油墨组合物内的溶液、乳液或悬浮液。
绝缘和/或介电和/或导电树脂油墨部分的印刷图案可以由富含树脂的油墨组合物制成，例如悬浮液、乳液、溶液等等。术语“富含树脂”是指其中相比于将颜料粒子彼此结合并且将树脂层结合到下方衬底或包含嵌入式芯片组件层的另一印刷电路板或支撑部分及其组合所需的聚合物树脂组分包含更大比例的聚合物树脂组分的组合物。例如，富含树脂的组分层可包含聚合物树脂，其量为总树脂油墨重量的至少95wt％。
如所描述，在通过用于制造的CAM模块执行的与包含嵌入式芯片组件的印刷电路板相关的一系列参数的步骤中使用的参数可以是例如：在与包含嵌入式芯片组件的印刷电路板相关的一系列参数中使用的参数；层中的绝缘和/或介电树脂油墨图案、层中的导电油墨图案、对绝缘和/或介电树脂的固化要求、层中的导电油墨图案的烧结、每个芯片的位置和/或类型、处理量要求，或包括前述中的一个或多个的参数组合。
术语“模块”的使用并不意味着作为模块的一部分而被描述和要求保护的组件或功能性都被配置在(单个)共同封装中。实际上，模块的各种组件中的任一个或全部，无论是控制逻辑还是其它组件，都可以结合在单个封装中，或者被单独维护，并且可以进一步分配到多个分组或封装中或跨越多个(远程)位置和装置。
CAM模块可以包括：2D文件库，其存储从包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的3D可视化文件转换的文件；处理器，其与所述库通信；存储器装置，其存储由处理器执行的一组操作指令；一个或多个微机械喷墨印刷头，其与处理器和所述库通信；以及一个(或多个)印刷头接口电路，其与2D文件库、存储器和一个或多个微机械喷墨印刷头通信，所述2D文件库被配置成提供特定地针对功能层的印刷机操作参数；预处理计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)生成的与待制造的包含嵌入式芯片组件的3D印刷电路板相关联的信息，由此获得多个2D文件；将在来自包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的3D可视化文件进行预处理的步骤中所处理的多个2D文件加载到2D文件库上；并且使用2D文件库，指示处理器以预定次序印刷包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的预定层。
表示用于制造本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的3D可视化文件可以是：ODB、ODB++、.asm、STL、IGES、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、Rhino、Altium、Orcad或包括前述中的一个或多个的文件；并且其中，表示至少一个基本2D层(并且上传到库)的文件可以是例如JPEG、GIF、TIFF、BMP、PDF文件，或包括前述中的一个或多个的组合。
在某些实施例中，CAM模块进一步包括用于制造包含嵌入式芯片组件的一个或多个印刷电路板的计算机程序产品，所述嵌入式芯片组件例如电子组件、机器部分、连接器等等。印刷组件可以包括离散金属(导电)组件和树脂(绝缘和/或介电)组件两者，其各自并且均任选地同时或依序且连续地印刷在PCB和/或FPC的刚性部分或柔性部分上。术语“连续”及其变体意指在基本上不间断的过程中印刷。在另一实施例中，连续是指在层、部件或结构中没有沿其长度的明显中断的层、部件或结构。
控制本文所描述的印刷过程的计算机可以包括：计算机可读存储介质，其具有以其实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在由数字计算装置中的处理器执行时致使三维喷墨印刷单元执行以下步骤：预处理计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)生成的与本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板相关联的信息(换句话说，表示包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的3D可视化文件)，由此获得多个2D文件(换句话说，表示用于印刷包含和/或不包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的至少一个基本2D层以及其它组件的隔室指定的文件)，每个2D文件按照特定次序针对一个预定层；将预处理步骤中所处理的多个2D文件加载到2D文件库上；在衬底表面引导来自三维喷墨印刷单元的第一喷墨印刷头的金属材料的滴流；在衬底表面引导来自三维(3D)喷墨印刷单元的第一喷墨印刷头的绝缘和/或介电树脂材料的滴流；替代地或另外，在金属图案和/或树脂图案的表面，引导来自三维喷墨印刷单元的另一喷墨印刷头的材料的滴流；在衬底的x-y平面上相对于衬底移动喷墨头，其中对于多个层中的每一个，在衬底的x-y平面上相对于衬底移动喷墨头的步骤是在本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的逐层制造中在衬底上执行的。
另外，计算机程序可以包括用于执行本文所描述的方法步骤的程序代码方式，以及包括程序代码方式的计算机程序产品，程序代码方式存储在可以被计算机读取的介质上，例如软盘、硬盘、CD-ROM、DVD、USB记忆棒、或者可以通过例如因特网或内联网等数据网络访问的存储介质，此时计算机程序产品加载在计算机的主存储器中并由计算机执行。
本文所描述的方法中使用的存储器装置可以是各种类型的非易失性存储器装置或存储装置中的任一个(换句话说，在不通电的情况下不会丢失信息的存储器装置)。术语“存储器装置”意图涵盖安装介质，例如，CD-ROM、软盘或磁带装置或例如磁性介质的非易失性存储器，例如，硬盘驱动器、光学存储装置或ROM、EPROM、FLASH等。存储器装置还可包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储器介质可位于在其中执行程序(例如，提供的3D喷墨印刷机)的第一计算机中，和/或可位于通过例如因特网等网络连接到第一计算机的第二不同的计算机中。在后一种情况下，第二计算机可进一步向第一计算机提供程序指令以供执行。术语“存储器装置”还可以包含两个或更多个存储器装置，其可位于不同的位置，例如在通过网络连接的不同计算机中。因此，例如，位图库可以位于远离联接到所提供的3D喷墨印刷机的CAM模块的存储器装置上，并且可以被所提供的3D喷墨印刷机访问(例如，通过广域网)。
除非另外特定陈述，否则如从以下论述中显而易见，应理解在整个说明书的论述中，使用例如“处理”、“加载”、“通信”、“检测”、“计算”、“确定”、“分析”等术语指代计算机或计算***，或类似电子计算装置的动作和/或过程，其将表示为物理的数据(例如晶体管结构)操纵和/或转换成类似地表示为物理结构(换句话说，树脂或金属/金属的)层的其它数据。
此外，如本文所使用，术语“2D文件库”是指给定的一组文件，其一起限定包含嵌入式芯片组件的单个印刷电路板，或者包含用于给定目的的嵌入式芯片组件的多个印刷电路板。应注意，在没有芯片的情况下，2D文件库具有2D层的基本2D表示图像。换句话说，在没有芯片或芯片封装组件的2D切片的情况下，图案可包含引线和裸片垫表示。在另一实施例中，可以转换芯片或芯片封装组件表示以进行印刷。
术语“2D文件库”还可以用于指一组2D文件或任何其它光栅图形文件格式(作为像素集合的图像表示，通常采用矩形栅格的形式，例如BMP、PNG、TIFF、GIF)，其能够被编入索引、搜索、以及重组以提供不包含嵌入式芯片组件的给定印刷电路板的结构层，无论搜索是针对本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板还是不具有嵌入式芯片的给定特定层。
基于转换的计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)数据包，在方法、程序和库中所使用的CAD/CAM生成的、与待制造的本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板相关联的信息可以是例如IGES、DXF、DWG、DMIS、NC文件、文件、STL、EPRT文件、ODB、ODB++、.asm、STL、IGES、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、Rhino、Altium、Orcad、Eagle文件或包括前述中的一个或多个的包。另外，附加到图形对象的属性转移制造所需的元信息，并且可以精确地限定本文所描述的包含嵌入式芯片组件的印刷电路板的图像以及图像的结构和颜色(例如，树脂或金属)，使制造数据从设计(例如3D可视化CAD)高效且有效地转移到制造(例如CAM)。因此且在实施例中，使用预处理算法将本文所描述的DWG、DXF、STL、EPRT ASM等等转换成2D文件。
通过参考附图可以获得对本文公开的组件、过程、组件和装置的更完全理解。这些图式(在本文中也被称作“图”仅为基于便利性和易于证明本公开的示意性表示，且因此，并不意欲指示装置或其组件的相对大小和尺寸和/或限定或限制例示性实施例的范围。尽管为清楚起见在以下描述中使用了特定的术语，但是这些术语仅旨在表示在附图中选择用于说明的实施例的特定结构，而不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下文的以下描述中，应理解，相同的附图标记指代具有相同功能的组件。
转向图2A到3C，其示出形成其中嵌入有多个芯片的印刷电路板的方法。如所示出，使用本文所描述的***和组合物，使用CAM模块，获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层的所生成文件，所述2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨、导电油墨的图案，其中所述图案不包含多个芯片中的任一个，或包括两个或更多个芯片的组合；使用第一印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片(例如，201、202)的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案100。如图2A中所示，图案被构建成使得隔室101(例如，用于微处理器201)、102(例如，用于热传感器202)、103i(例如，用于电容器203i)、104j(例如，用于LED芯片204j)和105m(例如，用于电阻器205m)被印刷并构建，使得每个指定的隔间被配置成精确地容纳针对所述特定隔室指定的组件。2D层可以一次印刷或随后逐层印刷。由于组件(例如，LED芯片204j和电阻器205m)的高度不相同，可以预见的是，某些2D层表示将包含用于构建一个隔室(例如104j)而不是另一隔室(例如，105m)的指定区域。在实施例中，隔室被配置成具有位于平直水平面上的顶部。但是，这可以基于设计约束进行变化。
可接着固化不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的2D层中对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案。
如图2A和3B中所示，至少两个芯片可接着放置在指定区域中(换句话说，对应于每个芯片(例如，微处理器201)、电阻器、电容器和待嵌入不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一(根据需要，或后续层)基本2D层上的所需组件的隔室中)，其中芯片与顶部的接触层(例如，210、212，换句话说，接合垫)放置在一起。因此，芯片或组件颠倒，使金属化接触件顶部暴露在单个平面中。
接着，使用第二印刷头，在印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于导电油墨表示的图案，此时图案包含待嵌入以进行印刷的多个芯片。如所示出，导电图案可以包括从微处理器201到电阻器205m的迹线引线。进一步示出金属化圆筒305v，其被配置成形成限定在嵌入层400中的盲孔405v的金属化部分。还示出了互连件304q以及接触垫302k，所述互连件被配置成将每个LED芯片204j的一个电极连接到对应电阻器205m，所述接触垫被配置成将LED芯片204j的另一电极连接(此处为串联)到电容器203i，所述电容器与温度传感器202(参见例如图2B)连通。由于导电图案是逐层印刷的，因此互连件304q不一定需要是平坦的(例如，仅在X-Y方向上)，且可以三个维度印刷(例如，也在Z方向上)。同样且如本文所公开，在某一实施例中，通过使用具有额外导电组合物的额外印刷头，有可能由一种金属(例如，银Ag)形成金属化圆筒305v，其被配置成形成界定在嵌入层400中的盲孔405v的金属化部分，而互连件304q可以由铜组合物形成，由此提供大得多的柔性。
可以烧结包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中对应于导电油墨表示的图案。应注意，当在导电油墨中使用两种不同的金属时，烧结可以不同的方法进行，例如对一种金属使用激光，而对另一种金属使用加热。通过使用导电油墨，可以在没有焊接的情况下连接接合垫或接触件，由此形成集成电路。
接着，使用CAM模块获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的图案，其中所述图案400被配置成在印刷电路板内嵌入多个芯片；使用第一印刷头在印刷电路板的基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，此时包含或考虑待嵌入印刷电路板内的多个芯片的位置；以及固化对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，由此嵌入多个芯片。如所示出，盲孔405v可以限定在接触圆筒305v周围。还示出了导电油墨组合物图案。
如图3A到3C中所示，所述方法可用以直接印刷具有完全嵌入的组件的集成电路。应注意，本文所描述的方法中的添加制造是自上而下的，而如图1中所见，将组件嵌入PCB中的当前方法是从下到上的。
如本文所使用，术语“包括”及其衍生词希望是开放式术语，其指定所陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其它未陈述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤的存在。前述内容也适用于具有类似含义的词，例如术语“包含”、“具有”及其衍生词。
本文所公开的所有范围都包含端点，并且端点可以彼此独立地组合在一起。“组合”包含混合、混合物、合金、反应产物等。本文的术语“一个/一种(a)”、“一个/一种(an)”和“所述”并不表示数量的限制，并且应被解释为既涵盖单数也涵盖复数，除非本文另有说明或明显与上下文相矛盾。本文使用的后缀“(s)”希望既包含其所修饰术语的单数也包含复数，因此包含所述术语中的一个或多个(例如，印刷头包含一个或多个印刷头)。整个说明书中对“一个实施例”、“另一实施例”、“一实施例”等等的提及，当存在时，意味着结合所述实施例描述的特定要素(例如特征、结构和/或特性)包含在本文所描述的至少一个实施例中，而且可能在其它实施例中存在或不存在。此外，将理解的是，所描述的要素可以任何适当的方式在各种实施例中组合。此外，本文的术语“第一”、“第二”等等并不表示任何次序、数量或重要性，而是用来表示将一个要素与另一个进行区别。
同样，术语“约”意味着数量、大小、配方、参数以及其它数量和特性并不精确并且不需要精确，但可能根据需要是近似的和/或更大或更小的，这反映出公差、转换因素、四舍五入、测量误差等等，以及本领域技术人员已知的其它因素。一般来说，数量、大小、配方、参数或其它数量或特性都是“大约”或“近似”的，无论是否明确表示为这样。
因此，在实施例中，本文提供一种使用喷墨印刷机在印刷电路板中嵌入多个芯片的方法，其包括：提供喷墨印刷***，所述喷墨印刷***具有：第一印刷头，其具有：至少一个孔口、绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的绝缘和/或介电树脂泵；第二印刷头，其具有：至少一个孔口、导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应导电油墨的导电油墨泵；传送器，其可操作地联接到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到第一印刷头、第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头中的每一个；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在非易失性存储器上以进行以下操作：接收表示包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的3D可视化文件；生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷包含多个嵌入式芯片的印刷电路板，其中表示至少一个基本2D层的文件不包含多个芯片中的任一个的表示，从而在没有芯片的情况下形成基本2D层的基本2D表示图像；接收与包含多个嵌入式芯片的印刷电路板相关的一系列参数；以及基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的文件，其中CAM模块被配置成控制印刷头中的每一个；提供绝缘和/或介电树脂喷墨油墨组合物和导电油墨组合物；使用CAM模块获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨、导电油墨的图案，其中所述图案不包含多个芯片中的任一个，或包括两个或更多个的组合；使用第一印刷头在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案；固化不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的2D层中对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案限定多个芯片、电阻器、电容器和任何其它相关联组件中的每一个的指定区域，将至少两个芯片放置在不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层上的指定区域中，其中芯片与顶部的接触层放置在一起；使用第二印刷头，在包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于导电油墨表示的图案；烧结包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中对应于导电油墨表示的图案；使用CAM模块，获得表示包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层的生成文件，2D层包括表示绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的图案，其中所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；使用第一印刷头，在包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层中形成对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，所述图案被配置成将多个芯片嵌入于印刷电路板内；以及固化对应于绝缘和/或介电树脂表示的图案，由此嵌入多个芯片，所述方法进一步包括(i)在将至少两个芯片放置在不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层上的指定区域中的步骤之前，使用CAM模块获得表示不包含用于在第一层之后印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的基本2D层的生成文件；以及重复用于形成绝缘和/或介电树脂的后续层的步骤，其中(ii)固化第一层的步骤包括加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应，或包括前述中的一个或多个的组合，其中(iii)导电油墨组合物包括：平均直径为D2,1，粒径在约20nm与约150nm之间的金属纳米粒子；以及视情况选用的溶剂，其中(iv)金属纳米粒子的纵横比基本大于1(>>1)，其中(v)绝缘和/或介电树脂油墨是多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合的溶液；交联剂；以及自由基光引发剂，其中(vi)绝缘和/或介电树脂是：聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙烯基吡咯烷酮)，或包括前述中的一种或多种的混合物或共聚物的组合，其中(vii)多个芯片包括芯片封装，(viii)芯片封装是方形扁平封装(QFP)封装、薄型小外形封装(TSOP)、小外形集成电路(SOIC)封装、小外形J引线(SOJ)封装、塑料有引线芯片载体(PLCC)封装、晶片级芯片规模封装(WLCSP)、模制阵列工艺-球栅阵列(MAPBGA)封装、方形扁平无引脚(QFN)封装、平面栅格阵列(LGA)封装、无源组件，或包括前述中的两个或更多个的组合，其中(ix)在与包含多个嵌入式芯片的印刷电路板相关的所述一系列参数中使用的参数是：层中的绝缘和/或介电树脂油墨图案、层中的导电油墨图案、绝缘和/或介电树脂的固化要求、层中的导电油墨图案的烧结、每个芯片的位置和/或类型、处理量要求，或包括前述中的一个或多个的参数组合，其中(x)表示包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的3D可视化文件是ODB、ODB++、.asm、STL、IGES、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、Rhino、Altium、Orcad、Eagle文件或包括前述中的一个或多个的文件；并且其中表示至少一个基本2D层的文件是JPEG、GIF、TIFF、BMP、PDF文件，或包括前述中的一个或多个的组合，其中(xi)喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口，第二绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二绝缘和/或介电树脂油墨的第二绝缘和/或介电树脂油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物；使用第二绝缘和/或介电树脂油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于第二绝缘和/或介电树脂油墨表示的预定图案；以及固化或不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于第二绝缘和/或介电树脂表示的预定图案，其中第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物中的油墨组合物不同于第一印刷头中的绝缘和/或介电树脂油墨组合物，其中(xii)喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口，第二导电油墨储集器，和被配置成通过孔口供应第二导电油墨的第二导电油墨泵，所述方法进一步包括：提供第二导电油墨组合物；使用第二导电油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于第二导电油墨表示的预定图案；以及烧结不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于第二导电油墨表示的预定图案，其中第二导电油墨组合物具有与第二印刷头中的导电油墨组合物不同的金属，其中(xiii)喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，其具有：至少一个孔口、支撑物油墨储集器，和被配置成通过孔口供应支撑物油墨的支撑物油墨泵，所述方法进一步包括：提供支撑物油墨组合物；在使用第一印刷头和/或第二印刷头的步骤之前、同时或之后，使用支撑物油墨印刷头，在不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层中形成对应于支撑物表示的预定图案；以及官能化不包含多个嵌入式芯片的电路板的2D层中对应于支撑物表示的预定图案，其中(xiv)喷墨印刷***进一步包括机器人臂，所述方法进一步包括：使用机器人臂，将至少两个芯片放置在不包含多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层上的指定区域中，其中(xv)绝缘和/或介电树脂油墨组合物被配置成粘附到导电树脂油墨组合物，其中(xvi)不包含用于印刷的多个嵌入式芯片的印刷电路板的第一基本2D层包括被配置成印刷电阻器、晶体管、电容器、传感器、通孔或包括前述组件的组合的指定区域的图案，其中(xvii)表示导电油墨的图案被配置成制造互连球，其中(xviii)第一导电油墨包括银且第二导电树脂包括铜，并且其中第二导电油墨被配置成形成到引线的接合，并且其中(xix)第二介电树脂油墨被配置成在芯片上形成模框。
尽管已经依据一些实施例描述了基于转换3D可视化CAD/CAM数据包使用喷墨印刷对包含嵌入式芯片组件的印刷电路板进行3D印刷的前述公开内容，但根据本文的公开内容，其它实施例对本领域普通技术人员也将是显而易见的。此外，所描述的实施例仅以实例的方式呈现，并不意在限制本发明的范围。事实上，本文所描述的新颖的方法、程序、库以及***可以在不背离其精神的情况下以各种其它形式实施。因此，考虑到本文的公开内容，其它组合、省略、替换以及修改对技术人员来说将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种使用喷墨印刷机在印刷电路板中嵌入多个芯片的方法，其包括：
a.提供喷墨印刷***，其具有：
i.第一印刷头，其具有：至少一个孔口、绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的绝缘和/或介电树脂泵；
ii.第二印刷头，其具有：至少一个孔口、导电油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应导电油墨的导电油墨泵；
iii.传送器，其可操作地联接到所述第一印刷头、所述第二印刷头、第三印刷头和第四印刷头，所述传送器被配置成将衬底传送到所述第一印刷头、所述第二印刷头、所述第三印刷头和所述第四印刷头中的每一个；以及
iv.计算机辅助制造(“CAM”)模块，其包括：数据处理器；非易失性存储器；以及一组可执行指令，所述可执行指令存储在所述非易失性存储器上以进行以下操作：
1.接收表示包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的3D可视化文件；
2.生成表示至少一个基本2D层的文件以印刷包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板，其中表示所述至少一个基本2D层的所述文件不包含所述多个芯片中的任一个的表示，从而在没有所述芯片的情况下形成所述基本2D层的基本2D表示图像；
3.接收与包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板相关的一系列参数；以及
4.基于所述一系列参数中的至少一个更改表示至少一个基本2D层的所述文件，
其中所述CAM模块被配置成控制所述印刷头中的每一个；
b.提供所述绝缘和/或介电树脂喷墨油墨组合物和所述导电油墨组合物；
c.使用所述CAM模块获得表示包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的第一基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示所述绝缘和/或介电树脂喷墨油墨、所述导电油墨的图案，其中所述图案不包含所述多个芯片中的任一个或包括两个或更多个的组合；
d.使用所述第一印刷头在不包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述第一基本2D层中形成对应于所述绝缘和/或介电树脂表示的所述图案；
e.固化不包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述2D层中对应于所述绝缘和/或介电树脂表示的所述图案，所述图案限定用于所述多个芯片、电阻器、电容器和任何其它相关联组件中的每一个的指定区域；
f.将至少两个芯片放置在不包含所述多个嵌入式芯片的印刷电路板的所述第一基本2D层上的指定区域中，其中所述芯片与顶部的接触层放置在一起；
g.使用所述第二印刷头，在包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的印刷电路板的所述第一基本2D层中形成对应于所述导电油墨表示的所述图案；
h.烧结包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的印刷电路板的所述第一基本2D层中对应于所述导电油墨表示的所述图案；
i.使用所述CAM模块获得表示包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的基本2D层的生成文件，所述2D层包括表示所述绝缘和/或介电树脂喷墨油墨的图案，其中所述图案被配置成将所述多个芯片嵌入于所述印刷电路板内；
j.使用所述第一印刷头在包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述基本2D层中形成对应于所述绝缘和/或介电树脂表示的所述图案，所述图案被配置成将所述多个芯片嵌入于所述印刷电路板内；以及
k.固化对应于所述绝缘和/或介电树脂表示的所述图案，由此嵌入所述多个芯片。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将至少两个芯片放置在不包含所述多个嵌入式芯片的印刷电路板的所述第一基本2D层上的所述指定区域中的所述步骤之前，使用所述CAM模块获得表示不包含用于在所述第一层之后印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的基本2D层的生成文件；以及重复用于形成所述绝缘和/或介电树脂的后续层的所述步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中固化所述第一层的所述步骤包括加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应，或包括前述中的一个或多个的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电油墨组合物包括：平均直径为D2,1粒径在约20nm与约150nm之间的金属纳米粒子；以及视情况选用的溶剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述金属纳米粒子的纵横比基本大于1。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述绝缘和/或介电树脂油墨是多官能丙烯酸酯单体、低聚物、聚合物或其组合的溶液；交联剂；以及自由基型光引发剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述绝缘和/或介电树脂是：聚酯(PES)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVOH)、聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙烯基吡咯烷酮)，或包括前述中的一种或多种的混合物或共聚物的组合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个芯片包括芯片封装。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述芯片封装是方形扁平封装(QFP)封装、薄型小外形封装(TSOP)、小外形集成电路(SOIC)封装、小外形J引线(SOJ)封装、塑料有引线芯片载体(PLCC)封装、晶片级芯片规模封装(WLCSP)、模制阵列工艺-球栅阵列(MAPBGA)封装、方形扁平无引脚(QFN)封装、平面栅格阵列(LGA)封装、无源组件，或包括前述中的两个或更多个的组合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在与包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板相关的所述一系列参数中使用的参数是：所述层中的所述绝缘和/或介电树脂油墨图案、所述层中的所述导电油墨图案、对所述绝缘和/或介电树脂的固化要求、所述层中的所述导电油墨图案的烧结、每个芯片的位置和/或类型、处理量要求，或包括前述中的一个或多个的参数组合。
11.根据权利要求1中任一项所述的方法，其中表示包含所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述3D可视化文件是ODB、ODB++、.asm、STL、IGES、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、Rhino、Altium、Orcad、Eagle文件，或包括前述中的一个或多个的文件；并且其中表示至少一个基本2D层的文件是JPEG、GIF、TIFF、BMP、PDF文件，或包括前述中的一个或多个的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二绝缘和/或介电树脂油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应所述第二绝缘和/或介电树脂油墨的第二绝缘和/或介电树脂油墨泵，所述方法进一步包括：
a.提供第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物；
b.使用所述第二绝缘和/或介电树脂油墨印刷头，在不包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述第一基本2D层中形成对应于所述第二绝缘和/或介电树脂油墨表示的预定图案；以及
c.固化或不包含所述多个嵌入式芯片的所述电路板的所述2D层中对应于所述第二绝缘和/或介电树脂表示的所述预定图案，其中所述第二绝缘和/或介电树脂油墨组合物中的油墨组合物不同于所述第一印刷头中的所述绝缘和/或介电树脂油墨组合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、第二导电油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应所述第二导电油墨的第二导电油墨泵，所述方法进一步包括：
a.提供第二导电油墨组合物；
b.使用所述第二导电油墨印刷头，在不包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述第一基本2D层中形成对应于所述第二导电油墨表示的预定图案；以及
c.烧结不包含所述多个嵌入式芯片的所述电路板的所述2D层中对应于所述第二导电油墨表示的所述预定图案，其中所述第二导电油墨组合物具有与所述第二印刷头中的所述导电油墨组合物不同的金属。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷墨印刷***进一步包括额外印刷头，所述额外印刷头具有：至少一个孔口、支撑物油墨储集器，和被配置成通过所述孔口供应所述支撑物油墨的支撑物油墨泵，所述方法进一步包括：
a.提供支撑物油墨组合物；
b.在使用所述第一印刷头和/或所述第二印刷头的所述步骤之前、同时或之后，使用所述支撑物油墨印刷头，在不包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述第一基本2D层中形成对应于所述支撑物表示的预定图案；以及
c.官能化不包含所述多个嵌入式芯片的所述电路板的所述2D层中对应于所述支撑物表示的所述预定图案。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷墨印刷***进一步包括机器人臂，所述方法进一步包括：使用所述机器人臂，将所述至少两个芯片放置在不包含所述多个嵌入式芯片的印刷电路板的所述第一基本2D层上的所述指定区域中。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述绝缘和/或介电树脂油墨组合物被配置成粘附到所述导电树脂油墨组合物。
17.根据权利要求1所述的方法，其中不包含用于印刷的所述多个嵌入式芯片的所述印刷电路板的所述第一基本2D层包括被配置成印刷电阻器、晶体管、电容器、传感器、通孔或包括前述组件的组合的指定区域的图案。
18.根据权利要求1所述的方法，其中表示所述导电油墨的所述图案被配置成制造互连球。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一导电油墨包括银且所述第二导电树脂包括铜，并且其中所述第二导电油墨被配置成形成到引线的接合。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二介电树脂油墨被配置成在芯片上形成模框。
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