各种类型的印制微结构预计将成为先进电子封装的关键技术。该技术的主要优点与好的节线和间隔及产品的扩展有关。喷墨技术可以很容易地实现三维堆叠，只需要改变喷墨装置的位置，就可以在绝缘层上重复印制电路。垂直方向上的连接可由墨滴堆栈来实现，而不需要在各薄层与基板间连接导线（连接通孔可以用导电墨滴填充）。
在喷墨技术中，印制操作每次喷射的每个墨滴都形成结构高度一致的圆点（见图12.13左图）。这一系列的印制点构成非常规则的单点矩阵。当基板仅在喷射间隙运动时，印制点的形状便是对称的。否则，如果基板运动地非常快，点的形状就会变形，如图12.13右图所示。
喷射频率、基板的运动速率和来回运动的次数三者综合作用，便可能导致印制线路边缘轻微变形（见图12.14左图），或形成通常最理想的，即有稳定宽度和厚度的线路（见图12.14右图）。要印制更复杂的图形，便要依赖于X-Y平面的控制软件，该软件是用来控制基板的移动的。
图12.13 一滴含有纳米银颗粒的油墨（直径为0.23mm）[3，4]
图12.14 由含有纳米银颗粒的油墨印制的导线[3，4]
在不同材料的基板上印制得到的微结构有很大的质量差别。微结构印制越好，印制模板缺陷（如突起或微桥现象或破裂）就会越大。液体强大的表面张力会通过减小液体的表面积来减小表面能，并导致了这些印制缺陷的形成。如今有两种消除缺陷的方法：一种是使用疏水和亲水涂层在基板上先印制一次电路；另一种是多通道印制技术。在前一种方法中，喷在基板上的液滴的强大的表面能，可使其进行自定位（self-aliged）。但是这种方法不能使用喷墨技术直接印制。在后一种方法中，多步印制离散点图案并叠加形成最终的电路图案，其分辨率是由液滴的大小决定的[43]。这种消除缺陷的喷墨技术可以形成精确、尺寸稳定的结构。
使用导电油墨的喷墨技术被认为是能够用于各种电子设备的无掩模生产。使用喷墨技术生产的可印制电子产品有如下优点：
1）在大基板上能直接印制金属电路
2）能制造少量而多种微电子产品
3）可以用数字化设计技术实现实时生产
4）保护材料损失较少
这些优点使可靠的印制技术越来越多地在微电子行业得到运用。但是，关键问题在于，纳米颗粒印制的图案结构是否能够与传统技术印制的图案结构相竞争。这些传统技术包括导电银膜印制、厚银膜、厚铜膜和传统蚀刻技术。其中，传统蚀刻技术需要考虑路径分辨率、表面质量、微结构、电导率和成本等因素。这些技术的比较结果见表12.4[44]。
表12.4 由不同技术和材料制作的线路的性质
由于对油墨路径的验收没有一个标准说明，则建立了一套基于IPC-601311[45]的准则来评价路径分辨率。合理的分辨率必须符合下面两个要求：
1）由标称分辨率得到的路径宽度，其偏差应小于20%。例如，对于75μm的标称分辨率，则路径宽度应该在60～90μm的范围内。
2）路径的边界是光滑的和平行的，且没有金属从指定边界突出。(www.xing528.com)
如果任意一个要求不能得到满足，则印制的电路不合格。试验样品可接受的分辨率见表12.4。这些结果（如路径缺陷[45]及微结构）表明，含有纳米银的油墨比其他方法更有技术上的优势。纳米银墨水印制法具有较高的分辨率、良好的导电性、合适的密度分布和光亮的表面。与厚铜膜技术相比，其另一优势是具有良好的抗潮湿和抗腐蚀的能力。因此，它不需要外加保护材料。
在工业应用中，对于纳米银油墨及相应的喷墨技术有特殊的要求[46]。为了稳定喷射该油墨，金属颗粒的聚集性和沉降性必须在任何情况下可以得到控制，而且需要保证在打印头附近形成的气液交界面中油墨的粘度不增加。为了提高可印制电子器件的生产效率，在使用不同的喷嘴或打印头时，必须保证喷出液滴体积的均匀度。人们认识到，液滴的速率与其体积成比例，这样就决定了印制图案的线宽或印制区域的厚度。在工业应用的喷墨技术中，液滴体积的均匀性在±1%之内，印制位置的精确度在±3μm之内便足够。
可接受的间距分辨率应在100μm之内。而丝网印制术中使用常规导电胶就可以达到这样的分辨率要求。在丝网印制术中，使用纳米银胶体可以容易地形成小间距的图案。这种图案的线条和间隙小于50μm。图12.15左图所示为烧结后在氧化铝膜上形成的电路实例，其线条和间隙都为30μm[7]。
图12.15 细间距电路的组成（用丝网印制[7]（左图）的线宽和间隙 都为30μm，以及喷墨印制（右图））（经授权使用）
只有喷墨打印技术可以得到更加精细的电路图案。图12.15右图所示为一条在玻璃基板上用纳米银印制的线路[21]。在其格状区域中的一个10μm的网格中，导线的宽度仅有大约3μm。而导电油墨中的纳米银颗粒的平均大小就为5nm。
在电子电路中形成这样精细的线路，银的电迁移作用可能在长期可靠性方面带来负面影响。可以使用由银钯合金作为填充物的导电材料来制成可控迁移膜，如NAGNPD8515。根据表12.1，与纯银相比，银钯合金的烧结温度高于300℃。若在该温度下加热30min，氧化铝基板上的印制线路的电阻率变为12.1×10-6Ω·cm。若在500℃下烧结30min，印制线路的电阻率会下降到8.4×10-6Ω·cm。由浸泡实验可得到，使用银钯合金纳米颗粒印制的电路比使用纳米银印制的可靠性更高[7]。
图12.16 包含20层金属层的电路板断面正视图（经授权使用）[47]
喷墨技术一般可用于柔性印制电路（Flexible Printed Circuit，FPC）或多层电路板的生产（如以由CAD转化的位图数据为基础直接成型电路模型[1]）。为了生产出这样的产品，多个印制单元（喷嘴）需要同时工作。在印制机上[47]，每排180个共2排喷嘴就可以生产出多层电路板。在第一步生产过程中，将金属电路印制在绝缘层上，然后布置用于金属线层连接的垂直接线柱。然后生成绝缘层的第二层，该层应避开垂直连接接头，再印制第二层电路。重复上述步骤就可以制成多层电路板。图12.16所示为由20层金属层构成的厚度为200μm的电路板的前视图。其中用金制作的金属连接线的线宽为50μm，厚度为4μm，最小的线间距为110μm。
所谓的超细注入技术[43]可能会用于制造三维微结构。快速干燥技术的应用使之成为可能。它使用1μm的液滴在硅片上印制，形成的润湿区的寿命据估计只有0.1s。在同一位置简单地喷射超细液体，这样就可以形成具有高的长宽比值的柱形结构（见图12.17）。印制结构的高度与喷射时间呈线性关系。
三维印制不只是能制造出单柱和凸点。通过移动喷墨头可以制作出更加复杂的微结构，比如微台或微孔的阵列[43]、栅极型电感和并联电容[48]、三维微机电系统[49]。
锡铅焊料，可以用在高温喷墨印制头的连续喷墨和按需喷墨模式下，温度为220℃时，产生焊点。因此，使用它可以在沉积速度超过400凸点/s时，生成直径为24μm的凸点阵列[50]。而微电子封装希望这项技术能印制出小的导电胶点。
图12.17 在硅基板上使用超细注入技术制造的直径约为6μm的导电胶柱SEM图像[43]（经授权使用）
喷墨技术所使用的导电胶对粘合剂的成分有一些特殊要求。首先，银颗粒的大小不能超过一定的最大尺寸，该尺寸是由其堵塞印制喷嘴可能性所决定的。其次，导电胶的粘度必须小于100mPa·s，且其在室温下几小时内不能生成沉淀。当然，微结构在印制和固化后必须导电。对含有最大直径为5μm的银颗粒的特备导电胶进行检测显示[17]，满足这些要求是可以实现的，且目前已经实现了一些图案和点矩阵的印制（见图12.18）。
图12.18 使用导电胶的喷墨技术印制的线路或点阵[17]
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