當前，一系列的新項目已經開始使用3D打印為復雜的應用生產出功能強大的硅基聚合物芯片，但它們與標準芯片設計相比如何？

企業正在利用新的制造工藝——3D打印

集成電路（IC）通常是通過傳統的制造方法制造的，這種方法優先考慮生產剛性器件，因為這些剛性組件是以保護芯片的方式組裝的。據專家介紹，剛性器件其實是一種障礙，它迫使半導體制造商要以較大的尺寸封裝芯片，以防止意外損壞，而芯片的內部布局必須適應此硬件，因此半導體制造商的設計創意會受到影響。

近年來，半導體制造商一直在尋求現代可用的解決方案，在這一過程中，柔性集成電路引起了廣泛關注，但其內存密度卻阻礙了這項技術的發展。在2017年之后，柔性集成電路的內存密度問題開始迎來重大突破。

先前早些時候，美國空軍研究實驗室和美國半導體公司合作產生了一種芯片，這種芯片的存儲容量是當前市場上任何柔性集成電路的7000多倍，他們創造了SoC來支持小型消費電子和商用電子的興起。

隨后，Berrigan和美國半導體公司將傳統知識與3D打印相結合，從而創建了具有密集電路的半導體薄板，這些集成電路（IC）類似于正方形的膠片，打印過程使研究人員能夠集成一個緊湊的內存控制器，從而釋放芯片的出色性能。

再后來，漢堡大學和德國電子同步加速器進行了一次合作，通過銀納米線網格促進了3D打印，當結合到基底時形成了導電表面，每根電線都是“幾十納米厚，10到20微米長”。聚合物壓縮有助于導電性，這些導電軌跡通過X射線分析進行檢查，其目標是創造具有類似于傳統集成電路結構的導電層。

從一般意義上講，諸如此類的可延展技術具有巨大的潛力，3D打印使我們能夠創建充當微控制器的靈活系統。那些具有集成內存的設備甚至可以存儲傳感器數據，使其適合可穿戴設備、IoT設備和監視應用程序。

美國空軍和美國半導體公司開發的一種柔性硅聚合物芯片。圖片由美國空軍提供。

3D打印集成電路面臨的困境

不過，3D打印的生存能力將在很大程度上取決于制造商的能力、規模或生產高收益的技術，半導體制造商就此將會卷入納米競賽，英特爾、AMD和ARM的目標是通過增加晶體管密度來減小芯片尺寸。

這些更小的設計更有能力、更節能，這些特性對于小型電子產品來說是至關重要的，較小的尺寸有助于簡化內部設計，那么半導體制造商可以通過3D打印來實現這些相同的改進嗎？

首先，有證據表明，當前半導體制造商擁有不錯的生產帶寬，但按目前的制造標準，產量仍然很低；半導體制造商也可以將集成電路和系統組件直接打印到印刷電路板（PCB）上，但是這種做法仍然是相當專業且費時費力。因此3D打印本身雖是獨特且強大的制作方式，但目前還沒有廣泛的吸引力，只能寄希望于未來。

同時，半導體工業目前在10nm或更低的波長下生產大量工藝，3D打印現在只能達到接近微米級的分辨率，印刷工藝也依賴于材料的共沉積，這是制造過程中的另一種困境。

最后，長期的芯片制造方法采用超大規模集成（VLSI），將數百萬個晶體管封裝到單個芯片中，這對于小型化至關重要。因為即使最好的3D打印機也具有相對較低的分辨率，因此無法實現這種晶體管密度，未來還需要進行改進。

未來仍舊充滿希望

不過3D打印集成電路的未來仍然充滿希望，3D打印涉及的聚合物和工藝具有獨特的優勢：如聚合物與半導體晶圓的結合良好；可以通過PVD、CVD或熱蒸發法進行電觸點的附加沉積；聚合物可以應對冷熱溫度波動；這些材料也較不易碎，3D打印SoC可能比其前任產品具有長期的耐用性和性能優勢，尤其是在芯片尺寸趕上之后。

一旦這項技術成熟，3D打印可能會早日起飛。越來越多的公司可能會采用3D打印集成電路（IC）作為可靠、便宜的替代方案，這將有助于該技術獲得可見性和動力。為了使3D打印進入對話，有必要對打印過程進行進一步的改進，一旦出現新的印刷技術，制造商將獲得豐厚的回報。

同時需要注意的是，小批量生產對于3D集成電路是有利的，與傳統的同類產品不同，它們不需要在晶圓上生產，這消除了成本密度問題，制造時間是一致的，因此，低容量的電子制造商可能會選擇采用3D打印。但是如果要進行大批量制造，公司必須在新機器上進行投資，這些資本成本會迅速增加，半導體制造商還必須考慮生產后的質量控制成本，在制造過程還沒有完全解決之前，制造商可能會選擇拋棄3D打印集成電路的可能性。