銅在電子行業有著悠久的應用歷史，但現在，它有望成為可持續印刷電子產品的新標準。

據麥姆斯咨詢介紹，加拿大一支由學術界和工業界研究人員組成的聯合團隊證明，與當前的PCB技術相比，銅基印刷電路有望減少化學品消耗，滿足可靠性標準，并降低整體印刷制造成本。

銅基印刷電路因其重量輕、成本低以及更好的環境效益而備受青睞

這項研究由加拿大最大的微電子研發中心C2MI和加拿大研究型大學加拿大魁北克大學高等技術學院（école de technologie supérieure，ETS）合作進行。C2MI印刷電子和微電子組裝工藝開發工程師Christophe Sansregret表示，這項研究可以追溯到2019年，是開發更可持續PCB制造技術的一部分（如今的工藝不夠環保）。

“半導體領域正在大力推動可持續發展和整體業務的綠色化。”Sansregret說，“材料浪費是其中有待解決的重要部分。”

如今，半導體行業大多都在使用銀進行印刷，這存在可靠性問題。Sansregret解釋稱，銀與空氣和空氣中的水分發生反應，形成小枝晶。如果沒有機械屏障，就有可能產生短路。他說，銀的這種電遷移問題已經發現了數十年，為了尋找可行的替代品，對銅增材制造展開了研究。

當然，銅也有其自身的缺點。此次合作研究的目的就是找到一種兩全其美的解決方案——利用增材制造技術進行銅打印，以防止銅浪費，并實現與傳統PCB技術一樣可靠的化學特性。Sansregret表示，目前在傳統PCB制造中使用銅，會導致80%的銅被浪費。

更少的材料浪費可以降低成本，同時對環境更友好。與銀油墨相比，研究人員能夠將使用銅的油墨成本降低50%以上，同時與當前PCB技術的減材制造工藝相比，還減少了化學品消耗。C2MI/ETS的解決方案包括了電路的直接打印。

可持續發展推動了銅打印

對銅的研究是開發更可持續微電子制造方法的重要部分。

渥太華卡爾頓大學（Carleton University）電子工程系副教授Ravi Prakash所在的研究實驗室專注于有機傳感器及器件的研究，包括推動可持續生物電子學、下一代生物傳感器以及柔性電子器件。

Ravi Prakash表示，這包括用于印刷電子產品的基材，銅預計將發揮更大的作用。銅作為一種具有長期前景的材料受到了廣泛研究。電動汽車的增長以及消費電子產品的激增在一定程度上推動了對銅打印的研究。

他說，半導體行業一直看好銅，它是目前IT行業中最常用的金屬，但在銅打印方面，可擴展性一直是需要克服的關鍵挑戰之一。

卡爾頓大學的研究一直在尋找采用新方法或新工藝的銅沉積解決方案，但實驗研究還有很長的路要走。Ravi Prakash表示：“現在，我們可以使用更可持續的工藝來整合高密度銅打印互連。”

NextFlex技術中心晶圓廠運營總監Art Wall表示，銅打印的一個主要障礙是防止銅在油墨固化時過度氧化。他說，業界正在尋找一種盡可能接近塊體銅解決方案——塊體半導體材料通常可以通過簡單的化學沉淀獲得。

Wall說，有些廠商有解決氧化問題的解決方案，但這些解決方案并不能普及——標準在半導體行業至關重要。他說：“我們需要非常可靠、可重復且非常標準化的東西。”

銅打印能夠降低重量和成本

銅打印的回報方式很多，其中最重要的是減少了蝕刻和圖案化造成的浪費。除了環境效益，在減少傳統光刻和蝕刻帶來的資本支出方面，銅打印的經濟效益也很顯著。

NextFlex是一家專注于增材制造的柔性混合電子制造機構，對基建設備的需求相對較小，而且，現在可用的打印機“便宜得離譜”。

Wall說，銅打印對于設備重量是重要考量因素的行業非常有意義，例如航空航天和汽車應用等，因為減輕重量可以降低成本。其它對銅打印感興趣的領域還包括醫療器械，以及可穿戴設備。

Wall表示，制造更輕的電子產品是破解銅密碼的巨大動力，尺寸、重量、性能和成本都將受益于可擴展的銅打印。噴墨打印的進步推動了銅打印的發展，由于材料的創新，噴墨打印正變得價格合理且無處不在。

審核編輯：劉清