综述：基于光固化增材制造的电子陶瓷材料与基础原理

这篇综述系统探讨了光固化（VPP）增材制造（AM）技术在电子陶瓷领域的应用潜力，重点解析了介电陶瓷与半导体陶瓷的材料特性、光敏浆料配方设计（涉及流变学/光传播/脱脂烧结关键参数），并对比了传统成型工艺与AM技术在三维结构自由度、精度及成本效益方面的优劣。文章为跨学科融合（材料科学-光子学-电子工程）提供了理论框架，同时展望了循环VPP（CVP）等新兴技术对复杂功能器件的制造革新。

　　

电子陶瓷的科技革命：光固化增材制造的破局之道

电子陶瓷的核心地位

作为现代电子设备的"骨骼"与"神经"，电子陶瓷在滤波器、传感器、能量收集器等器件中扮演双重角色：既是结构支撑体（如集成电路封装基板），又是功能响应单元（如压电换能器）。其性能核心在于晶界与晶粒的微观调控——介电陶瓷通过极化响应电场（ε_r

10），半导体陶瓷则依赖载流子迁移（σ~10^-6
-10³
S/m）。传统模压/切削工艺却受限于几何复杂度与微型化需求（如氧化锆牙科植入体加工缺陷率>15%），亟需制造范式革新。

增材制造的降维打击

光固化（VPP）技术以20-100 μm的层厚精度实现三维自由成型，其"数字光处理-光聚合-脱脂烧结"工艺链彻底规避模具限制。关键突破在于浆料配方：

• 陶瓷相：Al₂
  O₃
  /BaTiO₃
  等粉末需满足45-60 vol%固含量与D₅₀
  <1 μm的粒径分布
• 光敏体系：丙烯酸酯树脂（折射率n~1.5）需与陶瓷颗粒（n>2.0）光学匹配，紫外吸收剂（如TPO-L）浓度需<0.5 wt%以避免固化深度骤降
• 流变改性：触变剂（如气相SiO₂
  )使粘度在剪切速率γ=10 s^-1
  时<3 Pa·s，确保刮刀铺展稳定性

物理机制的协同博弈

光固化过程存在三重耦合效应：

1. 光子输运：高折射率陶瓷导致光散射增强（散射系数μ_s
   ∝(n_ceramic
   -n_resin
   )²
   ），需通过400-500 nm蓝光波段降低能量衰减
2. 热力学博弈：脱脂阶段（1-5°C/min升温速率）的有机物分解与烧结阶段（>1400°C）的晶界扩散需精确时序控制，避免层间剥离
3. 介电-结构关联：3D打印蜂窝结构可使介电常数ε降低30%，但Q值（品质因数）需通过晶界工程维持在>10⁴

技术前沿的破冰尝试

新兴循环VPP（CVP）系统通过动态浆料更新解决高固含量导致的沉降问题；红外光固化技术对碳化硅（SiC）等宽禁带半导体适用性显著提升。但挑战犹存——多材料打印的界面结合强度（<50 MPa）仍落后于传统共烧工艺（LTCC/HTCC）。

未来赛道的胜负手

下一代电子陶瓷增材制造将聚焦三大方向：拓扑优化晶格赋予超常压电系数（d₃₃

500 pC/N）、机器学习辅助浆料成分逆向设计、飞秒激光直写实现亚微米特征（<500 nm）。这场制造革命或将重新定义电子器件的功能边界。