Производство с метални добавки (AM), известно катометален 3D печат, все повече се прилага в сектора на полупроводниците за справяне с изискванията за висока-прецизност, висока-сложност и висока-чистота на части. Традиционната субтрактивна обработка често се бори с интегрирани сложни геометрии, безпроблемни прецизни флуидни канали и строгите нужди от -контрол на частиците на чистите стаи. Metal AM преодолява тези ограничения, като позволява производство на монолитни конструкции с почти -чиста-форма с вътрешни характеристики, които иначе биха изисквали много-сглобки, заваряване или пробиване-процеси, които въвеждат шевове, остатъчни напрежения или рискове от замърсяване.
Технологията е насочена основно към четири основни области на приложение, подкрепени от оптимизиране на топологията, усъвършенствани сплави и строга последваща-обработка. Реалните-внедрявания демонстрират измерими печалби в топлинната производителност, точността на размерите, намаляването на теглото и добива на процеса.
Високо{0}}прецизни инструменти и приспособления
Приспособления за обработка на вафли
Вакуумните затягащи приспособления, използвани при почистване на пластини, ецване и фотолитография, могат да бъдат произведени като структури от една-части без съединения. Това елиминира микроскопичните празнини, типични за сглобените приспособления, които улавят частици, спомагайки за покриване на стандартите за контрол на частици в чисти помещения ISO 14644-1-. Предпочитаните материали включват-безкислородна мед за превъзходна топлопроводимост, алуминиева сплав 6061 за леки конструкции и немагнитни неръждаеми стомани.
Основите на персонализирания електростатичен патронник (ESC) интегрират вътрешни жлебове за електроди и охлаждащи канали в една конструкция. Резултатът е по-стабилна адсорбция на пластини и подобрена топлинна еднородност по време на обработка, което намалява деформацията на пластините. Изследванията на адитивно произведени ESC компоненти (включително керамични-полимерни хибриди чрез цифрова светлинна обработка) допълнително потвърждават, че персонализираните диелектрични слоеве и интегрирането на електроди подобряват силата на затягане и надеждността при условия на процеса.
Приспособления за изпитване на полупроводници и опаковане
Приспособленията за-карти за сонда и запис-в тестовите гнезда се възползват от монолитното образуване на сложни масиви от сонди. Достижимата точност на разстоянието на сондата достига ниво ±0,005 mm, което поддържа изискванията за тестване на висока-опаковка. Основите на флип-чипове и-свързващи инструменти придобиват висока твърдост и устойчивост на износване, намалявайки степента на-отместване на свързване и повишавайки добивите при опаковане.
Примерите за промишлеността включват топологично-оптимизирани пластини и етапи, произведени чрез лазерно прахово-сливане. Редизайнът на един етап от-пластина-от алуминиева сплав постигна приблизително 15% подобрение на производителността след последваща-обработка, като същевременно намали масата. Титаниеви носещи тави, произведени чрез бързо плазмено отлагане за литографско оборудване, са доставили до 64 % спестявания на материали в сравнение с конвенционалните ковани плочи (приблизително 140 kg по-малко материал за голям компонент) заедно с по-кратки срокове за изпълнение.
Основни компоненти-за управление на топлината
Интегрираните радиатори за радиочестотни захранващи устройства и IGBT модулите включват спираловидни или решетъчни-стил вътрешни охлаждащи канали, които съответстват плътно на повърхностите-на източници на топлина. В сравнение с конвенционално пробитите канали, тези конструкции могат да намалят термичното съпротивление с 20–40% и да премахнат допълнителното съпротивление от заварените съединения.
Прецизните охлаждащи основи за инструменти за литография и ецване позволяват канали със свободна{0}}форма на повърхността, които поддържат строг контрол на температурата, минимизирайки топлинното изкривяване, което иначе би влошило верността на модела върху пластината.
Документираните резултати от метални AM вафлени маси илюстрират въздействието: термичната вариация е намалена с 83 % (от 13,8 mK на 2,3 mK), температурните градиенти са значително намалени и стабилизирането на системата е подобрено с фактор пет, допринасяйки за 1–2 nm печалби в точността на оборудването. Оптимизираните колектори за флуиди по подобен начин подобряват точността на изображенията и цялостната производителност на инструмента. Конформно охлажданите структури също се появяват в свързани инструменти, където характеристиките на вътрешната решетка или TPMS (тройно периодична минимална повърхност) подобряват равномерността на температурата в големите патронници за пластини.
Интегрирани прецизни структурни компоненти
Крайните-ефектори и шарнирните рамена за-работещи с вафли роботи могат да комбинират леки решетъчни или кухи конструкции с високо-точни данни за монтаж в един печат. Това намалява грешката при сглобяване, подобрява прецизността на движението и удължава експлоатационния живот на оборудването.
Неправилните фланци и тръбните съединители за вакуумни камери са оформени като монолитни части, елиминирайки пътеките на течове, свързани със -заварките. Подходът поддържа ултра{2}}високите-нива на вакуум (от порядъка на 10⁻⁹ Torr), необходими в полупроводниковите системи.
Увеличаването на теглото и твърдостта са количествено определени в инструментите за силициеви-вафли: един случай постигна 50% намаляване на масата с едновременно 23% увеличение на твърдостта, повишаване на резонансната честота и намаляване на вибрациите за по-висока производителност.
Специални функционални компоненти
Електродите за йонно-имплантиране и инструментите за плазмено-ецване, отпечатани от огнеупорни метали като волфрам или молибден, реализират сложни геометрии на-ограничаване на плазмата, които издържат на висока-температура, корозивни среди.
Персонализираните дюзи за запояване за полупроводникови опаковки се отличават с прецизни масиви от отвори и вътрешни пътища на потока, подходящи за микро-запояващи съединения с висока-плътност, подобрявайки консистенцията и производителността на отлагането.
Изисквания за адаптиране на индустрията и последваща-обработка
Изборът на материали дава приоритет на не-магнитни сплави с ниско-отделяне на газове, съвместими със стандартите RoHS и SEMI S2, за да задоволят изискванията за чисти помещения и регулаторните изисквания.
След отпечатването частите се подлагат на разглобяване (за процеси, базирани на -биндер), синтероване или термична обработка, абразивно бластиране, прецизно полиране и ултразвуково почистване за отстраняване на остатъчния прах и повърхностните замърсители. Тестването за течове с хелиев мас-спектрометър проверява целостта на уплътнението. Тези стъпки гарантират, че завършените компоненти отговарят на изискванията за частици и отделяне на газове в среди за производство на полупроводници.
Отвъд четирите области на приложение, metal AM предлага предимства на -веригата за доставки: по-кратки срокове за персонализирани или-обемни инструменти, намалени отпадъци от материали и възможност за бързо итериране на проекти чрез цифрови работни потоци. Предизвикателствата остават-повърхностното покритие, управлението на остатъчното напрежение и квалификацията спрямо строгите стандарти за полупроводници-но продължаващият напредък в контрола на процесите,-мониторингът на място и хибридното производство (AM плюс финална обработка) непрекъснато разширяват приемането.
Като цяло металният 3D печат преминава от нишови прототипи към производство на критичен-полупроводников хардуер, предоставяйки ползи от производителността и чистотата, които конвенционалната машинна обработка не може да съпостави при сравнима сложност.
ЧЗВ
Защо металният 3D печат е особено подходящ за полупроводникови инструменти в сравнение с традиционната CNC обработка?
Той позволява монолитни части със сложни вътрешни канали и решетки, които не могат да бъдат пробити или сглобени без шевове или фуги. Това подобрява чистотата, топлинните характеристики и стабилността на размерите, като същевременно намалява грешките при сглобяване и рисковете от течове.
Какви подобрения в производителността са демонстрирани за термично управлявани маси за вафли?
Публикуваните резултати показват намаляване на термичните флуктуации от ~83 % (напр. 13,8 mK до 2,3 mK), много-кратни подобрения в термичната стабилност и повишаване на точността на оборудването от порядъка на 1–2 nm, което пряко облагодетелства контрола на процеса и добива.
Кои метали се използват често и защо?
Без{0}}кислородна мед (висока топлопроводимост), алуминиеви сплави като 6061 или AlSi10Mg (леки и подходящи за печат), не-магнитни неръждаеми стомани и огнеупорни метали (волфрам, молибден) за екстремни среди. Всички трябва да отговарят на критериите за ниско-отделяне на газове и чистота.
Как се извършва последващата-обработка, за да отговарят на стандартите за чисти помещения?
Типичните последователности включват отстраняване на праха, топлинна обработка или синтероване, довършване на повърхността (бластиране/полиране), ултразвуково почистване и тест за течове с хелий. Тези стъпки елиминират уловения прах и замърсителите, за да задоволят изискванията на ISO и SEMI.
Има ли ограничения или бъдещи насоки?
Текущите ограничения включват грапавост на повърхността (често изискваща довършителна обработка), разходи за квалификация и-ограничения за размера на много големи компоненти. Текущата работа се фокусира върху много-печат на материали, процеси с по-висока-разделителна способност и по-широко приемане в производствените инструменти и модерните опаковки.