Aplikácie kovovej 3D tlače v polovodičovom priemysle sa zameriavajú na komponenty vyžadujúce vysokú presnosť, vysokú zložitosť a vysokú čistotu. Dokáže vyriešiť bolestivé body, ktoré tradičná subtraktívna výroba nedokáže dosiahnuť, ako sú integrované komplexné štruktúry a presné formovanie prietokových kanálov. Zahŕňa hlavne štyri hlavné hlavné scenáre. V odvetví, kde nanometrická-presnosť mierky, ultra{5}}čisté prostredie a tepelná stabilita priamo určujú výťažnosť a výkon zariadenia, aditívna výroba ponúka slobodu dizajnu, ktorej sa konvenčné obrábanie, odlievanie alebo zváranie jednoducho nevyrovná. Umožnením monolitických dielov s vnútornými funkciami, topológiou-optimalizovanými geometriami a materiálovými vlastnosťami prispôsobenými konkrétnym krokom procesu sa kovová 3D tlač postupne presúva od prototypovania ku kvalifikovaným výrobným nástrojom a kritickým podsystémom.
Vysoko presné{0}nástroje a prípravky
Svietidlá na spracovanie plátkov
Vákuové upínacie prípravky na čistenie plátkov, leptanie a fotolitografické procesy. 3D tlač umožňuje integrované lisovanie upínacích štruktúr bez spojovacích medzier, čím sa predchádza hromadeniu nečistôt v tradičných spájaných prípravkoch a spĺňa požiadavky na kontrolu častíc podľa normy ISO 14644-1 pre čisté priestory pre polovodiče. Bežné materiály: bezkyslíková-meď (vysoká tepelná vodivosť), hliníková zliatina 6061 (ľahká) alebo nemagnetická nehrdzavejúca oceľ.
Tieto prípravky si musia zachovať presné umiestnenie plátku a zároveň zostať bez spojov-vytvárajúcich častice alebo zachytených zvyškov. Integrované tlačené návrhy odstraňujú mikroskopické štrbiny, ktoré sú súčasťou viac{2}}dielnych zostáv, čím sa znižuje riziko kontaminácie, ktorá by mohla viesť k defektom na pokročilých uzloch. Bezkyslíková-meď sa uprednostňuje tam, kde je potrebný rýchly prenos tepla na stabilizáciu teploty plátku počas agresívneho mokrého čistenia alebo vystavenia plazme; Hliník 6061 znižuje hmotnosť pre vysokorýchlostné manipulačné roboty-; a ne-magnetické nehrdzavejúce ocele zabraňujú interferencii s citlivými magnetickými alebo elektrostatickými poľami vo vnútri procesných komôr. Povrchové úpravy po leštení bežne dosahujú hodnoty Ra dostatočne nízke na to, aby uspokojili rozpočet na častice triedy 1 – 10 triedy.
Prispôsobené základne elektrostatického skľučovadla, ktoré môžu integrovať vnútorné elektródové štrbiny a chladiace kanály, čím sa zlepšuje stabilita adsorpcie plátkov a tepelná rovnomernosť počas procesov, čím sa znižuje deformácia plátkov.
Elektrostatické skľučovadlá (ESC) sú rozhodujúce pre držanie plátkov naplocho vo vákuu a vysokom vysokofrekvenčnom výkone. Tlačením drážok elektród a konformných chladiacich kanálov v jednom kuse výrobcovia dosahujú rovnomernejšiu upínaciu silu a prísnejšiu kontrolu teploty na povrchu plátku. Znižuje to lokálne napätie a prehýbanie, čo je obzvlášť cenné pre tenké alebo{2}}veľké doštičky s priemerom používané v pokročilej logike a výrobe pamäte. Schopnosť umiestniť chladiace kanály len mikrometre od kontaktného povrchu plátku ďalej skracuje časy tepelnej odozvy v porovnaní s konvenčne opracovanými ESC, ktoré sa spoliehajú na vŕtané alebo spájkované kanály.
Testovanie a balenie polovodičov
Skúmajte upevnenia stanice a napaľujte-v testovacích zásuvkách na testovanie čipov. Umožňuje integrované tvarovanie zložitých polí sond, čím sa zaisťuje presnosť rozmiestnenia sond na úrovni ±0,005 mm, vhodné pre potreby testovania čipov s vysokou-hustotou balenia.
Keďže hustota balenia sa zvyšuje s integráciou 2,5D a 3D, karty sond a testovacie zásuvky si musia zachovať presnosť polohy na úrovni mikrónov-v tisíckach kontaktných bodov. Výroba kovových aditív umožňuje, aby sa celá nosná konštrukcia poľa sond vytlačila ako jedno pevné telo, čím sa minimalizujú nahromadenia kumulatívnych tolerancií-, ku ktorým dochádza pri montáži samostatných častí. Výsledné zariadenia poskytujú konzistentnú prítlačnú silu a elektrický výkon počas tisícok dotykov a podporujú vysoko{6}}testovanie zariadení s jemným{7}}rozstupom.
Základňa zváracích hláv na spájanie triesok a drôtov preklápaním-s vysokou tuhosťou a odolnosťou proti opotrebeniu, čím sa znižuje miera odsadenia spoja a zvyšuje sa výťažnosť balenia.
Lepiace nástroje zažívajú opakované mechanické a tepelné cykly. Potlačené základne vyrobené z kaliteľných nástrojových ocelí alebo kobalt{1}}chrómových zliatin poskytujú tuhosť potrebnú na udržanie spojovacích hrotov na cieli a zároveň odolávajú abrazívnemu opotrebovaniu v dôsledku ultrazvukovej energie a opakovaného kontaktu. Je možné pridať aj integrované funkcie chladenia na stabilizáciu teploty na rozhraní spoja, čím sa ďalej zlepšuje procesné okno a výťažnosť prvého-prechodu.
Hlavné komponenty tepelného manažmentu
Integrované chladiče pre vysokofrekvenčné napájacie zariadenia a IGBT moduly. Dokáže tlačiť štruktúry so zabudovanými-špirálovými alebo mriežkovými chladiacimi kanálmi, ktoré sa môžu priamo prispôsobiť povrchu tepelných zdrojov. V porovnaní s tradične vŕtanými kanálovými konštrukciami je možné znížiť tepelný odpor o 20 % – 40 % bez dodatočného tepelného odporu zvarových spojov.
Napájacie zariadenia v RF zosilňovačoch, motorových pohonoch a napájacích moduloch generujú intenzívne lokalizované teplo. Konvenčné chladiče sa spoliehajú na vŕtané kanály alebo viazané lamely, ktoré zavádzajú rozhrania a geometrické obmedzenia. Aditívna výroba umiestňuje priechody chladiacej kvapaliny priamo proti povrchu upevnenia matrice v optimalizovanom špirálovom, kolíkovom{2}}rebrovom alebo mriežkovom vzore, čím sa maximalizuje plocha povrchu a minimalizuje sa dĺžka vodiacej dráhy. Neprítomnosť spájkovaných alebo zvarových spojov eliminuje potenciálne tepelné bariéry a miesta úniku, čo prispieva k nameranému zníženiu celkového tepelného odporu. Tieto výhody sa premietajú do vyššej hustoty výkonu, dlhšej životnosti zariadenia a kompaktnejšieho dizajnu modulov.
Presné chladiace základne pre litografické stroje a leptacie zariadenia. Umožňuje vytváranie kanálov s nepravidelným zakriveným povrchom, čím spĺňa požiadavky na vysokú-presnú kontrolu teploty a zabraňuje tepelnej deformácii ovplyvňujúcej presnosť vzoru počas spracovania plátkov.
V extrémnej-ultrafialovej (EUV) litografii a pokročilých leptacích nástrojoch môžu dokonca teplotné gradienty pod{1}}zmeniť kritické rozmery alebo spôsobiť chyby prekrytia. Potlačené chladiace platne sledujú presný obrys optických alebo komorových komponentov a poskytujú rovnomerný odvod tepla tam, kde je to najviac potrebné. Výsledná tepelná stabilita pomáha udržiavať mechanickú a optickú presnosť na-úrovni nanometrov, ktorá je potrebná pre špičkové-hrany uzlov.
Integrované presné konštrukčné diely
Koncové efektory a kĺbové ramená robotov na prenos doštičiek. 3Tlač D umožňuje integrované tvarovanie ľahkých dutých konštrukcií a vysoko presných{1}}základných základov zostavy, čím sa znižuje počet chýb pri montáži, zlepšuje sa presnosť pohybu a životnosť zariadenia.
Roboty-na manipuláciu s plátkami musia kombinovať vysokú tuhosť s nízkou hmotnosťou, aby dosiahli rýchly pohyb bez vibrácií-vo vákuovom prostredí. Topológia-optimalizované mriežkové alebo duté tlačené ramená znižujú zotrvačnosť a zároveň zachovávajú tuhosť. Integrované podkladové plochy a montážne prvky eliminujú potrebu sekundárneho zarovnania viacerých opracovaných kusov, sprísňujú opakovateľnosť polohy a predlžujú životnosť ložísk a pohonu znížením dynamického zaťaženia.
Špeciálne{0}}tvarované príruby a potrubné spoje pre vákuové komory. Umožňuje integrované tvarovanie zložitých rozhraní, čím sa predchádza rizikám netesnosti pri tradičnom zváraní a spĺňa požiadavky na ultra-vysoké vákuum 10^{-9} Torr pre polovodičové vákuové systémy.
O ultra{0}}vysokej{1}}integrite vákua sa nedá-vyjednávať. Viacosové tlačené príruby a armatúry môžu obsahovať tesnenia{5}}okrajov noža, zložité geometrie portov a vnútorné prietokové cesty v jedinom súvislom kuse kovu, čím sa odstraňujú zvary, ktoré sú bežnými zdrojmi virtuálnych netesností alebo úniku plynu. Správne následné-spracovanie a testovanie tesnosti zaisťuje, že tieto komponenty spoľahlivo udržia 10^{-9} Torr alebo lepšie.
Špeciálne funkčné komponenty
Komponenty elektród pre zariadenia na implantáciu iónov a plazmové leptanie. Potlačené materiálmi odolnými voči vysokým-teplotám a korózii-, ako je volfrám a molybdén, umožňujúce vytváranie zložitých štruktúr na zadržiavanie plazmy, vhodné pre drsné prostredia plazmového leptania.
Elektródy smerujúce k plazme-musia prežiť bombardovanie iónmi, chemický útok a tepelné cykly pri zachovaní presnej geometrickej kontroly nad plazmovým plášťom. Žiaruvzdorné kovy, ako je volfrám a molybdén, ktoré sa tradične ťažko opracujú do zložitých tvarov, sa dajú vytlačiť na zložité mriežky, Faradayove štíty alebo elektródy sprchovej hlavice. Výsledné diely kombinujú požadované vlastnosti materiálu s optimalizovanými plazmovými-geometriami, ktoré zlepšujú jednotnosť procesu a životnosť komponentov.
Špeciálne-tvarované spájkovacie trysky na balenie polovodičov. Umožňuje vysoko-presné polia výstupných otvorov pre spájkovanie a formovanie vnútorných kanálov, vhodné pre potreby balenia mikrospájkových spojov s vysokou-hustotou-, čím sa zlepšuje efektívnosť balenia a konzistencia spájkovaného spoja.
Jemné-preklápacie{1}}čipy a pokročilé baliace procesy vyžadujú trysky, ktoré poskytujú konzistentné objemy spájky cez desiatky alebo stovky presne rozmiestnených otvorov. Aditívna výroba vyrába tieto hroty s viacerými otvormi a vnútorným potrubím, ktoré vyrovnáva prietok, čím sa zmenšujú odchýlky vo výške a objeme spájkovaného spoja v celom poli a umožňujú vyššiu priepustnosť s menším počtom úprav procesu.
Požiadavky na prispôsobenie priemyslu a následné{0}}spracovanie
Výber materiálu musí spĺňať požiadavky na čistotu a súlad v polovodičovom priemysle, pričom sa uprednostňujú ne-magnetické kovové materiály s nízkou{1}}prchavosťou, ktoré spĺňajú normy ROHS a SEMI S2.
Akýkoľvek materiál vložený do továrne sa nesmie stať zdrojom kovovej kontaminácie, magnetickej interferencie alebo uvoľňovania plynov. Schválené zliatiny sú preto testované na magnetickú permeabilitu, úrovne zvyškových nečistôt a kompatibilitu s environmentálnymi, zdravotnými a bezpečnostnými smernicami SEMI S2, ako aj s obmedzeniami ROHS pre nebezpečné látky.
Po tlači sú potrebné procesy ako odstraňovanie spojiva, spekanie, pieskovanie, presné leštenie a čistenie ultrazvukom, aby sa odstránil zvyškový prášok vo vnútorných póroch a povrchové nečistoty. Detekcia netesností pomocou héliovej hmotnostnej spektrometrie sa používa na overenie tesnenia, čím sa zabezpečuje súlad s požiadavkami na čistotu dielne polovodičov.
Následné{0}}spracovanie je rovnako dôležité ako samotný krok tlače. Zvyškový prášok zachytený vo vnútorných kanáloch alebo drsnosť povrchu, ktorá by mohla uvoľňovať častice, sa musia odstrániť. Postupné čistenie, povrchová úprava a dôsledné testovanie netesností potvrdzujú, že každá súčiastka spĺňa štandardy pre častice, odplyňovanie a vákuovú integritu moderných polovodičových čistých priestorov predtým, ako sa uvoľní na použitie.
Súhrnne tieto oblasti použitia ilustrujú, ako výroba kovových aditív rieši najnáročnejšie požiadavky polovodičového priemyslu na presnosť, zložitosť, čistotu a tepelný výkon. Ako sa hromadia údaje o kvalifikácii procesu a dozrievajú dodávateľské reťazce prášku, očakáva sa, že technológia sa bude ďalej rozširovať do produkčného-kritického hardvéru, čím sa podporí nepretržité smerovanie k menším uzlom, vyšším výnosom a efektívnejšej výrobe.
