Aditivna proizvodnja kovin (AM), splošno znana kotkovinski 3D tisk, se vse pogosteje uporablja v sektorju polprevodnikov za reševanje zahtev po visoko-natančnih, visoko-kompleksnih in-čistih delih. Tradicionalna subtraktivna obdelava se pogosto spopada z integriranimi zapletenimi geometrijami, brezšivnimi natančnimi kanali za tekočino in strogimi potrebami čistih prostorov po-nadzoru delcev. Metal AM premaguje te omejitve tako, da omogoča skoraj-neto-proizvodnjo monolitnih struktur z notranjimi značilnostmi, ki bi sicer zahtevale več-sestave, varjenje ali vrtanje-postopke, ki uvajajo šive, preostale napetosti ali tveganja kontaminacije.
Tehnologija je namenjena predvsem štirim temeljnim področjem uporabe, podprta z optimizacijo topologije, naprednimi zlitinami in strogo naknadno-obdelavo. Implementacije-v resničnem svetu kažejo merljive izboljšave toplotne učinkovitosti, dimenzijske natančnosti, zmanjšanja teže in izkoristka postopka.
Visoko{0}}natančna orodja in vpenjala
Naprave za proces rezin
Vakuumske vpenjalne naprave, ki se uporabljajo pri čiščenju rezin, jedkanju in fotolitografiji, so lahko izdelane kot eno-strukture brez spojev. To odpravlja mikroskopske vrzeli, značilne za sestavljene napeljave, ki ujamejo delce, kar pomaga pri izpolnjevanju standardov ISO 14644-1 za nadzor delcev v čistih prostorih-. Prednostni materiali vključujejo baker -brez kisika za vrhunsko toplotno prevodnost, aluminijevo zlitino 6061 za lahke konstrukcije in nemagnetna nerjavna jekla.
Osnove elektrostatične vpenjalne glave po meri (ESC) vključujejo notranje utore za elektrode in hladilne kanale v eni konstrukciji. Rezultat je stabilnejša adsorpcija rezin in izboljšana toplotna enakomernost med obdelavo, kar zmanjša zvijanje rezin. Raziskave aditivno izdelanih ESC komponent (vključno s keramičnimi-polimernimi hibridi prek digitalne svetlobne obdelave) dodatno potrjujejo, da prilagojene dielektrične plasti in integracija elektrod povečujejo vpenjalno silo in zanesljivost v procesnih pogojih.
Testiranje polprevodnikov in oprema za pakiranje
Pritrdilne-kartice sond in vžig-v testnih vtičnicah imajo koristi od monolitne tvorbe kompleksnih nizov sond. Dosegljiva natančnost razmika med sondami dosega raven ±0,005 mm, kar podpira zahteve glede testiranja embalaže z visoko{4}}gostoto. Osnove orodij za-okrožke in žice-za lepljenje pridobijo visoko togost in odpornost proti obrabi, znižujejo se-stopnje odmika in povečujejo izkoristki pakiranja.
Industrijski primeri vključujejo topološko-optimizirane plošče in stopnje, proizvedene z lasersko prašno-fuzijo. Ena stopnja preoblikovanja-rezin-iz aluminijeve zlitine je dosegla približno 15-odstotno izboljšanje učinkovitosti po naknadni-obdelavi ob zmanjšanju mase. Nosilni pladnji iz titana, izdelani s hitrim nanašanjem v plazmi za litografsko opremo, so zagotovili do 64 % prihranka materiala v primerjavi z običajno kovano ploščo (približno 140 kg manj materiala na veliko komponento), skupaj s krajšimi časi dobave.
Jedrne komponente za-upravljanje toplote
Integrirani hladilni odvodi za RF napajalne naprave in module IGBT vključujejo notranje hladilne kanale v spiralnem ali rešetkastem-slogu, ki so tesno prilagojeni površinam-vira toplote. V primerjavi s konvencionalno izvrtanimi kanali lahko te izvedbe zmanjšajo toplotno odpornost za 20–40 % in odpravijo dodatno odpornost zvarjenih spojev.
Natančne hladilne podlage za orodja za litografijo in jedkanje omogočajo-površinske kanale proste oblike, ki vzdržujejo strog nadzor temperature, kar zmanjšuje toplotno popačenje, ki bi sicer poslabšalo natančnost vzorca na rezini.
Dokumentirani rezultati kovinskih AM rezin ponazarjajo vpliv: toplotna variacija se je zmanjšala za 83 % (s 13,8 mK na 2,3 mK), temperaturni gradienti so se znatno znižali in stabilizacija sistema je izboljšana za faktor pet, kar prispeva k izboljšanju natančnosti opreme za 1–2 nm. Optimizirani razdelilniki tekočine podobno izboljšajo natančnost slikanja in splošno produktivnost orodja. Konformno hlajene strukture se pojavljajo tudi v sorodnem orodju, kjer značilnosti notranje mreže ali TPMS (trojno periodična minimalna površina) izboljšajo enakomernost temperature v velikih vpenjalnih glavah za rezine.
Integrirane natančne strukturne komponente
Končni-efektorji in zgibne roke za-robote za ravnanje z rezinami lahko združijo lahke rešetkaste ali votle strukture z visoko-natančnimi referenčnimi točkami v enem samem tisku. To zmanjša napako pri sestavljanju, izboljša natančnost gibanja in podaljša življenjsko dobo opreme.
Nepravilne prirobnice in cevni konektorji za vakuumske komore so oblikovani kot monolitni deli, kar odpravlja -poti puščanja, povezane z zvari. Pristop podpira ultra{2}}visoke-ravnje vakuuma (približno 10⁻⁹ Torr), potrebne v polprevodniških sistemih.
Pri orodju za silicijeve-rezine so kvantificirali lahko težo in togost: en primer je dosegel 50-odstotno zmanjšanje mase s sočasnim 23-odstotnim povečanjem togosti, dvigom resonančne frekvence in zmanjšanjem vibracij za večjo prepustnost.
Posebne funkcionalne komponente
Elektrode za ionsko-vsaditev in orodja za-plazemsko jedkanje, natisnjena iz ognjevzdržnih kovin, kot sta volfram ali molibden, ustvarijo zapleteno-zadrževalno geometrijo plazme, ki prenese-visoke{3}}temperature in korozivna okolja.
Spajkalne šobe po meri za polprevodniško embalažo imajo natančne nize odprtin in notranje pretočne poti, ki so primerne za mikro-spajkalne spoje z visoko-gostoto, kar izboljšuje konsistenco nanašanja in prepustnost.
Zahteve za prilagoditev industrije in naknadna-obdelava
Pri izbiri materialov daje prednost ne-magnetnim zlitinam z nizkim{1}}izločanjem plinov, ki so skladne s standardoma RoHS in SEMI S2, da bi zadovoljili potrebe čistih prostorov in regulativne potrebe.
Po tiskanju se deli odstranijo (za postopke, ki temeljijo na vezivu-), sintrajo ali toplotno obdelajo, abrazivno peskajo, natančno polirajo in ultrazvočno očistijo, da odstranijo ostanke prahu in površinskih onesnaževalcev. Testiranje puščanja s helijevim masnim -spektrometrom preverja celovitost tesnila. Ti koraki zagotavljajo, da končne komponente izpolnjujejo zahteve glede delcev in izpusta plinov v okoljih za izdelavo polprevodnikov.
Poleg štirih področij uporabe metal AM ponuja prednosti-oskrbovalne verige: krajši dobavni časi za orodja po meri ali-majhne količine, zmanjšana poraba materiala in možnost hitrega ponavljanja načrtov prek digitalnih delovnih tokov. Izzivi ostajajo-površinska obdelava, obvladovanje preostale napetosti in kvalifikacija glede na stroge polprevodniške standarde-vendar stalen napredek pri nadzoru procesov,-nadzoru na kraju samem in hibridni proizvodnji (AM plus končna obdelava) vztrajno širi uporabo.
Na splošno 3D-tiskanje kovin prehaja iz nišne izdelave prototipov v proizvodnjo kritične-polprevodniške strojne opreme, ki zagotavlja prednosti zmogljivosti in čistoče, ki jih običajna strojna obdelava ne more doseči pri primerljivi kompleksnosti.
pogosta vprašanja
Zakaj je kovinsko 3D tiskanje posebej primerno za polprevodniška orodja v primerjavi s tradicionalno CNC obdelavo?
Omogoča izdelavo monolitnih delov s kompleksnimi notranjimi kanali in rešetkami, ki jih ni mogoče izvrtati ali sestaviti brez šivov ali spojev. To izboljša čistočo, toplotno učinkovitost in dimenzijsko stabilnost, hkrati pa zmanjša tveganje napak pri sestavljanju in puščanja.
Kakšno izboljšanje zmogljivosti je bilo dokazano za termično upravljane plošče z rezinami?
Objavljeni rezultati kažejo zmanjšanje toplotnih nihanj za ~83 % (npr. 13,8 mK na 2,3 mK), več-kratne izboljšave toplotne stabilnosti in povečanje natančnosti opreme reda 1–2 nm, kar neposredno koristi nadzoru procesa in izkoristku.
Katere kovine se pogosto uporabljajo in zakaj?
Baker -brez kisika (visoka toplotna prevodnost), aluminijeve zlitine, kot sta 6061 ali AlSi10Mg (lahke in primerne za tiskanje), ne-magnetna nerjavna jekla in ognjevzdržne kovine (volfram, molibden) za ekstremna okolja. Vsi morajo izpolnjevati merila nizke-odzračenosti in čistoče.
Kako poteka naknadna-obdelava za doseganje standardov čistih prostorov?
Tipična zaporedja vključujejo odstranjevanje prahu, toplotno obdelavo ali sintranje, površinsko obdelavo (peskanje/poliranje), ultrazvočno čiščenje in testiranje puščanja s helijem. Ti koraki odstranijo ujeti prah in onesnaževalce, da zadostijo zahtevam ISO in SEMI.
Ali obstajajo omejitve ali prihodnje usmeritve?
Trenutne omejitve vključujejo površinsko hrapavost (pogosto zahteva končno obdelavo), stroške kvalifikacije in omejitve-velikosti za zelo velike komponente. Tekoče delo se osredotoča na več-tiskanje materialov, višje-postopke ločljivosti ter širšo uporabo proizvodnih orodij in naprednega pakiranja.