تولید افزودنی های فلزی (AM)، که معمولاً به عنوان شناخته می شودپرینت سه بعدی فلزی, به طور فزاینده ای در بخش نیمه هادی ها برای پاسخگویی به تقاضاها برای قطعات با دقت بالا،-پیچیدگی و تمیزی بالا-به کار می رود. ماشینکاری سنتی کاهشی اغلب با هندسه‌های پیچیده یکپارچه، کانال‌های سیال دقیق بدون درز و نیازهای کنترلی دقیق ذرات- اتاق‌های تمیز مشکل دارد. Metal AM با ایجاد امکان تولید تقریباً-شکل-شکل خالص سازه‌های یکپارچه با ویژگی‌های داخلی که در غیر این صورت نیاز به مجموعه‌های چند قسمتی، جوشکاری یا حفاری- دارد که درزها، تنش‌های پسماند یا خطرات آلودگی را ایجاد می‌کنند، بر این محدودیت‌ها غلبه می‌کند.
این فناوری در درجه اول چهار حوزه کاربردی اصلی را هدف قرار می‌دهد که با بهینه‌سازی توپولوژی، آلیاژهای پیشرفته و پردازش{0}دقیق پست پشتیبانی می‌شوند. پیاده‌سازی‌های واقعی در دنیای واقعی، دستاوردهای قابل اندازه‌گیری در عملکرد حرارتی، دقت ابعادی، کاهش وزن و بازده فرآیند را نشان می‌دهند.
ابزار و وسایل با دقت بالا-
وسایل فرآیند ویفر
وسایل گیره خلاء مورد استفاده در تمیز کردن ویفر، اچ کردن و فوتولیتوگرافی را می توان به عنوان ساختارهای تک تکه-بدون اتصال تولید کرد. این شکاف‌های میکروسکوپی معمولی وسایل مونتاژ شده را که ذرات را به دام می‌اندازند، حذف می‌کند و به استانداردهای کنترل ISO 14644-1 ذره اتاق تمیز- کمک می‌کند. مواد ترجیحی شامل مس بدون اکسیژن برای هدایت حرارتی برتر، آلیاژ آلومینیوم 6061 برای طرح‌های سبک وزن و فولادهای ضد زنگ غیر مغناطیسی است.
پایه های چاک الکترواستاتیک سفارشی (ESC) شیارهای الکترود داخلی و کانال های خنک کننده را در یک ساختار یکپارچه می کنند. نتیجه جذب پایدارتر ویفر و بهبود یکنواختی حرارتی در طول پردازش است که تاب خوردگی ویفر را کاهش می دهد. تحقیقات در مورد اجزای ESC (از جمله هیبریدهای پلیمری سرامیکی- از طریق پردازش نور دیجیتال) بیشتر تأیید می‌کند که لایه‌های دی‌الکتریک متناسب و یکپارچه‌سازی الکترود، نیروی کوبش و قابلیت اطمینان را در شرایط فرآیند افزایش می‌دهد.
تجهیزات تست و بسته بندی نیمه هادی
پروب-لوازم کارت و سوختن-در سوکت‌های آزمایشی از تشکیل یکپارچه آرایه‌های پروب پیچیده بهره می‌برند. دقت فاصله پروب قابل دستیابی به سطح 0.005 ± میلی متر می رسد و از الزامات تست بسته بندی با چگالی بالا پشتیبانی می کند. پایه‌های ابزار چسباننده-تراشه و سیم- استحکام و مقاومت بالایی در برابر سایش پیدا می‌کنند، نرخ‌های افست-پیوند را کاهش می‌دهند و بازده بسته‌بندی را افزایش می‌دهند.
نمونه‌های صنعت عبارتند از توپولوژی-جدول ویفر بهینه شده و مراحل تولید شده از طریق پودر لیزر{1}}همجوشی بستر. طراحی مجدد یک مرحله-ویفر آلیاژی-آلومینیوم تقریباً 15 درصد بهبود عملکرد را پس از پردازش{6}} و در عین حال کاهش جرم به دست آورد. سینی های حامل تیتانیوم ساخته شده با رسوب سریع پلاسما برای تجهیزات لیتوگرافی تا 64 درصد صرفه جویی در مواد را در مقایسه با صفحه آهنگری معمولی (تقریباً 140 کیلوگرم مواد کمتر در هر جزء بزرگ) همراه با زمان تولید کوتاه تر ارائه می دهند.
مولفه‌های مدیریت حرارتی هسته{0}
هیت سینک‌های یکپارچه برای دستگاه‌های برق RF و ماژول‌های IGBT دارای کانال‌های خنک‌کننده داخلی مارپیچی یا شبکه‌ای هستند که با سطوح منبع گرما مطابقت دارند{0}. در مقایسه با کانال های مته معمولی، این طرح ها می توانند مقاومت حرارتی را 20 تا 40 درصد کاهش دهند و مقاومت اضافی را از اتصالات جوشی حذف کنند.
پایه‌های خنک‌کننده دقیق برای ابزارهای لیتوگرافی و اچ، کانال‌های سطحی{0} را آزاد می‌کنند که کنترل دما را محکم نگه می‌دارند و اعوجاج حرارتی را به حداقل می‌رسانند که در غیر این صورت وفاداری الگوی ویفر را کاهش می‌دهد.
نتایج مستند از جداول ویفر فلزی AM تأثیر را نشان می دهد: تغییرات حرارتی 83 درصد کاهش یافت (از 13.8 mK به 2.3 mK)، گرادیان دما به میزان قابل توجهی کاهش یافت، و تثبیت سیستم با ضریب پنج بهبود یافت، که به افزایش 1-2 نانومتری در دقت تجهیزات کمک کرد. منیفولدهای سیال بهینه شده به طور مشابه دقت تصویربرداری و بهره وری کلی ابزار را افزایش می دهند. سازه‌های خنک‌شده مطابق با ابزارهای مرتبط نیز ظاهر می‌شوند، جایی که ویژگی‌های شبکه داخلی یا TPMS (سطح حداقل دوره‌ای سه‌گانه) یکنواختی دما را در میان چاک‌های ویفری بزرگ بهبود می‌بخشد.
اجزای ساختاری دقیق یکپارچه
افکت‌های انتهایی و بازوهای مفصلی برای ربات‌های ویفر{1} می‌توانند شبکه‌های سبک وزن یا ساختارهای توخالی را با داده‌های نصب با دقت-در یک چاپ واحد ترکیب کنند. این باعث کاهش خطای{4}}دسته مونتاژ می‌شود، دقت حرکت را بهبود می‌بخشد و عمر سرویس تجهیزات را افزایش می‌دهد.
فلنج ها و اتصالات لوله های نامنظم برای محفظه های خلاء به صورت قطعات یکپارچه شکل می گیرند و مسیرهای نشتی مربوط به جوش- را حذف می کنند. این رویکرد از سطوح خلاء فوق العاده-بالا{{3} (در حد 10-4 Torr) مورد نیاز در سیستم های نیمه هادی پشتیبانی می کند.
افزایش وزن و سفتی در ابزار سیلیکونی{0}}ویفر اندازه‌گیری شده است: یک مورد به ۵۰ درصد کاهش جرم با افزایش همزمان ۲۳ درصد سختی، افزایش فرکانس تشدید و کاهش ارتعاش برای توان بالاتر دست یافت.
اجزای عملکردی تخصصی
الکترودهای{0}}کاشت یون و پلاسما{1}}ابزار اچ، چاپ شده از فلزات نسوز مانند تنگستن یا مولیبدن، پلاسمای پیچیده-هندسه‌ای را می‌سازند که در دمای بالا و محیط‌های خورنده مقاومت می‌کنند.
نازل های لحیم کاری سفارشی برای بسته بندی نیمه هادی دارای آرایه های روزنه ای دقیق و مسیرهای جریان داخلی هستند که برای اتصالات لحیم کاری-ریز{1} با چگالی بالا، سازگاری و توان عملیاتی را بهبود می بخشد.
الزامات سازگاری صنعت و پردازش پست{0}
انتخاب مواد آلیاژهای غیر مغناطیسی و کم گاز{1}را مطابق با استانداردهای RoHS و SEMI S2 برای برآوردن نیازهای اتاق تمیز و نظارتی اولویت بندی می کند.
پس از چاپ، قطعات برای حذف پودر باقیمانده و آلاینده‌های سطحی، پس از چاپ، جداسازی می‌شوند (برای فرآیندهای مبتنی بر{0}} بایندر)، پخت یا عملیات حرارتی، انفجار ساینده، پرداخت دقیق، و تمیز کردن اولتراسونیک. آزمایش نشت اسپکترومتر جرمی هلیوم{2}}یکپارچگی مهر و موم را تأیید می کند. این مراحل تضمین می‌کند که اجزای تمام‌شده نیازهای ذرات و خروج گاز محیط‌های ساخت نیمه‌رسانا را برآورده می‌کنند.
فراتر از چهار حوزه کاربردی، فلز AM مزایای زنجیره تامین را ارائه می‌کند: زمان‌های کوتاه‌تر برای ابزارهای سفارشی یا کم حجم{1}، کاهش ضایعات مواد، و توانایی تکرار سریع طرح‌ها از طریق جریان‌های کاری دیجیتال. چالش‌ها باقی می‌مانند-تمرین سطح، مدیریت تنش پسماند، و صلاحیت در برابر استانداردهای سخت‌گیرانه نیمه‌رساناها-اما پیشرفت‌های مستمر در کنترل فرآیند،-نظارت درجا، و تولید هیبریدی (AM به علاوه ماشینکاری نهایی) به طور پیوسته در حال گسترش است.
به طور کلی، پرینت سه بعدی فلزی در حال انتقال از نمونه‌سازی جدید به تولید سخت‌افزار نیمه‌رسانای{1} حیاتی است و مزایای عملکرد و تمیزی را ارائه می‌کند که ماشینکاری معمولی نمی‌تواند با پیچیدگی قابل مقایسه مطابقت داشته باشد.
سوالات متداول
چرا چاپ سه بعدی فلزی در مقایسه با ماشینکاری سنتی CNC برای ابزارهای نیمه هادی مناسب است؟
قطعات یکپارچه با کانال‌ها و شبکه‌های داخلی پیچیده را قادر می‌سازد که بدون درز یا اتصال نمی‌توان آنها را سوراخ کرد یا مونتاژ کرد. این امر تمیزی، عملکرد حرارتی و پایداری ابعادی را بهبود می بخشد و در عین حال خطای مونتاژ و خطرات نشت را کاهش می دهد.
چه دستاوردهای عملکردی برای جداول ویفر با مدیریت حرارتی نشان داده شده است؟
نتایج منتشر شده کاهش نوسانات حرارتی را تا 83 درصد نشان می‌دهد (به عنوان مثال، 13.8 mK تا 2.3 mK)، بهبودهای چند برابری در پایداری حرارتی، و افزایش دقت تجهیزات در حدود 1 تا 2 نانومتر، که مستقیماً به کنترل فرآیند و بازده کمک می‌کند.
کدام فلزات معمولا مورد استفاده قرار می گیرند و چرا؟
مس بدون اکسیژن-(رسانایی حرارتی بالا)، آلیاژهای آلومینیوم مانند 6061 یا AlSi10Mg (سبک و قابل چاپ)، فولادهای ضد زنگ غیر{3}}غناطیسی و فلزات نسوز (تنگستن، مولیبدن) برای محیط‌های شدید. همه باید معیارهای پایین-نظافت و پاکیزگی را داشته باشند.
چگونه پردازش پست{0}}برای مطابقت با استانداردهای اتاق تمیز انجام می شود؟
توالی های معمولی عبارتند از حذف پودر، عملیات حرارتی یا تف جوشی، تکمیل سطح (بلاستینگ / پرداخت)، تمیز کردن اولتراسونیک و آزمایش نشت هلیوم. این مراحل پودر و آلاینده های به دام افتاده را برای برآوردن الزامات ISO و SEMI حذف می کنند.
آیا محدودیت ها یا مسیرهای آینده وجود دارد؟
محدودیت‌های فعلی شامل ناهمواری سطح (اغلب نیاز به ماشینکاری نهایی دارند)، هزینه‌های صلاحیت، و محدودیت‌های اندازه{0}}ساخت برای اجزای بسیار بزرگ. کار در حال انجام بر روی-چاپ چند متریال، فرآیندهای- وضوح بالاتر، و پذیرش گسترده تر در ابزار تولید و بسته بندی پیشرفته متمرکز است.