การผลิตสารเติมแต่งโลหะ (AM) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าการพิมพ์ 3 มิติโลหะถูกนำมาใช้มากขึ้นในภาคเซมิคอนดักเตอร์ เพื่อตอบสนองความต้องการชิ้นส่วน-ความแม่นยำสูง ความซับซ้อนสูง- และ-ความสะอาดสูง การตัดเฉือนแบบหักลบแบบดั้งเดิมมักประสบปัญหากับรูปทรงที่ซับซ้อนแบบบูรณาการ ช่องของเหลวที่มีความแม่นยำและราบรื่น และความต้องการในการควบคุมอนุภาคที่เข้มงวด-ของห้องคลีนรูม Metal AM เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ด้วยการเปิดใช้งานการผลิตโครงสร้างเสาหินที่มีรูปทรงใกล้เคียง-สุทธิ- ด้วยคุณลักษณะภายในที่อาจต้องใช้-การประกอบชิ้นส่วนหลายชิ้น การเชื่อม หรือการเจาะ-กระบวนการที่ก่อให้เกิดตะเข็บ ความเค้นตกค้าง หรือความเสี่ยงในการปนเปื้อน
เทคโนโลยีนี้มุ่งเป้าไปที่การใช้งานหลักสี่ด้านเป็นหลัก ซึ่งสนับสนุนโดยการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี โลหะผสมขั้นสูง และการประมวลผลหลัง{0}}เข้มงวด การใช้งานจริง-ในโลกแห่งความเป็นจริงแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อน ความแม่นยำของขนาด การลดน้ำหนัก และผลผลิตของกระบวนการที่วัดได้
เครื่องมือและอุปกรณ์จับยึดที่มีความแม่นยำสูง-
ฟิกซ์เจอร์กระบวนการเวเฟอร์
ฟิกซ์เจอร์จับยึดสุญญากาศที่ใช้ในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ การแกะสลัก และการพิมพ์หินด้วยแสงสามารถผลิตเป็นโครงสร้างชิ้นเดียว-โดยไม่ต้องมีข้อต่อ วิธีนี้จะขจัดช่องว่างระดับจุลภาคซึ่งเป็นเรื่องปกติของฟิกซ์เจอร์ที่ประกอบขึ้นเพื่อดักจับอนุภาค ช่วยให้เป็นไปตามมาตรฐานการควบคุมอนุภาคในห้องสะอาด ISO 14644-1- วัสดุที่ต้องการ ได้แก่ ทองแดงปลอดออกซิเจน-สำหรับการนำความร้อนที่เหนือกว่า อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061 สำหรับการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา และเหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
ฐานหัวจับไฟฟ้าสถิต (ESC) แบบกำหนดเองรวมร่องอิเล็กโทรดภายในและช่องระบายความร้อนไว้ในโครงสร้างเดียว ผลลัพธ์ที่ได้คือการดูดซับเวเฟอร์ที่เสถียรยิ่งขึ้น และความสม่ำเสมอทางความร้อนที่ดีขึ้นในระหว่างการประมวลผล ซึ่งช่วยลดการบิดเบี้ยวของเวเฟอร์ การวิจัยเกี่ยวกับส่วนประกอบ ESC ที่ผลิตแบบเติมเนื้อ (รวมถึงเซรามิก-ลูกผสมโพลีเมอร์ผ่านการประมวลผลแสงดิจิทัล) ยืนยันเพิ่มเติมว่าชั้นอิเล็กทริกที่ปรับแต่งและการผสานรวมของอิเล็กโทรดช่วยเพิ่มแรงจับและความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะของกระบวนการ
การทดสอบเซมิคอนดักเตอร์และฟิกซ์เจอร์บรรจุภัณฑ์
การติดตั้งการ์ดโพรบ-และเบิร์น-ในซ็อกเก็ตทดสอบจะได้รับประโยชน์จากการสร้างอาร์เรย์โพรบที่ซับซ้อนแบบเสาหิน ความแม่นยำของระยะห่างของโพรบที่ทำได้ถึงระดับ ±0.005 มม. ซึ่งรองรับข้อกำหนดในการทดสอบบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง- ฐานเครื่องมือยึดติดแบบพลิก-ชิปและลวด-มีความแข็งแกร่งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ ลดอัตราการติดยึด-และเพิ่มผลผลิตของบรรจุภัณฑ์
ตัวอย่างในอุตสาหกรรม ได้แก่-ตารางเวเฟอร์และขั้นตอนการปรับให้เหมาะสมซึ่งผลิตผ่านผงเลเซอร์-เบดฟิวชัน การออกแบบสเตจโลหะผสมอะลูมิเนียม-เวเฟอร์-ใหม่หนึ่งครั้งได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพประมาณ 15 % หลังการประมวลผลหลัง-ในขณะที่ลดมวลลง ถาดใส่ไทเทเนียมที่ผลิตโดยการสะสมพลาสมาอย่างรวดเร็วสำหรับอุปกรณ์การพิมพ์หิน ช่วยให้ประหยัดวัสดุได้มากถึง 64 % เมื่อเทียบกับแผ่นหลอมแบบธรรมดา (ใช้วัสดุน้อยกว่าประมาณ 140 กก. ต่อส่วนประกอบขนาดใหญ่) พร้อมด้วยเวลารอคอยที่สั้นลง
แกนระบายความร้อน-ส่วนประกอบการจัดการ
แผงระบายความร้อนในตัวสำหรับอุปกรณ์ส่งกำลัง RF และโมดูล IGBT มีช่องระบายความร้อนภายในแบบเกลียวหรือตาข่าย{0}}ที่สอดคล้องกับพื้นผิวแหล่งที่มาของความร้อน- เมื่อเปรียบเทียบกับช่องเจาะทั่วไป การออกแบบเหล่านี้สามารถลดความต้านทานความร้อนได้ 20–40 % และกำจัดความต้านทานเพิ่มเติมจากรอยเชื่อม
ฐานการทำความเย็นที่มีความแม่นยำสำหรับการพิมพ์หินและเครื่องมือแกะสลักทำให้ช่องพื้นผิวรูปแบบอิสระ-สามารถรักษาการควบคุมอุณหภูมิได้อย่างเข้มงวด ลดการบิดเบือนจากความร้อนที่อาจลดความเที่ยงตรงของรูปแบบบนแผ่นเวเฟอร์
ผลลัพธ์ที่บันทึกไว้จากตารางเวเฟอร์โลหะ AM แสดงให้เห็นถึงผลกระทบ: ความแปรผันทางความร้อนลดลง 83 % (จาก 13.8 mK เป็น 2.3 mK) การไล่ระดับของอุณหภูมิลดลงอย่างมาก และความเสถียรของระบบได้รับการปรับปรุงขึ้น 5 เท่า ซึ่งส่งผลให้มีความแม่นยำของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น 1–2 นาโนเมตร ท่อร่วมของเหลวที่ปรับให้เหมาะสมจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการถ่ายภาพและประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องมือโดยรวมในทำนองเดียวกัน โครงสร้างที่มีการระบายความร้อนตามข้อกำหนดยังปรากฏในเครื่องมือที่เกี่ยวข้องด้วย โดยที่โครงตาข่ายภายในหรือ TPMS (พื้นผิวขั้นต่ำสุดเป็นระยะสามเท่า) ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิทั่วทั้งหัวจับเวเฟอร์ขนาดใหญ่
ส่วนประกอบโครงสร้างที่มีความแม่นยำแบบบูรณาการ
-เอฟเฟกต์ส่วนปลายและแขนที่เชื่อมต่อกันสำหรับหุ่นยนต์จับเวเฟอร์-สามารถรวมโครงตาข่ายน้ำหนักเบาหรือโครงสร้างกลวงเข้ากับจุดอ้างอิงที่มีความแม่นยำสูง-ในการพิมพ์ครั้งเดียว ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการซ้อนชุดประกอบ- เพิ่มความแม่นยำในการเคลื่อนที่ และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
หน้าแปลนและตัวเชื่อมต่อท่อที่ไม่สม่ำเสมอสำหรับห้องสุญญากาศถูกสร้างขึ้นเป็นชิ้นส่วนเสาหิน ซึ่งช่วยขจัด{0}}เส้นทางการรั่วไหลที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม แนวทางนี้สนับสนุนระดับสุญญากาศ-สูง-เป็นพิเศษ (ประมาณ 10⁻⁹ Torr) ที่จำเป็นในระบบเซมิคอนดักเตอร์
การมีน้ำหนักเบาและความแข็งเพิ่มขึ้นได้รับการวัดปริมาณในเครื่องมือเวเฟอร์ซิลิคอน-: กรณีหนึ่งสามารถลดมวลลงได้ 50 % พร้อมด้วยความแข็งเพิ่มขึ้น 23 % พร้อมกัน โดยเพิ่มความถี่เรโซแนนซ์และลดการสั่นสะเทือนเพื่อให้ได้ปริมาณงานที่สูงขึ้น
ส่วนประกอบการทำงานพิเศษ
อิเล็กโทรดสำหรับ-เครื่องมือฝังไอออนและพลาสมา- พิมพ์จากโลหะทนไฟ เช่น ทังสเตนหรือโมลิบดีนัม ทำให้ได้รูปทรงเรขาคณิตการจำกัดพลาสมา-ที่ซับซ้อนที่ทนทานต่ออุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
หัวฉีดบัดกรีแบบกำหนดเองสำหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์มีอาร์เรย์ออริฟิซที่แม่นยำและเส้นทางการไหลภายในที่เหมาะกับข้อต่อบัดกรีขนาดเล็ก-ที่มีความหนาแน่นสูง ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอในการสะสมและปริมาณงาน
ข้อกำหนดในการปรับตัวของอุตสาหกรรมและ-การประมวลผลหลัง
การเลือกใช้วัสดุจะจัดลำดับความสำคัญของโลหะผสมที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก การปล่อยก๊าซต่ำ-ที่เป็นไปตามมาตรฐาน RoHS และ SEMI S2 เพื่อตอบสนองความต้องการด้านห้องสะอาดและกฎระเบียบ
หลังจากการพิมพ์ ชิ้นส่วนต่างๆ จะต้องผ่านการขัดผิว (สำหรับกระบวนการที่ใช้สารยึดเกาะ-) การเผาผนึกหรือการบำบัดความร้อน การพ่นทราย การขัดที่แม่นยำ และการทำความสะอาดอัลตราโซนิกเพื่อขจัดผงที่ตกค้างและสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว การทดสอบการรั่วไหลของมวลฮีเลียม-ช่วยยืนยันความสมบูรณ์ของซีล ขั้นตอนเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบที่เสร็จสมบูรณ์นั้นตรงตามข้อกำหนดด้านอนุภาคและการปล่อยก๊าซของสภาพแวดล้อมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
นอกเหนือจากโดเมนแอปพลิเคชันทั้งสี่แล้ว Metal AM ยังมอบข้อได้เปรียบ-ห่วงโซ่อุปทาน: ระยะเวลารอคอยสินค้าที่สั้นลงสำหรับเครื่องมือแบบกำหนดเองหรือปริมาณต่ำ- ลดการสูญเสียวัสดุ และความสามารถในการทำซ้ำการออกแบบอย่างรวดเร็วผ่านขั้นตอนการทำงานดิจิทัล ความท้าทายยังคงอยู่-การตกแต่งพื้นผิว การจัดการความเค้นตกค้าง และคุณสมบัติเทียบกับมาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ที่เข้มงวด-แต่ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการควบคุมกระบวนการ -การตรวจสอบแหล่งกำเนิด และการผลิตแบบไฮบริด (AM บวกกับการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย) กำลังขยายการยอมรับอย่างต่อเนื่อง
โดยรวมแล้ว การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะกำลังเปลี่ยนจากการสร้างต้นแบบเฉพาะกลุ่มไปสู่การผลิตฮาร์ดแวร์เซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญ- โดยมอบประสิทธิภาพและความสะอาดที่การตัดเฉือนแบบเดิมไม่สามารถเทียบเคียงได้ในความซับซ้อนที่เทียบเคียงได้
คำถามที่พบบ่อย
เหตุใดการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะจึงเหมาะสมอย่างยิ่งกับเครื่องมือเซมิคอนดักเตอร์เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดเฉือน CNC แบบดั้งเดิม
ช่วยให้ชิ้นส่วนเสาหินมีช่องภายในและโครงตาข่ายที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถเจาะหรือประกอบได้หากไม่มีตะเข็บหรือข้อต่อ ซึ่งช่วยปรับปรุงความสะอาด ประสิทธิภาพการระบายความร้อน และความเสถียรของขนาด ในขณะเดียวกันก็ลดข้อผิดพลาดในการประกอบและความเสี่ยงการรั่วไหล
ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นใดที่แสดงให้เห็นสำหรับตารางเวเฟอร์ที่ได้รับการจัดการระบายความร้อน
ผลลัพธ์ที่เผยแพร่แสดงให้เห็นถึงความผันผวนของความร้อนที่ลดลง ~83 % (เช่น 13.8 mK ถึง 2.3 mK) การปรับปรุงหลาย-เท่าในด้านเสถียรภาพทางความร้อน และความแม่นยำของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นตามลำดับ 1–2 นาโนเมตร ซึ่งเป็นประโยชน์โดยตรงต่อการควบคุมกระบวนการและผลผลิต
โลหะชนิดใดที่มักใช้และเพราะเหตุใด
ทองแดงไร้ออกซิเจน- (การนำความร้อนสูง) อลูมิเนียมอัลลอยด์ เช่น 6061 หรือ AlSi10Mg (น้ำหนักเบาและพิมพ์ได้) เหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่ใช่-แม่เหล็ก และโลหะทนไฟ (ทังสเตน โมลิบดีนัม) สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ทั้งหมดต้องเป็นไปตามเกณฑ์การปล่อยก๊าซและความสะอาดต่ำ-
หลังการประมวลผล-ได้รับการจัดการอย่างไรเพื่อให้ตรงตามมาตรฐานห้องปลอดเชื้อ
ลำดับทั่วไป ได้แก่ การกำจัดผง การบำบัดความร้อนหรือการเผาผนึก การตกแต่งพื้นผิว (การขัดผิว/การขัดเงา) การทำความสะอาดอัลตราโซนิก และการทดสอบการรั่วของฮีเลียม ขั้นตอนเหล่านี้กำจัดผงที่ติดอยู่และสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด ISO และ SEMI
มีข้อจำกัดหรือทิศทางในอนาคตหรือไม่?
ข้อจำกัดในปัจจุบัน ได้แก่ ความหยาบของพื้นผิว (มักต้องใช้การตัดเฉือนขั้นสุดท้าย) ต้นทุนในการรับรอง และ-ขีดจำกัดขนาดสำหรับส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่มาก งานที่กำลังดำเนินอยู่มุ่งเน้นไปที่-การพิมพ์วัสดุหลายแบบ กระบวนการที่มีความละเอียดสูงกว่า- และการนำไปใช้ในวงกว้างในเครื่องมือการผลิตและบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง