Metāla piedevu ražošana (AM), plaši pazīstama kāmetāla 3D druka, tiek arvien vairāk izmantots pusvadītāju sektorā, lai apmierinātu prasības pēc augstas-precizitātes, augstas-sarežģītības un augstas{2}}tīrības. Tradicionālā subtraktīvā apstrāde bieži vien cīnās ar integrētām sarežģītām ģeometrijām, nevainojamiem precīziem šķidruma kanāliem un stingrām daļiņu -kontroles vajadzībām tīrajās telpās. Metal AM pārvar šos ierobežojumus, ļaujot ražot gandrīz -neto-formas monolītas konstrukcijas ar iekšējām iezīmēm, kurām pretējā gadījumā būtu nepieciešamas vairāku-detaļu montāžas, metināšanas vai urbšanas{9}}procesi, kas rada šuves, atlikušo spriegumu vai piesārņojuma risku.
Tehnoloģija galvenokārt ir paredzēta četrām galvenajām lietojumprogrammu jomām, ko atbalsta topoloģijas optimizācija, uzlaboti sakausējumi un stingra pēc{0}apstrāde. Real{2}}pasaules ieviešana parāda izmērāmu siltuma veiktspējas, izmēru precizitātes, svara samazinājuma un procesa ražīguma pieaugumu.
Augstas-precizitātes instrumenti un armatūra
Vafeļu procesa armatūra
Vakuuma stiprinājumus, ko izmanto vafeļu tīrīšanā, kodināšanā un fotolitogrāfijā, var izgatavot kā viengabalainas{0}}konstrukcijas bez savienojumiem. Tas novērš mikroskopiskās spraugas, kas raksturīgas samontētajiem armatūras elementiem, kas aiztur daļiņas, palīdzot izpildīt ISO 14644-1 tīras telpas daļiņu{5}}kontroles standartus. Ieteicamie materiāli ir -skābekli nesaturošs varš izcilai siltumvadītspējai, 6061 alumīnija sakausējums vieglām konstrukcijām un nemagnētiskais nerūsējošais tērauds.
Pielāgotas elektrostatiskās patronas (ESC) pamatnes integrē iekšējās elektrodu rievas un dzesēšanas kanālus vienā konstrukcijā. Rezultāts ir stabilāka vafeļu adsorbcija un uzlabota termiskā vienmērība apstrādes laikā, kas samazina vafeļu deformāciju. Pētījumi par aditīvi ražotiem ESC komponentiem (tostarp keramikas -polimēru hibrīdiem, izmantojot digitālo gaismas apstrādi) vēl vairāk apstiprina, ka pielāgoti dielektriskie slāņi un elektrodu integrācija uzlabo iespīlēšanas spēku un uzticamību procesa apstākļos.
Pusvadītāju pārbaudes un iepakošanas ķermeņi
Zondes-kartes armatūra un ierakstīšana-pārbaudes ligzdās gūst labumu no kompleksu zondes bloku monolīta veidošanās. Sasniedzamā zondes atstatuma precizitāte sasniedz ±0,005 mm līmeni, atbalstot augsta-blīvuma iepakojuma pārbaudes prasības. Flip-šķembu un stiepļu-savienojuma instrumentu pamatnes iegūst augstu stingrību un nodilumizturību, samazinot savienojuma-nobīdes ātrumu un palielinot iepakojuma ražīgumu.
Nozares piemēri ietver topoloģiju{0}}optimizētas vafeļu tabulas un stadijas, kas ražotas, izmantojot lāzera pulvera{1}}slāņa saplūšanu. Viena alumīnija-sakausējuma vafeles-posma pārprojektēšana pēc pēcapstrādes sasniedza aptuveni 15 % veiktspējas uzlabošanos, vienlaikus samazinot masu. Titāna nesēju paplātes, kas ražotas ar ātrās plazmas uzklāšanu litogrāfijas iekārtām, ir nodrošinājušas līdz pat 64% materiālu ietaupījumu salīdzinājumā ar parasto kalto plāksni (aptuveni par 140 kg mazāk materiāla uz vienu lielu komponentu), kā arī īsāku izpildes laiku.
Galvenās termiskās{0}}pārvaldības sastāvdaļas
Integrētās siltuma izlietnes RF strāvas ierīcēm un IGBT moduļiem ietver spirālveida vai režģa{0}}iekšējos dzesēšanas kanālus, kas cieši atbilst siltuma{1}}avota virsmām. Salīdzinot ar parasti urbtiem kanāliem, šīs konstrukcijas var samazināt termisko pretestību par 20–40 % un novērst papildu pretestību no metinātajiem savienojumiem.
Precīzas dzesēšanas bāzes litogrāfijas un kodināšanas rīkiem nodrošina brīvas -formas virsmas kanālus, kas uztur stingru temperatūras kontroli, līdz minimumam samazinot termiskos kropļojumus, kas citādi pasliktinātu vafeles raksta precizitāti.
Dokumentētie rezultāti no metāla AM vafeļu tabulām ilustrē ietekmi: termiskās svārstības ir samazinātas par 83 % (no 13,8 mK līdz 2,3 mK), temperatūras gradienti ir ievērojami pazemināti un sistēmas stabilizācija uzlabojās pieci reizes, veicinot aprīkojuma precizitātes pieaugumu par 1–2 nm. Optimizētie šķidruma kolektori līdzīgi uzlabo attēlveidošanas precizitāti un kopējo instrumenta produktivitāti. Konformāli atdzesētas struktūras parādās arī saistītajos instrumentos, kur iekšējās režģa vai TPMS (trīskārt periodiskas minimālās virsmas) funkcijas uzlabo temperatūras vienmērīgumu lielās vafeļu patronās.
Integrēti precīzi strukturālie komponenti
Gala-efektori un šarnīrveida sviras vafeļu-apstrādes robotiem var apvienot vieglas režģa vai dobas konstrukcijas ar augstas-precizitātes montāžas datiem vienā izdrukā. Tas samazina montāžas kaudzītes-kļūdas, uzlabo kustības precizitāti un pagarina aprīkojuma kalpošanas laiku.
Vakuuma kameru neregulārie atloki un cauruļu savienotāji ir veidoti kā monolītas daļas, novēršot ar metināšanu{0}}saistītus noplūdes ceļus. Šī pieeja atbalsta īpaši -augstos-vakuuma līmeņus (apmēram 10⁻⁹ Torr), kas nepieciešami pusvadītāju sistēmās.
Vieglsvara un stingrības pieaugums ir kvantificēts silīcija -plāksnīšu instrumentos: vienā korpusā tika panākts masas samazinājums par 50%, vienlaikus palielinot stingrību par 23%, palielinot rezonanses frekvenci un pazeminot vibrāciju lielākai caurlaidspējai.
Speciālie funkcionālie komponenti
Elektrodi jonu -implantācijai un plazmas- kodināšanas instrumentiem, kas drukāti no ugunsizturīgiem metāliem, piemēram, volframa vai molibdēna, nodrošina sarežģītas plazmas{2} ieslodzījuma ģeometrijas, kas iztur augstas-temperatūras, korozīvu vidi.
Pielāgotajām lodēšanas sprauslām pusvadītāju iepakošanai ir precīzi atveru bloki un iekšējie plūsmas ceļi, kas piemēroti augsta -blīvuma mikro-lodēšanas savienojumiem, uzlabojot nogulsnēšanās konsistenci un caurlaidspēju.
Nozares pielāgošanas prasības un pēc{0}}apstrāde
Izvēloties materiālu, prioritāte ir ne-magnētiski, ar zemu-izplūdes gāzes sakausējumiem, kas atbilst RoHS un SEMI S2 standartiem, lai apmierinātu tīrās telpas un normatīvās prasības.
Pēc drukāšanas detaļām tiek veikta saistīšanās noņemšana (procesiem, kuru pamatā ir saistviela-), saķepināšana vai termiskā apstrāde, abrazīvā strūkla, precīza pulēšana un ultraskaņas tīrīšana, lai noņemtu pulvera atlikumus un virsmas piesārņotājus. Hēlija masas-spektrometra noplūdes pārbaude pārbauda blīvējuma integritāti. Šīs darbības nodrošina, ka gatavie komponenti atbilst pusvadītāju ražošanas vides makrodaļiņu un izplūdes prasībām.
Papildus četriem lietojumu domēniem metal AM piedāvā piegādes-ķēdes priekšrocības: īsāku sagatavošanās laiku pielāgotiem vai maza apjoma{1}}instrumentiem, mazāku materiālu izšķērdēšanu un iespēju ātri atkārtot dizainu, izmantojot digitālās darbplūsmas. Joprojām ir izaicinājumi-virsmas apdarei, atlikušā sprieguma pārvaldībai un kvalifikācijai atbilstoši stingrajiem pusvadītāju standartiem,-bet nepārtraukti progresa procesa kontrolē, in-in situ uzraudzībā un hibrīdražošanā (AM plus apdares apstrāde) arvien vairāk tiek izmantota.
Kopumā metāla 3D drukāšana pāriet no nišas prototipēšanas uz misijai-kritisko pusvadītāju aparatūras ražošanu, nodrošinot veiktspējas un tīrības priekšrocības, ko parastā apstrāde nevar sasniegt salīdzināmā sarežģītībā.
FAQ
Kāpēc metāla 3D drukāšana ir īpaši piemērota pusvadītāju instrumentiem salīdzinājumā ar tradicionālo CNC apstrādi?
Tas nodrošina monolītas detaļas ar sarežģītiem iekšējiem kanāliem un režģiem, kuras nevar urbt vai montēt bez šuvēm vai savienojumiem. Tas uzlabo tīrību, termisko veiktspēju un izmēru stabilitāti, vienlaikus samazinot montāžas kļūdu un noplūdes risku.
Kādi veiktspējas uzlabojumi ir pierādīti termiski pārvaldītām vafeļu galdiem?
Publicētie rezultāti liecina par siltuma svārstību samazināšanos par ~83 % (piemēram, no 13,8 mK līdz 2,3 mK), termiskās stabilitātes daudzkārtēju uzlabojumu un aprīkojuma precizitātes pieaugumu par 1–2 nm, kas tieši uzlabo procesa kontroli un ražīgumu.
Kādus metālus parasti izmanto un kāpēc?
Skābekli nesaturošs -varš (augsta siltumvadītspēja), alumīnija sakausējumi, piemēram, 6061 vai AlSi10Mg (viegls un drukājams), ne-magnētisks nerūsējošais tērauds un ugunsizturīgi metāli (volframs, molibdēns) ekstremālām vidēm. Visiem ir jāatbilst zema-gāzu izvadīšanas un tīrības kritērijiem.
Kā pēc{0}}apstrāde tiek veikta, lai nodrošinātu atbilstību tīrās telpas standartiem?
Tipiskas darbības ir pulvera noņemšana, termiskā apstrāde vai saķepināšana, virsmas apstrāde (spridzināšana/pulēšana), ultraskaņas tīrīšana un hēlija noplūdes pārbaude. Šīs darbības novērš iesprostoto pulveri un piesārņotājus, lai izpildītu ISO un SEMI prasības.
Vai ir ierobežojumi vai nākotnes virzieni?
Pašreizējie ierobežojumi ietver virsmas raupjumu (bieži vien nepieciešama apdares apstrāde), kvalifikācijas izmaksas un konstrukcijas{0}}izmēru ierobežojumus ļoti lieliem komponentiem. Pašreizējais darbs ir vērsts uz vairāku-materiālu drukāšanu, augstākas-izšķirtspējas procesiem un plašāku ieviešanu ražošanas instrumentos un uzlabotajā iepakojumā.