Aplikasi eksploratory teknologi percetakan 3D ing industri semikonduktor

Ing jaman pembangunan teknologi kanthi cepet, nyithak 3D, minangka wakil penting teknologi manufaktur majeng, mboko sithik ngowahi rai manufaktur tradisional. Kanthi teknologi sing terus-terusan lan pengurangan biaya, teknologi percetakan 3D wis nampilake prospek aplikasi sing amba ing pirang-pirang lapangan kayata aeroangkasa, peralatan medomotif, lan wis promosiaken inovasi lan prominasi industri iki.

Perlu dielingi yen dampak potensial teknologi 3D ing lapangan semikonduktor teknologi dhuwur saya tambah akeh. Minangka gagang pembangunan teknologi informasi, presisi lan efisiensi proses manufaktur semikonduktor mengaruhi kinerja lan biaya produk elektronik. Ngadhepi kabutuhan tliti sing dhuwur, kerumitan sing dhuwur lan cepet ing industri semikonduktor, teknologi percetakan 3D, kanthi bathi sing durung rampung, lan nembe nembus ing kabeh tautanrantai industri semikonduktor, nuduhake manawa industri semikonduktor kira-kira kanggo owah-owahan ing profrape.

Mula, nganalisa lan njelajah aplikasi masa depan teknologi 3D ing industri semikonduktor ora mung mbantu para pusat semikonduktor ora mung mbantu para pusat semikonduktor ora mung mbantu para pusat pangembangan teknologi nglereni, nanging uga menehi dhukungan teknis lan referensi kanggo nganyarke industri semikonduktor. Artikel iki nganalisa kemajuan paling anyar teknologi percetakan 3D lan aplikasi potensial ing industri semikonduktor, lan ngarepake kepiye teknologi iki bisa ningkatake industri manufaktur semikonduktor.

Teknologi 3D Printing

Percetakan 3D uga dikenal minangka teknologi manufaktur tambahan. Prinsipé yaiku mbangun entitas telung dimensi kanthi lapisan bahan tumpukan kanthi lapisan. Cara produksi inovatif iki nyuda mode pangolahan tradisional "utawa" Material "" Material ", lan bisa" nggabungake "produk cetakan tanpa pitulung. Ana pirang-pirang jinis teknologi cetak 3D, lan saben teknologi nduweni kaluwihan dhewe.

Miturut prinsip ngecor teknologi printing 3D, ana utamané papat jinis.

✔ Teknologi Photoling adhedhasar prinsip polimerisasi ultraviolet. Materi foto cair diobati dening lapisan sinar istirahat lan lapisan tumpukan miturut lapisan. Saiki, teknologi iki bisa mbentuk keramik, logam, lan resin kanthi presisi sing dhuwur. Bisa digunakake ing industri industri medis, seni, lan lan penerbangan.

✔ Teknologi deposisi gabungan, liwat printhead sing didhukung komputer kanggo panas lan nyawiji filamen, lan extrude miturut lintasan wangun tartamtu, lapisan kanthi lapisan, lan bisa mbentuk bahan plastik lan keramik.

✔ Teknologi nulis langsung slurnry nggunakake slurry viskosity dhuwur minangka bahan tinta, sing disimpen ing tong lan disambungake menyang platform ekstrem, lan nginstal ing platform sing bisa ngrampungake gerakan telung dimensi ing kontrol komputer. Liwat tekanan mekanik utawa tekanan pneumatik, bahan tinta ditarik metu saka nozzle kanggo terus-terusan luwih lengkap ing substrat kanggo mbentuk, lan banjur nyingkirake termal, curing termal, lsp) ditindakake Miturut sifat materi kanggo entuk komponen telung dimensi pungkasan. Saiki, teknologi iki bisa ditrapake ing bidang bioperamics lan pangolahan panganan.

Teknologi Fusion Bed Apik bisa dipérang dadi teknologi lebur laser (SLM) lan teknologi sintering laser laser (SLS). Kaloro teknologi nggunakake bahan bubuk minangka obyek pangolahan. Antarane, energi laser slm luwih dhuwur, sing bisa nggawe bubuk cair lan solidify ing wektu sing cendhak. SLS bisa dipérang dadi SLS langsung lan SLS ora langsung. Energi SLS langsung luwih dhuwur, lan partikel bisa langsung nyerat utawa ilang kanggo mbentuk partikel. Mula, SLS langsung padha karo SLM. Partikel bubuk ngalami pemanasan lan pendinginan kanthi cepet, sing nggawe blok cetakan duwe stres internal, kapadhetan internal, lan sifat mekanik sing kurang, lan sifat mekanik sing kurang; Energy laser SLS ora langsung SLS luwih murah, lan binder ing bubuk kasebut dileleh karo balok laser lan partikel kasebut diikat. Sawise formulir wis rampung, binder internal dicopot dening termal, lan pungkasane wis ditindakake. Teknologi Fusion Beder bisa mbentuk logam lan keramik lan saiki digunakake ing lapangan aeroangkasa lan otomotasi.

Gambar 1 (a) Teknologi Photocuring; (b) Teknologi deposisi gabungan; (c) Teknologi nulis langsung slurry; (d) Teknologi fusi bed bed [1, 2]

Kanthi pangembangan teknologi cetak 3D, kaluwihan terus-terusan dituduhake saka prototyping kanggo produk akhir. Pisanan, ing babagan kabebasan desain struktur produk produk, kauntungan sing paling signifikan saka teknologi percetakan 3D yaiku bisa langsung nggawe struktur kompleks saka kerja. Sabanjure, ing babagan pilihan materi saka obyek cetakan, teknologi percetakan 3d bisa nyithak macem-macem bahan, kalebu logam, kalebu logam, lan sapiturute teknologi percetakan 3D duwe fleksibilitas sing dhuwur lan bisa nyetel proses manufaktur lan paramèter miturut kabutuhan nyata.

Industri semikonduktor

Industri semikonduktor nduweni peran penting ing ilmu lan teknologi modern lan teknologi, lan pentinge digambarake ing pirang-pirang aspek. Semikonduktor digunakake kanggo mbangun sirkuit miniatur, sing ngaktifake piranti kanggo nindakake komputasi kompleks lan tugas pangolahan data. Lan minangka pilar penting ekonomi global, industri semikonduktor nyedhiyakake pirang-pirang proyek lan keuntungan ekonomi kanggo akeh negara. Iki ora mung langsung promosi babagan pangembangan industri pabrik elektronik, nanging uga nyebabake wutah industri kayata desainer piranti lunak lan desain hardware. Kajaba iku, ing lapangan militer lan pertahanan,teknologi semikonduktorpenting kanggo peralatan utama kayata sistem komunikasi, radar, lan navigasi satelit, njamin keamanan nasional lan kaluwihan militer.

Chart 2 "Rencana kaping 14 taun" (kutipan) [3]

Mula, industri semikonduktor saiki wis dadi simbol sing penting banget saka saingan nasional, lan kabeh negara aktif ngembangake. Rencana "limang taun 200th" ngusulake supaya fokus kanggo ndhukung macem-macem link "Bottleneck" ing industri semikonduktor, peralatan utama, semikonduktor generasi katelu lan lapangan liyane.

Chart 3 Proses pangolahan pangolahan chip semikonduktor [4]

Proses pabrik saka kripik semikonduktor banget kompleks. Kaya sing ditampilake ing Gambar 3, utamane kalebu langkah-langkah tombol ing ngisor iki:Persiapan wafer, lithografi,etsa, deposisi film tipis, implantasi ion, lan pengujian kemasan. Saben proses mbutuhake kontrol sing ketat lan pangukuran sing tepat. Masalah ing pranala apa wae bisa nyebabake karusakan ing chip utawa degradasi kinerja. Mulane, manufaktur semikonduktor nduweni syarat sing dhuwur banget kanggo peralatan, proses lan personel.

Sanajan manufaktur semikonduktor, isih ana sawetara watesan: Kripik pisanan, semikonduktor pisanan banget lan terpadu lan miniaturisasi. Kanthi lampahing hukum Moore (Gambar 4), integrasi kripik semikonduktor terus saya mundhak, ukuran komponen terus nyuda, lan proses manufaktur kudu njamin tliti sing dhuwur lan stabilitas.

Gambar 4 (a) nomer transistor ing chip terus saya suwe; (b) Ukuran chip terus nyusut [5]

Kajaba iku, komplek lan kontrol biaya proses manufaktur semikonduktor. Proses manufaktur semikonduktor yaiku kompleks lan gumantung ing peralatan presisi, lan saben link kudu dikendhaleni kanthi akurat. Biaya peralatan dhuwur, biaya material lan biaya R & D nggawe biaya manufaktur produk semikonduktor Dhuwur. Mula, perlu terus njelajah lan nyuda biaya nalika njamin ngasilake produk.

Ing wektu sing padha, industri pabrik semikonduktor kudu nanggapi kanthi cepet kanggo permintaan pasar. Kanthi owah-owahan kanthi cepet permintaan pasar. Model manufaktur tradisional duwe masalah siklus dawa lan fleksibilitas sing kurang, sing angel kanggo nggayuh leladaran produk kanthi cepet ing pasar. Mula, cara manufaktur sing luwih efisien lan fleksibel uga wis dadi arah pangembangan industri semikonduktor.

Aplikasi sakaPercetakan 3Ding industri semikonduktor

Ing lapangan semikonduktor, teknologi printing 3D uga terus-terusan nuduhake aplikasi.

Pisanan, teknologi percetakan 3D duwe kebebasan ing desain struktural lan bisa entuk cetakan "Integrasi", tegese struktur sing luwih canggih lan kompleks bisa dirancang. Gambar 5 (A), sistem 3D ngoptimalake struktur panas panas kanthi desain buatan buatan, nambah stabilitas termal saka tataran wafer, lan nambah ngasilake lan efisiensi produksi chip. Ana uga kompleks kompleks ing jero mesin lithografi. Liwat percetakan 3D, struktur pipa kompleks bisa "Integrasi" kanggo nyuda panggunaan gas ing pipa lan geter negatif saka proses pangolahan chip.

Tokoh 5 sistem 3D nggunakake percetakan 3D kanggo mbentuk bagean (a) mesin wafer mesin; (b) pipeline manifold [6]

Ing babagan pilihan materi, teknologi cetak 3D bisa nyadari bahan sing angel dibentuk kanthi cara pangolahan tradisional. Bahan silikon karbida duwe kekerasan dhuwur lan titik leleh sing dhuwur. Cara pangolahan tradisional angel dibentuk lan duwe siklus produksi sing dawa. Pembentukan struktur kompleks mbutuhake pangolahan sing dibantu cetakan. Sublimation 3D wis ngembangake printer 3D dual-nozzle independen UPS-250 lan nyiapake kapal kristal silikon karbida. Sawise reaksi sintering, Kapadhetan produk punika 2.95 ~ 3.02g/cm3.

Gambar 6Perahu kristal silikon karbida[7]

Gambar 7 (a) peralatan co-printing 3D; (b) Sinar UV digunakake kanggo mbangun struktur telung dimensi, lan laser digunakake kanggo ngasilake nanopartikel perak; (c) Prinsip komponen elektronik co-printing 3D[8]

Proses produk elektronik, lan pirang-pirang langkah proses dibutuhake saka bahan mentah kanggo produk rampung. Xiao et al. [8] Teknologi co-percetakan 3D kanggo mbangun struktur awak sing selektif utawa mlebu logam konduktif kanthi permukaan sing gratis kanggo ngasilake piranti elektronik 3D. Teknologi iki mung kalebu siji materi percetakan, sing bisa digunakake kanggo mbangun struktur polimer liwat curing UV, utawa kanggo ngaktifake prekursor UV, utawa kanggo ngaktifake prekursor Logam ing resins fotosensitive liwat partikel laser kanggo ngasilake sirkuit nano. Kajaba iku, sirkuit konduktivitas menehi resensi sing apik banget sajrone 6,12μωm. Kanthi nyetel formula material lan pangolahan, resensi bisa dikontrol maneh ing antarane 10-6 lan 10mm. Bisa dideleng manawa teknologi Co-Printing 3D ngatasi tantangan deposisi material ing pabrik tradisional lan mbukak dalan anyar kanggo produk elektronik 3D.

Kemasan chip minangka tautan utama ing manufaktur semikonduktor. Teknologi kemasan tradisional uga duwe masalah kayata proses rumit, kegagalan manajemen termal, lan stres sing disebabake dening koefisien ekspansi termal sing ora cocog ing antarane bahan, sing nyebabake kegagalan kemasan. Teknologi printing 3D bisa nyederhanakake proses manufaktur lan nyuda biaya kanthi langsung nyithak struktur kemasan. Feng et al. [9] disiapake phase ngganti bahan kemasan elektronik lan digabungake karo teknologi printing 3D kanggo paket chip lan sirkuit. Bahan kemasan elektronik pangowahan fase sing disiapake dening Feng et al. nduweni panas laten dhuwur 145,6 J/g lan nduweni stabilitas termal sing signifikan ing suhu 130°C. Dibandhingake karo bahan kemasan elektronik tradisional, efek pendinginan bisa nganti 13 ° C.

Gambar 8 Gambar Skematik nggunakake teknologi percetakan 3D kanthi sirkuit kanthi akurat karo fase sing ngganti bahan elektronik; (b) chip LED ing sisih kiwa wis dikepung karo Fase Ganti bahan kemasan elektronik, lan chip LED ing sisih tengen durung encapsulated; (c) gambar inframerah saka Kripik LED lan tanpa encapsulasi; (d) kurva suhu ing bahan sing padha lan bahan bungkusan sing padha; (E) Kompleks Komplek Komplek tanpa dipimpin chip Packaging Packaging; (f) Gambar SCsematic Dissipation Panas Ganti Bahan Bahan Elektronik [9]

Tantangan teknologi percetakan 3D ing industri semikonduktor

Sanajan teknologi Percetakan 3D wis nuduhake potensial gedhe ingindustri semikonduktor. Nanging, isih akeh tantangan.

Ing babagan akurasi cetakan, teknologi percetakan 3D saiki bisa nggayuh akurasi 20μm, nanging isih angel kanggo nyukupi standar manufaktur semikonduktor sing dhuwur. Ing babagan pilihan materi, sanajan teknologi cetak 3D bisa mbentuk macem-macem bahan, kesulitan ngecor sawetara bahan kanthi sifat khusus (silikon karbida, silikon nitrida, lsp) isih relatif dhuwur. Ing babagan biaya produksi, printing 3D nindakake kanthi apik ing produksi khusus batch cilik, nanging kacepetan produksie relatif alon ing produksi skala gedhe, lan biaya peralatan dhuwur, sing ndadekake angel nyukupi kabutuhan produksi skala gedhe. . Secara teknis, sanajan teknologi printing 3D wis entuk asil pangembangan tartamtu, teknologi kasebut isih dadi teknologi sing berkembang ing sawetara lapangan lan mbutuhake riset lan pangembangan lan perbaikan luwih lanjut kanggo nambah stabilitas lan linuwih.