Tiriamasis 3D spausdinimo technologijos taikymas puslaidininkių pramonėje

Spartaus technologijų vystymosi eroje 3D spausdinimas, kaip svarbus pažangių gamybos technologijų atstovas, palaipsniui keičia tradicinės gamybos veidą. Nuolat tobulėjant technologijoms ir mažėjant sąnaudoms, 3D spausdinimo technologija parodė plačias taikymo perspektyvas daugelyje sričių, pavyzdžiui, aviacijos, automobilių gamybos, medicinos įrangos ir architektūrinio projektavimo, ir paskatino šių pramonės šakų naujoves bei plėtrą.

Verta paminėti, kad galimas 3D spausdinimo technologijos poveikis aukštųjų technologijų puslaidininkių srityje tampa vis ryškesnis. Puslaidininkių gamybos procesų tikslumas ir efektyvumas, kaip informacinių technologijų plėtros kertinis akmuo, turi įtakos elektroninių gaminių našumui ir kainai. Atsižvelgiant į didelio tikslumo, didelio sudėtingumo ir greito kartojimo puslaidininkių pramonėje poreikius, 3D spausdinimo technologija su savo unikaliais pranašumais suteikė puslaidininkių gamybai precedento neturinčias galimybes ir iššūkius ir palaipsniui įsiskverbė į visas pramonės grandis.puslaidininkių pramonės grandinė, tai rodo, kad puslaidininkių pramonė ruošiasi imtis gilių pokyčių.

Todėl analizuojant ir tyrinėjant būsimą 3D spausdinimo technologijos taikymą puslaidininkių pramonėje, mes ne tik galėsime suvokti šios pažangiausios technologijos vystymosi impulsą, bet ir suteiksime techninę pagalbą bei nuorodas atnaujinant puslaidininkių pramonę. Šiame straipsnyje analizuojama naujausia 3D spausdinimo technologijos pažanga ir galimi jos pritaikymai puslaidininkių pramonėje ir laukiama, kaip ši technologija gali skatinti puslaidininkių gamybos pramonę.

3D spausdinimo technologija

3D spausdinimas taip pat žinomas kaip priedų gamybos technologija. Jo principas yra sukurti trimatę esybę, sukraunant medžiagas sluoksnis po sluoksnio. Šis novatoriškas gamybos metodas pakerta tradicinį gamybos „atimamą“ arba „lygios medžiagos“ apdorojimo režimą ir gali „integruoti“ liejinius gaminius be pelėsių pagalbos. Yra daugybė 3D spausdinimo technologijų tipų ir kiekviena technologija turi savų privalumų.

Pagal 3D spausdinimo technologijos formavimo principą daugiausia yra keturi tipai.

✔ Fotekanto technologija grindžiama ultravioletinių spindulių polimerizacijos principu. Skystųjų jautrumo medžiagos kietinamos ultravioletinės šviesos ir sukrauto sluoksnio sluoksniu. Šiuo metu ši technologija gali sudaryti keramiką, metalus ir dervas, tiksliai suformulomis. Jis gali būti naudojamas medicinos, meno ir aviacijos pramonės srityse.

✔ Lydyto nusodinimo technologija, naudojant kompiuterio valdomą spausdinimo galvutę, kad kaitinamas ir išlydomas siūlas, ir išspaudžiamas pagal tam tikrą formos trajektoriją, sluoksnis po sluoksnio ir gali sudaryti plastikines ir keramines medžiagas.

✔ „Swarry Direct“ rašymo technologija naudoja didelio klampumo srutą kaip rašalo medžiaga, kuri yra laikoma statinėje ir prijungta prie išspaudimo adatos, ir sumontuota ant platformos, kuri gali užbaigti trimatį judesį, kurį kontroliuoja kompiuteris. Dėl mechaninio slėgio ar pneumatinio slėgio rašalo medžiaga išstumiama iš purkštuko, kad būtų nuolat išspausta ant substrato, kad susidarytų, ir tada atliekamas atitinkamas po apdorojimo (nepastovus tirpiklis, šiluminis kietėjimas, šviesos kietinimas, sukepinimas ir kt.) Pagal medžiagos savybes, kad gautumėte galutinį trijų matmenų komponentą. Šiuo metu ši technologija gali būti pritaikyta biokeramikos ir maisto apdorojimo laukuose.

✔Mitelių sluoksnio sintezės technologija gali būti skirstoma į lazerinio selektyvaus lydymo technologiją (SLM) ir lazerinio selektyvaus sukepinimo technologiją (SLS). Abi technologijos naudoja miltelines medžiagas kaip apdorojimo objektus. Tarp jų SLM lazerio energija yra didesnė, todėl milteliai gali ištirpti ir per trumpą laiką sukietėti. SLS galima suskirstyti į tiesioginį SLS ir netiesioginį SLS. Tiesioginio SLS energija yra didesnė, o dalelės gali būti tiesiogiai sukepintos arba išlydomos, kad susidarytų ryšys tarp dalelių. Todėl tiesioginis SLS yra panašus į SLM. Miltelių dalelės per trumpą laiką greitai įkaista ir atšaldomos, todėl suformuotas blokas turi didelį vidinį įtempį, mažą bendrą tankį ir blogas mechanines savybes; netiesioginio SLS lazerio energija yra mažesnė, o milteliuose esantis rišiklis lazerio spinduliu ištirpsta ir dalelės sujungiamos. Užbaigus formavimą, termiškai nuriebalinant pašalinamas vidinis rišiklis, o galiausiai atliekamas sukepinimas. Miltelinio sluoksnio sintezės technologija gali sudaryti metalus ir keramiką ir šiuo metu naudojama aviacijos ir automobilių gamybos srityse.

1 pav. (A) Fotekedimo technologija; b) suliejusi nusodinimo technologija; c) srutų tiesioginio rašymo technologija; (D) miltelių lovos suliejimo technologija [1, 2]

Nuolat tobulėjant 3D spausdinimo technologijai, jos pranašumai nuolat demonstruojami nuo prototipų kūrimo iki galutinių gaminių. Pirma, kalbant apie gaminio struktūros projektavimo laisvę, svarbiausias 3D spausdinimo technologijos pranašumas yra tai, kad ji gali tiesiogiai gaminti sudėtingas ruošinių struktūras. Be to, kalbant apie liejimo objekto medžiagos pasirinkimą, 3D spausdinimo technologija gali spausdinti įvairias medžiagas, įskaitant metalus, keramiką, polimerines medžiagas ir kt. Kalbant apie gamybos procesą, 3D spausdinimo technologija pasižymi dideliu lankstumu ir gali koreguoti gamybos procesą ir parametrus pagal faktinius poreikius.

Puslaidininkių pramonė

Puslaidininkių pramonė atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį šiuolaikiniame moksle, technologijoje ir ekonomikoje, o jos svarba atsispindi daugeliu aspektų. Puslaidininkiai naudojami kuriant miniatiūrines grandines, kurios leidžia įrenginiams atlikti sudėtingas skaičiavimo ir duomenų apdorojimo užduotis. Ir kaip svarbus pasaulinės ekonomikos ramstis, puslaidininkių pramonė daugeliui šalių suteikia daug darbo vietų ir teikia ekonominę naudą. Tai ne tik tiesiogiai skatino elektronikos gamybos pramonės plėtrą, bet ir paskatino tokių pramonės šakų, kaip programinės įrangos kūrimas ir techninės įrangos projektavimas, augimą. Be to, karinėje ir gynybos sritysepuslaidininkių technologijayra labai svarbi pagrindinei įrangai, tokioms kaip ryšių sistemos, radarai ir navigacija palydovais, užtikrinant nacionalinį saugumą ir karinius pranašumus.

2 diagrama „14-asis penkerių metų planas“ (ištrauka) [3]

Todėl dabartinė puslaidininkių pramonė tapo svarbiu nacionalinio konkurencingumo simboliu, o visos šalys ją aktyviai plėtoja. mano šalies „14-ajame penkerių metų plane“ siūloma sutelkti dėmesį į įvairias pagrindines puslaidininkių pramonės „butelio kaklelio“ grandis, daugiausia apimančias pažangius procesus, pagrindinę įrangą, trečiosios kartos puslaidininkius ir kitas sritis.

3 diagramos puslaidininkių lustų apdorojimo procesas [4]

Puslaidininkinių lustų gamybos procesas yra labai sudėtingas. Kaip parodyta 3 paveiksle, jį daugiausia sudaro šie pagrindiniai žingsniai:vaflių ruošimas, litografija,ofortas, plonas plėvelės nusėdimas, jonų implantacija ir pakavimo bandymai. Kiekvienam procesui reikia griežtos kontrolės ir tikslaus matavimo. Bet kurios nuorodos problemos gali pakenkti lusto ar našumo blogėjimui. Todėl puslaidininkių gamyba turi labai didelius reikalavimus įrangai, procesams ir personalui.

Nors tradicinė puslaidininkių gamyba pasiekė didelę sėkmę, vis dar yra tam tikrų apribojimų: Pirma, puslaidininkių lustai yra labai integruoti ir miniatiūrizuoti. Tęsiant Moore'o dėsnį (4 pav.), puslaidininkinių lustų integracija ir toliau didėja, komponentų dydis ir toliau mažėja, o gamybos procese reikia užtikrinti itin aukštą tikslumą ir stabilumą.

4 paveikslas (a) tranzistorių skaičius luste ir toliau didėja laikui bėgant; b) Lusto dydis ir toliau mažėja [5]

Be to, puslaidininkių gamybos proceso sudėtingumas ir sąnaudų kontrolė. Puslaidininkių gamybos procesas yra sudėtingas ir priklauso nuo tikslios įrangos, todėl kiekviena grandis turi būti tiksliai kontroliuojama. Dėl didelių įrangos, medžiagų ir MTTP sąnaudų puslaidininkinių gaminių gamybos sąnaudos yra didelės. Todėl būtina toliau tyrinėti ir mažinti sąnaudas užtikrinant produkto išeigą.

Tuo pačiu metu puslaidininkių gamybos pramonė turi greitai reaguoti į rinkos paklausą. Sparčiai kintant paklausai rinkoje. Tradicinis gamybos modelis turi ilgo ciklo ir menko lankstumo problemų, todėl sunku patenkinti greitą produktų kartojimą rinkoje. Todėl efektyvesnis ir lankstesnis gamybos būdas tapo ir puslaidininkių pramonės plėtros kryptimi.

Taikymas3D spausdinimaspuslaidininkių pramonėje

Puslaidininkių srityje 3D spausdinimo technologija taip pat nuolat demonstruoja savo taikymą.

Pirma, 3D spausdinimo technologija turi didelę laisvės laipsnį konstrukciniame dizaine ir gali pasiekti „integruotą“ liejimą, o tai reiškia, kad galima sukurti sudėtingesnes ir sudėtingesnes struktūras. 5 pav. (A) 3D sistema optimizuoja vidinę šilumos išsklaidymo struktūrą per dirbtinį pagalbinį dizainą, pagerina vaflinio stadijos šiluminį stabilumą, sumažina vaflių šiluminio stabilizavimo laiką ir pagerina lustų gamybos derlių ir efektyvumą. Litografijos aparate taip pat yra sudėtingų vamzdynų. 3D spausdinimo metu sudėtingos vamzdynų struktūros gali būti „integruotos“, siekiant sumažinti žarnų naudojimą ir optimizuoti dujų srautą vamzdyne, taip sumažinant neigiamą mechaninių trukdžių ir vibracijos poveikį bei pagerinant lustų apdorojimo proceso stabilumą.

5 pav. 3D sistema naudoja 3D spausdinimą dalims formuoti (a) litografijos mašinos plokštelės stadija; b) kolektoriaus vamzdynas [6]

Kalbant apie medžiagų pasirinkimą, 3D spausdinimo technologija gali realizuoti medžiagas, kurias sunku suformuoti tradiciniais apdorojimo metodais. Silicio karbido medžiagos turi didelį kietumą ir aukštą lydymosi temperatūrą. Tradicinius perdirbimo būdus sunku suformuoti ir jų gamybos ciklas yra ilgas. Sudėtingoms struktūroms formuoti reikalingas apdorojimas naudojant pelėsį. Sublimacija 3D sukūrė nepriklausomą dviejų purkštukų 3D spausdintuvą UPS-250 ir paruošė silicio karbido krištolo valtis. Po reakcijos sukepinimo produkto tankis yra 2,95–3,02 g/cm3.

6 pavSilicio karbido krištolo valtis[7]

7 pav. a) 3D bendro spausdinimo įranga; b) UV šviesa naudojama trimatėms struktūroms konstruoti, o lazeris – sidabro nanodalelėms generuoti; c) 3D bendro spausdinimo elektroninių komponentų principas[8]

Tradicinis elektroninio produkto procesas yra sudėtingas, todėl reikalingi keli proceso žingsniai nuo žaliavų iki gatavų produktų. Xiao ir kt. [8] Naudojama 3D spausdinimo technologija, kad selektyviai statytų kėbulo struktūras arba įterptų laidžius metalus į laisvos formos paviršius, kad būtų galima gaminti 3D elektroninius prietaisus. Ši technologija apima tik vieną spausdinimo medžiagą, kuri gali būti naudojama kuriant polimerų struktūras per UV kietėjimą, arba suaktyvinti metalo pirmtakus fotosenityviose dervose per lazerinį skenavimą, kad būtų pagamintos nanometalinės dalelės, kad susidarytų laidžios grandinės. Be to, gauta laidžioji grandinė pasižymi puikia atsparumu, kuris yra mažesnis kaip 6,12 µωm. Pakoreguojant medžiagos formulę ir apdorojimo parametrus, varžą galima toliau valdyti nuo 10 iki 6 iki 10Ωm. Galima pastebėti, kad 3D spausdinimo technologija išsprendžia daugialypės medžiagos nusėdimo iššūkį tradicinėje gamyboje ir atveria naują kelią 3D elektroninių produktų gamybai.

Lustų pakuotė yra pagrindinė puslaidininkių gamybos nuoroda. Tradicinė pakavimo technologija taip pat turi tokių problemų kaip sudėtingas procesas, šiluminio valdymo gedimas ir stresas, kurį sukelia šiluminio išsiplėtimo koeficientų nesutapimas tarp medžiagų, dėl kurių pakuotės gedimas. 3D spausdinimo technologija gali supaprastinti gamybos procesą ir sumažinti išlaidas tiesiogiai spausdinant pakuotės struktūrą. Feng ir kt. [9] paruoštos fazės keičia elektronines pakavimo medžiagas ir sujungė jas su 3D spausdinimo technologija, kad būtų pakuotės lustai ir grandinės. Fazės keičia elektroninę pakavimo medžiagą, kurią paruošė Feng ir kt. Didelė latentinė šiluma yra 145,6 J/g, o didelis šiluminis stabilumas esant 130 ° C temperatūrai. Palyginti su tradicinėmis elektroninėmis pakavimo medžiagomis, jo aušinimo efektas gali pasiekti 13 ° C.

8 pav. 3D spausdinimo technologijos naudojimo schema, kad būtų galima tiksliai įjungti grandines su fazių keitimo elektroninėmis medžiagomis; (b) kairėje esanti LED lustas buvo kapsuliuotas su fazių keitimo elektroninėmis pakavimo medžiagomis, o LED lustas dešinėje nebuvo kapsuliuota; c) LED lragių infraraudonųjų spindulių vaizdai su kapsuliavimu ir be jo; d) temperatūros kreivės su ta pačia galia ir skirtingomis pakavimo medžiagomis; e) sudėtinga grandinė be LED lustų pakavimo schemos; f) Fazių pokyčių elektroninių pakavimo medžiagų šilumos išsklaidymo schema [9]

3D spausdinimo technologijos iššūkiai puslaidininkių pramonėje

Nors 3D spausdinimo technologija parodė didelį potencialąPuslaidininkių pramonė. Tačiau vis dar yra daug iššūkių.

Kalbant apie liejimo tikslumą, dabartinė 3D spausdinimo technologija gali pasiekti 20 μm tikslumą, tačiau vis tiek sunku atitikti aukštus puslaidininkių gamybos standartus. Kalbant apie medžiagų parinkimą, nors 3D spausdinimo technologija gali sudaryti įvairias medžiagas, kai kurių medžiagų, turinčių specialias savybes (silicio karbidas, silicio nitrido ir kt.), Linkimo sunkumai vis dar yra palyginti aukštai. Kalbant apie gamybos sąnaudas, 3D spausdinimas gerai veikia mažų partijų pritaikytoje gamyboje, tačiau jos gamybos greitis yra gana lėtas, o įrangos kaina yra didelė, todėl sunku patenkinti didelio masto gamybos poreikius . Techniškai, nors 3D spausdinimo technologija pasiekė tam tikrus vystymosi rezultatus, ji vis dar yra kylanti technologija kai kuriose srityse ir reikalauja tolesnių tyrimų, tobulinimo ir tobulinimo, kad pagerintų jos stabilumą ir patikimumą.