Aplikasi eksplorasi teknologi cetak 3D ing industri semikonduktor

Ing jaman perkembangan teknologi kanthi cepet, percetakan 3D, minangka wakil penting teknologi manufaktur maju, mboko sithik ngganti pasuryan manufaktur tradisional. Kanthi kadewasan teknologi sing terus-terusan lan nyuda biaya, teknologi percetakan 3D wis nuduhake prospek aplikasi sing wiyar ing pirang-pirang lapangan kayata aerospace, manufaktur mobil, peralatan medis, lan desain arsitektur, lan wis ningkatake inovasi lan pangembangan industri kasebut.

Wigati dimangerteni manawa pengaruh potensial teknologi cetak 3D ing bidang semikonduktor teknologi dhuwur dadi saya misuwur. Minangka landasan pangembangan teknologi informasi, presisi lan efisiensi proses manufaktur semikonduktor mengaruhi kinerja lan biaya produk elektronik. Ngadhepi kabutuhan presisi sing dhuwur, kerumitan sing dhuwur lan pengulangan kanthi cepet ing industri semikonduktor, teknologi percetakan 3D, kanthi kaluwihan unik, wis nggawa kesempatan lan tantangan sing durung ana sadurunge kanggo manufaktur semikonduktor, lan mboko sithik nembus menyang kabeh tautanrantai industri semikonduktor, nuduhake yen industri semikonduktor bakal nggawa owah-owahan sing penting.

Mulane, nganalisa lan njelajah aplikasi mangsa teknologi printing 3D ing industri semikonduktor ora mung bakal bantuan kita nangkep pulsa pangembangan teknologi nglereni-pinggiran iki, nanging uga nyedhiyani technical support lan referensi kanggo nganyarke industri semikonduktor. Artikel iki nganalisa kemajuan paling anyar saka teknologi printing 3D lan aplikasi potensial ing industri semikonduktor, lan ngarepake carane teknologi iki bisa ningkataké industri manufaktur semikonduktor.

Teknologi printing 3D

Printing 3D uga dikenal minangka teknologi manufaktur aditif. Prinsipe yaiku mbangun entitas telung dimensi kanthi numpuk bahan kanthi lapisan. Cara produksi inovatif iki subverts manufaktur tradisional "subtractive" utawa "material padha" mode Processing, lan bisa "nyawiji" produk nyetak tanpa bantuan jamur. Ana akeh jinis teknologi printing 3D, lan saben teknologi duwe kaluwihan dhewe.

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

✔ Teknologi Photocuring adhedhasar prinsip polimerisasi ultraviolet. Bahan fotosensitif cair diobati kanthi sinar ultraviolet lan ditumpuk lapisan kanthi lapisan. Saiki, teknologi iki bisa mbentuk keramik, logam, lan resin kanthi presisi cetakan sing dhuwur. Bisa digunakake ing bidang medis, seni, lan industri 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 slurry nggunakake slurry viskositas dhuwur minangka bahan tinta, sing disimpen ing tong minyak lan disambungake menyang jarum ekstrusi, lan dipasang ing platform sing bisa ngrampungake gerakan telung dimensi ing kontrol komputer. Liwat tekanan mekanik utawa tekanan pneumatik, bahan tinta diusir metu saka muncung kanggo terus-terusan extrude ing landasan kanggo mbentuk, lan banjur post-processing sing cocog (pelarut molah malih, curing termal, curing cahya, sintering, lan sapiturute) ditindakake. miturut sifat materi kanggo entuk komponen telung dimensi pungkasan. Saiki, teknologi iki bisa ditrapake ing bidang biokeramik lan pangolahan panganan.

✔Teknologi fusi bed powder bisa dipérang dadi teknologi laser selective melting (SLM) lan laser selective sintering technology (SLS). Kaloro teknologi kasebut nggunakake bahan bubuk minangka obyek pangolahan. Antarane wong-wong mau, energi laser saka SLM luwih dhuwur, kang bisa nggawe wêdakakêna nyawiji lan solidify ing wektu cendhak. SLS bisa dipérang dadi SLS langsung lan SLS ora langsung. Energi SLS langsung luwih dhuwur, lan partikel bisa langsung disinter utawa dilebur kanggo mbentuk ikatan antarane partikel. Mulane, SLS langsung padha karo SLM. Partikel wêdakakêna ngalami pemanasan lan pendinginan kanthi cepet ing wektu sing cendhak, sing ndadekake blok cetakan duwe tekanan internal sing gedhe, Kapadhetan sakabèhé kurang, lan sifat mekanik sing kurang; energi laser saka SLS ora langsung luwih murah, lan binder ing wêdakakêna dilebur dening sinar laser lan partikel diikat. Sawise pambentukan rampung, pengikat internal dibusak kanthi degreasing termal, lan pungkasane sintering ditindakake. Teknologi fusi bed powder bisa mbentuk logam lan keramik lan saiki digunakake ing lapangan aeroangkasa lan otomotif.

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

Kanthi pangembangan teknologi percetakan 3D sing terus-terusan, kaluwihan kasebut terus ditampilake saka prototipe nganti produk pungkasan. Kaping pisanan, babagan kebebasan desain struktur produk, kauntungan paling penting saka teknologi cetak 3D yaiku bisa langsung nggawe struktur kompleks benda kerja. Sabanjure, ing babagan pilihan materi saka obyek cetakan, teknologi printing 3D bisa nyithak macem-macem bahan, kalebu logam, keramik, bahan polimer, lan liya-liyane. bisa nyetel proses manufaktur lan paramèter miturut kabutuhan nyata.

Industri semikonduktor

Industri semikonduktor nduweni peran penting ing ilmu pengetahuan lan teknologi modern lan ekonomi, lan pentinge dibayangke ing pirang-pirang aspek. Semikonduktor digunakake kanggo mbangun sirkuit miniatur, sing ngidini piranti bisa nindakake tugas komputasi lan pangolahan data sing rumit. Lan minangka pilar penting ekonomi global, industri semikonduktor nyedhiyakake akeh proyek lan keuntungan ekonomi kanggo akeh negara. Ora mung langsung promosi pangembangan industri manufaktur elektronik, nanging uga mimpin kanggo tuwuhing industri kayata pangembangan piranti lunak lan desain hardware. Kajaba iku, ing bidang militèr lan pertahanan,teknologi semikonduktorpenting kanggo peralatan utama kayata sistem komunikasi, radar, lan navigasi satelit, njamin keamanan nasional lan kaluwihan militer.

Bagan 2 "Rencana Lima Tahun ke-14" (kutipan) [3]

Mulane, industri semikonduktor saiki wis dadi simbol penting daya saing nasional, lan kabeh negara aktif ngembangaken. negaraku "14. Rencana Limang Taun" ngusulake kanggo fokus ing ndhukung macem-macem tombol "bottleneck" pranala ing industri semikonduktor, utamané kalebu pangolahan majeng, peralatan tombol, semikonduktor generasi katelu lan lapangan liyane.

Bagan 3 Proses pangolahan chip semikonduktor [4]

Proses manufaktur kripik semikonduktor banget rumit. Kaya sing ditampilake ing Gambar 3, utamane kalebu langkah-langkah kunci ing ngisor iki:persiapan waferlitografi,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.

Senajan manufaktur semikonduktor tradisional wis sukses gedhe, isih ana sawetara watesan: Kaping pisanan, Kripik semikonduktor banget terpadu lan miniaturized. Kanthi tutugan Hukum Moore (Gambar 4), integrasi chip semikonduktor terus saya tambah, ukuran komponen terus nyusut, lan proses manufaktur kudu njamin presisi lan stabilitas sing dhuwur banget.

Figure 4 (a) Jumlah transistor ing chip terus nambah liwat wektu; (b) Ukuran chip terus nyusut [5]

Kajaba iku, kerumitan lan kontrol biaya proses manufaktur semikonduktor. Proses manufaktur semikonduktor rumit lan gumantung ing peralatan presisi, lan saben tautan kudu dikontrol kanthi akurat. Biaya peralatan sing dhuwur, biaya materi lan biaya R&D nggawe biaya produksi produk semikonduktor dhuwur. Mulane, perlu terus njelajah lan nyuda biaya nalika njamin asil produk.

Ing wektu sing padha, industri manufaktur semikonduktor kudu cepet nanggapi panjaluk pasar. Kanthi owah-owahan cepet ing dikarepake pasar. Model manufaktur tradisional duwe masalah siklus dawa lan fleksibilitas sing kurang, sing ndadekake angel nemoni produk kanthi cepet ing pasar. Mulane, cara manufaktur sing luwih efisien lan fleksibel uga dadi arah pangembangan industri semikonduktor.

Aplikasi sakaPrinting 3Ding industri semikonduktor

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

Kaping pisanan, teknologi percetakan 3D nduweni kebebasan sing dhuwur ing desain struktur lan bisa entuk cetakan "terpadu", tegese struktur sing luwih canggih lan kompleks bisa dirancang. Figure 5 (a), Sistem 3D ngoptimalake struktur boros panas internal liwat desain tambahan Ponggawa, mbenakake stabilitas termal saka tataran wafer, nyuda wektu stabil termal saka wafer, lan mbenakake ngasilaken lan efficiency produksi chip. Ana uga pipa kompleks ing jero mesin litografi. Liwat printing 3D, struktur pipa kompleks bisa "integrasi" kanggo nyuda panggunaan selang lan ngoptimalake aliran gas ing pipa, saéngga nyuda dampak negatif saka gangguan mekanik lan getaran lan ningkatake stabilitas proses pangolahan chip.

Gambar 5 Sistem 3D nggunakake printing 3D kanggo mbentuk bagean (a) tahap wafer mesin litografi; (b) pipa 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 tradisional rumit, lan macem-macem langkah proses dibutuhake saka bahan mentah nganti produk rampung. Xiao et al.[8] nggunakake teknologi co-printing 3D kanggo mbangun struktur awak kanthi selektif utawa nempelake logam konduktif ing lumahing wangun bebas kanggo nggawe piranti elektronik 3D. Teknologi iki mung nyakup siji bahan cetak, sing bisa digunakake kanggo mbangun struktur polimer liwat curing UV, utawa kanggo ngaktifake prekursor logam ing resin fotosensitif liwat pemindaian laser kanggo ngasilake partikel nano-logam kanggo mbentuk sirkuit konduktif. Kajaba iku, sirkuit konduktif sing diasilake nuduhake resistivitas sing apik banget nganti 6.12µΩm. Kanthi nyetel rumus materi lan paramèter pangolahan, resistivity bisa luwih kontrol antarane 10-6 lan 10Ωm. Bisa dideleng manawa teknologi co-printing 3D ngrampungake tantangan deposisi multi-material ing manufaktur tradisional lan mbukak dalan anyar kanggo nggawe 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 Diagram skematis nggunakake teknologi printing 3D kanggo encapsulate sirkuit kanthi bahan elektronik pangowahan fase; (b) Chip LED ing sisih kiwa wis encapsulated karo phase owah-owahan bahan kemasan elektronik, lan chip LED ing sisih tengen durung encapsulated; (c) Gambar inframerah saka chip LED kanthi lan tanpa enkapsulasi; (d) Kurva suhu miturut daya sing padha lan bahan kemasan sing beda; (e) Sirkuit kompleks tanpa diagram kemasan chip LED; (f) Diagram skematis disipasi panas bahan kemasan elektronik owah-owahan fase [9]

Tantangan teknologi cetak 3D ing industri semikonduktor

Senajan teknologi printing 3D wis ditampilake gedhe potensial 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, lan sapiturute) 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.