從智能手機(jī)到自動(dòng)駕駛，從加密貨幣到人工智能，對(duì)性能日益強(qiáng)大的微芯片的需求正在蓬勃發(fā)展。原材料短缺、貿(mào)易沖突以及緊張的全球政治局勢(shì)，正同時(shí)給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)巨大壓力。尋找安全的生產(chǎn)基地是當(dāng)務(wù)之急，許多制造商由于工廠搬遷，在交貨周期和交付方面面臨著巨大的壓力。如何應(yīng)對(duì)所有這些挑戰(zhàn)？3D打印高性能陶瓷又如何幫助半導(dǎo)體行業(yè)快速解決這些問(wèn)題？

在半導(dǎo)體行業(yè)，快速、精準(zhǔn)且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)至關(guān)重要，因?yàn)榻桓秹毫拖嚓P(guān)成本極高，尤其是在當(dāng)前政治形勢(shì)變化帶來(lái)額外挑戰(zhàn)的情況下。換言之，新方法的實(shí)施不僅要提供決定性的附加值并顯著提高生產(chǎn)效率，還要應(yīng)對(duì)地緣政治發(fā)展。這正是3D打印的用武之地。3D打印機(jī)可以快速購(gòu)買并運(yùn)送到新地點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)和本地靈活性。通過(guò)在3D打印農(nóng)場(chǎng)中同時(shí)使用多臺(tái)機(jī)器，可以保證快速供應(yīng)組件和備件。此外，按需生產(chǎn)幾乎不涉及倉(cāng)儲(chǔ)和空間成本?？偠灾鎸?duì)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，3D打印有助于顯著提高效率并穩(wěn)定生產(chǎn)。

Lithoz的LCM 3D打印機(jī)農(nóng)場(chǎng)

Lithoz是一家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到增材制造在半導(dǎo)體行業(yè)中附加值的公司。這家?jiàn)W地利公司專注于3D打印技術(shù)陶瓷，此前已展示過(guò)其LCM技術(shù)如何應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和航空航天領(lǐng)域。但它的作用遠(yuǎn)不止于此，因?yàn)長(zhǎng)CM工藝在半導(dǎo)體行業(yè)中也具有眾多優(yōu)勢(shì)，例如以前無(wú)法接近的復(fù)雜設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵細(xì)節(jié)具有光滑表面（例如，用于氣體分配和冷卻組件中的高精度通道），組件無(wú)需連接，也無(wú)需組裝。在單個(gè)組件中集成多種功能以及使用DfAM，不僅可以減輕重量，還可以提高盈利能力。此外，由于工藝的穩(wěn)定性，LCM工藝可以實(shí)現(xiàn)可靠的批量生產(chǎn)。

半導(dǎo)體工業(yè)中的陶瓷

高性能陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)仍是一個(gè)問(wèn)題。半導(dǎo)體通常由晶圓制成，而晶圓本身又由硅制成。盡管硅的儲(chǔ)量豐富，但它也存在一些缺點(diǎn)。高溫下硅會(huì)喪失其半導(dǎo)體特性，而且就電子遷移率而言，其開(kāi)關(guān)速度較低。因此，硅并非高性能半導(dǎo)體的理想材料，而高性能半導(dǎo)體的需求卻在不斷增長(zhǎng)。然而，某些技術(shù)陶瓷卻能夠完美地滿足這些要求。

Lithoz公司研發(fā)的超精密氮化鋁熱交換器

氮化鋁是一個(gè)顯著的例子，因?yàn)樗哂泻芨叩臋C(jī)械穩(wěn)定性，尤其是熱穩(wěn)定性。它具有極高的導(dǎo)熱性和熱膨脹性——這些特性使其在高性能應(yīng)用中極具吸引力和理想選擇。氧化鋁在半導(dǎo)體行業(yè)也非常受歡迎，因?yàn)樗哂须娊^緣性和耐化學(xué)腐蝕性。這為在極端或腐蝕性環(huán)境中的應(yīng)用提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。半導(dǎo)體行業(yè)使用的另一種陶瓷是氮化硅，它非常耐用，并且耐化學(xué)品和高溫。

Lithoz提供這些陶瓷用于3D打印，并已與半導(dǎo)體行業(yè)的代表合作，使用LCM工藝生產(chǎn)功能部件，將陶瓷特性與超精密LCM相結(jié)合。示例包括氣體補(bǔ)償裝置、ALD環(huán)、加熱和冷卻板以及氣體分配噴嘴?，F(xiàn)在，讓我們仔細(xì)研究其中一個(gè)用例，以說(shuō)明陶瓷3D打印在半導(dǎo)體行業(yè)的潛力。

Lithoz氣體分配器和氣流噴嘴。

3D打印ALD環(huán)，用于優(yōu)化氣體流動(dòng)

Alumina Systems和Plasway Technologies依靠LCM技術(shù)設(shè)計(jì)和制造了ALD環(huán)。在原子層沉積(ALD)工藝中，極薄的膜層（厚度僅為一個(gè)原子）被精確地沉積在半導(dǎo)體表面。這需要形成膜層的氣體均勻分布。ALD環(huán)能夠精確地確保這一點(diǎn)，并確保工藝氣體在整個(gè)晶圓表面均勻分布。集成傳感器通過(guò)提供實(shí)時(shí)反饋和微調(diào)來(lái)支持這一工藝。

兩家公司的目標(biāo)是顯著提高半導(dǎo)體制造設(shè)備蝕刻和涂層工藝的效率。LCM技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，Alumina Systems負(fù)責(zé)制造由Plasway Technologies設(shè)計(jì)的環(huán)。Lithoz CeraFab S320打印機(jī)已在每個(gè)構(gòu)建板上打印了20個(gè)LithaLox氧化鋁環(huán)段。然后將六個(gè)環(huán)段組裝成一個(gè)直徑380毫米的環(huán)。這使得每次打印作業(yè)可以打印三個(gè)以上環(huán)的組件。3D打印的陶瓷環(huán)不僅改善了氣流，還使兩家公司的生產(chǎn)力提高了三倍，并將正常運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)了一至九個(gè)月，同時(shí)降低了制造成本。

編譯整理：3dnatives