Lithoz的LCM陶瓷3D打印如何解決半導體行業挑戰

魔猴君  科技前沿   7天前

從智能手機到自動駕駛，從加密貨幣到人工智能，對性能日益強大的微芯片的需求正在蓬勃發展。原材料短缺、貿易沖突以及緊張的全球政治局勢，正同時給半導體行業帶來巨大壓力。尋找安全的生產基地是當務之急，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。如何應對所有這些挑戰？3D打印高性能陶瓷又如何幫助半導體行業快速解決這些問題？

在半導體行業，快速、精準且經濟地生產至關重要，因為交付壓力和相關成本極高，尤其是在當前政治形勢變化帶來額外挑戰的情況下。換言之，新方法的實施不僅要提供決定性的附加值并顯著提高生產效率，還要應對地緣政治發展。這正是3D打印的用武之地。3D打印機可以快速購買并運送到新地點，從而實現按需生產和本地靈活性。通過在3D打印農場中同時使用多臺機器，可以保證快速供應組件和備件。此外，按需生產幾乎不涉及倉儲和空間成本。總而言之，面對嚴峻挑戰，3D打印有助于顯著提高效率并穩定生產。

Lithoz的LCM 3D打印機農場

Lithoz是一家已經認識到增材制造在半導體行業中附加值的公司。這家奧地利公司專注于3D打印技術陶瓷，此前已展示過其LCM技術如何應用于醫學和航空航天領域。但它的作用遠不止于此，因為LCM工藝在半導體行業中也具有眾多優勢，例如以前無法接近的復雜設計，其關鍵細節具有光滑表面（例如，用于氣體分配和冷卻組件中的高精度通道），組件無需連接，也無需組裝。在單個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，由于工藝的穩定性，LCM工藝可以實現可靠的批量生產。

半導體工業中的陶瓷

高性能陶瓷在半導體行業中的優勢仍是一個問題。半導體通常由晶圓制成，而晶圓本身又由硅制成。盡管硅的儲量豐富，但它也存在一些缺點。高溫下硅會喪失其半導體特性，而且就電子遷移率而言，其開關速度較低。因此，硅并非高性能半導體的理想材料，而高性能半導體的需求卻在不斷增長。然而，某些技術陶瓷卻能夠完美地滿足這些要求。

Lithoz公司研發的超精密氮化鋁熱交換器

氮化鋁是一個顯著的例子，因為它具有很高的機械穩定性，尤其是熱穩定性。它具有極高的導熱性和熱膨脹性——這些特性使其在高性能應用中極具吸引力和理想選擇。氧化鋁在半導體行業也非常受歡迎，因為它具有電絕緣性和耐化學腐蝕性。這為在極端或腐蝕性環境中的應用提供了顯著的優勢。半導體行業使用的另一種陶瓷是氮化硅，它非常耐用，并且耐化學品和高溫。

Lithoz提供這些陶瓷用于3D打印，并已與半導體行業的代表合作，使用LCM工藝生產功能部件，將陶瓷特性與超精密LCM相結合。示例包括氣體補償裝置、ALD環、加熱和冷卻板以及氣體分配噴嘴。現在，讓我們仔細研究其中一個用例，以說明陶瓷3D打印在半導體行業的潛力。

Lithoz氣體分配器和氣流噴嘴。

3D打印ALD環，用于優化氣體流動

Alumina Systems和Plasway Technologies依靠LCM技術設計和制造了ALD環。在原子層沉積(ALD)工藝中，極薄的膜層（厚度僅為一個原子）被精確地沉積在半導體表面。這需要形成膜層的氣體均勻分布。ALD環能夠精確地確保這一點，并確保工藝氣體在整個晶圓表面均勻分布。集成傳感器通過提供實時反饋和微調來支持這一工藝。

兩家公司的目標是顯著提高半導體制造設備蝕刻和涂層工藝的效率。LCM技術助力實現了這一目標，Alumina Systems負責制造由Plasway Technologies設計的環。Lithoz CeraFab S320打印機已在每個構建板上打印了20個LithaLox氧化鋁環段。然后將六個環段組裝成一個直徑380毫米的環。這使得每次打印作業可以打印三個以上環的組件。3D打印的陶瓷環不僅改善了氣流，還使兩家公司的生產力提高了三倍，并將正常運行時間延長了一至九個月，同時降低了制造成本。

編譯整理：3dnatives