Исследовательское применение технологии 3D -печати в полупроводниковой промышленности

В эпоху быстрого технологического развития 3D -печать в качестве важного представителя передовой технологии производства постепенно меняет лицо традиционного производства. Благодаря постоянному зрелости технологии и снижению затрат, технология 3D -печати показала широкие перспективы применения во многих областях, таких как аэрокосмическая, автомобильная производство, медицинское оборудование и архитектурный дизайн, и способствует инновациям и разработке этих отраслей.

Стоит отметить, что потенциальное влияние технологии 3D-печати в высокотехнологичной области полупроводников становится все более заметным. Как краеугольный камень разработки информационных технологий, точность и эффективность процессов производства полупроводников влияют на производительность и стоимость электронных продуктов. Столкнулся с потребностями высокой точной, высокой сложности и быстрой итерации в полупроводниковой промышленности, технологии 3D -печати с ее уникальными преимуществами, предоставила беспрецедентные возможности и проблемы для производства полупроводников и постепенно проникли во все связиПолупроводниковая отрасль, что указывает на то, что полупроводниковую промышленность вот-вот ждут глубокие перемены.

Таким образом, анализ и изучение будущего применения технологии 3D-печати в полупроводниковой промышленности не только поможет нам понять импульс развития этой передовой технологии, но также предоставит техническую поддержку и рекомендации для модернизации полупроводниковой промышленности. В этой статье анализируются последние достижения технологии 3D-печати и ее потенциальное применение в полупроводниковой промышленности, а также рассматривается, как эта технология может способствовать развитию индустрии производства полупроводников.

Технология 3D-печати

3D -печать также известна как технология аддитивного производства. Его принцип состоит в том, чтобы построить трехмерную сущность путем укладки слоя материалов за слоем. Этот инновационный метод производства подрывает традиционный производственный «подтронный» или «равный материал» режим обработки и может «интегрировать» формованные продукты без помощи плесени. Существует много типов технологий 3D -печати, и каждая технология имеет свои собственные преимущества.

В соответствии с принципом формования технологии 3D-печати существует в основном четыре типа.

Technology Технология фотокаурирования основана на принципе ультрафиолетовой полимеризации. Жидкие фоточувствительные материалы излечиваются ультрафиолетовым светом и слоем слоя за слоем. В настоящее время эта технология может формировать керамику, металлы и смолы с высокой точностью литья. Его можно использовать в области медицинской, искусства и авиационной промышленности.

✔ Технология сплайской осаждения, через компьютерную печатную нагреву для нагрева и растопит нить и выдавливает ее в соответствии с определенной траекторией формы, слой за слоем и может образовывать пластиковые и керамические материалы.

✔ Технология прямой записи суспензии использует суспензию с высокой суспензией в качестве чернильного материала, который хранится в стволе и подключен к экструзионной игле, и устанавливается на платформе, которая может завершить трехмерное движение под управлением компьютера. Через механическое давление или пневматическое давление материал чернил выталкивается из сопла, чтобы непрерывно выдать на подложке, а затем проводится соответствующая пост-обработка (летучая растворитель, тепловое отверждение, отверждение света, спекание и т. Д.) в соответствии с свойствами материала для получения окончательного трехмерного компонента. В настоящее время эта технология может применяться к областям биокерамики и пищевой промышленности.

Technology Technology Technology Technology Laser Selective Selective Selective Selective Selective Selective Selective (SLM) и технологию лазерного селективного спекания (SLS). Обе технологии используют порошковые материалы в качестве объектов обработки. Среди них лазерная энергия SLM выше, что может заставить порошок плавить и затвердеть за короткое время. SLS можно разделить на прямые SLS и косвенные SLS. Энергия прямых SLS выше, и частицы могут быть непосредственно спешены или расплавлены, чтобы образовать связь между частицами. Следовательно, прямые SLS похож на SLM. Частицы порошка подвергаются быстрому нагреванию и охлаждению за короткое время, что заставляет формованное блок имеет большое внутреннее напряжение, низкую общую плотность и плохие механические свойства; Лазерная энергия косвенной SLS ниже, а связующее в порошке расплавляется лазерным пучком, а частицы связаны. После завершения формирования внутреннее связывание удаляется тепловой обезжиренной, и, наконец, выполняется спекание. Технология слияния порошкового слоя может образовывать металлы и керамику и в настоящее время используется в области аэрокосмической и автомобильной производства.

Рисунок 1 (а) Технология фотоотверждения; b) технология наплавления; (c) технология суспензионного прямого письма; (г) Технология плавления в порошковом слое [1, 2]

Благодаря постоянному развитию технологии 3D-печати ее преимущества постоянно демонстрируются: от прототипирования до конечной продукции. Во-первых, с точки зрения свободы проектирования структуры изделия, наиболее значительным преимуществом технологии 3D-печати является то, что она позволяет напрямую изготавливать сложные структуры заготовок. Далее, с точки зрения выбора материала объекта литья, технология 3D-печати позволяет печатать различные материалы, включая металлы, керамику, полимерные материалы и т. д. С точки зрения производственного процесса технология 3D-печати обладает высокой степенью гибкости и может регулировать производственный процесс и параметры в соответствии с фактическими потребностями.

Полупроводниковая промышленность

Полупроводниковая индустрия играет жизненно важную роль в современной науке, технике и экономике, и ее важность отражается во многих аспектах. Полупроводники используются для построения миниатюрных цепей, которые позволяют устройствам выполнять сложные вычисления и задачи обработки данных. И как важная опора мировой экономики, полупроводниковая промышленность предоставляет большое количество рабочих мест и экономических выгод для многих стран. Он не только напрямую способствовал разработке производства электроники, но также привел к росту таких отраслей, как разработка программного обеспечения и проектирование оборудования. Кроме того, в военных и оборонных областях,Полупроводниковая технологияимеет решающее значение для ключевого оборудования, такого как система связи, радары и спутниковая навигация, обеспечивая национальную безопасность и военные преимущества.

Схема 2 «14-я пятилетка» (отрывок) [3]

Таким образом, нынешняя полупроводниковая промышленность стала важным символом национальной конкурентоспособности, и все страны активно ее развивают. «14-й пятилетний план» моей страны предлагает сосредоточиться на поддержке различных ключевых «узких мест» в полупроводниковой промышленности, в основном включая передовые процессы, ключевое оборудование, полупроводники третьего поколения и другие области.

Диаграмма 3. Процесс обработки полупроводниковых чипов [4]

Процесс производства полупроводниковых чипов чрезвычайно сложный. Как показано на рисунке 3, он в основном включает в себя следующие ключевые шаги:подготовка вафель, литография,травление, тонкая пленка, ионная имплантация и тестирование на упаковку. Каждый процесс требует строгого контроля и точного измерения. Проблемы в любой ссылке могут привести к повреждению чипа или деградации производительности. Таким образом, полупроводниковое производство имеет очень высокие требования для оборудования, процессов и персонала.

Хотя традиционное производство полупроводников добилось больших успехов, все же существуют некоторые ограничения: во-первых, полупроводниковые чипы высокоинтегрированы и миниатюризированы. С сохранением закона Мура (рис. 4) интеграция полупроводниковых чипов продолжает расти, размеры компонентов продолжают сокращаться, а производственный процесс должен обеспечивать чрезвычайно высокую точность и стабильность.

Рисунок 4 (а) Количество транзисторов в чипе со временем продолжает увеличиваться; (б) Размер чипа продолжает уменьшаться [5]

Кроме того, сложность и контроль затрат процесса производства полупроводников. Процесс производства полупроводников сложен и зависит от прецизионного оборудования, и каждое звено требует точного контроля. Высокая стоимость оборудования, материалов и затрат на исследования и разработки делают стоимость производства полупроводниковой продукции высокой. Поэтому необходимо продолжать исследования и снижать затраты, обеспечивая при этом выход продукта.

В то же время, производственная промышленность полупроводников должна быстро реагировать на рыночный спрос. С быстрыми изменениями в рыночном спросе. Традиционная модель производства имеет проблемы с длинной циклом и плохой гибкостью, что затрудняет удовлетворение быстрой итерации продуктов на рынке. Следовательно, более эффективный и гибкий метод производства также стал направлением разработки полупроводниковой промышленности.

Применение3D -печатьВ полупроводниковой промышленности

В области полупроводника технология 3D -печати также постоянно продемонстрировала свое применение.

Во -первых, технология 3D -печати имеет высокую степень свободы в структурном дизайне и может достичь «интегрированного» литья, что означает, что могут быть разработаны более сложные и сложные структуры. Рисунок 5 (а), трехмерная система оптимизирует внутреннюю структуру рассеивания тепла посредством искусственной вспомогательной конструкции, улучшает термостабильность стадии пластины, уменьшает время термической стабилизации пластины и повышает выход и эффективность производства чипов. Есть также сложные трубопроводы внутри литографической машины. Благодаря 3D -печати сложные конструкции трубопровода могут быть «интегрированы», чтобы уменьшить использование шлангов и оптимизировать поток газа в трубопроводе, тем самым уменьшая негативное влияние механических помех и вибрации и улучшая стабильность процесса обработки чипов.

Рисунок 5 3D -система использует 3D -печать для формирования деталей (а) стадии литографического машины; (б) Говорящий трубопровод [6]

С точки зрения выбора материала, технология 3D -печати может реализовать материалы, которые трудно сформировать с помощью традиционных методов обработки. Кремниевые карбидные материалы имеют высокую твердость и высокую температуру плавления. Традиционные методы обработки трудно сформировать и иметь длинный производственный цикл. Образование сложных структур требует обработки с помощью плесени. Sublimation 3D разработала независимые 3D-принтер с двойной новой UPS-250 и приготовленные кремниевые карбид-кристаллические лодки. После реакции спекания плотность продукта составляет 2,95 ~ 3,02 г/см3.

Рисунок 6Кристаллическая лодка из карбида кремния[7]

Рисунок 7 (а) Оборудование для 3D-копечати; (б) УФ-свет используется для создания трехмерных структур, а лазер используется для создания наночастиц серебра; (c) Принцип совместной 3D-печати электронных компонентов[8]

Традиционный процесс изготовления электронного продукта сложен, и требуется несколько этапов процесса от сырья до готовой продукции. Сяо и др. [8] использовала технологию 3D-совместной печати для выборочного создания конструкций кузова или внедрения проводящих металлов на поверхности произвольной формы для производства 3D-электронных устройств. Эта технология включает в себя только один печатный материал, который можно использовать для создания полимерных структур посредством УФ-отверждения или для активации предшественников металлов в светочувствительных смолах посредством лазерного сканирования для производства частиц нанометалла для формирования проводящих цепей. Кроме того, полученная проводящая цепь демонстрирует превосходное удельное сопротивление, составляющее около 6,12 мкОм·м. Регулируя формулу материала и параметры обработки, удельное сопротивление можно дополнительно контролировать в диапазоне от 10-6 до 10 Ом·м. Видно, что технология 3D-совместной печати решает проблему нанесения нескольких материалов в традиционном производстве и открывает новый путь для производства 3D-электронных продуктов.

Упаковка чипов является ключевым звеном в производстве полупроводников. Традиционная технология упаковки также имеет такие проблемы, как сложный процесс, нарушение терморегулирования и напряжение, вызванное несоответствием коэффициентов теплового расширения материалов, что приводит к выходу упаковки из строя. Технология 3D-печати может упростить производственный процесс и снизить затраты за счет прямой печати структуры упаковки. Фэн и др. [9] подготовили электронные упаковочные материалы с фазовым переходом и объединили их с технологией 3D-печати для упаковки микросхем и схем. Электронный упаковочный материал с фазовым переходом, подготовленный Feng et al. имеет высокую скрытую теплоту 145,6 Дж/г и обладает значительной термической стабильностью при температуре 130°С. По сравнению с традиционными упаковочными материалами для электронных устройств его охлаждающий эффект может достигать 13°C.

Рисунок 8 Схематическая схема с использованием технологии 3D -печати для точного инкапсуляции схем с фазовыми изменениями электронных материалов; (b) Светодиодный чип слева был инкапсулирован с электронными упаковочными материалами, а светодиодный чип справа не был инкапсулирован; (c) инфракрасные изображения светодиодных чипов с инкапсуляцией и без него; (d) температурные кривые под одной и той же мощностью и различными упаковочными материалами; (e) сложная схема без схемы упаковки светодиодных чипов; (F) Схематическая диаграмма тепловой рассеивания электронных упаковочных материалов изменения фазы [9]

Проблемы технологии 3D -печати в полупроводниковой промышленности

Хотя технология 3D-печати показала большой потенциал вполупроводниковая промышленность. Однако существует еще много проблем.

С точки зрения точности литья, текущая технология 3D -печати может достичь точности 20 мкм, но все еще трудно соответствовать высоким стандартам производства полупроводников. С точки зрения выбора материала, хотя технология 3D -печати может образовывать различные материалы, сложность формования некоторых материалов с особыми свойствами (карбид кремния, нитрид кремния и т. Д.) Все еще относительно высокая. С точки зрения стоимости производства, 3D-печать хорошо работает в небольшом индивидуальном производстве, но его скорость производства относительно медленная в крупномасштабном производстве, а стоимость оборудования высока, что затрудняет удовлетворение потребностей крупномасштабного производства Полем Технически, хотя технология 3D -печати достигла определенных результатов разработки, она все еще является новой технологией в некоторых областях и требует дальнейших исследований и разработок и улучшения для повышения его стабильности и надежности.