تصنيع المضافات المعدنية (AM)، والمعروف باسمالطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، يتم تطبيقه بشكل متزايد في قطاع أشباه الموصلات لتلبية الطلب على الأجزاء ذات-الدقة العالية، والتعقيد العالي-، والنظافة العالية-. غالبًا ما تواجه الآلات الطرحية التقليدية صعوبات في التعامل مع الأشكال الهندسية المعقدة المتكاملة، وقنوات الموائع الدقيقة غير الملحومة، واحتياجات التحكم الصارمة في -الجسيمات في غرف الأبحاث. تتغلب شركة Metal AM على هذه القيود من خلال تمكين إنتاج الأشكال شبه الصافية-للهياكل المتجانسة ذات الميزات الداخلية التي قد تتطلب بخلاف ذلك -تجميعات متعددة الأجزاء أو لحام أو حفر-عمليات تؤدي إلى حدوث طبقات أو ضغوط متبقية أو مخاطر التلوث.
تستهدف هذه التقنية في المقام الأول أربعة مجالات تطبيق أساسية، مدعومة بتحسين البنية والسبائك المتقدمة والمعالجة اللاحقة- الصارمة. تُظهر تطبيقات العالم الحقيقي- مكاسب قابلة للقياس في الأداء الحراري، ودقة الأبعاد، وتقليل الوزن، وإنتاجية العملية.
-أدوات وتركيبات عالية الدقة
تركيبات عملية الويفر
يمكن إنتاج تركيبات التثبيت الفراغي المستخدمة في تنظيف الرقاقات والنقش والطباعة الحجرية الضوئية كهياكل -قطعة واحدة بدون وصلات. يؤدي هذا إلى التخلص من الفجوات المجهرية النموذجية للتركيبات المجمعة التي تحبس الجسيمات، مما يساعد على تلبية معايير ISO 14644-1 للتحكم في الجسيمات- في غرف الأبحاث. تشتمل المواد المفضلة على النحاس الخالي من الأكسجين- للتوصيل الحراري الفائق، وسبائك الألومنيوم 6061 للتصميمات خفيفة الوزن، والفولاذ المقاوم للصدأ غير المغناطيسي.
تدمج قواعد ظرف الظرف الكهروستاتيكي (ESC) المخصصة أخاديد الإلكترودات الداخلية وقنوات التبريد في تصميم واحد. والنتيجة هي امتصاص أكثر استقرارًا للرقاقة وتحسين التجانس الحراري أثناء المعالجة، مما يقلل من التواء الرقاقة. تؤكد الأبحاث التي أجريت على مكونات ESC المصنعة بشكل إضافي (بما في ذلك هجينة البوليمر- الخزفية عبر معالجة الضوء الرقمية) أن الطبقات العازلة المصممة خصيصًا وتكامل القطب الكهربائي تعمل على تحسين قوة الرمي والموثوقية في ظل ظروف العملية.
اختبار أشباه الموصلات وتركيبات التعبئة والتغليف
تستفيد تركيبات البطاقة -والنسخ-في مآخذ الاختبار من التكوين المتجانس لصفائف المسبار المعقدة. تصل دقة تباعد المسبار القابلة للتحقيق إلى مستوى ±0.005 مم، مما يدعم متطلبات اختبار التغليف عالي الكثافة-. تكتسب قواعد أدوات ربط-الرقائق والأسلاك-القلابة صلابة عالية ومقاومة للتآكل، مما يؤدي إلى خفض معدلات إزاحة الروابط- وزيادة إنتاجية التغليف.
تتضمن أمثلة الصناعة الطوبولوجيا-جداول ومراحل الرقاقة المحسنة التي يتم إنتاجها عبر مسحوق الليزر-دمج الطبقة. حققت إعادة تصميم مرحلة واحدة من -رقاقة سبائك الألومنيوم- تحسنًا في الأداء بنسبة 15% تقريبًا بعد المعالجة اللاحقة-مع تقليل الكتلة. لقد حققت صواني حامل التيتانيوم المصنعة عن طريق ترسيب البلازما السريع لمعدات الطباعة الحجرية توفيرًا يصل إلى 64% في المواد مقارنةً بالألواح المطروقة التقليدية (حوالي 140 كجم أقل من المواد لكل مكون كبير) بالإضافة إلى فترات زمنية أقصر.
مكونات الإدارة الحرارية-الأساسية
تتضمن المشتتات الحرارية المدمجة لأجهزة طاقة التردد اللاسلكي ووحدات IGBT قنوات تبريد داخلية حلزونية أو شبكية على شكل - تتوافق بشكل وثيق مع أسطح مصدر الحرارة-. بالمقارنة مع القنوات المحفورة تقليديًا، يمكن لهذه التصميمات تقليل المقاومة الحرارية بنسبة 20-40% وإزالة المقاومة الإضافية من الوصلات الملحومة.
تعمل قواعد التبريد الدقيقة لأدوات الطباعة الحجرية والحفر على تمكين-القنوات السطحية ذات الشكل الحر التي تحافظ على التحكم الدقيق في درجة الحرارة، مما يقلل من التشوه الحراري الذي قد يؤدي إلى انخفاض دقة النمط على الرقاقة.
توضح النتائج الموثقة من جداول رقائق AM المعدنية التأثير: انخفاض التباين الحراري بنسبة 83% (من 13.8 مللي كلفن إلى 2.3 مللي كلفن)، وانخفاض تدرجات درجة الحرارة بشكل كبير، وتحسين استقرار النظام بعامل خمسة، مما يساهم في تحقيق مكاسب بمقدار 1-2 نانومتر في دقة المعدات. تعمل مشعبات السوائل المُحسّنة أيضًا على تحسين دقة التصوير وإنتاجية الأداة بشكل عام. تظهر أيضًا الهياكل المبردة بشكل مطابق في الأدوات ذات الصلة، حيث تعمل ميزات الشبكة الداخلية أو TPMS (السطح الأدنى الدوري الثلاثي) على تحسين توحيد درجة الحرارة عبر ظرف الرقاقة الكبيرة.
المكونات الهيكلية الدقيقة المتكاملة
يمكن للمؤثرات النهائية- والأذرع المفصلية لروبوتات التعامل مع الرقاقات- أن تجمع بين شبكة خفيفة الوزن أو هياكل مجوفة مع -مسندات تثبيت عالية الدقة في طبعة واحدة. يؤدي هذا إلى تقليل خطأ التجميع-، وتحسين دقة الحركة، وإطالة عمر خدمة المعدات.
يتم تشكيل الفلنجات وموصلات الأنابيب غير المنتظمة للغرف المفرغة كأجزاء متجانسة، مما يؤدي إلى القضاء على مسارات التسرب المرتبطة باللحام. يدعم هذا الأسلوب مستويات الفراغ-العالية جدًا- (في حدود 10⁻⁹ تور) المطلوبة في أنظمة أشباه الموصلات.
تم قياس مكاسب الوزن الخفيف والصلابة في أدوات رقائق السيليكون-: حققت إحدى الحالات تخفيضًا في الكتلة بنسبة 50% مع زيادة متزامنة في الصلابة بنسبة 23%، مما أدى إلى زيادة تردد الرنين وخفض الاهتزاز لزيادة الإنتاجية.
المكونات الوظيفية المتخصصة
تحقق الأقطاب الكهربائية -لزراعة الأيونات وأدوات حفر البلازما-، المطبوعة من معادن مقاومة للحرارة مثل التنغستن أو الموليبدينوم، أشكالًا هندسية معقدة لحصر البلازما-تتحمل -درجات الحرارة العالية والبيئات المسببة للتآكل.
تتميز فوهات اللحام المخصصة لتغليف أشباه الموصلات بمصفوفات فتحات دقيقة ومسارات تدفق داخلية مناسبة لمفاصل اللحام الدقيقة-الكثافة العالية-، مما يعمل على تحسين اتساق الترسيب والإنتاجية.
متطلبات التكيف مع الصناعة ومعالجة-النشر
يعطي اختيار المواد الأولوية للسبائك غير المغناطيسية والمنخفضة- التي تطلق الغازات والمتوافقة مع معايير RoHS وSEMI S2 لتلبية احتياجات غرف الأبحاث والاحتياجات التنظيمية.
بعد الطباعة، تخضع الأجزاء لعملية فك الربط (للعمليات المعتمدة على مادة رابطة)، والتلبيد أو المعالجة الحرارية، والسفع الكاشطة، والتلميع الدقيق، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة المسحوق المتبقي والملوثات السطحية. يتحقق اختبار التسرب بمطياف كتلة الهيليوم- من سلامة الختم. تضمن هذه الخطوات تلبية المكونات النهائية لمتطلبات الجسيمات وإطلاق الغازات لبيئات تصنيع أشباه الموصلات.
بالإضافة إلى مجالات التطبيق الأربعة، تقدم شركة metal AM مزايا سلسلة التوريد-: فترات زمنية أقصر للأدوات المخصصة أو ذات الحجم المنخفض-، وتقليل هدر المواد، والقدرة على تكرار التصميمات بسرعة عبر مسارات العمل الرقمية. لا تزال هناك تحديات-تشطيب السطح، وإدارة الإجهاد المتبقي، والتأهيل وفقًا لمعايير أشباه الموصلات الصارمة-ولكن التقدم المستمر في التحكم في العمليات،-والمراقبة في الموقع، والتصنيع المختلط (AM بالإضافة إلى المعالجة النهائية) يتوسع اعتماده بشكل مطرد.
بوجهٍ عام، تنتقل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد من النماذج الأولية المتخصصة إلى إنتاج أجهزة -أشباه الموصلات المهمة، مما يوفر مزايا الأداء والنظافة التي لا يمكن للآلات التقليدية أن تضاهيها بتعقيد مماثل.
التعليمات
لماذا تعتبر الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مناسبة بشكل خاص لأدوات أشباه الموصلات مقارنة بالآلات التقليدية باستخدام الحاسب الآلي؟
إنها تتيح أجزاء متجانسة ذات قنوات وشبكات داخلية معقدة لا يمكن حفرها أو تجميعها بدون طبقات أو وصلات. يؤدي ذلك إلى تحسين النظافة والأداء الحراري واستقرار الأبعاد مع تقليل أخطاء التجميع ومخاطر التسرب.
ما هي مكاسب الأداء التي تم إثباتها لطاولات الرقاقة المُدارة حرارياً؟
تُظهر النتائج المنشورة انخفاضًا في التقلبات الحرارية بنسبة ~83% (على سبيل المثال، 13.8 مللي كلفن إلى 2.3 مللي كلفن)، وتحسينات متعددة -أضعاف في الاستقرار الحراري، ومكاسب في دقة المعدات في حدود 1-2 نانومتر، مما يفيد بشكل مباشر التحكم في العملية والإنتاجية.
ما هي المعادن شائعة الاستخدام ولماذا؟
النحاس الخالي من الأكسجين- (موصلية حرارية عالية)، وسبائك الألومنيوم مثل 6061 أو AlSi10Mg (خفيفة الوزن وقابلة للطباعة)، والفولاذ المقاوم للصدأ غير-المغنطيسي، والمعادن المقاومة للحرارة (التنغستن والموليبدينوم) للبيئات القاسية. ويجب أن تستوفي جميعها-معايير النظافة والنظافة المنخفضة.
كيف يتم التعامل مع المعالجة اللاحقة-للوفاء بمعايير غرف الأبحاث؟
وتشمل التسلسلات النموذجية إزالة المسحوق، والمعالجة الحرارية أو التلبيد، وتشطيب السطح (التفجير/التلميع)، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، واختبار تسرب الهيليوم. تعمل هذه الخطوات على التخلص من المساحيق والملوثات المحتبسة لتلبية متطلبات ISO وSEMI.
هل هناك حدود أو اتجاهات مستقبلية؟
تتضمن القيود الحالية خشونة السطح (التي تتطلب غالبًا معالجة نهائية)، وتكاليف التأهيل، وحدود البناء-الحجمية للمكونات الكبيرة جدًا. يركز العمل المستمر على طباعة مواد متعددة-، وعمليات ذات دقة أعلى-، والاعتماد على نطاق أوسع في أدوات الإنتاج والتعبئة المتقدمة.