Lithoz的LCM陶瓷3D打印如何解决半导体行业挑战

从智能手机到自动驾驶，从加密货币到人工智能，对性能日益强大的微芯片的需求正在蓬勃发展。原材料短缺、贸易冲突以及紧张的全球政治局势，正同时给半导体行业带来巨大压力。寻找安全的生产基地是当务之急，许多制造商由于工厂搬迁，在交货周期和交付方面面临着巨大的压力。如何应对所有这些挑战？3D打印高性能陶瓷又如何帮助半导体行业快速解决这些问题？  

在半导体行业，快速、精准且经济地生产至关重要，因为交付压力和相关成本极高，尤其是在当前政治形势变化带来额外挑战的情况下。换言之，新方法的实施不仅要提供决定性的附加值并显著提高生产效率，还要应对地缘政治发展。这正是3D打印的用武之地。3D打印机可以快速购买并运送到新地点，从而实现按需生产和本地灵活性。通过在3D打印农场中同时使用多台机器，可以保证快速供应组件和备件。此外，按需生产几乎不涉及仓储和空间成本。总而言之，面对严峻挑战，3D打印有助于显著提高效率并稳定生产。  

Lithoz的LCM 3D打印机农场  

Lithoz是一家已经认识到增材制造在半导体行业中附加值的公司。这家奥地利公司专注于3D打印技术陶瓷，此前已展示过其LCM技术如何应用于医学和航空航天领域。但它的作用远不止于此，因为LCM工艺在半导体行业中也具有众多优势，例如以前无法接近的复杂设计，其关键细节具有光滑表面（例如，用于气体分配和冷却组件中的高精度通道），组件无需连接，也无需组装。在单个组件中集成多种功能以及使用DfAM，不仅可以减轻重量，还可以提高盈利能力。此外，由于工艺的稳定性，LCM工艺可以实现可靠的批量生产。  

半导体工业中的陶瓷  

高性能陶瓷在半导体行业中的优势仍是一个问题。半导体通常由晶圆制成，而晶圆本身又由硅制成。尽管硅的储量丰富，但它也存在一些缺点。高温下硅会丧失其半导体特性，而且就电子迁移率而言，其开关速度较低。因此，硅并非高性能半导体的理想材料，而高性能半导体的需求却在不断增长。然而，某些技术陶瓷却能够完美地满足这些要求。  

Lithoz公司研发的超精密氮化铝热交换器  

氮化铝是一个显著的例子，因为它具有很高的机械稳定性，尤其是热稳定性。它具有极高的导热性和热膨胀性——这些特性使其在高性能应用中极具吸引力和理想选择。氧化铝在半导体行业也非常受欢迎，因为它具有电绝缘性和耐化学腐蚀性。这为在极端或腐蚀性环境中的应用提供了显著的优势。半导体行业使用的另一种陶瓷是氮化硅，它非常耐用，并且耐化学品和高温。  

Lithoz提供这些陶瓷用于3D打印，并已与半导体行业的代表合作，使用LCM工艺生产功能部件，将陶瓷特性与超精密LCM相结合。示例包括气体补偿装置、ALD环、加热和冷却板以及气体分配喷嘴。现在，让我们仔细研究其中一个用例，以说明陶瓷3D打印在半导体行业的潜力。  

Lithoz气体分配器和气流喷嘴。  

3D打印ALD环，用于优化气体流动  

Alumina Systems和Plasway  Technologies依靠LCM技术设计和制造了ALD环。在原子层沉积(ALD)工艺中，极薄的膜层（厚度仅为一个原子）被精确地沉积在半导体表面。这需要形成膜层的气体均匀分布。ALD环能够精确地确保这一点，并确保工艺气体在整个晶圆表面均匀分布。集成传感器通过提供实时反馈和微调来支持这一工艺。  

两家公司的目标是显著提高半导体制造设备蚀刻和涂层工艺的效率。LCM技术助力实现了这一目标，Alumina  Systems负责制造由Plasway Technologies设计的环。Lithoz CeraFab  S320打印机已在每个构建板上打印了20个LithaLox氧化铝环段。然后将六个环段组装成一个直径380毫米的环。这使得每次打印作业可以打印三个以上环的组件。3D打印的陶瓷环不仅改善了气流，还使两家公司的生产力提高了三倍，并将正常运行时间延长了一至九个月，同时降低了制造成本。  

编译整理：3dnatives