Yarımkeçirici sənayedə 3D çap texnologiyasının kəşfiyyat xarakterli tətbiqi

Sürətli texnoloji inkişaf dövründə qabaqcıl istehsal texnologiyasının mühüm nümayəndəsi kimi 3D çap ənənəvi istehsalın simasını tədricən dəyişir. Texnologiyanın davamlı yetkinliyi və xərclərin azaldılması ilə 3D çap texnologiyası aerokosmik, avtomobil istehsalı, tibbi avadanlıq və memarlıq dizaynı kimi bir çox sahədə geniş tətbiq perspektivlərini göstərdi və bu sənayelərin innovasiyasını və inkişafına kömək etdi.

Qeyd etmək lazımdır ki, 3D çap texnologiyasının yüksək texnologiyalı yarımkeçiricilər sahəsində potensial təsiri getdikcə daha qabarıq görünür. İnformasiya texnologiyalarının inkişafının təməl daşı kimi, yarımkeçiricilərin istehsal proseslərinin dəqiqliyi və səmərəliliyi elektron məhsulların performansına və qiymətinə təsir göstərir. Yarımkeçiricilər sənayesində yüksək dəqiqlik, yüksək mürəkkəblik və sürətli iterasiya ehtiyacları ilə üzləşən 3D çap texnologiyası özünəməxsus üstünlükləri ilə yarımkeçiricilər istehsalına misli görünməmiş imkanlar və çətinliklər gətirdi və tədricən dünyanın bütün hissələrinə nüfuz etdi.yarımkeçirici sənaye zənciriBu, yarımkeçirici sənayenin köklü bir dəyişikliyə qovuşmaq üzrə olduğunu göstərir.

Buna görə də, yarımkeçiricilər sənayesində 3D çap texnologiyasının gələcək tətbiqinin təhlili və tədqiqi təkcə bu qabaqcıl texnologiyanın inkişaf impulsunu anlamağa kömək etməyəcək, həm də yarımkeçirici sənayenin təkmilləşdirilməsi üçün texniki dəstək və istinad təmin edəcək. Bu məqalə 3D çap texnologiyasının ən son tərəqqisini və onun yarımkeçiricilər sənayesindəki potensial tətbiqlərini təhlil edir və bu texnologiyanın yarımkeçiricilər istehsalı sənayesini necə inkişaf etdirə biləcəyini səbirsizliklə gözləyir.

3D çap texnologiyası

3D çap həm də əlavə istehsal texnologiyası kimi tanınır. Onun prinsipi materialları qat-qat üst-üstə yığmaqla üçölçülü obyekt qurmaqdır. Bu innovativ istehsal üsulu ənənəvi istehsalın "çıxarıcı" və ya "bərabər material" emal rejimini alt-üst edir və qəlib yardımı olmadan qəliblənmiş məhsulları "inteqrasiya edə" bilir. 3D çap texnologiyalarının bir çox növləri var və hər texnologiyanın öz üstünlükləri var.

3D çap texnologiyasının qəlibləmə prinsipinə əsasən, əsasən dörd növ var.

✔ Fotokurinq texnologiyası ultrabənövşəyi polimerləşmə prinsipinə əsaslanır. Maye işığa həssas materiallar ultrabənövşəyi şüa ilə müalicə olunur və qat-qat yığılır. Hazırda bu texnologiya yüksək qəlibləmə dəqiqliyi ilə keramika, metal və qatranlar əmələ gətirə bilir. Tibb, incəsənət və aviasiya sənayesi sahələrində istifadə oluna bilər.

✔ Flamanı qızdırmaq və əritmək və müəyyən bir forma trayektoriyasına uyğun olaraq qat-qat çıxarmaq və plastik və keramika materialları yaratmaq üçün kompüter tərəfindən idarə olunan çap başlığı vasitəsilə əridilmiş çökmə texnologiyası.

✔ Slurry birbaşa yazı texnologiyası mürəkkəb materialı kimi yüksək özlülüklü şlamdan istifadə edir, o, lülədə saxlanılır və ekstruziya iynəsinə birləşdirilir və kompüterin nəzarəti altında üçölçülü hərəkəti tamamlaya bilən platformaya quraşdırılır. Mexanik təzyiq və ya pnevmatik təzyiq vasitəsilə mürəkkəb materialı formalaşdırmaq üçün substratda davamlı olaraq ekstrüde etmək üçün burundan itələnir və sonra müvafiq sonrakı emal (uçucu həlledici, termal müalicə, işıqla müalicə, sinterləmə və s.) həyata keçirilir. son üçölçülü komponenti əldə etmək üçün material xüsusiyyətlərinə görə. Hazırda bu texnologiya biokeramika və qida emalı sahələrində tətbiq oluna bilər.

✔Powder bed füzyon texnologiyası lazer selektiv ərimə texnologiyasına (SLM) və lazer selektiv sinterləmə texnologiyasına (SLS) bölünə bilər. Hər iki texnologiya emal obyekti kimi toz materiallarından istifadə edir. Onların arasında SLM-nin lazer enerjisi daha yüksəkdir ki, bu da tozun qısa müddətdə əriməsinə və bərkiməsinə səbəb ola bilər. SLS birbaşa SLS və dolayı SLS bölünə bilər. Birbaşa SLS-nin enerjisi daha yüksəkdir və hissəciklər birbaşa sinterlənə və ya hissəciklər arasında bir əlaqə yaratmaq üçün əridilə bilər. Buna görə də birbaşa SLS SLM-ə bənzəyir. Toz hissəcikləri qısa müddətdə sürətlə qızdırılır və soyudulur, bu da qəliblənmiş blokun böyük daxili gərginliyə, aşağı ümumi sıxlığa və zəif mexaniki xüsusiyyətlərə malik olmasını təmin edir; dolayı SLS-nin lazer enerjisi daha azdır və tozdakı bağlayıcı lazer şüası ilə əridilir və hissəciklər bağlanır. Formalaşma başa çatdıqdan sonra daxili bağlayıcı termal yağsızlaşdırma ilə çıxarılır və nəhayət sinterləmə aparılır. Pudra yatağı füzyon texnologiyası metallar və keramika yarada bilər və hazırda aerokosmik və avtomobil istehsalı sahələrində istifadə olunur.

Şəkil 1 (a) Fotoşəkilləmə texnologiyası; (b) əridilmiş çökmə texnologiyası; (c) Slurry birbaşa yazı texnologiyası; (d) Pudra yatağı füzyon texnologiyası [1, 2]

3D çap texnologiyasının davamlı inkişafı ilə onun üstünlükləri prototipdən son məhsula qədər daim nümayiş etdirilir. Birincisi, məhsul strukturunun dizaynının azadlığı baxımından, 3D çap texnologiyasının ən əhəmiyyətli üstünlüyü, iş parçalarının mürəkkəb strukturlarını birbaşa istehsal edə bilməsidir. Bundan sonra, qəlibləmə obyektinin material seçimi baxımından 3D çap texnologiyası müxtəlif materialları, o cümlədən metalları, keramikaları, polimer materialları və s. çap edə bilər. İstehsal prosesi baxımından 3D çap texnologiyası yüksək dərəcədə elastikliyə malikdir və faktiki ehtiyaclara uyğun olaraq istehsal prosesini və parametrlərini tənzimləyə bilər.

Yarımkeçiricilər sənayesi

Yarımkeçirici sənayesi müasir elm və texnologiyada və iqtisadiyyatda mühüm rol oynayır və onun əhəmiyyəti bir çox aspektlərdə əks olunur. Yarımkeçiricilər miniatürləşdirilmiş sxemlərin qurulması üçün istifadə olunur ki, bu da cihazlara mürəkkəb hesablama və məlumatların işlənməsi tapşırıqlarını yerinə yetirməyə imkan verir. Qlobal iqtisadiyyatın mühüm sütunu kimi yarımkeçiricilər sənayesi bir çox ölkələr üçün çoxlu sayda iş yerləri və iqtisadi faydalar təmin edir. Bu, təkcə elektronika istehsalı sənayesinin inkişafına birbaşa kömək etmədi, həm də proqram təminatının hazırlanması və aparat dizaynı kimi sahələrin böyüməsinə səbəb oldu. Bundan əlavə, hərbi və müdafiə sahələrindəyarımkeçirici texnologiyamilli təhlükəsizlik və hərbi üstünlükləri təmin edən rabitə sistemləri, radarlar və peyk naviqasiyası kimi əsas avadanlıqlar üçün çox vacibdir.

Diaqram 2 "14-cü beşillik plan" (çıxarış) [3]

Buna görə də hazırkı yarımkeçirici sənayesi milli rəqabət qabiliyyətinin mühüm simvoluna çevrilib və bütün ölkələr onu fəal şəkildə inkişaf etdirirlər. mənim ölkəmin "14-cü Beşillik Planı" yarımkeçiricilər sənayesində, o cümlədən qabaqcıl proseslər, əsas avadanlıqlar, üçüncü nəsil yarımkeçiricilər və digər sahələr daxil olmaqla, müxtəlif əsas "darboğaz" əlaqələrinin dəstəklənməsinə diqqət yetirməyi təklif edir.

Diaqram 3 Yarımkeçirici çip emalı prosesi [4]

Yarımkeçirici çiplərin istehsal prosesi olduqca mürəkkəbdir. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, o, əsasən aşağıdakı əsas addımları əhatə edir:vafli hazırlanması, litoqrafiya,aşındırma, nazik təbəqənin çökməsi, ion implantasiyası və qablaşdırma testi. Hər bir proses ciddi nəzarət və dəqiq ölçmə tələb edir. Hər hansı bir keçiddəki problemlər çipin zədələnməsinə və ya performansın azalmasına səbəb ola bilər. Buna görə də, yarımkeçiricilərin istehsalı avadanlıq, proseslər və işçi heyəti üçün çox yüksək tələblərə malikdir.

Ənənəvi yarımkeçirici istehsalının böyük uğur qazanmasına baxmayaraq, hələ də bəzi məhdudiyyətlər var: Birincisi, yarımkeçirici çiplər yüksək dərəcədə inteqrasiya olunmuş və miniatürləşdirilmişdir. Mur Qanununun davamı ilə (Şəkil 4), yarımkeçirici çiplərin inteqrasiyası artmaqda davam edir, komponentlərin ölçüsü kiçilməyə davam edir və istehsal prosesi son dərəcə yüksək dəqiqlik və sabitliyi təmin etməlidir.

Şəkil 4 (a) Çipdəki tranzistorların sayı zaman keçdikcə artmağa davam edir; (b) Çip ölçüsü kiçilməyə davam edir [5]

Bundan əlavə, yarımkeçiricilərin istehsalı prosesinin mürəkkəbliyi və xərclərə nəzarət. Yarımkeçiricilərin istehsalı prosesi mürəkkəbdir və dəqiq avadanlıqlara əsaslanır və hər bir keçidə dəqiq nəzarət edilməlidir. Avadanlıqların yüksək qiyməti, materialın qiyməti və elmi-tədqiqat işlərinin dəyəri yarımkeçirici məhsulların istehsal xərclərini yüksək edir. Buna görə də, məhsulun məhsuldarlığını təmin etməklə yanaşı, araşdırmaları davam etdirmək və xərcləri azaltmaq lazımdır.

Eyni zamanda, yarımkeçiricilər istehsalı sənayesi bazar tələbinə tez cavab verməlidir. Bazar tələbinin sürətli dəyişməsi ilə. Ənənəvi istehsal modelində uzun dövr və zəif çeviklik problemləri var ki, bu da bazarın məhsulların sürətli iterasiyasına cavab verməyi çətinləşdirir. Buna görə də, daha səmərəli və çevik istehsal üsulu həm də yarımkeçirici sənayenin inkişaf istiqamətinə çevrilmişdir.

tətbiqi3D çapyarımkeçirici sənayesində

Yarımkeçiricilər sahəsində 3D çap texnologiyası da davamlı olaraq öz tətbiqini nümayiş etdirir.

Birincisi, 3D çap texnologiyası struktur dizaynında yüksək sərbəstliyə malikdir və "inteqrasiya edilmiş" qəliblənməyə nail ola bilər, bu da daha mürəkkəb və mürəkkəb strukturların layihələndirilə biləcəyini bildirir. Şəkil 5 (a), 3D Sistem süni köməkçi dizayn vasitəsilə daxili istilik yayılması strukturunu optimallaşdırır, vafli mərhələsinin istilik dayanıqlığını yaxşılaşdırır, vaflinin istilik sabitləşmə müddətini azaldır və çip istehsalının məhsuldarlığını və səmərəliliyini artırır. Litoqrafiya maşınının içərisində mürəkkəb boru kəmərləri də var. 3D çap vasitəsilə mürəkkəb boru kəməri strukturları şlanqların istifadəsini azaltmaq və boru kəmərində qaz axınını optimallaşdırmaq, bununla da mexaniki müdaxilənin və vibrasiyanın mənfi təsirini azaltmaq və çipin emalı prosesinin dayanıqlığını artırmaq üçün "inteqrasiya" edilə bilər.

Şəkil 5 3D Sistem hissələri yaratmaq üçün 3D çapdan istifadə edir (a) litoqrafiya maşınının vafli mərhələsi; (b) kollektor boru kəməri [6]

Material seçimi baxımından 3D çap texnologiyası ənənəvi emal üsulları ilə formalaşdırılması çətin olan materialları reallaşdıra bilir. Silikon karbid materialları yüksək sərtliyə və yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir. Ənənəvi emal üsullarını formalaşdırmaq çətindir və uzun bir istehsal dövrü var. Mürəkkəb strukturların formalaşması kalıbın köməyi ilə emal tələb edir. Sublimation 3D müstəqil ikili burunlu 3D printer UPS-250 və silisium karbid kristal qayıqları hazırlamışdır. Reaksiya sinterlənməsindən sonra məhsulun sıxlığı 2,95 ~ 3,02 q/sm3 təşkil edir.

Şəkil 6Silisium karbid kristal qayıq[7]

Şəkil 7 (a) 3D birgə çap avadanlığı; (b) UV işığı üçölçülü strukturların qurulması üçün, lazer isə gümüş nanohissəciklərin yaradılması üçün istifadə olunur; (c) Elektron komponentlərin 3D birgə çapı prinsipi[8]

Ənənəvi elektron məhsul prosesi mürəkkəbdir və xammaldan hazır məhsula qədər bir çox proses mərhələləri tələb olunur. Xiao və başqaları.[8] 3D elektron cihazların istehsalı üçün bədən strukturlarını seçmə qurmaq və ya keçirici metalları sərbəst formada səthlərə yerləşdirmək üçün 3D birgə çap texnologiyasından istifadə etmişdir. Bu texnologiya yalnız bir çap materialını əhatə edir, ondan UV şüaları ilə müalicə etməklə polimer konstruksiyaları qurmaq və ya keçirici dövrələr yaratmaq üçün nano-metal hissəcikləri istehsal etmək üçün lazer skanı vasitəsilə fotohəssas qatranlarda metal prekursorları aktivləşdirmək üçün istifadə edilə bilər. Bundan əlavə, ortaya çıxan keçirici dövrə təxminən 6,12µΩm qədər aşağı əla müqavimət göstərir. Material formulunu və emal parametrlərini tənzimləməklə müqaviməti 10-6 və 10Ωm arasında daha da idarə etmək olar. Görünür ki, 3D birgə çap texnologiyası ənənəvi istehsalda çox materialın çökdürülməsi problemini həll edir və 3D elektron məhsulların istehsalı üçün yeni yol açır.

Çip qablaşdırma yarımkeçirici istehsalında əsas keçiddir. Ənənəvi qablaşdırma texnologiyasında həmçinin mürəkkəb proses, istilik idarəetmənin uğursuzluğu və qablaşdırmanın sıradan çıxmasına səbəb olan materiallar arasında istilik genişlənmə əmsallarının uyğunsuzluğundan yaranan gərginlik kimi problemlər var. 3D çap texnologiyası qablaşdırma strukturunu birbaşa çap etməklə istehsal prosesini sadələşdirə və xərcləri azalda bilər. Feng və başqaları. [9] faza dəyişikliyi edən elektron qablaşdırma materiallarını hazırladı və çipləri və sxemləri qablaşdırmaq üçün onları 3D çap texnologiyası ilə birləşdirdi. Feng et al tərəfindən hazırlanmış faza dəyişikliyi elektron qablaşdırma materialı. 145,6 J/q yüksək gizli istiliyə malikdir və 130°C temperaturda əhəmiyyətli istilik sabitliyinə malikdir. Ənənəvi elektron qablaşdırma materialları ilə müqayisədə onun soyutma effekti 13°C-ə çata bilər.

Şəkil 8 Faza dəyişdirmə elektron materialları ilə sxemləri dəqiq şəkildə əhatə etmək üçün 3D çap texnologiyasından istifadənin sxematik diaqramı; (b) Sol tərəfdəki LED çipi faza dəyişdirmə elektron qablaşdırma materialları ilə əhatə olunub, sağdakı LED çipi isə kapsullaşdırılmayıb; (c) İnfraqırmızı diod çiplərinin infraqırmızı təsvirləri, kapsulyasiyası olan və olmayan; (d) Eyni güc və müxtəlif qablaşdırma materialları altında temperatur əyriləri; (e) LED çip qablaşdırma diaqramı olmayan mürəkkəb sxem; (f) Faza dəyişmə elektron qablaşdırma materiallarının istilik yayılmasının sxematik diaqramı [9]

Yarımkeçiricilər sənayesində 3D çap texnologiyasının çətinlikləri

Baxmayaraq ki, 3D çap texnologiyası böyük potensial göstərmişdiryarımkeçirici sənaye. Bununla belə, hələ də çoxlu problemlər var.

Kalıplama dəqiqliyi baxımından, mövcud 3D çap texnologiyası 20μm dəqiqliyə nail ola bilər, lakin yarımkeçirici istehsalının yüksək standartlarına cavab vermək hələ də çətindir. Material seçimi baxımından, 3D çap texnologiyası müxtəlif materiallar təşkil edə bilsə də, xüsusi xüsusiyyətlərə malik bəzi materialların (silisium karbid, silisium nitridi və s.) qəliblənmə çətinliyi hələ də nisbətən yüksəkdir. İstehsal dəyəri baxımından, 3D çap kiçik partiyalı fərdiləşdirilmiş istehsalda yaxşı işləyir, lakin geniş miqyaslı istehsalda onun istehsal sürəti nisbətən yavaşdır və avadanlıq dəyəri yüksəkdir, bu da genişmiqyaslı istehsalın ehtiyaclarını ödəməyi çətinləşdirir. . Texniki cəhətdən, 3D çap texnologiyası müəyyən inkişaf nəticələrinə nail olsa da, bəzi sahələrdə hələ də inkişaf etməkdə olan texnologiyadır və onun sabitliyini və etibarlılığını artırmaq üçün əlavə tədqiqat və inkişaf və təkmilləşdirmə tələb edir.