Жартылай өткізгіш өнеркәсіпте 3D басып шығару технологиясын барлау қолдану

Технологиялық қарқынды даму дәуірінде 3D басып шығару озық өндіріс технологиясының маңызды өкілі ретінде дәстүрлі өндірістің келбетін біртіндеп өзгертуде. Технологияның үздіксіз жетілуіне және шығындардың төмендеуіне байланысты 3D басып шығару технологиясы аэроғарыш, автомобиль өндірісі, медициналық жабдықтар және сәулет дизайны сияқты көптеген салаларда кең қолдану перспективаларын көрсетті және осы салалардың инновациялары мен дамуына ықпал етті.

Айта кету керек, 3D басып шығару технологиясының жартылай өткізгіштер саласында ықтимал әсері белгілі бола түсуде. Ақпараттық технологияларды дамытудың негізі ретінде жартылай өткізгіш өндіріс процестерінің дәлдігі мен тиімділігі электронды өнімдердің өнімділігі мен құнына әсер етеді. Жартылай өткізгіш өнеркәсіптің жоғары дәлдікке, жоғары дәлдікке, жоғары және жылдам итерацияларына, 3D басып шығару технологиясының, оның ерекше артықшылықтарына, жартылай өткізгіш өндіріске қарсы тұруға, ал біртіндеп барлық сілтемелерге енген және біртіндеп енедіжартылай өткізгіш өнеркәсіп тізбегіЖартылай өткізгіш өнеркәсіптің терең өзгеріске жақын екенін көрсетеді.

Сондықтан, жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде 3D басып шығару технологиясының болашақта қолданылуын талдау және зерттеу бізге осы озық технологияның даму импульсін түсінуге көмектесіп қана қоймай, сонымен қатар жартылай өткізгіш өнеркәсібін жаңартуға техникалық қолдау мен анықтама береді. Бұл мақалада 3D басып шығару технологиясының соңғы жетістіктері және оның жартылай өткізгіштер өнеркәсібіндегі әлеуетті қолданбалары талданады және бұл технологияның жартылай өткізгіштерді өндіру өнеркәсібіне қалай ықпал ететінін күтеді.

3D басып шығару технологиясы

3D басып шығару қосымша өндіріс технологиясы ретінде де белгілі. Оның принципі - материалдарды қабат-қабат қабаттастыру арқылы үш өлшемді нысанды құру. Бұл инновациялық өндіріс әдісі дәстүрлі өндірістік «алу» немесе «бірдей материалды» өңдеу режимін бұзады және пішінделген өнімдерді қалыптың көмегінсіз «біріктіре» алады. 3D басып шығару технологияларының көптеген түрлері бар және әр технологияның өзіндік артықшылықтары бар.

3D басып шығару технологиясының қалыптастыру принципіне сәйкес негізінен төрт түрі бар.

✔ Фотокуринг технологиясы ультракүлгін полимерлеу принципіне негізделген. Сұйық фотосезімтал материалдар ультракүлгін сәулемен өңделеді және қабат-қабат қабаттасады. Қазіргі уақытта бұл технология жоғары қалыптау дәлдігімен керамика, металдар және шайырлар құра алады. Оны медицина, өнер және авиация өнеркәсібі салаларында қолдануға болады.

✔ Тұзды тұндыру технологиясы, компьютермен басқарылатын басып шығару механизмі арқылы, жыпылықтайды және оны ерітіңіз, оны белгілі бір пішінді траекторияға, қабатқа, қабатқа, пластикалық және керамикалық материалдарды қалыптастыра алады.

✔ Тікелей жазу технологиясы жоғары тұтқырлықтағы шламды сия, баррельде сақталады және экструзия инелеріне қосылған және компьютермен басқару астында үш өлшемді қозғалысты аяқтауға болатын платформада орнатылады. Механикалық қысым немесе пневматикалық қысым арқылы сия материалы саптамадан субстратқа итермелейді, содан кейін қайта өңдеуден кейін (құбылмалы еріткіш, термиялық емделу, жеңіл емделу, жеңіл емдеу және т.б.) жүзеге асырылады соңғы үш өлшемді компонентті алу үшін материалдық қасиеттерге сәйкес. Қазіргі уақытта бұл технология биокерамика және тамақ өнімдерін өңдеу салаларына қолданыла алады.

✔Ұнтақ қабатын біріктіру технологиясын лазерлік селективті балқыту технологиясы (SLM) және лазерлік селективті агломерациялау технологиясы (SLS) деп бөлуге болады. Екі технология да өңдеу объектілері ретінде ұнтақ материалдарын пайдаланады. Олардың ішінде SLM лазерлік энергиясы жоғарырақ, бұл ұнтақты қысқа мерзімде ерітіп, қатып қалуы мүмкін. SLS тікелей SLS және жанама SLS болып екіге бөлінеді. Тікелей SLS энергиясы жоғарырақ, ал бөлшектерді тікелей агломерациялау немесе балқыту арқылы бөлшектер арасында байланыс орнатуға болады. Сондықтан тікелей SLS SLM-ге ұқсас. Ұнтақ бөлшектері қысқа уақыт ішінде жылдам қыздыру мен салқындатудан өтеді, бұл қалыпталған блокты үлкен ішкі кернеуге, төмен жалпы тығыздыққа және нашар механикалық қасиеттерге ие етеді; жанама SLS лазерлік энергиясы төмен, ал ұнтақтағы байланыстырғыш лазер сәулесімен балқытылған және бөлшектер байланысқан. Қалыптау аяқталғаннан кейін ішкі байланыстырғыш термиялық майсыздандыру арқылы жойылады, ең соңында агломерация жүргізіледі. Ұнтақты қабаттағы балқыту технологиясы металдар мен керамика құра алады және қазіргі уақытта аэроғарыш және автомобиль өндірісі салаларында қолданылады.

1-сурет (а) фотолюциялық технология; (b) тұндырылған тұндыру технологиясы; (с) Тікелей жазу технологиясы; (г) Ұнтақты төсек-орындық фьюжн технологиясы [1, 2]

3D басып шығару технологиясының үздіксіз дамуымен оның артықшылықтары прототиптік прототиптеуден дайын өнімге дейін үнемі көрсетіліп отырады. Біріншіден, өнім құрылымының дизайны бойынша 3D басып шығару технологиясының ең маңызды артықшылығы, ол өндірістің күрделі құрылымдарын тікелей өндіре алады. Әрі қарай, қалыптастыру нысанын таңдау тұрғысынан, 3D басып шығару технологиясы өндірістік процесті қоса алғанда, металлдар, керамика, полимерлі материалдар және т.б., соның ішінде өндірістік материалдарды, 3D басып шығару технологиясының икемділігі жоғары және Өндіріс процесі мен параметрлерді нақты қажеттіліктерге сәйкес реттей алады.

Жартылай өткізгіш өнеркәсіп

Жартылай өткізгіштер өнеркәсібі қазіргі ғылым мен техника мен экономикада маңызды рөл атқарады және оның маңыздылығы көптеген аспектілерде көрінеді. Жартылай өткізгіштер құрылғыларға күрделі есептеу және мәліметтерді өңдеу тапсырмаларын орындауға мүмкіндік беретін шағын схемаларды құру үшін қолданылады. Ал жаһандық экономиканың маңызды тірегі ретінде жартылай өткізгіш өнеркәсібі көптеген елдерге көптеген жұмыс орындары мен экономикалық пайда әкеледі. Ол электроника өндірісінің дамуына тікелей ықпал етіп қана қоймай, сонымен қатар бағдарламалық жасақтаманы жасау және аппараттық құралдарды жобалау сияқты салалардың өсуіне әкелді. Сонымен қатар, әскери және қорғаныс салаларындаЖартылай өткізгіш технологияБайланыс жүйелері, радарлар және спутниктік навигация, ұлттық қауіпсіздік және әскери артықшылықтарды қамтамасыз ететін негізгі жабдықтар үшін өте маңызды.

2-график «14-бесжылдық» (үзінді) [3]

Сондықтан, қазіргі жартылай өткізгіш өнеркәсіп ұлттық бәсекеге қабілеттіліктің маңызды символына айналды, және барлық елдер оны белсенді дамытуда. Менің елімнің «14-ші бесжылдық жоспары» жартылай өткізгіш өнеркәсібіндегі әртүрлі кілттерді «қиындық» сілтемелерін қолдауға назар аударуды ұсынады, негізінен алдыңғы қатарлы процестер, негізгі жабдықтар, үшінші буын жартылай өткізгіштер және басқа да кен орындар.

3-график Жартылай өткізгішті микросхеманы өңдеу процесі [4]

Жартылай өткізгіш микросхемаларды өндіру процесі өте күрделі. 3-суретте көрсетілгендей, ол негізінен келесі негізгі қадамдарды қамтиды:вафельді дайындау, литография,ою, жұқа қабықшаны тұндыру, ионды имплантациялау және орау сынағы. Әрбір процесс қатаң бақылауды және дәл өлшеуді қажет етеді. Кез келген сілтемедегі ақаулар чипке зақым келтіруі немесе өнімділіктің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Сондықтан жартылай өткізгіш өндірісі жабдықтарға, процестерге және персоналға өте жоғары талаптар қояды.

Дәстүрлі жартылай өткізгіштер өндірісі үлкен жетістікке жеткенімен, әлі де кейбір шектеулер бар: Біріншіден, жартылай өткізгіш микросхемалар жоғары интеграцияланған және миниатюризацияланған. Мур заңының жалғасуымен (4-сурет) жартылай өткізгіш микросхемалардың интеграциясы ұлғаюда, құрамдас бөліктердің өлшемдері кішірейе береді және өндіріс процесі өте жоғары дәлдік пен тұрақтылықты қамтамасыз етуі керек.

4-сурет (а) Чиптегі транзисторлардың саны уақыт өте келе өсуде; (b) чип мөлшері кішірейтуді жалғастыруда [5]

Сонымен қатар, жартылай өткізгіштік өндіріс процесін күрделілігі мен шығындарын бақылау. Жартылай өткізгішті өндіріс процесі күрделі және дәл жабдықтауға сүйенеді, және әр сілтемені дәл бақылау қажет. Жоғары жабдықтың құны, материалдық құны және R & D құны жартылай өткізгіш өнімдердің өндірістік құнын жоғары деңгейге шығарады. Сондықтан өнімді алу кезінде шығындарды зерттеу және азайтуды жалғастыру қажет.

Бұл ретте жартылай өткізгіштерді өндіру өнеркәсібі нарық сұранысына тез жауап беруі қажет. Нарық сұранысының жылдам өзгеруімен. Дәстүрлі өндірістік модельде ұзақ цикл және нашар икемділік проблемалары бар, бұл нарықтағы өнімдердің жылдам итерациясын қанағаттандыруды қиындатады. Сондықтан тиімдірек және икемді өндіріс әдісі жартылай өткізгіш өнеркәсібінің даму бағытына айналды.

қолдану3D басып шығаруЖартылай өткізгіш өнеркәсіпте

Жартылай өткізгіштер саласында 3D басып шығару технологиясы да өзінің қолданылуын үздіксіз көрсетіп келеді.

Біріншіден, 3D басып шығару технологиясы құрылымдық дизайндағы еркіндіктің жоғары дәрежесіне ие және «біріктірілген» қалыптауға қол жеткізе алады, бұл неғұрлым күрделі және күрделі құрылымдарды жобалауға болатынын білдіреді. 5 (а) суреті, 3D жүйесі жасанды қосалқы дизайн арқылы ішкі жылуды тарату құрылымын оңтайландырады, пластинаның термиялық тұрақтылығын жақсартады, пластинаның термиялық тұрақтандыру уақытын қысқартады және чип өндірісінің шығымы мен тиімділігін жақсартады. Литография машинасының ішінде күрделі құбырлар да бар. 3D басып шығару арқылы түтіктерді пайдалануды азайту және құбырдағы газ ағынын оңтайландыру үшін күрделі құбыр құрылымдарын «біріктіруге» болады, осылайша механикалық кедергілер мен дірілдің теріс әсерін азайтады және чипті өңдеу процесінің тұрақтылығын жақсартады.

5-сурет 3D жүйесі бөлшектерді қалыптастыру үшін 3D басып шығаруды пайдаланады (a) литография машинасының вафли сатысы; (b) коллекторлық құбыр [6]

Материалды таңдау тұрғысынан алғанда, 3D басып шығару технологиясы дәстүрлі өңдеу әдістерімен құрастырылуы қиын материалдарды жүзеге асыра алады. Кремний карбидті материалдардың қаттылығы жоғары және балқу температурасы жоғары. Дәстүрлі өңдеу әдістерін қалыптастыру қиын және ұзақ өндірістік циклге ие. Күрделі құрылымдардың қалыптасуы зең көмегімен өңдеуді қажет етеді. Sublimation 3D тәуелсіз қос саптамалы 3D принтері UPS-250 әзірледі және кремний карбиді кристалды қайықтарды дайындады. Реакциялық агломерациядан кейін өнімнің тығыздығы 2,95~3,02г/см3 құрайды.

6-суретКремний карбиді кристалды қайық[7]

7-сурет (а) 3D бірлескен басып шығару жабдығы; (b) УК сәулесі үш өлшемді құрылымдарды құру үшін қолданылады, ал лазер күміс нанобөлшектерін жасау үшін қолданылады; (c) Электрондық компоненттерді 3D бірлесіп басып шығару принципі[8]

Дәстүрлі электронды өнім процесі күрделі және шикізаттан дайын өнімге дейін бірнеше процесс қадамдары қажет. Xiao және т.б.[8] 3D электронды құрылғыларды жасау үшін дене құрылымдарын таңдап салу немесе еркін пішінді беттерге өткізгіш металдарды енгізу үшін 3D бірлескен басып шығару технологиясын пайдаланды. Бұл технология тек бір баспа материалын қамтиды, оны ультракүлгін сәулелену арқылы полимер құрылымдарын құру немесе өткізгіш тізбектерді қалыптастыру үшін нанометалл бөлшектерін шығару үшін лазерлік сканерлеу арқылы фотосезімтал шайырлардағы металл прекурсорларын белсендіру үшін пайдалануға болады. Сонымен қатар, нәтижесінде алынған өткізгіш схема шамамен 6,12 мкОм болатын тамаша кедергіні көрсетеді. Материалдық формуланы және өңдеу параметрлерін реттеу арқылы кедергіні 10-6 және 10 Ом арасында қосымша бақылауға болады. 3D бірлескен басып шығару технологиясы дәстүрлі өндірісте көп материалды тұндыру мәселесін шешіп, 3D электронды өнімдерді өндіруге жаңа жол ашатынын көруге болады.

Чип Packaging - жартылай өткізгіш өндірісінің негізгі буыны. Дәстүрлі қаптама технологиясы сонымен қатар күрделі процесс, жылу менеджменттің істен шығуы және материалдар арасындағы жылу кеңею коэффициенттерінің сәйкес келмеуімен байланысты проблемалар бар, олар қаптаманың бұзылуына әкеледі. 3D басып шығару технологиясы өндірістік процесті жеңілдетіп, орам құрылымын тікелей басып шығару арқылы шығындарды азайта алады. Фэн және басқалар. [9] Дайындалған фазалық электронды орауыш материалдарды ауыстырыңыз және оларды 3D басып шығару технологиясымен, чиптер мен тізбектерді жинауға арналған. Фазалық электронды орауыш материалдан жасалған электронды орауыш материал. 145,6 j / g-дің жасырын жылуы бар және 130 ° C температурада айтарлықтай жылу тұрақтылығы бар. Дәстүрлі электронды орам материалдарымен салыстырғанда, оның салқындату әсері 13 ° C-қа жетуі мүмкін.

8-сурет. Электрондық материалдарды фазалық түрлендіретін тізбектерді дәл қанықтыру үшін 3D-ші басып шығару технологиясын қолданудың схемалық диаграммасы; (b) сол жақтағы жарық диоды чипі электронды орауыш материалдармен инкапсуляцияланды, ал оң жақтағы жарық диодты чип инкапсуляцияланбаған; (с) инкапсуляциясыз және онсыз жарықдиодты чиптердің инфрақызыл суреттері; (d) бір қуат және әр түрлі орауыш материалдардағы температура қисықтары; (д) ЖШС ЖҰМЫС ЖОҒАРЫ ЖОҒАРЫ ЖОҒАРЫ Диаграммасыз күрделі тізбек; (f) электронды орауыш материалдарды ауыстырудың схемалық диаграммасы [9]

Жартылай өткізгіш өнеркәсіптегі 3D басып шығару технологиясының міндеттері

3D басып шығару технологиясы үлкен әлеуетті көрсеткеніменжартылай өткізгіш өнеркәсібі. Алайда, әлі де көптеген қиындықтар бар.

Қыру дәлдігі бойынша ағымдағы 3D басып шығару технологиясы дәлдікке жетуі мүмкін, бірақ 20 мкм, бірақ жартылай өткізгіш өндірісінің жоғары стандарттарын қанағаттандыру қиын. Материалдық тұрғыдан алғанда, 3D басып шығару технологиясы түрлі материалдарды қалыптастыра алады, дегенмен, арнайы қасиеттері бар кейбір материалдардың (кремний карбиді, кремний нитриді және т.б.) қалыптастыру қиындықтары әлі де жоғары. Өндіріс құны бойынша 3D басып шығару шағын партиялы өндірісте жақсы орындайды, бірақ оның өндірістік жылдамдығы ауқымды өндірісте салыстырмалы түрде баяу, ал жабдық құны жоғары, бұл үлкен көлемде өндірістің қажеттіліктерін қанағаттандыруға мүмкіндік береді . Техникалық тұрғыдан алғанда, 3D басып шығару технологиясы белгілі бір даму нәтижелеріне қол жеткізсе де, ол әлі де кейбір салалардағы даму технологиясы болып табылады және одан әрі зерттеулер мен оның тұрақтылығы мен сенімділігін арттыруды қажет етеді.