硅晶片工具的添加剂制造解决方案

工业添加剂制造解决方案可以优化微芯片制造生产线中的硬件和工具。

工业添加剂制造解决方案可以优化微芯片制造生产线中的硬件和工具。

图1.在3D系统DMP 350平台上产生的含有薄层的低温歧管。


微芯片制造在先进的制造中被认为是最先进的。这是一个由追求更快,更高效的处理器和更高容量的内存芯片驱动的行业,在那里我们看到赛车向量驾驶超高水平的细节保真度,分辨率和精度,所有这些都在高级工具系统和基础设施中包装在大规模投资中。数十亿美元的生产线折旧超过亿单位生产运行呈现出惊人的指标,以及大规模的持续优化计划。谈到优化这些生产线内的硬件和工具,工业添加剂制造业(AM)解决方案的出现已开始为在解决问题的前线的工程师和设计师提供重要机会。

现象

在硅晶片工具中,有许多复杂的现象与之相互作用。温度,惯性,湍流,共振,振动,精确,磨损以及超高水平的原始清洁因污染零容忍驱动,汇聚出现了重大挑战,同时有许多机会进行了许多优化的机会。这是我进来的地方。

添加剂制造允许步骤改变部件性能和效率。通过传统的设计和制造规则,您在传统零件中看到的,性能总是有些损害。 am,特别是通过拥抱添加剂制造(DFAM)的设计,哲学‘design for function’,使公司能够在解决问题的前线解决,以先前从未被认为可能的方式进行创新。从历史上看,‘制造设计’受到成本和设计复杂程度之间的关系的限制。我打破了这个方程式。以低温管和歧管服用。

流体流动

传统上,这些非常复杂的循环分量是耗时且难以制造的,需要从片状金属折叠到液压成形和管弯曲的多个制造工艺,所有这些都与装配步骤集成。由于装配过程和充满潜在故障点的步骤,网络结果从未接近完美的解决方案。钎焊线本身存在可能影响平滑层流的表面缺陷。当应用时,设计人员可以呈现利用先进的流体流量CFD影响的完美管状系统,并且在某些情况下自动化,形成形式的创建以及复杂的挡板策略的集成,这允许最小化流动效率。这种架构的好处是最小化振动和共振,其与系统内的净湍流相关,如图1所示。  

湍流和振动会影响输出的精度,并且在纳米计数的世界中,这提出了显着的能力。这些管道系统内的更精细的流体流量等于更高的精度和更好的收益率。使用3D系统’直接金属印刷(DMP)350平台工程师能够实现液体诱导的干扰力减少90%以减少系统振动,实现1-2nm的精度改善。

部分计数减少

AM的额外收益正在授予设计人员获得显着级别的组件整合,最终推动了设计效率原则部分计数减少’导致复杂歧管的表达为无需组件的单片组分。这不仅简化了供应链提前时间,但甚至使得设计过程更容易。这次节省可能很重要。在一些例子中,我们已经看到了几个月的时间 - 通过去除工具,装配和相关的检查过程的需要,驱动。在这些复杂系统中的一些组件整合下,我们已经看到了50倍的部分计数。

热的

我们看到AM呈现步骤的另一个示例是晶片表,如图2所示,用于处理和固定在制造过程中的硅板。类似于低温管和歧管这些组件需要传递和分配超级冷却的低温流体。然而,在这种情况下,主要挑战是管理超细度的热稠度水平。热变异导致材料扩展的微小变化。随时间的热梯度和波动可以产生场景,其中结构元件的位置印刷和累积在硅晶片的表面上可以偏移。底线是热变化会影响过程的精度以及刀具能力的分辨率。为了解决这个问题,工程师正在转到AM来设计,开发和制造下一代硅晶片桌面架构。再次,通过传统制造和装配方法的局限性的不受约束这些板可以进入无与伦比的性能水平。

 

图2:硅晶片桌,采用3D系统生产的集成先进的冷却结构(切割部分)’ DMP 350 platform.

例如,通过利用3D系统’添加剂制造解决方案,一家硅晶片工具公司能够实现热性能的6倍,5倍稳定改进。调节环内的热曲线能够看到一个ΔT从13.8到2.3 mk改善,热温梯度从22到3.7 mk减少,在更响应的系统中,呈现从7s到1.5s的时间常数移动。实际上,AM架构的效率,性能和响应性如此之高,即工程师能够实际地从昂贵的铜中回归合金选择,以更便宜和更轻的铝合金—DFAM设计优化功能偏移的意外益处。

大量的

将合金选择更便宜的较低密度材料的选择只是减轻重量的一个驱动器。 DFAM通常通过散装材料节省提供更有效的设计的重要机会。当你不’T必须设计组装并从传统制造过程的约束下突破,‘lighter weight’有多种好处。这些包括较低的热质量,如上所述,导致更快的热条件响应。较低的惯性导致更快,更高的精度输送,更精确的停止和启动加速/减速轮廓的机会,同时减少机制的磨损和撕裂。较少的磨损和撕裂导致停机时间较少,维护较少,以及提高容量。降低的质量/惯性与高速往复机制的子组件刚度的基于DFAM的改进也降低了系统内的振动的产生。同样,就像在高流量歧管中一样,减少振动提高了系统的整体精度和分辨率—追求较高分辨率较高密度处理器的高值杠杆。在硅晶圆工具公司,工程师能够实现减少惯性的50%重量,刚度升高为23%,导致谐振频率较高,系统振动减少,所有等于提高的速度和生产率。

灵活

作为硅晶片工具中的先进DFAM在硅晶片工具中的功能中出现的另一个非常有趣和有些新的领域是机构的整合。虽然到目前为止所呈现的所有示例都覆盖了静态和单片子组件和零件,但集成机制结合了动力学和柔性原理,以实现动态。 3D Systems DMP 350平台在此空间中具有独特的能力。

图3:柔性整合到单片机制(部分由VDL提供)。

特别地,一个是与DMP系统本身内的构建环境相关。超低o2 levels of <25ppm允许延性循环疲劳抗性钛的表达和加工。延展性,工程师现在能够探索功能叶弹簧和柔性。例如,通过访问Flexures VDL,可以通过单片集成机制成功制造先进的光学组件,如图3所示。闪光呈现完全精细的控制调节性,具有大规模计数减少的所有益处,最终导致时间压缩允许工程师设计并生产更快,更便宜,更高的精密光学组件和其他先进机制。

硅晶片中的优化速率不会放缓。如果有的话,它’速度加速。和我们一样’看到我正在玩—并继续发挥作用—在启用曲线的斜率方面具有重要作用。添加剂制造在这里保持。我们’在开始时几乎没有刮伤表面,但该值已经证明是重要的。作为越来越多的硅晶片工程师在问题的前线解决方案,解决了添加剂制造的能力(并将其与其创造力结合起来),它们将把这些高级工作流程到全新的水平。

Patrick Dunne是副总裁,应用程序开发 3D系统.

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