Comment l’impression 3D céramique LCM de Lithoz résout les défis de l’industrie des semi-conducteurs

Des smartphones à la conduite autonome, en passant par les crypto-monnaies et l’intelligence artificielle, la demande de micro-puces toujours plus performantes est en plein essor. La pénurie de matières premières, les conflits commerciaux et la situation politique mondiale tendue mettent en même temps l’industrie des semi-conducteurs sous une énorme pression. La recherche urgente de sites de production sûrs est une priorité absolue, de nombreux fabricants sont soumis à une pression massive en termes de délais et de livraison en raison de la relocalisation des usines. Comment relever tous ces défis ? Et comment la céramique haute performance imprimée en 3D peut-elle contribuer à résoudre rapidement les problèmes rencontrés par l’industrie des semi-conducteurs ?

Dans l’industrie des semi-conducteurs, il s’agit de produire rapidement, avec précision et à un prix avantageux, car la pression sur les livraisons et les coûts qui y sont liés sont extrêmement élevés, surtout au vu de l’actualité politique, qui pose des défis supplémentaires. En d’autres termes, la mise en œuvre de nouveaux moyens doit non seulement offrir une valeur ajoutée décisive et augmenter considérablement l’efficacité de la production, mais aussi répondre aux évolutions géopolitiques. C’est là que l’impression 3D entre en jeu. Les imprimantes 3D peuvent être achetées et déplacées rapidement vers de nouveaux sites, ce qui facilite la production à la demande et la flexibilité locale. En utilisant plusieurs machines ensemble dans des fermes d’impression 3D, l’approvisionnement rapide en composants et en pièces de rechange peut être garanti. De plus, la production à la demande n’entraîne pratiquement pas de frais de stockage et d’espace. Dans l’ensemble, l’impression 3D contribue ainsi à une nette augmentation de l’efficacité et à une stabilisation de la production face aux défis aigus.

Une entreprise qui a reconnu la valeur ajoutée de la fabrication additive dans l’industrie des semi-conducteurs est Lithoz. La société autrichienne s’est spécialisée dans l’impression 3D de céramique technique et a montré par le passé comment sa technologie LCM pouvait être utilisée en médecine et dans l’aérospatiale. Mais cela ne s’arrête pas là, car le procédé LCM offre également de nombreux avantages dans l’industrie des semi-conducteurs, par exemple des designs jusqu’ici inaccessibles et complexes avec des surfaces lisses pour les détails critiques (par exemple pour les canaux de haute précision dans les composants de distribution de gaz et de refroidissement), des composants sans connexions et sans assemblage nécessaire. L’intégration de plusieurs fonctions dans un seul composant et l’utilisation du DfAM permettent non seulement de réduire le poids, mais aussi d’augmenter la rentabilité. De plus, grâce à la stabilité du processus, le procédé LCM permet une production en série fiable.

La céramique dans l’industrie des semi-conducteurs

Il reste à savoir quels sont les avantages de la céramique haute performance dans l’industrie des semi-conducteurs. En règle générale, les semi-conducteurs sont fabriqués à partir de plaquettes, elles-mêmes fabriquées à partir de silicium. Bien que le silicium soit disponible en grande quantité, il présente quelques points faibles. En effet, il perd ses propriétés semi-conductrices à haute température et sa vitesse de commutation est moins bonne en ce qui concerne la mobilité des électrons. Le silicium n’est donc pas optimal pour les semi-conducteurs de haute performance, dont la demande ne cesse de croître. En revanche, certaines céramiques techniques répondent parfaitement à ces exigences.

On peut citer ici le nitrure d’aluminium, qui présente une grande stabilité mécanique et surtout thermique. Il dispose d’une conductivité thermique et d’une dilatation thermique exceptionnellement élevées – des propriétés qui le rendent particulièrement intéressant et apprécié pour les applications de haute performance. L’alumine est également très populaire dans l’industrie des semi-conducteurs, car il est électriquement isolant et résistant à la corrosion chimique. Cela offre des avantages considérables pour les applications dans des environnements extrêmes ou corrosifs. Une autre céramique utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs est le nitrure de silicium, qui est très durable et résiste aux produits chimiques et aux températures.

Lithoz propose ces céramiques pour l’impression 3D et a déjà fabriqué avec des représentants de l’industrie des semi-conducteurs des pièces fonctionnelles selon le procédé LCM, qui allient les propriétés céramiques et l’ultra-précision LCM. Les exemples qui peuvent être cités sont des dispositifs de compensation de gaz, un anneau ALD, des plaques de chauffage et de refroidissement et une buse de distribution de gaz. Jetons donc maintenant un regard plus attentif sur l’un de ces cas d’utilisation pour illustrer le potentiel de l’impression 3D céramique dans l’industrie des semi-conducteurs.

Anneau ALD imprimé en 3D pour des flux de gaz optimisés

Alumina Systems et Plasway Technologies se sont appuyés sur la technologie LCM pour concevoir et fabriquer un anneau ALD. Dans le Atomic Layer Deposition (ALD), des couches extrêmement fines (un atome d’épaisseur seulement) sont déposées avec précision sur des surfaces de semi-conducteurs. Pour cela, le gaz qui forme les couches doit être réparti uniformément. Un anneau ALD garantit précisément cela et assure une répartition homogène des gaz de processus sur toute la surface du wafer. Des capteurs intégrés soutiennent ce processus, car ils permettent un retour d’information en temps réel et des ajustements finement ajustés.

L’objectif des entreprises était d’augmenter de manière significative l’efficacité du processus de gravure et de revêtement pour les équipements de fabrication de semi-conducteurs. La technologie LCM a permis d’atteindre cet objectif, Alumina Systems ayant fabriqué l’anneau conçu par Plasway Technologies. Une imprimante Lithoz CeraFab S320 a déjà permis d’imprimer 20 segments d’anneau en oxyde d’aluminium LithaLox par plateau d’impression. Six segments ont ensuite été assemblés pour former un anneau de 380 mm de diamètre. Des composants pour plus de trois anneaux ont ainsi pu être imprimés par tâche d’impression. Les anneaux en céramique imprimés en 3D ont non seulement amélioré le flux de gaz, mais ont également permis aux entreprises de tripler leur productivité et de prolonger la durée de fonctionnement d’un à neuf mois, tout en réduisant les coûts de fabrication.

Il ne s’agit là que d’un exemple de la manière dont la technologie LCM et les céramiques haute performance de Lithoz contribuent à relever les défis dominants dans le secteur des semi-conducteurs. Vous trouverez d’autres cas d’utilisation et des informations sur les céramiques et les imprimantes 3D de Lithoz sur le site web ICI.

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*Photo de couverture : Lithoz ALD Ring, fabriqué par Alumina Systems et Plasway (crédits photo : Lithoz)