Come la stampa 3D LCM in ceramica di Lithoz risolve le sfide del settore dei semiconduttori

Dagli smartphone alla guida autonoma, dalle criptovalute all’intelligenza artificiale: la domanda di microchip sempre più potenti è in forte espansione. Allo stesso tempo, la carenza di materie prime, i conflitti commerciali e la tesa situazione politica globale stanno esercitando un’enorme pressione sull’industria dei semiconduttori. La ricerca urgente di siti di produzione sicuri è una priorità assoluta; molti produttori sono sottoposti a enormi pressioni in termini di tempi e consegne a causa della delocalizzazione delle fabbriche. Come superare tutte queste sfide? E in che modo la ceramica tecnica ad alte prestazioni stampata in 3D può contribuire a una rapida risoluzione dei problemi? 

Nell’industria dei semiconduttori, la produzione deve essere rapida, precisa ed economica, poiché la pressione sulle consegne e i costi associati sono estremamente elevati, soprattutto alla luce degli attuali eventi politici, che pongono ulteriori sfide. Ciò significa che l’implementazione di nuovi strumenti non deve solo offrire un valore aggiunto decisivo e aumentare significativamente l’efficienza produttiva, ma deve anche tenere conto degli sviluppi geopolitici. È qui che entra in gioco la stampa 3D. Le stampanti 3D possono essere acquisite e trasferite rapidamente in nuove sedi, semplificando la produzione on-demand e la flessibilità locale. L’utilizzo combinato di più macchine nelle fabbriche di stampa 3D consente di garantire la rapida fornitura di componenti e pezzi di ricambio. Inoltre, la produzione on-demand richiede pochissimo spazio o costi di stoccaggio. Nel complesso, la stampa 3D contribuisce a un significativo aumento dell’efficienza e alla stabilizzazione della produzione di fronte a sfide complesse.  

Un’azienda che ha riconosciuto il valore aggiunto della produzione additiva nel settore dei semiconduttori è Lithoz. L’azienda austriaca è specializzata nella stampa 3D di ceramiche tecniche e ha già dimostrato come la sua tecnologia LCM possa essere utilizzata in ambito medico e aerospaziale . Ma non è tutto, perché il processo LCM offre anche numerosi vantaggi nel settore dei semiconduttori, come la possibilità di realizzare design complessi con superfici lisce per dettagli critici (ad esempio, per canali ad alta precisione nei componenti per la distribuzione e il raffreddamento del gas), componenti senza connessioni e senza necessità di assemblaggio. Integrando più funzioni in un unico componente e applicando il DfAM , non solo è possibile risparmiare peso, ma anche aumentare l’economicità. Inoltre, il processo LCM consente una produzione in serie affidabile grazie al suo controllo di processo stabile. 

La ceramica nell’industria dei semiconduttori

Resta da capire quali vantaggi offrano le ceramiche ad alte prestazioni nell’industria dei semiconduttori. I semiconduttori vengono tipicamente creati tramite wafer, che a loro volta sono fatti di silicio. Sebbene il silicio sia disponibile in grandi quantità, presenta diversi punti deboli. Ad esempio, perde le sue proprietà semiconduttive alle alte temperature e ha una velocità di commutazione inferiore in termini di mobilità elettronica. Pertanto, il silicio non è ottimale per i semiconduttori ad alte prestazioni, sempre più richiesti. Alcune ceramiche tecniche, tuttavia, soddisfano egregiamente questi requisiti.

Tra gli esempi figura il nitruro di alluminio, che presenta un’elevata stabilità meccanica e, soprattutto, termica. Possiede conduttività termica ed espansione termica eccezionalmente elevate, proprietà che lo rendono particolarmente interessante e apprezzato per applicazioni ad alte prestazioni. Anche l’ossido di alluminio è molto apprezzato nell’industria dei semiconduttori perché è elettricamente isolante e resistente alla corrosione chimica. Ciò offre vantaggi significativi per applicazioni in ambienti estremi o corrosivi. Un’altra ceramica utilizzata nell’industria dei semiconduttori è il nitruro di silicio, molto durevole e resistente agli agenti chimici e alle temperature.

Lithoz offre queste ceramiche per la stampa 3D e ha già collaborato con rappresentanti dell’industria dei semiconduttori per produrre parti funzionali utilizzando il processo LCM, combinando le proprietà della ceramica con l’ultraprecisione della LCM. Tra gli esempi figurano dispositivi di bilanciamento del gas, un anello ALD, piastre di riscaldamento e raffreddamento e un ugello di distribuzione del gas. Diamo ora un’occhiata più da vicino a uno di questi casi d’uso per illustrare il potenziale della stampa 3D ceramica nell’industria dei semiconduttori.

Anello ALD stampato in 3D per flussi di gas ottimizzati

Alumina Systems e Plasway Technologies hanno utilizzato la tecnologia LCM per progettare e realizzare un anello ALD. Nella deposizione di strati atomici (ALD), strati estremamente sottili (spessi solo un atomo) vengono depositati con precisione sulle superfici dei semiconduttori. Ciò richiede una distribuzione uniforme del gas che forma gli strati. Un anello ALD garantisce proprio questo, assicurando una distribuzione omogenea  dei gas di processo su tutta la superficie del wafer. I sensori integrati supportano questo processo consentendo un feedback in tempo reale e regolazioni di precisione.  

L’obiettivo delle aziende era quello di aumentare significativamente l’efficienza del processo di incisione e rivestimento per le apparecchiature di produzione di semiconduttori. Questo obiettivo è stato raggiunto utilizzando la tecnologia LCM, con Alumina Systems che ha prodotto l’anello progettato da Plasway Technologies. Una stampante Lithoz CeraFab S320 è stata in grado di stampare 20 segmenti di anello realizzati con  l’allumina LithaLox per piattaforma di stampa. Sei segmenti sono stati quindi assemblati per formare un anello di 380 mm di diametro. Ciò ha permesso di stampare componenti per più di tre anelli per ogni processo di stampa. Gli anelli ceramici stampati in 3D non solo hanno migliorato il flusso di gas, ma hanno anche permesso alle aziende di triplicare la produttività, estendere i tempi di attività da uno a nove mesi e ridurre i costi di produzione. 

Questo è solo un caso di studio di come la tecnologia LCM e le ceramiche avanzate di Lithoz stiano contribuendo ad affrontare le sfide del settore dei semiconduttori. Per ulteriori casi d’uso e informazioni sulle ceramiche e sulle stampanti 3D di Lithoz, visita il sito web QUI .  

Cosa ne pensi di come Lithoz sta risolvendo le sfide dell’industria dei semiconduttori con la stampa 3D LCM ceramica? Condividi la tua opinione sui nostri social Facebook e LinkedIn. Trovi tutti i nostri video sul nostro canale YouTube! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newslettersettimanale per ricevere tutte le notizie sulla stampa 3D direttamente nella casella di posta!