·半导体晶圆制造工艺效率提升

为什么选择增材制造？

受摩尔定律的驱动，半导体行业面临着提高和优化晶圆良品率的巨大压力，以应对全球芯片短缺并保持高利润。影响芯片良品率的因素包括：工具和夹具、外部零件、子模块组件、模块组件和成型仓组件。

在成型仓组件的子模块中，半导体工艺中晶片的温度均匀性是决定总良品率的重要因素。构成或可能影响晶圆级温度性能的元件包括散热器、冷却板和/或静电卡盘。为了应对“更高的晶体管密度”要求以及在晶圆制造中实现更高的成本效益，半导体设备中可靠、高效的冷却系统是关键。

设计冷却系统或液压歧管时，增材制造赋予工程师极高的自由度，使其优先考虑效率和快速实现运转而不必担心制造的复杂性。增材制造非常适合进行快速原型设计和工程试验。

增材制造可在晶圆制造过程中提供高效和快速的开发迭代方式，便于工程师能够快速优化关键工艺的温度均匀性。这样可大幅提高工程试验的速度并降低风险，因此可提高生产率。

实现冷却板的增材制造

冷却板或卡盘是等离子室或子模块的组成部分。使用 AM 制造冷却板的主要优势包括：提高设计的自由度和集成新型随形冷却通道，以创造更多价值，从而推动这一重要行业不断向前发展。设计的复杂性不会增加 AM 成本。通过快速开发迭代所带来的附加优势和快速实现最终产品的能力，制造商和用户打破了传统生产方式的限制。

简言之，通过将设计复杂结构、快速迭代的能力，共形冷却、新材料、交付时间短的优势以及分布式制造的益处相结合，AM具有极高的实用价值。

应用案例:HS Hitech 冷却板应用与增材制造

HS Hitech是一家致力于解决半导体设备行业发展难题的整体封装零件解决方案公司。用于标准晶圆制造的晶圆加工冷却板或散热器的制造工艺通常较复杂，钎焊板导致泄漏的风险高，板和通道之间的空间会降低冷却效率，而且通常传热面积较小。

HS Hitech 冷却板的参考设计，改进了冷却通道；

来源：HS Hitech

通过与EOS合作，上述经AM优化设计的冷却板的实现方式为：增加冷却通道直径、通道体积增加 50% 和通道长度增加10%，所有这些因素叠加导致冷却表面积增加50% 以上。增材制造使设计师能够打破随形冷却通道的限制，而不受传统制造的束缚。此设计将卡盘表面峰值温度降低高达30%，并将卡盘温度均匀性提升高达60%。

此外，改进的零件温度均匀性导致基于综合应力仿真测试的零件变形减少。在后期生产测试中，AM部件还超出了冷却液流量和泄漏完整性压力测试的性能要求。

【 EOS材料】

EOS StainlessSteel 316L、EOS Aluminum AlSi10Mg

【 EOS系统】

EOS M 400-4（此应用的理想生产系统，因为它使用四个激光器满足晶圆尺寸要求和生产率）

散热器的增材制造

随着可用于AM系统的材料范围以及系统型号的不断发展壮大，包括特殊材料和独特架构的新颖半导体器件将集成到用于生产半导体元件的部件中。

AM 改进半导体工艺的一个典型示例为：冷指或其他集成晶格结构的热交换器设计。散热器或热交换器将产生的热量传递给流体介质，然后从设备中排出。冷指应用是指用于冷却半导体电路的空心指状件，其内壁限定用于接收由指状件底座传入的二氧化碳的内部体积，其自由端具有与要冷却电路热接触的外表面。

·紧凑型换热器设计，提高冷却效率

集成了通道且冷却表面增加的铜散热器设计示意图

项目作者 Delvy Oy，来源：EOS

【 EOS材料】

EOS Aluminum AlSi10Mg、EOS Copper CuCP[电导率高达 100% IACS (ASTM E1004-17)]

【 EOS系统】

EOS M 290、EOS M 400-4、AMCM 系统：AMCM M 290 1kW

增材制造只是潜移默化给各行业的制造工厂带来变革的众多技术之一。增材制造系统可以节省成本，并增加大量产品的设计自由度。这些产品的特点往往是重量较轻，设计复杂性较高。制造产生的废物更少，从而降低了许多产品的总制造成本。最重要的一点，最终产品在大多数情况下能够实现优于传统制造的部件性能。

半导体行业中已经有很多公司在利用 AM 技术来生产其当前和未来的产品，并且取得了成功。

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