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3D打印技術如何破解半導體陶瓷零部件制造難題?


來源:中國粉體網(wǎng)   空青

[導讀]  博世先進陶瓷項目負責人聶品旭作題為《3D打印加速半導體產(chǎn)業(yè)陶瓷精密制造》的報告。

中國粉體網(wǎng)訊 


陶瓷零部件在半導體制程中廣泛應用


半導體設備的升級迭代,很大程度上有賴于精密零部件的關鍵技術突破。先進陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優(yōu)點,可用作多種半導體設備的零部件,在半導體設備零部件中先進陶瓷的價值占比約16%,尤其是高端陶瓷零部件陶瓷加熱器和靜電卡盤均有約30億的國內(nèi)市場空間。 


半導體設備中常用的先進陶瓷材料是氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化釔等,其中氧化鋁、碳化硅和氮化鋁使用較多。半導體設備由腔室內(nèi)和腔室外設備組成,陶瓷零部件大部分用在離晶圓更近的腔室內(nèi),屬于關鍵零部件,主要應用需求在刻蝕、薄膜沉積、光刻和氧化擴散等設備,氧化鋁、氮化鋁等先進陶瓷經(jīng)精密加工后制備的半導體設備用核心零部件,具有高強度、耐腐蝕、高精度等優(yōu)異性能。 


3D打印技術加速半導體陶瓷零部件制造


隨著半導體技術的迅猛發(fā)展,芯片特征尺寸不斷減小,對陶瓷零部件的精度、復雜度和性能提出了更高要求,傳統(tǒng)工藝的局限性逐漸凸顯。傳統(tǒng)陶瓷制造工藝通常將陶瓷粉末和粘結(jié)劑或其它添加劑混合,通過注射成型、模壓、流延、凝膠注模等方法制成所需形狀。制得的生坯再經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)等工藝進一步致密化。然而,這些傳統(tǒng)制造工藝大多需要事先制造模具,使得整體生產(chǎn)周期較長,且無法成型具有高度復雜結(jié)構(gòu)的陶瓷零件。此外,由于陶瓷具有極高硬度和脆性,使得其加工異常困難。一方面切削刀具容易磨損,另一方面也可能在加工過程中導致樣件的開裂等缺陷的產(chǎn)生。 


將3D打印技術應用于陶瓷零件制造為解決上述問題和挑戰(zhàn)提供了全新可能。陶瓷3D打印技術最早由Marcus等人和Sachs等人于20世紀90年代提出。隨著材料和計算機等科學和技術水平的不斷提升,適用于陶瓷零件制造的3D打印工藝研究也得到了長足發(fā)展,其門類也越來越豐富。




3D技術制備半導體陶瓷零部件的優(yōu)勢在于:


1.精密結(jié)構(gòu)一體化


3D打印賦予制造者更多靈活性,突破了傳統(tǒng)制造領域的邊界,可實現(xiàn)流線結(jié)構(gòu)、內(nèi)部多腔道、超薄壁厚和一體化結(jié)構(gòu)等設計,同時保證產(chǎn)品尺寸精度,滿足了部件更高更精細的功能需求。


2.成型精度高,質(zhì)量穩(wěn)定


3D打印通過光固化成型陶瓷胚體后再經(jīng)高溫燒制完成,無需機加工進行后道處理。并且生產(chǎn)參數(shù)可以實現(xiàn)迭代優(yōu)化,批次間的產(chǎn)品精度穩(wěn)定,批量生產(chǎn)成品率不斷提升。


3.按需定制,高效靈活


3D打印無需模具,即使在批量生產(chǎn)過程中的設計更新也可輕松調(diào)整。從設計到量產(chǎn),我們最大限度地減少了材料和能源消耗,減少了不必要的模具和多部件組合成本。


2025年5月13日,中國粉體網(wǎng)將在江蘇昆山舉辦“第四屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術大會”,屆時,來自博世先進陶瓷項目負責人聶品旭將帶來題為《3D打印加速半導體產(chǎn)業(yè)陶瓷精密制造》的報告,報告將涵蓋陶瓷增材制造市場概況,陶瓷3D打印技術特點,并結(jié)合實際應用案例分析。


報告老師簡介


聶品旭,畢業(yè)于比利時魯汶大學陶瓷專業(yè),一直從事陶瓷材料的研發(fā),生產(chǎn)和市場應用開發(fā),主要包括陶瓷高端粉體制備,先進陶瓷成型,燒結(jié)等工藝開發(fā),對半導體,醫(yī)療,新能源領域有多年的市場拓展經(jīng)驗,自2021年開始,從事陶瓷3D打印技術這一創(chuàng)新制造技術的應用開發(fā)。




來源:

博世先進陶瓷、粉體網(wǎng)


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青)

注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權告知刪除

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作者:空青

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