MỸ – Công ty 3D Systems đã giới thiệu nguyên mẫu bàn đỡ wafer bán dẫn (semiconductor wafer table) (1) ứng dụng công nghệ sản xuất chồng lớp (additive) (2) nhằm tối ưu hóa khả năng kiểm soát nhiệt và rút ngắn thời gian sản xuất. (1) Semiconductor wafer table: là bộ phận dùng để đỡ và giữ tấm wafer, tức tấm vật liệu bán dẫn mỏng dùng làm nền để chế tạo chip, tại vị trí chính xác trong quá trình gia công hoặc kiểm tra. Bộ phận này giúp duy trì độ phẳng, độ ổn định vị trí và nhiệt độ của wafer. Trong bài viết này, bàn đỡ được tích hợp cấu trúc làm mát bên trong nhằm phân bố nhiệt đồng đều, hạn chế giãn nở nhiệt và bảo đảm độ chính xác khi xử lý wafer. (2) Additive: là công nghệ tạo ra vật thể bằng cách bổ sung vật liệu từng lớp theo mô hình thiết kế 3D, thay vì cắt bỏ vật liệu từ phôi như khi tiện hoặc phay. Công nghệ này cho phép chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp, kể cả những kênh rỗng bên trong.
Thị trường thiết bị sản xuất bán dẫn trên thế giới, có giá trị 121 tỷ USD vào năm 2025 và 139 tỷ USD vào năm 2026, yêu cầu các linh kiện có độ chính xác và độ ổn định nhiệt cao để hỗ trợ quá trình thu nhỏ kích thước linh kiện bán dẫn. Bàn đỡ wafer là bộ phận kết cấu quan trọng, được sử dụng trong các công đoạn như quang khắc, kiểm tra wafer, đặt chip bán dẫn, khắc và lắng đọng. Thiết kế thông thường của các bộ phận này có những giới hạn về hình học và các ràng buộc do yêu cầu lắp ráp và hàn, làm giảm hiệu quả tản nhiệt và kéo dài chu kỳ cung ứng.
Kiến trúc làm mát và tích hợp công nghệ Hệ thống do công ty 3D Systems phát triển sử dụng công nghệ sản xuất chồng lớp kim loại để tạo ra các cấu trúc hình học bên trong phức tạp, nhằm hạn chế tác động của sự giãn nở nhiệt và duy trì nhiệt độ tiếp xúc đồng đều trên toàn bộ bề mặt. Giải pháp tích hợp máy in DMP Flex 350 Triple, hợp kim A6061-RAM2 có độ dẫn nhiệt cao và phần mềm 3DXpert của công ty Oqton. Kiến trúc nhiệt bao gồm bộ phun dạng đầu vòi sen để phân phối đồng đều chất làm mát, một mạng lưới các vây tản nhiệt được thiết kế tối ưu về hình học, và một bể chứa làm mát phía thượng nguồn hoạt động như một bể đệm để ổn định nhiệt độ ban đầu của chất lỏng.
Kết quả hiệu suất và các chỉ số vận hành Việc ứng dụng công nghệ sản xuất chồng lớp cho phép thay thế kết cấu gồm nhiều bộ phận bằng một tấm làm mát liền khối, loại bỏ các vị trí mối nối trọng yếu và nguy cơ rò rỉ liên quan. Về mặt định lượng, dữ liệu kỹ thuật cho thấy diện tích bề mặt làm mát tăng gấp 500 lần, độ đồng đều nhiệt độ được cải thiện từ 4% đến 6% và khả năng chứa chất lỏng cao gấp 10 lần so với các mẫu thông thường. Thời gian giao hàng cho một bộ phận là một tuần sau khi hoàn tất quá trình phát triển, so với khoảng 12 tuần đối với các phương pháp truyền thống dựa trên hàn vảy cứng và lắp ráp nhiều bộ phận.
Trong lĩnh vực sản xuất chồng lớp linh kiện bán dẫn, việc sử dụng các hợp kim nhôm có độ dẫn nhiệt cao như A6061-RAM2 bằng công nghệ in nung chảy bột bằng laser được so sánh với các kỹ thuật gia công cơ khí truyền thống từ khối rắn hoặc hàn hợp kim nhôm dòng 6000. Các phương pháp truyền thống chỉ cho phép tạo các kênh làm mát thẳng do giới hạn bởi các thao tác khoan, dẫn đến hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn vì không thể tạo kênh bám theo biên dạng. Ngược lại, các kênh làm mát bám theo biên dạng được chế tạo bằng công nghệ sản xuất chồng lớp cho phép đạt hệ số truyền nhiệt đối lưu cao hơn 30% ở cùng lưu lượng chất lỏng, đồng thời giảm chênh lệch nhiệt độ cục bộ xuống dưới ngưỡng 0,5 độ C trên các bề mặt wafer có diện tích lớn.
Để xem các tin bài khác về “Sản xuất chồng lớp”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Metalworking International
