3D-Druck für Halbleiter
Hochpräzise, leistungsstarke Komponenten für die Halbleiterfertigung der nächsten Generation
Die Halbleiterindustrie tritt in einen neuen Wachstumszyklus ein. Laut dem „2024 Semiconductor Industry Outlook” von Deloitte wird der weltweite Chip-Umsatz bis 2024 voraussichtlich auf 588 Milliarden US-Dollar ansteigen, angetrieben durch die Erholung des Speichermarktes, die steigende Nachfrage nach PCs und Smartphones sowie die zunehmende Dynamik generativer KI-Anwendungen.
Trotz dieses erneuten Wachstums nehmen die Komplexität der Fertigung und der Wettbewerbsdruck weiter zu. Allein Kommunikations- und Computeranwendungen machten 56 % des weltweiten Halbleiterumsatzes aus, während Speicher – fast ein Viertel des Marktes – nach wie vor ein wichtiger Schwankungsfaktor sind, der das Produktionsvolumen und den Ausrüstungsbedarf beeinflusst. Diese Volatilität setzt OEMs und Fabriken unter zunehmenden Druck, die Waferausbeute zu maximieren, die Temperaturgleichmäßigkeit zu verbessern, Entwicklungszyklen zu verkürzen und widerstandsfähigere Lieferketten aufzubauen.
Hier wird der industrielle 3D-Druck zum Katalysator für Innovationen – er eröffnet Leistungs- und Gestaltungsmöglichkeiten, die mit traditionellen Fertigungsverfahren einfach nicht zu erreichen sind.
Vorteile des industriellen 3D-Drucks für Halbleiteranwendungen
AM-Anwendungen in Wafer-Fertigungsanlagen
Additive Fertigung von Kühlplatten
Kühlplatten sind wesentliche Komponenten in Plasmakammern und Submodulen zur Waferbearbeitung. Herkömmliche Fertigungsverfahren schränken die Komplexität des Designs ein, behindern die thermische Optimierung und sind oft mit langen Vorlaufzeiten verbunden. Mit AM können Ingenieure konforme Kühlkanäle erstellen, die präzisen thermischen Profilen folgen und so die Kühlung der Waferrückseite sowie die allgemeine Temperaturgleichmäßigkeit verbessern.
Durch die Beseitigung herkömmlicher Bearbeitungsbeschränkungen ermöglicht AM größere Kanaldurchmesser, ein höheres Kühlvolumen, optimierte interne Wege und schnellere Iterationszyklen. Das Ergebnis: verbesserte Ausbeute, höhere Prozessstabilität und geringere Abhängigkeit von traditionellen Lieferketten.
HS Hightech
HS Hitech, ein führender koreanischer Zulieferer von Halbleiterausrüstungsteilen, hat sich mit EOS zusammengetan, um die Einschränkungen einer herkömmlichen gelöteten Kühlplatte zu überwinden. Das ursprüngliche Design erforderte eine komplexe Montage, barg das Risiko von Leckagen und bot nur eine begrenzte thermische Effizienz und Kühlfläche. Mit EOS-Metall-AM wurde die interne Kühlarchitektur komplett überarbeitet, wodurch Folgendes erreicht wurde:
- +50 % Kanalvolumen
- +10 % Kanallänge
- +50 % Kühlfläche
- –30 % Spitzentemperatur
- +60 % Temperaturgleichmäßigkeit
Der AM-optimierte Teil zeigte auch in Simulationen eine geringere Verformung und erfüllte alle Anforderungen an die Durchfluss- und Druckintegrität. Dieser Fall zeigt, wie die additive Fertigung hochleistungsfähige thermische Komponenten ermöglicht, die die Stabilität von Halbleiterprozessen erheblich verbessern.
AM für Hydraulikverteiler und Antriebssysteme
Waferfertigungsanlagen sind auf Tausende von Kühl-, Temperaturregelungs- und Hydraulikantriebssystemen angewiesen. Diese Komponenten müssen eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit bieten, um Ausfallzeiten der Anlagen zu minimieren. Herkömmliche Verteiler sind jedoch hinsichtlich Durchflussoptimierung, Montageaufwand und Langzeitzuverlässigkeit nur begrenzt einsetzbar. AM eröffnet OEMs und ODMs neue Möglichkeiten zur Anpassung und Integration von thermischen und hydraulischen Systemen mit verbesserter Strömungsmechanik, reduzierten Montagearbeitsplätzen und deutlich erhöhter Haltbarkeit.
HDC GmbH
HDC Co., Ltd. hat sein hydraulisches Verteilersystem mithilfe von EOS-Metall-AM neu gestaltet, um die Einschränkungen der herkömmlichen Fertigung zu überwinden. Der AM-Verteiler ist 30 % kompakter und bis zu 70 % leichter. Er verfügt über hochoptimierte gekrümmte interne Strömungswege, die den Druckverlust minimieren und zusätzliche Kappen und Stopfen überflüssig machen.
Durch die Zusammenführung mehrerer Teile zu einer einzigen monolithischen Struktur wird das Verteilerstück robuster, wartungsfreundlicher und deutlich zuverlässiger. AM ermöglicht außerdem eine vollständige Anpassung an modulare Ausrüstungsanforderungen, kurze Vorlaufzeiten und die Integration von Temperatur- oder Drucksensoren für die vorausschauende Wartung. Dies zeigt, wie AM Hydrauliksysteme zu leistungsstarken Halbleiterkomponenten der nächsten Generation macht.
AM von Kühlmodulen oder Kühlkörpern
AM eröffnet völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten für Wärmetauscher, Kühlmodule, Kühlfinger und Kühlkörper. Ingenieure können komplexe interne Kanalnetze, Gitterstrukturen und Geometrien mit großer Oberfläche integrieren, die die Wärmeableitung und Kühlleistung erheblich verbessern – weit über das hinaus, was durch maschinelle Bearbeitung oder Löten möglich ist.
Delvy GmbH
Delvy Oy demonstrierte die transformative Wirkung von AM durch die Herstellung eines Kupferwärmetauschers mit hochkomplexen internen Kanälen und fortschrittlichen Gitteroberflächen. Durch die Verwendung von EOS CuCP – einem Kupferwerkstoff mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit – erzielte das Team eine Steigerung der dissipativen Oberfläche um über 300 %.
Dies ermöglichte eine schnellere, gleichmäßigere Temperaturverteilung, eine verbesserte Kühlmittelzirkulation, weniger Turbulenzen und stabilere Sensortemperaturen in anspruchsvollen Halbleiterumgebungen. Das Beispiel zeigt, wie AM eine unübertroffene thermische Leistung für Kühlungsanwendungen der nächsten Generation bieten kann.
Die Zukunft des Wärmemanagements für Halbleiter gestalten
Die additive Fertigung definiert bereits jetzt die Art und Weise neu, wie Halbleiterausrüstung entworfen, optimiert und hergestellt wird. Ob es um die Steigerung der Kühlleistung, die Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit, die Reduzierung der Systemgröße oder die Realisierung vollständig kundenspezifischer thermischer Architekturen geht – EOS AM erschließt Leistungsniveaus, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht zu erreichen sind. Die hier vorgestellten Beispiele sind nur der Anfang.
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