반도체용 3D 프린팅
차세대 반도체 제조를 위한 고정밀·고성능 부품 구현
반도체 산업이 새로운 성장 주기에 접어들고 있다. 딜로이트의 '2024 반도체 산업 전망'에 따르면, 메모리 시장 회복, PC 및 스마트폰 수요 증가, 생성형 AI 애플리케이션의 가속화되는 모멘텀에 힘입어 글로벌 반도체 매출은 2024년 5,880억 달러로 반등할 것으로 전망된다.
이러한 성장 재개에도 불구하고 제조 복잡성과 경쟁 압박은 계속해서 심화되고 있다. 통신 및 컴퓨팅 애플리케이션만으로도 전 세계 반도체 매출의 56%를 차지했으며, 시장의 거의 4분의 1을 차지하는 메모리는 여전히 생산량과 장비 요구 사항에 영향을 미치는 주요 변동 요인으로 남아 있다. 이러한 변동성은 OEM과 팹에 웨이퍼 수율 극대화, 온도 균일성 개선, 개발 주기 단축, 그리고 더 탄력적인 공급망 구축을 위한 압박을 가중시키고 있다.
산업용 3D 프린팅이 바로 여기서 혁신의 촉매제가 됩니다. 기존 제조 방식으로는 도저히 달성할 수 없는 성능과 디자인 역량을 열어주는 것이죠.
반도체 응용 분야를 위한 산업용 3D 프린팅의 장점
웨이퍼 제조 장비에서의 AM 응용
냉각판의 적층 제조
냉각판은 플라즈마 챔버 및 웨이퍼 처리 하위 모듈 내 필수 구성 요소입니다. 기존 생산 방식은 설계 복잡성을 제한하여 열적 최적화를 저해하며, 종종 긴 리드 타임을 수반합니다. 적층 제조(AM)를 통해 엔지니어는 정밀한 열 프로파일을 따르는 형상 맞춤 냉각 채널을 제작할 수 있어, 웨이퍼 뒷면의 냉각 성능과 전반적인 온도 균일성을 향상시킵니다.
기존 가공 방식의 제약을 없애는 적층 제조(AM)는 더 큰 채널 직경, 증가된 냉각 용량, 최적화된 내부 경로, 그리고 더 빠른 반복 주기를 가능하게 합니다. 그 결과: 향상된 수율, 더 높은 공정 안정성, 그리고 기존 공급망에 대한 의존도 감소가 이루어집니다.
HS 하이테크
국내 선도적인 반도체 장비 부품 공급사인 HS 하이테크는 기존 브레이징 방식의 냉각판 한계를 극복하기 위해 EOS와 협력했습니다. 기존 설계는 복잡한 조립 공정이 필요했고 누출 위험이 있었으며 열효율과 냉각 면적이 제한적이었습니다. EOS 금속 적층 제조 기술을 통해 내부 냉각 구조를 완전히 재설계하여 다음과 같은 성과를 달성했습니다:
- 채널 볼륨 +50%
- 채널 길이 +10%
- +50% 냉각 표면적
- –30% 최고 온도
- +60% 온도 균일성
AM 최적화 부품은 시뮬레이션에서 변형 감소 효과를 보였으며 모든 유동 및 압력 무결성 요구사항을 충족했습니다. 이 사례는 적층 제조 기술이 반도체 공정 안정성을 획기적으로 개선하는 고성능 열 부품 구현을 가능케 함을 보여줍니다.
유압 매니폴드 및 동력 시스템 AM
웨이퍼 제조 시설은 수천 개의 냉각, 온도 제어 및 유압 동력 시스템에 의존합니다. 이러한 구성 요소는 장비 가동 중단 시간을 최소화하기 위해 탁월한 신뢰성과 유지보수성을 제공해야 합니다. 그러나 기존 매니폴드는 유동 최적화, 조립 복잡성 및 장기적 신뢰성 측면에서 한계가 있습니다. 적층 제조(AM) 기술은 OEM 및 ODM 업체에게 열 및 유압 시스템을 맞춤형으로 설계하고 통합할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다. 이를 통해 유동 역학이 개선되고, 조립 인터페이스가 감소하며, 내구성이 크게 향상됩니다.
HDC 주식회사
HDC 주식회사는 기존 제조 방식의 한계를 극복하기 위해 EOS 금속 적층제조(AM) 기술을 활용해 유압 매니폴드 시스템을 재설계했습니다. 이 적층제조 매니폴드는 기존 대비 30% 더 소형화되었으며 최대 70% 가벼워졌습니다. 또한 내부 유로 경로를 고도로 최적화한 곡선 구조로 설계되어 압력 손실을 최소화하고 보조 캡 및 플러그가 필요 없도록 했습니다.
여러 부품을 단일 모놀리식 구조로 통합함으로써 매니폴드는 더 견고해지고 유지보수가 용이해지며 신뢰성이 크게 향상됩니다. 적층 제조(AM)는 또한 모듈식 장비 요구사항에 대한 완전한 맞춤화, 신속한 납기, 예측 유지보수를 위한 온도 또는 압력 센서 통합을 가능하게 합니다. 이는 적층 제조가 유압 시스템을 고성능 차세대 반도체 부품으로 어떻게 발전시키는지 보여줍니다.
냉각 모듈 또는 방열판의 AM
AM은 열교환기, 냉각 모듈, 콜드 핑거 및 방열판에 완전히 새로운 설계 가능성을 열어줍니다. 엔지니어들은 복잡한 내부 채널 네트워크, 격자 구조 및 고표면적 형상을 통합할 수 있어, 가공이나 브레이징을 통해 가능한 수준을 훨씬 뛰어넘는 열 방출 및 냉각 성능을 획기적으로 향상시킵니다.
델비 오이
델비 오이(Delvy Oy)는 매우 복잡한 내부 채널과 첨단 격자 표면을 갖춘 구리 열교환기를 제작함으로써 적층 제조(AM)의 혁신적 영향을 입증했습니다. 우수한 열전도성을 지닌 구리 소재인 EOS CuCP를 사용하여 팀은 열 방출 표면적을 300% 이상 증가시키는 성과를 달성했습니다.
이를 통해 까다로운 반도체 환경에서 더 빠르고 균일한 온도 분포, 개선된 냉각수 순환, 난류 감소 및 더 안정적인 센서 온도를 실현했습니다. 이 사례는 AM이 차세대 냉각 애플리케이션을 위해 타의 추종을 불허하는 열 성능을 제공할 수 있음을 보여줍니다.
반도체 열 관리의 미래를 선도하다
적층 제조 기술은 이미 반도체 장비의 설계, 최적화 및 생산 방식을 재정의하고 있습니다. 냉각 효율 향상, 온도 균일성 개선, 시스템 설치 공간 축소 또는 완전 맞춤형 열 설계 구현 등 어떤 측면에서든 EOS 적층 제조는 기존 제조 방식이 따라올 수 없는 성능 수준을 실현합니다. 여기에 소개된 사례들은 시작에 불과합니다.
영감 얻기
적층 제조 방식 열교환기
컨플럭스 | 성공 사례
열교환기의 3D 프린팅
응용 프로그램
산업용 3D 프린팅은 전자 및 열 관리 응용 분야에서 첨단 내부 기하학적 구조를 갖춘 초고효율 소형 열교환기 구현, 신속한 개발, 그리고 상당한 성능 향상을 가능하게 합니다.
누수 없는 수냉식 방열판
쿨리스트DC | 성공 스토리
