3D打印融入半导体行业供应链，工艺和材料种类竟如此之多
3D打印在半导体这一高端行业应用得怎么样了？一则消息给出答案。
2025年，光刻机巨头ASML宣布建立起了首个合格的半导体零部件3D打印供应链。
这也就意味着，3D打印在半导体行业不再是“小打小闹”。笔者细查发现，当前可用于半导体行业的3D打印工艺和材料种类，可谓多种多样，本期内容将展示相关例证。
冷喷涂增材制造——溅射靶材
制造半导体晶圆的关键材料之一是溅射靶材，报道指出，它的纯度、致密度和成分均匀性等，对镀膜质量具有直接影响。
笔者查询发现，超卓航科在2025年表示，已经使用冷喷涂3D打印技术实现了靶材增材制造，而并在半导体领域实现了应用，不过应用深度和广度仍还需要进一步拓展。
报道称，该技术制造的溅射靶材纯度、密度、性能以及沉积效率都较高、材料致密几乎无缺陷、性能优越。
陶瓷3D打印——半导体制造设备部件
3D打印参与制造的另一类产品为半导体制造设备中的关键部件，如晶圆搬运机器人手臂、静电卡盘、真空吸盘等，以及气相沉积工艺室的内部材料等。
这些部件采用氮化铝、氧化铝、氮化硅等技术陶瓷，他们具有很高的机械稳定性、电绝缘性和耐化学腐蚀性，以及热稳定性。
如今，这几类材料的3D打印已经到达批量化制造水平，尤其是采用基于光固化的陶瓷3D打印技术。
奥地利Lithoz公司在陶瓷3D打印领域具有很高的知名度，其最近展示了一个关于原子层沉积环（ALD）的案例。
Lithoz公司陶瓷3D打印的原子层沉积环
奇遇科技3D打印的氧化铝陶瓷P曲面
Lithoz所开发的LCM技术可实现以前无法实现的复杂设计，具有针对关键细节的光滑表面，无需连接和组装。通过将多种功能集成到单个组件中并使用基于增材制造的设计，不仅可以减轻重量，还可以提高成本效益。此外，由于其稳定的过程控制，LCM工艺可实现可靠的批量生产。
Prodways制造：中央处理单元上的白色隔离
除此之外，3D打印技术参考还注意到，Prodways针对半导体行业推出了A100 和A110氧化铝浆料，这两种材料均为高纯度、快速固化的氧化铝树脂，具备满足半导体加工要求的多种特性，包括优异的耐磨性、热稳定性和化学惰性。该公司能够3D打印尺寸为150µm、层厚为50µm （取决于材料和配置）的部件。
Prodways为半导体市场提供两种定制方案，使制造商能够优化精细小型零件和大型复杂零件的生产，同时不影响性能或可靠性。
微型3D打印技术——制造超高精度探针
半导体行业中的探针是连通芯片/晶圆与测试设备进行信号传输的核心零部件，对半导体产品的质量控制起着重要作用。
由于半导体产品的体积较小，尤其是芯片产品的尺寸非常细微，探针的尺寸要求达到微米级别，是一种高端精密电子元器件，其制造技术含量高。
3D打印技术参考注意到，专注于微型金属部件3D打印的瑞士公司Exaddon正在制造该高精尖部件。其表示，目前探针测试难以实现40µm以下的间距，Exaddon的微型3D打印技术克服了这些挑战，其擅长制造高纵横比的独立结构，可以制造尺寸小于20µm的高质量金属部件。
Exaddon微型3D打印技术制造探针
该公司展示了MicroLED测试阵列，采用3D打印技术直接打印在间距小于20µm的预制图案走线上。该演示阵列拥有128个探针，X轴最小间距为 18.5µm，Y 轴最小间距为9.5µm，Z 轴最小间距为±2μm。Exaddon的探针阵列尺寸约为其他公司探针阵列的10%，可使MicroLED测试仪的效率提高64倍。
Exaddon128探针阵列的光学显微图像，该阵列直接3D打印在接触垫上
激光3D打印高精度制造半导体设备部件
半导体设备的精度和可靠性直接影响半导体制造工艺的效率和良率，如今，激光粉末床熔融3D打印因高精度、一体化和复杂结构制造优势在半导体行业取得最多的应用。ASML制定的针对3D打印供应商的全面审核和资格认证方案，也是针对于该类型3D打印工艺。
晶圆台是半导体制造中的关键部件，通过面向增材制造的设计，可以优化内部冷却通道和表面结构，从而显著改善表面温度和热梯度，同时降低时间常数。凭借只有增材制造才能实现的独特设计，可以高效散热；通过结构优化提高可靠性，提升系统吞吐量和精度，并提升整体性能。
3D Systems 3D打印的晶圆台热管理部件
3D Systems推出的一款半导体晶圆台热管理3D打印部件，突出了该技术的巨大潜力。它具有对称的放射状排列长条形结构，从中心向外辐射，形成类似扇叶的形状，表面分布着多个大小不一的点阵以及翅片，整体设计精密，通过3D打印实现一体化制造，可用于高效散热。
该公司展示的另一个应用是用于半导体制造中均匀沉积材料的喷头。喷头的孔径结构和温度稳定性是决定沉积均匀性的重要因素。LPBF 3D打印技术可控制沉积的非圆柱形喷嘴的几何形状、用于散热的更复杂的冷却通道，以及用于防止泄漏的强化组件。数千个小孔通过3D打印制造，对成本和生产时间的影响几乎可以忽略不计。
3D Systems 3D打印的沉积喷头
半导体设备关键部件要求材料具有优异的耐腐蚀性，同时不影响性能或系统正常运行时间。3D打印技术参考注意到，EOS推出了一种商业纯镍合金NiCP，纯度最低达99.0%。该材料的推出改变了半导体制造商的元件设计和生产方式，消除了保护性电镀的传统限制，同时提高了元件的使用寿命。
END
增材制造技术在半导体行业的应用潜力巨大，其应用范围及工艺类型，相信要远超过本文所列举的示例与类型。
但3D打印的零件质量相信在该行业也有着极高的要求。ASML的QAM团队针对特定增材制造工艺执行了故障模式评估，要求供应商根据专家意见完善风险定义。其核心目标是减少影响工艺输出可重复性的工艺变量，为半导体制造等高风险行业的标准化增材制造生产树立标杆。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#半导体 #3D打印
