3D打印如何撬动价值4390亿美元的半导体市场？

摘要：3D打印作为21世纪的新兴技术，能否增强现代技术世界的核心组成部分的供应链弹性？对此，小编与3D打印机制造商3D Systems的首席解决方案负责人Scott Green进行了交谈，以了解更多信息……

aau讯（编辑 许乐）去年，半导体行业协会（SIA）播报了全球半导体行业的创纪录销售额4390亿美元。但是，COVID-19大流行使全球供应链变得极不稳定，半导体芯片供应的紧缩就说明了这一点。

3D打印作为21世纪的新兴技术，能否增强现代技术世界的核心组成部分的供应链弹性？对此，小编与3D打印机制造商3D Systems的首席解决方案负责人Scott Green进行了交谈，以了解更多信息。

目前，福特、丰田和日产等汽车制造商都不得不缩减生产，因为事实证明硅微处理器的可用性是制造瓶颈。根据数据公司IHS发布的数据，仅半导体芯片的短缺，预计仅在2021年第一季度就将延迟大约100万辆汽车的生产。不仅是汽车行业，微软和索尼等游戏机OEM在过去一年中也经历了严重的库存短缺。

3D Systems和晶圆制造工具

3D Systems在半导体市场上的工作始于2014年公司收购比利时的LayerWise之前。在收购之前，3D打印服务商已经与埃因霍温及其周边地区的半导体公司密切合作。此次收购带来的知识使3D Systems在鲁汶建立了半导体专业知识中心，该中心现在与半导体工具制造商合作，以3D打印优化的晶圆制造工具。

Green表示：“对我们而言，真正有趣的是看到半导体晶圆厂对Metal AM组件的采用，并能够见证影响汽车和智能设备制造商的技术进步。”

晶圆制造工具是半导体行业的制造设备，可实现从微处理器到射频放大器和LED的所有功能。它包括各种串联使用的光刻和化学处理设备，包括氧化设备、外延反应器、气相沉积系统和蚀刻设备。多步骤过程中涉及的大多数工具都旨在从晶片上沉积或去除材料。整个过程可能需要长达13周的时间，具体取决于所制造的电子设备。

诸如ASML、KLA和Lam Research之类的主要工具OEM厂商主要涉及小批量的高度专业化零件。他们不是在尽可能多地抽出零部件，而是更关注于改善零部件的质量和制造工艺的效率，以期提高生产率并提高产量。作为参考，大型晶圆厂每月可生产多达100,000个晶圆，因此，仅将生产率提高5％即可额外生产数千个半导体设备。

Green认为，这是3D Systems的直接金属打印（DMP）粉末床融合技术提供帮助的绝佳机会。他解释说：“对于金属3D打印，当要生产数百万个零件时，成本太高。我们不会打印要求低的大众市场散热器，但是对于小批量、高度复杂的组件和诸如半导体晶圆厂设备之类的工具是完美的选择。这是一种DMP应用程序。”

DMP 3D打印的好处

DMP增材制造不仅是一种替代生产方法，而且还会带来一系列好处。首先，该技术非常适合几何优化，这意味着可以将整个组件合并为单个轻量级的整体结构。由于可用空间非常宝贵，因此可以降低整体系统复杂性，并且带有打印零件的机械装置比传统制造的机械装置移动得更快，从而加快了整个晶圆厂的生产过程。

Green补充说：“对于半导体加工工具公司来说，DMP可能会一直是一个非常活跃的话题。您需要超级干净的环境；您需要拥有DMP技术提供的材料和最终产品的纯度以及几何形状的复杂性。您的关键组件还需要进行热优化，以确保在需要的地方具有较低的热梯度和最大的散热量。”

除了提高性能外，DMP还可以简化供应链。例如，光刻系统非常复杂，具有成千上万的零件和复杂的组件。因此，几何简化可以帮助绕开集成商和子系统组装商的庞大供应链。无需进行诸如钎焊、焊接、装配和钣金铸造之类的过程，3D打印晶圆厂的加工工具就可以潜在地降低制造成本。该技术还可以在早期开发中加快设计迭代速度，并加快半导体系统的上市时间。

可以公平地说，仅3D Systems可能不足以解决目前的半导体芯片短缺问题，但在晶圆厂模具优化方面，其可以提供帮助。继在欧洲取得成功之后，该公司打算将其半导体加工工具的业务扩展到湾区以及日本和韩国等国家，那里有最广泛的工艺改进机会。

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