Exaddon 3D 打印用于半導(dǎo)體測試微型探針，間距小于20μm

導(dǎo)讀：半導(dǎo)體行業(yè)作為現(xiàn)代社會的基石，在探針測試方面面臨著重大挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體行業(yè)價值5000億美元，為設(shè)備、運(yùn)輸和通信系統(tǒng)提供動力，但目前其測試間距低于40 μm的元件的能力受到限制，阻礙了不斷增長的消費(fèi)者需求所必需的芯片設(shè)計和擴(kuò)展，特別是在快速擴(kuò)張的 microLED 市場中。預(yù)計未來五年 microLED 市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到80%，估值將達(dá)到百億級，microLED行業(yè)有望爆發(fā)式增長。然而，目前測試方法滯后，通過兩個探針進(jìn)行單獨(dú)的 LED 測試，造成了效率和創(chuàng)新的瓶頸，那么如何解決這一挑戰(zhàn)？3D打印技術(shù)在其中發(fā)揮著什么作用呢？


△視頻：Exaddon電化學(xué)沉積微納級金屬3D打印技術(shù)

Exaddon 開發(fā)了一種獨(dú)特的微型金屬 3D 打印方法，稱為 μ3D。μ3D 以前主要用于科學(xué)研究，現(xiàn)在用于制造能夠以 20 μm 以下間距進(jìn)行細(xì)間距探測的探針，這是當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的重大飛躍。2023年11月，南極熊獲悉，Exaddon 首次進(jìn)軍 microLED 市場，采用 3D 打印測試陣列，間距小于 20 μm。據(jù)該公司稱，該陣列由 128 個探針組成，可將 microLED 測試儀的測試效率大幅提高 64 倍，通過直接在可定制和可更換的空間變壓器上進(jìn)行打印，進(jìn)一步簡化了流程，減少了對多個組件的需求，從而簡化了制造并降低了成本。


△Exaddon 用于半導(dǎo)體制造的 3D 打印探針

通過以更精細(xì)的間距進(jìn)行測試，該技術(shù)增加了有源芯片面積，從而提高了產(chǎn)量并降低了芯片成本，會帶來更實(shí)惠的消費(fèi)設(shè)備。μ3D打印工藝具有多功能性，擅長打印高深寬比的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，允許接觸各種焊盤、凸塊和球結(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍十分廣泛。

金屬3D打印微制造技術(shù)（μAM）基于電化學(xué)沉積的原理



將一個名為iontip的小3D打印噴嘴，浸入懸浮電解液中； 精確調(diào)節(jié)氣壓將包含金屬離子的液體推進(jìn)離子頭內(nèi)部的微通道。 液體流量非常小-低至每秒飛升。 在微通道的末端，含離子的液體被釋放到3D打印表面上。 然后將溶解的金屬離子電沉積為固體金屬原子。


△電化學(xué)沉積微納級金屬3D打印工藝過程

這些金屬原子一起生長為小零件中的體素。 光學(xué)力反饋記錄每個體素的3D打印完成情況，直到所有體素都被打印出來并構(gòu)造出完整的對象物體為止。 電化學(xué)3D打印過程在室溫下進(jìn)行，可產(chǎn)生非常高質(zhì)量的金屬結(jié)構(gòu)，而且無需任何后處理即可直接應(yīng)用。在南極熊看來，這個技術(shù)創(chuàng)新性極強(qiáng)，并且在微觀精細(xì)加工制造領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用潛力。



通過光學(xué)方法測量作用在離子尖端噴嘴上的力，并實(shí)時反饋回系統(tǒng)，再進(jìn)行過程控制。 這樣就可以檢測模型對象的哪些體素已被3D打印出來。

CERES 3D 打印機(jī)
Exaddon 的 μ3D 打印技術(shù)是由純金屬的局部電沉積提供動力的，研發(fā)的μ3D打印系統(tǒng)稱為CERES，能夠增材制造尺寸范圍小于1微米至1000微米的復(fù)雜金屬物體。該技術(shù)在室溫下運(yùn)行，不需要任何后處理，因此更容易采用。CERES 能夠在沒有支撐的情況下打印懸垂結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)小于 1 µm 的分辨率，因此可以用各種材料（包括銅、金、鎳、銀和鉑）創(chuàng)建純金屬物體，這種精度由高分辨率攝像頭和用戶友好的軟件界面提供支持。


△CERES 3D 打印機(jī)

CERES 系統(tǒng)的核心是電化學(xué)沉積 µAM 工藝，涉及一個離子尖噴嘴，通過微通道分配含金屬離子的液體并電沉積到導(dǎo)電表面上。該過程逐個體素地構(gòu)造物體，并通過光學(xué)力反饋提供實(shí)時過程控制。

CERES是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，可以以微米級和亞微米級的分辨率3D打印復(fù)雜的純金屬物體。此外，它支持不同材料制成的液體和納米粒子。CERES結(jié)合了納米級精確定位、氣壓驅(qū)動的液體分配、電化學(xué)沉積和光學(xué)力反饋。最新的操作系統(tǒng)已經(jīng)具備CAPA軟件，具有直觀的圖形用戶界面，可無縫連接系統(tǒng)的所有部分。至關(guān)重要的是，CERES可以在室溫下進(jìn)行打印，而無需進(jìn)行后處理。它無需支撐結(jié)構(gòu)即可打印懸垂零件，這種能力與其他金屬增材制造技術(shù)有著巨大的區(qū)別。

為了保證實(shí)現(xiàn)高精度的打印，系統(tǒng)配備了兩臺具有計算機(jī)輔助對準(zhǔn)功能的高分辨率相機(jī)，還支持自動離子吸頭裝載以及3D打印結(jié)構(gòu)的拍攝錄像可視化。

設(shè)備參數(shù)：
●標(biāo)準(zhǔn)3D打印室尺寸為15x15毫米和25x25毫米。 定制成型平臺最大可達(dá)100x70 mm
●最高200 μm / s的處理速度
●XY±250 nm和Z±5 nm定位精度

μ3D電化學(xué)打印


μ3D 打印聽起來有點(diǎn)熟悉，那可能是因?yàn)槊绹�初�?chuàng)公司 Fabric8Labs 提供了一種類似的工藝，稱為電化學(xué)增材制造，也可以在室溫下工作。Fabric8 的網(wǎng)站展示了采用亞微米分辨率制造的零件，該公司的目標(biāo)是電子行業(yè)，但具體應(yīng)用尚未公開。Exaddon 還與 Vectoflow 類似，Vectoflow 的目標(biāo)市場是各種高分辨率設(shè)備的探頭市場。與 Exaddone 不同的是，Vectoflow 依靠激光粉末床融合進(jìn)行制造。

如今正值半導(dǎo)體行業(yè)公眾對3D打印技術(shù)的興趣日益濃厚的時期，由于該領(lǐng)域的秘密性，很難了解增材制造的多種部署方式，但它無處不在，從微小的電阻到光刻設(shè)備中的組件。由于該細(xì)分市場的規(guī)模和價值巨大，Exaddon、Fabric8 以及任何其他想要為該領(lǐng)域帶來創(chuàng)新和效率的企業(yè)都有足夠的發(fā)展空間。此外，可以預(yù)測，未來將有大量的公共和私人資金幫助將3D打印引入該行業(yè)。