3D Systems punta sul raffreddamento con DMP Flex 350 Triple. Il prototipo combina stampante DMP Flex 350 Triple, lega A6061-RAM2 e software 3DXpert per una piastra di raffreddamento monoblocco con canali progettati in modo generativo. I risultati sono dichiarati dal costruttore.
Il 28 settembre 3D Systems ha annunciato da Rock Hill lo sviluppo di un prototipo di tavolo per wafer di silicio (wafer table) realizzato con la produzione additiva in metallo. Il comunicato cita stime di mercato che valutano le apparecchiature per la produzione di semiconduttori 121 miliardi di dollari nel 2025 e 139 miliardi nel 2026, senza indicarne la fonte, e le usa per sottolineare come la miniaturizzazione imponga requisiti sempre più stringenti di precisione, stabilità termica e affidabilità.
Un componente critico, molti compromessi
Il tavolo per wafer è presente in litografia, ispezione, posizionamento dei die, incisione e deposizione, e la sua precisione incide direttamente su efficienza di processo e resa. Le sfide elencate da 3D Systems sono note ai progettisti di apparecchiature: mantenere una precisione sub-nanometrica su aree estese, contenere la dilatazione termica indotta dal calore di processo, controllare vibrazioni e disturbi ambientali, reggere le interruzioni della catena di fornitura.
Alle sfide si aggiungono i limiti della produzione convenzionale. Assemblaggi e saldature, pareti relativamente spesse e compromessi di progetto allungano anche i tempi necessari per introdurre una modifica.
Il raffreddamento ripensato per addizione
La produzione additiva consente di realizzare geometrie interne e percorsi di raffreddamento difficilmente ottenibili con i metodi tradizionali. Nel prototipo la soluzione è pensata per dissipare rapidamente il calore, distribuire il refrigerante in modo uniforme e mantenere il più possibile costante la temperatura sull'intera superficie di contatto.
Il progetto prevede un iniettore a soffione, che distribuisce sulla superficie il fluido alla temperatura iniziale, e una rete di alette per la diffusione del flusso disegnata in modo generativo. A monte del sistema di distribuzione si trova un pozzetto di raffreddamento: un serbatoio che trattiene un volume di refrigerante alla temperatura iniziale e opera da dissipatore termico e da polmone. Il suo compito è limitare l'influenza del fluido di ritorno sulla superficie attiva e ridurre le oscillazioni termiche nel tempo.
Il componente è stato stampato con la DMP Flex 350 Triple, in lega A6061-RAM2 ad alta conducibilità termica, con il software 3DXpert di Oqton. L'Application Innovation Group di 3D Systems affianca i clienti nella definizione dei requisiti, nell'ottimizzazione del design, nella prototipazione, nella validazione e nei processi produttivi.
I risultati dichiarati
Secondo 3D Systems l'approccio permette di realizzare piastre con percorsi del fluido complessi, parametrici o generativi, per aumentare l'efficienza di raffreddamento e la resa di chip di qualità all'interno di ciascun wafer. I numeri citati sono una superficie di raffreddamento 500 volte maggiore, un'uniformità di temperatura migliore del 4-6% e una capacità di contenimento dei liquidi dieci volte superiore. Il comunicato non indica rispetto a quale configurazione di riferimento siano calcolati.
La piastra è monoblocco, e questo elimina i rischi di perdita delle configurazioni tradizionali a due o tre elementi. Anche i tempi cambiano: fino a una settimana per un singolo componente dopo la fase di sviluppo, contro almeno dodici settimane per un equivalente convenzionale, che richiede quasi una dozzina di parti e operazioni di brasatura. Le modifiche emerse dai test dei primi pezzi si traducono in nuove produzioni con gli stessi tempi di consegna. Il costo di produzione, aggiunge l'azienda, non dipende dal percorso di raffreddamento. 3D Systems propone inoltre a OEM e fornitori di semiconduttori di sviluppare capacità additive proprie. La case history completa è disponibile sul sito dell'azienda.
Per chi progetta apparecchiature, il caso indica che la complessità dei canali di raffreddamento può smettere di essere un fattore di costo e di rischio di tenuta, a patto che i dati del prototipo siano confermati su una piattaforma reale. Restano da verificare i riferimenti dei valori dichiarati e la stabilità termica in esercizio, che per un tavolo sub-nanometrico è il vero banco di prova.
