Exaddon は、ピッチ 20μm 未満の半導体テスト用マイクロプローブを 3D プリントします。

はじめに: 現代社会の礎である半導体産業は、プローブテストにおいて大きな課題に直面しています。 5,000億ドル規模の半導体産業は、デバイス、輸送、通信システムを支えていますが、現在、40μm未満のピッチのコンポーネントをテストする能力が限られており、特に急速に拡大しているマイクロLED市場における消費者の需要の高まりに必要なチップ設計とスケーリングを妨げています。マイクロLED市場の複合年間成長率は今後5年間で80％に達し、評価額は数百億ドルに達すると予想されており、マイクロLED業界は爆発的な成長が見込まれています。しかし、現在のテスト方法は遅れており、個々の LED テストは 2 つのプローブを介して実行されるため、効率と革新のボトルネックが生じています。では、この課題にはどのように対処できるでしょうか? 3D プリント技術はここでどのような役割を果たすのでしょうか?

△ ビデオ: Exaddon 電気化学堆積マイクロナノ金属 3D 印刷技術

Exaddon は、μ3D と呼ばれるマイクロ金属 3D プリントの独自の方法を開発しました。以前は主に科学研究に使用されていた μ3D は、現在では 20 μm 未満のピッチで微細ピッチプロービングが可能なプローブの製造に使用されており、現在の業界標準から大きく進歩しています。 2023年11月、Antarctic Bearは、Exaddonがピッチ20μm未満の3Dプリントテストアレイを使用して、初めてマイクロLED市場に参入したことを知りました。同社によれば、このアレイは128個のプローブで構成されており、マイクロLEDテスターのテスト効率を64倍も大幅に向上させることができるという。カスタマイズ可能で交換可能なスペーストランスフォーマーに直接印刷することでプロセスがさらに簡素化され、複数のコンポーネントの必要性が減り、製造が簡素化され、コストが削減される。

△半導体製造用Exaddon 3Dプリントプローブ

この技術は、より細かいピッチでテストすることで、アクティブチップ領域を拡大し、歩留まりを向上させてチップコストを削減し、より手頃な価格の消費者向けデバイスを実現します。 μ3D 印刷プロセスは汎用性が高く、高アスペクト比の自立構造の印刷に優れており、さまざまなパッド、バンプ、ボール構造にアクセスでき、幅広い用途に使用できます。

金属3Dプリントマイクロ製造技術（μAM）は電気化学堆積の原理に基づいています

イオンチップと呼ばれる小さな 3D プリントノズルを懸濁した電解質に浸し、正確に調整された空気圧によって金属イオンを含む液体をイオンヘッド内のマイクロチャネルに押し込みます。液体の流量は非常に小さく、1 秒あたり 1 フェムトリットル程度です。マイクロチャネルの端では、イオンを含む液体が 3D プリントされた表面に放出されます。溶解した金属イオンは固体の金属原子として電気めっきされます。

△ 電気化学堆積マイクロナノ金属3Dプリントプロセス

これらの金属原子は小さな部分で集まってボクセルになります。光学式フォースフィードバックは、すべてのボクセルが印刷され、完全なオブジェクトが構築されるまで、各ボクセルの 3D 印刷の完了を記録します。電気化学 3D 印刷プロセスは室温で行われ、後処理なしで直接適用できる非常に高品質の金属構造を生成します。 Antarctic Bear の見解では、この技術は非常に革新的であり、微細加工および製造の分野で大きな応用可能性を秘めています。

イオンチップノズルに作用する力は光学的に測定され、プロセス制御のためにリアルタイムでシステムにフィードバックされます。これにより、モデルオブジェクトのどのボクセルが 3D プリントされたかを検出できるようになります。

CERES 3Dプリンター
Exaddon の μ3D 印刷技術は、純粋金属の局所的な電着を利用しています。開発された μ3D 印刷システム (CERES と呼ばれる) は、1 ミクロン未満から 1000 ミクロンまでのサイズの複雑な金属オブジェクトの積層製造が可能です。この技術は室温で動作し、後処理を必要としないため、導入が容易になります。 CERES は、サポートなしでオーバーハング構造を印刷し、1 µm 未満の解像度を達成できるため、銅、金、ニッケル、銀、プラチナなど、さまざまな材料から純粋な金属オブジェクトを作成できます。この精度は、高解像度カメラとユーザーフレンドリーなソフトウェアインターフェイスによってサポートされています。

△CERES 3Dプリンター

CERES システムの中心となるのは電気化学堆積 µAM プロセスです。このプロセスでは、イオンチップノズルが金属イオンを含む液体をマイクロチャネルに分配し、導電性表面に電気堆積させます。このプロセスでは、ボクセルごとにオブジェクトを構築し、光学的な力のフィードバックを通じてリアルタイムのプロセス制御を提供します。

CERES は、複雑な純金属オブジェクトをミクロンおよびサブミクロンの解像度で 3D プリントできるスタンドアロンシステムです。さらに、さまざまな材料で作られた液体やナノ粒子をサポートします。 CERES は、ナノスケールの精密位置決め、空気圧駆動の液体ディスペンシング、電気化学堆積、および光学力フィードバックを組み合わせたものです。最新のオペレーティングシステムには、システムのすべての部分をシームレスに接続する直感的なグラフィカルユーザーインターフェイスを備えた CAPA ソフトウェアがすでに搭載されています。重要なのは、CERES は室温で印刷でき、後処理が不要であることです。サポート構造なしで張り出した部品を印刷できる点は、他の金属積層造形技術との大きな違いです。

高精度の印刷を実現するために、このシステムにはコンピューター支援による位置合わせ機能を備えた高解像度カメラが 2 台搭載されています。また、イオンチップの自動ロードや、3D 印刷された構造のビデオ録画による視覚化もサポートしています。

機器パラメータ:
●標準3Dプリントチャンバーサイズは15x15mmと25x25mmです。最大100x70 mmのカスタマイズされた成形プラットフォーム
●最大加工速度200μm/s ●XY±250nm、Z±5nmの位置決め精度

μ3D電気化学印刷

μ3Dプリンティングという言葉に少し聞き覚えがあるとすれば、それはおそらく、米国の新興企業Fabric8Labsが、同じく室温で機能する電気化学的付加製造と呼ばれる同様のプロセスを提供しているためだろう。 Fabric8のウェブサイトにはサブミクロン解像度で作られた部品が展示されており、同社はエレクトロニクス業界をターゲットにしているが、具体的な用途はまだ明らかにされていない。 Exaddon は、さまざまな高解像度デバイスのプローブ市場をターゲットとする Vectoflow にも似ています。 Exaddone とは異なり、Vectoflow は製造にレーザー粉末床溶融結合を採用しています。

半導体業界では、3D プリント技術に対する一般の関心が高まっている時期を迎えています。この分野を取り巻く秘密主義により、積層造形がさまざまな方法で展開されていることを理解するのは難しいですが、小さな抵抗器からリソグラフィー装置のコンポーネントまで、あらゆるところに積層造形が使われています。この市場セグメントの規模と価値は非常に大きいため、Exaddon、Fabric8、そしてこの分野に革新と効率性をもたらしたいと考えている他の企業にとって、十分な余地があります。さらに、将来的には、3D プリンティングを業界に導入するために、多額の公的資金と民間資金が投入されることが予想されます。

Exaddon は、ピッチ 20μm 未満の半導体テスト用マイクロプローブを 3D プリントします。

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