3D プリンティングは半導体チップ不足の緩和にどのように役立つのでしょうか?

はじめに: チップ不足は、それを必要とするほぼすべての業界に影響を及ぼしています。 TheStreetはかつて、「半導体は今日の最も重要なコンピューティング製品の一部に動力を与え、デジタル時代の経済成長の鍵となる」と指摘した。米国商務省の報告書も、半導体製品に目を向ける企業が増えるにつれて、チップの需要は増加し続けると指摘している（例：電気自動車、5G）。この流行により、さまざまな半導体製品の需要も増加し、チップの需要も増加しました。同時に、工場火災、冬の嵐、エネルギー不足、COVID-19の影響を受けており、チップ供給は楽観的ではない。では、チップ製造をスピードアップし、上記の問題を解決するにはどうすればよいでしょうか?

Velo3DのCEO兼創設者、ベニー・ブラー氏

Velo3D (VLD) の CEO である Benny Buller 氏は、ここで付加製造としても知られる金属 3D プリントが役に立つと指摘しています。これは、単にチップを印刷するための技術が存在するということではありません (ただし、Velo3D は顧客向けに複雑な形状の部品を多数設計、作成しています)。3D 印刷の精度は 1/10 ミリメートルしかありませんが、半導体製造工場 (「ファブ」とも呼ばれます) の精度はナノメートルレベル (10 億分の 1 メートル) です。

しかし、適切な方法を使用することで、3D プリンティングはチップ製造プロセスに大きな影響を与え、チップの研究開発を加速することができます。これがどのように機能するかを理解するには、まずファブの基本を理解する必要があります。ワシントンポスト紙は、チップの製造には約3か月かかると指摘した。プロセス全体では、最終的なチップを得るために、各チップ顧客が提供する設計に従って数十の層を印刷およびエッチングする約 700 の処理ステップが必要です。

ウェーハ製造工場における 3D プリント<br /> 各工場には複雑な部品を備えた何千台もの機械が必要なので、新しい工場を建設して生産を増やすには何年もかかります。世界経済では、既存の工場が最速かつ最も効率的なペースで稼働することが求められています。他の工場と同様に、ウエハ製造工場でも、フル稼働を妨げる不具合やその他の技術的問題が発生する可能性があります。このような問題は、工場が猛スピードで稼働しているときに特に発生する可能性が高くなります。商務省の報告書では、「半導体企業は既存の生産能力の稼働率を大幅に高めている。具体的には、2020年第2四半期から2021年にかけて、半導体工場の稼働率は90％を超えており、定期的なメンテナンスが必要で大量のエネルギーを消費する生産プロセスとしては非常に高い数値である」と指摘している。

このように速いペースで稼働している工場で部品を交換する必要がある場合は、積層造形が役立ちます。 3D 金属プリントにより、さまざまな部品を迅速に作成できます。工場は、海外の工場が交換部品を製造して出荷するのを待つことなく、最寄りのサービスプロバイダーに3Dプリント技術を使用して関連部品を製造してもらうことができます。 AM の基本原理は、原子レベルで繰り返し可能かつ一貫した精密制御を実現することです。部品を製造するために特定の工場を必要とするのではなく、製造オペレーターは金属 3D プリンターがある場所ならどこでも精密な部品を印刷できます。

半導体製造工場の各新世代では、以前よりも強力で小型のチップを提供することが期待されています。つまり、製造プロセスを再設計するには新しいアプローチが必要です。 3D プリントはこれに大きなチャンスをもたらします。 3D プリントでは、さまざまな形状の部品を制限なく設計できます。ベニー・ブラー氏は、エンジニアが想像できるあらゆる部品は作れると語る。半導体企業にとって、これはより強力な工場を設計するための道筋となり、ひいてはより強力なチップを生産することになります。（3Dプリンティングチームは半導体に関する専門知識を持っているため、メーカーとアイデアを出し合うことができます。）積層造形を活用することで、半導体企業は現在建設中の新しい施設をより強力にし、故障を減らして信頼性を高める部品を設計することができます。

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