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[반도체] 4,390억 달러 규모의 반도체 산업, 3D프린팅으로 혁신 중
작성자 : 관리자(sales@ktech21.com)작성일 : 21.04.02조회수 : 167
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<< 프린팅 방식: DMP >>


 

 

 

 

 

 지난해 반도체산업협회(SIA)는 세계 반도체 부문에서 4,390억달러의 사상 최대 매출을 기록했습니다. 

 

그러나, COVID-19 전염병은 반도체 칩의 공급에 대한 압박으로 보여지는 전세계 공급망들이 얼마나 취약한지 확실히 알게 되었습니다.

 

 

 

3D 프린팅은 현대 기술계의 핵심 구성 요소를 위한 공급망 복원력을 향상시키는 솔루션일까요? 

 

자세한 내용을 알아보기 위해 3D 프린터 OEM 3D 시스템의 주요 솔루션 리더인 Scott Green과 이야기를 나누었습니다.

 

 

 

포드, 도요타, 닛산과 같은 자동차 제조업체들은 실리콘 마이크로프로세서의 가용성이 제조 병목 현상으로 판명됨에 따라 모두 생산을 축소해야 했습니다. 


데이터업체 IHS에 따르면 반도체 부족은 2021년 1분기에만 약 1백만 대의 차량 생산이 지연될 것으로 예상됩니다. 


마이크로소프트나 소니와 같은 게임기 OEM 업체들도 지난 1년 동안 심각한 재고 부족 사태를 겪었기 때문에 자동차 부문만이 아닙니다. 

 

2020년 초의 닌텐도 스위치 품귀현상은 저에게 개인적으로도 골칫거리였습니다.


 



▲ DMP Factory 500 3D 프린팅 시스템. 3D 시스템즈 제공.


 


3D 시스템즈(3D Systems)와 웨이퍼 제작 툴링

 

 


반도체 시장에서 3D 시스템즈의 작업은 2014년 벨기에의 레이어와이즈(LayerWise)를 인수하면서 시작됐습니다. 

 

인수 전, 3D 프린팅 서비스국은 이미 아인트호벤 주변 반도체 업체들과 긴밀히 협력했습니다. 

 

인수와 함께 전달된 지식은 3D 시스템즈가 루벤(Leuven)에 반도체 전문 센터를 설립할 수 있게 해주었으며, 현재는 반도체 툴링 제조업체와 협력하여 최적화된 웨이퍼 제조 툴링을 3D 프린팅하고 있습니다.


 


Green은 "우리가 정말로 흥미롭게 생각하는 것은 반도체 팹(FAB)용 금속 적층 제조(Metal AM) 부품의 활용도를 보고 자동차 및 스마트 기기 제조업체에 영향을 미치는 기술 발전을 목격할 수 있다는 것입니다."라고 말합니다.


 


웨이퍼 팹 툴링은 반도체 업계의 제조 장비로 마이크로프로세서부터 무선 주파수 증폭기, LED까지 모든 것이 가능합니다. 

 

산화 장치, 상피 원자로, 증기 증착 시스템, 에칭 장비 등 다양한 광석학 및 화학 처리 장비가 함께 작동합니다. 

 

다단계 공정에 관련된 대부분의 공구는 웨이퍼의 자재를 축적하거나 제거할 수 있도록 설계되었습니다. 

 

이 과정은 제조된 전자 기기에 따라 전체적으로 최대 13주가 소요될 수 있습니다.


 


ASML, KLA 및 Lam Research와 같은 주요 툴링 OEM은 주로 저량의 고도로 전문화된 부품과 관련되어 있습니다. 

 

가능한 한 많은 구성 요소를 뽑아내기 보다는 생산성을 높이고 수율을 높이기 위해 부품의 품질과 제작 프로세스의 효율성을 개선하는 데 더 많은 관심을 기울입니다. 

 

참고로 대형 웨이퍼 팹 시설에서는 월 10만 대 이상의 웨이퍼를 생산할 수 있어 생산성이 5%만 증가해도 수천 대의 반도체 소자가 추가로 발생할 수 있습니다.


 


Green은 위의 시나리오를 3D 시스템의 DMP(Direct Metal Printing) 파우더 베드 융접 기술이 도움을 줄 수 있는 완벽한 기회라고 설명합니다. 

 

그는 "금속 3D 프린팅의 경우 수백만 개의 부품을 생산할 경우 비용이 너무 많이 듭니다. 기술 요구 사항이 낮은 대량 시장 히트 싱크를 산더미처럼 인쇄하지는 않겠지만, 반도체 팹 장비와 같은 저량, 고복합 부품 및 툴링에 완벽하게 맞습니다. 이것은 핵심적인 DMP 적용 사례입니다."라고 덧붙였습니다.


 


▲ 3D 시스템즈의 DMP 기술을 통해 출력한 복잡한 내부 기하학으로 웨이퍼 공구. 3D 시스템즈 제공.


 


DMP 3D 인쇄의 이점



DMP 적층 제조는 단순한 대체 생산 방법이 아니라 자체적인 이점을 제공합니다. 

 

무엇보다도, 이 기술은 기하학적인 최적화에 상당히 도움이 되며, 이는 전체 어셈블리를 단일 경량 단일 구조로 통합할 수 있다는 것을 의미합니다. 

 

여유 공간이 더해져 전체 시스템의 복잡성을 줄일 수 있고, 기존 제조된 부품보다 인쇄된 부품이 포함된 메커니즘이 더 빨리 이동해 전체 웨이퍼 팹 공정에 속도를 낼 수 있습니다.



Green은 "DMP는 아마도 반도체 툴링 업체에서 매우 활발한 주제로 남을 것입니다. 매우 깨끗한 환경이 필요합니다. DMP 기술이 제공하는 재료와 최종 제품 순도와 기하학적 복잡성을 갖추어야 합니다. 또한 중요한 구성 요소는 열 구배율이 낮고 필요한 경우 열 방출량이 최대가 되도록 열 최적화를 수행해야 합니다.”라고 말합니다.



DMP는 성능 개선뿐만 아니라 공급망을 간소화할 수도 있습니다. 예를 들어, 석판 시스템은 수십만 개의 부품과 복잡한 어셈블리로 매우 복잡합니다.



이와 같이 기하학적 단순화는 통합자와 서브시스템 조립자의 방대한 공급망을 우회하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

 

브레이징, 용접, 피팅 및 판금 주조와 같은 공정의 필요 없이 3D 프린팅 웨이퍼 팹 공구는 잠재적으로 제조 비용을 낮출 수 있습니다. 

 

또한 이 기술을 통해 초기 개발 단계에서 설계 반복 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 반도체 시스템 출시 기간도 단축할 수 있습니다.

 

 

3D 시스템즈 프린팅만으로는 반도체 부족 문제를 해결하기에 충분하지 않을 수 있지만, 웨이퍼 팹 툴링의 최적화에 관해서라면 모든 작은 부분들이 도움이 됩니다. 

 

유럽에서 성공을 거둔 데 이어 공정 미세화의 가장 광범위한 기회가 기다리고 있는 베이 에어리어와 일본, 한국 등지로 반도체 제조공사를 확대할 계획입니다.


 



▲ DMP를 통해 3D로 인쇄된 매니폴드 3D 시스템 사진. 3D 시스템즈 제공.


 


 


 


Kubi Sertoglu | 3D Printing Industry

※ 출처: https://3dprintingindustry.com/news/interview-a-solution-to-the-semicon-chip-shortage-how-3d-printing-is-disrupting-the-439-billion-semiconductor-industry-187410/

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