Compatibilità di dispositivi stampati 3D in ambienti per camere bianche per l’elaborazione di semiconduttori 

Gli scienziati utilizzano la stampa 3D per risparmiare sui macchinari da laboratorio , che in genere sono piuttosto costosi. Le cose diventano un po ‘complicate, tuttavia, quando si tratta di attrezzature utilizzate nelle camere bianche. Esistono limiti rigorosi ai tipi di materiali e articoli consentiti nelle camere bianche, quindi è necessario effettuare una buona quantità di studi e sperimentazioni prima di cancellare un nuovo oggetto o materiale da utilizzare. Questo è lo scopo di uno studio intitolato ” Compatibilità di dispositivi stampati 3D in ambienti per camere bianche per l’elaborazione di semiconduttori “.

“Poiché le  dimensioni dei tipici dispositivi a semiconduttore sono nella gamma del micrometro, è essenziale fabbricare  tali componenti in un ambiente, in cui il livello di contaminanti (ad es. Particelle di polvere e  composti organici) è accuratamente controllato”, spiegano i ricercatori. “Nelle camere bianche, il livello di contaminazione è specificato  dal numero di particelle per metro cubo alle dimensioni di particelle specificate dagli standard internazionali ISO (l’  Organizzazione internazionale per la standardizzazione).”
Per soddisfare questi requisiti, l’aria che scorre nella camera bianca viene filtrata e fatta ricircolare attraverso i filtri HEPA e gli operatori indossano indumenti protettivi. Le limitazioni sono stabilite sui materiali che possono essere utilizzati per realizzare attrezzature e strumenti per camere bianche, come scatole di wafer e pinzette, poiché sono autorizzati a generare solo una minima quantità di particelle.

“L’uso della stampa 3-D basata su FFF nella camera bianca è limitato a causa delle particelle generate  durante la fabbricazione stessa, che dipendono da numerosi fattori tra cui il tipo di filamento , il colore del filamento  , i parametri di stampa e il design della stampante”, proseguono i ricercatori.
Lo studio prende in considerazione la possibilità di utilizzare la stampa 3D per alcune delle applicazioni meno faticose nell’ambiente cleanroom – quelle che non richiedono compatibilità chimica. I ricercatori hanno utilizzato due oggetti: un singolo contenitore di wafer personalizzato e un posizionatore di wafer per un sistema di metrologia e hanno testato tre materiali di stampa 3D: ABS, PLA e PP, stampandoli in 3D su una stampante 3D LulzBot TAZ 6.

Aumento del conteggio delle particelle durante 15 giorni di conservazione in varie scatole di wafer singolo. Il numero iniziale di particelle su tutti i wafer era nell’ordine di 10-20. Le linee tratteggiate indicano i livelli di riferimento impostati dalla scatola PP commerciale, che viene comunemente utilizzata negli ambienti delle camere bianche. Le barre di errore sono determinate dalla variazione in diverse misurazioni ripetute.
I risultati dello studio mostrano che le singole scatole di wafer stampate in 3D da PLA e ABS generano il minor numero possibile di particelle rispetto a un equivalente commerciale, mentre nella scatola di PP sono state trovate un numero leggermente maggiore di particelle.

“Il posizionatore di wafer 3-D sembra causare un aumento di particelle trascurabile  sul wafer manipolato, mentre l’abrasione delle parti meccaniche genera un numero maggiore  di particelle che possono disperdere nell’ambiente”, affermano i ricercatori. “Si raccomanda quindi una pulizia regolare di quelle parti  , e l’applicabilità in un ambiente di camere bianche dipenderà dai vincoli di pulizia  .”
L’analisi elementare ha dimostrato che gli oggetti stampati in 3D non contenevano impurità metalliche dannose, oltre a quelle risultanti dai coloranti, quindi i ricercatori raccomandano di utilizzare solo filamenti di colore naturale, specialmente nelle applicazioni in cui la contaminazione dei metalli potrebbe essere un problema, come nella lavorazione dei semiconduttori.

Anche i filamenti studiati si sono dimostrati resistenti all’isopropanolo e all’acqua deionizzata, che vengono utilizzati per la pulizia di oggetti nelle camere bianche. I ricercatori concludono che la stampa 3D è un metodo sicuro per creare oggetti da utilizzare nelle camere bianche, consentendo agli scienziati di sfruttare i risparmi sui costi offerti dalla tecnologia.

Gli autori del documento includono TP Pasanen, G. von Gastrow, ITS Heikkinen, V. Vähänissi, H. Savin e JM Pearce.

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