从原型到合格生产仅一步之遥：新加坡600套3D打印陶瓷销钉获CVD全认证，终结海外采购依赖

总部在新加坡的增材制造专业公司Creatz3D，最近给一家全球头部的半导体晶圆厂交付了600套3D打印的氧化铝升降销。这批零件已经拿到了在CVD（化学气相沉积）腔室里使用的全面生产认证。

这批活用的是3DCERAM SINTO的陶瓷增材制造技术。从打印、脱脂、烧结到后处理，整个完整生产周期耗时六周。每个部件由一个直径约6.5毫米、高约40毫米的销钉，加上一个直径约20毫米、高约4毫米的底座组成。

据两家公司介绍，这600套产品在几周内就完成了交付，而不是拖上数月。产线能不停，供应交期也短了，对海外采购的依赖自然就没那么强。这下晶圆厂可以踏踏实实做合格生产了。

这种升降销到底是干嘛用的？在CVD、PVD和ALD这些工艺腔室里，它负责支撑并精确定位硅晶圆。这些环节通常伴随高温、等离子体和真空环境，所以销钉本身必须有极好的尺寸稳定性、耐磨性，还得尽量少产生颗粒。

选氧化铝（Al₂O₃）当材料，是因为它机械强度高、断裂韧性好，耐磨且电绝缘。通过陶瓷增材制造，Creatz3D在本地就完成了定制化生产，尺寸公差也控制得很严，做完直接送进晶圆厂的认证流程。

用陶瓷打印来做这件事，好处很直接。供应链稳了，不用再看海外供应商的脸色。交期短了，从设计到合格生产只要几周。总成本也更划算，特别是对于这种复杂件。最关键的是可重复性有保证，这六百套经过认证的产品就是最好的证明。

图1 交付的3D打印氧化铝升降销

3DCERAM SINTO把这次的成功，部分归功于自家设备的顶投影立体光刻架构。他们专门把这种技术和传统底投影SLA做了个对比。底投影系统在成型时会对部件产生一股拉力，做大型或重型部件时很受限，复杂内部几何形状的稳定性也差。

顶投影方法则完全没有剥离力，工艺稳定性自然更高。按他们的说法，这种工艺能做出大型致密部件，不需要打印支撑，还能自由创建复杂的内部几何形状。可重复性和可靠性都很棒，烧结后的材料性能也很均匀。这家公司做技术陶瓷增材制造已有25年，他们透露，自己的设备如今由人工智能驱动。

这次的项目，根子在2016年就埋下了。当时3DCERAM和Creatz3D开始在新加坡合作生产陶瓷增材制造部件。Creatz3D一直支持工业客户生产功能性技术陶瓷组件，尤其擅长半导体行业。在这个行业里，先进陶瓷经常被用在蚀刻和CVD环境等高要求的设备应用中。正因为有这些底子，他们才有能力跟晶圆厂一起，去开发和制造半导体设备的关键陶瓷组件。

这十年来，3DCERAM SINTO一直在做一件事，就是把顶投影SLA设备和区域合作伙伴配对，力求在靠近最终用户的地方生产和认证陶瓷部件。这其实是在补陶瓷增材制造的一个关键缺口，就是怎么从原型件，过渡到半导体这种高要求行业敢用的、可重复生产的合格件。

这么干的也不止他们一家。隔壁的Lithoz也搞了类似的合作伙伴模式，叫Ceramic 3D Factory。他们拉了一批合同制造商，用自家的设备给OEM厂商生产部件，其中就有氮化铝冷却板这类半导体组件。按照这家公司自己的说法，陶瓷材料收入增长了40%，全靠这个网络把产量带起来了。

图2 陶瓷增材制造在半导体领域的应用示例

认证这件事，本身也在改变新材料触达工业用户的方式。Sinto Advanced Ceramics把氮化铝和氮化硅放进了3D打印产品组合里。氮化铝这材料，电绝缘性和导热性都很出色，特别适合半导体制造。但他们没有一打印出来就急着推向市场，而是对每种材料在打印、脱脂、烧结和质量保证的各个环节都做了认证。

在半导体领域，认证依然是陶瓷增材制造要面对的主要障碍。但一次性能交付600套全部通过认证的部件，这本身就说明，这门技术已经有底气跨过这道坎了。