与许多其他市场和行业一样，新冠疫情影响了用于制造半导体加工设备的零部件的供应。半导体资本设备制造商正转向增材制造，以帮助修复供应链，并使设计师能够以功能为先。我和斯科特·格林谈过，他是三维系统在这个问题上。以下是这次采访的一些亮点。
半导体生产中的挑战
目前，半导体生产面临的挑战(特别是与新冠肺炎疫情相关的挑战)包括，受特朗普政府造成的贸易中断影响的全球产能，以及由于健康限制而导致全球各地工作方式的中断。
如果拜登政府的政策最终要求半导体制造企业购买新设备，这将是资本设备本身的供求问题。购买制造设备需要时间。即使一家半导体铸造厂今天决定增加一条生产线，要将其安装到位，并开始向供应链注入新的硅，仍有很多工作要做。
因此，主要的挑战既是产能问题，也是供求问题。一旦COVID消退的限制,这些挑战将缓解一点,但是我们仍然有一个供给和需求问题,越来越对智能设备的需求,智能汽车,和新产业进入半导体芯片的需要,资本设备制造企业要迎头赶上。
增材制造的一种方式是，它通常有助于改进为这些系统开发并推向市场的技术。假设一家铸造厂已经以最大容量运行设备，铸造厂经理无法决定他们是否要用该设备做些不同的事情，或者采用一个全新的、截然不同的工艺。因此，用现有的加工硅片或光刻的基本设备，戏剧性的变化是不可能实现的。
以来我们已经推动的边界光刻设备和有什么可能的物理、半导体生产技术相关的障碍之一就是我们如何获得制造设备的最新一代的铸造厂,这样他们就可以满足客户的要求。我们需要更多的设备，在市场上更有能力，以满足这些制造商的需求，这样你就可以有更多的晶体管占据同样的空间，但降低功耗。
一个关于添加剂如何改善半导体工艺的例子
光刻:在一些光刻机中有超过10万个组件。它们中的每一个都是相对小批量生产的，从实施到生产可能只有几千个专业部件。我们所拥有的是一个复杂的系统，它有一个庞大的供应链，来自供应商的订单数量相对较少。所以，你已经在光刻机内部设计了很多折中方案。
在许多情况下，添加剂可以使这些系统更接近于理论预期的工作环境，而不是在机器操作中妥协，因为你必须制造东西。其好处包括更高的精度，更高的生产能力，更快的周期，更多的晶圆生产每台机器每周。你还会看到整个晶圆片的成像质量更好。这意味着更少的浪费和更高质量的产品。
增材制造允许您优化强度重量比。如果你有一个大的电枢组件，增材制造允许你利用设计的灵活性来优化组件，这样它只需要占用最少的空间，但有力量执行任务。拓扑优化或结构优化可以让设计师创造相对较大的重量较轻的部件;例如，晶格结构的使用。
但你不能用传统的制造工艺制造这些零件。它们需要不同的工艺，比如增材制造。
另一个例子，在光刻机里有几百公里的流体管道。增材制造在生产具有共形或内部冷却结构的零件方面要好得多，以获得更好的流体流形动力学。设计师不再必须为了适应制造技术而在设计上妥协。对于光刻机，设计师可以消除以前使用的软管和软管的连接。
增材制造允许您构建流体歧管或冷却结构，将功能优先于制造能力。你会得到光滑的通道，或者通道没有直角弯曲，这可能会导致流体扰动。
另一个例子，晶圆表。你可以在你能想象到的晶圆台内部设计任何冷却结构。通常情况下，这些东西是由数值模拟驱动的。
设计灵活性是通过增材制造获得的。你不再受这设计的约束，因这设计的样式。
为什么增材制造在半导体应用中越来越受到关注?
半导体工业使用添加剂技术已经有一段时间了。“为什么我们没有听说过它，因为它不像飞机、汽车、导弹之类的东西那么性感。”
另一个因素是竞争。你只有四家巨型公司生产主要的光刻或制造机器"他们什么都不会告诉任何人。他们希望确保自己保持竞争优势。”
Semi-con也是高度专业化的，所以它只发生在小范围内。我认为我们正在努力做的是将新兴需求与我们所了解的市场解决方案联系起来。
“我们在半导体行业也遇到了实体障碍。从我过去的记忆来看，要达到一个14纳米的过程是一个很大的障碍，而且会变得更加困难。我不认为我们会低于一纳米。生产产品的整个系统需要一些重大的步骤改变，而我们还没有做到这一点。但是增材制造所做的，尤其是直接金属印刷，是非常精确的，材料是现成的。添加剂技术的成本正在下降。由于我们在大型强子对撞机、先进光源项目、甚至汽车和航空航天领域的工作等其他方面的工作，它变得越来越相关。”
现在，CAD行业正专注于增材制造的设计。一般来说，早期的CAD程序是整个行业的一个限制。
在半导体行业，你的好坏取决于你在一个复杂系统中最薄弱的环节。当你使用一个有大量容错性的东西，你开始去除所有不同的热梯度，所有的流体湍流，你开始得到一个更有效地运行的系统。这里我们再次提到了平版印刷。这些变化将帮助我们在未来的15年或30年里，在现有的范式生产框架下，提高生产率。在一个相对较短的时间内，你将开始看到这些相对主要的影响在消费产品在短短几年内。
在晶圆台内部
例如，在光刻机内部，你有一个晶圆片，因为没有更好的放置方式，所以放在一个盘子上。“极板”功能是确保晶圆片的温度稳定在几毫开尔文之内。最终，它会达到一个平衡，不再共享热量。然后它会将热量转移到你的房间，直到它达到室温。
但是将晶圆片保持在一个稳定的温度是有限制的，因为晶圆片稳定所涉及的等待时间。这些时间是生产力的损失。如果你能更快地达到一个稳定的温度，你就可以每周生产更多的晶圆，从而提高生产周期。
虽然这是一个功能性的生产改进，也有一个质量改进，这是固有的热稳定晶圆。在微观尺度上，当温度波动时，晶圆片实际上是在空间中移动。你的眼球看不见，但当它达到一个稳定的温度时，它确实在运动。当你将某物保持在一个非常可控的温度和低的热梯度时，它可能会保持平坦。当你把光投射到它上面时，你就是把它投射到一个平面上。你知道你会得到最好的图像投影，这意味着你会得到更好的结果。
传统上，空调板和冷却台是铜焊的。两个部分被钎焊在一起或组装成四个、五个或六个部分。增材制造的优势在于，设计可以受到人工智能的启发，为功能创造冷却通道。添加剂使我们能够以功能为先设计，这对机械工程师来说是非常酷和自由的。
使用增材制造，我可以尝试，我可以打印它，并在工作台设置上测试它。如果它没有我想的那么好，我可以做出改变，再试一次。这是设计工程迭代之间很小的时间间隔。而如果我要通过传统的供应链，那部分可能要花我一两个月的时间，因为它需要通过订购系统，有人要加工它，有人要组装它，有人可能要测试它，做QA。然后他们把它邮寄出去然后你就可以测试它了。但有了加法制造，你就省去了所有这些步骤。对于这个特定的部分，您可以快速迭代新的设计概念，这将使客户和设计师更快地获得理想的功能好处。
如果你要加工它，不仅会花费相对较长的加工操作，还需要组装零件，然后由于时间，开销，重新编程等原因，你的迭代能力受到限制。
冷却通道实际上可以围绕或包围光源。例如，你可以用螺旋通道代替薄的护罩，如果你想让它作为冷却套。当涉及到添加剂制造时，天空是有限制的，但并不是无限的优势。当然，你也有局限性。它们只是不同于其他工具，它开辟了新的可能性领域。
有多少半导体行业正在转向增材制造，以帮助制造他们需要的设备?
实际上，你可以撒一张大网来描述半导体行业有多少在使用增材技术。一般来说，你可以把它分成几部分:
- 主要的资本设备制造商和他们的供应商，这些供应商要么提供单个部件，要么提供子系统。(例如，一个子系统提供商可能只生产激光器，很多不同类型的激光器。)
- 高端工业电子产品，它们位于价值链的更下游。它不是直接相关的，但例子包括冷却板，热杯孔，热交换器在工业电子，或其他热管理解决方案。
目前，我们在铸造厂本身并没有看到大量的机会，因为除非机器易手，新机器进出，否则你不会对某个东西进行改造——如果它没有坏，就不要修理它。但我们看到更多的机会，新产品被运送，新的生产线被创建。因此，我们看到了一个巨大的，真正令人兴奋的未来，在我们与半导体行业和许多很酷的应用程序合作。
你认为疫情发生后供应链是否有所缓和，还是还没有?
随着工作限制的改变，代工厂将能够以更快的速度运行，他们将能够生产更多的产品。但是，最新的机器所带来的技术进步，为最大的制造商提供的更新的工艺，才是我们真正将看到速度和潜力释放的地方。
我们将看到耗电更少，更智能，更有趣，更强大的汽车产品。
了下:快速制造零件
