导读：半导体行业作为现代社会的基石，在探针测试方面面临着重大挑战。半导体行业价值5000亿美元，为设备、运输和通信系统提供动力，但目前其测试间距低于40 μm的元件的能力受到限制，阻碍了不断增长的消费者需求所必需的芯片设计和扩展，特别是在快速扩张的 microLED 市场中。预计未来五年 microLED 市场的复合年增长率将达到80%，估值将达到百亿级，microLED行业有望爆发式增长。然而，目前测试方法滞后，通过两个探针进行单独的 LED 测试，造成了效率和创新的瓶颈，那么如何解决这一挑战？3D打印技术在其中发挥着什么作用呢？
Exaddon 开发了一种独特的微型金属 3D 打印方法，称为 μ3D。μ3D 以前主要用于科学研究，现在用于制造能够以 20 μm 以下间距进行细间距探测的探针，这是当前行业标准的重大飞跃。2023年11月，南极熊获悉，Exaddon 首次进军 microLED 市场，采用 3D 打印测试阵列，间距小于 20 μm。据该公司称，该阵列由 128 个探针组成，可将 microLED 测试仪的测试效率大幅提高 64 倍，通过直接在可定制和可更换的空间变压器上进行打印，进一步简化了流程，减少了对多个组件的需求，从而简化了制造并降低了成本。
△Exaddon 用于半导体制造的 3D 打印探针
通过以更精细的间距进行测试，该技术增加了有源芯片面积，从而提高了产量并降低了芯片成本，会带来更实惠的消费设备。μ3D打印工艺具有多功能性，擅长打印高深宽比的独立结构，允许接触各种焊盘、凸块和球结构，应用范围十分广泛。
金属3D打印微制造技术（μAM）基于电化学沉积的原理
将一个名为iontip的小3D打印喷嘴，浸入悬浮电解液中； 精确调节气压将包含金属离子的液体推进离子头内部的微通道。 液体流量非常小-低至每秒飞升。 在微通道的末端，含离子的液体被释放到3D打印表面上。 然后将溶解的金属离子电沉积为固体金属原子。
△电化学沉积微纳级金属3D打印工艺过程
这些金属原子一起生长为小零件中的体素。 光学力反馈记录每个体素的3D打印完成情况，直到所有体素都被打印出来并构造出完整的对象物体为止。 电化学3D打印过程在室温下进行，可产生非常高质量的金属结构，而且无需任何后处理即可直接应用。在南极熊看来，这个技术创新性极强，并且在微观精细加工制造领域有着很好的应用潜力。
通过光学方法测量作用在离子尖端喷嘴上的力，并实时反馈回系统，再进行过程控制。 这样就可以检测模型对象的哪些体素已被3D打印出来。
CERES 3D 打印机
Exaddon 的 μ3D 打印技术是由纯金属的局部电沉积提供动力的，研发的μ3D打印系统称为CERES，能够增材制造尺寸范围小于1微米至1000微米的复杂金属物体。该技术在室温下运行，不需要任何后处理，因此更容易采用。CERES 能够在没有支撑的情况下打印悬垂结构并实现小于 1 µm 的分辨率，因此可以用各种材料（包括铜、金、镍、银和铂）创建纯金属物体，这种精度由高分辨率摄像头和用户友好的软件界面提供支持。
△CERES 3D 打印机
CERES 系统的核心是电化学沉积 µAM 工艺，涉及一个离子尖喷嘴，通过微通道分配含金属离子的液体并电沉积到导电表面上。该过程逐个体素地构造物体，并通过光学力反馈提供实时过程控制。
CERES是一个独立的系统，可以以微米级和亚微米级的分辨率3D打印复杂的纯金属物体。此外，它支持不同材料制成的液体和纳米粒子。CERES结合了纳米级精确定位、气压驱动的液体分配、电化学沉积和光学力反馈。最新的操作系统已经具备CAPA软件，具有直观的图形用户界面，可无缝连接系统的所有部分。至关重要的是，CERES可以在室温下进行打印，而无需进行后处理。它无需支撑结构即可打印悬垂零件，这种能力与其他金属增材制造技术有着巨大的区别。
为了保证实现高精度的打印，系统配备了两台具有计算机辅助对准功能的高分辨率相机，还支持自动离子吸头装载以及3D打印结构的拍摄录像可视化。
设备参数：
●标准3D打印室尺寸为15×15毫米和25×25毫米。 定制成型平台最大可达100×70 mm
●最高200 μm / s的处理速度
●XY±250 nm和Z±5 nm定位精度
μ3D电化学打印
μ3D 打印听起来有点熟悉，那可能是因为美国初创公司 Fabric8Labs 提供了一种类似的工艺，称为电化学增材制造，也可以在室温下工作。Fabric8 的网站展示了采用亚微米分辨率制造的零件，该公司的目标是电子行业，但具体应用尚未公开。Exaddon 还与 Vectoflow 类似，Vectoflow 的目标市场是各种高分辨率设备的探头市场。与 Exaddone 不同的是，Vectoflow 依靠激光粉末床融合进行制造。
如今正值半导体行业公众对3D打印技术的兴趣日益浓厚的时期，由于该领域的秘密性，很难了解增材制造的多种部署方式，但它无处不在，从微小的电阻到光刻设备中的组件。由于该细分市场的规模和价值巨大，Exaddon、Fabric8 以及任何其他想要为该领域带来创新和效率的企业都有足够的发展空间。此外，可以预测，未来将有大量的公共和私人资金帮助将3D打印引入该行业。