随着芯片集成度的不断提高、制造工艺的不断精进，半导体制造工艺对装备提出了更高的要求，半导体设备用关键零部件也要求具有更高的性能。先进陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、精度高、强度高等优异性能，广泛应用于半导体设备关键零部件如静电卡盘、陶瓷加热器、真空吸盘、聚焦环、喷嘴、搬运手臂等。半导体陶瓷零部件设计精密度及特定功能要求使其加工工艺更加复杂，传统加工技术在某些特定领域已不能满足行业客户的需求，而随着增材制造技术的逐渐成熟，陶瓷3D打印技术受到关注。

（一）

3D打印半导体陶瓷部件案例

1.陶瓷手臂

陶瓷手臂主要用于半导体零件的抓取装夹。结构上，陶瓷手臂通常设计成扁平的手臂和手掌，同时需要在表面设计有气孔，并在内部设计通气槽。在使用时，通过气槽进行抽气后形成真空，从而将晶圆牢固地吸附在手掌上以进行转运。

图 半导体陶瓷手臂气道，拍摄于数造科技展台

传统加工中，为了在内部形成连通的气道，陶瓷手臂整体必须被分拆为顶板和底板两部分，在顶板上切削加工形成通孔和凹槽，底板盖设在顶板上，通过粘结剂拼接在一起以形成含有内部气道的陶瓷手臂。

图 3D打印陶瓷手臂，拍摄于数造科技展台

3D打印陶瓷手臂整体打印，无拼接缝隙，内部气道采用一体成型技术，彻底摒弃了传统加工中上下粘合引发的漏气等问题，3D打印成型陶瓷胚体后再经高温烧制完成，无需机加工进行后道处理，在产品功能设计，生产效率和使用稳定性等方面优势明显。

图 3D打印环形晶圆吸盘，大直径，复杂腔道一体成型，平面度高，来源：博世先进陶瓷（已被日本新东收购）

2.半导体ALD环

在半导体行业，高效、耐用的气体分配设备是提升生产效能的关键。2017年德国Alumina Systems 公司与 Plasway Technologies合作通过注浆成型工艺成功制造出直径380毫米的陶瓷气体分配环，并钎焊上3D打印陶瓷喷嘴，两个独立的供气口可同时使用不同的工艺气体，实现均匀分布和完全耐腐蚀。

图 3D打印陶瓷气体分配环，图源：Alumina Systems 

Alumina Systems与Plasway Technologies合作采用Lithoz的陶瓷3D打印技术制造出直径 15 英寸（380毫米）的氧化铝气体分配环，将整环分解为6个相同的小型化分段打印，烧结后再组装成为一体，即便使用反应性气体时，仍能维持稳定的气流与压力。轻量化结构结合超薄壁设计，优化气体流道，几何精度与稳定性全面提升。

图 15 英寸 LCM 打印半导体 ALD 环，来源：Lithoz

据介绍，目前3D打印的陶瓷气体分配环直径最大可达 530 毫米，若采用分段式设计，直径可达到 1000 毫米。

3.陶瓷气体喷射器

气体喷射器是半导体制造中的关键组件，其核心功能是在晶圆刻蚀过程中，将腐蚀性气体精准地导入刻蚀腔体内部。博世先进陶瓷与 Lithoz 联手利用陶瓷增材制造技术制造的陶瓷气体喷射器，选用高纯度氧化铝（纯度达99.8%）制成，将原有的两件式设计整合为单一的一体化喷射器，内部包含 3 条直径 6 毫米的通道、62 个壁厚仅 0.2 毫米的精密喷孔，并采用流道优化的蜂窝结构。

图 3D打印陶瓷气体喷射器，来源：Lithoz

这种一体化设计提高了气体流量的精度，降低了装配复杂性，并提升了工艺可靠性，具备长使用寿命和简化维护的优势，支持高效、无污染的晶圆生产。

4.其他半导体陶瓷部件

在半导体应用中，3D打印氮化铝（AlN）散热器可优化热管理，确保功率器件和晶圆处理设备在等离子体环境中的可靠运行。氧化钇基部件被广泛应用于半导体行业的等离子体刻蚀工艺中，通过增材制造技术成型的高致密性氧化钇部件，相对于传统多孔氧化钇涂层部件，在等离子体环境中具有更优异的稳定性。

图 3D打印半导体陶瓷部件，来源：三维陶瓷

图 3D打印半导体陶瓷部件，来源：Lithoz

图 DLP打印静电卡盘，来源：https://doi.org/10.1016/j.coco.2026.102727

此外，还有研究提出采用陶瓷数字光处理（DLP）3D打印技术制造具有可调介电性能和电极设计的静电吸盘（ESC）。该方法简化了多步骤制造流程，降低了能耗，减少材料浪费，3D打印技术在电极图案设计方面的灵活性解决了传统ESC制造技术的局限性。

（二）

3D打印半导体陶瓷部件优势

1.快速原型制造

3D打印能够快速生成高精度的陶瓷零部件，胚体经高温烧制后，无需机加工（CNC）进行后道处理。且生产参数可以实现迭代优化，批次间的产品精度稳定，批量生产成品率不断提升，大大缩短了产品的研发周期，节省时间和减少料损。

2.成型精度高，一体化设计

3D打印可精确控制打印精度，实现流线结构、内部多腔道、超薄壁厚和一体化结构等设计，同时保证产品尺寸精度，满足半导体行业对部件极高的尺寸精度和结构复杂度的要求。

3.设计自由度高

陶瓷3D打印技术无需模具，即使在批量生产过程中的设计更新也可轻松调整，实现了传统制作方法无法达到的设计自由度。生产更加灵活，能够满足个性化和定制化的需求。

4.多材料打印

3D打印技术能够同时打印多种材料，能将导电线路精准布设于陶瓷结构内部。复合构件可通过单一生产工序直接成型，无需焊接、接合等额外的后组装步骤。

图 光固化陶瓷成型技术将玻璃陶瓷与铜、银等金属集成于单一构件之中，突破了低温共烧陶瓷（LTCC）组件的性能上限。来源：Lithoz

随着技术的不断进步，3D打印设备的性能和可靠性也在逐步提高，使得这项技术在实际应用中越来越受到重视和青睐。您还了解3D打印在半导体领域有哪些应用呢？欢迎扫描下方二维码与业内人士一起交流。

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