W dziedzinie produkcji półprzewodników, dokładność urządzeń do kontroli płytek półprzewodnikowych bezpośrednio decyduje o ich jakości i wydajności. Stabilność wymiarowa materiału bazowego urządzenia, stanowiącego fundament dla rdzeniowych elementów detekcyjnych, odgrywa kluczową rolę w jego długoterminowej wydajności operacyjnej. Granit i żeliwo to dwa powszechnie stosowane materiały bazowe w urządzeniach do kontroli płytek półprzewodnikowych. Dziesięcioletnie badania porównawcze ujawniły istotne różnice między nimi pod względem stabilności wymiarowej, stanowiąc istotne źródło odniesienia przy wyborze sprzętu.
Podłoże i projekt eksperymentalny
Proces produkcji płytek półprzewodnikowych stawia niezwykle wysokie wymagania dotyczące dokładności detekcji. Nawet odchyłka wymiarowa rzędu mikrometrów może prowadzić do spadku wydajności układu scalonego, a nawet jego złomowania. Aby zbadać stabilność wymiarową granitu i żeliwa podczas długotrwałego użytkowania, zespół badawczy zaprojektował eksperymenty symulujące rzeczywiste warunki pracy. Wybrano próbki granitu i żeliwa o tych samych parametrach i umieszczono je w komorze klimatycznej, w której temperatura wahała się od 15°C do 35°C, a wilgotność względna od 30% do 70%. Drgania mechaniczne podczas pracy urządzenia symulowano za pomocą stołu wibracyjnego. Kluczowe wymiary próbek mierzono co kwartał za pomocą precyzyjnego interferometru laserowego, a dane rejestrowano w sposób ciągły przez 10 lat.
Wynik eksperymentu: absolutna zaleta granitu
Dziesięcioletnie dane eksperymentalne pokazują, że podłoże granitowe charakteryzuje się zdumiewającą stabilnością. Jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest wyjątkowo niski i wynosi średnio zaledwie 4,6×10⁻⁶/℃. Przy drastycznych zmianach temperatury odchylenia wymiarów są zawsze kontrolowane w granicach ±0,001 mm. Gęsta struktura granitu sprawia, że zmiany wilgotności są praktycznie niewrażliwe na zmiany i nie występują żadne mierzalne zmiany wymiarów. W środowisku drgań mechanicznych, doskonałe właściwości tłumiące granitu skutecznie pochłaniają energię drgań, a fluktuacje wymiarów są wyjątkowo niewielkie.
Natomiast w przypadku podłoża żeliwnego, jego średni współczynnik rozszerzalności cieplnej sięga 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, a maksymalne odchylenie wymiarów spowodowane zmianami temperatury w ciągu 10 lat wynosi ±0,05 mm. W wilgotnym środowisku żeliwo jest podatne na rdzę i korozję. Niektóre próbki wykazują miejscowe odkształcenia, a odchylenie wymiarów dodatkowo wzrasta. Pod wpływem drgań mechanicznych żeliwo słabo tłumi drgania, a jego rozmiar ulega częstym wahaniom, co utrudnia spełnienie wysokich wymagań dotyczących precyzyjnej kontroli płytek półprzewodnikowych.
Istotny powód różnicy w stabilności
Granit powstawał przez setki milionów lat w procesach geologicznych. Jego struktura wewnętrzna jest gęsta i jednorodna, a kryształy minerału są stabilnie ułożone, co naturalnie eliminuje naprężenia wewnętrzne. Dzięki temu jest on wyjątkowo odporny na zmiany czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, wilgotność i wibracje. Żeliwo jest wytwarzane metodą odlewania i posiada mikroskopijne defekty, takie jak pory i otwory piaskowe. Jednocześnie naprężenia szczątkowe powstające podczas odlewania mogą powodować zmiany wymiarów pod wpływem czynników zewnętrznych. Metaliczne właściwości żeliwa sprawiają, że jest ono podatne na rdzewienie pod wpływem wilgoci, co przyspiesza uszkodzenia strukturalne i zmniejsza stabilność wymiarową.
Wpływ na sprzęt do kontroli płytek półprzewodnikowych
Urządzenia do inspekcji płytek półprzewodnikowych oparte na podłożu granitowym, dzięki stabilnym parametrom wymiarowym, zapewniają wysoką precyzję systemu inspekcyjnego przez długi czas, redukują błędy w ocenie i błędy w wykrywaniu spowodowane dryftem dokładności urządzenia oraz znacząco poprawiają wydajność produkcji. Jednocześnie niskie wymagania konserwacyjne obniżają koszty całego cyklu życia urządzenia. Urządzenia wykorzystujące podłoża żeliwne, ze względu na słabą stabilność wymiarową, wymagają częstej kalibracji i konserwacji. To nie tylko zwiększa koszty operacyjne, ale może również wpływać na jakość produkcji półprzewodników z powodu niewystarczającej precyzji, powodując potencjalne straty ekonomiczne.
Biorąc pod uwagę tendencję branży półprzewodnikowej do dążenia do większej precyzji i lepszej jakości, wybór granitu jako materiału bazowego dla urządzeń do kontroli płytek półprzewodnikowych jest niewątpliwie mądrym posunięciem, które gwarantuje wydajność urządzeń i zwiększa konkurencyjność przedsiębiorstw.
Czas publikacji: 14 maja 2025 r.