W dziedzinie produkcji półprzewodników dokładność sprzętu do inspekcji płytek bezpośrednio determinuje jakość i wydajność chipów. Jako fundament wspierający główne komponenty detekcyjne, stabilność wymiarowa materiału bazowego sprzętu odgrywa kluczową rolę w długoterminowej wydajności operacyjnej sprzętu. Granit i żeliwo to dwa powszechnie stosowane materiały bazowe dla sprzętu do inspekcji płytek. 10-letnie badanie porównawcze ujawniło znaczące różnice między nimi pod względem stabilności wymiarowej, dostarczając ważnych punktów odniesienia dla wyboru sprzętu.
Podłoże i projekt eksperymentalny
Proces produkcji płytek półprzewodnikowych ma niezwykle wysokie wymagania dotyczące dokładności wykrywania. Nawet odchylenie wymiarów na poziomie mikrometrów może prowadzić do spadku wydajności chipa, a nawet złomowania. Aby zbadać stabilność wymiarową granitu i żeliwa podczas długotrwałego użytkowania, zespół badawczy zaprojektował eksperymenty symulujące rzeczywiste środowiska pracy. Wybrano próbki granitu i żeliwa o tej samej specyfikacji i umieszczono je w komorze środowiskowej, w której temperatura wahała się od 15℃ do 35℃, a wilgotność wahała się od 30% do 70% RH. Drgania mechaniczne podczas pracy sprzętu symulowano za pomocą stołu wibracyjnego. Kluczowe wymiary próbek mierzono co kwartał za pomocą precyzyjnego interferometru laserowego, a dane były nieprzerwanie rejestrowane przez 10 lat.
Wynik eksperymentu: absolutna zaleta granitu
Dziesięć lat danych eksperymentalnych pokazuje, że podłoże granitowe wykazuje zadziwiającą stabilność. Jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest niezwykle niski, średnio tylko 4,6×10⁻⁶/℃. Przy drastycznych zmianach temperatury odchylenie wymiarowe jest zawsze kontrolowane w granicach ±0,001 mm. W obliczu zmian wilgotności gęsta struktura granitu sprawia, że jest on niemal nienaruszony i nie występują żadne mierzalne zmiany wymiarowe. W środowisku drgań mechanicznych doskonałe właściwości tłumiące granitu skutecznie pochłaniają energię drgań, a fluktuacja wymiarowa jest niezwykle mała.
Natomiast w przypadku podłoża żeliwnego średni współczynnik rozszerzalności cieplnej osiąga 11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, a maksymalne odchylenie wymiarowe spowodowane zmianami temperatury w ciągu 10 lat wynosi ±0,05 mm. W wilgotnym środowisku żeliwo jest podatne na rdzę i korozję. Niektóre próbki wykazują lokalne odkształcenia, a odchylenie wymiarowe jeszcze bardziej wzrasta. Pod wpływem drgań mechanicznych żeliwo ma słabe właściwości tłumienia drgań, a jego rozmiar często się waha, co utrudnia spełnienie wymagań dotyczących wysokiej precyzji w zakresie kontroli płytek.
Podstawowym powodem różnicy w stabilności
Granit powstawał przez setki milionów lat w procesach geologicznych. Jego struktura wewnętrzna jest gęsta i jednolita, a kryształy minerałów są stabilnie ułożone, co z natury eliminuje naprężenia wewnętrzne. Dzięki temu jest niezwykle niewrażliwy na zmiany czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, wilgotność i wibracje. Żeliwo jest wytwarzane w procesie odlewania i ma mikroskopijne wady, takie jak pory i otwory piaskowe wewnątrz. Tymczasem naprężenia szczątkowe generowane podczas procesu odlewania są podatne na zmiany wymiarowe pod wpływem stymulacji środowiska zewnętrznego. Metaliczne właściwości żeliwa sprawiają, że jest ono podatne na rdzewienie z powodu wilgoci, co przyspiesza uszkodzenia strukturalne i zmniejsza stabilność wymiarową.
Wpływ na sprzęt do kontroli płytek
Sprzęt do inspekcji płytek na bazie podłoża granitowego, dzięki stabilnym parametrom wymiarowym, może zapewnić, że system inspekcji utrzyma wysoką precyzję przez długi czas, zredukuje błędne osądy i pominięte wykrycia spowodowane dryftem dokładności sprzętu i znacznie poprawi wydajność produktu. Tymczasem niskie wymagania konserwacyjne zmniejszają całkowity koszt cyklu życia sprzętu. Sprzęt wykorzystujący podłoża żeliwne, ze względu na słabą stabilność wymiarową, wymaga częstej kalibracji i konserwacji. To nie tylko zwiększa koszty operacyjne, ale może również wpłynąć na jakość produkcji półprzewodników ze względu na niewystarczającą precyzję, 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 zapewni wydajność urządzeń i zwiększy konkurencyjność przedsiębiorstw.
Czas publikacji: 14-05-2025