Dzisiaj, wraz z szybkim rozwojem przemysłu półprzewodnikowego, testowanie układów scalonych, jako kluczowe ogniwo zapewniające wydajność układów scalonych, ich dokładność i stabilność bezpośrednio wpływają na wydajność układów scalonych i konkurencyjność branży. W miarę jak proces produkcji układów scalonych nadal postępuje w kierunku węzłów 3 nm, 2 nm i nawet bardziej zaawansowanych, wymagania dotyczące podstawowych komponentów w sprzęcie do testowania układów scalonych stają się coraz bardziej rygorystyczne. Podstawy granitowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom materiałowym i zaletom wydajnościowym, stały się niezbędnym „złotym partnerem” dla sprzętu do testowania układów scalonych. Jaka logika techniczna za tym stoi?
I. „Niezdolność do radzenia sobie” tradycyjnych baz
Podczas procesu testowania układów scalonych, sprzęt musi precyzyjnie wykrywać parametry elektryczne pinów układu, integralność sygnału itp. w skali nano. Jednak tradycyjne podstawy metalowe (takie jak żeliwo i stal) ujawniły wiele problemów w praktycznych zastosowaniach.
Z jednej strony współczynnik rozszerzalności cieplnej materiałów metalowych jest stosunkowo wysoki, zwykle powyżej 10×10⁻⁶/℃. Ciepło wytwarzane podczas pracy sprzętu do testowania układów scalonych lub nawet niewielkie zmiany temperatury otoczenia mogą powodować znaczną rozszerzalność cieplną i kurczenie się podstawy metalowej. Na przykład podstawa żeliwna o długości 1 metra może rozszerzać się i kurczyć nawet o 100 μm, gdy temperatura zmienia się o 10℃. Takie zmiany wymiarowe są wystarczające, aby rozregulować sondę testową względem pinów układu scalonego, co skutkuje słabym kontaktem i w konsekwencji powoduje zniekształcenie danych testowych.
Z drugiej strony, tłumienie podstawy metalowej jest słabe, co utrudnia szybkie zużycie energii drgań generowanej przez działanie sprzętu. W scenariuszu testowania sygnału o wysokiej częstotliwości, ciągłe mikrodrgania wprowadzą dużą ilość szumu, zwiększając błąd testowania integralności sygnału o ponad 30%. Ponadto materiały metalowe mają wysoką podatność magnetyczną i są podatne na sprzężenie z sygnałami elektromagnetycznymi sprzętu testującego, co powoduje straty prądów wirowych i efekty histerezy, które zakłócają dokładność precyzyjnych pomiarów.
II. „Twarda wytrzymałość” podstaw granitowych
Najwyższa stabilność termiczna, stanowiąca podstawę precyzyjnych pomiarów
Granit powstaje w wyniku ścisłego połączenia kryształów mineralnych, takich jak kwarc i skaleń, poprzez wiązania jonowe i kowalencyjne. Jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest niezwykle niski, wynosi zaledwie 0,6-5×10⁻⁶/℃, co stanowi około 1/2-1/20 współczynnika materiałów metalicznych. Nawet jeśli temperatura zmienia się o 10℃, rozszerzanie się i kurczenie 1-metrowej granitowej podstawy jest mniejsze niż 50 nm, co niemal osiąga „zerowe odkształcenie”. Tymczasem przewodność cieplna granitu wynosi zaledwie 2-3 W/(m · K), co stanowi mniej niż 1/20 współczynnika metali. Może skutecznie zapobiegać przewodzeniu ciepła przez sprzęt, utrzymywać jednolitą temperaturę powierzchni podstawy i zapewniać, że sonda testowa i chip zawsze utrzymują stałą względną pozycję.
2. Bardzo silne tłumienie drgań tworzy stabilne środowisko testowe
Unikalne defekty kryształów i struktura ślizgowa granic ziaren wewnątrz granitu nadają mu dużą zdolność rozpraszania energii, ze współczynnikiem tłumienia do 0,3-0,5, co jest ponad sześciokrotnie więcej niż w przypadku podstawy metalowej. Dane eksperymentalne pokazują, że przy wzbudzeniu drgań o częstotliwości 100 Hz czas tłumienia drgań podstawy granitowej wynosi zaledwie 0,1 sekundy, podczas gdy podstawy żeliwnej wynosi 0,8 sekundy. Oznacza to, że podstawa granitowa może natychmiast tłumić drgania spowodowane uruchamianiem i wyłączaniem sprzętu, uderzeniami zewnętrznymi itp. oraz kontrolować amplitudę drgań platformy testowej w zakresie ±1μm, zapewniając stabilną gwarancję pozycjonowania sond nanometrycznych.
3. Naturalne właściwości antymagnetyczne, eliminujące zakłócenia elektromagnetyczne
Granit jest materiałem diamagnetycznym o podatności magnetycznej wynoszącej około -10 ⁻⁵. Elektrony wewnętrzne występują w parach w wiązaniach chemicznych i prawie nigdy nie są spolaryzowane przez zewnętrzne pola magnetyczne. W silnym polu magnetycznym o natężeniu 10 mT natężenie pola magnetycznego indukowanego na powierzchni granitu jest mniejsze niż 0,001 mT, podczas gdy na powierzchni żeliwa wynosi ponad 8 mT. Ta naturalna właściwość antymagnetyczna może stworzyć czyste środowisko pomiarowe dla sprzętu do testowania układów scalonych, chroniąc go przed zewnętrznymi zakłóceniami elektromagnetycznymi, takimi jak silniki warsztatowe i sygnały RF. Jest on szczególnie odpowiedni do scenariuszy testowych, które są wyjątkowo wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne, takich jak układy scalone kwantowe i przetworniki ADC/DAC o wysokiej precyzji.
Po trzecie, praktyczne zastosowanie przyniosło niezwykłe rezultaty
Praktyki licznych przedsiębiorstw półprzewodnikowych w pełni udowodniły wartość podstaw granitowych. Po tym, jak znany na całym świecie producent sprzętu do testowania półprzewodników zastosował podstawę granitową w swojej zaawansowanej platformie testowej układów scalonych 5G, osiągnął on zdumiewające wyniki: dokładność pozycjonowania karty sondy wzrosła z ±5μm do ±1μm, odchylenie standardowe danych testowych zmniejszyło się o 70%, a wskaźnik błędnej oceny pojedynczego testu spadł znacząco z 0,5% do 0,03%. Tymczasem efekt tłumienia drgań jest niezwykły. Sprzęt może rozpocząć test bez czekania na zanik drgań, skracając pojedynczy cykl testowy o 20% i zwiększając roczną zdolność produkcyjną o ponad 3 miliony płytek. Ponadto podstawa granitowa ma żywotność ponad 10 lat i nie wymaga częstej konserwacji. W porównaniu z podstawami metalowymi jej całkowity koszt jest niższy o ponad 50%.
Po czwarte, dostosuj się do trendów przemysłowych i przewodź unowocześnianiu technologii testowania
Wraz z rozwojem zaawansowanych technologii pakowania (takich jak Chiplet) i rozwojem wschodzących dziedzin, takich jak chipy do komputerów kwantowych, wymagania dotyczące wydajności urządzeń w testach IC będą nadal rosły. Podstawy granitowe również stale się rozwijają i ulepszają. Poprzez obróbkę powłoki powierzchniowej w celu zwiększenia odporności na zużycie lub poprzez połączenie z ceramiką piezoelektryczną w celu uzyskania aktywnej kompensacji drgań i innych przełomów technologicznych, zmierzają w kierunku bardziej precyzyjnym i inteligentnym. W przyszłości podstawa granitowa będzie nadal chronić innowacyjność technologiczną przemysłu półprzewodników i wysokiej jakości rozwój „chińskich chipów” dzięki swojej wyjątkowej wydajności.
Wybór podstawy granitowej oznacza wybór dokładniejszego, bardziej stabilnego i wydajnego rozwiązania do testowania układów scalonych. Niezależnie od tego, czy chodzi o obecne zaawansowane testowanie układów scalonych, czy o przyszłą eksplorację najnowocześniejszych technologii, podstawa granitowa odegra niezastąpioną i znaczącą rolę.
Czas publikacji: 15-05-2025