W dobie szybkiego rozwoju przemysłu półprzewodnikowego, testowanie układów scalonych (IC), jako kluczowe ogniwo zapewniające wydajność chipów, ich dokładność i stabilność, bezpośrednio wpływa na wydajność produkcji i konkurencyjność branży. Wraz z postępem technologicznym w kierunku technologii 3 nm, 2 nm, a nawet bardziej zaawansowanych węzłów, wymagania dotyczące podstawowych komponentów w urządzeniach do testowania układów scalonych stają się coraz bardziej rygorystyczne. Podstawy granitowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom materiałowym i zaletom wydajnościowym, stały się nieodzownym „złotym partnerem” dla urządzeń 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 mierzyć parametry elektryczne pinów układu, integralność sygnału itp. w skali nano. Jednak tradycyjne podstawy metalowe (takie jak żeliwo i stal) stwarzają wiele problemów w praktycznych zastosowaniach.
Z jednej strony, współczynnik rozszerzalności cieplnej materiałów metalowych jest stosunkowo wysoki, zazwyczaj przekraczający 10×10⁻⁶/℃. Ciepło wytwarzane podczas pracy urządzeń do testowania układów scalonych, a nawet niewielkie zmiany temperatury otoczenia, mogą powodować znaczną rozszerzalność cieplną i kurczliwość metalowej podstawy. Na przykład, 1-metrowa żeliwna podstawa może rozszerzać się i kurczyć nawet o 100 μm przy zmianie temperatury o 10℃. Takie zmiany wymiarów są wystarczające, aby sonda pomiarowa nie przylegała do pinów układu scalonego, co skutkuje słabym kontaktem i w konsekwencji zniekształceniem danych testowych.
Z drugiej strony, właściwości tłumiące metalowej podstawy są słabe, co utrudnia szybkie pochłanianie energii drgań generowanych przez pracę urządzenia. W przypadku testowania sygnałów o wysokiej częstotliwości, ciągłe mikrooscylacje wprowadzają dużą ilość szumu, zwiększając błąd testu integralności sygnału o ponad 30%. Ponadto materiały metalowe charakteryzują się wysoką podatnością magnetyczną i są podatne na sprzężenie z sygnałami elektromagnetycznymi sprzętu testującego, co powoduje straty w prądach wirowych i efekt histerezy, które zakłócają dokładność precyzyjnych pomiarów.
II. „Wytrzymałość na trudne warunki” 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 wyjątkowo niski i wynosi zaledwie 0,6-5×10⁻⁶/℃, co stanowi około 1/2-1/20 współczynnika rozszerzalności cieplnej materiałów metalicznych. Nawet przy zmianie temperatury o 10℃, rozszerzalność i kurczenie się 1-metrowej granitowej podstawy jest mniejsze niż 50 nm, co pozwala na osiągnięcie niemal zerowego odkształcenia. Tymczasem przewodność cieplna granitu wynosi zaledwie 2-3 W/(m·K), czyli mniej niż 1/20 współczynnika przewodności cieplnej metali. Granit może skutecznie zapobiegać przewodzeniu ciepła przez urządzenia, utrzymywać równomierną temperaturę powierzchni podstawy i zapewniać stałą pozycję sondy pomiarowej i chipa.
2. Bardzo silne tłumienie drgań tworzy stabilne środowisko testowe
Unikalne defekty krystaliczne i struktura ślizgowa granic ziaren wewnątrz granitu zapewniają mu wysoką zdolność rozpraszania energii, ze współczynnikiem tłumienia sięgającym 0,3-0,5, czyli ponad sześciokrotnie wyższym niż w przypadku podstawy metalowej. Dane eksperymentalne pokazują, że przy wzbudzeniu wibracji o częstotliwości 100 Hz, czas tłumienia drgań podstawy granitowej wynosi zaledwie 0,1 sekundy, podczas gdy w przypadku podstawy żeliwnej – 0,8 sekundy. Oznacza to, że podstawa granitowa może natychmiast tłumić wibracje spowodowane uruchamianiem i wyłączaniem urządzeń, uderzeniami zewnętrznymi itp., a także kontrolować amplitudę drgań platformy testowej z dokładnością ±1 μm, 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 parami w wiązaniach chemicznych i prawie nigdy nie ulegają polaryzacji pod wpływem zewnętrznych pól magnetycznych. W silnym polu magnetycznym o natężeniu 10 mT, natężenie indukowanego pola magnetycznego na powierzchni granitu wynosi mniej niż 0,001 mT, podczas gdy na powierzchni żeliwa przekracza 8 mT. Ta naturalna właściwość antymagnetyczna pozwala 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 testowania scenariuszy wyjątkowo wrażliwych na zakłócenia elektromagnetyczne, takich jak układy scalone kwantowe i precyzyjne przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC/DAC).
Po trzecie, praktyczne zastosowanie przyniosło niezwykłe rezultaty
Praktyki wielu przedsiębiorstw produkujących półprzewodniki w pełni potwierdziły wartość podstaw granitowych. Po tym, jak uznany na całym świecie producent sprzętu do testowania półprzewodników zastosował podstawę granitową w swojej zaawansowanej platformie testowej układów scalonych 5G, osiągnął on zdumiewające rezultaty: dokładność pozycjonowania karty sondy wzrosła z ±5 μm do ±1 μm, odchylenie standardowe danych testowych zmniejszyło się o 70%, a wskaźnik błędnych ocen pojedynczego testu znacząco spadł z 0,5% do 0,03%. Jednocześnie, efekt tłumienia drgań jest godny uwagi. Sprzęt może rozpocząć test bez czekania na zanik drgań, skracając cykl pojedynczego testu o 20% i zwiększając roczną zdolność produkcyjną o ponad 3 miliony płytek. Ponadto, granitowa podstawa 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 udoskonalaniu technologii testowania
Wraz z rozwojem zaawansowanych technologii pakowania (takich jak Chiplet) i rozwojem nowych dziedzin, takich jak układy scalone do komputerów kwantowych, wymagania dotyczące wydajności urządzeń w testach układów scalonych będą nadal rosły. Podstawy granitowe również podlegają ciągłym innowacjom i udoskonaleniom. Dzięki obróbce powierzchniowej w celu zwiększenia odporności na zużycie lub połączeniu z ceramiką piezoelektryczną w celu uzyskania aktywnej kompensacji drgań i innym przełomowym rozwiązaniom technologicznym, zmierzają one w kierunku bardziej precyzyjnego i inteligentnego rozwiązania. W przyszłości podstawa granitowa będzie nadal chronić innowacje technologiczne w przemyśle półprzewodnikowym i wysokiej jakości rozwój „chińskich układów scalonych” dzięki swojej wyjątkowej wydajności.
Wybór granitowej podstawy oznacza wybór dokładniejszego, stabilniejszego i wydajniejszego rozwiązania do testowania układów scalonych. Niezależnie od tego, czy chodzi o obecne zaawansowane procesy testowania układów scalonych, czy o przyszłe badania nad najnowocześniejszymi technologiami, granitowa podstawa odegra niezastąpioną i znaczącą rolę.
Czas publikacji: 15 maja 2025 r.