Сьогодні, з швидким розвитком напівпровідникової промисловості, тестування ІС, як вирішальна ланка для забезпечення продуктивності мікросхем, його точність та стабільність безпосередньо впливають на вихід мікросхем та конкурентоспроможність галузі. Оскільки процес виробництва мікросхем продовжує просуватися в напрямку 3 нм, 2 нм та навіть більш досконалих вузлів, вимоги до основних компонентів обладнання для тестування ІС стають дедалі суворішими. Гранітні основи, з їхніми унікальними властивостями матеріалу та перевагами в продуктивності, стали незамінним «золотим партнером» для обладнання для тестування ІС. Яка технічна логіка стоїть за цим?
I. «Нездатність впоратися» з традиційними основами
Під час процесу тестування ІС обладнання повинно точно визначати електричні характеристики виводів мікросхеми, цілісність сигналу тощо на нанорівні. Однак традиційні металеві основи (такі як чавун і сталь) виявили багато проблем у практичному застосуванні.
З одного боку, коефіцієнт теплового розширення металевих матеріалів є відносно високим, зазвичай вище 10×10⁻⁶/℃. Тепло, що утворюється під час роботи обладнання для випробування ІС, або навіть незначні зміни температури навколишнього середовища можуть спричинити значне теплове розширення та стиснення металевої основи. Наприклад, чавунна основа довжиною 1 метр може розширюватися та стискатися до 100 мкм при зміні температури на 10℃. Таких змін розмірів достатньо, щоб змістити випробувальний зонд з контактами мікросхеми, що призведе до поганого контакту та, як наслідок, до спотворення даних випробувань.
З іншого боку, демпфування металевої основи погане, що ускладнює швидке споживання енергії вібрації, що генерується роботою обладнання. У випадку випробування високочастотних сигналів, безперервні мікроколивання призведуть до великої кількості шуму, збільшуючи похибку перевірки цілісності сигналу більш ніж на 30%. Крім того, металеві матеріали мають високу магнітну сприйнятливість і схильні до взаємодії з електромагнітними сигналами випробувального обладнання, що призводить до втрат на вихрові струми та ефектів гістерезису, які впливають на точність точних вимірювань.
II. «Неймовірна міцність» гранітних основ
Максимальна термостабільність, що закладає основу для точного вимірювання
Граніт утворюється шляхом щільного з'єднання мінеральних кристалів, таких як кварц і польовий шпат, через іонні та ковалентні зв'язки. Його коефіцієнт теплового розширення надзвичайно низький, лише 0,6-5×10⁻⁶/℃, що приблизно становить 1/2-1/20 від коефіцієнта теплового розширення металевих матеріалів. Навіть якщо температура змінюється на 10℃, розширення та стиснення гранітної основи довжиною 1 метр становить менше 50 нм, що майже забезпечує «нульову деформацію». Тим часом теплопровідність граніту становить лише 2-3 Вт/(м·K), що менше 1/20 від теплопровідності металів. Це може ефективно запобігати теплопровідності обладнання, підтримувати рівномірну температуру поверхні основи та забезпечувати постійне відносне положення вимірювального зонда та чіпа.
2. Надпотужне придушення вібрації створює стабільне середовище для випробувань
Унікальні кристалічні дефекти та структура ковзання по межі зерен всередині граніту надають йому високу здатність до розсіювання енергії з коефіцієнтом демпфування до 0,3-0,5, що більш ніж у шість разів перевищує показники металевої основи. Експериментальні дані показують, що при збудженні вібрації частотою 100 Гц час затухання вібрації гранітної основи становить лише 0,1 секунди, тоді як чавунної основи – 0,8 секунди. Це означає, що гранітна основа може миттєво пригнічувати вібрації, спричинені запуском та вимиканням обладнання, зовнішніми впливами тощо, та контролювати амплітуду вібрацій випробувальної платформи в межах ±1 мкм, забезпечуючи стабільне позиціонування нанорозмірних зондів.
3. Природні антимагнітні властивості, що усувають електромагнітні перешкоди
Граніт — це діамагнітний матеріал з магнітною сприйнятливістю приблизно -10⁻⁵. Внутрішні електрони існують парами всередині хімічних зв'язків і майже ніколи не поляризуються зовнішніми магнітними полями. У сильному магнітному полі 10 мТл напруженість індукованого магнітного поля на поверхні граніту становить менше 0,001 мТл, тоді як на поверхні чавуну вона перевищує 8 мТл. Ця природна антимагнітна властивість може створити чисте вимірювальне середовище для обладнання для випробування ІС, захищаючи його від зовнішніх електромагнітних перешкод, таких як двигуни майстерень та радіочастотні сигнали. Він особливо підходить для випробувальних сценаріїв, надзвичайно чутливих до електромагнітних шумів, таких як квантові мікросхеми та високоточні АЦП/ЦАП.
По-третє, практичне застосування досягло вражаючих результатів
Практика численних напівпровідникових підприємств повністю продемонструвала цінність гранітних основ. Після того, як всесвітньо відомий виробник обладнання для випробування напівпровідників застосував гранітну основу у своїй високоякісній платформі для тестування 5G-чіпів, він досяг вражаючих результатів: точність позиціонування зондової плати збільшилася з ±5 мкм до ±1 мкм, стандартне відхилення даних випробувань зменшилося на 70%, а коефіцієнт помилок в одному тесті значно знизився з 0,5% до 0,03%. Водночас ефект придушення вібрації є вражаючим. Обладнання може розпочати випробування, не чекаючи, поки вібрація зникне, скорочуючи цикл одного випробування на 20% та збільшуючи річну виробничу потужність понад 3 мільйони пластин. Крім того, гранітна основа має термін служби понад 10 років і не потребує частого обслуговування. Порівняно з металевими основами, її загальна вартість знижується більш ніж на 50%.
По-четверте, адаптуватися до промислових тенденцій та очолити оновлення технологій тестування
З розвитком передових технологій упаковки (таких як Chiplet) та зростанням нових галузей, таких як квантові обчислювальні чіпи, вимоги до продуктивності пристроїв для тестування ІС продовжуватимуть зростати. Гранітні основи також постійно зазнають інновацій та модернізації. Завдяки обробці поверхневого покриття для підвищення зносостійкості або поєднанню з п'єзоелектричною керамікою для досягнення активної компенсації вібрації та іншим технологічним проривам, вони рухаються до більш точного та інтелектуального напрямку. У майбутньому гранітна основа продовжуватиме захищати технологічні інновації напівпровідникової промисловості та високоякісний розвиток "китайських чіпів" завдяки своїм видатним характеристикам.
Вибір гранітної основи означає вибір більш точного, стабільного та ефективного рішення для тестування інтегральних схем. Чи то поточне тестування передових технологічних процесів, чи майбутнє дослідження передових технологій, гранітна основа відіграватиме незамінну та значну роль.
Час публікації: 15 травня 2025 р.