Днес, с бързото развитие на полупроводниковата индустрия, тестването на интегрални схеми, като ключово звено за осигуряване на производителността на чиповете, неговата точност и стабилност пряко влияят върху добива на чиповете и конкурентоспособността на индустрията. Тъй като производственият процес на чипове продължава да се развива към 3nm, 2nm и дори по-усъвършенствани възли, изискванията към основните компоненти в оборудването за тестване на интегрални схеми стават все по-строги. Гранитните основи, с техните уникални свойства на материала и предимства в производителността, са се превърнали в незаменим „златен партньор“ за оборудването за тестване на интегрални схеми. Каква техническа логика стои зад това?
I. „Неспособността за справяне“ на традиционните бази
По време на процеса на тестване на интегрални схеми, оборудването трябва прецизно да открива електрическите характеристики на пиновете на чипа, целостта на сигнала и др. в наномащаб. Традиционните метални основи (като чугун и стомана) обаче разкриват много проблеми в практическите приложения.
От една страна, коефициентът на термично разширение на металните материали е сравнително висок, обикновено над 10×10⁻⁶/℃. Топлината, генерирана по време на работата на оборудването за тестване на интегрални схеми, или дори леки промени в околната температура могат да причинят значително термично разширение и свиване на металната основа. Например, чугунена основа с дължина 1 метър може да се разшири и свие с до 100μm, когато температурата се промени с 10℃. Такива промени в размерите са достатъчни, за да разместят тестовата сонда с щифтовете на чипа, което води до лош контакт и впоследствие до изкривяване на тестовите данни.
От друга страна, амортизиращите характеристики на металната основа са лоши, което затруднява бързото поглъщане на вибрационната енергия, генерирана от работата на оборудването. В сценария на тестване на високочестотни сигнали, непрекъснатите микроколебания ще въведат голямо количество шум, увеличавайки грешката при тестване на целостта на сигнала с повече от 30%. Освен това, металните материали имат висока магнитна възприемчивост и са склонни към свързване с електромагнитните сигнали на тестовото оборудване, което води до загуби от вихрови токове и хистерезисни ефекти, които влияят на точността на прецизните измервания.
II. „Неизменната здравина“ на гранитните основи
Максимална термична стабилност, полагаща основите за прецизно измерване
Гранитът се образува от плътното съчетаване на минерални кристали като кварц и фелдшпат чрез йонни и ковалентни връзки. Коефициентът му на термично разширение е изключително нисък, само 0,6-5×10⁻⁶/℃, което е приблизително 1/2-1/20 от този на металните материали. Дори ако температурата се промени с 10℃, разширяването и свиването на гранитната основа с дължина 1 метър е по-малко от 50 nm, което почти постига „нулева деформация“. В същото време топлопроводимостта на гранита е само 2-3 W/(m · K), което е по-малко от 1/20 от тази на металите. Той може ефективно да предотврати топлопроводимостта на оборудването, да поддържа равномерна температура на повърхността на основата и да гарантира, че тестовата сонда и чипът винаги поддържат постоянно относително положение.
2. Супер силното потискане на вибрациите създава стабилна среда за тестване
Уникалните кристални дефекти и плъзгащата се структура на границите на зърната вътре в гранита му придават силен капацитет за разсейване на енергия, с коефициент на затихване до 0,3-0,5, което е повече от шест пъти по-голямо от това на металната основа. Експерименталните данни показват, че при вибрационно възбуждане от 100Hz, времето за затихване на вибрациите на гранитната основа е само 0,1 секунди, докато това на чугунената основа е 0,8 секунди. Това означава, че гранитната основа може мигновено да потисне вибрациите, причинени от стартиране и спиране на оборудването, външни въздействия и др., и да контролира амплитудата на вибрациите на тестовата платформа в рамките на ±1μm, осигурявайки стабилна гаранция за позициониране на наномащабни сонди.
3. Естествени антимагнитни свойства, елиминиращи електромагнитните смущения
Гранитът е диамагнитен материал с магнитна възприемчивост от приблизително -10⁻⁵. Вътрешните електрони съществуват по двойки в химически връзки и почти никога не се поляризират от външни магнитни полета. В среда със силно магнитно поле от 10mT, индуцираният интензитет на магнитното поле върху повърхността на гранита е по-малък от 0,001mT, докато този върху повърхността на чугуна е по-висок от 8mT. Това естествено антимагнитно свойство може да създаде чиста среда за измерване за оборудване за тестване на интегрални схеми, предпазвайки го от външни електромагнитни смущения, като например двигатели в работилници и радиочестотни сигнали. Той е особено подходящ за тестови сценарии, които са изключително чувствителни към електромагнитен шум, като например квантови чипове и високопрецизни аналогово-цифрови преобразуватели/данни.
Трето, практическото приложение е постигнало забележителни резултати
Практиките на множество предприятия за полупроводници напълно демонстрираха стойността на гранитните основи. След като световноизвестен производител на оборудване за тестване на полупроводници внедри гранитна основа в своята висококачествена платформа за тестване на 5G чипове, той постигна изумителни резултати: точността на позициониране на сондата се увеличи от ±5μm на ±1μm, стандартното отклонение на тестовите данни намаля със 70%, а процентът на грешки при единичен тест спадна значително от 0,5% на 0,03%. В същото време ефектът на потискане на вибрациите е забележителен. Оборудването може да започне теста, без да чака вибрациите да отшумят, скъсявайки единичния тестов цикъл с 20% и увеличавайки годишния производствен капацитет с над 3 милиона пластини. Освен това, гранитната основа има живот над 10 години и не изисква честа поддръжка. В сравнение с металните основи, общата ѝ цена е намалена с повече от 50%.
Четвърто, адаптиране към индустриалните тенденции и ръководене на модернизацията на технологиите за тестване
С развитието на усъвършенствани технологии за опаковане (като Chiplet) и възхода на нововъзникващи области като квантовите изчислителни чипове, изискванията за производителност на устройствата при тестване на интегрални схеми ще продължат да се увеличават. Гранитните основи също непрекъснато се обновяват и усъвършенстват. Чрез обработка на повърхностни покрития за подобряване на износоустойчивостта или чрез комбиниране с пиезоелектрична керамика за постигане на активна компенсация на вибрациите и други технологични пробиви, те се движат към по-прецизна и интелигентна посока. В бъдеще гранитните основи ще продължат да защитават технологичните иновации на полупроводниковата индустрия и висококачественото развитие на „китайски чипове“ със своите изключителни характеристики.
Изборът на гранитна основа означава избор на по-точно, стабилно и ефикасно решение за тестване на интегрални схеми. Независимо дали става въпрос за текущо тестване на чипове с усъвършенстван процес или за бъдещо проучване на авангардни технологии, гранитната основа ще играе незаменима и важна роля.
Време на публикуване: 15 май 2025 г.