Сегодня, в условиях стремительного развития полупроводниковой промышленности, тестирование ИС, являясь важнейшим звеном обеспечения производительности микросхем, их точность и стабильность напрямую влияют на выход годных микросхем и конкурентоспособность отрасли. По мере перехода производства микросхем на 3 нм, 2 нм и более современные техпроцессы, требования к основным компонентам оборудования для тестирования ИС становятся всё более строгими. Гранитные основания, благодаря своим уникальным свойствам и эксплуатационным преимуществам, стали незаменимым «золотым партнёром» для оборудования для тестирования ИС. Какая техническая логика лежит в основе этого?
I. «Неспособность справиться» с традиционными базами
В процессе тестирования ИС оборудование должно точно определять электрические характеристики выводов микросхемы, целостность сигнала и т. д. в наномасштабе. Однако традиционные металлические основания (такие как чугун и сталь) на практике создают множество проблем.
С одной стороны, коэффициент теплового расширения металлических материалов относительно высок, обычно превышая 10×10⁻⁶/°C. Тепло, выделяющееся при работе оборудования для тестирования ИС, или даже незначительные изменения температуры окружающей среды могут вызвать значительное тепловое расширение и сжатие металлического основания. Например, чугунное основание длиной 1 м может расширяться и сжиматься на величину до 100 мкм при изменении температуры на 10°C. Такие изменения размеров могут привести к смещению щупа относительно выводов микросхемы, что приведет к плохому контакту и, как следствие, к искажению данных испытания.
С другой стороны, демпфирующие свойства металлического основания недостаточны, что затрудняет быстрое поглощение энергии вибрации, генерируемой при работе оборудования. При испытании высокочастотных сигналов непрерывные микроколебания создают значительный уровень шума, увеличивая погрешность испытания целостности сигнала более чем на 30%. Кроме того, металлические материалы обладают высокой магнитной восприимчивостью и склонны к наложению электромагнитных сигналов испытательного оборудования, что приводит к потерям на вихревые токи и гистерезисным эффектам, снижающим точность точных измерений.
II. «Жесткая прочность» гранитных оснований
Максимальная термостабильность, закладывающая основу для точных измерений
Гранит образован плотным соединением кристаллов минералов, таких как кварц и полевой шпат, посредством ионных и ковалентных связей. Его коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, всего 0,6-5×10⁻⁶/℃, что составляет примерно 1/2-1/20 от коэффициента теплового расширения металлических материалов. Даже при изменении температуры на 10℃, расширение и сжатие гранитного основания длиной 1 м составляет менее 50 нм, что практически соответствует «нулевой деформации». При этом теплопроводность гранита составляет всего 2-3 Вт/(м·К), что менее 1/20 от теплопроводности металлов. Он способен эффективно предотвращать теплопередачу оборудования, поддерживать постоянную температуру поверхности основания и обеспечивать постоянное взаимное расположение щупа и чипа.
2. Сверхсильное подавление вибрации создает стабильную среду для испытаний.
Уникальные кристаллические дефекты и структура скольжения по границам зерен внутри гранита обеспечивают ему высокую способность рассеивать энергию с коэффициентом затухания до 0,3–0,5, что более чем в шесть раз превышает этот показатель у металлического основания. Экспериментальные данные показывают, что при вибрационном возбуждении частотой 100 Гц время затухания вибрации гранитного основания составляет всего 0,1 секунды, а чугунного – 0,8 секунды. Это означает, что гранитное основание способно мгновенно подавлять вибрации, вызванные запуском и остановкой оборудования, внешними воздействиями и т. д., и контролировать амплитуду колебаний испытательной платформы в пределах ±1 мкм, обеспечивая стабильную установку нанозондов.
3. Естественные антимагнитные свойства, устраняющие электромагнитные помехи.
Гранит — диамагнитный материал с магнитной восприимчивостью приблизительно -10⁻⁵. Внутренние электроны образуют пары в химических связях и практически никогда не поляризуются внешними магнитными полями. В условиях сильного магнитного поля 10 мТл напряжённость индуцированного магнитного поля на поверхности гранита составляет менее 0,001 мТл, тогда как на поверхности чугуна она достигает более 8 мТл. Это природное антимагнитное свойство может создать чистую измерительную среду для оборудования для тестирования микросхем, защищая его от внешних электромагнитных помех, таких как двигатели в цехах и радиочастотные сигналы. Он особенно подходит для испытаний оборудования, чрезвычайно чувствительного к электромагнитным помехам, например, квантовых микросхем и высокоточных АЦП/ЦАП.
В-третьих, практическое применение дало замечательные результаты.
Опыт многочисленных предприятий полупроводниковой промышленности в полной мере продемонстрировал ценность гранитных оснований. После того, как всемирно известный производитель оборудования для тестирования полупроводников внедрил гранитное основание в свою высокопроизводительную испытательную платформу для микросхем 5G, он добился поразительных результатов: точность позиционирования зондовой карты увеличилась с ±5 мкм до ±1 мкм, стандартное отклонение данных испытаний снизилось на 70%, а уровень ошибок в оценке единичного теста значительно снизился с 0,5% до 0,03%. При этом эффект подавления вибрации впечатляет. Оборудование может начинать испытание, не дожидаясь затухания вибрации, что сокращает цикл единичного испытания на 20% и увеличивает годовую производственную мощность более чем на 3 миллиона пластин. Кроме того, гранитное основание имеет срок службы более 10 лет и не требует частого обслуживания. По сравнению с металлическими основаниями, его общая стоимость снижается более чем на 50%.
В-четвертых, адаптироваться к промышленным тенденциям и возглавить модернизацию технологий тестирования.
С развитием передовых технологий корпусирования (таких как чиплеты) и появлением новых областей, таких как квантовые вычислительные чипы, требования к производительности устройств при тестировании ИС будут продолжать расти. Гранитные основания также постоянно совершенствуются и модернизируются. Благодаря поверхностному покрытию для повышения износостойкости, сочетанию с пьезокерамикой для достижения активной компенсации вибраций и другим технологическим прорывам, они движутся в сторону более точного и интеллектуального подхода. В будущем гранитное основание продолжит обеспечивать технологические инновации полупроводниковой промышленности и высококачественную разработку «китайских чипов» благодаря своим выдающимся характеристикам.
Выбор гранитного основания означает выбор более точного, стабильного и эффективного решения для тестирования микросхем. Будь то современные передовые технологии тестирования микросхем или будущее освоение передовых технологий, гранитное основание сыграет незаменимую и важную роль.
Время публикации: 15 мая 2025 г.