Сегодня, в условиях стремительного развития полупроводниковой промышленности, тестирование интегральных схем (ИС), как важнейшее звено, обеспечивающее производительность микросхем, напрямую влияет на выход годных изделий и конкурентоспособность отрасли. Поскольку технологический процесс производства микросхем продолжает развиваться в направлении 3 нм, 2 нм и даже более совершенных техпроцессов, требования к основным компонентам в оборудовании для тестирования ИС становятся все более строгими. Гранитные основания, благодаря своим уникальным материальным свойствам и преимуществам в производительности, стали незаменимым «золотым партнером» для оборудования тестирования ИС. Какая техническая логика лежит в основе этого?
I. «Неспособность справиться» традиционных военных баз
В процессе тестирования интегральных схем оборудование должно точно определять электрические характеристики выводов микросхемы, целостность сигнала и т.д. на наноразмерном уровне. Однако традиционные металлические основы (такие как чугун и сталь) создают множество проблем в практическом применении.
С одной стороны, коэффициент теплового расширения металлических материалов относительно высок, обычно превышает 10×10⁻⁶/℃. Тепло, выделяемое во время работы оборудования для тестирования интегральных схем, или даже незначительные изменения температуры окружающей среды могут вызывать значительное тепловое расширение и сжатие металлического основания. Например, чугунное основание длиной 1 метр может расширяться и сжиматься до 100 мкм при изменении температуры на 10℃. Такие изменения размеров достаточны для смещения измерительного щупа относительно контактов микросхемы, что приводит к плохому контакту и, следовательно, к искажению данных тестирования.
С другой стороны, демпфирующие свойства металлического основания неудовлетворительны, что затрудняет быстрое поглощение энергии вибрации, генерируемой при работе оборудования. В сценарии тестирования высокочастотных сигналов непрерывные микроколебания вносят значительный шум, увеличивая погрешность проверки целостности сигнала более чем на 30%. Кроме того, металлические материалы обладают высокой магнитной восприимчивостью и склонны к взаимодействию с электромагнитными сигналами испытательного оборудования, что приводит к вихретоковым потерям и эффектам гистерезиса, которые влияют на точность измерений.
II. «Непревзойденная прочность» гранитных оснований.
Исключительная термическая стабильность, закладывающая основу для точных измерений.
Гранит образуется в результате плотного соединения минеральных кристаллов, таких как кварц и полевой шпат, посредством ионных и ковалентных связей. Его коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, всего 0,6-5×10⁻⁶/℃, что примерно в 2-20 раз меньше, чем у металлических материалов. Даже при изменении температуры на 10℃ расширение и сжатие гранитного основания длиной 1 метр составляет менее 50 нм, что практически обеспечивает «нулевую деформацию». При этом теплопроводность гранита составляет всего 2-3 Вт/(м·К), что менее чем в 20 раз меньше, чем у металлов. Это позволяет эффективно предотвращать теплопроводность оборудования, поддерживать равномерную температуру поверхности основания и обеспечивать постоянное относительное положение измерительного зонда и образца.
2. Сверхсильное подавление вибраций создает стабильную среду для тестирования.
Уникальные кристаллические дефекты и структура скольжения границ зерен внутри гранита наделяют его высокой способностью к рассеиванию энергии, с коэффициентом демпфирования до 0,3-0,5, что более чем в шесть раз превышает аналогичный показатель для металлического основания. Экспериментальные данные показывают, что при вибрационном возбуждении частотой 100 Гц время затухания вибрации гранитного основания составляет всего 0,1 секунды, тогда как у чугунного основания — 0,8 секунды. Это означает, что гранитное основание может мгновенно подавлять вибрации, вызванные запуском и остановкой оборудования, внешними ударами и т. д., и контролировать амплитуду вибрации испытательной платформы в пределах ±1 мкм, обеспечивая стабильную фиксацию наноразмерных зондов.
3. Естественные антимагнитные свойства, исключающие электромагнитные помехи.
Гранит — диамагнитный материал с магнитной восприимчивостью приблизительно -10⁻⁵. Внутренние электроны существуют парами в химических связях и практически никогда не поляризуются внешними магнитными полями. В сильном магнитном поле напряженностью 10 мТл интенсивность индуцированного магнитного поля на поверхности гранита составляет менее 0,001 мТл, тогда как на поверхности чугуна она достигает более 8 мТл. Это естественное антимагнитное свойство позволяет создать чистую измерительную среду для оборудования для тестирования интегральных схем, защищая его от внешних электромагнитных помех, таких как двигатели в цехах и радиочастотные сигналы. Это особенно подходит для сценариев тестирования, чрезвычайно чувствительных к электромагнитным помехам, таких как квантовые чипы и высокоточные АЦП/ЦАП.
Во-третьих, практическое применение позволило достичь замечательных результатов.
Практика многочисленных предприятий полупроводниковой отрасли в полной мере продемонстрировала ценность гранитных оснований. После того, как всемирно известный производитель оборудования для тестирования полупроводников внедрил гранитное основание в свою высокотехнологичную платформу тестирования 5G-чипов, были достигнуты поразительные результаты: точность позиционирования зондовой платы увеличилась с ±5 мкм до ±1 мкм, стандартное отклонение тестовых данных снизилось на 70%, а частота ошибок в ходе одного теста значительно упала с 0,5% до 0,03%. При этом эффект подавления вибрации оказался замечательным. Оборудование может начинать тестирование, не дожидаясь затухания вибрации, что сокращает цикл тестирования 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 технического обслуживания. По сравнению с металлическими основаниями, его общая стоимость снижается более чем на 50%.
В-четвертых, адаптироваться к отраслевым тенденциям и возглавить модернизацию технологий тестирования.
С развитием передовых технологий упаковки (таких как Chiplet) и появлением таких перспективных областей, как чипы для квантовых вычислений, требования к производительности устройств при тестировании интегральных схем будут продолжать расти. Гранитные основы также постоянно совершенствуются и модернизируются. Благодаря обработке поверхности для повышения износостойкости или сочетанию с пьезоэлектрической керамикой для активной компенсации вибраций и другим технологическим прорывам, они движутся в более точном и интеллектуальном направлении. В будущем гранитные основы будут и дальше обеспечивать технологические инновации в полупроводниковой промышленности и высококачественное развитие «китайских чипов» благодаря своим выдающимся характеристикам.
Выбор гранитной подложки означает выбор более точного, стабильного и эффективного решения для тестирования интегральных схем. Будь то тестирование микросхем по современным передовым технологиям или освоение новейших разработок, гранитная подложка будет играть незаменимую и важную роль.
Дата публикации: 15 мая 2025 г.