Σήμερα, με την ραγδαία ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών, οι δοκιμές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC), ως κρίσιμος κρίκος για τη διασφάλιση της απόδοσης των τσιπ, η ακρίβεια και η σταθερότητά τους επηρεάζουν άμεσα τον ρυθμό απόδοσης των τσιπ και την ανταγωνιστικότητα του κλάδου. Καθώς η διαδικασία κατασκευής τσιπ συνεχίζει να προχωρά προς τα 3nm, 2nm και ακόμη πιο προηγμένους κόμβους, οι απαιτήσεις για τα βασικά εξαρτήματα στον εξοπλισμό δοκιμών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων γίνονται ολοένα και πιο αυστηρές. Οι βάσεις γρανίτη, με τις μοναδικές ιδιότητες των υλικών τους και τα πλεονεκτήματα απόδοσης, έχουν γίνει ένας απαραίτητος "χρυσός συνεργάτης" για τον εξοπλισμό δοκιμών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Ποια τεχνική λογική κρύβεται πίσω από αυτό;
I. Η «Αδυναμία Αντιμετώπισης» των Παραδοσιακών Βάσεων
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δοκιμής ολοκληρωμένου κυκλώματος, ο εξοπλισμός πρέπει να ανιχνεύει με ακρίβεια την ηλεκτρική απόδοση των ακίδων του τσιπ, την ακεραιότητα του σήματος κ.λπ. σε νανοκλίμακα. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μεταλλικές βάσεις (όπως ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας) έχουν αποκαλύψει πολλά προβλήματα σε πρακτικές εφαρμογές.
Αφενός, ο συντελεστής θερμικής διαστολής των μεταλλικών υλικών είναι σχετικά υψηλός, συνήθως πάνω από 10×10⁻⁶/℃. Η θερμότητα που παράγεται κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού δοκιμών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ή ακόμη και μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορούν να προκαλέσουν σημαντική θερμική διαστολή και συστολή της μεταλλικής βάσης. Για παράδειγμα, μια βάση από χυτοσίδηρο μήκους 1 μέτρου μπορεί να διασταλεί και να συσταλεί έως και 100μm όταν η θερμοκρασία αλλάξει κατά 10℃. Τέτοιες αλλαγές διαστάσεων είναι αρκετές για να μην ευθυγραμμιστεί σωστά ο αισθητήρας δοκιμής με τις ακίδες του τσιπ, με αποτέλεσμα κακή επαφή και στη συνέχεια παραμόρφωση των δεδομένων δοκιμής.
Από την άλλη πλευρά, η απόδοση απόσβεσης της μεταλλικής βάσης είναι κακή, γεγονός που καθιστά δύσκολη την γρήγορη κατανάλωση της ενέργειας των κραδασμών που παράγεται από τη λειτουργία του εξοπλισμού. Στο σενάριο δοκιμών σημάτων υψηλής συχνότητας, η συνεχής μικροταλάντωση θα εισαγάγει μεγάλη ποσότητα θορύβου, αυξάνοντας το σφάλμα της δοκιμής ακεραιότητας του σήματος κατά περισσότερο από 30%. Επιπλέον, τα μεταλλικά υλικά έχουν υψηλή μαγνητική ευαισθησία και είναι επιρρεπή στη σύζευξη με τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα του εξοπλισμού δοκιμών, με αποτέλεσμα απώλειες δινορρευμάτων και φαινόμενα υστέρησης, τα οποία επηρεάζουν την ακρίβεια των ακριβών μετρήσεων.
Ii. Η «Σκληρή Αντοχή» των Βάσεων Γρανίτη
Απόλυτη θερμική σταθερότητα, θέτοντας τα θεμέλια για ακριβείς μετρήσεις
Ο γρανίτης σχηματίζεται από τον σφιχτό συνδυασμό ορυκτών κρυστάλλων όπως ο χαλαζίας και ο άστριος μέσω ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι εξαιρετικά χαμηλός, μόνο 0,6-5×10⁻⁶/℃, που είναι περίπου 1/2-1/20 αυτού των μεταλλικών υλικών. Ακόμα και αν η θερμοκρασία αλλάξει κατά 10℃, η διαστολή και η συστολή της βάσης γρανίτη μήκους 1 μέτρου είναι μικρότερη από 50nm, επιτυγχάνοντας σχεδόν "μηδενική παραμόρφωση". Εν τω μεταξύ, η θερμική αγωγιμότητα του γρανίτη είναι μόνο 2-3 W/(m · K), που είναι μικρότερη από 1/20 αυτής των μετάλλων. Μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την αγωγιμότητα θερμότητας του εξοπλισμού, να διατηρήσει ομοιόμορφη τη θερμοκρασία της επιφάνειας της βάσης και να διασφαλίσει ότι ο αισθητήρας δοκιμής και το τσιπ διατηρούν πάντα μια σταθερή σχετική θέση.
2. Η εξαιρετικά ισχυρή καταστολή κραδασμών δημιουργεί ένα σταθερό περιβάλλον δοκιμών
Τα μοναδικά ελαττώματα κρυστάλλων και η δομή ολίσθησης των ορίων των κόκκων στο εσωτερικό του γρανίτη του προσδίδουν ισχυρή ικανότητα απαγωγής ενέργειας, με λόγο απόσβεσης έως 0,3-0,5, που είναι περισσότερο από έξι φορές μεγαλύτερος από αυτόν της μεταλλικής βάσης. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι υπό διέγερση κραδασμών 100Hz, ο χρόνος εξασθένησης κραδασμών της βάσης γρανίτη είναι μόνο 0,1 δευτερόλεπτα, ενώ της βάσης από χυτοσίδηρο είναι 0,8 δευτερόλεπτα. Αυτό σημαίνει ότι η βάση γρανίτη μπορεί να καταστείλει άμεσα τους κραδασμούς που προκαλούνται από την εκκίνηση και το κλείσιμο του εξοπλισμού, εξωτερικές κρούσεις κ.λπ., και να ελέγχει το πλάτος κραδασμών της πλατφόρμας δοκιμών εντός ±1μm, παρέχοντας μια σταθερή εγγύηση για την τοποθέτηση νανοκλίμακας ανιχνευτών.
3. Φυσικές αντιμαγνητικές ιδιότητες, που εξαλείφουν τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
Ο γρανίτης είναι ένα διαμαγνητικό υλικό με μαγνητική επιδεκτικότητα περίπου -10 ⁻⁵. Τα εσωτερικά ηλεκτρόνια υπάρχουν σε ζεύγη εντός χημικών δεσμών και σχεδόν ποτέ δεν πολώνονται από εξωτερικά μαγνητικά πεδία. Σε ένα περιβάλλον ισχυρού μαγνητικού πεδίου 10mT, η ένταση του επαγόμενου μαγνητικού πεδίου στην επιφάνεια του γρανίτη είναι μικρότερη από 0,001mT, ενώ αυτή στην επιφάνεια του χυτοσιδήρου είναι τόσο υψηλή που φτάνει τα 8mT. Αυτή η φυσική αντιμαγνητική ιδιότητα μπορεί να δημιουργήσει ένα καθαρό περιβάλλον μέτρησης για τον εξοπλισμό δοκιμών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, προστατεύοντάς τον από εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, όπως κινητήρες συνεργείου και σήματα RF. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για δοκιμές σεναρίων που είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο, όπως κβαντικά τσιπ και ADC/DAC υψηλής ακρίβειας.
Τρίτον, η πρακτική εφαρμογή έχει επιτύχει αξιοσημείωτα αποτελέσματα.
Οι πρακτικές πολυάριθμων επιχειρήσεων ημιαγωγών έχουν καταδείξει πλήρως την αξία των βάσεων από γρανίτη. Αφού ένας παγκοσμίως αναγνωρισμένος κατασκευαστής εξοπλισμού δοκιμών ημιαγωγών υιοθέτησε μια βάση από γρανίτη στην πλατφόρμα δοκιμών τσιπ 5G υψηλής τεχνολογίας, πέτυχε εκπληκτικά αποτελέσματα: η ακρίβεια τοποθέτησης της κάρτας αισθητήρα αυξήθηκε από ±5μm σε ±1μm, η τυπική απόκλιση των δεδομένων δοκιμών μειώθηκε κατά 70% και το ποσοστό λανθασμένης εκτίμησης μιας μόνο δοκιμής μειώθηκε σημαντικά από 0,5% σε 0,03%. Εν τω μεταξύ, το αποτέλεσμα καταστολής των κραδασμών είναι αξιοσημείωτο. Ο εξοπλισμός μπορεί να ξεκινήσει τη δοκιμή χωρίς να περιμένει να μειωθεί η δόνηση, μειώνοντας τον κύκλο μιας μόνο δοκιμής κατά 20% και αυξάνοντας την ετήσια παραγωγική ικανότητα κατά πάνω από 3 εκατομμύρια πλακίδια. Επιπλέον, η βάση από γρανίτη έχει διάρκεια ζωής άνω των 10 ετών και δεν απαιτεί συχνή συντήρηση. Σε σύγκριση με τις μεταλλικές βάσεις, το συνολικό κόστος της μειώνεται κατά περισσότερο από 50%.
Τέταρτον, προσαρμοστείτε στις βιομηχανικές τάσεις και ηγηθείτε της αναβάθμισης της τεχνολογίας δοκιμών
Με την ανάπτυξη προηγμένων τεχνολογιών συσκευασίας (όπως το Chiplet) και την άνοδο αναδυόμενων τομέων όπως τα τσιπ κβαντικής υπολογιστικής, οι απαιτήσεις για την απόδοση των συσκευών στις δοκιμές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων θα συνεχίσουν να αυξάνονται. Οι βάσεις γρανίτη καινοτομούν και αναβαθμίζονται συνεχώς. Μέσω της επεξεργασίας επιφανειακής επίστρωσης για την ενίσχυση της αντοχής στη φθορά ή μέσω του συνδυασμού με πιεζοηλεκτρικά κεραμικά για την επίτευξη ενεργητικής αντιστάθμισης κραδασμών και άλλων τεχνολογικών καινοτομιών, κινούνται προς μια πιο ακριβή και έξυπνη κατεύθυνση. Στο μέλλον, η βάση γρανίτη θα συνεχίσει να προστατεύει την τεχνολογική καινοτομία της βιομηχανίας ημιαγωγών και την υψηλής ποιότητας ανάπτυξη των "κινεζικών τσιπ" με την εξαιρετική της απόδοση.
Η επιλογή μιας βάσης από γρανίτη σημαίνει την επιλογή μιας πιο ακριβούς, σταθερής και αποτελεσματικής λύσης δοκιμών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Είτε πρόκειται για την τρέχουσα προηγμένη δοκιμή τσιπ διεργασίας είτε για τη μελλοντική εξερεύνηση τεχνολογιών αιχμής, η βάση από γρανίτη θα παίξει έναν αναντικατάστατο και σημαντικό ρόλο.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Μαΐου 2025