Mūsdienās, strauji attīstoties pusvadītāju rūpniecībai, IC testēšana kā izšķiroša saikne mikroshēmu veiktspējas nodrošināšanā, tās precizitāte un stabilitāte tieši ietekmē mikroshēmu ražas rādītāju un nozares konkurētspēju. Tā kā mikroshēmu ražošanas process turpina attīstīties 3 nm, 2 nm un vēl sarežģītāku mezglu virzienā, prasības IC testēšanas iekārtu galvenajiem komponentiem kļūst arvien stingrākas. Granīta pamatnes ar to unikālajām materiāla īpašībām un veiktspējas priekšrocībām ir kļuvušas par neaizstājamu IC testēšanas iekārtu "zelta partneri". Kāda tehniskā loģika slēpjas aiz tā visa?
I. Tradicionālo bāzu "nespēja tikt galā"
IC testēšanas procesā iekārtai ir precīzi jānosaka mikroshēmas kontaktu elektriskā veiktspēja, signāla integritāte utt. nanoskalā. Tomēr tradicionālās metāla bāzes (piemēram, čuguns un tērauds) praktiskajā pielietojumā ir radījušas daudzas problēmas.
No vienas puses, metālisku materiālu termiskās izplešanās koeficients ir relatīvi augsts, parasti virs 10 × 10⁻⁶/℃. IC testēšanas iekārtu darbības laikā radītais siltums vai pat nelielas apkārtējās vides temperatūras izmaiņas var izraisīt ievērojamu metāla pamatnes termisko izplešanos un saraušanos. Piemēram, 1 metru gara čuguna pamatne var izplesties un sarauties līdz pat 100 μm, kad temperatūra mainās par 10℃. Šādas izmēru izmaiņas ir pietiekamas, lai testa zonde nepareizi novietotos ar mikroshēmas tapām, kā rezultātā rodas slikts kontakts un pēc tam testa dati tiek kropļoti.
No otras puses, metāla pamatnes slāpēšanas veiktspēja ir slikta, kas apgrūtina iekārtas darbības radītās vibrācijas enerģijas ātru patērēšanu. Augstas frekvences signāla testēšanas scenārijā nepārtrauktas mikrosvārstības radīs lielu trokšņa daudzumu, palielinot signāla integritātes testēšanas kļūdu par vairāk nekā 30%. Turklāt metāla materiāliem ir augsta magnētiskā jutība un tie ir pakļauti mijiedarbībai ar testēšanas iekārtas elektromagnētiskajiem signāliem, kā rezultātā rodas virpuļstrāvu zudumi un histerēzes efekti, kas traucē precīzu mērījumu precizitāti.
II. Granīta pamatņu "cietā izturība"
Maksimāla termiskā stabilitāte, kas liek pamatu precīziem mērījumiem
Granīts veidojas, cieši savienojoties minerālu kristāliem, piemēram, kvarcam un laukšpatam, izmantojot jonu un kovalentās saites. Tā termiskās izplešanās koeficients ir ārkārtīgi zems, tikai 0,6–5 × 10⁻⁶/℃, kas ir aptuveni 1/2–1/20 no metālu materiālu termiskās izplešanās koeficienta. Pat ja temperatūra mainās par 10℃, 1 metru garā granīta pamatnes izplešanās un saraušanās ir mazāka par 50 nm, gandrīz sasniedzot "nulles deformāciju". Tikmēr granīta siltumvadītspēja ir tikai 2–3 W/(m·K), kas ir mazāka par 1/20 no metālu siltumvadītspējas. Tas var efektīvi novērst iekārtas siltumvadītspēju, uzturēt pamatnes virsmas temperatūru vienmērīgu un nodrošināt, ka testa zonde un mikroshēma vienmēr saglabā nemainīgu relatīvo pozīciju.
2. Īpaši spēcīga vibrācijas slāpēšana rada stabilu testēšanas vidi
Unikālie kristāla defekti un graudu robežas slīdošā struktūra granīta iekšpusē piešķir tam spēcīgu enerģijas izkliedes spēju ar slāpēšanas koeficientu līdz 0,3–0,5, kas ir vairāk nekā sešas reizes lielāks nekā metāla pamatnei. Eksperimentālie dati liecina, ka 100 Hz vibrācijas ierosmes gadījumā granīta pamatnes vibrācijas vājināšanās laiks ir tikai 0,1 sekunde, savukārt čuguna pamatnei tas ir 0,8 sekundes. Tas nozīmē, ka granīta pamatne var nekavējoties apslāpēt iekārtu ieslēgšanas un izslēgšanas, ārējo triecienu u. c. radītās vibrācijas un kontrolēt testa platformas vibrācijas amplitūdu ±1 μm robežās, nodrošinot stabilu nanoskalas zondu pozicionēšanas garantiju.
3. Dabiskas antimagnētiskas īpašības, kas novērš elektromagnētiskos traucējumus
Granīts ir diamagnētisks materiāls ar magnētisko jutību aptuveni -10⁻⁵. Iekšējie elektroni atrodas pa pāriem ķīmiskajās saitēs un gandrīz nekad netiek polarizēti ar ārējiem magnētiskajiem laukiem. Spēcīgā 10 mT magnētiskā lauka vidē inducētā magnētiskā lauka intensitāte uz granīta virsmas ir mazāka par 0,001 mT, savukārt uz čuguna virsmas tā ir pat vairāk nekā 8 mT. Šī dabiskā antimagnētiskā īpašība var radīt tīru mērīšanas vidi IC testēšanas iekārtām, aizsargājot tās no ārējiem elektromagnētiskiem traucējumiem, piemēram, darbnīcas motoriem un RF signāliem. Tas ir īpaši piemērots testēšanas scenārijiem, kas ir ārkārtīgi jutīgi pret elektromagnētisko troksni, piemēram, kvantu mikroshēmām un augstas precizitātes ADC/DAC.
Treškārt, praktiskā pielietošana ir devusi ievērojamus rezultātus
Daudzu pusvadītāju uzņēmumu prakse ir pilnībā pierādījusi granīta pamatņu vērtību. Pēc tam, kad pasaulē atzīts pusvadītāju testēšanas iekārtu ražotājs savā augstas klases 5G mikroshēmu testēšanas platformā ieviesa granīta pamatni, tas sasniedza pārsteidzošus rezultātus: zondes kartes pozicionēšanas precizitāte palielinājās no ±5 μm līdz ±1 μm, testa datu standartnovirze samazinājās par 70%, un viena testa nepareizas novērtēšanas līmenis ievērojami samazinājās no 0,5% līdz 0,03%. Tikmēr vibrācijas slāpēšanas efekts ir ievērojams. Iekārta var sākt testu, negaidot vibrācijas mazināšanos, saīsinot viena testa ciklu par 20% un palielinot gada ražošanas jaudu par vairāk nekā 3 miljoniem vafeļu. Turklāt granīta pamatnes kalpošanas laiks pārsniedz 10 gadus, un tai nav nepieciešama bieža apkope. Salīdzinot ar metāla pamatnēm, tās kopējās izmaksas ir samazinātas par vairāk nekā 50%.
Ceturtkārt, pielāgoties rūpniecības tendencēm un vadīt testēšanas tehnoloģiju modernizāciju
Attīstoties progresīvām iepakošanas tehnoloģijām (piemēram, Chiplet) un jaunām jomām, piemēram, kvantu skaitļošanas mikroshēmām, ierīču veiktspējas prasības IC testēšanā turpinās pieaugt. Arī granīta pamatnes tiek pastāvīgi ieviestas inovācijās un modernizētas. Izmantojot virsmas pārklājuma apstrādi, lai uzlabotu nodilumizturību, vai apvienojot to ar pjezoelektrisko keramiku, lai panāktu aktīvu vibrācijas kompensāciju un citus tehnoloģiskus sasniegumus, tās virzās precīzākā un inteliģentākā virzienā. Nākotnē granīta pamatne turpinās aizsargāt pusvadītāju nozares tehnoloģiskās inovācijas un "ķīniešu mikroshēmu" augstas kvalitātes attīstību ar izcilu veiktspēju.
Granīta pamatnes izvēle nozīmē precīzāka, stabilāka un efektīvāka integrālo shēmu testēšanas risinājuma izvēli. Neatkarīgi no tā, vai tā ir pašreizējā progresīvā procesu mikroshēmu testēšana vai nākotnes progresīvo tehnoloģiju izpēte, granīta pamatnei būs neaizstājama un nozīmīga loma.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 15. maijs