V oblasti výroby polovodičov presnosť zariadení na kontrolu doštičiek priamo určuje kvalitu a výťažnosť čipov. Ako základ pre komponenty na detekciu jadra zohráva rozmerová stabilita základného materiálu zariadenia kľúčovú úlohu v dlhodobom prevádzkovom výkone zariadenia. Žula a liatina sú dva bežne používané základné materiály pre zariadenia na kontrolu doštičiek. Desaťročná porovnávacia štúdia odhalila významné rozdiely medzi nimi, pokiaľ ide o rozmerovú stabilitu, čo poskytuje dôležité referencie pre výber zariadenia.
Experimentálne pozadie a dizajn
Výrobný proces polovodičových doštičiek má extrémne vysoké požiadavky na presnosť detekcie. Aj rozmerová odchýlka na úrovni mikrometra môže viesť k zníženiu výkonu čipu alebo dokonca k zošrotovaniu. Na preskúmanie rozmerovej stability žuly a liatiny počas dlhodobého používania výskumný tím navrhol experimenty, ktoré simulovali skutočné pracovné prostredie. Vzorky žuly a liatiny s rovnakou špecifikáciou boli vybrané a umiestnené do environmentálnej komory, kde teplota kolísala od 15 ℃ do 35 ℃ a vlhkosť od 30 % do 70 % relatívnej vlhkosti. Mechanické vibrácie počas prevádzky zariadenia boli simulované pomocou vibračného stola. Kľúčové rozmery vzoriek boli merané každý štvrťrok pomocou vysoko presného laserového interferometra a údaje boli nepretržite zaznamenávané počas 10 rokov.
Experimentálny výsledok: Absolútna výhoda žuly
Desať rokov experimentálnych údajov ukazuje, že žulový substrát vykazuje úžasnú stabilitu. Jeho koeficient tepelnej rozťažnosti je extrémne nízky, v priemere iba 4,6 × 10⁻⁶/℃. Pri drastických teplotných zmenách je rozmerová odchýlka vždy kontrolovaná v rozmedzí ±0,001 mm. Pri zmenách vlhkosti je hustá štruktúra žuly takmer neovplyvnená a nedochádza k žiadnym merateľným rozmerovým zmenám. V prostredí mechanických vibrácií vynikajúce tlmiace vlastnosti žuly účinne absorbujú energiu vibrácií a rozmerové kolísanie je extrémne malé.
Naproti tomu pri liatinovom substráte dosahuje jeho priemerný koeficient tepelnej rozťažnosti 11×10⁻⁶/℃ – 13×10⁻⁶/℃ a maximálna rozmerová odchýlka spôsobená zmenami teploty v priebehu 10 rokov je ±0,05 mm. Vo vlhkom prostredí je liatina náchylná na hrdzavenie a koróziu. Niektoré vzorky vykazujú lokálne deformácie a rozmerová odchýlka sa ďalej zvyšuje. Pri pôsobení mechanických vibrácií má liatina slabé tlmenie vibrácií a jej veľkosť často kolíše, čo sťažuje splnenie požiadaviek na vysokú presnosť pri kontrole doštičiek.
Hlavný dôvod rozdielu v stabilite
Žula vznikala stovky miliónov rokov geologickými procesmi. Jej vnútorná štruktúra je hustá a rovnomerná a minerálne kryštály sú stabilne usporiadané, čo prirodzene eliminuje vnútorné napätie. Vďaka tomu je mimoriadne necitlivá na zmeny vonkajších faktorov, ako je teplota, vlhkosť a vibrácie. Liatina sa vyrába procesom odlievania a má vo vnútri mikroskopické defekty, ako sú póry a pieskové diery. Zvyškové napätie vznikajúce počas procesu odlievania má zároveň tendenciu spôsobovať rozmerové zmeny pod vplyvom vonkajšieho prostredia. Kovové vlastnosti liatiny ju robia náchylnou na hrdzavenie v dôsledku vlhkosti, čo urýchľuje poškodenie konštrukcie a znižuje rozmerovú stabilitu.
Vplyv na zariadenia na kontrolu doštičiek
Zariadenia na kontrolu doštičiek na báze žulového substrátu so stabilným rozmerovým výkonom zabezpečujú, že kontrolný systém si dlhodobo udrží vysokú presnosť, znížia počet chybných odhadov a premeškaných detekcií spôsobených driftom presnosti zariadenia a výrazne zlepšia výťažnosť produktu. Nízke nároky na údržbu zároveň znižujú náklady na celý životný cyklus zariadenia. Zariadenia používajúce liatinové substráty si kvôli nízkej rozmerovej stabilite vyžadujú častú kalibráciu a údržbu. To nielen zvyšuje prevádzkové náklady, ale môže tiež ovplyvniť kvalitu výroby polovodičov v dôsledku nedostatočnej presnosti, čo môže spôsobiť potenciálne ekonomické straty.
Vzhľadom na trend snahy polovodičového priemyslu o vyššiu presnosť a lepšiu kvalitu je výber žuly ako základného materiálu pre zariadenia na kontrolu doštičiek nepochybne múdrym krokom na zabezpečenie výkonu zariadení a zvýšenie konkurencieschopnosti podnikov.
Čas uverejnenia: 14. mája 2025