Dnes, s rýchlym rozvojom polovodičového priemyslu, je testovanie integrovaných obvodov kľúčovým článkom na zabezpečenie výkonu čipov, jeho presnosť a stabilita priamo ovplyvňujú mieru výťažnosti čipov a konkurencieschopnosť odvetvia. S postupným posúvaním výrobného procesu smerom k 3nm, 2nm a ešte pokročilejším uzlom sa požiadavky na základné komponenty v testovacích zariadeniach pre integrované obvody stávajú čoraz prísnejšími. Žulové základne sa vďaka svojim jedinečným materiálovým vlastnostiam a výkonnostným výhodám stali nepostrádateľným „zlatým partnerom“ pre testovacie zariadenia pre integrované obvody. Aká technická logika sa za tým skrýva?
I. „Neschopnosť zvládnuť“ tradičné základy
Počas procesu testovania integrovaných obvodov musí zariadenie presne detegovať elektrický výkon pinov čipu, integritu signálu atď. v nanorozmeroch. Tradičné kovové základne (ako napríklad liatina a oceľ) však v praktických aplikáciách odhalili mnoho problémov.
Na jednej strane je koeficient tepelnej rozťažnosti kovových materiálov relatívne vysoký, zvyčajne nad 10×10⁻⁶/℃. Teplo generované počas prevádzky testovacieho zariadenia pre integrované obvody alebo aj malé zmeny okolitej teploty môžu spôsobiť značnú tepelnú rozťažnosť a sťahovanie kovovej základne. Napríklad 1 meter dlhá liatinová základňa sa môže rozťahovať a sťahovať až o 100 μm, keď sa teplota zmení o 10℃. Takéto rozmerové zmeny sú dostatočné na to, aby sa testovacia sonda nesprávne zarovnala s pinmi čipu, čo má za následok slabý kontakt a následne skreslenie testovacích údajov.
Na druhej strane, tlmiaci výkon kovovej základne je slabý, čo sťažuje rýchle odbúravanie vibračnej energie generovanej prevádzkou zariadenia. V prípade testovania vysokofrekvenčných signálov bude kontinuálna mikrooscilácia spôsobovať veľké množstvo šumu, čo zvyšuje chybu testovania integrity signálu o viac ako 30 %. Okrem toho majú kovové materiály vysokú magnetickú susceptibilitu a sú náchylné na väzbu s elektromagnetickými signálmi testovacieho zariadenia, čo vedie k stratám vírivými prúdmi a hysteréznym efektom, ktoré narúšajú presnosť presných meraní.
II. „Nepopierateľná pevnosť“ žulových základov
Maximálna tepelná stabilita, ktorá kladie základy pre presné meranie
Žula vzniká tesným spojením minerálnych kryštálov, ako je kremeň a živec, prostredníctvom iónových a kovalentných väzieb. Jej koeficient tepelnej rozťažnosti je extrémne nízky, iba 0,6 – 5 × 10⁻⁶/℃, čo je približne 1/2 – 1/20 koeficientu tepelnej rozťažnosti kovových materiálov. Aj keď sa teplota zmení o 10℃, rozťažnosť a sťahovanie 1-metrového žulového podstavca je menšie ako 50 nm, čím sa dosahuje takmer „nulová deformácia“. Tepelná vodivosť žuly je pritom iba 2 – 3 W/(m · K), čo je menej ako 1/20 koeficientu tepelnej vodivosti kovov. Dokáže účinne zabrániť tepelnej vodivosti zariadenia, udržiavať rovnomernú povrchovú teplotu podstavca a zabezpečiť, aby testovacia sonda a čip vždy udržiavali konštantnú relatívnu polohu.
2. Super silné potlačenie vibrácií vytvára stabilné testovacie prostredie
Unikátne kryštálové defekty a klzná štruktúra hraníc zŕn vo vnútri žuly jej dávajú silnú kapacitu rozptylu energie s tlmiacim pomerom až 0,3 – 0,5, čo je viac ako šesťkrát viac ako u kovovej základne. Experimentálne údaje ukazujú, že pri vibračnom budení 100 Hz je čas útlmu vibrácií žulovej základne iba 0,1 sekundy, zatiaľ čo u liatinovej základne je to 0,8 sekundy. To znamená, že žulová základňa dokáže okamžite potlačiť vibrácie spôsobené spustením a vypnutím zariadenia, vonkajšími nárazmi atď. a regulovať amplitúdu vibrácií testovacej plošiny v rozmedzí ±1 μm, čo poskytuje stabilnú záruku pre umiestnenie nanoškálových sond.
3. Prirodzené antimagnetické vlastnosti, eliminujúce elektromagnetické rušenie
Žula je diamagnetický materiál s magnetickou susceptibilitou približne -10 ⁻⁵. Vnútorné elektróny existujú v pároch v chemických väzbách a takmer nikdy nie sú polarizované vonkajšími magnetickými poľami. V silnom prostredí magnetického poľa 10 mT je intenzita indukovaného magnetického poľa na povrchu žuly menšia ako 0,001 mT, zatiaľ čo na povrchu liatiny je až viac ako 8 mT. Táto prirodzená antimagnetická vlastnosť môže vytvoriť čisté meracie prostredie pre testovacie zariadenia integrovaných obvodov a chrániť ich pred vonkajším elektromagnetickým rušením, ako sú dielenské motory a RF signály. Je obzvlášť vhodná pre testovacie scenáre, ktoré sú extrémne citlivé na elektromagnetický šum, ako sú kvantové čipy a vysoko presné ADC/DAC.
Po tretie, praktická aplikácia dosiahla pozoruhodné výsledky
Prax mnohých polovodičových podnikov plne preukázala hodnotu žulových podstavcov. Po tom, čo svetoznámy výrobca zariadení na testovanie polovodičov použil žulový podstavec vo svojej špičkovej platforme na testovanie 5G čipov, dosiahol ohromujúce výsledky: presnosť polohovania sondy sa zvýšila z ±5 μm na ±1 μm, štandardná odchýlka testovacích údajov sa znížila o 70 % a miera chybného odhadu jedného testu sa výrazne znížila z 0,5 % na 0,03 %. Zároveň je pozoruhodný účinok potlačenia vibrácií. Zariadenie dokáže spustiť test bez čakania na ústup vibrácií, čím sa skráti jeden testovací cyklus o 20 % a ročná výrobná kapacita sa zvýši o viac ako 3 milióny doštičiek. Okrem toho má žulový podstavec životnosť viac ako 10 rokov a nevyžaduje si častú údržbu. V porovnaní s kovovými podstavcami sú jeho celkové náklady znížené o viac ako 50 %.
Po štvrté, prispôsobiť sa priemyselným trendom a viesť modernizáciu testovacej technológie
S rozvojom pokročilých technológií balenia (ako napríklad Chiplet) a nástupom nových oblastí, ako sú kvantové výpočtové čipy, budú požiadavky na výkon zariadení pri testovaní integrovaných obvodov naďalej rásť. Žulové základne sa tiež neustále inovujú a modernizujú. Prostredníctvom povrchovej úpravy na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu alebo kombináciou s piezoelektrickou keramikou na dosiahnutie aktívnej kompenzácie vibrácií a ďalších technologických prelomov sa posúvajú k presnejšiemu a inteligentnejšiemu smeru. V budúcnosti bude žulová základňa naďalej chrániť technologické inovácie polovodičového priemyslu a vysoko kvalitný vývoj „čínskych čipov“ so svojím vynikajúcim výkonom.
Výber žulového podstavca znamená výber presnejšieho, stabilnejšieho a efektívnejšieho riešenia pre testovanie integrovaných obvodov. Či už ide o súčasné pokročilé procesné testovanie čipov alebo budúce skúmanie najmodernejších technológií, žulový podstavec bude hrať nenahraditeľnú a významnú úlohu.
Čas uverejnenia: 15. mája 2025