Dnes, s rychlým rozvojem polovodičového průmyslu, je testování integrovaných obvodů klíčovým článkem pro zajištění výkonu čipů. Jeho přesnost a stabilita přímo ovlivňují výtěžnost čipů a konkurenceschopnost celého odvětví. Vzhledem k tomu, že výrobní proces čipů se neustále posouvá směrem k 3nm, 2nm a ještě pokročilejším uzlům, jsou požadavky na základní komponenty v testovacích zařízeních integrovaných obvodů stále přísnější. Žulové základny se svými jedinečnými materiálovými vlastnostmi a výkonnostními výhodami staly nepostradatelným „zlatým partnerem“ pro testovací zařízení integrovaných obvodů. Jaká technická logika se za tím skrývá?
I. „Neschopnost zvládnout“ tradiční základy
Během procesu testování integrovaných obvodů musí zařízení přesně detekovat elektrický výkon pinů čipu, integritu signálu atd. v nanoměřítku. Tradiční kovové základny (jako je litina a ocel) však v praktických aplikacích odhalily mnoho problémů.
Na jedné straně je koeficient tepelné roztažnosti kovových materiálů relativně vysoký, obvykle nad 10×10⁻⁶/℃. Teplo generované během provozu testovacího zařízení pro integrované obvody nebo i malé změny okolní teploty mohou způsobit značnou tepelnou roztažnost a smrštění kovové základny. Například litinová základna o délce 1 metru se může při změně teploty o 10℃ roztáhnout a smrštit až o 100 μm. Takové rozměrové změny jsou dostatečné k tomu, aby se testovací sonda špatně zarovnala s piny čipu, což má za následek špatný kontakt a následně zkreslení testovacích dat.
Na druhou stranu je tlumicí výkon kovové základny nízký, což ztěžuje rychlé spotřebování vibrační energie generované provozem zařízení. V případě testování vysokofrekvenčního signálu způsobuje nepřetržitá mikrooscilace velké množství šumu, což zvyšuje chybu testování integrity signálu o více než 30 %. Kovové materiály navíc mají vysokou magnetickou susceptibilitu a jsou náchylné k interakcím s elektromagnetickými signály testovacího zařízení, což vede ke ztrátám vířivými proudy a hysterezním účinkům, které narušují přesnost přesných měření.
II. „Nepopiratelná pevnost“ žulových základů
Maximální tepelná stabilita, která pokládá základy pro přesné měření
Žula vzniká těsným spojením minerálních krystalů, jako je křemen a živec, prostřednictvím iontových a kovalentních vazeb. Její koeficient tepelné roztažnosti je extrémně nízký, pouze 0,6–5 × 10⁻⁶/℃, což je přibližně 1/2–1/20 koeficientu tepelné roztažnosti kovových materiálů. I při změně teploty o 10℃ je roztažnost a smršťování 1 metr dlouhé žulové základny menší než 50 nm, což je téměř „nulová deformace“. Tepelná vodivost žuly je přitom pouze 2–3 W/(m·K), což je méně než 1/20 koeficientu tepelné vodivosti kovů. Dokáže účinně zabránit vedení tepla zařízením, udržovat rovnoměrnou povrchovou teplotu základny a zajistit, aby zkušební sonda a čip vždy udržovaly konstantní relativní polohu.
2. Super silné potlačení vibrací vytváří stabilní testovací prostředí
Unikátní krystalové defekty a kluzná struktura na hranicích zrn uvnitř žuly jí propůjčují silnou schopnost rozptylu energie s tlumícím poměrem až 0,3–0,5, což je více než šestkrát více než u kovové základny. Experimentální data ukazují, že při vibračním buzení 100 Hz je doba útlumu vibrací žulové základny pouze 0,1 sekundy, zatímco u litinové základny je to 0,8 sekundy. To znamená, že žulová základna dokáže okamžitě potlačit vibrace způsobené spouštěním a vypínáním zařízení, vnějšími nárazy atd. a regulovat amplitudu vibrací testovací plošiny v rozmezí ±1 μm, což poskytuje stabilní záruku pro umístění nanoměřítkových sond.
3. Přirozené antimagnetické vlastnosti, eliminující elektromagnetické rušení
Žula je diamagnetický materiál s magnetickou susceptibilitou přibližně -10⁻⁵. Vnitřní elektrony existují v párech v chemických vazbách a téměř nikdy nejsou polarizovány vnějšími magnetickými poli. V silném magnetickém poli o intenzitě 10 mT je indukovaná intenzita magnetického pole na povrchu žuly menší než 0,001 mT, zatímco na povrchu litiny je až více než 8 mT. Tato přirozená antimagnetická vlastnost může vytvořit čisté měřicí prostředí pro testovací zařízení integrovaných obvodů a chránit je před vnějším elektromagnetickým rušením, jako jsou dílenské motory a vysokofrekvenční signály. Je zvláště vhodná pro testovací scénáře, které jsou extrémně citlivé na elektromagnetický šum, jako jsou kvantové čipy a vysoce přesné ADC/DAC.
Za třetí, praktická aplikace dosáhla pozoruhodných výsledků
Praxe mnoha polovodičových podniků plně prokázala hodnotu žulových základů. Poté, co světově uznávaný výrobce testovacích zařízení pro polovodiče použil žulovou základnu ve své špičkové platformě pro testování 5G čipů, dosáhl ohromujících výsledků: přesnost polohování sondy se zvýšila z ±5 μm na ±1 μm, směrodatná odchylka testovacích dat se snížila o 70 % a míra chybného odhadu v jednom testu výrazně klesla z 0,5 % na 0,03 %. Zároveň je pozoruhodný efekt potlačení vibrací. Zařízení může zahájit test bez čekání na odeznění vibrací, čímž se zkrátí jeden testovací cyklus o 20 % a roční výrobní kapacita se zvýší o více než 3 miliony waferů. Žulová základna má navíc životnost přes 10 let a nevyžaduje žádnou častou údržbu. Ve srovnání s kovovými základnami jsou její celkové náklady sníženy o více než 50 %.
Za čtvrté, přizpůsobit se průmyslovým trendům a vést modernizaci testovací technologie
S rozvojem pokročilých technologií balení (jako je Chiplet) a vzestupem nově vznikajících oblastí, jako jsou kvantové výpočty, budou požadavky na výkon zařízení při testování integrovaných obvodů nadále stoupat. Žulové základny se také neustále inovují a modernizují. Prostřednictvím povrchové úpravy pro zvýšení odolnosti proti opotřebení nebo kombinací s piezoelektrickou keramikou pro dosažení aktivní kompenzace vibrací a dalších technologických průlomů se ubírají přesnějším a inteligentnějším směrem. V budoucnu bude žulová základna i nadále chránit technologické inovace polovodičového průmyslu a vysoce kvalitní vývoj „čínských čipů“ díky svému vynikajícímu výkonu.
Volba žulové základny znamená volbu přesnějšího, stabilnějšího a efektivnějšího řešení pro testování integrovaných obvodů. Ať už se jedná o současné pokročilé procesní testování čipů nebo budoucí zkoumání špičkových technologií, žulová základna bude hrát nezastupitelnou a významnou roli.
Čas zveřejnění: 15. května 2025