Бүгінгі таңда жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің қарқынды дамуымен интегралды микросхеманы сынау чиптердің өнімділігін, оның дәлдігін және тұрақтылығын қамтамасыз етудің маңызды буыны ретінде чиптердің өнімділік жылдамдығына және саланың бәсекеге қабілеттілігіне тікелей әсер етеді. Чип өндірісі процесі 3 нм, 2 нм және одан да озық түйіндерге қарай жылжуды жалғастырған сайын, интегралды микросхеманы сынау жабдықтарындағы негізгі компоненттерге қойылатын талаптар барған сайын қатаңдана түсуде. Гранит негіздер, өздерінің бірегей материалдық қасиеттері мен өнімділік артықшылықтарымен, интегралды микросхеманы сынау жабдықтары үшін ажырамас «алтын серіктеске» айналды. Мұның артында қандай техникалық логика жатыр?
I. Дәстүрлі негіздердің «көтере алмауы»
Интегралдық микросхеманы сынау процесінде жабдық чип түйреуіштерінің электрлік өнімділігін, сигнал тұтастығын және т.б. наноөлшемде дәл анықтауы керек. Дегенмен, дәстүрлі металл негіздер (мысалы, шойын және болат) практикалық қолдануда көптеген мәселелерді тудырды.
Бір жағынан, металл материалдардың термиялық кеңею коэффициенті салыстырмалы түрде жоғары, әдетте 10 × 10⁻⁶/℃-тан жоғары. Интегралдық микросхемаларды сынау жабдықтарының жұмысы кезінде пайда болатын жылу немесе қоршаған орта температурасының шамалы өзгеруі металл негізінің айтарлықтай термиялық кеңеюіне және жиырылуына әкелуі мүмкін. Мысалы, ұзындығы 1 метрлік шойын негізі температура 10 ℃-қа өзгерген кезде 100 мкм-ге дейін кеңейіп, жиырылуы мүмкін. Мұндай өлшемдік өзгерістер сынақ зондын чип түйреуіштерімен сәйкес келмеуге жеткілікті, бұл нашар жанасуға және кейіннен сынақ деректерінің бұрмалануына әкеледі.
Екінші жағынан, металл негіздің демпферлік өнімділігі нашар, бұл жабдықтың жұмысы кезінде пайда болатын діріл энергиясын тез тұтынуды қиындатады. Жоғары жиілікті сигналды сынау сценарийінде үздіксіз микротербеліс көп мөлшерде шу шығарады, бұл сигналдың тұтастығын сынау қателігін 30%-дан астамға арттырады. Сонымен қатар, металл материалдары жоғары магниттік сезімталдыққа ие және сынау жабдығының электромагниттік сигналдарымен байланысуға бейім, бұл құйынды токтың жоғалуына және гистерезис әсеріне әкеледі, бұл дәл өлшеулердің дәлдігіне кедергі келтіреді.
II. Гранит негіздердің «қатты беріктігі»
Дәл өлшеудің негізін қалайтын ең жоғары термиялық тұрақтылық
Гранит кварц пен дала шпаты сияқты минералды кристалдардың иондық және коваленттік байланыстар арқылы тығыз үйлесуі арқылы түзіледі. Оның жылулық кеңею коэффициенті өте төмен, тек 0,6-5 × 10⁻⁶/℃, бұл металл материалдарының шамамен 1/2-1/20 құрайды. Температура 10℃-қа өзгерсе де, 1 метрлік гранит негізінің кеңеюі мен жиырылуы 50 нм-ден аз, бұл «нөлдік деформацияға» жетеді. Сонымен қатар, граниттің жылу өткізгіштігі тек 2-3 Вт/(м · К) құрайды, бұл металдардың 1/20-дан аз. Ол жабдықтың жылу өткізгіштігін тиімді түрде болдырмайды, негіздің беткі температурасын біркелкі ұстайды және сынақ зондының және чиптің әрқашан тұрақты салыстырмалы орнын сақтауын қамтамасыз етеді.
2. Өте күшті дірілді басу тұрақты сынақ ортасын жасайды
Граниттің ішіндегі ерекше кристалдық ақаулар мен түйіршік шекарасының сырғанау құрылымы оған күшті энергия тарату қабілетін береді, демпферлеу коэффициенті 0,3-0,5 дейін жетеді, бұл металл негізіне қарағанда алты еседен астам. Тәжірибелік деректер 100 Гц діріл қоздыру кезінде гранит негізінің дірілдеу уақытының әлсіреу уақыты небәрі 0,1 секундты, ал шойын негізінікі 0,8 секундты құрайтынын көрсетеді. Бұл гранит негізі жабдықтың іске қосылуы мен өшірілуінен, сыртқы әсерлерден және т.б. туындаған дірілдерді бірден басуға және сынақ платформасының діріл амплитудасын ±1 мкм шегінде басқаруға мүмкіндік береді, бұл наноөлшемді зондтардың орналасуына тұрақты кепілдік береді.
3. Электромагниттік кедергілерді жоятын табиғи антимагниттік қасиеттер
Гранит - магниттік сезімталдығы шамамен -10 ⁻⁵ болатын диамагниттік материал. Ішкі электрондар химиялық байланыстар ішінде жұп болып орналасады және сыртқы магнит өрістерімен ешқашан поляризацияланбайды. 10 мТ күшті магнит өрісі ортасында гранит бетіндегі индукцияланған магнит өрісінің қарқындылығы 0,001 мТ-дан аз, ал шойын бетіндегісі 8 мТ-дан асады. Бұл табиғи антимагниттік қасиет интегралды сынақ жабдықтары үшін таза өлшеу ортасын жасай алады, оны шеберхана қозғалтқыштары мен РФ сигналдары сияқты сыртқы электромагниттік кедергілерден қорғайды. Ол әсіресе кванттық чиптер мен жоғары дәлдіктегі ADC/DAC сияқты электромагниттік шуылға өте сезімтал сынақ сценарийлері үшін өте қолайлы.
Үшіншіден, практикалық қолдану айтарлықтай нәтижелерге қол жеткізді
Көптеген жартылай өткізгіш кәсіпорындардың тәжірибесі гранит негіздердің құндылығын толық көрсетті. Әлемге әйгілі жартылай өткізгіш сынақ жабдықтарын өндіруші өзінің жоғары деңгейлі 5G чипті сынақ платформасында гранит негізін қолданғаннан кейін таңғажайып нәтижелерге қол жеткізді: зонд картасының орналасу дәлдігі ±5 мкм-ден ±1 мкм-ге дейін артты, сынақ деректерінің стандартты ауытқуы 70%-ға төмендеді, ал бір сынақтың қате бағалау деңгейі 0,5%-дан 0,03%-ға дейін айтарлықтай төмендеді. Сонымен қатар, дірілді басу әсері таңқаларлық. Жабдық дірілдің ыдырауын күтпей сынақты бастай алады, бұл бір сынақ циклін 20%-ға қысқартады және жылдық өндіріс қуатын 3 миллионнан астам пластинаға арттырады. Сонымен қатар, гранит негізінің қызмет ету мерзімі 10 жылдан асады және жиі техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді. Металл негіздермен салыстырғанда, оның жалпы құны 50%-дан астамға төмендейді.
Төртіншіден, өнеркәсіптік үрдістерге бейімделу және сынақ технологиясын жаңғыртуды басқару
Озық қаптама технологияларының (мысалы, Chiplet) дамуымен және кванттық есептеу чиптері сияқты жаңа салалардың өсуімен интегралдық интегралдық тестілеудегі құрылғылардың өнімділігіне қойылатын талаптар арта береді. Гранит негіздері де үнемі жаңарып, жетілдіріліп отырады. Тозуға төзімділікті арттыру үшін беткі жабынды өңдеу немесе белсенді діріл өтемақысына және басқа да технологиялық жетістіктерге жету үшін пьезоэлектрлік керамикамен біріктіру арқылы олар дәлірек және ақылды бағытқа қарай жылжуда. Болашақта гранит негізі өзінің ерекше өнімділігімен жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің технологиялық инновациясын және «қытай чиптерінің» жоғары сапалы дамуын қорғауды жалғастырады.
Гранит негізін таңдау дәлірек, тұрақты және тиімді интегралдық микросхеманы сынау шешімін таңдауды білдіреді. Қазіргі заманғы озық технологиялық чиптерді сынау немесе болашақта заманауи технологияларды зерттеу болсын, гранит негізі алмастырылмайтын және маңызды рөл атқарады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 15 мамыр