Oggi, con il rapido sviluppo dell'industria dei semiconduttori, i test sui circuiti integrati, in quanto anello cruciale per garantire le prestazioni dei chip, la loro accuratezza e stabilità influiscono direttamente sul tasso di rendimento dei chip e sulla competitività del settore. Con il continuo progresso del processo di produzione dei chip verso processi a 3 nm, 2 nm e persino più avanzati, i requisiti per i componenti principali delle apparecchiature di collaudo dei circuiti integrati stanno diventando sempre più rigorosi. Le basi in granito, con le loro proprietà uniche e i vantaggi prestazionali, sono diventate un "golden partner" indispensabile per le apparecchiature di collaudo dei circuiti integrati. Qual è la logica tecnica alla base di tutto ciò?
I. L'"incapacità di far fronte" alle basi tradizionali
Durante il processo di test dei circuiti integrati, l'apparecchiatura deve rilevare con precisione le prestazioni elettriche dei pin del chip, l'integrità del segnale, ecc. su scala nanometrica. Tuttavia, le basi metalliche tradizionali (come ghisa e acciaio) hanno presentato numerosi problemi nelle applicazioni pratiche.
Da un lato, il coefficiente di dilatazione termica dei materiali metallici è relativamente elevato, solitamente superiore a 10×10⁻⁶/℃. Il calore generato durante il funzionamento delle apparecchiature di collaudo dei circuiti integrati o anche lievi variazioni della temperatura ambiente possono causare significative dilatazioni e contrazioni termiche della base metallica. Ad esempio, una base in ghisa lunga 1 metro può espandersi e contrarsi fino a 100 μm con una variazione di temperatura di 10 ℃. Tali variazioni dimensionali sono sufficienti a disallineare la sonda di prova con i pin del chip, con conseguente contatto difettoso e conseguente distorsione dei dati di prova.
D'altro canto, le prestazioni di smorzamento della base metallica sono scarse, rendendo difficile assorbire rapidamente l'energia di vibrazione generata dal funzionamento dell'apparecchiatura. Nel caso di test di segnali ad alta frequenza, le microoscillazioni continue introdurranno una notevole quantità di rumore, aumentando l'errore di integrità del segnale di oltre il 30%. Inoltre, i materiali metallici presentano un'elevata suscettività magnetica e tendono ad accoppiarsi con i segnali elettromagnetici dell'apparecchiatura di prova, con conseguenti perdite per correnti parassite ed effetti di isteresi, che interferiscono con l'accuratezza delle misurazioni.
Ii. La "resistenza estrema" delle basi in granito
Massima stabilità termica, che pone le basi per misurazioni precise
Il granito è formato dalla stretta combinazione di cristalli minerali come quarzo e feldspato attraverso legami ionici e covalenti. Il suo coefficiente di dilatazione termica è estremamente basso, pari a solo 0,6-5×10⁻⁶/℃, ovvero circa 1/2-1/20 di quello dei materiali metallici. Anche con variazioni di temperatura di 10℃, l'espansione e la contrazione della base di granito lunga 1 metro sono inferiori a 50 nm, raggiungendo quasi la "deformazione zero". Allo stesso tempo, la conduttività termica del granito è di soli 2-3 W/(m·K), ovvero meno di 1/20 di quella dei metalli. Può efficacemente impedire la conduzione di calore dell'apparecchiatura, mantenere uniforme la temperatura superficiale della base e garantire che la sonda di prova e il chip mantengano sempre una posizione relativa costante.
2. La soppressione delle vibrazioni super forte crea un ambiente di test stabile
Gli esclusivi difetti cristallini e la struttura di scorrimento dei bordi dei grani all'interno del granito gli conferiscono un'elevata capacità di dissipazione dell'energia, con un rapporto di smorzamento fino a 0,3-0,5, ovvero oltre sei volte superiore a quello della base metallica. I dati sperimentali mostrano che, sotto un'eccitazione vibrazionale di 100 Hz, il tempo di attenuazione delle vibrazioni della base in granito è di soli 0,1 secondi, mentre quello della base in ghisa è di 0,8 secondi. Ciò significa che la base in granito può sopprimere istantaneamente le vibrazioni causate dall'avvio e dallo spegnimento delle apparecchiature, da impatti esterni, ecc. e controllare l'ampiezza delle vibrazioni della piattaforma di prova entro ±1 μm, garantendo la stabilità del posizionamento delle sonde nanometriche.
3. Proprietà antimagnetiche naturali, eliminando le interferenze elettromagnetiche
Il granito è un materiale diamagnetico con una suscettività magnetica di circa -10 ⁻⁵. Gli elettroni interni esistono a coppie all'interno dei legami chimici e non sono quasi mai polarizzati da campi magnetici esterni. In un ambiente con un forte campo magnetico di 10 mT, l'intensità del campo magnetico indotto sulla superficie del granito è inferiore a 0,001 mT, mentre quella sulla superficie della ghisa può arrivare a oltre 8 mT. Questa naturale proprietà antimagnetica può creare un ambiente di misura puro per le apparecchiature di collaudo dei circuiti integrati, proteggendole da interferenze elettromagnetiche esterne come motori da officina e segnali RF. È particolarmente adatto per scenari di test estremamente sensibili al rumore elettromagnetico, come chip quantistici e convertitori ADC/DAC ad alta precisione.
In terzo luogo, l’applicazione pratica ha prodotto risultati notevoli
Le pratiche di numerose aziende produttrici di semiconduttori hanno ampiamente dimostrato il valore delle basi in granito. Dopo che un produttore di apparecchiature di collaudo per semiconduttori di fama mondiale ha adottato una base in granito nella sua piattaforma di test per chip 5G di fascia alta, ha ottenuto risultati sorprendenti: la precisione di posizionamento della scheda di prova è aumentata da ±5 μm a ±1 μm, la deviazione standard dei dati di test è diminuita del 70% e il tasso di errori di valutazione di un singolo test è sceso significativamente dallo 0,5% allo 0,03%. Allo stesso tempo, l'effetto di soppressione delle vibrazioni è notevole. L'apparecchiatura può avviare il test senza attendere il decadimento delle vibrazioni, riducendo il singolo ciclo di test del 20% e aumentando la capacità produttiva annuale di oltre 3 milioni di wafer. Inoltre, la base in granito ha una durata di oltre 10 anni e non richiede una manutenzione frequente. Rispetto alle basi in metallo, il suo costo complessivo è ridotto di oltre il 50%.
In quarto luogo, adattarsi alle tendenze industriali e guidare l’aggiornamento della tecnologia di test
Con lo sviluppo di tecnologie di packaging avanzate (come Chiplet) e l'ascesa di settori emergenti come i chip per l'informatica quantistica, i requisiti prestazionali dei dispositivi nei test sui circuiti integrati continueranno ad aumentare. Anche le basi in granito sono oggetto di costante innovazione e aggiornamento. Attraverso il trattamento di rivestimento superficiale per migliorare la resistenza all'usura o la combinazione con ceramiche piezoelettriche per ottenere una compensazione attiva delle vibrazioni e altre innovazioni tecnologiche, si stanno muovendo verso una direzione più precisa e intelligente. In futuro, le basi in granito continueranno a salvaguardare l'innovazione tecnologica dell'industria dei semiconduttori e lo sviluppo di alta qualità dei "chip cinesi" con le loro prestazioni eccezionali.
Scegliere una base in granito significa scegliere una soluzione di test per circuiti integrati più accurata, stabile ed efficiente. Che si tratti dell'attuale test avanzato sui chip o della futura esplorazione di tecnologie all'avanguardia, la base in granito svolgerà un ruolo insostituibile e significativo.
Data di pubblicazione: 15 maggio 2025