Hoje, com o rápido desenvolvimento da indústria de semicondutores, os testes de circuitos integrados (CI) são um elo crucial para garantir o desempenho dos chips, e sua precisão e estabilidade afetam diretamente a taxa de rendimento dos chips e a competitividade da indústria. À medida que o processo de fabricação de chips avança em direção a nós de 3 nm, 2 nm e até mais avançados, os requisitos para componentes essenciais em equipamentos de teste de CI estão se tornando cada vez mais rigorosos. Bases de granito, com suas propriedades materiais únicas e vantagens de desempenho, tornaram-se um "parceiro de ouro" indispensável para equipamentos de teste de CI. Qual é a lógica técnica por trás disso?
I. A “Incapacidade de Lidar” das Bases Tradicionais
Durante o processo de teste de CI, o equipamento precisa detectar com precisão o desempenho elétrico dos pinos do chip, a integridade do sinal, etc., em nanoescala. No entanto, bases metálicas tradicionais (como ferro fundido e aço) apresentam muitos problemas em aplicações práticas.
Por outro lado, o coeficiente de expansão térmica de materiais metálicos é relativamente alto, geralmente acima de 10×10⁻⁶/°C. O calor gerado durante a operação do equipamento de teste de CIs ou mesmo pequenas variações na temperatura ambiente podem causar expansão e contração térmicas significativas da base metálica. Por exemplo, uma base de ferro fundido com 1 metro de comprimento pode expandir e contrair até 100 μm quando a temperatura varia em 10°C. Tais variações dimensionais são suficientes para desalinhar a sonda de teste com os pinos do chip, resultando em mau contato e, consequentemente, distorção dos dados de teste.
Por outro lado, o desempenho de amortecimento da base metálica é baixo, dificultando o consumo rápido da energia de vibração gerada pela operação do equipamento. No cenário de testes de sinais de alta frequência, a microoscilação contínua introduzirá uma grande quantidade de ruído, aumentando o erro do teste de integridade do sinal em mais de 30%. Além disso, os materiais metálicos possuem alta suscetibilidade magnética e são propensos a se acoplar aos sinais eletromagnéticos do equipamento de teste, resultando em perdas por correntes parasitas e efeitos de histerese, que interferem na precisão das medições.
II. A "Resistência Extrema" das Bases de Granito
Máxima estabilidade térmica, estabelecendo a base para medições precisas
O granito é formado pela combinação de cristais minerais como quartzo e feldspato por meio de ligações iônicas e covalentes. Seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo, de apenas 0,6-5×10⁻⁶/°C, o que corresponde a aproximadamente 1/2-1/20 do coeficiente dos materiais metálicos. Mesmo com uma variação de temperatura de 10°C, a expansão e contração da base de granito de 1 metro de comprimento é inferior a 50 nm, atingindo quase "deformação zero". A condutividade térmica do granito é de apenas 2-3 W/(m·K), o que corresponde a menos de 1/20 da dos metais. Isso pode impedir eficazmente a condução de calor do equipamento, manter a temperatura da superfície da base uniforme e garantir que a sonda de teste e o chip mantenham sempre uma posição relativa constante.
2. A supressão de vibração super forte cria um ambiente de teste estável
Os defeitos cristalinos exclusivos e a estrutura deslizante de contorno de grão no interior do granito conferem-lhe uma forte capacidade de dissipação de energia, com uma taxa de amortecimento de até 0,3-0,5, mais de seis vezes superior à da base metálica. Dados experimentais mostram que, sob excitação vibratória de 100 Hz, o tempo de atenuação da vibração da base de granito é de apenas 0,1 segundo, enquanto o da base de ferro fundido é de 0,8 segundos. Isso significa que a base de granito pode suprimir instantaneamente as vibrações causadas pela inicialização e desligamento do equipamento, impactos externos, etc., e controlar a amplitude de vibração da plataforma de teste dentro de ±1 μm, proporcionando uma garantia estável para o posicionamento de sondas em nanoescala.
3. Propriedades antimagnéticas naturais, eliminando interferências eletromagnéticas
O granito é um material diamagnético com suscetibilidade magnética de aproximadamente -10 ⁻⁵. Os elétrons internos existem em pares dentro de ligações químicas e quase nunca são polarizados por campos magnéticos externos. Em um ambiente de forte campo magnético de 10 mT, a intensidade do campo magnético induzido na superfície do granito é inferior a 0,001 mT, enquanto na superfície do ferro fundido pode chegar a mais de 8 mT. Essa propriedade antimagnética natural pode criar um ambiente de medição puro para equipamentos de teste de CI, protegendo-os de interferências eletromagnéticas externas, como motores de oficina e sinais de RF. É particularmente adequado para cenários de teste extremamente sensíveis a ruído eletromagnético, como chips quânticos e ADCs/DACs de alta precisão.
Terceiro, a aplicação prática alcançou resultados notáveis
As práticas de inúmeras empresas de semicondutores demonstraram plenamente o valor das bases de granito. Após um fabricante de equipamentos de teste de semicondutores de renome mundial adotar uma base de granito em sua plataforma de teste de chips 5G de ponta, obteve resultados surpreendentes: a precisão de posicionamento da placa de sonda aumentou de ±5μm para ±1μm, o desvio padrão dos dados de teste diminuiu 70% e a taxa de erros de julgamento em um único teste caiu significativamente de 0,5% para 0,03%. Ao mesmo tempo, o efeito de supressão de vibração é notável. O equipamento pode iniciar o teste sem esperar que a vibração diminua, encurtando o ciclo de teste único em 20% e aumentando a capacidade de produção anual em mais de 3 milhões de wafers. Além disso, a base de granito tem uma vida útil de mais de 10 anos e não requer manutenção frequente. Comparado com bases de metal, seu custo total é reduzido em mais de 50%.
Quarto, adaptar-se às tendências industriais e liderar a atualização da tecnologia de testes
Com o desenvolvimento de tecnologias avançadas de encapsulamento (como Chiplet) e a ascensão de campos emergentes como chips de computação quântica, os requisitos de desempenho de dispositivos em testes de circuitos integrados continuarão a aumentar. As bases de granito também estão em constante inovação e aprimoramento. Através do tratamento de revestimento de superfície para aumentar a resistência ao desgaste ou da combinação com cerâmicas piezoelétricas para obter compensação ativa de vibração e outros avanços tecnológicos, elas estão caminhando para uma direção mais precisa e inteligente. No futuro, a base de granito continuará a salvaguardar a inovação tecnológica da indústria de semicondutores e o desenvolvimento de alta qualidade dos "chips chineses", com seu desempenho excepcional.
Escolher uma base de granito significa escolher uma solução de teste de CI mais precisa, estável e eficiente. Seja nos atuais testes avançados de chips de processo ou na futura exploração de tecnologias de ponta, a base de granito desempenhará um papel insubstituível e significativo.
Data de publicação: 15 de maio de 2025