Hoje, com o rápido desenvolvimento da indústria de semicondutores, o teste de circuitos integrados (CIs), como elo crucial para garantir o desempenho dos chips, tem sua precisão e estabilidade afetando diretamente a taxa de rendimento dos chips e a competitividade da indústria. À medida que o processo de fabricação de chips avança para nós de 3 nm, 2 nm e até mesmo mais avançados, os requisitos para os componentes principais dos equipamentos de teste de CIs tornam-se cada vez mais rigorosos. As bases de granito, com suas propriedades únicas e vantagens de desempenho, tornaram-se um "parceiro de ouro" indispensável para equipamentos de teste de CIs. Qual a lógica técnica por trás disso?
I. A "Incapacidade de Lidar" das Bases Tradicionais
Durante o processo de teste de circuitos integrados, o equipamento precisa detectar com precisão o desempenho elétrico dos pinos do chip, a integridade do sinal, etc., em nanoescala. No entanto, as bases metálicas tradicionais (como ferro fundido e aço) apresentam muitos problemas em aplicações práticas.
Por um lado, o coeficiente de expansão térmica dos materiais metálicos é relativamente alto, geralmente acima de 10×10⁻⁶/°C. O calor gerado durante a operação de equipamentos de teste de circuitos integrados ou mesmo pequenas variações na temperatura ambiente podem causar expansão e contração térmica significativas na base metálica. Por exemplo, uma base de ferro fundido de 1 metro de comprimento pode expandir e contrair em até 100 μm quando a temperatura varia em 10 °C. Essas variações dimensionais são suficientes para desalinhar a ponta de prova com os pinos do chip, resultando em mau contato e, consequentemente, em distorção dos dados de teste.
Por outro lado, o desempenho de amortecimento da base metálica é deficiente, dificultando a rápida dissipação da energia vibratória gerada pela operação do equipamento. Em cenários de teste de sinais de alta frequência, a micro-oscilação contínua introduz uma grande quantidade de ruído, aumentando o erro no teste de integridade do sinal em mais de 30%. Além disso, os materiais metálicos possuem alta susceptibilidade magnética e são propensos a acoplamento com os sinais eletromagnéticos do equipamento de teste, resultando em perdas por correntes parasitas e efeitos de histerese, que interferem na precisão das medições.
II. A "força inabalável" das bases de granito
Estabilidade térmica máxima, estabelecendo as bases para medições precisas.
O granito é formado pela combinação compacta de cristais minerais, como quartzo e feldspato, através de ligações iônicas e covalentes. Seu coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo, apenas 0,6-5×10⁻⁶/°C, o que corresponde a aproximadamente 1/2 a 1/20 do coeficiente de expansão térmica de materiais metálicos. Mesmo com uma variação de temperatura de 10°C, a expansão e a contração de uma base de granito de 1 metro de comprimento são inferiores a 50 nm, atingindo praticamente "deformação zero". Além disso, a condutividade térmica do granito é de apenas 2-3 W/(m·K), o que representa menos de 1/20 da condutividade térmica dos metais. Isso impede eficazmente a condução de calor do equipamento, mantém a temperatura da superfície da base uniforme e garante que a ponta de prova e o chip mantenham sempre uma posição relativa constante.
2. A supressão de vibração extremamente robusta cria um ambiente de teste estável.
Os defeitos cristalinos únicos e a estrutura de deslizamento dos contornos 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 de uma base metálica. Dados experimentais mostram que, sob excitação vibratória de 100 Hz, o tempo de atenuação da vibração na base de granito é de apenas 0,1 segundos, enquanto que na base de ferro fundido é de 0,8 segundos. Isto significa que a base de granito pode suprimir instantaneamente as vibrações causadas pelo arranque e paragem do equipamento, impactos externos, etc., e controlar a amplitude de vibração da plataforma de teste dentro de ±1 μm, proporcionando uma garantia de estabilidade para o posicionamento de sondas em nanoescala.
3. Propriedades antimagnéticas naturais, eliminando a interferência eletromagnética.
O granito é um material diamagnético com uma susceptibilidade magnética de aproximadamente -10⁻⁵. Os elétrons internos existem em pares dentro das ligações químicas e quase nunca são polarizados por campos magnéticos externos. Em um ambiente de campo magnético forte de 10 mT, a intensidade do campo magnético induzido na superfície do granito é inferior a 0,001 mT, enquanto que na superfície do ferro fundido chega a mais de 8 mT. Essa propriedade antimagnética natural pode criar um ambiente de medição puro para equipamentos de teste de circuitos integrados, protegendo-os de interferências eletromagnéticas externas, como motores de oficina e sinais de radiofrequência. É particularmente adequado para cenários de teste extremamente sensíveis a ruído eletromagnético, como chips quânticos e conversores analógico-digitais/digitais de alta precisão.
Em terceiro lugar, a aplicação prática alcançou resultados notáveis.
As práticas de diversas 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 alta tecnologia, obteve resultados surpreendentes: a precisão de posicionamento da placa de teste aumentou de ±5 μm para ±1 μm, o desvio padrão dos dados de teste diminuiu em 70% e a taxa de erros em um único teste caiu significativamente de 0,5% para 0,03%. Além disso, o efeito de supressão de vibração é notável. O equipamento pode iniciar o teste sem esperar que a vibração se dissipe, reduzindo o ciclo de teste em 20% e aumentando a capacidade de produção anual em mais de 3 milhões de wafers. Ademais, a base de granito tem uma vida útil superior a 10 anos e não requer manutenção frequente. Comparada com bases metálicas, seu custo total é reduzido em mais de 50%.
Quarto, adaptar-se às tendências industriais e liderar a modernização da tecnologia de testes.
Com o desenvolvimento de tecnologias avançadas de encapsulamento (como Chiplet) e a ascensão de campos emergentes como os chips de computação quântica, os requisitos de desempenho dos dispositivos em testes de circuitos integrados continuarão a aumentar. As bases de granito também estão em constante inovação e aprimoramento. Por meio de tratamentos de revestimento superficial para aumentar a resistência ao desgaste ou pela combinação com cerâmicas piezoelétricas para obter compensação ativa de vibração e outros avanços tecnológicos, elas estão caminhando em direção a uma maior precisão e inteligência. 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 optar por uma solução de teste de circuitos integrados mais precisa, estável e eficiente. Seja para os testes de chips com processos avançados atuais ou para a exploração futura de tecnologias de ponta, a base de granito desempenhará um papel insubstituível e significativo.
Data da publicação: 15 de maio de 2025