בתחום ייצור מוליכים למחצה, הדיוק של ציוד בדיקת פרוסות סיליקון קובע ישירות את איכותם ותפוקתם של השבבים. כבסיס התומך ברכיבי גילוי הליבה, היציבות הממדית של חומר הבסיס של הציוד ממלאת תפקיד מכריע בביצועי הציוד לטווח ארוך. גרניט וברזל יצוק הם שני חומרי בסיס נפוצים לציוד בדיקת פרוסות סיליקון. מחקר השוואתי בן 10 שנים חשף את ההבדלים המשמעותיים ביניהם מבחינת יציבות ממדית, ומספק מקורות חשובים לבחירת ציוד.
רקע ועיצוב ניסיוני
תהליך הייצור של פרוסות מוליכים למחצה מציב דרישות גבוהות ביותר לדיוק הגילוי. אפילו סטייה ממדית ברמת מיקרומטר יכולה להוביל לירידה בביצועי השבב או אפילו לגריטה. כדי לבחון את היציבות הממדית של גרניט וברזל יצוק במהלך שימוש ארוך טווח, צוות המחקר תכנן ניסויים שדמו סביבות עבודה אמיתיות. דגימות גרניט וברזל יצוק מאותו מפרט נבחרו והוכנסו לתא סביבתי שבו הטמפרטורה נעה בין 15°C ל-35°C והלחות נעה בין 30% ל-70% לחות יחסית. הרטט המכני במהלך הפעלת הציוד דומה באמצעות טבלת רטט. הממדים העיקריים של הדגימות נמדדו מדי רבעון באמצעות אינטרפרומטר לייזר מדויק, והנתונים נרשמו ברציפות במשך 10 שנים.
תוצאה ניסויית: היתרון המוחלט של גרניט
עשר שנות נתונים ניסויים מראות כי מצע הגרניט מפגין יציבות מדהימה. מקדם ההתפשטות התרמית שלו נמוך ביותר, ועומד בממוצע על 4.6×10⁻⁶/℃ בלבד. תחת שינויי טמפרטורה דרסטיים, סטיית המימדים נשלטת תמיד בטווח של ±0.001 מ"מ. לנוכח שינויי לחות, המבנה הצפוף של הגרניט הופך אותו כמעט ללא מושפע, ולא מתרחשים שינויים מימדיים מדידים. בסביבת רטט מכני, מאפייני הריסון המצוינים של הגרניט סופגים ביעילות את אנרגיית הרטט, ותנודות המימדים קטנות ביותר.
לעומת זאת, עבור מצע ברזל יצוק, מקדם ההתפשטות התרמית הממוצע שלו מגיע ל-11×10⁻⁶/℃ - 13×10⁻⁶/℃, וסטיית המימד המקסימלית הנגרמת משינויי טמפרטורה בתוך 10 שנים היא ±0.05 מ"מ. בסביבה לחה, ברזל יצוק נוטה לחלודה וקורוזיה. חלק מהדגימות מראות עיוות מקומי, וסטיית המימד עולה עוד יותר. תחת פעולת ויברציה מכנית, לברזל יצוק ביצועי ריסון ויברציות ירודים וגודלו משתנה לעתים קרובות, מה שמקשה על עמידה בדרישות הדיוק הגבוהות של בדיקת פרוסות סיליקון.
הסיבה העיקרית להבדל ביציבות
גרניט נוצר במשך מאות מיליוני שנים באמצעות תהליכים גיאולוגיים. המבנה הפנימי שלו צפוף ואחיד, וגבישי המינרלים מסודרים ביציבות, מה שמבטל את הלחץ הפנימי מטבעו. זה הופך אותו לחסר רגישות ביותר לשינויים בגורמים חיצוניים כמו טמפרטורה, לחות ורעידות. ברזל יצוק מיוצר בתהליך יציקה ויש לו פגמים מיקרוסקופיים כמו נקבוביות וחורי חול בפנים. בינתיים, הלחץ השיורי שנוצר במהלך תהליך היציקה נוטה לגרום לשינויים ממדיים תחת גירוי הסביבה החיצונית. התכונות המתכתיות של ברזל יצוק הופכות אותו למועד לחלודה עקב לחות, מה שמאיץ נזק מבני ומפחית את היציבות הממדית.
ההשפעה על ציוד בדיקת ופלים
ציוד לבדיקת פרוסות ופלים המבוסס על מצע גרניט, עם ביצועים ממדיים יציבים, יכול להבטיח שמערכת הבדיקה שומרת על דיוק גבוה לאורך זמן, להפחית טעויות בשיפוט וגילוי שהוחמצו עקב סחיפה של דיוק הציוד, ולשפר משמעותית את תפוקת המוצר. במקביל, דרישות התחזוקה הנמוכות מפחיתות את עלות מחזור החיים המלא של הציוד. ציוד המשתמש במצעי ברזל יצוק, עקב יציבות ממדית ירודה, דורש כיול ותחזוקה תכופים. זה לא רק מגדיל את עלויות התפעול אלא גם עלול להשפיע על איכות ייצור המוליכים למחצה עקב דיוק לא מספק, ולגרום להפסדים כלכליים פוטנציאליים.
תחת המגמה של חתירה של תעשיית המוליכים למחצה לדיוק גבוה יותר ואיכות טובה יותר, בחירת גרניט כחומר הבסיס לציוד לבדיקת פרוסות סיליקון היא ללא ספק צעד חכם להבטחת ביצועי הציוד ולשיפור התחרותיות של ארגונים.
זמן פרסום: 14 במאי 2025