כיום, עם ההתפתחות המהירה של תעשיית המוליכים למחצה, בדיקות IC, כחוליה מכרעת להבטחת ביצועי השבבים, דיוקן ויציבותן משפיעות ישירות על שיעור התפוקה של השבבים ועל התחרותיות של התעשייה. ככל שתהליך ייצור השבבים ממשיך להתקדם לעבר צמתים מתקדמים של 3 ננומטר, 2 ננומטר ואף יותר, הדרישות לרכיבי הליבה בציוד בדיקת IC הופכות מחמירות יותר ויותר. בסיסי גרניט, עם תכונות החומר הייחודיות שלהם ויתרונות הביצועים שלהם, הפכו ל"שותף זהב" הכרחי עבור ציוד בדיקת IC. איזה היגיון טכני עומד מאחורי זה?
א. "חוסר היכולת להתמודד" עם בסיסים מסורתיים
במהלך תהליך בדיקת ה-IC, הציוד צריך לזהות במדויק את הביצועים החשמליים של פיני השבב, שלמות האות וכו' בקנה מידה ננומטרי. עם זאת, בסיסי מתכת מסורתיים (כגון ברזל יצוק ופלדה) חשפו בעיות רבות ביישומים מעשיים.
מצד אחד, מקדם ההתפשטות התרמית של חומרים מתכתיים גבוה יחסית, בדרך כלל מעל 10×10⁻⁶/℃. החום הנוצר במהלך הפעלת ציוד בדיקת IC או אפילו שינויים קלים בטמפרטורת הסביבה יכולים לגרום להתפשטות תרמית משמעותית ולהתכווצות של בסיס המתכת. לדוגמה, בסיס ברזל יצוק באורך מטר אחד יכול להתרחב ולהתכווץ עד 100 מיקרון כאשר הטמפרטורה משתנה ב-10℃. שינויים ממדיים כאלה מספיקים כדי לא ליישר את חיישן הבדיקה עם פיני השבב, וכתוצאה מכך לגרום למגע לקוי ובעקבות זאת לעיוות של נתוני הבדיקה.
מצד שני, ביצועי הריסון של בסיס המתכת גרועים, מה שמקשה על צריכת אנרגיית הרטט הנוצרת על ידי פעולת הציוד. בתרחיש של בדיקת אותות בתדר גבוה, מיקרו-תנודה רציפה תביא לכמות גדולה של רעש, ותגדיל את שגיאת בדיקת שלמות האות ביותר מ-30%. בנוסף, לחומרי מתכת יש רגישות מגנטית גבוהה והם נוטים להיצמד לאותות אלקטרומגנטיים של ציוד הבדיקה, וכתוצאה מכך להפסדי זרמי מערבולת ואפקטים של היסטרזיס, אשר מפריעים לדיוק המדידות המדויקות.
II. "החוזק הקשה" של בסיסי גרניט
יציבות תרמית אולטימטיבית, הנחת היסודות למדידה מדויקת
גרניט נוצר על ידי שילוב הדוק של גבישים מינרליים כמו קוורץ ופלדספאר באמצעות קשרים יוניים וקוולנטיים. מקדם ההתפשטות התרמית שלו נמוך ביותר, רק 0.6-5×10⁻⁶/℃, שהוא בערך 1/2-1/20 מזה של חומרים מתכתיים. גם אם הטמפרטורה משתנה ב-10℃, ההתפשטות וההתכווצות של בסיס הגרניט באורך מטר אחד הן פחות מ-50 ננומטר, מה שמביא כמעט ל"אפס דפורמציה". בינתיים, המוליכות התרמית של הגרניט היא רק 2-3 W/(m·K), שהוא פחות מ-1/20 מזה של מתכות. זה יכול למנוע ביעילות את הולכת החום של הציוד, לשמור על טמפרטורת פני השטח אחידה של הבסיס, ולהבטיח שגשוש הבדיקה והשבב ישמרו תמיד על מיקום יחסי קבוע.
2. דיכוי רעידות חזק במיוחד יוצר סביבת בדיקה יציבה
פגמי הגביש הייחודיים ומבנה הזזה של גבולות הגרעינים בתוך הגרניט מעניקים לו יכולת פיזור אנרגיה חזקה, עם יחס ריסון של עד 0.3-0.5, שהוא יותר מפי שישה מזה של בסיס המתכת. נתונים ניסויים מראים שתחת עירור רטט של 100 הרץ, זמן הנחתת הרטט של בסיס הגרניט הוא רק 0.1 שניות, בעוד שזה של בסיס ברזל יצוק הוא 0.8 שניות. משמעות הדבר היא שבסיס הגרניט יכול לדכא באופן מיידי את הרטט הנגרם מהפעלת וכיבוי הציוד, פגיעות חיצוניות וכו', ולשלוט במשרעת הרטט של פלטפורמת הבדיקה בטווח של ±1 מיקרומטר, ומספק ערובה יציבה למיקום של גלאים בקנה מידה ננומטרי.
3. תכונות אנטי-מגנטיות טבעיות, מבטלות הפרעות אלקטרומגנטיות
גרניט הוא חומר דיאמגנטי בעל רגישות מגנטית של כ-10⁻⁵-. האלקטרונים הפנימיים קיימים בזוגות בתוך קשרים כימיים וכמעט אף פעם לא מקוטבים על ידי שדות מגנטיים חיצוניים. בסביבת שדה מגנטי חזק של 10mT, עוצמת השדה המגנטי המושרה על פני השטח של גרניט היא פחות מ-0.001mT, בעוד שזו על פני השטח של ברזל יצוק גבוהה עד יותר מ-8mT. תכונה אנטי-מגנטית טבעית זו יכולה ליצור סביבת מדידה טהורה עבור ציוד בדיקת IC, ולהגן עליו מפני הפרעות אלקטרומגנטיות חיצוניות כגון מנועי סדנה ואותות RF. הוא מתאים במיוחד לתרחישי בדיקה הרגישים ביותר לרעש אלקטרומגנטי, כגון שבבי קוונטים וממירי ADC/DAC מדויקים.
שלישית, היישום המעשי השיג תוצאות יוצאות דופן
הפרקטיקות של מפעלי מוליכים למחצה רבים הוכיחו במלואן את ערכם של בסיסי גרניט. לאחר שיצרן ציוד בדיקת מוליכים למחצה בעל שם עולמי אימץ בסיס גרניט בפלטפורמת בדיקת השבבים 5G המתקדמת שלו, הוא השיג תוצאות מדהימות: דיוק המיקום של כרטיס הגשוש גדל מ-±5 מיקרון ל-±1 מיקרון, סטיית התקן של נתוני הבדיקה ירדה ב-70%, ושיעור השיפוט השגוי של בדיקה בודדת ירד משמעותית מ-0.5% ל-0.03%. בינתיים, אפקט דיכוי הרעידות הוא יוצא דופן. הציוד יכול להתחיל את הבדיקה מבלי להמתין לדעיכת הרעידות, מקצר את מחזור הבדיקה הבודד ב-20% ומגדיל את כושר הייצור השנתי ביותר מ-3 מיליון פרוסות סיליקון. בנוסף, לבסיס הגרניט אורך חיים של למעלה מ-10 שנים והוא אינו דורש תחזוקה תכופה. בהשוואה לבסיסי מתכת, העלות הכוללת שלו מופחתת ביותר מ-50%.
רביעית, להסתגל למגמות תעשייתיות ולהוביל את שדרוג טכנולוגיית הבדיקה
עם התפתחותן של טכנולוגיות אריזה מתקדמות (כגון Chiplet) ועלייתן של תחומים מתפתחים כמו שבבי מחשוב קוונטי, הדרישות לביצועי המכשירים בבדיקות IC ימשיכו לעלות. גם בסיסי גרניט נמצאים בחידושים ובשיפורים מתמידים. באמצעות טיפול בציפוי פני השטח לשיפור עמידות בפני שחיקה או על ידי שילוב עם קרמיקה פיזואלקטרית להשגת פיצוי פעיל על רעידות ופריצות דרך טכנולוגיות אחרות, הם נעים לכיוון מדויק וחכם יותר. בעתיד, בסיס הגרניט ימשיך לשמור על החדשנות הטכנולוגית של תעשיית המוליכים למחצה ועל הפיתוח האיכותי של "שבבים סיניים" עם ביצועיו המצוינים.
בחירת בסיס גרניט פירושה בחירת פתרון בדיקת שבבים מדויק, יציב ויעיל יותר. בין אם מדובר בבדיקת שבבים מתקדמת בתהליך הנוכחי או בחקירה עתידית של טכנולוגיות מתקדמות, בסיס הגרניט ימלא תפקיד משמעותי וחיוני.
זמן פרסום: 15 במאי 2025