Hoy en día, con el rápido desarrollo de la industria de semiconductores, las pruebas de circuitos integrados (CI), como elemento crucial para garantizar el rendimiento de los chips, su precisión y estabilidad afectan directamente su tasa de rendimiento y la competitividad de la industria. A medida que el proceso de fabricación de chips avanza hacia nodos de 3 nm, 2 nm e incluso más avanzados, los requisitos para los componentes principales de los equipos de prueba de CI se vuelven cada vez más estrictos. Las bases de granito, con sus propiedades materiales únicas y ventajas de rendimiento, se han convertido en un aliado indispensable para los equipos de prueba de CI. ¿Cuál es la lógica técnica detrás de esto?
I. La "incapacidad de adaptación" de las bases tradicionales
Durante el proceso de prueba de circuitos integrados (CI), el equipo debe detectar con precisión el rendimiento eléctrico de los pines del chip, la integridad de la señal, etc., a escala nanométrica. Sin embargo, las bases metálicas tradicionales (como el hierro fundido y el acero) han presentado numerosos problemas en aplicaciones prácticas.
Por un lado, el coeficiente de expansión térmica de los materiales metálicos es relativamente alto, generalmente superior a 10×10⁻⁶/℃. El calor generado durante el funcionamiento de los equipos de prueba de circuitos integrados, o incluso pequeños cambios en la temperatura ambiente, pueden provocar una expansión y contracción térmica significativas de la base metálica. Por ejemplo, una base de hierro fundido de 1 metro de longitud puede expandirse y contraerse hasta 100 μm cuando la temperatura varía 10 ℃. Estos cambios dimensionales son suficientes para desalinear la sonda de prueba con los pines del chip, lo que provoca un contacto deficiente y, posteriormente, la distorsión de los datos de prueba.
Por otro lado, la amortiguación de la base metálica es deficiente, lo que dificulta la absorción rápida de la energía de vibración generada por el funcionamiento del equipo. En el caso de las pruebas de señales de alta frecuencia, la microoscilación continua introduce una gran cantidad de ruido, lo que aumenta el error de la prueba de integridad de la señal en más de un 30 %. Además, los materiales metálicos presentan una alta susceptibilidad magnética y son propensos a acoplarse con las señales electromagnéticas del equipo de prueba, lo que genera pérdidas por corrientes parásitas y efectos de histéresis que afectan la precisión de las mediciones.
Ii. La "resistencia extrema" de las bases de granito
Máxima estabilidad térmica, que sienta las bases para una medición precisa
El granito se forma mediante la estrecha combinación de cristales minerales como el cuarzo y el feldespato mediante enlaces iónicos y covalentes. Su coeficiente de expansión térmica es extremadamente bajo, de tan solo 0,6-5 × 10⁻⁶/℃, lo que representa aproximadamente entre la mitad y la veinteava parte del de los materiales metálicos. Incluso con una variación de temperatura de 10 °C, la expansión y contracción de la base de granito de un metro de longitud es inferior a 50 nm, alcanzando una deformación prácticamente nula. Por otro lado, su conductividad térmica es de tan solo 2-3 W/(m · K), inferior a la veinteava parte de la de los metales. Esto previene eficazmente la conducción térmica del equipo, mantiene uniforme la temperatura superficial de la base y garantiza que la sonda de prueba y el chip mantengan siempre una posición relativa constante.
2. La supresión de vibraciones súper fuerte crea un entorno de prueba estable.
Los singulares defectos cristalinos y la estructura deslizante del límite de grano del granito le confieren una gran capacidad de disipación de energía, con una relación de amortiguamiento de hasta 0,3-0,5, seis veces superior a la de la base metálica. Los datos experimentales muestran que, bajo una excitación vibratoria de 100 Hz, el tiempo de atenuación de la vibración de la base de granito es de tan solo 0,1 segundos, mientras que el de la base de hierro fundido es de 0,8 segundos. Esto significa que la base de granito puede suprimir instantáneamente las vibraciones causadas por el arranque y apagado del equipo, impactos externos, etc., y controlar la amplitud de vibración de la plataforma de prueba con un margen de ±1 μm, lo que garantiza la estabilidad del posicionamiento de las sondas a escala nanométrica.
3. Propiedades antimagnéticas naturales, eliminando interferencias electromagnéticas.
El granito es un material diamagnético con una susceptibilidad magnética de aproximadamente -10⁻⁵. Los electrones internos se encuentran en pares dentro de enlaces químicos y casi nunca se polarizan por campos magnéticos externos. En un entorno con un campo magnético intenso de 10 mT, la intensidad del campo magnético inducido en la superficie del granito es inferior a 0,001 mT, mientras que en la superficie del hierro fundido puede superar los 8 mT. Esta propiedad antimagnética natural permite crear un entorno de medición puro para equipos de prueba de circuitos integrados (CI), protegiéndolos de interferencias electromagnéticas externas, como motores de taller y señales de radiofrecuencia (RF). Es especialmente adecuado para escenarios de prueba extremadamente sensibles al ruido electromagnético, como chips cuánticos y convertidores A/D/C de alta precisión.
En tercer lugar, la aplicación práctica ha logrado resultados notables.
Las prácticas de numerosas empresas de semiconductores han demostrado plenamente el valor de las bases de granito. Tras la adopción de una base de granito por parte de un fabricante de equipos de prueba de semiconductores de renombre mundial en su plataforma de pruebas de chips 5G de alta gama, se obtuvieron resultados sorprendentes: la precisión de posicionamiento de la tarjeta de sonda aumentó de ±5 μm a ±1 μm, la desviación estándar de los datos de prueba se redujo en un 70 % y la tasa de errores de cálculo en una sola prueba se redujo significativamente del 0,5 % al 0,03 %. Asimismo, el efecto de supresión de vibraciones es notable. El equipo puede iniciar la prueba sin esperar a que la vibración disminuya, lo que acorta el ciclo de prueba en un 20 % y aumenta la capacidad de producción anual en más de 3 millones de obleas. Además, la base de granito tiene una vida útil de más de 10 años y no requiere mantenimiento frecuente. En comparación con las bases metálicas, su coste total se reduce en más del 50 %.
En cuarto lugar, adaptarse a las tendencias industriales y liderar la actualización de la tecnología de pruebas.
Con el desarrollo de tecnologías de encapsulado avanzadas (como Chiplet) y el auge de campos emergentes como los chips de computación cuántica, los requisitos de rendimiento de los dispositivos en las pruebas de circuitos integrados (CI) seguirán aumentando. Las bases de granito también se encuentran en constante innovación y actualización. Mediante tratamientos de recubrimiento de superficies para mejorar la resistencia al desgaste o la combinación con cerámica piezoeléctrica para lograr una compensación activa de vibraciones, entre otros avances tecnológicos, se están orientando hacia una dirección más precisa e inteligente. En el futuro, la base de granito seguirá garantizando la innovación tecnológica de la industria de semiconductores y el desarrollo de alta calidad de chips chinos con su excelente rendimiento.
Elegir una base de granito significa optar por una solución de pruebas de circuitos integrados más precisa, estable y eficiente. Ya sea para las pruebas de chips con procesos avanzados actuales o para la exploración futura de tecnologías de vanguardia, la base de granito desempeñará un papel fundamental e irremplazable.
Hora de publicación: 15 de mayo de 2025