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, influyen directamente en la tasa de producción y la competitividad del sector. 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 elemento indispensable para estos equipos. ¿Cuál es la lógica técnica detrás de esto?
I. La "incapacidad para afrontar" las bases tradicionales
Durante el proceso de prueba de circuitos integrados, el equipo debe detectar con precisión el rendimiento eléctrico de las patillas del chip, la integridad de la señal, etc., a nanoescala. 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 dilatación térmica de los materiales metálicos es relativamente alto, generalmente superior a 10 × 10⁻⁶/°C. El calor generado durante el funcionamiento de los equipos de prueba de circuitos integrados, o incluso ligeras variaciones en la temperatura ambiente, pueden provocar una dilatación y contracción térmica significativas en la base metálica. Por ejemplo, una base de hierro fundido de 1 metro de longitud puede dilatarse y contraerse hasta 100 μm cuando la temperatura varía en 10 °C. Estas variaciones dimensionales son suficientes para desalinear la sonda de prueba con las patillas del chip, lo que produce un contacto deficiente y, posteriormente, distorsiona los datos de la prueba.
Por otro lado, la baja capacidad de amortiguación de la base metálica dificulta la rápida disipación de la energía de vibración generada por el funcionamiento del equipo. En pruebas de señales de alta frecuencia, la microoscilación continua introduce un nivel considerable de ruido, incrementando el error en las pruebas de integridad de la señal en más de un 30 %. Además, los materiales metálicos presentan una alta susceptibilidad magnética y son propensos al acoplamiento 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, sentando las bases para una medición precisa.
El granito se forma por la unión compacta de cristales minerales como el cuarzo y el feldespato mediante enlaces iónicos y covalentes. Su coeficiente de dilatación térmica es extremadamente bajo, de tan solo 0,6-5 × 10⁻⁶/°C, aproximadamente la mitad o la vigésima parte del de los materiales metálicos. Incluso con una variación de temperatura de 10 °C, la expansión y contracción de una base de granito de 1 metro de longitud es inferior a 50 nm, logrando prácticamente una deformación nula. Asimismo, la conductividad térmica del granito es de tan solo 2-3 W/(m·K), inferior a la vigésima parte de la de los metales. Esto permite prevenir eficazmente la conducción de calor del equipo, mantener la temperatura superficial de la base uniforme y garantizar 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 defectos cristalinos únicos y la estructura de deslizamiento de los límites de grano en el interior del granito le confieren una gran capacidad de disipación de energía, con una relación de amortiguamiento de hasta 0,3-0,5, más de 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 la parada del equipo, impactos externos, etc., y controlar la amplitud de vibración de la plataforma de prueba dentro de ±1 μm, lo que garantiza la estabilidad en el posicionamiento de sondas a nanoescala.
3. Propiedades antimagnéticas naturales que eliminan la interferencia electromagnética.
El granito es un material diamagnético con una susceptibilidad magnética de aproximadamente -10⁻⁵. Sus electrones internos se encuentran agrupados en pares dentro de enlaces químicos y prácticamente nunca se polarizan por campos magnéticos externos. En un entorno de 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 supera los 8 mT. Esta propiedad antimagnética natural permite crear un entorno de medición puro para equipos de prueba de circuitos integrados, protegiéndolos de interferencias electromagnéticas externas, como las generadas por motores de taller y señales de radiofrecuencia. Resulta especialmente adecuado para pruebas en entornos extremadamente sensibles al ruido electromagnético, como los chips cuánticos y los convertidores analógico-digitales (ADC/DAC) 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 en la plataforma de pruebas de chips 5G de alta gama de un fabricante de equipos de prueba de semiconductores de renombre mundial, se obtuvieron resultados asombrosos: la precisión de posicionamiento de la tarjeta de prueba aumentó de ±5 μm a ±1 μm, la desviación estándar de los datos de prueba disminuyó un 70 % y la tasa de errores de diagnóstico por 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 se disipe, lo que acorta el ciclo de prueba individual 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 %.
Cuarto, adaptarse a las tendencias industriales y liderar la modernización de la tecnología de pruebas.
Con el desarrollo de tecnologías de empaquetado avanzadas (como Chiplet) y el auge de campos emergentes como los chips de computación cuántica, las exigencias de rendimiento de los dispositivos en las pruebas de circuitos integrados seguirán aumentando. Las bases de granito también innovan y mejoran constantemente. Mediante tratamientos de recubrimiento superficial para aumentar la resistencia al desgaste o combinándolas con cerámica piezoeléctrica para lograr la compensación activa de vibraciones, entre otros avances tecnológicos, se orientan hacia una mayor precisión e inteligencia. En el futuro, la base de granito seguirá impulsando la innovación tecnológica de la industria de semiconductores y el desarrollo de alta calidad de los chips chinos gracias a su rendimiento excepcional.
Elegir una base de granito implica optar por una solución de prueba de circuitos integrados más precisa, estable y eficiente. Ya sea para las pruebas de chips con procesos avanzados actuales o para la futura exploración de tecnologías de vanguardia, la base de granito desempeñará un papel fundamental e insustituible.
Fecha de publicación: 15 de mayo de 2025