Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn, việc kiểm thử IC, đóng vai trò là khâu quan trọng để đảm bảo hiệu năng của chip, độ chính xác và ổn định của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ sản lượng chip và khả năng cạnh tranh của ngành. Khi quy trình sản xuất chip tiếp tục tiến tới các công nghệ 3nm, 2nm và thậm chí cao hơn nữa, yêu cầu đối với các linh kiện cốt lõi trong thiết bị kiểm thử IC ngày càng khắt khe. Đế đá granit, với đặc tính vật liệu độc đáo và ưu điểm về hiệu năng, đã trở thành "đối tác vàng" không thể thiếu đối với thiết bị kiểm thử IC. Logic kỹ thuật nào nằm sau điều này?
I. Sự "bất lực trong việc thích ứng" của các căn cứ truyền thống
Trong quá trình kiểm tra mạch tích hợp (IC), thiết bị cần phải phát hiện chính xác hiệu suất điện của các chân chip, tính toàn vẹn tín hiệu, v.v. ở cấp độ nano. Tuy nhiên, các chất nền kim loại truyền thống (như gang và thép) đã bộc lộ nhiều vấn đề trong các ứng dụng thực tế.
Một mặt, hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu kim loại tương đối cao, thường trên 10×10⁻⁶/℃. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hoạt động của thiết bị kiểm tra IC hoặc thậm chí những thay đổi nhỏ về nhiệt độ môi trường xung quanh cũng có thể gây ra sự giãn nở và co lại đáng kể của đế kim loại. Ví dụ, một đế gang dài 1 mét có thể giãn nở và co lại tới 100μm khi nhiệt độ thay đổi 10℃. Những thay đổi kích thước như vậy đủ để làm lệch đầu dò kiểm tra so với các chân chip, dẫn đến tiếp xúc kém và sau đó gây ra sự sai lệch dữ liệu kiểm tra.
Mặt khác, khả năng giảm chấn của đế kim loại kém, khiến việc nhanh chóng tiêu tán năng lượng rung động sinh ra trong quá trình hoạt động của thiết bị trở nên khó khăn. Trong trường hợp kiểm tra tín hiệu tần số cao, dao động vi mô liên tục sẽ tạo ra lượng nhiễu lớn, làm tăng sai số kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu lên hơn 30%. Ngoài ra, vật liệu kim loại có độ nhạy từ cao và dễ bị ghép nối với tín hiệu điện từ của thiết bị kiểm tra, dẫn đến tổn hao dòng điện xoáy và hiệu ứng trễ, gây ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo chính xác.
II. "Sức bền vượt trội" của chân đế bằng đá granite
Độ ổn định nhiệt tối ưu, tạo nền tảng cho phép đo chính xác.
Đá granit được hình thành từ sự kết hợp chặt chẽ của các tinh thể khoáng chất như thạch anh và fenspat thông qua liên kết ion và cộng hóa trị. Hệ số giãn nở nhiệt của nó cực kỳ thấp, chỉ từ 0,6 đến 5×10⁻⁶/℃, xấp xỉ bằng 1/2 đến 1/20 so với vật liệu kim loại. Ngay cả khi nhiệt độ thay đổi 10℃, sự giãn nở và co lại của tấm đá granit dài 1 mét cũng nhỏ hơn 50nm, gần như đạt được "biến dạng bằng không". Đồng thời, độ dẫn nhiệt của đá granit chỉ là 2-3 W/(m·K), nhỏ hơn 1/20 so với kim loại. Điều này có thể ngăn chặn hiệu quả sự dẫn nhiệt của thiết bị, giữ cho nhiệt độ bề mặt của tấm đá đồng đều và đảm bảo đầu dò thử nghiệm và chip luôn duy trì vị trí tương đối không đổi.
2. Khả năng triệt tiêu rung động cực mạnh tạo ra môi trường thử nghiệm ổn định.
Các khuyết tật tinh thể độc đáo và cấu trúc trượt ranh giới hạt bên trong đá granit mang lại cho nó khả năng tiêu tán năng lượng mạnh mẽ, với tỷ lệ giảm chấn lên tới 0,3-0,5, gấp hơn sáu lần so với đế kim loại. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng dưới tác động rung động 100Hz, thời gian suy giảm rung động của đế đá granit chỉ là 0,1 giây, trong khi đó của đế gang là 0,8 giây. Điều này có nghĩa là đế đá granit có thể ngay lập tức triệt tiêu các rung động gây ra bởi việc khởi động và tắt thiết bị, các tác động bên ngoài, v.v., và kiểm soát biên độ rung động của nền tảng thử nghiệm trong phạm vi ±1μm, cung cấp sự đảm bảo ổn định cho việc định vị các đầu dò nano.
3. Đặc tính chống từ tự nhiên, loại bỏ nhiễu điện từ.
Đá granit là vật liệu nghịch từ với độ nhạy từ xấp xỉ -10⁻⁵. Các electron bên trong tồn tại theo cặp trong các liên kết hóa học và hầu như không bao giờ bị phân cực bởi từ trường bên ngoài. Trong môi trường từ mạnh 10mT, cường độ từ trường cảm ứng trên bề mặt đá granit nhỏ hơn 0,001mT, trong khi đó trên bề mặt gang có thể cao hơn 8mT. Đặc tính phản từ tự nhiên này có thể tạo ra môi trường đo lường thuần khiết cho thiết bị kiểm tra mạch tích hợp, bảo vệ thiết bị khỏi nhiễu điện từ bên ngoài như động cơ trong xưởng và tín hiệu RF. Nó đặc biệt phù hợp cho các kịch bản thử nghiệm cực kỳ nhạy cảm với nhiễu điện từ, chẳng hạn như chip lượng tử và bộ chuyển đổi ADC/DAC độ chính xác cao.
Thứ ba, việc ứng dụng thực tiễn đã đạt được những kết quả đáng kể.
Thực tiễn của nhiều doanh nghiệp bán dẫn đã chứng minh đầy đủ giá trị của đế đá granit. Sau khi một nhà sản xuất thiết bị kiểm tra bán dẫn nổi tiếng toàn cầu áp dụng đế đá granit vào nền tảng kiểm tra chip 5G cao cấp của mình, họ đã đạt được những kết quả đáng kinh ngạc: độ chính xác định vị của thẻ thăm dò tăng từ ±5μm lên ±1μm, độ lệch chuẩn của dữ liệu kiểm tra giảm 70%, và tỷ lệ sai sót trong một lần kiểm tra giảm đáng kể từ 0,5% xuống 0,03%. Đồng thời, hiệu quả giảm rung rất đáng kể. Thiết bị có thể bắt đầu kiểm tra mà không cần chờ rung động giảm dần, rút ngắn chu kỳ kiểm tra đơn lẻ 20% và tăng năng lực sản xuất hàng năm lên hơn 3 triệu tấm wafer. Ngoài ra, đế đá granit có tuổi thọ hơn 10 năm và không cần bảo trì thường xuyên. So với đế kim loại, tổng chi phí giảm hơn 50%.
Thứ tư, thích ứng với xu hướng công nghiệp và dẫn đầu việc nâng cấp công nghệ thử nghiệm.
Với sự phát triển của các công nghệ đóng gói tiên tiến (như Chiplet) và sự nổi lên của các lĩnh vực mới nổi như chip điện toán lượng tử, yêu cầu về hiệu năng thiết bị trong thử nghiệm IC sẽ tiếp tục tăng cao. Các đế đá granit cũng không ngừng đổi mới và nâng cấp. Thông qua xử lý lớp phủ bề mặt để tăng cường khả năng chống mài mòn hoặc bằng cách kết hợp với gốm áp điện để đạt được khả năng bù rung chủ động và các đột phá công nghệ khác, chúng đang hướng tới một hướng chính xác và thông minh hơn. Trong tương lai, đế đá granit sẽ tiếp tục bảo vệ sự đổi mới công nghệ của ngành công nghiệp bán dẫn và sự phát triển chất lượng cao của "chip Trung Quốc" với hiệu năng vượt trội của mình.
Việc lựa chọn đế bằng đá granit đồng nghĩa với việc lựa chọn giải pháp kiểm tra IC chính xác, ổn định và hiệu quả hơn. Cho dù đó là việc kiểm tra chip theo quy trình tiên tiến hiện tại hay việc khám phá các công nghệ tiên tiến trong tương lai, đế đá granit sẽ đóng một vai trò không thể thiếu và vô cùng quan trọng.
Thời gian đăng bài: 15 tháng 5 năm 2025