Angesichts der rasanten Entwicklung der Halbleiterindustrie ist das IC-Testen heute ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit von Chips. Seine Genauigkeit und Stabilität wirken sich direkt auf die Chip-Ausbeute und die Wettbewerbsfähigkeit der Branche aus. Da sich der Chipherstellungsprozess in Richtung 3 nm, 2 nm und noch fortschrittlicherer Knoten entwickelt, steigen die Anforderungen an die Kernkomponenten von IC-Testgeräten immer weiter. Granitsockel mit ihren einzigartigen Materialeigenschaften und Leistungsvorteilen sind zu einem unverzichtbaren Partner für IC-Testgeräte geworden. Welche technische Logik steckt dahinter?
I. Die „Überforderung“ traditioneller Stützpunkte
Während des IC-Testprozesses muss das Gerät die elektrische Leistung der Chip-Pins, die Signalintegrität usw. im Nanobereich präzise erfassen. Herkömmliche Metallbasen (wie Gusseisen und Stahl) weisen in der Praxis jedoch zahlreiche Probleme auf.
Einerseits ist der Wärmeausdehnungskoeffizient metallischer Werkstoffe relativ hoch und liegt üblicherweise über 10×10⁻⁶/℃. Die beim Betrieb von IC-Testgeräten entstehende Wärme oder selbst geringe Änderungen der Umgebungstemperatur können zu einer erheblichen thermischen Ausdehnung und Kontraktion der Metallbasis führen. Beispielsweise kann sich eine 1 Meter lange Gusseisenbasis bei einer Temperaturänderung von 10 °C um bis zu 100 μm ausdehnen und zusammenziehen. Solche Maßänderungen reichen aus, um die Prüfspitze nicht mehr mit den Chip-Pins auszurichten, was zu einem schlechten Kontakt und in der Folge zu einer Verfälschung der Testdaten führt.
Andererseits ist die Dämpfungsleistung der Metallbasis schlecht, was die schnelle Aufnahme der durch den Betrieb des Geräts erzeugten Vibrationsenergie erschwert. Bei der Prüfung von Hochfrequenzsignalen führt die kontinuierliche Mikroschwingung zu starkem Rauschen, was den Fehler bei der Signalintegritätsprüfung um mehr als 30 % erhöht. Darüber hinaus weisen Metallmaterialien eine hohe magnetische Suszeptibilität auf und neigen zur Kopplung mit den elektromagnetischen Signalen des Prüfgeräts. Dies führt zu Wirbelstromverlusten und Hystereseeffekten, die die Genauigkeit präziser Messungen beeinträchtigen.
II. Die „Hardcore-Stärke“ von Granitsockeln
Höchste thermische Stabilität als Grundlage für präzise Messungen
Granit entsteht durch die enge Verbindung von Mineralkristallen wie Quarz und Feldspat über ionische und kovalente Bindungen. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist extrem niedrig und beträgt lediglich 0,6–5 × 10⁻⁶/°C, was etwa 1/2–1/20 des Koeffizienten von Metallen entspricht. Selbst bei einer Temperaturänderung von 10 °C beträgt die Ausdehnung und Kontraktion der 1 Meter langen Granitbasis weniger als 50 nm, wodurch nahezu keine Verformung erreicht wird. Gleichzeitig beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Granit lediglich 2–3 W/(m·K), was weniger als 1/20 des Koeffizienten von Metallen entspricht. Granit kann die Wärmeleitung des Geräts wirksam verhindern, die Oberflächentemperatur der Basis gleichmäßig halten und sicherstellen, dass Prüfspitze und Chip stets eine konstante relative Position beibehalten.
2. Superstarke Vibrationsunterdrückung schafft eine stabile Testumgebung
Die einzigartigen Kristalldefekte und die gleitende Korngrenzenstruktur im Granit verleihen ihm eine hohe Energiedissipationskapazität mit einem Dämpfungsverhältnis von bis zu 0,3–0,5, das mehr als sechsmal so hoch ist wie bei einer Metallbasis. Experimentelle Daten zeigen, dass die Schwingungsdämpfungszeit der Granitbasis bei einer Schwingungsanregung von 100 Hz nur 0,1 Sekunden beträgt, während die der Gusseisenbasis 0,8 Sekunden beträgt. Dies bedeutet, dass die Granitbasis die durch An- und Abschalten der Anlage, äußere Einflüsse usw. verursachten Schwingungen sofort unterdrücken und die Schwingungsamplitude der Testplattform auf ±1 μm genau steuern kann, was eine stabile Positionierung von Nanosonden gewährleistet.
3. Natürliche antimagnetische Eigenschaften, die elektromagnetische Störungen eliminieren
Granit ist ein diamagnetisches Material mit einer magnetischen Suszeptibilität von etwa -10⁻⁵. Die inneren Elektronen sind paarweise in chemischen Bindungen angeordnet und werden durch äußere Magnetfelder kaum polarisiert. In einem starken Magnetfeld von 10 mT beträgt die induzierte Magnetfeldstärke auf der Granitoberfläche weniger als 0,001 mT, während sie auf der Oberfläche von Gusseisen über 8 mT beträgt. Diese natürliche antimagnetische Eigenschaft schafft eine reine Messumgebung für IC-Testgeräte und schützt diese vor externen elektromagnetischen Störungen wie Werkstattmotoren und HF-Signalen. Sie eignet sich besonders für Testszenarien, die extrem empfindlich auf elektromagnetisches Rauschen reagieren, wie z. B. Quantenchips und hochpräzise ADCs/DACs.
Drittens hat die praktische Anwendung bemerkenswerte Ergebnisse erzielt
Die Praxis zahlreicher Halbleiterunternehmen hat den Nutzen von Granitbasen voll unter Beweis gestellt. Ein weltweit renommierter Hersteller von Halbleiterprüfgeräten setzte in seiner High-End-5G-Chip-Testplattform auf Granitbasen und erzielte damit erstaunliche Ergebnisse: Die Positioniergenauigkeit der Prüfkarte erhöhte sich von ±5 μm auf ±1 μm, die Standardabweichung der Testdaten verringerte sich um 70 %, und die Fehlerquote pro Einzeltest sank deutlich von 0,5 % auf 0,03 %. Gleichzeitig ist die Vibrationsunterdrückung bemerkenswert. Das Gerät kann den Test starten, ohne auf das Abklingen der Vibration warten zu müssen. Dadurch verkürzt sich der einzelne Testzyklus um 20 % und die jährliche Produktionskapazität steigt um über 3 Millionen Wafer. Zudem hat die Granitbasis eine Lebensdauer von über 10 Jahren und erfordert keine häufige Wartung. Im Vergleich zu Metallbasen reduzieren sich die Gesamtkosten um mehr als 50 %.
Viertens: Anpassung an Branchentrends und Weiterentwicklung der Testtechnologie
Mit der Entwicklung fortschrittlicher Gehäusetechnologien (wie Chiplets) und dem Aufkommen neuer Bereiche wie Quantencomputerchips steigen die Anforderungen an die Geräteleistung bei IC-Tests weiter. Auch Granitsockel werden ständig weiterentwickelt und verbessert. Durch Oberflächenbeschichtungen zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit oder die Kombination mit piezoelektrischer Keramik zur aktiven Schwingungskompensation und andere technologische Durchbrüche entwickeln sie sich in eine präzisere und intelligentere Richtung. Granitsockel werden auch in Zukunft mit ihrer herausragenden Leistung die technologische Innovation der Halbleiterindustrie und die hochwertige Entwicklung „chinesischer Chips“ sichern.
Die Wahl einer Granitbasis bedeutet eine präzisere, stabilere und effizientere IC-Testlösung. Ob es um die aktuelle Chipprüfung mit fortschrittlichen Prozessen oder die zukünftige Erforschung modernster Technologien geht, die Granitbasis wird eine unersetzliche und bedeutende Rolle spielen.
Veröffentlichungszeit: 15. Mai 2025