In der heutigen Zeit, mit der rasanten Entwicklung der Halbleiterindustrie, ist das IC-Testing ein entscheidender Faktor für die Chip-Performance. Seine Genauigkeit und Stabilität beeinflussen direkt die Chip-Ausbeute und die Wettbewerbsfähigkeit der Branche. Da die Chipfertigungsprozesse immer weiter in Richtung 3 nm, 2 nm und noch fortschrittlicherer Strukturgrößen fortschreiten, steigen die Anforderungen an die Kernkomponenten von IC-Testgeräten stetig. Granitsockel mit ihren einzigartigen Materialeigenschaften und Leistungsvorteilen haben sich dabei als unverzichtbarer Partner für IC-Testgeräte erwiesen. Welche technische Logik steckt dahinter?
I. Die „Unfähigkeit, damit umzugehen“ traditioneller Basen
Beim IC-Testprozess muss die Ausrüstung die elektrischen Eigenschaften der Chip-Pins, die Signalintegrität usw. im Nanobereich präzise erfassen. Herkömmliche Metallbasen (wie Gusseisen und Stahl) haben sich jedoch in der Praxis als problematisch erwiesen.
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 geringfügige Änderungen der Umgebungstemperatur können zu einer signifikanten Ausdehnung und Kontraktion des Metallgehäuses führen. Beispielsweise kann sich ein ein Meter langes Gusseisengehäuse bei einer Temperaturänderung von 10 °C um bis zu 100 µm ausdehnen und zusammenziehen. Solche Dimensionsänderungen reichen aus, um die Testsonde nicht mehr korrekt mit den Chip-Pins auszurichten, was zu schlechtem Kontakt und somit zu einer Verfälschung der Messdaten führt.
Andererseits ist die Dämpfungsleistung des Metallfußes gering, wodurch die beim Gerätebetrieb entstehende Vibrationsenergie nur schwer abgebaut werden kann. Bei Hochfrequenzsignalprüfungen führen kontinuierliche Mikroschwingungen zu erheblichem Rauschen und erhöhen den Fehler bei der Signalintegritätsprüfung um mehr als 30 %. Zudem weisen Metalle eine hohe magnetische Suszeptibilität auf und neigen zur Kopplung mit den elektromagnetischen Signalen des Prüfgeräts. Dies verursacht Wirbelstromverluste und Hystereseeffekte, die die Genauigkeit präziser Messungen beeinträchtigen.
II. Die „extreme Festigkeit“ von Granitfundamenten
Höchste thermische Stabilität als Grundlage für präzise Messungen
Granit entsteht durch die feste Verbindung von Mineralkristallen wie Quarz und Feldspat über ionische und kovalente Bindungen. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist mit nur 0,6–5 × 10⁻⁶/°C extrem niedrig und beträgt etwa die Hälfte bis ein Zwanzigstel desjenigen metallischer Werkstoffe. Selbst bei einer Temperaturänderung von 10 °C beträgt die Ausdehnung und Kontraktion der 1 Meter langen Granitbasis weniger als 50 nm, was nahezu einer Verformung von null entspricht. Gleichzeitig liegt die Wärmeleitfähigkeit von Granit bei nur 2–3 W/(m·K) und ist damit weniger als ein Zwanzigstel derjenigen von Metallen. Dadurch wird die Wärmeleitung des Geräts effektiv verhindert, die Oberflächentemperatur der Basis gleichmäßig gehalten und sichergestellt, dass die Messsonde und der Chip stets eine konstante relative Position beibehalten.
2. Die extrem starke Vibrationsdämpfung schafft eine stabile Testumgebung.
Die einzigartigen Kristallfehler und die Gleitstruktur der Korngrenzen im Granit verleihen ihm eine hohe Energiedissipationskapazität mit einem Dämpfungsgrad von bis zu 0,3–0,5, was mehr als dem Sechsfachen des Wertes einer Metallbasis entspricht. Experimentelle Daten zeigen, dass die Schwingungsdämpfungszeit der Granitbasis unter einer Schwingungsanregung von 100 Hz nur 0,1 Sekunden beträgt, während die der Gusseisenbasis 0,8 Sekunden beträgt. Dies bedeutet, dass die Granitbasis Schwingungen, die durch das An- und Abschalten von Geräten, äußere Einwirkungen usw. verursacht werden, sofort unterdrücken und die Schwingungsamplitude der Testplattform auf ±1 μm begrenzen kann. Dadurch wird 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 Elektronen im Inneren liegen paarweise in chemischen Bindungen vor und werden durch externe Magnetfelder nahezu nie polarisiert. In einem starken Magnetfeld von 10 mT beträgt die induzierte Magnetfeldstärke an der Oberfläche von Granit weniger als 0,001 mT, während sie an der Oberfläche von Gusseisen über 8 mT erreicht. Diese natürliche antimagnetische Eigenschaft schafft eine reine Messumgebung für IC-Testgeräte und schützt diese vor externen elektromagnetischen Störungen wie beispielsweise durch Werkstattmotoren und HF-Signale. Granit eignet sich besonders für Testszenarien, die extrem empfindlich auf elektromagnetisches Rauschen reagieren, wie etwa Quantenchips und hochpräzise ADCs/DACs.
Drittens hat die praktische Anwendung bemerkenswerte Ergebnisse erzielt.
Die Praxis zahlreicher Halbleiterunternehmen hat den Wert von Granitbasen eindrucksvoll unter Beweis gestellt. Nachdem ein weltweit renommierter Hersteller von Halbleitertestgeräten eine Granitbasis in seine High-End-5G-Chip-Testplattform integriert hatte, erzielte er erstaunliche Ergebnisse: Die Positioniergenauigkeit der Prüfkarte verbesserte sich von ±5 µm auf ±1 µm, die Standardabweichung der Testdaten sank um 70 % und die Fehlerrate pro Test ging signifikant von 0,5 % auf 0,03 % zurück. Gleichzeitig ist die Vibrationsdämpfung bemerkenswert. Das Gerät kann den Test starten, ohne auf das Abklingen der Vibrationen warten zu müssen. Dadurch verkürzt sich der Testzyklus um 20 % und die jährliche Produktionskapazität steigt um über 3 Millionen Wafer. Darüber hinaus hat die Granitbasis eine Lebensdauer von über 10 Jahren und ist wartungsarm. Im Vergleich zu Metallbasen reduzieren sich die Gesamtkosten um mehr als 50 %.
Viertens, sich an industrielle Trends anpassen und die Modernisierung der Testtechnologie vorantreiben.
Mit der Entwicklung fortschrittlicher Packaging-Technologien (wie Chiplets) und dem Aufstieg neuer Anwendungsgebiete wie Quantencomputerchips steigen die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von IC-Bauelementen im Testbereich kontinuierlich. Auch Granitbasen werden stetig weiterentwickelt und verbessert. Durch Oberflächenbeschichtungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit oder die Kombination mit piezoelektrischer Keramik zur aktiven Vibrationskompensation und andere technologische Durchbrüche bewegen sie sich in Richtung präziserer und intelligenterer Lösungen. Auch in Zukunft werden Granitbasen mit ihrer herausragenden Leistungsfähigkeit die technologische Innovation der Halbleiterindustrie und die qualitativ hochwertige Entwicklung chinesischer Chips sichern.
Die Wahl einer Granitbasis bedeutet die Wahl einer präziseren, stabileren und effizienteren IC-Testlösung. Ob es um die Prüfung aktueller, fortschrittlicher Chips oder die zukünftige Erforschung zukunftsweisender Technologien geht – die Granitbasis wird eine unersetzliche und bedeutende Rolle spielen.
Veröffentlichungsdatum: 15. Mai 2025