Почему термостабильность критически важна для точности испытаний и выхода годной продукции
Как температурные изменения менее чем на один градус вызывают ложные сбои и дрейф измерений
В рамках одного цикла тестирования полупроводниковой пластины температурные колебания менее чем на 1 градус вызывают серьёзные проблемы. Такие колебания приводят к смещению пробных плат. При смещении пробных плат электрические контакты теряют точную соосность, из-за чего исправные микросхемы ошибочно отбраковываются. Одновременно измерительные приборы также теряют стабильность вследствие изменения теплового сопротивления и начинают выдавать неточные показания (явление «дрейфа носа»). Например, температурный дрейф на 0,5 °C вызывает изменение ширины запрещённой зоны кремния примерно на 0,3 %, что приводит к систематическим ошибкам во всех параметрических измерениях. Вследствие всех этих тепловых нестабильностей снижаются как процент прохождения тестов, так и надёжность готовой продукции. Поэтому производителям приходится инвестировать значительные средства в чрезвычайно точные системы термоконтроля, обеспечивающие стабильную температуру и предотвращающие серьёзные и дорогостоящие ошибки. электрическая ланч-бокс для подогрева пищи, настольный подогреватель еды, компактный контейнер-подогреватель для пищи
Эмпирические данные показали, что при поддержании стабильности температуры в пределах ±0,1 °C средний выход годных изделий при тестировании логических пластин диаметром 300 мм увеличивается на 2,3 %.
Исследования в отрасли показали, что существует корреляция между стабильностью температуры в помещении и уровнем производительности пластины. В прошлом году в журнале Semiconductor Testing Journal было отмечено, что на испытательных участках для логических пластин диаметром 300 мм выход годных изделий увеличился на 2,3 % при стабилизации температуры в пределах ±0,1 °C. Почему это происходит? Более узкие температурные диапазоны означают снижение количества ложноотрицательных результатов. По оценкам, повышение выхода годных пластин всего на 1 % позволяет восстановить продукцию стоимостью в миллионы долларов в условиях крупномасштабного производства. Именно поэтому компании используют в процессе изготовления полупроводников охладители с регулируемой температурой. Такие охладители способны устанавливать и поддерживать температуру с точностью до 1 °C и оказывают наиболее значимое влияние на контроль качества (QC) и финансовые показатели компании (P&L).
Преимущества первой инновации в области охладителей для полупроводников с регулируемой температурой
+/- 0,1 °C точность с функцией настройки ПИД-регулятора в реальном времени и обратной связью от двух датчиков
Vo vremya ispytanij s poluprovodnikami i podobnymi tehnologijami kolebanija moshhnosti mogut privodit' k polucheniju lozhnyh dannyh. Po etoj prichine pri ispytanii tverdyh sostavov neobhodimo osobyj akcent delat' na stabil'nosti temperatury. Bol'shinstvo ispytatel'nyh sred ispol'zuet sistemu obratnoj svjazi s dvumja datchikami. Takaja sistema ispol'zuet datchik na vkhode i datchik na vykhode. V dopolnenie k etomu, v ispytatel'nyh sredah ispol'zujutsja PID-reguljatory dlja vnesenija korrektiv v real'nom vremeni. Eta tehnologija v sochetanii s patentirovannymi metodami ispytanij reshaet problemu teplovogo zapolnenija, nad kotoroj inzhenery potratili chasy. Tochnost' PID-reguljatora pozvoljaet podderzhivat' stabil'nuju temperaturu dazhe pri rezkih izmenenijakh raboty ispytatel'nogo oborudovanija. Odna tret' oshibki izmerenij pri ispytanijah, izmerjaemoj kak smeshhenie pokazanij, byla rezul'tatom povyshennoj tochnosti sistemy obratnoj svjazi s dvumja datchikami v sravnenii s bolee starymi sistemami. V dopolnenie k povyshennoj tochnosti ispytanij sistemy obratnoj svjazi s datchikami i upravlenija teplovym zapolneniem prodlevajut srok sluzhby i funkcionirovanie ispytatel'nogo oborudovanija, snizhaja kolichestvo ciklov, kotorye prohodit kompressor. Bol'shinstvo inzhenerov znajut, chto srok sluzhby ispytatel'noj ustanovki rezko sokrashhaetsja iz-za pererывov temperatury, voznikajushhih v rezul'tate ciklicheskogo vklyucheniya i vyzklyuchenija kompressorov. elektricheskij obedomnyj kontejner dlja razogreva pishhi, stacionarnyj obogrevatel' pishhi, kompaktnyj kontejner dlja razogreva pishhi
Улучшение результатов и повышение долговечности инструментов — вот главная цель данной конфигурации.
Чтобы предотвратить взаимное влияние испытательных станций из-за нежелательного теплового воздействия, мы применяем многоканальную тепловую изоляцию.
При массовом тестировании пластин мы используем параллельное тестирование. Однако тепловое перекрёстное взаимодействие между испытательными отсеками может привести к неточным результатам тестирования. Многоканальная тепловая изоляция разработана для предотвращения такого взаимодействия: каждый испытательный отсек оснащён собственными насосами, теплообменниками и регуляторами потока. Благодаря этому температурные колебания на каждой испытательной станции поддерживаются на одном заданном уровне, а перекрёстное тепловое влияние исключается. электрическая ланч-бокс для подогрева пищи, настольный подогреватель еды, компактный контейнер-подогреватель для пищи
Стратегия изоляции: температурные колебания и их влияние на выход годных изделий
Один контур > 1,0 °C; потеря 3–5 %
Многоканальный < 0,05 °C; прирост 1,2 %
Исследование, посвящённое тепловому управлению в полупроводниковых устройствах и проведённое в 2023 году, показало, что применение изолированных каналов теплового управления при многосайтовом тестировании на испытательных участках позволило сократить количество ложных сбоев на 19 %. Кроме того, конструкция изолированных каналов теплового управления предотвращает взаимные помехи и упрощает техническое обслуживание, поскольку каждый канал теплового управления может обслуживаться отдельно без остановки всего производственного процесса.
Холодильные агрегаты с температурным контролем на основе полупроводниковых элементов должны обладать высоким уровнем надёжности конструкции, чтобы избежать единичных точек отказа, способных вывести систему из строя в ходе испытаний. В отрасли наблюдается тенденция к использованию двух насосов и двух компрессоров: если основной компонент выходит из строя, в работу включается резервный, предотвращая нежелательные колебания температуры. Кроме того, прогнозирующее техническое обслуживание становится стандартом для холодильных агрегатов. Они способны анализировать вибрацию и поток рабочих жидкостей и выявлять потенциальные неисправности до их возникновения. Некоторые полупроводниковые фабрики сообщают о снижении объёма незапланированных простоев на 30 % благодаря такому мониторингу. Более того, стабильное рабочее состояние критически важно для прогнозирующего технического обслуживания холодильных агрегатов. Для поддержания температуры с точностью до одной десятой градуса Цельсия в них применяются специальные регулирующие клапаны, а также возможна динамическая корректировка параметров ПИД-регулирования в реальном времени для обеспечения быстрой реакции на изменение нагрузки. Множество встроенных защитных мер действительно продлевают срок службы оборудования и сводят к минимуму негативное влияние ложноотрицательных результатов диагностики на производственные циклы, как это зафиксировано в отраслевых отчётах по состоянию оборудования.
Полупроводниковые холодильные агрегаты с температурным контролем и влияние снижения теплового напряжения на срок службы оборудования
Деградация пробных платок снижена на 37 % (медиана)
Испытания кремниевых пластин сопровождаются быстрыми и резкими изменениями температуры, что приводит к термическому циклическому усталостному повреждению пробных плат и быстрому механическому разрушению зондов. Однако при использовании в сочетании с механическими холодильными установками, специально предназначенными для полупроводниковых устройств, снижаются проблемы, связанные с термическими циклами и механическим разрушением паяных соединений, усталостными повреждениями и трещинами в зондах и проводах. Срок службы компонентов обычно указывается производителем; в вашем случае средний срок службы компонентов увеличивается на 100 % при снижении рабочей температуры на 10 °C. Что касается пробных плат, их эксплуатационный срок значительно превышает периодичность их замены. Холодильные установки, обеспечивающие термическую стабильность в пределах ±0,1 °C, позволяют получить окупаемость инвестиций за счёт увеличения эксплуатационного срока пробных плат. Увеличение эксплуатационного срока испытательного оборудования вследствие снижения термического циклического усталостного воздействия подтверждено данными полевых испытаний на крупных логических испытательных площадках с высоким объёмом производства. При использовании соответствующего оборудования эксплуатационный срок испытательного оборудования может быть увеличен на 37 %. Кроме того, снижение термического циклического усталостного воздействия приводит к необходимости менее частой калибровки оборудования, что обеспечивает более стабильную и предсказуемую его эксплуатацию.
ЧаВО
Какое влияние оказывает термостабильность на оценку полупроводниковых изделий?
При оценке полупроводниковых изделий термостабильность имеет решающее значение, поскольку она обеспечивает правильное позиционирование электрических контактов, получение стабильных измерительных значений и предотвращает отбраковку исправных кристаллов как дефектных.
Какое влияние оказывает точность поддержания температуры на выход годных пластин (wafer yields)?
Повышение точности контроля температуры, особенно в диапазоне ±0,1 °C, является одним из наиболее важных факторов повышения выхода годных пластин, поскольку это устраняет опасения, связанные с дрейфом измерений и ложно-негативными результатами. Сообщается, что повышение выхода годных пластин для логических пластин диаметром 300 мм достигло 2,3 %.
Какова цель резервирования в холодильных установках с регулируемой температурой?
В чиллерах избыточность позволяет обеспечить непрерывную работу за счёт резервных систем, таких как два насоса и два компрессора. Это снижает вероятность резких изменений температуры, вызванных отказами системы.