EN
Защо температурната стабилност е съществена за точността на тестването и добива
Как промените в температурата под един градус предизвикват фалшиви откази и отклонения в измерванията
В рамките на един тестов цикъл за полупроводникови пластина субградусните температурни промени ще предизвикат значителни проблеми. Тези промени могат да причинят преместване на пробните карти. Когато пробните карти се преместят, електрическите контакти могат да се разместят, което води до неправилно отхвърляне на чипове, които всъщност са функционални. Едновременно с това измервателните инструменти също ще се отклоняват поради промени в термичното съпротивление и ще започнат да извършват неточни измервания („носово отклонение“). Например отклонение от 0,5 °C влияе върху ширината на забранената зона на кремния така, че тя се променя приблизително с 0,3 %, което води до неточни измервания почти на всички параметри, които тестваме. Поради всички тези термични несъответствия ефективността на тестването и надеждността на продукта се намаляват значително. Следователно производителите трябва да инвестират големи суми в изключително прецизни системи за термичен контрол, които осигуряват стабилна температура, за да се избегнат сериозни и скъпи грешки.
Емпиричните данни показват, че когато стабилността на температурата се поддържа в рамките на ±0,1 °C, средният добив при тестване на логически фолио с диаметър 300 mm се увеличава с 2,3%.
Индустриалните проучвания показват, че съществува корелация между стабилността на температурата в помещението и нивото на производителност на пластините (wafer). Миналата година списанието „Semiconductor Testing Journal“ посочи, че тестовите центрове за логически пластини с диаметър 300 мм отбелязали увеличение на добива с 2,3 %, когато температурата била стабилизирана в рамките на ±0,1 °C. Защо се наблюдава този ефект? По-тесните температурни диапазони означават намаляване на грешните отрицателни резултати, които могат да възникнат. Оценено е, че дори 1 % повече добив от пластини може да компенсира милиони долари стойност продукция в големи производствени операции. Поради тази причина компаниите използват температурно контролирани охладители за полупроводникови устройства по време на производствения процес. Тези охладители могат да задават и поддържат температурата с точност до 1 °C и оказват най-значимото влияние върху качествения контрол (QC) и финансовата отчетност (P&L) на бизнеса.
Предимствата на първата иновация в областта на температурно контролираните охладители за полупроводникови устройства
+/– 0,1 °C точност с реално време PID настройка и обратна връзка от двойни сензори
По време на тестване с полупроводници и подобни технологии, колебанията в захранването могат да доведат до неточни данни. Поради тази причина, тестването на твърдотелни устройства изисква критично внимание към стабилността на температурата. Повечето тестващи среди използват система за обратна връзка с два сензора. Тази система използва както сензор от входа, така и сензор от изхода. Освен това, тестващите среди използват PID регулатори за извършване на корекции в реално време. Тази технология, в комбинация със собствени методи за тестване, елиминира проблема с термичното закъснение, който инженерите прекарват часове, за да решат. Точността на PID регулатора позволява температурите да остават стабилни дори при бързи промени в работата на тестващото оборудване. Една трета от грешката при тестване, измерена като дрейф на измерването, се дължеше на по-високата точност на системата с обратна връзка чрез двойни сензори в сравнение с по-старите системи. Освен повишаването на точността при тестване, системите за обратна връзка чрез сензори и за термично закъснение увеличават живота и функционалността на тестващото оборудване, като намаляват броя на циклите, през които минават компресорите им. Повечето инженери знаят, че животът на един тестващ блок рязко намалява поради температурните пикове, които възникват в резултат от включването и изключването на компресорите.
Подобрени резултати и по-дълъг срок на експлоатация на инструментите — това е основната цел на тази конфигурация.
За да се предотврати взаимното влияние на изпитателните станции поради нежелана топлина, използваме термична изолация с множество канали.
При масовото тестване на пластини (wafer) прилагаме паралелно тестване. Въпреки това термичното кръстосано влияние между изпитателните боксове може да доведе до неточни резултати от тестването. Термичната изолация с множество канали е проектирана така, че да избегне подобно влияние, като гарантира, че всеки изпитателен бокс разполага със собствени помпи, топлообменници и регулатори на потока. По този начин термичните отклонения във всяка изпитателна станция се поддържат на една точно определена стойност и се предотвратява техното кръстосано термично влияние.
Стратегия за изолация: Влияние на температурните отклонения върху добива
Единичен контур > 1,0 °C — загуба от 3–5 %
Многоканален < 0,05 °C — печалба от 1,2 %
Проучване, фокусирано върху термичното управление на полупроводници и проведено през 2023 г., показа, че термичното управление чрез изолирани канали по време на многосайтово тестване в тестващи центрове води до 19 % по-малко фалшиви откази. Освен това конструкцията на изолираните канали за термично управление предотвратява кръстосано влияние и опростява поддръжката, като позволява обслужването на канала за термично управление индивидуално, без да се спира целият производствен процес.
Хладилните агрегати с температурно регулиране чрез полупроводникови елементи трябва да притежават високо ниво на надеждност в конструкцията, за да се избегнат единични точки на отказ, които биха могли да доведат до спиране на системата по време на тестовете. Индустриалният тренд е използването на двойни помпи и двойни компресори, така че при повреда на основния компонент резервният автоматично встъпва в действие и предотвратява нежеланите температурни колебания. Освен това предиктивното поддръжане става все по-разпространено при хладилни агрегати. Те могат да анализират вибрациите и потока на работните течности и да идентифицират потенциални проблеми още преди те да възникнат. Някои фабрики съобщават за намаляване с 30 % на неплануваното просто стояне благодарение на този вид мониторинг. По-нататък, поддържането на стабилно работно състояние е от решаващо значение за предиктивното поддръжане при хладилни агрегати. Те са оборудвани със специални регулиращи клапани, които осигуряват поддържане на температурата в рамките на една десета градуса Целзий, както и с възможност за динамична промяна на настройките на ПИД-регулатора, за да се осигури бързо реагиране при промени в товара. Многобройните защитни мерки, вградени в хладилните агрегати, наистина удължават живота на оборудването и минимизират негативното влияние, което лъжливо-отрицателните резултати оказват върху производствените цикли, както е документирано в индустриални доклади относно състоянието на оборудването.
Полупроводникови чилъри с температурен контрол и влиянието на намаления топлинен стрес върху живота на хардуера
Деградацията на пробните карти е намалена с 37% (медиана)
Тестването на пластини води до бързи и екстремни температурни промени, които предизвикват термична циклична умора на пробните карти и бързо механично разрушаване на пробните съединения. Въпреки това, в комбинация с механични чилъри, специално използвани за полупроводникови устройства, проблемите, свързани с термичното циклиране и механичното разрушаване на оловно-касиевите връзки, умората и пукнатините в пробите и проводниците, се намаляват. Срокът на експлоатация на компонентите често се публикува и във вашия случай средният срок на експлоатация на компонентите се удвоява при намаляване на работната температура с 10 градуса по Целзий. По отношение на пробните карти експлоатационният им живот е значително по-дълъг от цикъла за подмяна. Чилърите, които осигуряват термична стабилност в диапазона ±0,1 градуса по Целзий, осигуряват възвръщаемост на инвестициите поради увеличения експлоатационен живот на пробните карти. Увеличенията в експлоатационния живот на тестовото оборудване като резултат от намаляване на термичната циклична умора са посочени в данните от полеви изпитания на обекти за логическо тестване с висок обем. С подходящото оборудване експлоатационният живот на тестовото оборудване може да се увеличи с 37 %. Освен това, при намаляване на термичната циклична умора се изисква по-малко повторно калибриране на оборудването, което води до подобряване на експлоатационната му последователност.
Често задавани въпроси
Какъв е ефектът от термичната стабилност при оценката на полупроводници?
При оценката на полупроводници термичната стабилност е от съществено значение, тъй като осигурява правилното позициониране на електрическите контакти, получаването на стабилни измервателни стойности и избягването на отхвърляне на доброкачествени чипове като дефектни.
Какъв е ефектът от точността на температурата върху добивите от пластини?
Подобрена точност при контрола на температурата, особено в диапазона ±0,1 °C, е един от най-важните фактори за подобряване на добивите, тъй като намалява загрижеността относно дрейфа на измерванията и фалшиво негативните резултати. Подобряването на добива при логически пластини с диаметър 300 мм е съобщено като достигащо до 2,3 %.
Каква е целта на използването на резервни (излишни) охладителни системи с контролирана температура?
При чилърите резервното захранване позволява непрекъснатата работа чрез използването на резервни системи, като например двойни помпи и двойни компресори. Това намалява вероятността от внезапни промени в температурата, предизвикани от отказ на системата.