Miten puolijohdekäyttöinen lämpötilasäädettävä jäähdytin parantaa luotettavuutta?

Miksi lämpötilan vakaus on olennainen testitarkkuuden ja tuottavuuden kannalta

Kuinka alle asteen lämpötilamuutokset aiheuttavat vääriä hylkäyksiä ja mittausvirheitä

Yhden puolijohdelevyn testikierroksen aikana alle yhden asteen lämpötilamuutokset aiheuttavat merkittäviä ongelmia. Nämä muutokset voivat saada tutkakortit siirtymään. Kun tutkakortit siirtyvät, sähköiset kosketukset voivat jäädä väärään asentoon, mikä johtaa siihen, että todellisia positiivisia piirejä hylätään virheellisesti. Samanaikaisesti myös mittauslaitteet alkavat poiketa lämpövastuksen muuttuessa ja alkaa mitata virheellisesti (nose-drift). Esimerkiksi 0,5 °C:n poikkeama vaikuttaa piin energiavälille noin 0,3 %:n verran, mikä johtaa lähes kaikkien suoritettavien parametritestien virheelliseen tulokseen. Kaikkien näiden lämpötilaepäjatkuvuuksien vuoksi testihitsit ja tuotteen luotettavuus vähenevät huomattavasti. Siksi valmistajien on sijoitettava suuria summia erinomaisen tarkkoihin lämpötilasäätöjärjestelmiin, jotka varmistavat vakaa lämpötila ja estävät vakavia ja kalliita virheitä.

Empiiriset tiedot ovat osoittaneet, että kun lämpötilan vakaus säilyy ±0,1 °C:n sisällä, 300 mm logiikkapienlevyjen testauksessa keskimääräinen saanto kasvaa 2,3 %.

Teollisuuden tutkimukset ovat osoittaneet, että huoneen lämpötilan vakaus ja piirisirjan suorituskyky ovat keskenään korreloivia. Viime vuonna Semiconductor Testing Journal -lehti ilmoitti, että 300 mm:n logiikkapiirisirjojen testauslaitoksissa saavutettiin 2,3 %:n tuottolisäys, kun lämpötila pidettiin vakautettuna ±0,1 °C:n vaihteluvälillä. Miksi tämä tapahtuu? Tiukemmat lämpötilavälit tarkoittavat vähemmän väärin negatiivisia tuloksia. Arvioidaan, että vain 1 %:n lisäys piirisirjojen tuotannossa voi pelastaa miljoonia dollareita arvoisia tuotteita suurmittaisissa valmistusoperaatioissa. Yritykset käyttävät puolijohdetuotteiden valmistuksessa lämpötilaa säädettäviä jäähdyttimiä juuri tästä syystä. Nämä jäähdyttimet voivat asettaa ja pitää lämpötilan vakautettuna 1 °C:n tarkkuudella ja niillä on suurin vaikutus laadunvalvontaan (QC) sekä yrityksen tuloslaskelmaan (P&L).

Ensimmäisen puolijohdealan lämpötilaa säädettävän jäähdyttimen innovaation edut

+/– 0,1 °C:n tarkkuus reaaliaikaisella PID-säädöllä ja kahden anturin takaisinkytkennällä

Testauksessa puolijohteita ja vastaavia teknologioita käytettäessä tehon vaihtelut voivat aiheuttaa virheellisiä tietoja. Siksi kiinteän tilan testauksessa on erityisen tärkeää keskittyä lämpötilan vakautta. Useimmat testausympäristöt käyttävät kaksinkertaista anturipalautteesta koostuvaa järjestelmää. Tämä järjestelmä käyttää sekä sisäänmenon että ulosmenon anturia. Lisäksi testausympäristöt hyödyntävät PID-säätimiä reaaliaikaisiin säädöksiin. Tämä teknologia yhdessä omien testausmenetelmien kanssa ratkaisee lämpöhäviön viiveongelman, johon insinöörit käyttävät tunteja ratkaistakseen. PID-säätimen tarkkuus mahdollistaa lämpötilan pysymisen vakautena myös silloin, kun testilaitteiston toiminnassa tapahtuu nopeita muutoksia. Kolmasosa testimittausvirheestä, joka mitataan mittausviiveenä, johtui kaksinkertaisen anturipalautteen tarkkuudesta vanhempiin järjestelmiin verrattuna. Lisäksi testitarkkuuden parantamisen lisäksi anturipalautteesta ja lämpöhäviön viivejärjestelmistä saadaan pidempi käyttöikä ja parempi toimivuus testilaitteistolle, sillä kompressorien kiertokertojen määrä vähenee. Useimmat insinöörit tietävät, että testiyksikön käyttöikä lyhenee merkittävästi lämpötilan huippujen vuoksi, jotka syntyvät kompressorien päälle- ja pois-päälle kytkentästä.

Tämä asetelma keskittyy kokonaan työkalujen parempiin tuloksiin ja pidemmälle kestävyyteen.

Testausasemien välisen lämpövuodon aiheuttaman häiriön estämiseksi käytämme monikanavaisia lämpöeristysratkaisuja.

Kun testataan suuria määriä piirisilikooneja, käytämme rinnakkaista testausta. Kuitenkin lämpövuodon aiheuttama häiriö testausalueiden välillä voi johtaa virheellisiin testituloksiin. Monikanavainen lämpöeristys on suunniteltu estämään tällainen häiriö varmistamalla, että jokaisella testausalueella on omat pumput, lämmönvaihtimet ja virtauksen säätimet. Näin jokaisen testausaseman lämpötilavaihtelut pysyvät yhdessä määritellyssä arvossa, eikä lämpövuodon aiheuttamaa ristihäiriötä esiinny.

Eristysstrategia: Lämpötilavaihteluiden vaikutus tuottavuuteen

Yksikanavainen silmukka > 1,0 °C: 3–5 % menetystä

Monikanavainen < 0,05 °C: 1,2 % lisäystä

Vuonna 2023 tehty tutkimus puolijohdemateriaalien lämmönhallinnasta osoitti, että eristettyjen lämmönhallintakanavien käyttö monipaikkaisessa testauksessa testauslaitoksissa vähensi vääriä hylkäyksiä 19 prosentilla. Lisäksi eristettyjen lämmönhallintakanavien suunnittelu estää ristihäiriöitä ja yksinkertaistaa huoltoa siten, että lämmönhallintakanavaa voidaan huoltaa yksittäin ilman, että koko tuotantoprosessi on pysäytettävä.

Puolijohdepiirien lämpötilaa säädettävien jäähdytinten on oltava hyvin suunniteltuja ja luotettavia, jotta vältetään yksittäiset viankohtapisteet, jotka voivaisivat saada koko järjestelmän pysähtymään kesken testin. Teollisuuden suuntaus on käyttää kaksinkertaisia pumppuja ja kaksinkertaisia kompressoreita, jotta jos pääkomponentissa ilmenee vika, varakomponentti ottaa välittömästi käyttöön ja estää ne hankalat lämpötilan vaihtelut. Lisäksi ennakoiva huolto on tulossa yleiseksi jäähdyttimissä: ne voivat analysoida käyttönesteen värähtelyä ja virtausta sekä tunnistaa mahdollisia ongelmia ennen kuin ne syntyvät. Joissakin puolijohdetehdasalueilla (fab) on raportoitu 30 %:n vähenemä suunnittelemattomasta käytöstä tämän seurannan ansiosta. Lisäksi vakaa toimintatila on ratkaisevan tärkeä ennakoivan huollon toteuttamisessa jäähdyttimissä. Niissä on erityisiä säätöventtiilejä, joilla lämpötilaa voidaan pitää tarkkuudella ±0,1 °C, ja niissä voidaan muuttaa PID-säädön asetuksia reaaliajassa, mikä mahdollistaa nopeat kuorman muutokset. Jäähdyttimiin rakennettujen lukuisien suojaustoimenpiteiden avulla laitteiston elinikää todellakin pidentyy ja tuotantokierroksille aiheutuvaa haittaa vääristä negatiivisista tuloksista pienennetään merkittävästi, kuten teollisuusraporteissa laitteiston kunnon osalta on dokumentoitu.

Puolijohdeperusteiset lämpötilasäädetyt jäähdyttimet ja vähentetyn lämpöjännityksen vaikutus laitteiston käyttöiän pituuteen

Tutkapäätyjen rappeutuminen vähenee 37 % mediaanin mukaan

Wafer-testauksen tuloksena esiintyy nopeita ja äärimmäisiä lämpötilan muutoksia, jotka aiheuttavat lämpösyklisen väsymisen piiritestipinnoissa ja nopean mekaanisen hajoamisen testauskoekappaleiden kokoelmissa. Kuitenkin yhdessä erityisesti puolijohdemateriaalien käyttöön tarkoitettujen mekaanisten jäähdyttimien kanssa lämpösyklien ja liitospisteiden mekaanisen hajoamisen, väsymyksen sekä koekappaleiden ja johdinlankojen halkeamien ongelmat vähenevät. Komponenttien käyttöikä ilmoitetaan usein, ja teidän tapauksessanne komponenttien keskimääräinen käyttöikä kasvaa 100 %, kun käyttölämpötilaa alennetaan 10 astetta Celsius-asteikolla. Piiritestipinnojen osalta käyttöikä on huomattavasti pidempi kuin vaihtosykli. Jäähdyttimet, jotka säilyttävät lämpötilan vakautta ±0,1 asteen Celsius-asteikolla, tuottavat sijoitukselle tuottoa, koska piiritestipinnojen käyttöikä kasvaa. Testauslaitteiston käyttöiän kasvu, joka johtuu vähentyneestä lämpösyklisestä väsymyksestä, on todettu kenttätestausaineistossa suurten loogisten testauspaikkojen toiminnasta. Oikeilla laitteilla testauslaitteiston käyttöikää voidaan lisätä 37 %. Lisäksi vähentyneen lämpösyklisen väsymyksen ansiosta laitteiston uudelleenkalibrointia tarvitaan vähemmän, mikä johtaa laitteiston toiminnallisessa johdonmukaisuudessa parannukseen.

UKK

Mikä on lämpövakauden vaikutus puolijohdearvioinneissa?
Puolijohdearvioinneissa lämpövakaus on olennainen, koska se mahdollistaa sähkökontaktien oikean sijoittelun, vakaiden mittausarvojen saamisen ja estää hyvien piirien hylkäämisen viallisina.

Mikä on lämpötilatarkkuuden vaikutus piirisilicon tuottavuuteen?
Lämpötilan säädön tarkentuminen, erityisesti ±0,1 °C:n alueella, on yksi tärkeimmistä tekijöistä tuottavuuden parantamisessa, sillä se lievittää mittausvirheiden siirtymisen ja virheellisen negatiivisuuden huolta. 300 mm:n logiikkapiirisilicon tuottavuuden parantumiseksi on ilmoitettu saavutetun jopa 2,3 %:n lisäyksen.

Mikä on tarkoitus käyttää lämpötilasäädetyssä jäähdytysjärjestelmässä redundanssia?
Jäähdytyslaitteissa varmuusvaraus mahdollistaa toiminnan jatkumisen keskeytymättä varajärjestelmien, kuten kaksinkertaisten pumppujen ja kaksinkertaisten puristimien, avulla. Tämä vähentää äkillisten lämpötilamuutosten todennäköisyyttä, joita järjestelmän viat voivat aiheuttaa.