EN
Kodėl šiluminis stabilumas yra būtinas tikslaus bandymo ir naudingumo koeficiento užtikrinimui
Kaip šiluminės pakaitos mažesnės nei vienas laipsnis sukelia klaidingus nesėkmingus bandymus ir matavimų nuokrypius
Vieno puslaidininkių plokštelės bandymo ciklo metu net mažesni nei 1 laipsnio temperatūros pokyčiai sukelia rimtų problemų. Šie pokyčiai gali sukelti tyrimo kortelių poslinkį. Kai tyrimo kortelės pasislenka, elektriniai kontaktai gali netinkamai susilygiuoti, dėl ko tikri teigiamieji mikroschemos elementai neteisingai būna atmesti. Kartu matavimo įranga taip pat pradės nukrypti dėl šiluminės varžos pokyčių ir pradės neteisingai matuoti („nose-drift“). Pavyzdžiui, 0,5 °C nukrypimas veikia kremnijaus juostos plotį taip, kad jis nukrypsta apie 0,3 %, todėl neteisingai matuojami beveik visi mūsų atliekami parametriniai bandymai. Dėl visų šių šiluminių neatitikimų bandymų tikslumas ir gaminio patikimumas žymiai sumažėja. Todėl gamintojams tenka išleisti daug lėšų į itin tikslų šiluminio valdymo sistemas, kurios užtikrintų pastovią temperatūrą ir išvengtų rimtų bei brangių klaidų.
Empiriniai duomenys parodė, kad palaikant temperatūros stabilumą ±0,1 °C ribose, 300 mm logikos plokštelėms atliekant bandymus vidutinis naudingumo koeficientas padidėja 2,3 %.
Pramonės tyrimai parodė, kad tarp kambario temperatūros stabilumo ir plokštelės (wafer) našumo yra koreliacija. Praeštaisiais „Semiconductor Testing Journal“ pranešė, kad 300 mm loginių plokštelės bandymo įrenginiuose, kai temperatūra buvo stabilizuota ±0,1 °C ribose, padidėjo išėjimas 2,3 %. Kodėl taip vyksta? Tikslesnės temperatūros ribos reiškia mažesnį klaidingai neigiamų rezultatų skaičių. Įvertinta, kad net 1 % didesnis plokštelės išėjimas galėtų atkurti milijonus dolerių vertės produkciją didelėse gamybos operacijose. Būtent todėl įmonės puslaidininkių gamybos procese naudoja temperatūros valdymo aušintuvus. Šie aušintuvai gali nustatyti ir palaikyti temperatūrą su tikslumu iki 1 °C ir taip pasiekti didžiausią poveikį kokybės kontrolės (QC) bei įmonės pelno ir nuostolių (P&L) ataskaitoms.
Pirmosios puslaidininkių temperatūros valdymo aušintuvo inovacijos privalumai
+/- 0,1 °C tikslumas su realiuoju PID reguliavimu ir dviejų jutiklių grįžtamąja ryšio grandine
Bandant puslaidininkus ir panašias technologijas, galimi maitinimo svyravimai, kurie gali sukelti netikslų duomenų gaunimą. Todėl būtina ypač atidžiai stebėti temperatūros stabilumą atliekant kietųjų medžiagų bandymus. Dauguma bandymų aplinkų naudoja dviejų jutiklių grįžtamąjį ryšį. Ši sistema naudoja tiek įeinančiojo, tiek išeinančiojo srauto jutiklius. Be to, bandymų aplinkose naudojami PID reguliatoriai realiuoju laiku atliekant koregavimus. Ši technologija, sujungta su patentuotomis bandymų metodikomis, pašalina šiluminės delsos problemą, kuriai inžinieriai praleidžia valandas. PID reguliatoriaus tikslumas leidžia išlaikyti pastovią temperatūrą net tada, kai bandymų įrangos veikimo režimas staigiai keičiasi. Viena trečdalis visų bandymų matavimo klaidų, matuojamų kaip matavimų nukrypimai, buvo susijusi su dviejų jutiklių grįžtamojo ryšio tikslumu palyginti su senesnėmis sistemomis. Be didesnio bandymų tikslumo, jutiklių grįžtamasis ryšys ir šiluminės delsos sistemos padidina bandymų įrangos tarnavimo laiką ir veikimą, sumažindamos kompresorių ciklų skaičių. Daugelis inžinierių žino, kad bandymų vieneto tarnavimo laikas žymiai sutrumpėja dėl temperatūros šuolių, kurie atsiranda dėl kompresorių įjungimo–išjungimo ciklų.
Šis įrenginys visiškai skirtas pagerinti įrankių našumą ir padidinti jų tarnavimo trukmę.
Kad būtų išvengta netikėtos šilumos poveikio, dėl kurio bandymų stotys gali trukdyti viena kitai, naudojame daugiakanalę šiluminę izoliaciją.
Dideliems plokštėms (wafer) masinio tyrimo metu naudojame lygiagretųjį tyrimą. Tačiau šiluminis sąveikos poveikis tarp tyrimo skyrių gali sukelti netikslius tyrimo rezultatus. Daugiakanalė šiluminė izoliacija sukuriama tam, kad tokios sąveikos būtų išvengta – kiekvienam tyrimo skyriui skiriami atskiri siurbliai, šilumos mainytuvai ir srauto reguliatoriai. Tokiu būdu kiekvienoje tyrimo vietoje šiluminės nuokrypos palaikomos tiksliai nustatytoje vertėje, o šiluminė sąveika tarp tyrimo vietų neleidžiama.
Izoliacijos strategija: temperatūros pokyčių poveikis gamybos našumui
Vieno kontūro sistema > 1,0 °C 3–5 % nuostoliai
Daugiakanalė sistema < 0,05 °C 1,2 % pelnas
2023 m. atlikta tyrimas, skirtas puslaidininkių šilumos valdymui, kuris parodė, kad izoliuotų kanalų šilumos valdymas daugiašaliame bandymų įrenginyje bandymų centruose sumažino klaidingų nesėkmių skaičių 19 %. Be to, izoliuotų šilumos valdymo kanalų konstrukcija neleidžia kryžminės sąveikos ir supaprastina priežiūrą, nes leidžia remontuoti šilumos valdymo kanalą atskirai, nepristabdant viso gamybos proceso.
Puslaidininkių temperatūros valdymo aušintuvai turi būti gerai suprojektuoti, kad būtų užtikrinta patikimumo lygio atsparumas ir išvengta vieno gedimo taško, kuris gali sutrikdyti visą sistemą vykstant bandymui. Pramonės tendencija – naudoti dvigubus siurblius ir dvigubus kompresorius, kad jei pagrindinis komponentas sugenda, įsijungtų rezervinis ir būtų išvengta nepageidaujamų temperatūros svyravimų. Be to, prognozuojamojo techninio aptarnavimo sistema vis dažniau tampa standartu aušintuvuose. Ji gali analizuoti darbo skysčių vibracijas ir srautą bei nustatyti problemas dar prieš joms pasireiškiant. Kai kurios puslaidininkių gamyklos praneša apie 30 % mažesnį netikėtų sustojimų skaičių dėl šio stebėjimo. Taip pat nuolatinė veikimo būseną yra esminė prognozuojamajam techniniam aptarnavimui aušintuvuose. Šie prietaisai turi specialius reguliavimo vožtuvus, kurie palaiko temperatūrą su tikslumu iki vieno dešimtosios laipsnio Celsijaus, o PID valdymo parametrai gali būti keičiami realiuoju laiku, kad būtų galima greitai reaguoti į apkrovos pokyčius. Į aušintuvus įmontuoti įvairūs apsaugos mechanizmai iš tikrųjų padeda pratęsti įrangos tarnavimo laiką ir sumažinti klaidingų neigiamų rezultatų (false negatives) neigiamą poveikį gamybos ciklams, kaip tai dokumentuota pramonės ataskaitose apie įrangos būklę.
Puslaidininkių temperatūros valdymo aušintuvai ir sumažinto šiluminio įtempimo poveikis įrangos tarnavimo laikui
Probų kortelių degradacija sumažėja 37 % medianos
Plokštelės (wafer) bandymai sukelia greitus ir ekstremalius temperatūros pokyčius, kurie lemia šiluminį ciklinį nuovargį tyrimo kortelėse (probe cards) ir greitą tyrimo įrenginių mechaninį sugenda. Tačiau naudojant kartu su mechaniniais aušintuvais, kurie ypač skirti puslaidininkių gamybai, sumažėja problemos, susijusios su šiluminiu cikliniu apkrovimu bei mechaniniu sudėtinių elementų (pvz., lydymo siūlių) sugenda, nuovargiu ir įtrūkimais tyrimo adatose bei laiduose. Komponentų tarnavimo laikas dažnai nurodomas gamintojo dokumentuose, o jūsų atveju komponentų vidutinis tarnavimo laikas padidėja 100 %, kai darbinė temperatūra sumažinama 10 °C. Kalbant apie tyrimo korteles (probe cards), jų veikimo trukmė žymiai viršija pakeitimo ciklą. Aušintuvai, kurie palaiko šiluminę stabilumą ±0,1 °C ribose, užtikrina pelningumą dėl ilgesnio tyrimo kortelių tarnavimo laiko. Didėjantis bandymo įrangos veikimo laikas, kuris pasiekiamas sumažinus šiluminį ciklinį nuovargį, patvirtintas lauko bandymų duomenimis iš didelės galios loginių grandynų bandymo centrų. Teisingai parinkus įrangą, bandymo įrangos veikimo laikas gali būti padidintas 37 %. Be to, sumažėjus šiluminiam cikliniam nuovargiui, reikia rekalibruoti įrangą rečiau, todėl pagerėja įrangos veikimo nuoseklumas.
DUK
Kokia įtaka šiluminė stabilumas turi puslaidininkių vertinimuose?
Puslaidininkių vertinimų atžvilgiu šiluminė stabilumas yra būtinas, nes jis leidžia teisingai išdėstyti elektrinius kontaktus, gauti stabilius matavimo rezultatus ir išvengti to, kad geri mikroschemos būtų klaidingai atmetamos kaip defektinės.
Kokia įtaka temperatūros tikslumui turi įtakos plokščių naudingumo koeficientas?
Temperatūros valdymo tikslumo pagerinimas, ypač ±0,1 °C diapazone, yra vienas svarbiausių veiksnių, padedančių pagerinti naudingumo koeficientą, nes tai sumažina nerimą dėl matavimų poslinkio ir klaidingų neigiamų rezultatų. Pranešta, kad 300 mm loginių plokščių naudingumo koeficientas pagerėjo net iki 2,3 %.
Koks yra temperatūros kontroliuojamų aušintuvų perteklinės galios paskirtis?
Šaldytuvuose atsarginės sistemos (pvz., dvigubos siurbliai ir dvigubos kompresoriai) užtikrina nepersitrukdymą veiklos. Tai sumažina staigių temperatūros pokyčių tikimybę, kuriuos gali sukelti sistemos gedimai.