Kā pusvadītāju temperatūras regulējamais dzesētājs uzlabo uzticamību?

Kāpēc termiskā stabilitāte ir būtiska testēšanas precizitātei un iznākumam

Kā zem viena grāda termiskās izmaiņas izraisa kļūdainus atteikumus un mērījumu nobīdi

Vienā pusvadītāju virsmas plāksnītes testa ciklā temperatūras izmaiņas, kas ir mazākas par 1 °C, izraisīs būtiskas problēmas. Šīs izmaiņas var izraisīt probu kartišu nobīdi. Kad probu kartītes nobīdās, elektriskie kontakti var nolīst, tādējādi pareizi funkcionējošus mikroshēmu čipus kļūdaini atmetot. Vienlaikus mērīšanas rīki arī nobīdīsies dēļ termiskās pretestības izmaiņām un sāks nepareizi mērīt („nose-drift“). Piemēram, 0,5 °C temperatūras nobīde ietekmē silīcija joslu spraugu tā, ka tā nobīdās aptuveni par 0,3 %, kas rezultātā liek nepareizi izmērīt gandrīz visus mūsu parametru testus. Šo visu termiskās nestabilitātes dēļ samazinās testu precizitāte un produkta uzticamība. Tāpēc ražotājiem ir jāiztērē lielas naudas summas ārkārtīgi precīziem termiskās regulēšanas sistēmām, lai nodrošinātu stabila temperatūras uzturēšanu un izvairītos no nopietnām un dārgām kļūdām.

Empīriskie dati ir parādījuši, ka, kad temperatūras stabilitāte tiek uzturēta ietvaros ±0,1 °C, 300 mm loģikas virsmu testēšanā vidējais iznākums palielinās par 2,3%.

No industriālajiem pētījumiem ir redzams, ka starp telpas temperatūras stabilitāti un wafera veiktspēju pastāv korelācija. Pagājušogad žurnāls "Semiconductor Testing Journal" norādīja, ka 300 mm loģikas waferu testēšanas iekārtās ražošanas iznākums palielinājās par 2,3 %, kad temperatūra tika stabilizēta ±0,1 °C robežās. Kāpēc tas notiek? Šaurākas temperatūras robežas nozīmē mazāku kļūdaini negatīvo rezultātu skaitu. Novērtēts, ka pat tikai par 1 % lielāks waferu iznākums lielapjomīgās ražošanas operācijās var atgūt miljoniem dolāru vērtības produktus. Tāpēc uzņēmumi ražošanas procesā izmanto temperatūras regulējamus dzesētājus pusvadītājiem. Šie dzesētāji spēj iestatīt un uzturēt temperatūru 1 °C precizitātē un sniedz visnozīmīgāko ieguldījumu kvalitātes kontroles (QC) un uzņēmuma peļņas un zaudējumu (P&L) jomā.

Pirmās pusvadītāju temperatūras regulējamā dzesētāja inovācijas priekšrocības

+/- 0,1 °C precizitāte ar reāllaika PID regulēšanu un divu sensoru atgriezenisko saiti

Pārbaudot pusvadītājus un līdzīgas tehnoloģijas, jaudas svārstības var radīt nepareizus datus. Tāpēc cietvielu pārbaudēm ir būtiska temperatūras stabilitāte. Vairumā pārbaudes vides izmanto divu sensoru atgriezeniskās saites sistēmu. Šī sistēma izmanto gan ieejas, gan izejas sensoru. Papildus tam pārbaudes vidē izmanto PID regulētājus, lai veiktu reāllaika pielāgojumus. Šī tehnoloģija, kopā ar patentētām pārbaudes metodēm, novērš termiskās inercijas problēmu, kuru inženieri pavada stundām risinot. PID regulētāja precizitāte ļauj uzturēt stabila temperatūru pat tad, ja pārbaudes aprīkojuma darbībā notiek straujas izmaiņas. Vienu trešdaļu no pārbaudes mērījumu kļūdām, ko mēra kā mērījumu nobīdi, izraisīja divu sensoru atgriezeniskās saites precizitāte salīdzinājumā ar vecākām sistēmām. Papildus paaugstinātai pārbaudes precizitātei sensoru atgriezeniskās saites un termiskās inercijas sistēmas palielina pārbaudes aprīkojuma kalpošanas laiku un funkcionalitāti, samazinot kompresoru veikto ciklu skaitu. Vairums inženieru zina, ka pārbaudes vienības kalpošanas laiks drastiski samazinās sakarā ar temperatūras pikiem, kas rodas kompresoru ieslēgšanas un izslēgšanas ciklu rezultātā.

Šis uzstādījums ir pilnībā veltīts rīku uzlabotiem rezultātiem un ilgākai kalpošanas ilgumam.

Lai novērstu testēšanas staciju savstarpēju traucēšanu nevēlamās siltuma ietekmē, mēs izmantojam daudzkanālu termisko izolāciju.

Testējot waferus lielos apjomos, mēs izmantojam paralēlo testēšanu. Tomēr termiskā krusteniska ietekme starp testēšanas dobumiem var izraisīt neprecīzus testēšanas rezultātus. Daudzkanālu termiskā izolācija ir izstrādāta, lai novērstu šādu ietekmi, nodrošinot, ka katram testēšanas dobumam ir savas sūknis, siltummaiņi un plūsmas regulētāji. Šādā veidā katras testēšanas stacijas termiskās svārstības tiek uzturētas vienā noteiktā vērtībā, un tās tiek pasargātas no termiskās krusteniskās ietekmes.

Izolācijas stratēģija: temperatūras svārstību ietekme uz ražošanas iznākumu

Vienkanāla kontūra > 1,0 °C — 3–5 % zaudējumi

Daudzkanāla < 0,05 °C — 1,2 % pieaugums

2023. gadā veikta pētījuma par pusvadītāju termiskās pārvaldības jomu rezultāti rādīja, ka izolēto kanālu termiskā pārvaldība daudzvietu testēšanas laikā testēšanas iekārtās samazināja nepareizos bojājumus par 19%. Turklāt izolēto termiskās pārvaldības kanālu konstrukcija novērš krusteniskās ietekmes un vienkāršo apkopi, jo termiskās pārvaldības kanālu var apkalpot atsevišķi, neizslēdzot visu ražošanas procesu.

Pusvadītāju temperatūras regulēšanas dzesētājiem jābūt ar augsta līmeņa izturību konstrukcijā, lai novērstu viena kļūmes punkta rašanos, kas varētu izraisīt sistēmas izslēgšanos testa laikā. Nozaru tendence ir izmantot divus sūkņus un divus kompresorus, tādējādi, ja galvenajā komponentā rodas kļūme, ieslēdzas rezerves komponents un tiek novērstas problēmās izraisītās temperatūras svārstības. Turklāt prognozējošā tehniskā apkope kļūst par standartu dzesētāju vidē. Tie spēj analizēt darba šķidrumu vibrācijas un plūsmu un identificēt problēmas pirms tām radoties. Daži pusvadītāju ražošanas uzņēmumi ziņo par 30% samazinājumu neparedzētajā ekspluatācijas pārtraukumā šīs uzraudzības dēļ. Turklāt stabila ekspluatācijas stāvokļa uzturēšana ir būtiska prognozējošai tehniskajai apkopei dzesētāju vidē. Tie ir aprīkoti ar īpašiem regulēšanas vārstiem, kas nodrošina temperatūras uzturēšanu vienā desmitdaļā grāda pēc Celsija, un tie spēj mainīt PID regulēšanas iestatījumus reāllaikā, lai ātri reaģētu uz slodzes izmaiņām. Dzesētājos iebūvētie daudzskaitlīgie aizsardzības pasākumi patiešām pagarinās aprīkojuma kalpošanas laiku un minimizēs negatīvo ietekmi, ko nepareizās negatīvās diagnozes rada ražošanas cikliem, kā to dokumentējuši nozares ziņojumi par aprīkojuma veselību.

Pusvadītāju temperatūras regulējamie dzesētāji un samazinātās termiskās slodzes ietekme uz aprīkojuma kalpošanas laiku

Zondju kartīšu degradācija ir samazināta par 37% mediānā

Vafelīšu testēšana izraisa ātras un ļoti lielas temperatūras izmaiņas, kas rada termisko ciklisku nogurumu probu kartēs un ātru mehānisko sabrukumu probu montāžās. Tomēr, izmantojot kopā ar mehāniskajiem dzesētājiem, kas paredzēti tieši pusvadītāju ierīcēm, samazinās problēmas, kas saistītas ar termisko ciklēšanu un lodējuma savienojumu mehānisko sabrukumu, nogurumu un plaisām probās un vados. Komponentu kalpošanas laiks bieži tiek norādīts ražotāja dokumentācijā, un jūsu gadījumā komponentu vidējais kalpošanas laiks palielinās par 100 %, ja darba temperatūra tiek pazemināta par 10 grādiem Celsija. Attiecībā uz probu kartēm darbības kalpošanas laiks ir daudz garāks nekā to nomaiņas cikls. Dzesētāji, kas nodrošina termisko stabilitāti ±0,1 grādu Celsija diapazonā, nodrošina ieguldījumu atdevi, jo palielinās probu kartu darbības kalpošanas laiks. Palielinājums testēšanas aprīkojuma darbības kalpošanas laikā, ko izraisa samazināts termiskais cikliskais nogurums, tiek minēts lauka testēšanas datu ziņojumos no lielapjoma loģikas testēšanas vietām. Ar pareizo aprīkojumu testēšanas aprīkojuma darbības kalpošanas laiku var palielināt par 37 %. Turklāt, samazinot termisko cikliskā noguruma ietekmi, nepieciešams retāk veikt aprīkojuma kalibrēšanu, kas rezultātā uzlabojas aprīkojuma darbības vienmērīgums.

BUJ

Kādu ietekmi termiskā stabilitāte rada pusvadītāju novērtējumos?
Pusvadītāju novērtējumu ziņā termiskā stabilitāte ir būtiska, jo tā ļauj pareizi novietot elektriskos kontaktus, iegūt stabiliem mērījumu rezultātiem un izvairīties no labu čipu noraidīšanas kā defektīviem.

Kāda ir temperatūras precizitātes ietekme uz virsmas plāksnīšu (wafer) iznākumu?
Temperatūras kontroles precizitātes uzlabošana, īpaši diapazonā ±0,1 °C, ir viens no svarīgākajiem faktoriem iznākuma uzlabošanai, jo tā samazina bažas par mērījumu nobīdi un kļūdaini negatīviem rezultātiem. Ziņots, ka 300 mm loģikas virsmas plāksnīšu (wafer) iznākums ir uzlabojies līdz pat 2,3 %.

Kāda ir mērķtiecība, izmantojot temperatūras regulēšanu nodrošinošus dzesētājus ar redundanci?
Aukstuma iekārtās redundance ļauj nepārtraukti turpināt darbību, izmantojot rezerves sistēmas, piemēram, divus sūkņus un divus kompresorus. Tas samazina sistēmas atteices izraisītu pēkšņu temperatūras izmaiņu varbūtību.