EN
Mengapa Kestabilan Terma Penting bagi Ketepatan Pengujian dan Hasil
Bagaimana perubahan suhu di bawah satu darjah menyebabkan kegagalan palsu dan hanyutan pengukuran
Dalam satu kitaran ujian tunggal untuk wafer semikonduktor, perubahan suhu kurang daripada 1 darjah akan menyebabkan masalah yang ketara. Perubahan ini boleh menyebabkan kad prob beralih kedudukan. Apabila kad prob beralih, sentuhan elektrik boleh tidak sejajar, menyebabkan cip benar-benar positif dibuang secara salah. Secara serentak, alat pengukur juga akan berubah kedudukan akibat perubahan rintangan terma dan mula mengukur secara tidak tepat (‘nose-drift’). Sebagai contoh, perubahan suhu sebanyak 0,5 °C mempengaruhi celah jalur silikon sehingga berubah sekitar 0,3%, yang mengakibatkan hampir semua ujian parameter yang kita lakukan diukur secara tidak tepat. Disebabkan semua ketidakstabilan termal ini, kadar kejayaan ujian (test hits) dan kebolehpercayaan produk menjadi sangat berkurangan. Oleh itu, pengilang terpaksa membelanjakan banyak wang untuk sistem kawalan terma yang sangat tepat bagi memastikan suhu yang stabil dan mengelakkan ralat yang serius serta mahal.
Data empirikal menunjukkan bahawa apabila kestabilan suhu dikekalkan dalam julat ±0,1 °C, terdapat peningkatan sebanyak 2,3% dalam hasil purata bagi ujian wafer logik berdiameter 300 mm.
Kajian industri menunjukkan bahawa terdapat korelasi antara kestabilan suhu di dalam bilik dan tahap prestasi wafer. Tahun lepas, Jurnal Pengujian Semikonduktor melaporkan bahawa kemudahan pengujian wafer logik 300 mm mencatat peningkatan hasil sebanyak 2.3% apabila suhu distabilkan dalam julat ±0.1°C. Mengapa ini berlaku? Julat suhu yang lebih ketat bermaksud berkurangnya kejadian keputusan negatif-palsu. Dianggarkan bahawa peningkatan hasil hanya sebanyak 1% pada wafer boleh memulihkan produk bernilai jutaan dolar dalam operasi pembuatan berskala besar. Syarikat-syarikat menggunakan pendingin berkuasa suhu untuk semikonduktor dalam proses pembuatan disebabkan faktor ini. Pendingin-pendingin ini mampu menetapkan dan mengekalkan suhu dalam julat 1°C serta memberikan kesan paling signifikan terhadap Kawalan Kualiti (QC) dan Akaun Untung Rugi (P&L) perniagaan.
Manfaat Inovasi Pertama Pendingin Berkuasa Suhu untuk Semikonduktor
+/- Ketepatan 0.1°C dengan Penyesuaian PID Secara Real-Time dan Maklum Balas Dua Sensor
Semasa ujian dengan semikonduktor dan teknologi serupa, ketidakstabilan kuasa boleh menghasilkan data palsu. Oleh sebab itu, ujian berstatus pepejal memerlukan tumpuan kritikal terhadap kestabilan suhu. Kebanyakan persekitaran ujian menggunakan sistem suap balik dua sensor. Sistem ini menggunakan kedua-dua sensor dari saluran masuk dan sensor dari saluran keluar. Selain daripada itu, persekitaran ujian menggunakan pengawal PID untuk membuat pelarasan secara masa nyata. Teknologi ini, digabungkan dengan kaedah ujian eksklusif, menyelesaikan isu kelambatan haba yang mengambil masa berjam-jam bagi jurutera untuk menangani. Ketepatan pengawal PID membolehkan suhu kekal stabil walaupun berlaku perubahan pantas terhadap fungsi peralatan ujian. Satu pertiga ralat pengukuran ujian, diukur sebagai hanyutan pengukuran, disebabkan oleh ketepatan suap balik dua sensor berbanding sistem lama. Selain meningkatkan ketepatan ujian, suap balik sensor dan sistem kelambatan haba juga meningkatkan jangka hayat serta fungsi peralatan ujian dengan mengurangkan bilangan kitaran yang dilalui oleh pemampat mereka. Kebanyakan jurutera mengetahui bahawa jangka hayat unit ujian berkurangan secara drastik akibat peningkatan suhu yang berlaku hasil daripada kitaran hidup-mati pemampat.
Peningkatan hasil dan jangka hayat alat yang lebih panjang adalah fokus utama susunan ini.
Untuk mengelakkan stesen ujian saling mengganggu antara satu sama lain akibat haba yang tidak diingini, kami menggunakan pengasingan terma berbilang saluran.
Apabila menguji wafer dalam jumlah besar, kami menggunakan pengujian selari. Namun, gangguan silang terma antara ruang ujian boleh menyebabkan keputusan ujian yang tidak tepat. Pengasingan terma berbilang saluran direka khas untuk mengelakkan gangguan sedemikian dengan memastikan setiap ruang ujian dilengkapi dengan pam, penukar haba, dan pengawal aliran tersendiri. Dengan cara ini, variasi suhu di setiap stesen ujian dikekalkan pada satu nilai tertentu dan dihalang daripada dipengaruhi oleh gangguan silang terma.
Strategi Pengasingan: Kesan Variasi Suhu terhadap Hasil
Gelung Tunggal > 1.0°C: Kehilangan 3 – 5%
Berbilang Saluran < 0.05°C: Peningkatan 1.2%
Satu kajian yang difokuskan pada pengurusan haba semikonduktor yang dijalankan pada tahun 2023 menunjukkan bahawa pengurusan haba saluran penebatan semasa ujian pelbagai tapak di kemudahan ujian menghasilkan 19% lebih sedikit kegagalan palsu. Selain itu, rekabentuk saluran pengurusan haba yang ditebatkan menghalang gangguan silang dan memudahkan penyelenggaraan dengan membenarkan saluran pengurusan haba diservis secara berasingan tanpa mematikan keseluruhan proses pengeluaran.
Pendingin berpemacu semikonduktor yang dikawal suhu mesti mempunyai tahap ketahanan reka bentuk yang baik untuk mengelakkan titik kegagalan tunggal yang boleh menyebabkan sistem terhenti di tengah-tengah ujian. Trend industri kini adalah menggunakan dua pam dan dua pemampat, jadi jika berlaku masalah pada komponen utama, komponen cadangan akan beroperasi secara automatik dan mengelakkan ayunan suhu yang mengganggu tersebut. Selain itu, penyelenggaraan berjadual berdasarkan ramalan kini menjadi amalan biasa dalam pendingin. Sistem ini mampu menganalisis getaran dan aliran cecair operasi serta mengenal pasti isu-isu sebelum ia berlaku. Sebilangan kilang fabrikasi melaporkan pengurangan sehingga 30% dalam masa henti tidak dirancang akibat pemantauan ini. Tambahan pula, keadaan operasi yang stabil merupakan faktor kritikal bagi penyelenggaraan berjadual berdasarkan ramalan dalam pendingin. Pendingin ini dilengkapi injap kawalan khas untuk mengekalkan suhu dalam julat satu per sepuluh darjah Celsius, dan boleh mengubah tetapan kawalan PID secara segera untuk memberikan perubahan beban yang pantas. Pelbagai langkah perlindungan yang terbina dalam pendingin benar-benar memperpanjang jangka hayat peralatan serta meminimumkan kesan negatif akibat kesilapan negatif palsu terhadap kelangsungan pengeluaran, sebagaimana didokumentasikan dalam laporan industri mengenai kesihatan peralatan.
Pendingin Berbasis Semikonduktor yang Dikawal Suhu dan Impak Pengurangan Tekanan Terma terhadap Jangka Hayat Perkakasan
Penyusutan kad pemuka dikurangkan sebanyak 37% secara median
Keputusan ujian wafer mengakibatkan perubahan suhu yang pantas dan ekstrem yang membawa kepada kelesuan kitaran terma pada kad prob dan kegagalan mekanikal yang cepat pada susunan prob. Namun, apabila digabungkan dengan penyejuk mekanikal khusus yang digunakan untuk semikonduktor, masalah berkaitan kitaran terma dan kegagalan mekanikal pada sambungan solder, kelesuan, serta retakan pada prob dan wayar dapat dikurangkan. Jangka hayat komponen sering dinyatakan, dan dalam kes anda, jangka hayat purata komponen meningkat sebanyak 100% apabila suhu operasi dikurangkan sebanyak 10 darjah Celsius. Berkenaan dengan kad prob, jangka hayat operasinya jauh lebih panjang berbanding kitaran penggantian. Penyejuk yang mengekalkan kestabilan terma dalam julat +/- 0.1 darjah Celsius memberikan pulangan atas pelaburan disebabkan peningkatan jangka hayat operasi kad prob. Peningkatan jangka hayat operasi peralatan ujian akibat pengurangan kelesuan kitaran terma dilaporkan dalam data ujian medan dari tapak ujian logik berskala tinggi. Dengan peralatan yang sesuai, jangka hayat operasi peralatan ujian boleh ditingkatkan sehingga 37%. Selain itu, dengan pengurangan kelesuan kitaran terma, kalibrasi semula peralatan menjadi kurang kerap diperlukan, yang seterusnya meningkatkan kekonsistenan operasi peralatan.
Soalan Lazim
Apakah kesan kestabilan terma dalam penilaian semikonduktor?
Dalam konteks penilaian semikonduktor, kestabilan terma adalah penting kerana ia membolehkan penempatan yang tepat bagi sambungan elektrik, memperoleh nilai pengukuran yang stabil, dan mengelakkan pembuangan cip yang baik sebagai cip yang cacat.
Apakah kesan ketepatan suhu terhadap hasil wafer?
Peningkatan ketepatan dalam kawalan suhu, khususnya dalam julat ±0.1°C, merupakan salah satu faktor paling penting untuk meningkatkan hasil, kerana ia mengurangkan kebimbangan berkenaan hanyutan pengukuran dan keputusan negatif palsu. Peningkatan hasil pada wafer logik 300 mm dilaporkan sehingga mencapai 2.3%.
Apakah tujuan penggunaan kelengkapan penyejukan bersuhu terkawal secara berlebihan (redundansi)?
Dalam pendingin, kelebihan kapasiti membolehkan operasi berterusan tanpa gangguan melalui penggunaan sistem cadangan seperti dua pam dan dua pemampat. Ini mengurangkan kemungkinan perubahan suhu secara tiba-tiba yang disebabkan oleh kegagalan sistem.