EN
Hvorfor termisk stabilitet er avgörande for testnøyaktighet og utbytte
Hvordan temperaturendringer under én grad fører til feilaktige avvisninger og måleavvik
Innenfor én enkelt testsyklus for en halvlederwafer vil temperaturendringer på mindre enn én grad føre til betydelige problemer. Slike endringer kan føre til at probekortene forskyves. Når probekortene forskyves, kan de elektriske kontaktene bli feiljustert, noe som fører til at fungerende chips feilaktig forkastes. Samtidig vil også måleutstyret avvike på grunn av endringer i termisk motstand og begynne å måle feilaktig («nose-drift»). For eksempel vil en temperaturavvikelse på 0,5 °C føre til at silisiums båndgap avviker med ca. 0,3 %, noe som resulterer i feilaktige målinger av nesten alle parametertester vi utfører. På grunn av alle disse termiske inkonsistensene reduseres testtreffsannsynligheten og produktets pålitelighet kraftig. Produsentene må derfor investere betydelige midler i svært nøyaktige termiske kontrollsystemer som sikrer stabil temperatur for å unngå alvorlige og kostbare feil.
Empiriske data har vist at når temperaturstabiliteten opprettholdes innenfor ±0,1 °C, øker gjennomsnittlig utbytte med 2,3 % ved testing av 300 mm logikkwafer.
Industristudier har vist at det finnes en sammenheng mellom temperaturstabiliteten i rommet og ytelsesnivået til silisiumskiven. I fjor indikerte tidsskriftet Semiconductor Testing Journal at testanlegg for 300 mm logikk-skiver registrerte en økning i utbytte på 2,3 % når temperaturen ble stabilisert innenfor et område på ±0,1 °C. Hvorfor skjer dette? Smalere temperaturområder betyr en reduksjon av falsk-negative resultater som kan oppstå. Det er estimert at et utbytteøkning på bare 1 % av skivene kan gjenskape millioner av dollar verdi i store produksjonsanlegg. Selskaper bruker derfor temperaturregulerte kjøleanlegg for halvledere i produksjonsprosessen. Disse kjøleanleggene kan sette og opprettholde temperaturen innenfor 1 °C og har den største innvirkningen på kvalitetskontroll (QC) samt resultatregnskapet (P&L) til bedriften.
Fordelene med den første innovasjonen innen temperaturregulerte kjøleanlegg for halvledere
+/- 0,1 °C nøyaktighet med sanntids-PID-justering og tilbakemelding fra dobbelt sensor
Under testing med halvledere og lignende teknologi kan strøm-svingninger gi feilaktige data. Av denne grunnen krever test av faste stoffer en kritisk fokus på temperaturstabilitet. De fleste testmiljøene bruker et dobbelt sensorfeedback-system. Dette systemet bruker både en sensor fra inngangen og en sensor fra utgangen. I tillegg bruker testmiljøer PID-regulering for å gjøre justeringer i sanntid. Denne teknologien, kombinert med egenutviklede testmetoder, løser problemet med termisk treghet som ingeniører bruker timer på å håndtere. Nøyaktigheten til en PID-regulator gjør at temperaturene kan holdes stabile, selv ved rask endring av funksjonaliteten til testutstyret. Én tredjedel av målefeilen under testing – målt som måledrift – skyldtes nøyaktigheten til det doble sensorfeedback-systemet sammenlignet med eldre systemer. I tillegg til økt testnøyaktighet øker sensorfeedback og systemer for håndtering av termisk treghet levetiden og funksjonaliteten til testutstyret ved å redusere antallet sykler som kompressorene gjennomgår. De fleste ingeniører vet at levetiden til en testenhet reduseres kraftig av temperaturspikene som oppstår som følge av slå-på/slå-av-syklene til kompressorene.
Forbedrede resultater og lengre verktøyholdbarhet er det hele dette oppsettet handler om.
For å forhindre at teststasjoner påvirker hverandre gjennom uønsket varme, bruker vi flerkanal-varmeisolering.
Når vi tester wafer i stort volum, bruker vi parallell testing. Varmekrysspåvirkning mellom testbåser kan imidlertid føre til unøyaktige testresultater. Flerkanal-varmeisolering er utformet for å unngå slik påvirkning ved å sikre at hver testbås har sine egne pumper, varmevekslere og strømningskontrollere. På denne måten holdes temperaturvariasjonene ved hver teststasjon på én definert verdi, og varmekrysspåvirkning unngås.
Isoleringsstrategi: Temperaturvariasjonens innvirkning på utbyttet
Enkelt sløyfe > 1,0 °C: Tap på 3–5 %
Flerkanal < 0,05 °C: Økning på 1,2 %
En studie fra 2023 om termisk styring av halvledere viste at termisk styring via isolerte kanaler under flersteds-testing på testanlegg førte til 19 % færre feilaktige svikt. Videre forhindrer designet av de isolerte termiske styringskanalene kryssinterferens og forenkler vedlikehold ved å tillate at den termiske styringskanalen kan vedlikeholdes individuelt uten å måtte stanse hele produksjonsprosessen.
Halvlederbaserte temperaturregulerte kjøleanlegg må ha en god designnivå-robusthet for å unngå enkeltfeil som kan føre til systemsvikt under test. Bransjetrenden er å ha doble pumper og doble kompressorer, slik at hvis noe går galt med hovedkomponenten, vil reserven automatisk ta over og forhindre de irriterende temperatursvingningene. Videre er prediktiv vedlikehold blitt standard i kjøleanlegg. De kan analysere vibrasjoner og strømning av driftsvæsker og identifisere problemer før de oppstår. Noen fabrikker rapporterer en 30 % reduksjon i uplanlagt nedetid som følge av denne overvåkingen. Dessuten er en stabil driftstilstand avgjørende for prediktivt vedlikehold i kjøleanlegg. De har spesialreguleringsventiler som holder temperaturen innenfor én tidel grad Celsius, og de kan endre PID-reguleringsinnstillinger i sanntid for å håndtere rask lastendring. De mange beskyttelsesfunksjonene som er integrert i kjøleanlegg utvider virkelig utstyrets levetid og minimerer den negative innvirkningen feilaktige negativt resultater har på produksjonsløp, som dokumentert i bransjerapporter om utstyrets helse.
Halvlederstyrte kjøleanlegg og virkningen av redusert termisk belastning på maskinvarens levetid
Nedgangen i sondekarters kvalitet reduseres med 37 % (median)
Test av wafer fører til rask og ekstrem temperaturendring som fører til termisk syklisk utmattelse på probekortene og rask mekanisk svikt i probemonteringen. Imidlertid reduseres problemene knyttet til termisk sykling og mekanisk svikt i loddeforbindelser, utmattelse og sprekker i probene og kablene når mekaniske kjøleanlegg som er spesielt beregnet for halvledere brukes i kombinasjon hermed. Komponentlivslengden oppgis ofte, og i ditt tilfelle økes gjennomsnittlig komponentlivslengde med 100 % når driftstemperaturen senkes med 10 grader Celsius. Når det gjelder probekort, er den operative levetiden langt større enn utskiftningsperioden. Kjøleanlegg som opprettholder termisk stabilitet innenfor et område på +/- 0,1 grad Celsius gir en avkastning på investeringen på grunn av økt operativ levetid for probekort. Økninger i den operative levetiden for testutstyr som følge av redusert termisk syklisk utmattelse er dokumentert i felttestdata fra høykapasitets logikktettsider. Med riktig utstyr kan den operative levetiden for testutstyr økes med 37 %. Videre kreves det mindre rekalibrering av utstyret ved redusert termisk syklisk utmattelse, noe som resulterer i forbedret operativ konsekvens i utstyret.
Ofte stilte spørsmål
Hva er innvirkningen av termisk stabilitet på halvledervurderinger?
Når det gjelder halvledervurderinger, er termisk stabilitet avgjørende fordi den muliggjør riktig plassering av elektriske kontakter, oppnåelse av stabile måleverdier og unngåelse av forkastning av gode mikrochips som defekte.
Hva er innvirkningen av temperaturpresisjon på vaferytelsen?
Forbedret presisjon i temperaturkontroll, spesielt innenfor området ±0,1 °C, er en av de viktigste faktorene for forbedring av ytelsen, siden den reduserer bekymringene knyttet til måleavdrift og falsk negativitet. Forbedringen i ytelsen for 300 mm logikkvafere er rapportert å være opptil 2,3 %.
Hva er formålet med redundans i temperaturregulerte kjøleanlegg?
I kjøleanlegg gjør redundans det mulig å fortsette driften uten avbrudd ved bruk av reservesystemer, som for eksempel doble pumper og doble kompressorer. Dette reduserer sannsynligheten for plutselige temperaturendringer forårsaket av systemfeil.