EN
Prečo je tepelná stabilita nevyhnutná pre presnosť testovania a výnos
Ako substupňové tepelné zmeny spôsobujú falošné poruchy a posun meraní
V rámci jedného testovacieho cyklu polovodičovej dosky spôsobia teplotné zmeny menšie ako 1 °C významné problémy. Tieto zmeny môžu spôsobiť posun sondovacích kariet. Keď sa sondovacie karty posunú, elektrické kontakty sa môžu nesprávne zarovnať, čo má za následok nesprávne odmietnutie funkčných čipov. Súčasne sa aj meracie prístroje začnú kvôli zmenám tepelnej odolnosti posúvať (tzv. „posun nosa“) a začnú nesprávne merať. Napríklad posun o 0,5 °C ovplyvní šírku zakázaného pásma kremíka tak, že sa posunie približne o 0,3 %, čo má za následok nesprávne meranie takmer všetkých parametrov, ktoré testujeme. Z dôvodu všetkých týchto tepelných nezrovnalostí sa zníži počet úspešných testov („test hits“) a spoľahlivosť výrobku výrazne poklesne. Výrobcovia preto musia investovať veľké finančné prostriedky do extrémne presných systémov tepelnej regulácie, ktoré zabezpečujú stabilnú teplotu a tak predchádzajú vážnym a nákladným chybám.
Empirické údaje ukázali, že pri udržiavaní stability teploty v rozmedzí ±0,1 °C sa pri testovaní logických kremíkových platní s priemerom 300 mm zvýši priemerný výnos o 2,3 %.
Priemyselné štúdie ukázali, že existuje korelácia medzi stabilitou teploty v miestnosti a úrovňou výkonu polovodičového kotúča (wafer). Minulý rok časopis Semiconductor Testing Journal uviedol, že testovacie zariadenia pre logické polovodičové kotúče s priemerom 300 mm zaznamenali nárast výťažku o 2,3 %, keď bola teplota stabilizovaná v rozsahu ±0,1 °C. Prečo sa to deje? Uzšie teplotné rozsahy znamenajú zníženie počtu falošne negatívnych výsledkov. Odhaduje sa, že zvýšenie výťažku len o 1 % viac kotúčov môže v rámci veľkoskalových výrobných prevádzok zachrániť produkty v hodnote niekoľkých miliónov dolárov. Práve preto spoločnosti v procese výroby používajú chladiče s reguláciou teploty pre polovodiče. Tieto chladiče dokážu nastaviť a udržiavať teplotu s presnosťou do 1 °C a majú tak najväčší vplyv na kontrolu kvality (QC) aj na hospodársku výsledovosť podniku (P&L).
Výhody prvej inovácie chladiča pre polovodiče s reguláciou teploty
+/- 0,1 °C presnosť s reálnym ladením PID a spätnou väzbou od dvoch senzorov
Počas testovania polovodičov a podobných technológií môžu kolísania výkonu spôsobiť nesprávne údaje. Z tohto dôvodu vyžadujú testy na pevných stavoch kritický dôraz na stabilitu teploty. Väčšina testovacích prostredí využíva systém spätnej väzby s dvoma senzormi. Tento systém využíva senzor z prívodu aj senzor z výstupu. Okrem toho testovacie prostredia využívajú PID regulátory na vykonávanie úprav v reálnom čase. Táto technológia v spojení s patentovanými testovacími metódami odstraňuje problém tepelnej oneskorenosti, ktorý inžinieri trávia hodiny riešenia. Presnosť PID regulátora umožňuje udržiavať teploty stabilné aj pri rýchlych zmenách funkčnosti testovacieho zariadenia. Jedna tretina chyby merania pri testoch, vyjadrená ako posun merania, bola spôsobená presnosťou spätnej väzby s dvoma senzormi v porovnaní so staršími systémami. Okrem zvýšenej presnosti testovania systémy spätnej väzby senzorov a tepelnej oneskorenosti predlžujú životnosť a funkčnosť testovacieho zariadenia znížením počtu cyklov, ktoré kompresory prejdú. Väčšina inžinierov vie, že životnosť testovacej jednotky sa výrazne skráti v dôsledku teplotných špičiek, ktoré vznikajú v dôsledku zapínania a vypínania kompresorov.
Toto nastavenie sa celé zameriava na zlepšenie výsledkov a dlhšiu životnosť nástrojov.
Aby sme zabránili vzájomnému ovplyvňovaniu testovacích staníc neželaným teplom, používame viackanálovú tepelnú izoláciu.
Pri hromadnom testovaní platní používame paralelné testovanie. Avšak tepelná krížová interferencia medzi jednotlivými testovacími prístrojmi môže spôsobiť nepresné výsledky testov. Viackanálová tepelná izolácia je navrhnutá tak, aby sa tejto interferencii zabránilo tým, že každá testovacia kabína má vlastné čerpadlá, výmenníky tepla a regulátory prietoku. Tým sa tepelné odchýlky na každej testovacej stanici udržiavajú na jednej definovanej hodnote a zabraňuje sa ich vzájomnému tepelnému ovplyvňovaniu.
Stratégia izolácie – Zmena teploty – Vplyv na výťažok
Jednoduchý okruh > 1,0 °C – strata 3 – 5 %
Viackanálový < 0,05 °C – zvýšenie o 1,2 %
Štúdia zameraná na tepelné riadenie polovodičov, ktorá sa uskutočnila v roku 2023, ukázala, že tepelné riadenie izolačných kanálov počas viacmiestneho testovania v testovacích zariadeniach viedlo k o 19 % menej falošným poruchám. Okrem toho návrh izolovaných kanálov tepelného riadenia zabraňuje vzájomnému ovplyvňovaniu a zjednodušuje údržbu tým, že umožňuje servisovať kanál tepelného riadenia jednotlivo bez vypínania celého výrobného procesu.
Chladiče s polovodičovým teplotným riadením musia mať vysokú úroveň robustnosti návrhu, aby sa predišlo jednotlivým bodom zlyhania, ktoré by mohli spôsobiť výpadok systému počas testovania. Trend v priemysle je používať dvojité čerpadlá a dvojité kompresory, takže ak dojde k poruche hlavnej súčasti, prevezme ju záložná súčasť a zabráni tým nepohodlným kolísaniam teploty. Okrem toho sa prediktívna údržba stáva v chladičoch bežnou praxou. Tieto zariadenia dokážu analyzovať vibrácie a prietok prevádzkových kvapalín a identifikovať problémy ešte predtým, než vzniknú. Niektoré výrobné závody uvádzajú zníženie neplánovaných výpadkov o 30 % v dôsledku tohto monitorovania. Navyše je stabilný prevádzkový stav kľúčový pre prediktívnu údržbu chladičov. Majú špeciálne regulačné ventily, ktoré udržiavajú teplotu s presnosťou na jednu desatinu stupňa Celzia, a dokážu meniť nastavenia PID regulácie za behu, aby umožnili rýchlu zmenu zaťaženia. Početné ochranné opatrenia integrované do chladičov skutočne predlžujú životnosť zariadení a minimalizujú negatívny dopad falošných negatívnych výsledkov na výrobné cykly, ako je zdokumentované v priemyselných správach o stave zariadení.
Polovodičové chladiče s reguláciou teploty a vplyv zníženého tepelného zaťaženia na životnosť hardvéru
Degradácia sondových kariet sa zníži o 37 % (medián)
Testovanie waferov spôsobuje rýchle a extrémne zmeny teploty, ktoré vedú k tepelnej cyklickej únavosti sondovacích kariet a rýchlemu mechanickému poškodeniu sondovacích zostáv. Avšak v spojení s mechanickými chladičmi špeciálne určenými pre polovodiče sa problémy súvisiace s tepelným cyklovaním a mechanickým poškodením pájok, únavou a trhlinami v sondách a vodičoch znížia. Životnosť komponentov je často uvádzaná a v prípade vašej aplikácie sa pri znížení prevádzkovej teploty o 10 °C priemerná životnosť komponentov zvýši o 100 %. Čo sa týka sondovacích kariet, ich prevádzková životnosť je výrazne vyššia než frekvencia ich výmeny. Chladiče, ktoré udržiavajú tepelnú stabilitu v rozsahu ±0,1 °C, prinášajú návrat investícií v dôsledku predĺženej prevádzkovej životnosti sondovacích kariet. Zvýšenie prevádzkovej životnosti testovacieho zariadenia v dôsledku zníženej tepelnej cyklickej únavy je potvrdené údajmi z terénnych testov na miestach vysokej kapacity logického testovania. S vhodným zariadením sa dá prevádzková životnosť testovacieho zariadenia zvýši o 37 %. Okrem toho pri zníženej tepelnej cyklickej únave je potrebné menej často kalibrovať zariadenie, čo má za následok zlepšenú prevádzkovú konzistenciu zariadenia.
Často kladené otázky
Aký vplyv má tepelná stabilita na hodnotenie polovodičov?
Z hľadiska hodnotenia polovodičov je tepelná stabilita nevyhnutná, pretože umožňuje presné umiestnenie elektrických kontaktov, získanie stabilných meracích hodnôt a predchádza vyhadzovaniu dobrých čipov ako chybných.
Aký je vplyv presnosti teploty na výťažok platní?
Zlepšená presnosť regulácie teploty, najmä v rozsahu ±0,1 °C, je jedným z najdôležitejších faktorov zvyšovania výťažku, pretože odstraňuje obavy z posunu meraní a falošne negatívnych výsledkov. Zvýšenie výťažku pri logických platniach s priemerom 300 mm bolo uvádzané až na 2,3 %.
Aký je účel redundancie v chladiacich zariadeniach s reguláciou teploty?
V chladičoch umožňuje redundancia nepretržitý prevádzkový chod prostredníctvom záložných systémov, ako sú dvojité čerpadlá a dvojité kompresory. Tým sa zníži pravdepodobnosť náhlych zmeny teploty spôsobených poruchami systému.