EN
Varför är termisk stabilitet avgörande för testnoggrannhet och utbyte
Hur orsakar temperaturändringar på under en grad felaktiga underkända resultat och mätdrift
Inom en enda testcykel för en halvledarwafer kommer temperaturförändringar på mindre än 1 grad att orsaka betydande problem. Dessa förändringar kan få probkorten att förflytta sig. När probkorten förflyttas kan de elektriska kontakternas justering gå fel, vilket leder till att korrekta positiva kretsar felaktigt kasseras. Samtidigt kommer även mätutrustningen att driva bort sig på grund av förändringar i termisk resistans och börja mäta felaktigt (nose-drift). Till exempel påverkar en drift på 0,5 °C kislets bandgap så att det drifter med cirka 0,3 %, vilket resulterar i felaktiga mätningar av nästan alla parameterprov vi utför. På grund av alla dessa termiska inkonsekvenser minskas testträfffrekvensen och produktens pålitlighet kraftigt. Därför måste tillverkare investera stora summor i extremt precisa termiska reglersystem som säkerställer en stabil temperatur för att undvika allvarliga och kostsamma fel.
Empiriska data har visat att när temperaturstabiliteten hålls inom ±0,1 °C ökar genomsnittsutbytet med 2,3 % vid testning av logikwafer med diametern 300 mm.
Industristudier har visat att det finns en korrelation mellan temperaturstabiliteten i rummet och prestandanivån för wafers. Förra året angav Semiconductor Testing Journal att testanläggningar för 300 mm logikwafers registrerade en ökning av utbytet med 2,3 % när temperaturen stabiliserades inom ett intervall på ±0,1 °C. Varför sker detta? Smalare temperaturintervall innebär att antalet falskt negativa resultat minskar. Det har uppskattats att ett utbyte som är 1 % högre kan återvinna flera miljoner dollar i produkter vid storskaliga tillverkningsoperationer. Därför använder företag temperaturreglerade kyldon för halvledare i tillverkningsprocessen. Dessa kyldon kan ställa in och bibehålla temperaturen inom 1 °C och ger den största effekten för kvalitetskontroll (QC) samt för företagets resultat- och balansräkning (P&L).
Fördelarna med den första innovationen inom temperaturreglerade kyldon för halvledare
+/- 0,1 °C noggrannhet med realtids-PID-styrning och återkoppling från dubbla sensorer
Under testning med halvledare och liknande teknik kan effektsvängningar ge felaktiga data. Därför kräver halvledartester en kritisk inriktning på temperaturstabilitet. De flesta testmiljöer använder ett återkopplingssystem med dubbla sensorer. Detta system använder både en sensor från insidan och en sensor från utsidan. Utöver detta använder testmiljöer PID-regulatorer för att göra justeringar i realtid. Denna teknik, kombinerad med ägda testmetoder, löser problemet med termisk tröghet som ingenjörer tidigare har ägnat timmar åt att hantera. Precisionen hos en PID-regulator gör att temperaturerna kan hållas stabila även vid snabba förändringar av testutrustningens funktion. En tredjedel av mätfelen vid testning – mätt som mätvandring – berodde på precisionen hos det dubbla sensoråterkopplingssystemet jämfört med äldre system. Förutom ökad testnoggrannhet ökar sensoråterkoppling och system för hantering av termisk tröghet livslängden och funktionaliteten hos testutrustningen genom att minska antalet cykler som kompressorerna genomgår. De flesta ingenjörer vet att livslängden för en testenhet drastiskt minskar på grund av temperaturspikarna som uppstår till följd av inkoppling/urkoppling av kompressorerna.
Förbättrade resultat och längre verktygsdriftstid är vad denna uppställning helt och hållet handlar om.
För att förhindra att teststationer stör varandra på grund av oönskad värme använder vi flerkanalig termisk isolering.
När vi testar wafers i stora volymer använder vi parallelltestning. Termisk korspåverkan mellan testbås kan dock leda till felaktiga testresultat. Flerkanalig termisk isolering är utformad för att undvika sådan påverkan genom att säkerställa att varje testbås har sina egna pumpar, värmeväxlare och flödesregulatorer. På så sätt hålls temperaturvariationerna vid varje teststation på ett definierat värde och förhindras från att påverkas av termisk korspåverkan.
Isoleringsstrategi – Temperaturvariationens inverkan på utbytet
Enkel slinga > 1,0 °C – 3–5 % förlust
Flerkanalig < 0,05 °C – 1,2 % ökning
En studie från 2023 om termisk hantering av halvledare visade att termisk hantering via isolerade kanaler under flersitesprovning på provningsanläggningar ledde till 19 % färre felaktiga felidentifieringar. Dessutom förhindrar utformningen av de isolerade termiska hanlingskanalerna korspåverkan och förenklar underhållet genom att tillåta att den termiska hanlingskanalen underhålls individuellt utan att stänga av hela produktionsprocessen.
Halvledarbaserade temperaturreglerade kyldon måste ha en god designnivå och vara robusta för att undvika enskilda felkällor som kan ställa hela systemet ur drift mitt i en testcykel. En branschtrend är att använda dubbla pumpar och dubbla kompressorer, så att om något går fel med den primära komponenten så tar reservkomponenten över och förhindrar de besvärliga temperatursvängningarna. Dessutom blir förutsägande underhåll allt vanligare för kyldon. De kan analysera vibrationer och flöde av driftvätskor och identifiera problem innan de uppstår. Vissa halvledarfabriker rapporterar en minskning med 30 % av oplanerad driftstopp på grund av denna övervakning. Vidare är en stabil driftstatus avgörande för förutsägande underhåll i kyldon. De har specialutformade reglerventiler som kan hålla temperaturerna inom en tiondel grad Celsius, och de kan ändra PID-reglerinställningar i realtid för att möjliggöra snabba förändringar i belastningen. De många skyddsåtgärder som är integrerade i kyldon utvidgar verkligen utrustningens livslängd och minimerar den negativa påverkan som falska negativa resultat har på produktionskörningar, vilket dokumenterats i branschrapporter om utrustningens hälsotillstånd.
Halvledarstyrda kyldon och påverkan av minskad termisk belastning på hårdvarans livslängd
Förslitning av probkort minskar med 37 % (median)
Wafertesteringsresultat leder till snabba och extrema temperaturförändringar som orsakar termisk cyklisk utmattning på probkorten och snabb mekanisk nedbrytning av probmonteringen. Dock minskas problemen kopplade till termisk cykling och mekanisk nedbrytning av lödanslutningar, utmattning samt sprickor i probarna och ledningarna genom användning av mekaniska kyldonorer som specifikt är avsedda för halvledare. Komponenternas livslängd anges ofta, och i ditt fall ökar den genomsnittliga komponentlivslängden med 100 % när drifttemperaturen sänks med 10 grader Celsius. När det gäller probkort är den operativa livslängden långt större än ersättningscykeln. Kyldonorer som bibehåller termisk stabilitet inom ett intervall på ±0,1 grader Celsius ger en avkastning på investeringen tack vare den ökade operativa livslängden för probkorten. Ökningar av den operativa livslängden för testutrustning som resultat av minskad termisk cyklisk utmattning anges i fälttestdata från högvolymslogiktestanläggningar. Med rätt utrustning kan den operativa livslängden för testutrustning ökas med 37 %. Dessutom krävs mindre omkalibrering av utrustningen vid minskad termisk cyklisk utmattning, vilket resulterar i förbättrad driftskonsistens för utrustningen.
Vanliga frågor
Vilken inverkan har termisk stabilitet på halvledarbedömningar?
När det gäller halvledarbedömningar är termisk stabilitet avgörande för halvledarbedömningar eftersom den möjliggör korrekt placering av elektriska kontakter, erhållande av stabila mätvärden och undvikande av att kassera fungerande chip som defekta.
Vilken inverkan har temperaturprecision på skivutbytet?
Förbättrad precision i temperaturreglering, särskilt inom intervallet ±0,1 °C, är en av de viktigaste faktorerna för förbättring av utbytet, eftersom den minskar oro för mätdrift och falskt negativa resultat. Förbättringen av utbytet för 300 mm logikskivor har rapporterats uppgå till så mycket som 2,3 %.
Vad är syftet med redundans i temperaturreglerade kyldon?
Vid kylaggregat gör redundans det möjligt att fortsätta driften utan avbrott genom användning av reservsystem, till exempel dubbla pumpar och dubbla kompressorer. Detta minskar risken för plötsliga temperaturändringar som orsakas av systemfel.