Paano nagpapabuti ang isang semiconductor temp controlled chiller ng katiyakan?

Bakit Mahalaga ang Termal na Estabilidad para sa Katiyakan ng Pagsusulit at Yield

Paano Nagdudulot ang mga Pagbabago sa Temperatura na Mas Mababa sa Isang Degree ng Mga Maliwang Pagkabigo at Pagkalugmok sa Sukat

Sa loob ng isang solong siklo ng pagsusuri para sa isang semiconductor wafer, ang mga pagbabago sa temperatura na mas mababa sa 1 degree ay magdudulot ng malalang problema. Ang mga pagbabagong ito ay maaaring magdulot ng paggalaw sa mga probe card. Kapag gumalaw ang mga probe card, maaaring mawala ang tamang pagkakasunod-sunod ng mga electrical contact, na nagreresulta sa maling pagtapon ng mga tunay na positibong chips. Kasabay nito, ang mga kagamitang pang-ukur ay maaari ring umalis mula sa tamang posisyon dahil sa mga pagbabago sa thermal resistance at magsimulang mag-ukur nang mali (nose-drift). Halimbawa, ang isang pag-alis na 0.5 °C ay nakaaapekto sa silicon band gap na umalis ng humigit-kumulang 0.3%, na nagreresulta sa maling pagsukat ng halos lahat ng mga parameter test na mayroon kami. Dahil sa lahat ng mga hindi pagkakapare-parehong thermal na ito, ang bilang ng matagumpay na pagsusuri (test hits) at ang katiyakan ng produkto ay lubhang nababawasan. Kaya naman, ang mga tagagawa ay kailangang maglaan ng malaking halaga ng pera para sa mga napakahusay na sistema ng kontrol sa temperatura upang matiyak ang istable na temperatura at maiwasan ang malubhang at mahal na mga kamalian.

Ang empirikal na datos ay nagpakita na kapag pinapanatili ang katatagan ng temperatura sa loob ng ±0.1 °C, mayroong 2.3% na pagtaas sa average na ani sa pagsusuri ng 300mm logic wafer.

Ang mga pag-aaral sa industriya ay nagpapahiwatig na may korelasyon ang katatagan ng temperatura sa silid at ang antas ng pagganap ng wafer. Noong nakaraang taon, ang Semiconductor Testing Journal ay nagsabi na ang mga pasilidad sa pagsusuri ng 300mm logic wafers ay nakarekord ng 2.3% na pagtaas sa yield kapag ang temperatura ay napanatili sa loob ng ±0.1°C na saklaw. Bakit ito nangyayari? Ang mas mahigpit na saklaw ng temperatura ay nangangahulugan ng pagbawas sa mga resulta na mali at negatibo (false-negative) na maaaring mangyari. Tinataya na ang dagdag na 1% lamang sa yield ng mga wafer ay maaaring maibalik ang milyon-milyong dolyar na halaga ng produkto sa malalaking operasyon ng pagmamanupaktura. Dahil dito, ginagamit ng mga kumpanya ang mga chiller na may kontroladong temperatura para sa mga semiconductor sa proseso ng pagmamanupaktura. Ang mga chiller na ito ay kayang itakda at panatilihin ang temperatura sa loob ng 1°C at magdulot ng pinakamalaking epekto sa Quality Control (QC) at sa Profit and Loss (P&L) ng negosyo.

Ang mga Benepisyo ng Unang Inobasyon sa Chiller para sa Semiconductor na May Kontroladong Temperatura

+/- 0.1°C na Katiyakan kasama ang Real-Time PID Tuning at Dalawang Sensor na Feedback

Sa panahon ng pagsusuri kasama ang mga semiconductor at katulad na teknolohiya, maaaring magbigay ang mga pagbabago sa lakas ng maling datos. Dahil dito, ang mga pagsusuri sa solid-state ay nangangailangan ng kritikal na pokus sa katatagan ng temperatura. Ang karamihan sa mga kapaligiran ng pagsusuri ay gumagamit ng isang dalawahang sistema ng sensor feedback. Ginagamit ng sistemang ito ang isang sensor mula sa inlet at isang sensor mula sa outlet. Bukod dito, ang mga kapaligiran ng pagsusuri ay gumagamit ng mga PID controller upang gawin ang mga real-time na pag-aadjust. Ang teknolohiyang ito, kasama ang mga proprietary na pamamaraan ng pagsusuri, ay naglilinis ng isyu ng thermal lag na kinakailangan ng mga inhinyero ng maraming oras para solusyunan. Ang kumpiyansa ng isang PID controller ay nagpapahintulot sa mga temperatura na manatiling matatag kahit sa mga mabilis na pagbabago sa pagganap ng kagamitan sa pagsusuri. Isang ikatlo ng error sa pagsukat ng pagsusuri, na sinusukat bilang measurement drift, ay bunga ng kumpiyansa ng dalawahang sensor feedback kumpara sa mga lumang sistema. Bukod sa mas mataas na kumpiyansa ng pagsusuri, ang sensor feedback at mga sistema ng thermal lag ay nagpapataas ng buhay-at-paggana ng kanilang kagamitan sa pagsusuri sa pamamagitan ng pagbawas sa bilang ng mga cycle na ginagawa ng kanilang mga compressor. Ang karamihan sa mga inhinyero ay alam na ang buhay ng isang yunit sa pagsusuri ay napakarami ang nababawasan dahil sa mga spike sa temperatura na nangyayari bilang resulta ng on-off cycling ng mga compressor.

Ang pagpapabuti ng mga resulta at mas mahabang katatagan ng mga kagamitan ang pangunahing layunin ng setup na ito.

Upang maiwasan ang pagkakagambala ng mga estasyon ng pagsusuri sa isa't isa dahil sa di-nais na init, ginagamit namin ang maramihang channel na thermal isolation.

Kapag sinusubok ang mga wafer sa malaking dami, ginagamit namin ang parallel testing. Gayunpaman, maaaring magdulot ng hindi tumpak na resulta ang thermal cross interference sa pagitan ng mga estasyon ng pagsusuri. Ang multi-channel thermal isolation ay idinisenyo upang maiwasan ang ganitong interference sa pamamagitan ng pagtiyak na bawat estasyon ng pagsusuri ay may sariling mga pump, heat exchanger, at flow controller. Sa paraang ito, pinapanatili ang thermal variations sa bawat estasyon ng pagsusuri sa isang tiyak na halaga at inihihinto ang epekto ng thermal cross interference.

Estratehiya ng Isolation: Epekto ng Pagbabago ng Temperatura sa Yield

Single Loop > 1.0°C: 3–5% na pagkawala

Multi-channel < 0.05°C: 1.2% na pagtaas

Isang pag-aaral na nakatuon sa pangangasiwa ng init ng semiconductor na isinagawa noong 2023 ay nagpakita na ang pangangasiwa ng init sa mga channel ng paghihiwalay habang isinasagawa ang multi-site testing sa mga pasilidad ng pagsusuri ay nagdulot ng 19% na mas kaunting maling pagkabigo. Bukod dito, ang disenyo ng mga hiwalay na channel ng pangangasiwa ng init ay nagpipigil sa cross interference at pinapasimple ang pagpapanatili sa pamamagitan ng pagpapahintulot na serbisyuhin ang bawat channel ng pangangasiwa ng init nang hiwalay nang hindi kinakailangang i-shut down ang buong proseso ng produksyon.

Ang mga chiller na kontrolado ng temperatura gamit ang semiconductor ay kailangang may mataas na antas ng kahusayan sa disenyo upang maiwasan ang mga solong punto ng kabiguan na maaaring pabagsakin ang sistema habang nasa pagsusulit. Ang kasalukuyang uso sa industriya ay ang paggamit ng dalawang bomba at dalawang kompressor, kaya kapag may problema sa pangunahing bahagi, ang backup na bahagi ay awtomatikong pumasok sa serbisyo at pinipigilan ang mga nakakainis na pagbabago ng temperatura. Bukod dito, ang predictive maintenance (panatilihin ang kagamitan bago pa man ito mabigo) ay naging karaniwan na sa mga chiller. Nakakapag-analisa sila ng vibrasyon at daloy ng mga likido sa operasyon at nakakakilala ng mga potensyal na isyu bago pa man ito lumitaw. Ilan sa mga semiconductor fabrication facility (fab) ay nag-uulat ng 30% na pagbaba sa hindi inaasahang panahon ng paghinto dahil sa monitoring na ito. Higit pa rito, ang isang matatag na estado ng operasyon ay napakahalaga para sa predictive maintenance sa mga chiller. Mayroon silang espesyal na mga control valve na panatilihin ang temperatura sa loob ng isang-sampung bahagdan ng isang degree Celsius, at kakayahang baguhin ang mga setting ng PID control nang real-time upang magbigay ng mabilis na pagbabago sa load. Ang maraming mga hakbang na proteksyon na isinama sa mga chiller ay talagang nagpapahaba ng buhay ng kagamitan at binabawasan ang negatibong epekto ng mga false negative (maling negatibong resulta) sa mga proseso ng produksyon, ayon sa mga ulat sa industriya tungkol sa kalusugan ng kagamitan.

Mga Chiller na Kontrolado ng Temperatura para sa Semiconductor at ang Epekto ng Bawasan ang Thermal Stress sa Buong Buhay ng Hardware

Ang degradasyon ng mga probe card ay nabawasan ng 37% sa median

Ang pagsubok sa wafer ay nagdudulot ng mabilis at ekstremong pagbabago sa temperatura na humahantong sa thermal cyclic fatigue sa mga probe card at mabilis na mekanikal na pagkabigo ng mga probing assembly. Gayunpaman, kasama ang mga mekanikal na chiller na partikular na ginagamit para sa mga semiconductor, nababawasan ang mga problema na kaugnay ng thermal cycling at mekanikal na pagkabigo ng mga solder joint, fatigue, at mga pukyut o crack sa mga probe at kable. Ang buhay ng mga komponente ay karaniwang inilalathala, at sa inyong kaso, ang average na buhay ng mga komponente ay tumataas ng 100% kapag binabawasan ang operating temperature ng 10 degree Celsius. Tungkol sa mga probe card, ang operational life nito ay malaki ang pagkakaiba kumpara sa cycle ng pagpapalit nito. Ang mga chiller na nagpapanatili ng thermal stability sa loob ng ±0.1 degree Celsius ay nagbibigay ng return on investment dahil sa nadagdag na operational life ng mga probe card. Ang pagtaas sa operational life ng testing equipment bilang resulta ng nabawasang thermal cyclic fatigue ay nakasaad sa field testing data mula sa mga mataas na volume logic testing sites. Sa pamamagitan ng tamang kagamitan, maaaring tumaas ang operational life ng testing equipment ng 37%. Bukod dito, dahil sa nabawasang thermal cycling fatigue, mas kaunti ang kailangang recalibration ng kagamitan, na humahantong sa mas mahusay na operational consistency ng kagamitan.

FAQ

Ano ang epekto ng thermal stability sa mga pagsusuri ng semiconductor?
Sa konteksto ng mga pagsusuri ng semiconductor, ang thermal stability ay mahalaga dahil nagpapahintulot ito ng tamang pagkakalagay ng mga electrical contact, pagkuha ng matatag na mga halagang sinusukat, at pag-iwas sa pagtapon ng mga mabubuting chip bilang depekto.

Ano ang epekto ng katiyakan ng temperatura sa yield ng wafer?
Ang mas mataas na katiyakan sa kontrol ng temperatura, lalo na sa saklaw na ±0.1°C, ay isa sa pinakamahalagang kadahilanan para sa pagpapabuti ng yield, dahil binabawasan nito ang mga alalahanin tungkol sa measurement drift at false negativity. Ang pagtaas ng yield sa 300mm logic wafers ay naulat na umaabot sa 2.3%.

Ano ang layunin ng redundancy sa mga chiller na may kontroladong temperatura?
Sa mga chiller, ang redundancy ay nagpapahintulot sa operasyon na magpatuloy nang walang paghinto sa pamamagitan ng paggamit ng mga backup system tulad ng dalawang pump at dalawang compressor. Ito ay nababawasan ang posibilidad ng biglang pagbabago ng temperatura dahil sa mga pagkabigo ng system.