Aujourd'hui, avec le développement rapide de l'industrie des semi-conducteurs, les tests de circuits intégrés (CI), maillon essentiel pour garantir les performances des puces, leur précision et leur stabilité influent directement sur le rendement de production et la compétitivité du secteur. À mesure que les procédés de fabrication des puces progressent vers des nœuds de 3 nm, 2 nm et même plus avancés, les exigences relatives aux composants essentiels des équipements de test de CI deviennent de plus en plus strictes. Les socles en granit, grâce à leurs propriétés matérielles uniques et à leurs performances supérieures, sont devenus un partenaire incontournable pour ces équipements. Quelle est la logique technique sous-jacente ?
I. « L’incapacité à faire face » des bases traditionnelles
Lors des tests de circuits intégrés, l'équipement doit détecter avec précision les performances électriques des broches de la puce, l'intégrité du signal, etc., à l'échelle nanométrique. Cependant, les supports métalliques traditionnels (comme la fonte et l'acier) présentent de nombreux inconvénients en pratique.
D'une part, le coefficient de dilatation thermique des matériaux métalliques est relativement élevé, généralement supérieur à 10 × 10⁻⁶/°C. La chaleur générée lors du fonctionnement des équipements de test de circuits intégrés, ou même de légères variations de température ambiante, peuvent entraîner une dilatation et une contraction thermiques importantes du support métallique. Par exemple, un support en fonte d'un mètre de long peut se dilater ou se contracter jusqu'à 100 µm pour une variation de température de 10 °C. De telles variations dimensionnelles suffisent à désaligner la sonde de test avec les broches de la puce, ce qui engendre un mauvais contact et, par conséquent, une distorsion des données de test.
En revanche, les performances d'amortissement du socle métallique sont faibles, ce qui rend difficile la dissipation rapide de l'énergie vibratoire générée par le fonctionnement de l'équipement. Lors de tests de signaux haute fréquence, les micro-oscillations continues induisent un bruit important, augmentant l'erreur de contrôle d'intégrité du signal de plus de 30 %. De plus, la forte susceptibilité magnétique des matériaux métalliques les rend sujets au couplage avec les signaux électromagnétiques de l'équipement de test, entraînant des pertes par courants de Foucault et des phénomènes d'hystérésis qui nuisent à la précision des mesures.
II. La « robustesse à toute épreuve » des bases en granit
Stabilité thermique ultime, jetant les bases d'une mesure précise
Le granit est formé par l'assemblage étroit de cristaux minéraux tels que le quartz et le feldspath, liés par des liaisons ioniques et covalentes. Son coefficient de dilatation thermique est extrêmement faible, de l'ordre de 0,6 à 5 × 10⁻⁶/°C, soit environ la moitié à 20 fois celui des matériaux métalliques. Même pour une variation de température de 10 °C, la dilatation et la contraction d'une base en granit d'un mètre de long restent inférieures à 50 nm, ce qui correspond à une déformation quasi nulle. Par ailleurs, la conductivité thermique du granit n'est que de 2 à 3 W/(m·K), soit moins de 20 fois celle des métaux. Il permet ainsi de limiter efficacement la conduction thermique de l'équipement, de maintenir une température de surface uniforme et de garantir le maintien d'une position relative constante entre la sonde de test et la puce.
2. Une suppression des vibrations extrêmement efficace crée un environnement de test stable.
Les défauts cristallins uniques et la structure de glissement aux joints de grains du granit lui confèrent une forte capacité de dissipation d'énergie, avec un coefficient d'amortissement de 0,3 à 0,5, soit plus de six fois celui d'un socle métallique. Les données expérimentales montrent que, sous une excitation vibratoire de 100 Hz, le temps d'atténuation des vibrations du socle en granit n'est que de 0,1 seconde, contre 0,8 seconde pour un socle en fonte. Cela signifie que le socle en granit peut instantanément supprimer les vibrations induites par le démarrage et l'arrêt des équipements, les chocs externes, etc., et contrôler l'amplitude des vibrations de la plateforme de test à ±1 µm près, garantissant ainsi un positionnement stable des sondes nanométriques.
3. Propriétés antimagnétiques naturelles, éliminant les interférences électromagnétiques
Le granit est un matériau diamagnétique dont la susceptibilité magnétique est d'environ -10⁻⁵. Ses électrons internes, présents par paires au sein des liaisons chimiques, ne sont quasiment jamais polarisés par des champs magnétiques externes. Dans un champ magnétique intense de 10 mT, l'intensité du champ magnétique induit à la surface du granit est inférieure à 0,001 mT, tandis qu'elle dépasse 8 mT à la surface de la fonte. Cette propriété antimagnétique naturelle permet de créer un environnement de mesure optimal pour les équipements de test de circuits intégrés, les protégeant ainsi des interférences électromagnétiques externes telles que celles provenant de moteurs d'atelier ou de signaux radiofréquences. Le granit est particulièrement adapté aux applications extrêmement sensibles au bruit électromagnétique, comme les puces quantiques et les convertisseurs analogique-numérique/numérique-analogique de haute précision.
Troisièmement, l'application pratique a obtenu des résultats remarquables.
L'expérience de nombreuses entreprises du secteur des semi-conducteurs a pleinement démontré la valeur des socles en granit. Après l'adoption d'un socle en granit par un fabricant de renommée mondiale d'équipements de test pour semi-conducteurs sur sa plateforme de test haut de gamme pour puces 5G, des résultats exceptionnels ont été obtenus : la précision de positionnement de la carte de test est passée de ±5 µm à ±1 µm, l'écart type des données de test a diminué de 70 % et le taux d'erreur par test a chuté de manière significative, passant de 0,5 % à 0,03 %. Par ailleurs, l'amortissement des vibrations est remarquable. L'équipement peut démarrer le test immédiatement, sans attendre la dissipation des vibrations, ce qui raccourcit le cycle de test de 20 % et augmente la capacité de production annuelle de plus de 3 millions de plaquettes. De plus, le socle en granit a une durée de vie supérieure à 10 ans et ne nécessite aucun entretien fréquent. Comparé aux socles métalliques, son coût global est réduit de plus de 50 %.
Quatrièmement, s'adapter aux tendances industrielles et mener la modernisation des technologies de test
Avec le développement de technologies d'encapsulation avancées (telles que Chiplet) et l'essor de domaines émergents comme les puces pour l'informatique quantique, les exigences de performance des dispositifs lors des tests de circuits intégrés ne cessent de croître. Les socles en granit, quant à eux, innovent et se modernisent constamment. Grâce à des traitements de surface améliorant la résistance à l'usure, à l'intégration de céramiques piézoélectriques pour une compensation active des vibrations et à d'autres avancées technologiques, ils s'orientent vers une plus grande précision et une intelligence accrue. À l'avenir, les socles en granit continueront, grâce à leurs performances exceptionnelles, de garantir l'innovation technologique de l'industrie des semi-conducteurs et le développement de haute qualité des puces chinoises.
Choisir un socle en granit, c'est opter pour une solution de test de circuits intégrés plus précise, stable et efficace. Qu'il s'agisse des tests de puces actuels issus de procédés avancés ou de l'exploration future de technologies de pointe, le socle en granit jouera un rôle irremplaçable et essentiel.
Date de publication : 15 mai 2025