Aujourd'hui, avec le développement rapide de l'industrie des semi-conducteurs, les tests de circuits intégrés, maillon essentiel pour garantir les performances des puces, ont un impact direct sur leur rendement et leur compétitivité. À mesure que le processus de fabrication des puces progresse vers des gravures de 3 nm, 2 nm et même plus avancées, les exigences relatives aux composants de base des équipements de test de circuits intégrés deviennent de plus en plus strictes. Les bases en granit, grâce à leurs propriétés matérielles uniques et à leurs performances exceptionnelles, sont devenues un partenaire privilégié pour les équipements de test de circuits intégrés. Quelle est la logique technique derrière cela ?
I. « L'incapacité à faire face » des bases traditionnelles
Lors du processus de test des 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 bases métalliques traditionnelles (comme la fonte et l'acier) ont révélé de nombreux problèmes dans les applications pratiques.
D'une part, le coefficient de dilatation thermique des matériaux métalliques est relativement élevé, généralement supérieur à 10×10⁻⁶/℃. La chaleur générée lors du fonctionnement des équipements de test de circuits intégrés, ou même de légères variations de température ambiante, peuvent provoquer une dilatation et une contraction thermiques importantes de la base métallique. Par exemple, une base en fonte d'un mètre de long peut se dilater et se contracter jusqu'à 100 μm lorsque la température varie de 10 ℃. De telles variations dimensionnelles suffisent à désaligner la sonde de test avec les broches de la puce, ce qui entraîne un mauvais contact et une distorsion des données de test.
D'autre part, les performances d'amortissement de la base métallique sont médiocres, ce qui rend difficile la consommation rapide de l'énergie vibratoire générée par le fonctionnement de l'équipement. Lors des tests de signaux haute fréquence, les micro-oscillations continues induisent un bruit important, augmentant l'erreur des tests d'intégrité du signal de plus de 30 %. De plus, les matériaux métalliques présentent une forte susceptibilité magnétique et sont susceptibles de se coupler aux signaux électromagnétiques de l'équipement de test, ce qui entraîne des pertes par courants de Foucault et des effets d'hystérésis, qui perturbent la précision des mesures.
Ii. La « résistance extrême » des bases en granit
Stabilité thermique ultime, jetant les bases d'une mesure précise
Le granit est formé par l'association étroite de cristaux minéraux tels que le quartz et le feldspath par des liaisons ioniques et covalentes. Son coefficient de dilatation thermique est extrêmement faible, de seulement 0,6 à 5 × 10⁻⁶/℃, soit environ 1/2 à 1/20 de celui des matériaux métalliques. Même avec une variation de température de 10 °C, la dilatation et la contraction de la base de granit d'un mètre de long sont inférieures à 50 nm, ce qui permet d'obtenir une déformation quasi nulle. Par ailleurs, la conductivité thermique du granit n'est que de 2 à 3 W/(m·K), soit moins de 1/20 de celle des métaux. Il permet d'empêcher efficacement la conduction thermique de l'équipement, de maintenir une température de surface uniforme et de garantir une position relative constante entre la sonde de test et la puce.
2. La suppression ultra-forte des vibrations crée un environnement de test stable
Les défauts cristallins uniques et la structure de glissement des joints de grains du granit lui confèrent une forte capacité de dissipation d'énergie, avec un coefficient d'amortissement allant jusqu'à 0,3-0,5, soit plus de six fois celui de la base métallique. Les données expérimentales montrent que sous une excitation vibratoire de 100 Hz, le temps d'atténuation des vibrations de la base en granit n'est que de 0,1 seconde, contre 0,8 seconde pour la base en fonte. Cela signifie que la base en granit peut instantanément supprimer les vibrations causées par le démarrage et l'arrêt des équipements, les impacts externes, etc., et contrôler l'amplitude des vibrations de la plateforme d'essai à ± 1 μm près, garantissant ainsi la stabilité du positionnement 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. Les électrons internes coexistent par paires au sein de liaisons chimiques et ne sont quasiment jamais polarisés par les champs magnétiques externes. Dans un environnement de 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 peut dépasser 8 mT à la surface de la fonte. Cette propriété antimagnétique naturelle permet de créer un environnement de mesure pur pour les équipements de test de circuits intégrés, les protégeant des interférences électromagnétiques externes telles que les moteurs d'atelier et les signaux RF. Il est particulièrement adapté aux scénarios de test extrêmement sensibles au bruit électromagnétique, tels que les puces quantiques et les convertisseurs analogique-numérique (CAN)/numérique (CNA) de haute précision.
Troisièmement, l’application pratique a donné des résultats remarquables
Les pratiques de nombreuses entreprises de semi-conducteurs ont pleinement démontré l'intérêt des bases en granit. Après l'adoption d'une base en granit par un fabricant d'équipements de test de semi-conducteurs de renommée mondiale pour sa plateforme de test de puces 5G haut de gamme, des résultats étonnants ont été obtenus : la précision de positionnement de la carte de sonde est passée de ± 5 µm à ± 1 µm, l'écart type des données de test a diminué de 70 % et le taux d'erreur d'évaluation d'un test individuel a considérablement diminué, passant de 0,5 % à 0,03 %. Parallèlement, l'effet de suppression des vibrations est remarquable. L'équipement peut démarrer le test sans attendre la décroissance des vibrations, ce qui réduit le cycle de test de 20 % et augmente la capacité de production annuelle de plus de 3 millions de plaquettes. De plus, la base en granit a une durée de vie de plus de 10 ans et ne nécessite pas d'entretien fréquent. Comparé aux bases métalliques, son coût global est réduit de plus de 50 %.
Quatrièmement, s’adapter aux tendances industrielles et mener la mise à niveau de la technologie de test
Avec le développement de technologies de packaging avancées (comme les Chiplet) et l'essor de nouveaux domaines comme les puces quantiques, les exigences de performance des dispositifs lors des tests de circuits intégrés ne cessent de croître. Les bases en granit sont également en constante innovation et modernisation. Grâce à un traitement de surface améliorant la résistance à l'usure ou à l'association de céramiques piézoélectriques pour une compensation active des vibrations et à d'autres avancées technologiques, elles évoluent vers une précision et une intelligence accrues. À l'avenir, la base en granit continuera de garantir l'innovation technologique de l'industrie des semi-conducteurs et le développement de haute qualité des « puces chinoises » grâce à ses performances exceptionnelles.
Choisir une base en granit, c'est choisir une solution de test de circuits intégrés plus précise, stable et efficace. Qu'il s'agisse des tests de puces de processus avancés actuels ou de l'exploration future de technologies de pointe, la base en granit jouera un rôle essentiel et irremplaçable.
Date de publication : 15 mai 2025