لماذا لا يمكن لأجهزة اختبار الدوائر المتكاملة الاستغناء عن قاعدة الجرانيت؟ اكشف بالتفصيل عن الكود التقني الكامن وراءها.

اليوم، مع التطور السريع لصناعة أشباه الموصلات، يُعدّ اختبار الدوائر المتكاملة (IC)، باعتباره حلقة وصل أساسية لضمان أداء الرقائق ودقتها واستقرارها، عاملًا مؤثرًا بشكل مباشر على معدل إنتاج الرقائق وتنافسية الصناعة. ومع استمرار تطور عملية تصنيع الرقائق نحو عقد 3 نانومتر و2 نانومتر، بل وحتى أكثر تقدمًا، أصبحت متطلبات المكونات الأساسية في معدات اختبار الدوائر المتكاملة (IC) أكثر صرامة. أصبحت قواعد الجرانيت، بخصائصها المادية الفريدة ومزايا أدائها، "شريكًا ذهبيًا" لا غنى عنه لمعدات اختبار الدوائر المتكاملة. ما هو المنطق التقني وراء ذلك؟
أولا: "عدم القدرة على التكيف" مع القواعد التقليدية
أثناء عملية اختبار الدائرة المتكاملة (IC)، يجب أن ترصد المعدات بدقة الأداء الكهربائي لأطراف الشريحة، وسلامة الإشارة، وما إلى ذلك، على المستوى النانوي. ومع ذلك، فقد كشفت القواعد المعدنية التقليدية (مثل الحديد الزهر والصلب) عن العديد من المشاكل في التطبيقات العملية.
من ناحية أخرى، يُعد معامل التمدد الحراري للمواد المعدنية مرتفعًا نسبيًا، وعادةً ما يتجاوز 10×10⁻⁶/℃. يمكن للحرارة المتولدة أثناء تشغيل معدات اختبار الدوائر المتكاملة، أو حتى التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة المحيطة، أن تُسبب تمددًا وانكماشًا حراريًا كبيرًا للقاعدة المعدنية. على سبيل المثال، يمكن لقاعدة من الحديد الزهر بطول متر واحد أن تتمدد وتنكمش بما يصل إلى 100 ميكرومتر عند تغير درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية. هذه التغيرات في الأبعاد كافية لاختلال محاذاة مسبار الاختبار مع دبابيس الشريحة، مما يؤدي إلى ضعف التلامس وبالتالي تشويه بيانات الاختبار.

من ناحية أخرى، يُعدّ أداء التخميد للقاعدة المعدنية ضعيفًا، مما يُصعّب استهلاك طاقة الاهتزاز الناتجة عن تشغيل الجهاز بسرعة. في حالة اختبار الإشارات عالية التردد، يُنتج التذبذب الدقيق المستمر قدرًا كبيرًا من الضوضاء، مما يزيد من خطأ اختبار سلامة الإشارة بأكثر من 30%. إضافةً إلى ذلك، تتميز المواد المعدنية بحساسية مغناطيسية عالية، وهي عُرضة للاقتران بالإشارات الكهرومغناطيسية لمعدات الاختبار، مما يُؤدي إلى خسائر في التيار الدوامي وتأثيرات التباطؤ، مما يُؤثر على دقة القياسات الدقيقة.
ثانيًا: "القوة الهائلة" لقواعد الجرانيت
الاستقرار الحراري النهائي، مما يضع الأساس للقياس الدقيق
يتكون الجرانيت من اتحاد بلورات معدنية، مثل الكوارتز والفلسبار، بشكل محكم عبر روابط أيونية وتساهمية. معامل تمدده الحراري منخفض للغاية، إذ يتراوح بين 0.6 و5×10⁻⁶/℃ فقط، أي ما يعادل نصف إلى نصف عشرين من معامل تمدد المواد المعدنية. حتى مع تغير درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، يبقى تمدد وانكماش قاعدة الجرانيت التي يبلغ طولها مترًا واحدًا أقل من 50 نانومتر، مما يُحقق تقريبًا انعدام التشوه. في الوقت نفسه، تبلغ الموصلية الحرارية للجرانيت 2-3 واط/(م² · كلفن) فقط، أي أقل من نصف عشرين من الموصلية الحرارية للمعادن. يمنع هذا النظام بفعالية التوصيل الحراري للمعدات، ويحافظ على درجة حرارة سطح القاعدة موحدة، ويضمن ثبات موضع مسبار الاختبار والرقاقة نسبيًا.
2. قمع الاهتزاز القوي للغاية يخلق بيئة اختبار مستقرة
تُضفي عيوب البلورات الفريدة وهيكل انزلاق حدود الحبيبات داخل الجرانيت قدرةً عاليةً على تبديد الطاقة، مع نسبة تخميد تصل إلى 0.3-0.5، أي أكثر من ستة أضعاف نسبة القاعدة المعدنية. تُظهر البيانات التجريبية أنه عند إثارة اهتزازية بتردد 100 هرتز، يبلغ زمن تخفيف اهتزاز قاعدة الجرانيت 0.1 ثانية فقط، بينما يبلغ زمن تخفيف اهتزاز قاعدة الحديد الزهر 0.8 ثانية. هذا يعني أن قاعدة الجرانيت قادرة على كبح الاهتزازات الناتجة عن تشغيل وإيقاف تشغيل المعدات، والصدمات الخارجية، وغيرها، بشكلٍ فوري، والتحكم في سعة اهتزاز منصة الاختبار ضمن ±1 ميكرومتر، مما يوفر ضمانًا ثابتًا لموضعة المجسات النانوية.
3. خصائص طبيعية مضادة للمغناطيسية، مما يزيل التداخل الكهرومغناطيسي
الجرانيت مادةٌ ديامغناطيسية، بحساسية مغناطيسية تُقارب -10⁻⁵. توجد الإلكترونات الداخلية في أزواج داخل الروابط الكيميائية، ونادرًا ما تُستقطب بواسطة المجالات المغناطيسية الخارجية. في بيئة مجال مغناطيسي قويّ يبلغ 10 ملي تسلا، تكون شدة المجال المغناطيسي المُستحثّ على سطح الجرانيت أقل من 0.001 ملي تسلا، بينما تصل شدته على سطح الحديد الزهر إلى أكثر من 8 ملي تسلا. تُتيح هذه الخاصية الطبيعية المضادة للمغناطيسية بيئة قياس نقية لمعدات اختبار الدوائر المتكاملة (IC)، مما يحميها من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي، مثل محركات الورش وإشارات التردد اللاسلكي. وهو مناسبٌ بشكل خاص لسيناريوهات الاختبار شديدة الحساسية للضوضاء الكهرومغناطيسية، مثل الرقائق الكمومية والمحوّلات التناظرية إلى الرقمية/المحوّلات الرقمية إلى التناظرية عالية الدقة.
ثالثا، حقق التطبيق العملي نتائج ملحوظة
أثبتت ممارسات العديد من شركات أشباه الموصلات قيمة قواعد الجرانيت بشكل كامل. بعد أن تبنى مصنع عالمي لمعدات اختبار أشباه الموصلات قاعدة من الجرانيت في منصة اختبار شرائح 5G المتطورة الخاصة به، حقق نتائج مذهلة: زادت دقة تحديد موضع بطاقة المجس من ±5 ميكرومتر إلى ±1 ميكرومتر، وانخفض الانحراف المعياري لبيانات الاختبار بنسبة 70٪، وانخفض معدل سوء التقدير لاختبار واحد بشكل ملحوظ من 0.5٪ إلى 0.03٪. وفي الوقت نفسه، فإن تأثير قمع الاهتزاز ملحوظ. يمكن للمعدات بدء الاختبار دون انتظار اختفاء الاهتزاز، مما يقصر دورة الاختبار الفردية بنسبة 20٪ ويزيد من الطاقة الإنتاجية السنوية بأكثر من 3 ملايين رقاقة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع قاعدة الجرانيت بعمر افتراضي يزيد عن 10 سنوات ولا تتطلب صيانة متكررة. بالمقارنة مع القواعد المعدنية، تنخفض تكلفتها الإجمالية بأكثر من 50٪.
رابعا، التكيف مع الاتجاهات الصناعية وقيادة ترقية تكنولوجيا الاختبار
مع تطور تقنيات التغليف المتقدمة (مثل Chiplet) وظهور مجالات ناشئة مثل رقائق الحوسبة الكمومية، ستستمر متطلبات أداء الأجهزة في اختبار الدوائر المتكاملة (IC) في الارتفاع. كما تشهد قواعد الجرانيت ابتكارات وتحديثات مستمرة. من خلال معالجة طلاء السطح لتعزيز مقاومة التآكل، أو دمجها مع السيراميك الكهرضغطي لتحقيق تعويض الاهتزاز النشط، وغيرها من الإنجازات التكنولوجية، فإنها تتجه نحو اتجاه أكثر دقة وذكاءً. في المستقبل، ستواصل قواعد الجرانيت حماية الابتكار التكنولوجي في صناعة أشباه الموصلات والتطوير عالي الجودة لـ"الرقائق الصينية" بأدائها المتميز.

اختيار قاعدة الجرانيت يعني اختيار حل اختبار أكثر دقة وثباتًا وكفاءة للدوائر المتكاملة. سواءً كان الأمر يتعلق باختبار الرقائق المتقدم حاليًا أو الاستكشاف المستقبلي لأحدث التقنيات، ستلعب قاعدة الجرانيت دورًا لا غنى عنه.