Ручная, полуавтоматическая или автоматическая зондовая станция: критерий выбора
Ручная зондовая станция
Предназначена для исследовательских задач, когда необходимо работать с отдельными структурами или небольшим количеством кристаллов. Важна гибкость измерительного комплекса, а не на скорость тестирования большого числа кристаллов.
Подходит:
- университетам и исследовательским лабораториям;
- дизайн-центрам при разработке и исследовании новых приборов;
- разработчикам компактных и поведенческих моделей;
- лабораториям, выполняющим сложные СВЧ и мощностные измерения.
Типичные задачи включают исследование отдельных транзисторов и диодов, характеризацию новых конструкций приборов, создание компактных и поведенческих моделей, СВЧ-измерения, измерения усилителей мощности и измерения с перестройкой импеданса нагрузки. В последнем случае ручная станция часто достаточна даже для сложной измерительной задачи: интересующих транзисторов на пластине немного. Измерение каждого занимает значительное время, так как оператор перебирает значения частоты, мощности и импеданса. Скорость перемещения между кристаллами не является определяющим фактором.
Полуавтоматическая зондовая станция
Требуется, когда количество измеряемых кристаллов возрастает и ручное перемещение по пластине начинает занимать большую часть времени. При этом пластину оператор по-прежнему устанавливает вручную, а работа внутри пластины автоматизируется.
Кому подходит:
- дизайн-центрам с большим объёмом характеризации приборов;
- лабораториям разработки технологических процессов;
- лабораториям характеризации и моделирования;
- подразделениям контроля параметров пластин;
- опытным и малосерийным производствам.
Что автоматизируется:
- карта пластины задаёт расположение кристаллов, служит для навигации и одновременно для отображения результатов измерения;
- определение ориентации после ручной загрузки и совмещение системы координат карты с реальной пластиной;
- система компьютерного зрения находит заданный элемент изображения и уточняет положение перед контактированием;
- карта высот — компенсация не идеальной плоскостности поверхности пластины для сохранения стабильного контакта по всей площади.
Автоматическая зондовая станция
Требуется при большом количестве пластин, которое надо проверить. Обеспечивает всю автоматизацию полуавтоматической станции и дополнительно загрузку, выгрузку, предварительное выравнивание и идентификацию пластин. Рассчитана на работу «из кассеты в кассету» с непрерывным тестированием.
Подходит:
- серийным производствам полупроводниковых приборов;
- предприятиям с большим потоком проверяемых пластин;
- подразделениям производственного контроля;
- центрам тестирования пластин;
- задачам с работой в несколько смен или без постоянного присутствия оператора.
Дополнительно к функциям полуавтоматической станции:
- одновременная установка нескольких пластин;
- роботизированное перемещение — манипулятор извлекает и возвращает пластину между узлами системы;
- автоматическое считывание идентификатора (оптическое распознавание или штрихкод) и привязка к партии, программе измерений, карте и результатам;
- возврат пластины в кассету и загрузка следующей без участия оператора.
Три типа зондовых станций закрывают три разных сценария и разница в том, где именно возникает потребность: в скорости, в производительности или в типе измерений.
|
Тип станции |
Объём задач |
Что автоматизировано |
Кому подходит |
|
Ручная |
Небольшое количество кристаллов/структур |
Ничего — оператор вручную выбирает и контактирует DUT |
Исследовательские лаборатории, дизайн-центры, характеризация |
|
Полуавтоматическая |
Десятки–тысячи кристаллов на одной пластине |
Карта пластины, выравнивание, распознавание структур, карта высот |
Дизайн-центры, техпроцессные лаборатории, опытное производство |
|
Автоматическая |
Много кристаллов и много пластин |
Всё из полуавтомата + кассетная загрузка, роботизированное перемещение, идентификация пластин |
Серийное производство, центры тестирования пластин |
Что необходимо для температурных измерений на пластине от −60 до +300 °C
Температурный диапазон — одно из типовых требований для специальной и военной электроники, космической электроники, автомобильной и силовой электроники, а также для исследования и характеризации полупроводниковых приборов. Разбираем, что определяет реальную конфигурацию системы для такого диапазона.
Задача
Диапазон от −60 до +300 °C складывается из нескольких независимых требований: охлаждения, защиты от конденсата, нагрева и механической стабильности контакта при изменении температуры.
Важное уточнение по стандартам: категория качества «ВП» сама по себе не определяет единый температурный диапазон, он задаётся техническими условиями конкретного изделия. Для ЭКБ космического применения ГОСТ Р 58857-2020 устанавливает диапазон от −60 до +125 °C. Перед выбором конфигурации станции нужно зафиксировать точный требуемый диапазон по ТУ изделия, а не по общей категории качества.
Требования
Охлаждение до −60 °C
Ранее для низкотемпературных измерений широко применялись жидкий азот и гелий. Для диапазона примерно до −60 °C современные системы позволяют использовать охлаждение сухим сжатым воздухом без жидких хладагентов. Для более глубокой криогеники, ниже этой границы, криогенные газы остаются обязательными.
Точка росы и защита от конденсата
При отрицательной температуре необходимо исключить образование конденсата и льда на пластине и зондах. Для этого вокруг пластины создаётся закрытое или частично закрытое пространство, куда подаётся сухой воздух.
Для систем с нижней температурой −60 °C типовое требование к точке росы сжатого воздуха — не выше −40/−45 °C. При подборе системы осушения нужно дополнительно зафиксировать:
- давление воздуха;
- необходимый расход;
- производительность компрессора;
Нагрев до +300 °C
Нагреваемые чаки зондовых станций могут обеспечивать температуры до от +200 до +300 °C. Но максимальная рабочая температура определяется не чаком, а самым слабым звеном в цепи «зонд или проб-карта».
Распространенные производственные проб-карты работают до +150 °C. Для более высоких температур требуются специальные исполнения проб-карт, а типовые СВЧ-зонды рассчитаны на рабочий диапазон примерно до +175 °C.
Компенсация температурного расширения
При изменении температуры расширяются контактные площадки на пластине и контакты СВЧ-зонда. Расстояние между структурами на пластине меняется, и положение зонда относительно контактной площадки может смещаться. При нагреве и охлаждении обязательно нужно учитывать положение зондов относительно контактных площадок на всем температурном ходе.
Конфигурация
Современная зондовая станция для температурного диапазона от −60 до +300 °C компенсирует тепловое расширение несколькими механизмами:
- учитывает изменение размеров и шага кристаллов при перемещении по пластине;
- корректирует координаты X и Y при переходе между структурами;
- повторно находит контактную площадку и регулирует положение зонда;
- определяет смещение «зонд — контактная площадка» и корректирует точку контактирования;
- учитывает изменение высоты поверхности и корректирует положение по вертикали.
Ошибки при выборе
- Определять требуемый диапазон по категории качества «ВП», а не по ТУ конкретного изделия
- Недооценивать требования к точке росы при работе с отрицательными температурами.
- Не учитывать в конфигурации зондовой станции компенсацию температурного расширения при широком диапазоне от −60 до +300 °C.
- Выбирать станцию с охлаждением сухим воздухом для диапазона глубже −60 °C
Итог
Диапазон от −60 до +300 °C — это совокупность требований к охлаждению, осушению воздуха, нагреву и механической компенсации, где каждый элемент цепи (чак, зонды, проб-карта) должен соответствовать заявленному диапазону. Ошибка в любом из этих звеньев ограничивает весь измерительный комплекс независимо от характеристик остальных компонентов.
Акметрон разбирает цепочку «чак — зонды — проб-карта» под конкретные ТЗ вашего изделия и подбирает конфигурацию под требования вашего диапазона.
