แท่นทดสอบเซมิคอนดักเตอร์: การใช้หินแกรนิตมีข้อดีข้อเสียอย่างไรเมื่อเทียบกับการใช้เหล็กหล่อ?

ในด้านการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ การเลือกวัสดุสำหรับแท่นทดสอบมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำในการทดสอบและความเสถียรของอุปกรณ์ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเหล็กหล่อแบบดั้งเดิม หินแกรนิตกำลังกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับแท่นทดสอบเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่โดดเด่น
ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมช่วยให้การทำงานมีเสถียรภาพในระยะยาว
ในกระบวนการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ มักมีการใช้สารเคมีต่างๆ มากมาย เช่น สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ที่ใช้ในการพัฒนาโฟโตเรซิสต์ และสารกัดกร่อนสูง เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) และกรดไนตริก (HNO₃) ในกระบวนการกัดผิว เหล็กหล่อประกอบด้วยธาตุเหล็กเป็นหลัก ในสภาพแวดล้อมทางเคมีเช่นนี้ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันมีโอกาสเกิดขึ้นสูง อะตอมของเหล็กจะสูญเสียอิเล็กตรอนและเกิดปฏิกิริยาการแทนที่กับสารที่เป็นกรดในสารละลาย ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วของพื้นผิว เกิดสนิมและรอยบุ๋ม และทำให้ความเรียบและความแม่นยำของขนาดของชิ้นงานเสียหาย

ในทางตรงกันข้าม องค์ประกอบทางแร่ของหินแกรนิตทำให้มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้อย่างยอดเยี่ยม ส่วนประกอบหลักคือควอตซ์ (SiO₂) มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรมากและแทบไม่ทำปฏิกิริยากับกรดและเบสทั่วไป แร่ธาตุต่างๆ เช่น เฟลด์สปาร์ ก็เฉื่อยในสภาพแวดล้อมทางเคมีทั่วไปเช่นกัน การทดลองจำนวนมากแสดงให้เห็นว่า ในสภาพแวดล้อมทางเคมีจำลองสำหรับการตรวจจับเซมิคอนดักเตอร์ หินแกรนิตมีความทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีสูงกว่าเหล็กหล่อถึง 15 เท่า ซึ่งหมายความว่าการใช้แท่นหินแกรนิตสามารถลดความถี่และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่เกิดจากการกัดกร่อนได้อย่างมาก ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และรับประกันความเสถียรของความแม่นยำในการตรวจจับในระยะยาว
มีเสถียรภาพสูงมาก ตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการตรวจจับระดับนาโนเมตร
การทดสอบเซมิคอนดักเตอร์มีความต้องการสูงมากในด้านความเสถียรของแพลตฟอร์ม และจำเป็นต้องวัดคุณลักษณะของชิปอย่างแม่นยำในระดับนาโนสเกล ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กหล่อค่อนข้างสูง ประมาณ 10-12 ×10⁻⁶/℃ ความร้อนที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ตรวจจับหรือความผันผวนของอุณหภูมิแวดล้อมจะทำให้แพลตฟอร์มเหล็กหล่อเกิดการขยายตัวและหดตัวอย่างมาก ส่งผลให้เกิดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งระหว่างหัววัดและชิป และส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของหินแกรนิตอยู่ที่เพียง 0.6-5×10⁻⁶/℃ ซึ่งเป็นเศษส่วนหรือต่ำกว่าเหล็กหล่อมาก โครงสร้างของหินแกรนิตมีความหนาแน่นสูง ความเครียดภายในถูกกำจัดไปเกือบหมดแล้วจากการบ่มตัวตามธรรมชาติในระยะยาว และได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้อยมาก นอกจากนี้ หินแกรนิตยังมีความแข็งแกร่งสูง มีความแข็งมากกว่าเหล็กหล่อ 2-3 เท่า (เทียบเท่า HRC > 51) ซึ่งสามารถต้านทานแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนจากภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาความเรียบและความตรงของพื้นผิวได้ ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับวงจรชิปที่มีความแม่นยำสูง แพลตฟอร์มหินแกรนิตสามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนของความเรียบได้ภายใน ±0.5 μm/m ทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ตรวจจับยังคงสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำในระดับนาโนเมตรในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน
คุณสมบัติป้องกันสนามแม่เหล็กที่โดดเด่น สร้างสภาพแวดล้อมการตรวจจับที่บริสุทธิ์
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ในอุปกรณ์ทดสอบเซมิคอนดักเตอร์มีความไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างมาก เหล็กหล่อมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กในระดับหนึ่ง ในสภาพแวดล้อมที่มีแม่เหล็กไฟฟ้า เหล็กหล่อจะสร้างสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ซึ่งจะรบกวนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์ตรวจจับ ส่งผลให้สัญญาณผิดเพี้ยนและข้อมูลการตรวจจับผิดปกติ

ในทางกลับกัน หินแกรนิตเป็นวัสดุต้านแม่เหล็กและแทบจะไม่ถูกเหนี่ยวนำด้วยสนามแม่เหล็กภายนอก อิเล็กตรอนภายในมีอยู่เป็นคู่ๆ ภายในพันธะเคมี และโครงสร้างมีความเสถียร ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ในสภาพแวดล้อมสนามแม่เหล็กแรงสูง 10 มิลลิเทสลา ความเข้มของสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำบนพื้นผิวของหินแกรนิตมีค่าน้อยกว่า 0.001 มิลลิเทสลา ในขณะที่บนพื้นผิวของเหล็กหล่อมีค่าสูงถึงมากกว่า 8 มิลลิเทสลา คุณสมบัตินี้ทำให้แพลตฟอร์มหินแกรนิตสามารถสร้างสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่บริสุทธิ์สำหรับอุปกรณ์ตรวจจับ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น การตรวจจับชิปควอนตัมและการตรวจจับวงจรอนาล็อกความแม่นยำสูง ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความสม่ำเสมอของผลการตรวจจับได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการก่อสร้างแท่นทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ หินแกรนิตได้ก้าวล้ำหน้าวัสดุเหล็กหล่อไปอย่างมาก เนื่องจากมีข้อดีที่สำคัญ เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน ความเสถียร และคุณสมบัติต้านแม่เหล็ก เมื่อเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก้าวหน้าไปสู่ความแม่นยำสูงขึ้น หินแกรนิตจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการรับประกันประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทดสอบและส่งเสริมความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์