Thermal test ใน Semiconductor

รูปที่ 1 การทำ Wafer test [1]

Semiconductor ต้องทดสอบอะไรบ้างก่อนนำมาใช้งาน ?

การทดสอบ semiconductor เป็นวิธีที่สำคัญมากที่ควรจะต้องมีการทดสอบก่อนการปล่อยสู่ผู้อุปโภค โดยการทดสอบนั้นตัว semiconductor จะมการทดสอบที่สำคัญ [1, 2] ดังนี้
1.) การทดสอบ Wafer probe หรือ Wafer sort เป็นการใช้ทดสอบประสิทธิภาพของ semiconductor เช่น ตัวขยายสัญญาณ (Transistor) ไอโอด (Diode) และวงจรรวม (Integrated circuit, IC) โดย semiconductor เหล่านี้จะถูกสลักไว้บน wafer ที่ทำมาจากซิลิกอน (Silicon) เพื่อทดสอบการใช้งานก่อนที่จะนำไปจำหน่าย วึ่งการทดสอบนั้นจะทำตอนที่ semiconductor เหล่านี้ยังไม่ถูกตัดออกมาเป็นชิ้น ๆ

2.) การทดสอบขั้นสุดท้ายหรือ (Final testing, Post-packaging) เป็นการทดสอบหลังจาก chip นั้นถูกตัดออกมาและแพ็คเรียบร้อยแล้ว ซึ่งจะต้องทดสอบประสิทธิภาพอีกรอบผ่านเครื่องอัตโนมัติ (Automated test equipment, ATE) เพื่อดูว่ามีค่าความเร็ว การใช้พลังงาน หรือแม้กระทั่งฟังก์ชั่นการทำงานต่าง ๆ ว่าเป็นไปตามที่ตั้งไว้หรือไม่

3.) การทดสอบฟังก์ชันการทำงาน (Functional testing) เป็นการดูหลักการทำงานของ chip ว่าตรงกับความต้องการของระบบไหม (Logic) หรือเพื่อเป็นการทดสอบสัญญาณของระบบ (Signal test) ว่าตรงตามสเป็คหรือความต้องการที่ตั้งไว้หรือไม่

4.) การทดสอบพารามิเตอร์ (Parametric testing) เป็นการทดสอบ่าทางไฟฟ้าที่เรารู้จักกันเป็นอย่างดี เช่น แรงดันไฟฟ้า (Voltage) กระแสไฟฟ้า (Current) ความถี่ (Frequency) และเวลา (Timimg) ซึ่งจะต้องทำการทดสอบหลากหลายสภาวะเพื่อดูว่าค่าพรามิเตอร์ต่าง ๆ ตรงกับความต้องการและมีประสิทธิภาพในการใช้งานได้เป็นอย่างดีหรือไม่

5.) การทดสอบความน่าเชื่อถือ (Reliability) เป็นการทดสอบระยะยาวเพื่อดูเสถียรภาพทางอุณหภูมิและความทนของ semiconductor ซึ่งรวมถึงอายุการใช้งาน (Life time) การทดสอบการทำอุณหภูมิซ้ำ ๆ (Thermal testing cycle) ความชื้น (Humidity testing) การทดสอบการปล่อยประจุ (Electronic discharge testing, ESC) รวมถึงการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบกระทันหัน (Thermal shock testing) ซึ่งการทดสอบเหล่านี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับตัวโมเดลและเป็นการยืนยันประสิทธิภาพของการทำงานและการประยุกต์ใช้จริง

สารลดอุณหภูมิในการทดสอบทางความร้อนใน Semiconductor

THERMASOLV CF1

THERMASOLV CF2

THERMASOLV IM1

การทดสอบเสถียรภาพทางอุณหภูมิใน semiconductor จะต้องประกอบด้วยตัวทำความร้อน ซึ่งในที่นี้เรียกว่า Thermal head [3] ที่ประกอบด้วย

1.) Thermal fin จะเป็นตัวกระจายความร้อนกับ Heat transfer plate ให้สม่ำเสมอทั่วทั้งแผ่นเพลต ซึ่งภายใน Thermal fin จะมีระบบหล่อเย็นเพื่อช่วยในการลดอุณหภูมิให้ได้ตามที่เราต้องการทดสอบ โดยสารทำความเย็นที่ใช้นั้นจะต้องมีคุณสมบัตินำความร้อนได้ดี แล้วสามารถทนความร้อนได้สูงไม่เกิดการระเหยหรือการควบแน่นเลยระหว่างทำความเย็น ดังนั้นสารที่ใช้จะต้องมีจุดเดือดสูงเช่นเดียวกัน

2.) Heat transfer plate เป็นแผ่นเพลตที่ให้ควมร้อนและสัมผัสกับ semiconductor โดยจะมี Thermal fin ที่บรรจุสารหล่อเย็นมาช่วยในการลดอุณหภูมิของตัว Heat transfer plate อีกที ทำให้การพาความร้อน (Heat transfer convention) และการกระจายความร้อน (Heat dissipation) มีประสิทธิภาพมากขึ้น

3.) Semiconductor เป็นตัววัสดุที่เราต้องการทดสอบ เช่น chip, translator เป็นต้น

ระบบการควบคุมอุณหภูมินั้นจะมีการใช้สารที่ทำให้ตัว Thermal fin เย็นลง โดยมีขั้นตอน 4 ส่วนหลัก ๆ ดังนี้

1.) Pump ซึ่งจะเป็นตัวหมุนเวียนสารหล่อเย็นที่ออกมาจาก Thermal head โดยสารหล่อเย็นเหล่านี้จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น

เนื่องจากรับควมร้อนจากแหล่งพลังงานมาเรียบร้อยแล้ว

2.) Chiller จะเป็นเครื่องใช้ทำความเย็นให้สารหล่อเย็นเหล่านี้กลับมามีอุณหภูมิต่ำอีกครั้ง เพื่อนำไปใช้ในการรับความร้อนซ้ำ ๆ

3.) Valve เป็นตัวแจกจ่ายสารทำความเย็นที่มีอุณหภูมิลดลงแล้วให้แก่ Thermal head ต่อไป

4.) Thermal head เป็นส่วนที่ใช้ทดสอบ semiconductor ซึ่งจะประกอบด้วย 3 ส่วนสำคัญดังที่กล่าวไปข้างต้น ซึ่งในส่วนนี้เองที่สารลดอุณหภูมิจะเข้าไปหล่อเย็นตัว Heat transfer plate ผ่านตัวกลางที่เรียกว่า Thermal fin