DHT®-Halbleiter-Kühlgeräte: Präzisions-Temperaturregelung für die moderne Fertigung

Geschrieben von Robin
Leitender Ingenieur, Doaho Test (DHT®)

In der Halbleiterindustrie steht das Streben nach Prozessgenauigkeit im Nanometerbereich und extremer Chipleistung immer vor einer unsichtbaren, aber entscheidenden Herausforderung - dem thermischen Durchgehen. Von der Photolithographie über das Packaging bis hin zur Endprüfung wirkt sich die thermische Stabilität industrieller Testgeräte direkt auf die Prozesssicherheit aus. Eine Temperaturschwankung von nur 0,1 °C kann zu einem Rückgang der Ausbeute um 2% führen, während ein einziger Kühlungsausfall den katastrophalen Verlust von Chips im Wert von Millionen von Dollar zur Folge haben kann. Um die strengen Zertifizierungen wie IEC 61508 und ISO 26262 zu erfüllen, müssen die Prüfkammern bei der Temperaturkontrolle von Halbleitern eine Abweichung von nahezu Null aufweisen. Jede Lücke im Wärmemanagement riskiert einen Testausfall und die Nichteinhaltung der Vorschriften.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat DHT® einen hochpräzisen Halbleiterkühler entwickelt, der auf fortschrittliche Testanwendungen zugeschnitten ist und mit drei Kernfunktionen neue Maßstäbe in der Branche setzt: ultrapräzise Temperaturregelung, störungsfreier Betrieb und vorausschauende Intelligenz. Das System entspricht den Sicherheitsnormen UL 61010 und GB/T 2423, während sein intelligentes Warnsystem proaktiv thermische Zwischenfälle verhindert und so zum stillen Wächter in den QS-Protokollen für Halbleiter wird.

Präzision auf 1-Mikrometer-Niveau: Warum Halbleitertests dedizierte Kühler erfordern

Bei der Halbleiterherstellung geht es um die Beherrschung der mikroskopischen Welt. Nehmen wir als Beispiel die 3D-NAND-Tests: Tausende von vertikal gestapelten Schichten erzeugen extreme örtliche Hitze. Eine Verzögerung der Abkühlung von nur 5 Sekunden kann zu einer unangepassten Wärmeausdehnung führen, die Risse in der Struktur verursacht. Herkömmliche industrielle Kältemaschinen mit einer Regelgenauigkeit von ±1 °C und schwankenden Durchflussraten haben Schwierigkeiten, drei grundlegende Anforderungen der Halbleiterprüfung zu erfüllen:

- Absolute thermische Genauigkeit: Zur Gewährleistung gleichbleibender Sperrschichttemperaturen bei unterschiedlichen Arbeitsbelastungen

- Minimale hydraulische Störung: Zur Vermeidung von Druckstörungen bei empfindlichen Sondenstationen

- Chemische Verträglichkeit: Zum Schutz vor Korrosion in hochreinen Rohrleitungssystemen

Das DHT^® Halbleitertestkühler wurde speziell für diese Herausforderungen entwickelt und basiert auf einem Leitprinzip - der unsichtbaren Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts während des Energieaustauschs.

2. technologischer Kern: Von der Thermodynamik zur intelligenten Steuerung

Präzision im Nanometerbereich mit PID- und prädiktiven Algorithmen

DHT^® integriert fortschrittliche Temperatursteuerungsalgorithmen mit Echtzeit-PID-Regelung und Lastvorhersagemodellen und erreicht eine Wasserauslassgenauigkeit von ±0,05 °C - und übertrifft damit die SEMI F1-0306-Normen. Bei dynamischen thermischen Ereignissen (z. B. Leistungsspitzen bei Chips) antizipiert ein proprietärer Feedforward-Kompensationsalgorithmus Lastschwankungen bis zu 300 ms im Voraus und koordiniert Inverterkompressoren und elektronische Expansionsventile, um ein thermisches Überschwingen innerhalb von 0,1 °C zu unterdrücken.

Null-Störungs-Hydraulik: Luft- und Raumfahrtgerechte Dämpfung

Durch die Übernahme der Speicherdämpfungstechnologie aus der Luft- und Raumfahrthydraulik und deren Kombination mit mehrstufigen Kreiselpumpen kann DHT^® begrenzt die Druckschwankung auf ±0,5 kPa - nur ein Drittel der Schwankung bei ähnlichen Systemen. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration mit empfindlichen Geräten wie Prüfstationen und ATE-Testern und eliminiert Unterbrechungen durch hydraulische Schwankungen.

Universelle Medienkompatibilität: Modulares Durchflusskanal-Design

Die Durchflusskreise bestehen aus einem Hybrid aus 316L-Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und PEEK-Polymeren, die mit deionisiertem Wasser, Glykollösungen und fluorierten Flüssigkeiten kompatibel sind. Das proprietäre modulare Quick-Release-Rohrleitungsdesign von DHT® ermöglicht einen Medienwechsel und eine vollständige Systemspülung in weniger als zwei Stunden und erfüllt die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von Verbindungshalbleitern und Silizium-Photonik.

3. anwendungsspezifische Innovationen: Sechs thermische Herausforderungen bei der Halbleiterprüfung bewältigen

DHT^®Die Kältetechnik des Unternehmens entwickelt sich parallel zu den Anforderungen der Halbleiterherstellung weiter:

- Burn-In auf Wafer-Ebene: Schnelle Zyklen von -40°C bis +110°C, die 1000 Temperaturschocktests innerhalb von 4 Stunden für 300-mm-Wafer ermöglichen

- Hohe Packungsdichte: Kundenspezifische Dual-Loop-Kühlung mit bis zu 120 kW Leistung, die Wärmestromdichten von 200 W/cm² für Chiplet-basierte heterogene Integration bewältigt

- Photolithographie-Kühlung: Zweistufige thermische Steuerung gewährleistet ±0,02°C Wasserstabilität und hält die Wellenlängendrift des ArF-Excimerlasers unter 0,1pm

- Sicherheit von Verbindungshalbleitern: Ausgestattet mit Wasserstoffsensoren und Stickstoffspülsystemen, um das Risiko brennbarer Gase bei der Prüfung von GaN-Bauteilen zu verringern

- Chip-Validierung in Automobilqualität: Erfüllt AEC-Q100 mit dreifachem Schutz (Salznebel, Vibration und EMI) und simuliert raue Umgebungen in Fahrzeugen

- Flexible Tests im Labormaßstab: Kompaktes Benchtop-Design (DHC-20M-Serie), ideal für schnelles Prototyping und Chargenverifizierung von 5G RF-Chips

4.Nachhaltige Kühlung für eine Netto-Null-Halbleiter-Zukunft

Da die Industrie auf eine Maximierung der Leistung pro Watt hinarbeitet, ist DHT^® gestaltet thermische Systeme im Sinne der Nachhaltigkeit neu:

- Rückgewinnung von Abwärme: Integrierte Wärmepumpe nutzt überschüssige Wärmeenergie zur Erwärmung von Reinstwasser und senkt den PUE-Wert des Rechenzentrums um 0,15

- Nutzung der freien Kühlung: In kälteren Klimazonen senkt das intelligente Umschalten auf Luftkühlung den jährlichen Energieverbrauch um über 30%

- GWP-arme Kältemittel: Laufende F&E im Bereich der Phasenwechselkühlung mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) unterstützt die Scope-3-Emissionsziele für Halbleiterkunden

Präzisionskühlung als Grundlage der Prozessinnovation

Jeder Durchbruch in der Halbleiterverarbeitung geht mit einer Revolution in der thermischen Kontrolle einher. Der DHT^® Halbleiterkühlung - mit chirurgischer Temperaturgenauigkeit, vorausschauender Intelligenz und einer Vision für kohlenstofffreie Kühlung - entwickelt sich zum stillen Eckpfeiler der modernen Chipfertigung. Da das Mooresche Gesetz an seine physikalischen Grenzen stößt, könnte der nächste Sprung nach vorn mit der Beherrschung jedes einzelnen Wärmegrads beginnen.

Duohe Test Equipment Co. Ltd. (DHT®) ist ein führender Hersteller, der sich auf Umweltsimulationslösungen für die Hochpräzisionsindustrie spezialisiert hat. Mit mehr als einem Jahrzehnt an technischem Fachwissen entwickeln und produzieren wir eine breite Palette an Prüfkammern, darunter Tisch-Umweltkammern für kompakte Laboranforderungen, Batterie-Umwelt-Zuverlässigkeitsprüfkammern für Energiespeichersysteme und große begehbare Umweltkammern, die auf Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie zugeschnitten sind. Wir sind für Sie da und helfen Ihnen bei jeder Prüfkammerbedarf-zögern Sie nicht, sich zu melden!