Kyoceras Siliziumnitrid dient als Trägermaterial für mehrere 10.000 mikroskopisch kleine Kontaktnadeln, die zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Chips während der Produktion eingesetzt werden.
Kyoto/Mannheim, 17. Oktober 2023. Mikrochips sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken: Sie befinden sich in zahlreichen Gegenständen wie Smartphones, Kreditkarten, Autos und sogar medizinischen Geräten. Bei der Überprüfung der Funktionalität von Mikrochips spielt Kyoceras Highend-Keramikmaterial Starceram N3000 P eine wichtige Rolle. Nach der Produktion von Prozessoren und Speicherchips auf einem Silizium-Wafer folgt eine detaillierte Funktionsprüfung der elektronischen Schaltungen. Diese findet aus Effizienzgründen direkt auf dem Silizium-Wafer statt, noch bevor nur die als korrekt funktionierend identifizierten Chips physisch getrennt werden.
Keramische Trägerplatte mit mehreren 10.000 mikroskopisch kleinen Kontaktnadeln
Für die Funktionsprüfung werden sogenannte Probecards eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen Messkopf, mit mehreren 10.000 mikroskopisch kleinen Kontaktnadeln, die durch eine sehr dünne, von Kyocera produzierte Siliziumnitrid-Platte geführt werden. Die Nadeln werden in Kontakt mit der Chipoberfläche gebracht. Darüber erfolgt der Signalaustausch mit dem Testsystem, welches wiederum die Funktionsfähigkeit des Chips überprüft. Die Siliziumnitrid-Platte hält die Nadeln in der korrekten Position, um eine fehlerfreie Messung zu garantieren. Gleichzeitig müssen die Kontaktnadeln entlang ihrer Längsachse zurückfedern können, um ein weiches Aufsetzen auf der Silizium-Oberfläche sicherzustellen. Um die Stabilität der Platte zu garantieren und um Störungen bei der Signalübertragung zu vermeiden, muss das Siliziumnitrid eine hohe Festigkeit und einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen.
Hervoragende Materialeigenschaften für vielfältige Einsatzbedingungen
Die Führungslöcher für die Kontaktnadeln werden durch einen Laserprozess in das Material ge-bohrt. Immer kleinere Strukturbreiten in der Mikrochip-Produktion machen es wiederum nötig, die Präzision bei der Bohrung dieser Durchlässe kontinuierlich zu verbessern. Dazu müssen die Siliziumnitrid-Platten dünner ausgelegt werden. Kyocera bietet Materialstärken zwischen 0,125 mm und über 1 mm an. Die dazu erforderliche Festigkeit, Verschleißarmut sowie die benötigte Gleitfähigkeit in den Führungslöchern kombiniert die von Kyocera entwickelte Hochleistungskeramik Starceram N3000 P.
Die Funktionalitätsprüfung der Mikrochips findet für unterschiedliche Einsatzbedingungen von arktischen Temperaturen bis zur Leistungsgrenze von über 200 °C statt. Starceram N3000 P besitzt eine Biegefestigkeit von über 1.150 MPa, welche durch das besonders feinkörnige, porenfreie Gefüge mit Korngrößen kleiner 1 µm erreicht werden kann. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften ermöglichen es, mit nur einer Probecard Millionen von Mikrochips zu testen.
Aufwändige Prüfungen stellen höchste Qualität sicher
Mit aufwändigen Qualitätsprüfungen stellt Kyocera die Qualität seiner Siliziumnitrid-Platten sicher. Die Platten werden einzeln mithilfe eines sehr hellen Lichtes optisch kontrolliert, um eventuelle Kratzer, Risse oder Abplatzer erkennen zu können. Ebenso wird die Dicke, Ebenheit und die Oberflächenrauigkeit mit einer hoch präzisen optischen Messmaschine überprüft. Die Messungen der Materialstärke finden mit einer Toleranz von nur +/- 1 µm statt, was Kyoce-ra-Kunden höchste Präzision garantiert. Zudem ermöglicht ein Hightech-Lasersystem, die Platten in jeder vom Kunden benötigten Dimension bis zu einer Maximalgröße von 190 mm x 190 mm ohne Randschädigungen zuzuschneiden. Es sind zwei Oberflächenvarianten lieferbar – eine geschliffene, glänzende Version mit einem Rauheitswert Ra von
