Tsv圓片級封裝mems芯片的失效分析裝置及其分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置及其分析方法，該裝置由顯微鏡、反光盒和探針系統(tǒng)組成；反光盒由外殼、外殼中兩個互成90°的反光鏡和外殼頂部開口處的透明玻璃組成，反光鏡與外殼底面夾角為45°；探針系統(tǒng)包括探針、探針臂和探針座，探針通過探針臂與探針座連接，探針上連接導線，導線與測試裝置或電源連接。該裝置利用反光鏡改變光線方向，不需背面鏡頭，就可以用于分析MEMS芯片的失效機理，結(jié)構(gòu)簡單，效果好。本發(fā)明的分析方法為：將待分析MEMS芯片放置在透明玻璃上，在壓焊塊上扎上探針；通過導線向MEMS結(jié)構(gòu)輸入激勵電壓；通過顯微鏡觀察MEMS結(jié)構(gòu)的響應(yīng)判斷MEMS器件的失效機理。該方法操作簡單，能夠快速、準確地對待分析MEMS芯片進行失效分析。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于MEMS芯片分析領(lǐng)域，具體是涉及到一種用于TSV圓片級封裝MEMS芯 片的失效分析裝置，本發(fā)明還涉及利用這種分析裝置進行MEMS芯片失效分析的方法。 TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置及其分析方法

【背景技術(shù)】
[0002] MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是微機電系統(tǒng)的縮寫，MEMS制造技術(shù) 利用微細加工技術(shù)，特別是半導體圓片制造技術(shù)，制造出各種微型機械結(jié)構(gòu)，結(jié)合專用控制 集成電路（ASIC)，組成智能化的微傳感器、微執(zhí)行器等MEMS元器件。MEMS元器件具有體積 小、成本低、可靠性高、抗惡劣環(huán)境能力強、功耗低、智能化程度高、易校準、易集成的優(yōu)點， 被廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品（如手機、平板電腦、玩具、數(shù)碼相機、游戲機、空中鼠標、遙 控器、GPS等）、國防工業(yè)（如智能炸彈、導彈、航空航天、無人飛機等）以及工業(yè)類產(chǎn)品（如 汽車、機器人、智能交通、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、平臺穩(wěn)定控制、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控等）， MEMS元器件逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石。
[0003] 隨著便攜式電子產(chǎn)品，如手機、平板電腦、可穿戴裝置等市場的迅猛增長，消費類 電子產(chǎn)品已成為MEMS元器件的最大市場，幾乎每個便攜式電子產(chǎn)品中都會用到多個MEMS 元器件，以智能手機為例，它用到了陀螺儀、加速度計、高度計、麥克風、電子指南針、調(diào)諧天 線、濾波器等。為達到便攜式電子產(chǎn)品對MEMS元器件體積小、性能高、功耗低、價格便宜的 要求，MEMS元器件需要在圓片制造過程中先進行圓片級封裝，保護可動、易碎的微機械結(jié) 構(gòu)，然后將圓片切割成芯片，再通過普通塑料封裝方法進行封裝。
[0004] MEMS結(jié)構(gòu)通常由單晶硅或多晶硅材料構(gòu)成，硅材料的剛性和抗疲勞性能很好，但 比較脆，受到外力沖擊時易發(fā)生碎裂，引起器件失效;MEMS芯片加工過程中的工藝缺陷，如 殘留物、吸氣劑等淀積材料的剝離、密封材料外溢、鍵合強度不夠等，也會引起器件失效；另 夕卜，由于設(shè)計缺陷引起的在芯片加工或使用過程中的MEMS結(jié)構(gòu)吸合，也是最常見的失效機 理。在分析這些失效機理時，必須給MEMS結(jié)構(gòu)提供一個激勵信號（直流電壓或交流電壓）， 然后測試MEMS結(jié)構(gòu)的漏電值、電容值、共振頻率、吸合電壓、運動幅度等參數(shù)，判斷MEMS結(jié) 構(gòu)的失效原因。矩形平板電容的靜電力與施加的電壓的平方成正比，靜電力公式如下：
[0005]

【權(quán)利要求】
1. TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在于：它由自帶光源的顯微鏡、反 光盒和探針系統(tǒng)組成； 所述反光盒由頂部開口的外殼、反光鏡和透明玻璃組成，反光鏡包括兩個互成90°角 的左反光鏡和右反光鏡，左反光鏡和右反光鏡都是鏡面朝上地置于外殼中，左反光鏡和右 反光鏡與外殼底面夾角都為45°，透明玻璃覆蓋在外殼頂部開口處，透明玻璃與外殼底面 相平行； 所述探針系統(tǒng)包括探針、探針臂和可移動的探針座，探針通過探針臂與探針座連接，探 針上連接導線，導線與測試裝置或電源連接； 所述反光盒置于顯微鏡的載物臺上，反光盒外殼的底面與載物臺平行，顯微鏡的物鏡 位于反光盒上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在于：所 述的反光盒還包括一對定位塊，定位塊位于透明玻璃上表面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在 于：所述透明玻璃上相對于待分析MEMS芯片的位置處有凹腔。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在于： 所述透明玻璃上有光線通過的地方有透光孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在于：所 述透明玻璃上相對于待分析MEMS芯片的位置處有臺階。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在 于：所述的探針座置于顯微鏡載物臺上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析裝置，其特征在于： 所述探針系統(tǒng)還包括探針臺，探針臺與顯微鏡的載物臺分離，所述探針座置于探針臺上。 8. TSV圓片級封裝MEMS芯片的失效分析方法，具體步驟為： (1) 除去TSV圓片級封裝MEMS芯片的底板，露出MEMS結(jié)構(gòu)，得到待分析MEMS芯片； (2) 顯微鏡使用小倍率物鏡，打開顯微鏡光源，調(diào)節(jié)顯微鏡焦距，將待分析MEMS芯片按 壓焊塊朝上、MEMS結(jié)構(gòu)朝下的方式固定在物鏡視場邊緣，從顯微鏡的觀察下將探針扎入待 分析MEMS芯片的壓焊塊上； (3) 將小倍率物鏡切換為大倍率物鏡，調(diào)節(jié)顯微鏡焦距，使入射光照射在待分析MEMS 芯片的MEMS結(jié)構(gòu)上，同時MEMS結(jié)構(gòu)反射的反射光返回物鏡，通過探針上的導線向MEMS結(jié) 構(gòu)輸入激勵電壓，觀察或記錄MEMS結(jié)構(gòu)的運動情況來分析MEMS器件的失效機理。
【文檔編號】H01L21/66GK104124183SQ201410363956
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】華亞平 申請人:安徽北方芯動聯(lián)科微系統(tǒng)技術(shù)有限公司