Tsv圓片級(jí)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(kāi)了TSV圓片級(jí)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(gè)互成90°的反光鏡和外殼頂部開(kāi)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(guò)探針臂與探針座連接，探針上連接導(dǎo)線，導(dǎo)線與測(cè)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(jī)理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)導(dǎo)線向MEMS結(jié)構(gòu)輸入激勵(lì)電壓；通過(guò)顯微鏡觀察MEMS結(jié)構(gòu)的響應(yīng)判斷MEMS器件的失效機(jī)理。該方法操作簡(jiǎn)單，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)待分析MEMS芯片進(jìn)行失效分析。
【專利說(shuō)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(jí)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(jìn)行MEMS芯片失效分析的方法。 TSV圓片級(jí)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(jī)電系統(tǒng)的縮寫(xiě)，MEMS制造技術(shù) 利用微細(xì)加工技術(shù)，特別是半導(dǎo)體圓片制造技術(shù)，制造出各種微型機(jī)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(qiáng)、功耗低、智能化程度高、易校準(zhǔn)、易集成的優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如手機(jī)、平板電腦、玩具、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、空中鼠標(biāo)、遙 控器、GPS等）、國(guó)防工業(yè)（如智能炸彈、導(dǎo)彈、航空航天、無(wú)人飛機(jī)等）以及工業(yè)類產(chǎn)品（如 汽車、機(jī)器人、智能交通、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、平臺(tái)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(jī)、平板電腦、可穿戴裝置等市場(chǎng)的迅猛增長(zhǎng)，消費(fèi)類 電子產(chǎn)品已成為MEMS元器件的最大市場(chǎng)，幾乎每個(gè)便攜式電子產(chǎn)品中都會(huì)用到多個(gè)MEMS 元器件，以智能手機(jī)為例，它用到了陀螺儀、加速度計(jì)、高度計(jì)、麥克風(fēng)、電子指南針、調(diào)諧天 線、濾波器等。為達(dá)到便攜式電子產(chǎn)品對(duì)MEMS元器件體積小、性能高、功耗低、價(jià)格便宜的 要求，MEMS元器件需要在圓片制造過(guò)程中先進(jìn)行圓片級(jí)封裝，保護(hù)可動(dòng)、易碎的微機(jī)械結(jié) 構(gòu)，然后將圓片切割成芯片，再通過(guò)普通塑料封裝方法進(jìn)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(shí)易發(fā)生碎裂，引起器件失效;MEMS芯片加工過(guò)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(qiáng)度不夠等，也會(huì)引起器件失效；另 夕卜，由于設(shè)計(jì)缺陷引起的在芯片加工或使用過(guò)程中的MEMS結(jié)構(gòu)吸合，也是最常見(jiàn)的失效機(jī) 理。在分析這些失效機(jī)理時(shí)，必須給MEMS結(jié)構(gòu)提供一個(gè)激勵(lì)信號(hào)（直流電壓或交流電壓）， 然后測(cè)試MEMS結(jié)構(gòu)的漏電值、電容值、共振頻率、吸合電壓、運(yùn)動(dòng)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(jí)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(kāi)口的外殼、反光鏡和透明玻璃組成，反光鏡包括兩個(gè)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(kāi)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(dòng)的探針座，探針通過(guò)探針臂與探針座連接，探 針上連接導(dǎo)線，導(dǎo)線與測(cè)試裝置或電源連接； 所述反光盒置于顯微鏡的載物臺(tái)上，反光盒外殼的底面與載物臺(tái)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(jí)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(duì)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(jí)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(duì)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(jí)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(guò)的地方有透光孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的TSV圓片級(jí)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(duì)于待分析MEMS芯片的位置處有臺(tái)階。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級(jí)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(tái)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TSV圓片級(jí)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(tái)，探針臺(tái)與顯微鏡的載物臺(tái)分離，所述探針座置于探針臺(tái)上。 8. TSV圓片級(jí)封裝MEMS芯片的失效分析方法，具體步驟為： (1) 除去TSV圓片級(jí)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(kāi)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(chǎng)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(shí)MEMS結(jié)構(gòu)反射的反射光返回物鏡，通過(guò)探針上的導(dǎo)線向MEMS結(jié) 構(gòu)輸入激勵(lì)電壓，觀察或記錄MEMS結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析MEMS器件的失效機(jī)理。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104124183SQ201410363956
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:安徽北方芯動(dòng)聯(lián)科微系統(tǒng)技術(shù)有限公司