微機(jī)電系統(tǒng)中晶圓級(jí)的測試及概述

　　微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）屬于21 世紀(jì)前沿技術(shù)，是對(duì)MEMS加速度計(jì)、MEMS 陀螺儀及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱。MEMS 器件特征尺寸從毫米、微米甚至到納米量級(jí)，涉及機(jī)械、電子、化學(xué)、物理、光學(xué)、生物、材料等多個(gè)學(xué)科。在產(chǎn)品的研制方面，能夠顯著提升裝備輕量化、小型化、精確化和集成化程度，因此應(yīng)用極為廣泛。MEMS 產(chǎn)品制造與經(jīng)典的IC 最大區(qū)別在于其含有機(jī)械部分，封裝環(huán)節(jié)占整個(gè)器件成本的大部分，如果在最終封裝之后測出器件失效不但浪費(fèi)成本，還浪費(fèi)了研究和開發(fā)（R&D）、工藝過程和代工時(shí)間，因此，MEMS產(chǎn)品的晶圓級(jí)測試在早期產(chǎn)品功能測試、可靠性分析及失效分析中，可以降低產(chǎn)品成本和加速上市時(shí)間，對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化非常關(guān)鍵。

　　晶圓級(jí)測試技術(shù)應(yīng)用于MEMS產(chǎn)品開發(fā)全周期的3個(gè)階段：（1）產(chǎn)品研發(fā)（R&D）階段：用以驗(yàn)證器件工作和生產(chǎn)的可行性，獲得早期器件特征。（2）產(chǎn)品試量產(chǎn)階段：驗(yàn)證器件以較高成品率量產(chǎn)的能力。（3）量產(chǎn)階段：最大化吞吐量和降低成本。本文分析了國內(nèi)和國際MEMS晶圓級(jí)測試系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，給出了國內(nèi)現(xiàn)有問題的解決方案。

　　MEMS晶圓級(jí)測試系統(tǒng)硬件

　　1. 測試系統(tǒng)

　　正如引言所說，一般MEMS產(chǎn)品的成品率比IC產(chǎn)品要低很多，成本分析發(fā)現(xiàn)60%～80%的制造成本來自于封裝階段，圖1中當(dāng)成品率為50%時(shí)，采用晶圓級(jí)測試的芯片能節(jié)省30%總成本，可見采用晶圓級(jí)測試技術(shù)，可以極大降低MEMS量產(chǎn)成本，提高器件可靠性。

　　圖1 有無晶圓級(jí)測試條件下總成本對(duì)比

　　國際上主流的MEMS開發(fā)廠商，如美國的德州儀器（TI）、模擬器件（ADI）、飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale）、Silicon Microstructures（SMI）公司，歐洲的Robert Bosch、意法半導(dǎo)體（ST），日本的豐田電裝（DENSO）、歐姆龍（Omron）公司等均配備與MEMS晶圓級(jí)產(chǎn)品配套測試系統(tǒng)。

　　國內(nèi)而言，某些高校均建立了服務(wù)于自身MEMS生產(chǎn)線的晶圓級(jí)測試系統(tǒng)，如清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)、哈工大等；一些科研院所亦然，如中國電科49所、13所、26所、46所等。測試系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)結(jié)構(gòu)和功能各異，其中，航天新銳公司在MEMS晶圓級(jí)測試系統(tǒng)的研制方面優(yōu)勢明顯，推出了LS1100系列MEMS晶圓片全參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)。測試產(chǎn)品包括流量計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀等。測試系統(tǒng)由探針臺(tái)和一系列測量儀器，用于測量晶圓片的動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)測試速率達(dá)到8s/芯片；圓片最大為6 in（1 in=2.54 cm）；參量包括微小電容（最低10aF）、電阻（1Ω～1GΩ）、固有頻率（最高20kHz）、品質(zhì)因數(shù)（最高200000）、帶寬（最高10kHz）共5種，準(zhǔn)確度最高達(dá)±1%。

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