【K1体育-十年品牌值得信赖】一文了解MEMS晶圆级测试系统

微机电系统（MEMS）归属于21世纪前沿技术，是对MEMS加速度计、MEMS陀螺仪及惯性导航系统的总称。MEMS器件特征尺寸从毫米、微米甚至到纳米量级，牵涉到机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多个学科。

在产品的研制方面，需要明显提高装备轻量化、小型化、精确化和集成化程度，因此应用于十分普遍。MEMS产品生产与经典的IC仅次于区别在于其所含机械部分，PCB环节占到整个器件成本的大部分，如果在最后PCB之后测得器件过热不但浪费成本，还浪费了研究和研发（RD）、工艺过程和代工时间，因此，MEMS产品的晶圆级测试在早期产品功能测试、可靠性分析及过热分析中，可以减少产品成本和加快上市时间，对于微机电系统产业化十分关键。晶圆级测试技术应用于MEMS产品开发仅有周期的3个阶段：（1）产品研发（RD）阶段：借以检验器件工作和生产的可行性，取得早期器件特征。

（2）产品中举量产阶段：检验器件以较高成品率量产的能力。（3）量产阶段：最大化吞吐量和降低成本。本文分析了国内和国际MEMS晶圆级测试系统硬件和系统技术现状，参考下表中的RM8096和RM8097，得出了国内现有问题的解决方案。MEMS晶圆级测试系统硬件1.测试系统正如章节所说，一般MEMS产品的成品率比IC产品要较低很多，成本分析找到60%～80%的生产成本来自于PCB阶段，图1中当成品率为50%时，使用晶圆级测试的芯片能节省30%总成本，可见使用晶圆级测试技术，可以很大减少MEMS量产成本，提升器件可靠性。

图1若无晶圆级测试条件下总成本对比国际上主流的MEMS研发厂商，如美国的德州仪器（TI）、仿真器件（ADI）、飞思卡尔半导体（Freescale）、SiliconMicrostructures（SMI）公司，欧洲的RobertBosch、意法半导体（ST），日本的丰田电装（DENSO）、欧姆龙（Omron）公司等皆配有与MEMS晶圆级产品设施测试系统。国内而言，某些高校皆创建了服务于自身MEMS生产线的晶圆级测试系统，如清华大学、北京大学、复旦大学、东南大学、哈工大等；一些科研院所亦然，如中国电科49所、13所、26所、46所等。

测试系统根据产品特点结构和功能各异，其中，航天新一代公司在MEMS晶圆级测试系统的研制方面优势显著，发售了LS1100系列MEMS晶圆片全参数自动测试系统。测试产品还包括流量计、加速度计、陀螺仪等。

测试系统由探针台和一系列测量仪器，用作测量晶圆片的动态参数和静态参数。系统测试速率超过8s/芯片；圆片仅次于为6in（1in=2.54cm）；参量还包括微小电容（低于10aF）、电阻（1Ω～1GΩ）、固有频率（最低20kHz）、品质因数（最低200000）、比特率（最低10kHz）共5种，准确度最低约±1%。2.专用探针卡探卡是相连芯片管脚和标准仪器适当手段，是晶圆级芯片自动测试的核心部分。国际上，早在1995年，BeileyM等人明确提出了一种阵列结构的薄膜式探卡，该搜卡使用聚酰亚胺作为薄膜，并将探针做薄膜当中；2002年，由ParkS等人明确提出利用了Ⅲ型硅片研制的悬臂梁结构探卡，可以忍受一定的接触力，并能使探针针尖产生充足的偏移，因此，目前国际上标准化的探卡形式为该种形式。

国内而言，生产商用于MEMS悬臂梁式芯片测试探卡积极开展晶圆级测试工作。探卡的主要性能还包括机械方面以及电学方面特性。探卡的机械特性主要通过检测悬臂梁的弹性系数来测量。

近年来，纳米压痕技术早已沦为MEMS结构机械特性测试的一个最重要手段。利用NanoIndenterXP纳米压痕系统，在探针针尖上产生一个逐步减小的接触力，可能干—偏移曲线，读取与修理过程的力-偏移曲线完全重合，解释悬臂梁在整个受力过程中没产生塑性变形。利用半导体探针测试台可以检测探卡的电学特性。

开路状态时，在邻接两个悬臂梁针尖上再加20mV的直流电力，测出漏电流仅有为0.04pA，即开路情况下邻接悬臂梁探针之间的绝缘电阻高达500GΩ。而在探卡针尖互相短接时，可以测得通路电阻大约为1.6Ω。也就是说，对于一个悬臂梁，其搜卡背面的针尖到探卡正面的引线点的网络电阻仅有为0.8Ω，这已超过目前芯片测试的基本拒绝。

另外，利用一种半导体参数测试仪（HP4284A）测试了邻接两个探针引线焊盘之间的寄生电容，结果仅有为0.02～0.03pF。综上，国内此类结构的探卡在机械性能和电学性能方面皆符合MEMS晶圆级测试系统批量测试的拒绝。

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