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，結構簡單，效果好。本發明的分析方法為：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結構輸入激勵電壓；通過顯微鏡觀察MEMS結構的響應判斷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】
【技術領域】
[0001] 本發明屬于MEMS芯片分析領域，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】
[0002] MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是微機電系統的縮寫，MEMS制造技術 利用微細加工技術，特別是半導體圓片制造技術，制造出各種微型機械結構，結合專用控制 集成電路（ASIC)，組成智能化的微傳感器、微執行器等MEMS元器件。MEMS元器件具有體積 小、成本低、可靠性高、抗惡劣環境能力強、功耗低、智能化程度高、易校準、易集成的優點， 被廣泛應用于消費類電子產品（如手機、平板電腦、玩具、數碼相機、游戲機、空中鼠標、遙 控器、GPS等）、國防工業（如智能炸彈、導彈、航空航天、無人飛機等）以及工業類產品（如 汽車、機器人、智能交通、工業自動化、環境監測、平臺穩定控制、現代化農業、安全監控等）， MEMS元器件逐漸成為物聯網技術的基石。
[0003] 隨著便攜式電子產品，如手機、平板電腦、可穿戴裝置等市場的迅猛增長，消費類 電子產品已成為MEMS元器件的最大市場，幾乎每個便攜式電子產品中都會用到多個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、調諧天 線、濾波器等。為達到便攜式電子產品對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 構，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結構通常由單晶硅或多晶硅材料構成，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，由于設計缺陷引起的在芯片加工或使用過程中的MEMS結構吸合，也是最常見的失效機 理。在分析這些失效機理時，必須給MEMS結構提供一個激勵信號（直流電壓或交流電壓）， 然后測試MEMS結構的漏電值、電容值、共振頻率、吸合電壓、運動幅度等參數，判斷MEMS結 構的失效原因。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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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結構，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，調節顯微鏡焦距，將待分析MEMS芯片按 壓焊塊朝上、MEMS結構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，調節顯微鏡焦距，使入射光照射在待分析MEMS 芯片的MEMS結構上，同時MEMS結構反射的反射光返回物鏡，通過探針上的導線向MEMS結 構輸入激勵電壓，觀察或記錄MEMS結構的運動情況來分析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 優先權日:2014年7月25日
【發明者】華亞平 申請人:安徽北方芯動聯科微系統技術有限公司