Tsv圆片级封装mems芯片的失效分析装置及其分析方法
【专利摘要】本发明公开了TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置及其分析方法，该装置由显微镜、反光盒和探针系统组成；反光盒由外壳、外壳中两个互成90°的反光镜和外壳顶部开口处的透明玻璃组成，反光镜与外壳底面夹角为45°；探针系统包括探针、探针臂和探针座，探针通过探针臂与探针座连接，探针上连接导线，导线与测试装置或电源连接。该装置利用反光镜改变光线方向，不需背面镜头，就可以用于分析MEMS芯片的失效机理，结构简单，效果好。本发明的分析方法为：将待分析MEMS芯片放置在透明玻璃上，在压焊块上扎上探针；通过导线向MEMS结构输入激励电压；通过显微镜观察MEMS结构的响应判断MEMS器件的失效机理。该方法操作简单，能够快速、准确地对待分析MEMS芯片进行失效分析。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于MEMS芯片分析领域，具体是涉及到一种用于TSV圆片级封装MEMS芯 片的失效分析装置，本发明还涉及利用这种分析装置进行MEMS芯片失效分析的方法。 TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置及其分析方法
【背景技术】
[0002] MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写，MEMS制造技术 利用微细加工技术，特别是半导体圆片制造技术，制造出各种微型机械结构，结合专用控制 集成电路（ASIC)，组成智能化的微传感器、微执行器等MEMS元器件。MEMS元器件具有体积 小、成本低、可靠性高、抗恶劣环境能力强、功耗低、智能化程度高、易校准、易集成的优点， 被广泛应用于消费类电子产品（如手机、平板电脑、玩具、数码相机、游戏机、空中鼠标、遥 控器、GPS等）、国防工业（如智能炸弹、导弹、航空航天、无人飞机等）以及工业类产品（如 汽车、机器人、智能交通、工业自动化、环境监测、平台稳定控制、现代化农业、安全监控等）， MEMS元器件逐渐成为物联网技术的基石。
[0003] 随着便携式电子产品，如手机、平板电脑、可穿戴装置等市场的迅猛增长，消费类 电子产品已成为MEMS元器件的最大市场，几乎每个便携式电子产品中都会用到多个MEMS 元器件，以智能手机为例，它用到了陀螺仪、加速度计、高度计、麦克风、电子指南针、调谐天 线、滤波器等。为达到便携式电子产品对MEMS元器件体积小、性能高、功耗低、价格便宜的 要求，MEMS元器件需要在圆片制造过程中先进行圆片级封装，保护可动、易碎的微机械结 构，然后将圆片切割成芯片，再通过普通塑料封装方法进行封装。
[0004] MEMS结构通常由单晶硅或多晶硅材料构成，硅材料的刚性和抗疲劳性能很好，但 比较脆，受到外力冲击时易发生碎裂，引起器件失效;MEMS芯片加工过程中的工艺缺陷，如 残留物、吸气剂等淀积材料的剥离、密封材料外溢、键合强度不够等，也会引起器件失效；另 夕卜，由于设计缺陷引起的在芯片加工或使用过程中的MEMS结构吸合，也是最常见的失效机 理。在分析这些失效机理时，必须给MEMS结构提供一个激励信号（直流电压或交流电压）， 然后测试MEMS结构的漏电值、电容值、共振频率、吸合电压、运动幅度等参数，判断MEMS结 构的失效原因。矩形平板电容的静电力与施加的电压的平方成正比，静电力公式如下：
[0005]
【权利要求】
1. TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在于：它由自带光源的显微镜、反 光盒和探针系统组成； 所述反光盒由顶部开口的外壳、反光镜和透明玻璃组成，反光镜包括两个互成90°角 的左反光镜和右反光镜，左反光镜和右反光镜都是镜面朝上地置于外壳中，左反光镜和右 反光镜与外壳底面夹角都为45°，透明玻璃覆盖在外壳顶部开口处，透明玻璃与外壳底面 相平行； 所述探针系统包括探针、探针臂和可移动的探针座，探针通过探针臂与探针座连接，探 针上连接导线，导线与测试装置或电源连接； 所述反光盒置于显微镜的载物台上，反光盒外壳的底面与载物台平行，显微镜的物镜 位于反光盒上方。
2. 根据权利要求1所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在于：所 述的反光盒还包括一对定位块，定位块位于透明玻璃上表面上。
3. 根据权利要求1或2所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在 于：所述透明玻璃上相对于待分析MEMS芯片的位置处有凹腔。
4. 如权利要求1或2所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在于： 所述透明玻璃上有光线通过的地方有透光孔。
5. 根据权利要求4所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在于：所 述透明玻璃上相对于待分析MEMS芯片的位置处有台阶。
6. 根据权利要求1或2所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在 于：所述的探针座置于显微镜载物台上。
7. 根据权利要求1或2所述的TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析装置，其特征在于： 所述探针系统还包括探针台，探针台与显微镜的载物台分离，所述探针座置于探针台上。 8. TSV圆片级封装MEMS芯片的失效分析方法，具体步骤为： (1) 除去TSV圆片级封装MEMS芯片的底板，露出MEMS结构，得到待分析MEMS芯片； (2) 显微镜使用小倍率物镜，打开显微镜光源，调节显微镜焦距，将待分析MEMS芯片按 压焊块朝上、MEMS结构朝下的方式固定在物镜视场边缘，从显微镜的观察下将探针扎入待 分析MEMS芯片的压焊块上； (3) 将小倍率物镜切换为大倍率物镜，调节显微镜焦距，使入射光照射在待分析MEMS 芯片的MEMS结构上，同时MEMS结构反射的反射光返回物镜，通过探针上的导线向MEMS结 构输入激励电压，观察或记录MEMS结构的运动情况来分析MEMS器件的失效机理。
【文档编号】H01L21/66GK104124183SQ201410363956
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】华亚平 申请人:安徽北方芯动联科微系统技术有限公司