MEMS在汽車、醫(yī)療、生化和航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。對封裝前的MEMS芯片進行測試是一種低成本的提高產(chǎn)量和產(chǎn)品可靠性的手段。在改變測試環(huán)境（壓力、光照、溫度等）和本身參數(shù)（共振頻率及位移幅值等）的情況下獲得的測試結(jié)果對設(shè)備的設(shè)計開發(fā)十分重要。本文將介紹薄膜的動態(tài)響應(yīng)測試，使用的設(shè)備是配有掃描式激光測振儀的半自動探針臺。
MEMS晶圓的重復(fù)測試
手動測試表面覆有薄膜的MEMS晶圓十分耗費時間，為了提高效率，引入配有激光測振儀的半自動探針臺，將被測件放在探針臺上，使用激光測振儀來獲取各被測件的動態(tài)響應(yīng)。整個測試過程都是通過軟件進行控制的。整套系統(tǒng)包括Polytec MSA-500測試系統(tǒng)的軟硬件、探針臺的軟硬件。
圖1 PSV軟件中顯示的測試網(wǎng)格（上）和頻譜（下）
第一步是進行晶圓位置的標定，系統(tǒng)會記錄晶圓的結(jié)構(gòu)信息，通過這些信息，系統(tǒng)會生成一個晶圓圖，下一步就是定義數(shù)據(jù)采集參數(shù)。對于表面附有薄膜的MEMS設(shè)備而言，每一片薄膜結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個包含6到9個測試點的網(wǎng)格（如圖1）。完成上述兩步后就可以對系統(tǒng)進行初始化操作了。
系統(tǒng)會按照之前設(shè)定好的程序，對晶圓結(jié)構(gòu)進行逐一測試。激光測振儀每完成一塊薄膜測試大概需要2到3秒的時間（如圖2和圖1所示），測試數(shù)據(jù)會和設(shè)備ID一起儲存在系統(tǒng)中。完成整個區(qū)域的測試后就可以得到晶圓的頻譜圖和形變圖（如圖3）。
圖2 正在測試MEMS晶圓的掃描式激光測振儀
圖3 顯示MEMS測試過程和振動信號的SUSS ProberBench軟件
SUSS PA200
用于MEMS晶圓級測試的半自動探針臺系統(tǒng)
SUSS PA200可以為200mm以內(nèi)的MEMS晶圓提供高精度并極具靈活性的半自動測試解決方案，同樣也適用于結(jié)構(gòu)的失效分析和高頻測試。PA200可以對亞微米級的MEMS芯片進行測試，并且探測手段可靠，測試數(shù)據(jù)精確。整套設(shè)備采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)需求安裝顯微鏡，也可將手動版的PA200測試平臺升級為高放大倍率、可編程化的測試系統(tǒng)?？晒┻x擇的配件有：激光切割機、高頻測試專用卡盤以及探針卡適配器?？梢酝ㄟ^SUSS ProberBench操作系統(tǒng)對PA200系統(tǒng)進行控制，操作系統(tǒng)包括電子支架、控制搖桿和可視化的用戶操作界面。ProberBench中的軟硬件設(shè)備均由業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的供應(yīng)商提供。
Polytec MSA測試系統(tǒng)
可以對MEMS芯片進行3D動態(tài)響應(yīng)和形貌測試。
MSA是專為MEMS等微小結(jié)構(gòu)開發(fā)的測試設(shè)備，可以用來進行結(jié)構(gòu)的振動和形貌分析。MSA系統(tǒng)安裝簡便，適用于手動或全自動的探針臺。MSA系統(tǒng)中集成了具有顯微功能的掃描式多普勒激光測振技術(shù)，頻閃測試技術(shù)以及白光干涉技術(shù)，這些技術(shù)有助于分析微結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)和形貌測試。
MSA系統(tǒng)在MEMS設(shè)備的設(shè)計和測試階段均發(fā)揮重大作用，通過提供被測件的動靜態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，可以簡化產(chǎn)品的故障診斷、鞏固并優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計周期，提升產(chǎn)品性能和產(chǎn)量，同時可以降低生產(chǎn)成本。
除了MSA-500以外，最新型號的MSA-600采用了數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集和傳輸，分辨率得到了大幅度提升，振動顯示也得到了加強，而且儀器操作更加簡單。
