微机电系统中晶圆级的测试及概述

　　微机电系统（MEMS）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，涉及机械、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，能够显著提升装备轻量化、小型化、精确化和集成化程度，因此应用极为广泛。MEMS 产品制造与经典的IC 最大区别在于其含有机械部分，封装环节占整个器件成本的大部分，如果在最终封装之后测出器件失效不但浪费成本，还浪费了研究和开发（R&D）、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、可靠性分析及失效分析中，可以降低产品成本和加速上市时间，对于微机电系统产业化非常关键。

　　晶圆级测试技术应用于MEMS产品开发全周期的3个阶段：（1）产品研发（R&D）阶段：用以验证器件工作和生产的可行性，获得早期器件特征。（2）产品试量产阶段：验证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，给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

　　正如引言所说，一般MEMS产品的成品率比IC产品要低很多，成本分析发现60%～80%的制造成本来自于封装阶段，图1中当成品率为50%时，采用晶圆级测试的芯片能节省30%总成本，可见采用晶圆级测试技术，可以极大降低MEMS量产成本，提高器件可靠性。

　　图1 有无晶圆级测试条件下总成本对比

　　国际上主流的MEMS开发厂商，如美国的德州仪器（TI）、模拟器件（ADI）、飞思卡尔半导体（Freescale）、Silicon Microstructures（SMI）公司，欧洲的Robert Bosch、意法半导体（ST），日本的丰田电装（DENSO）、欧姆龙（Omron）公司等均配备与MEMS晶圆级产品配套测试系统。

　　国内而言，某些高校均建立了服务于自身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，航天新锐公司在MEMS晶圆级测试系统的研制方面优势明显，推出了LS1100系列MEMS晶圆片全参数自动测试系统。测试产品包括流量计、加速度计、陀螺仪等。测试系统由探针台和一系列测量仪器，用于测量晶圆片的动态参数和静态参数。系统测试速率达到8s/芯片；圆片最大为6 in（1 in=2.54 cm）；参量包括微小电容（最低10aF）、电阻（1Ω～1GΩ）、固有频率（最高20kHz）、品质因数（最高200000）、带宽（最高10kHz）共5种，准确度最高达±1%。