DE102007059279B3 - Vorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von mikroelektromechanischen Sensoren (MEMS) - Google Patents

Abstract

Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS, die mechanisch schwingende Teile enthalten (akustische Sensoren) und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe (1) befinden, wobei die Testvorrichtung (4) als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte (Probecard) aus Kontaktnadeln (5), aus einer Schallquelle (6), einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsensor (7), aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht, wobei der Referenzsensor (7) und die Schallquelle (6) auf einer Verbindungsgeraden so angebracht sind, dass sie im Testfall in einer Linie mit dem MEMS-Sender (2) liegen, und der Abstand der Schallquelle (6) zur Unterkante der Testvorrichtung (4) so bemessen ist, dass bei auf Kontaktierinseln des MEMS-Senders (2) aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung (4) von der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) gleiche Abstände des Referenzsensors (7) und des MEMS-Senders (2) von der Schallquelle (6) vorliegen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine spezielle Testvorrichtung zum rationellen Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS mit mechanisch schwingenden Teilen (akustische Sensoren) zur Beurteilung bzw. Beschreibung der Sensoreigenschaften. Das Kernstück solcher akustischen Sensoren ist ein Chip und es wird fertigungstechnisch ein mehr oder weniger großes Kollektiv davon auf einer Halbleiterscheibe hergestellt.
• In der Veröffentlichung: S. Michael et al. „Parameter Identification Of Pressure Sensors By Static And Dynamic Measurements”, DTIP 2007 of MEMS & MOENS, Stress, Italy, 25–27 April 2007 werden Testvorrichtungen zum Testen mechanisch-elektrischer Eigenschaften von MEMS aufgezeigt, welche elektrostatisch angeregt oder mittels Luftstrom statisch ausgelenkt werden.
• Dem Stand der Technik entsprechend wird die Prüfung des einzelnen akustischen Sensors nach dem Heraustrennen aus dem Verband der Halbleiterscheibe und Montage des Chip auf eine für die Messung geeignete Halterung Stück für Stück mit Einschleusen und Ausschleusen in akustisch gedämpften Messräumen bzw. Messkammern vorgenommen. Diese Vorgehensweise birgt die Gefahr der Beschädigung des Sensors in sich (viele einzelne Schritte nach der Vereinzelung, z. B. durch Verschmutzung), sie ist aufwändig und teuer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Testen akustischer mikroelektromechanischer Sensoren vorzuschlagen, welche die geschilderten Nachteile umgeht.
• Gelöst wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen.
• Die Gegenstände der Ansprüche 1 und 2 haben die Vorteile, dass ein Testen im Scheibenverband erfolgt, eine hohe Reproduzierbarkeit der akustischen Verhältnisse der Messanordnung bei Anwendung einer geregelten Schallquelle gewährleistet wird, dass die Vorrichtung auch für den Ultraschallbereich geeignet ist und einen hohen Stör-/Nutzsignal Abstand durch gezielte Anwendung von Dämpfungselementen gewährleistet.
• Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zeigen
• 1 in schematischer Darstellung den vertikalen Schnitt einer Anordnung bestehend aus einem Tisch (Chuk), einer darauf liegenden Halbleiterscheibe mit einem MEMS-Sensor und einer Testvorrichtung in Form einer mit Messspitzen versehenen Prüfkarte (Probecard) mit einer Schallquelle und einem Referenzsensor, wobei die Schallquelle auf der Verbindungsgeraden zwischen dem Referenzsensor und dem MEMS-Sensor mit jeweils gleichem Abstand der Sensoren von der Schallquelle liegt und mechanischen Elementen (Dämpfer u. s. w., nicht gezeigt), wobei alle Teile fest, bzw. schalldicht miteinander verbunden sind.
• 2 den vertikalen Schnitt durch eine zu 1 gleichartige auch schematisch dargestellte Testanordnung mit dem Unterschied, dass die Schallquelle der Testvorrichtung im bezüglich der Verbindungsgeraden zwischen Referenzsensor und MEMS-Sensor asymmetrisch, d. h. einseitig angebracht ist.
• In beiden Figuren liegt die Hableiterscheibe (1), welche den MEMS-Sensor (2) enthält, auf einer ebenen Meßunterlage (Waferchuck) (3) und ist dort fixiert. Die Testvorrichtung (4) ist mit den Kontaktnadeln (5), die den elektrischen Kontakt zu den Kontaktinseln des MEMS-Sensors (2) herstellen (Kontaktinseln des MEMS-Sensors sind nicht gezeigt), mit dem MEMS-Sensor (2) verbunden. Es sind an sich bekannte Vorkehrungen getroffen, die einen bestimmten Abstand der Testvorrichtung zur Oberfläche der Halbleiterscheibe exakt einzustellen gestatten, z. B. an einem automatischen Tester, so dass jeweils gleiche Laufwege für das akustische Signal von der Schallquelle (6) zu dem Referenzsensor (7) und zum MEMS-Sensor (2) garantiert sind. Die von der Schallquelle (6) ausgesendeten akustischen Signale breiten sich nach beiden Seiten gleich aus und erreichen nach Durchlaufen der gleichen Strecke den Referenzsensor (7) und den MEMS-Sensor (2). Die einzelnen Teile sind fest und dicht für die akustischen Signale miteinander verbunden und die Seitenwände der Laufkanäle für das akustische Signal sind schallisoliert. Die Anordnung gewährleistet weitestgehend gleiche akustische Verhältnisse an dem zu prüfenden MEMS-Sensor (2) und dem Referenzsensor (7). Änderungen der akustischen Eigenschaft des Systems über einen breiten Frequenzbereich stellen sich damit in beiden Richtungen der Schallführung gleichartig ein. Die beiden Sensoren: MEMS-Sensor (2) und Referenzsensor (7) registrieren gleiche Schalldruckänderungen, in 1 mit 180grd Phasendrehung zueinander.
• Die in 2 gezeigte, gegenüber der 1 abgewandelte Anordnung der Schallquelle, ermöglicht es, bei sonst gleichen Eigenschaften die Signale ohne Phasendrehung aufzunehmen.
• Neben der üblichen Empfindlichkeitsbestimmung bei 1 kHz ist auch die Möglichkeit gegeben, eine Frequenzgangbetrachtung durchzuführen.

1

Halbleiterscheibe mit akustischen Sensoren

2

MEMS-Sensor (akustischer Sensor)

3

Tisch (Chuck)

4

Testvorrichtung (erweiterte Probecard)

5

Kontaktnadeln

6

Schallquelle

7

Referenzsensor

Claims (5)

1. Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS, die mechanisch schwingende Teile enthalten (akustische Sensoren) und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe (1) befinden, wobei die Testvorrichtung (4) als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte (Probecard) aus Kontaktnadeln (5), aus einer Schallquelle (6), einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsensor (7), aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht, wobei der Referenzsensor (7) und die Schallquelle (6) auf einer Verbindungsgeraden so angebracht sind, dass sie im Testfall in einer Linie mit dem MEMS-Sender (2) liegen, und der Abstand der Schallquelle (6) zur Unterkante der Testvorrichtung (4) so bemessen ist, dass bei auf Kontaktierinseln des MEMS-Senders (2) aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung (4) von der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) gleiche Abstände des Referenzsensors (7) und des MEMS-Senders (2) von der Schallquelle (6) vorliegen.
2. Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS, die mechanisch schwingende Teile enthalten (akustische Sensoren) und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe (1) befinden, wobei die Testvorrichtung (4) als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte (Probecard) aus Kontaktnadeln (5), aus einer Schallquelle (6), einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsender (7), aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht, wobei die Schallquelle (6) so angebracht ist, dass sie im Testfall asymmetrisch auf einer Seite der Verbindungsgeraden zwischen MEMS-Sensor (2) und Referenzsender (7) liegt, und der Abstand der Schallquelle (6) zur Unterkante Prüfvorrichtung so bemessen ist, dass bei auf Kontaktierinseln des MEMS-Senders (2) aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung (4) von der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) gleiche Abstände des Referenzsensors (7) und des MEMS-Senders (2) von der Schallquelle (6) vorliegen.
3. Testvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktnadeln (5), Schallquelle (6), Referenzsender (7), und Schallführungskanäle als Teile der Prüfkarte fest und schalldicht miteinander verbunden sind und die Schallführungskanäle schallgedämpft sind.
4. Testvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle (6) über Dämpfungselemente mit den Kontaktnadeln (5), dem Referenzsender (7) und den Schallführungskanälen als Teile der Testvorrichtung verbunden ist und diese Teile der Testvorrichtung untereinander fest und schalldicht miteinander verbunden sind und die Schallführungskanäle schallgedämpft sind.
5. Testvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in automatischen Testern mit entsprechend angepassten Auswerteprogrammen eingesetzt wird.