MEMS麦克风的失效机理及失效分析_张永强

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1、第17卷第4期电电子子与封装装第17卷，第4期总第168期Vol.17，No.4ELECTRONICS&PACKAGING2017年4月MEMS麦克风的失效机理及失效分析张永强，熊小平（楼氏电子（苏州）有限公司，江苏苏州215143）摘要：MEMS麦克风是将音频信号转换成电信号的微型传感器，其工作过程涉及到声学、机械学和微电子学等学科。随着MEMS麦克风封装尺寸的不断缩小和声学性能的不断提升，以电学测试结果作为失效分析出发点的传统半导体失效分析方法越来越难以满足MEMS麦克风失效分析的需要。针对MEMS麦克风独特

2、的封装结构和工作原理，其失效分析方法主要包括声学性能测试、机械性能测试和电学性能测试，并结合传统的半导体物理失效分析手段来找到真正的失效原因及失效机理。关键词：MEMS麦克风；失效分析；失效机理中图分类号：TN307文献标识码：A文章编号：1681-1070（2017）04-0024-06DOI:10.16257/j.cnki.1681-1070.2017.0048TheFailureMechanismandAnalysisofMEMSMicrophoneZHANGYongqiang,XIONGXiaoping（

3、KnowlesSuzhouCo.,Ltd.Suzhou215143,China）Abstract:MEMSmicrophoneisamicro-devicethatconvertsaudiosignalsintoelectricalsignals,ofwhichtheoperationinvolvesacoustics,mechanicsandmicro-electronics.Alongwithevershrinkingpackagesizeandenhancingperformance,traditional

4、electrical-test-basedfailureanalysiscannotmeetnewrequirements.Anewfailureanalysismethodispresentedinthepaper,inwhichtheMEMSmicrophonepackagestructureandworkingprinciplearereferenced.Thenewfailureanalysisprocessincludesaudiosignaltest,mechanicalpropertiesandel

5、ectricalperformancetest.Inaddition,traditionalsemiconductorphysicalfailureanalysismethodisalsousedtodigouttherootcauseandthefailuremechanism.Keywords:MEMSmicrophone;failureanalysis;failuremechanism给器件提供必要的工作环境，MEMS芯片是可动的部1前言件，在封装时必须留有活动空间。由于MEMS麦克风敏感结构的工作对象是气

6、体（声压），其封装必须保证由于MEMS麦克风的特殊性和复杂性，其封装形合适的接口和稳定的环境，使气体（声音）可以稳定流[1~3]式与传统的微电子封装有很大的差别。对于微电子来动。由此可见，封装结构的不同和工作原理的差异说，封装的功能主要是电信号输入/输出、热管理、对芯导致传统的半导体失效分析方法已不能完全满足片和引线等内部结构提供支持和保护，使之不受外界MEMS麦克风失效分析的需要。基于当前的文献资环境的干扰和腐蚀破坏。其中芯片与外界电信号的交料，针对MEMS麦克风失效机理和分析流程鲜有介互一般通过引线加框和管脚

7、/焊球实现。对于MEMS绍，建立一套适用于MEMS麦克风的失效分析方法很麦克风来说，除了要具备上述基本功能以外，还需要有必要。收稿日期：2016-12-18-24-第17卷第4期张永强，熊小平：MEMS麦克风的失效机理及失效分析SV△V=()()△P(6)Kd2MEMS麦克风工作原理其中K为振膜的弹性系数，△P为作用在振膜上下表面的声压差，S为振膜面积，d为背板与振膜的间MEMS麦克风是一种微型传感器，主要包括距，V为背板与振膜间的偏置电压。MEMS电容传感器和ASIC芯片（包括信号放大器和由公式(6)可知，△V

8、的大小（MEMS麦克风的灵敏偏置电压功能）。其原理是利用声音变化产生的压力度）与MEMS芯片的振膜面积、偏置电压及作用在振梯度使MEMS声学振膜受声压作用而产生形变，进而膜上下表面的声压差成正比，与振膜的弹性系数及振改变声学振膜与背极板之间的电容值。该电容值的变膜与背基板的距离成反比。实际上MEMS麦克风在设化会在MEMS传感器上产生微小的电压变化，经过放计时不仅仅考虑灵