MEMS加速計的三種高壓滅菌器失效機理

圖3 . EMC 吸濕膨脹的FEA模擬

圖4. 剝層分析，消除封裝應(yīng)力作為失效根源

III. 漏電影響

環(huán)氧材料的介電性能也可以通過水分攝取來改變。如圖4所示，攝取水分之后，環(huán)氧/玻璃/云母復(fù)合材料的體積電阻率減少10倍以上（高達1%）。此外，盡管高壓滅菌器試驗箱中使用了去離子水，高壓滅菌器大氣的水凝結(jié)可以把封裝材料內(nèi)的離子污染聚集在一起，形成不同潛力的傳感器之間的漏電通道。

MEMS傳感器的加工步驟也有助于形成潛在的漏電通道。一方面，犧牲性氧化蝕刻步驟中使用的氫氟酸可能留下氟離子。而且，密封材料（玻璃熔塊）中富含氧化鉛，特定條件下可以沉淀成導(dǎo)電鉛結(jié)。圖5中的SEM圖顯示了玻璃熔塊鍵合區(qū)出現(xiàn)的結(jié)節(jié)或團塊非常明顯（但Auger 分析不能區(qū)別它們是鉛還是氧化鉛）。

圖 5. 玻璃熔塊區(qū)的SEM圖

圖6 調(diào)制器掃頻測量結(jié)果

應(yīng)該指出的是，如果“火”線和地線之間存在電阻漏電，則會出現(xiàn)偏移變化?！啤?調(diào)制器前端對保存在差分電容器中的電荷（即傳感單元）進行采樣。理想情況是，當(dāng)傳感單元帶有Vref電荷時，電荷傳送到集成電容器，不會隨著時間推移而改變。但是如果充電電極（或火線）與地線之間存在漏電通道，就不會將所有電荷傳送到集成電容器，電荷可能漏電到地線，導(dǎo)致集成的值較小，當(dāng)差分電容器具有不同程度的漏電時，會出現(xiàn)凈偏移變化。

很難直接測量漏電（大于1Gohm）。用曲線跟蹤測量高壓滅菌器測試前后引腳之間的I-V，不顯示引腳之間有明顯的電阻變化。于是采用間接漏電測量方法。這種方法主要測量調(diào)制器的掃頻。調(diào)制器時鐘頻率為8-1MHz不等，在每個時鐘頻率點取偏移值。圖6顯示了掃頻測量的結(jié)果。測量發(fā)現(xiàn)，失效器件（器件1718和器件1079）的偏移隨著調(diào)制器時鐘頻率而不同，但正常器件（器件533和1121）則保持大致相同的偏移。這種現(xiàn)象的原因是固定直流電漏電，較長集成時間（較低時鐘頻率）會導(dǎo)致集成的電荷值較小。

掃頻結(jié)果似乎說明偏移失效與漏電有關(guān)，因為要集成的電荷量隨著集成時間而變化。問題是，漏電發(fā)生位置在哪里？為了找出漏電位置，執(zhí)行了FA操作，通過激光蝕刻和化學(xué)蝕刻，選擇性地去除某些區(qū)域的EMC材料。將EMC材料從傳感單元鍵合“存放”區(qū)域去除（圖7）發(fā)現(xiàn)，漏電行為（偏移與調(diào)制器時鐘頻率有關(guān)）消失。這證明焊盤存放區(qū)域內(nèi)存在漏電通道。由此斷定，高壓滅菌器大氣的水凝結(jié)聚集了離子，從而促進了漏電。多晶硅轉(zhuǎn)子或傳感單元導(dǎo)電帽之間可能有漏電。

圖7 查出泄露位置的剝層分析

為了消除直流電漏電，因此從設(shè)計上建議在多晶硅轉(zhuǎn)子上覆蓋氮化硅鈍化層，作為修復(fù)方法。 鈍化層設(shè)計的生產(chǎn)和高壓滅菌測試作為下一步實施。

IV. 寄生電容