EFRO R&D Meteoriet

EFRO Meteoriet “MEms Test voOR hoog-volume Innovatieve Elektronische Toepassingen”

Ons huidige leven wordt sterk gedreven door de mogelijkheden die nieuwe technologie ons biedt. Eén van de meest in het oog springende ontwikkelingen is die van de micro-elektronica. Steeds verdere miniaturisering van de transistor, het basisbouwblok van elektronische schakelingen, en de samenvoeging van honderden miljoenen hiervan op een minuscuul plakje silicium (het geïntegreerde circuit (IC) of ‘chip’), maakt het mogelijk dat wij elektronische apparaten met een ongelooflijke functionaliteit achteloos in onze broekzak hebben.

Naast elektronische componenten kunnen op een chip ook mechanische, fluïdische of fotonische elementen geïntegreerd worden. Hiervoor worden dezelfde productieprocessen gebruikt als waarmee elektronische componenten worden gemaakt. Hiermee is het mogelijk bijvoorbeeld mechanische bewegingen te detecteren, licht te genereren en manipuleren, en vloeistofstromen te meten alsmede vloeistoffen te analyseren. Deze klasse van IC’s worden MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) genoemd, hoewel zij niet beperkt zijn tot mechanische functionaliteit.
Een belangrijke stap in de productie van elektronische IC’s is het testen. Chips worden in een vroeg stadium doorgemeten om de diverse productieprocessen te monitoren en bij te sturen, alsook om defecte of marginale IC’s van verdere bewerking uit te sluiten. Elektronische IC’s worden getest door elektrische signalen aan te bieden (inputs) en te meten of de chip de juiste responsen geeft (outputs). Dit wordt gedaan terwijl zij nog in de grote silicium plak (‘wafer’) zitten, dus voordat de dure stap van het afmonteren in een behuizing plaatsvindt. Ook worden IC’s nogmaals getest nadat zij in een behuizing geplaatst zijn, de zg. final test. De testtechnologie voor de elektronische IC’s is de laatste jaren steeds complexer geworden en de kosten van het testen nemen nu een belangrijk deel van de totale productiekosten voor hun rekening.

Net zoals elektronische IC’s moeten MEMS tijdens en na hun productie worden doorgemeten. De testtechnologie voor MEMS is evenwel inherent nog complexer en daarmee minder goed ontwikkeld. Een belangrijke reden hiervoor is dat om de functionaliteit van MEMS te kunnen testen, niet alleen elektrische signalen moeten worden aangeboden, maar ook fysieke, bijvoorbeeld een mechanische stimulus of het door de chip leiden van een vloeistof. Dit is echter erg lastig en duur of zelfs onmogelijk wanneer de MEMS zich nog in de wafer bevinden. Het is moeilijk om een plateau met een grote wafer met honderden tot duizenden MEMS te bewegen, en onmogelijk om deze in vloeistof te dompelen en tegelijkertijd metingen uit te voeren.

Om deze redenen worden MEMS in hun wafer-stadium slechts beperkt getest, namelijk op hun elektrische eigenschappen. Helaas zegt dit momenteel niet genoeg over hun eigenlijke fysische eigenschappen; de meeste MEMS kunnen alleen volledig worden getest wanneer zij in modules zijn afgemonteerd. Defecte MEMS leiden dus tot defecte modules en daarmee tot een grote verspilling aan materialen en tijd, en dus aan geld. Hierdoor blijven MEMS relatief duur en is hun verspreiding in applicaties minder groot dan wanneer zij tegen lagere prijs en hogere kwaliteit gemaakt zouden kunnen worden.
Binnen dit project ontwikkelen de projectpartners nieuwe technieken om MEMS in een vroegtijdig stadium te kunnen karakteriseren en testen op hun werking. Met deze nieuwe technieken gaan de partners de MEMS op elektrische wijze testen, maar op een zodanige manier dat de niet-elektrische eigenschappen zo goed mogelijk uit de elektrische testresultaten afgeleid kunnen worden. Dit vergt van de partners:

•