Effizienter MEMS-Test auf Waferebene mit Active Probe

Chemnitz, / 2.6.2014

Auf der Sensor + Test 2014 wird eine neue MEMS Active Probe zur Charakterisierung von MEMS-Bauteilen vorgestellt. Das Fraunhofer ENAS entwickelte gemeinsam mit dem Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz einen Tastkopf zur dynamischen Messung kleinster Ströme.

© Fraunhofer ENAS

Die MEMS Active Probe wurde zur dynamischen Messung kleinster Ströme auf Wafer- und Chipebene entwickelt. Der orange Tastkopf lässt sich mit üblichen Positionierern am Waferprober befestigen und misst durch seine MEMS-nahe Anordnung Ströme im Bereich von Pikoampere und Nanoampere. Mit dieser preiswerten und praxisnahen elektronischen Lösung können mikromecha-nische Strukturen zu 100 Prozent automatisiert auf Waferebene geprüft werden.

Die Charakterisierung von mikromechanischen Sensoren und Aktoren, die im Batch-Verfahren hergestellt wurden, ist eine große Herausforderung, da die elektrischen Ausgangssignale der MEMS-Wandlerelemente in den meisten Fällen extrem klein sind. Für den Funktionstest dieser Elemente auf Waferebene ist die Erfassung ihrer mechani-schen Bewegung erforderlich. Dafür kamen bisher nur aufwendige optische Verfahren in Frage, weil für die Charakterisierung der Strukturen häufig nur wenige Pikoampee als Verschiebungsstrom für die elektronische Auswertung zur Verfügung stehen. Eine Kapazitätsänderung-zu-Spannungswandlung (C/V Conversion) ist dabei eine preiswerte und praxisnahe elektronische Alternative. Um zuverlässig eine 100-Prozent-Prüfung von Bauteilen auf einem Wafer oder von einzelnen Chips durchführen zu können, haben Forscher am Fraunhofer ENAS und am Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) der TU Chemnitz eine sogenannte „MEMS Active Probe“ entwickelt und aufgebaut. Mit dem Tastkopf können nun kleinste Ströme im Pikoampere- bis Nanoampere-Bereich dynamisch gemessen werden. Um bei der Messung eine optimales Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen, wird diese neue Active Probe nah am MEMS-Bauteil positioniert. Sie ermöglicht es, die in-plane-Bewegung der mikromechanischen Elemente elektrisch zu erfassen und zu charakterisieren. Die Probe ist für einen Frequenzbereich bis 200 kHz und mit einer Empfindlichkeit bis 90 mV/nA ausgelegt. Der Ausgang des astkopfes ist mit 50 Ohm so angepasst, dass sich die MEMS Active Probe direkt mit einem Spektrumanalyser verbinden lässt. Sie wird mit üblichen Positionern am Waferprober befestigt. Die MEMS Active Probe wurde ursprünglich für den internen Gebrauch am Fraunhofer ENAS und ZfM entwickelt und hat sich in der täglichen Praxis bewährt.

Die MEMS Active Probe wird zum ersten Mal auf der Sensor + Test präsentiert und ist am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 537 in Halle 12 vom 3. bis 5. Juni 2014 zu sehen.

Darüber hinaus stellen die Forscher weitere aktuelle Projekte zu Smart Systems vor, die zur Zustandsüberwachung von Prozessen und Anlagen eingesetzt werden. Zusammen mit dem Fraunhofer IZM und weiteren Partnern wurde beispielsweise ein autonomes Sensornetzwerk entwickelt, das den Zustand von Hochspannungsleitungen überwacht. Mit einem Sensorknoten wird am Messestand die Messung an Freileitungen demonstriert. Außerdem zeigt das Fraunhofer ENAS ein MEMS-basiertes Nahinfrarot-Spektro-meter, das bei der Prozessüberwachung in Biogasanlagen zum Einsatz kommt.