2.png)
深圳32位MCU代理商市鼎盛合科技代理爱普特微32位MCU芯片产品，提供电子秤方案、充气泵方案、无线麦克风方案等不同领域电子方案制定研发。同时销售8位/32位MCU、高精度ADC芯片、等一系列标准IC与技术支持。
MEMS麦克风灵敏度异常的失效分析李 玉 , 黄彩清 , 袁锦科(深圳赛意法微电子有32位MCU代理商限公司 , 广东 深圳 518038)摘 要:MEMS麦克风是一种将音频信号转换成电信号的微型传感器,目前应用比较普遍,在产品应用的过程中会遇到不同的产品失效的问题,若对MEMS麦克风的失效样品进行归类分析,找到产品失效的根本原因,对产品的生产和应用将具有非常重要的意义。
本文主要32位MCU代理商针对麦克风众多失效问题的一种—灵敏度异常问题,应用显微镜、扫描电镜(SEM)和聚焦离子束(FIB)等设备对其失效样品地进行了深入的分析,总结了此类失效分析样品的分析思路和失效机理,对MEMS麦克风样品的失效分析研究有很好的借鉴意义。
1 引言20 世纪 70 年代末兴起的微电32位MCU代理商子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)是采用微机械加工技术集执行器和传感器等微型装置、微型结构、微尺度驱动、控制与处理集成电路为一体的微型系统。
MEMS是在半导体技术的基础上发展起来的一门新型科学技术,它涉及到电子、机械、材料制32位MCU代理商造、信息与自动控制、物理、化学和生物等诸多学科的交叉和多种工艺的应用,并集结了当今科学技术发展的许多尖端成果其通过微型化、集成化来探索新原理、新功能,它可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务,也可以嵌入大尺寸的部件里,把自动化、智能化和可靠性水平提高到了一个前所未有的高度。
MEMS的产品主要应用于工业测量、微型的生物化学分析设备、大规模数据存储系统、汽车行业和消费电子行业的加速度计、陀螺仪、麦克风、电子罗盘、压力感应器等产品随着半导体工艺技术的发展,IC 的集成度和运行速度不断提高,MEMS 尺寸也不断缩小,从而产品质量也面临着更大的挑战,失效分析作为产品可靠性研32位MCU代理商究中的一种有效的手段,对减少MEMS产品的制造费用和提高产品质量具有极其重要的意义。
本文主要针对MEMS麦克风的灵敏度异常,探讨了有效的失效分析思路和方法2 MEMS麦克风的工作原理MEMS麦克风通常包括MEMS(Micro-Electro-Mechanical)芯片和ASI32位MCU代理商C(Application Specific Integratedcircuit)芯片,这两颗芯片被封装在一个表面贴装的器件内。
麦克风的基本构造是由MEMS 微电容传感器、微集成转换电路(放大器)、声腔及RF 抗噪电路组成,图1 为麦克风基本构造原理图MEMS 微电容传感器32位MCU代理商部分包括接收声音的硅振膜和硅背板,硅振膜可以直接将接收到的振动信号经MEMS 微电容传感器转换成电流信号再传输给微集成电路,微集成电路可将微弱的电流信号转换并放大成音频电压信号,同时经过RF 抗噪电路滤波,输出与手机前置电路相匹配的电信号,完成“声-电”的转换和放大。
MEM32位MCU代理商S 麦克风用途广泛,目前主要应用在手机、数码相机、MP3 播放器和PDA、耳机、助听器、生物方面等在现代社会中,MEMS 麦克风是智能手机、Al 设备、物联网终端等产品的必要元件
3 MEMS麦克风灵敏度失效分析及失效机理对麦克风而言,声波振动信号从声孔进入MEMS 内部,32位MCU代理商使声压作用在MEMS 芯片的振膜上产生微弱的电压信号,再由ASIC 芯片将输入信号转换放大后输出至后级的处理器,所以,对麦克风进行失效分析时,分析的思路是既要分析传统微电子对电信号的失效,还要对其声学性能进行分析。
麦克风的声学的主要技术特征为灵敏度、频响特性、指向性和输出阻抗,让麦克风产品在自由场的32位MCU代理商条件下对其进行电声性能如自由场灵敏度、频率相应、信噪(SNR)、指向性和总谐波失真(THD)等的测量本文主要针对灵敏度做重点分析,讨论麦克风的失效机理。
灵敏度是指模拟输出电压或数字输出值与输入压力之比,对MEMS 麦克风来说是一项重要的参数指标对样品进行其灵敏度测试时,让其处在自由声场的环境中,设定32位MCU代理商麦克风的频率为1kHz 特定声压下(通常为94dBSPL),测试与声源正向时的开路的输出电压,灵敏度的单位通常使用分贝伏(dBV)或者分贝满量程(dBFS)。
一般麦克风的工作原理如下式:△V=(S/K)(V/d)△P灵敏度(Sensitivity)=20log[△V/(IV)]其中K 为振膜的弹性系32位MCU代理商数,△P 为作用在振膜上下表面的声压差,S 为振膜的面积,d 为背板与振膜的间距,V为背板与振膜间的偏置电压。
麦克风灵敏度的大小与MEMS 芯片的振膜面积、偏置电压及作用在振膜上下表面的声压差成正比,测试的灵敏度的大小与产品振膜与背板的结构、振膜材料工艺、产品的工作状态及产品设计的电压设置有密切的关32位MCU代理商系当振膜因为外力超过了其承受的范围出现破裂或者缺失时,振膜面积出现异常,则灵敏度会出现异常;而当产品的结构固定,同种产品同种类型的样品灵敏度出现异常的情况下,通常会考虑背板与振膜的间距是否因使用环境的变化与正常样品的有偏差,而当背板与振膜之间有颗粒存在时,背板与振膜之间的间距会与正常样品不同,进而影32位MCU代理商响到灵敏度的数值大小。
根据目前针对MEMS 麦克风失效分析的结果来看,当产品的灵敏度出现问题时,大多数的失效分析结果显示是与颗粒有关,并且在对样品进行机械开封后,发现颗粒分析的情况一般分为如下三种形式:显微镜下可以直接可以观察到颗粒的分析;显微镜下观察有异常,需要对样品进行二次破坏后方可发现颗粒的分32位MCU代理商析和通过FIB 剖面观察发现颗粒的分析。
3.1 显微镜下可以直接可以观察到颗粒的分析在对灵敏度有异常的产品进行分析时,要对其形貌进行仔细检查,综合应用显微镜的明场模式和暗场模式进行综合观察显微镜的明场模式是靠吸收反射光的强度来确认物体的表面的,一般明场缺陷是暗的,背景是亮的,因为如果样品表面没有缺陷32位MCU代理商,入射光原路返回,所以是亮色的,如果有缺陷,光被散射了,接受到的光很弱,所以为暗色的。
显微镜的暗场模式是利用光学上的丁达尔效应,使通过聚光系统的光源中央光束被环形遮光板挡住,不能由上而下的通过物镜照射在样品上,而是使照明光线改变路径后倾斜的照射在观察样品上,正常情况下入射光斜射到样品的表面,反射的光32位MCU代理商接收器是接收不到或者很暗,如果样品表面有缺陷,光会散射,这时接收器就会收到散射光,显示为亮色,所以如下图3 所示,暗场一般背景为暗,缺陷为亮。
图2 和图3 显示了麦克风振膜的两种不同场模式的图片,可以结合两种不同场模式对样品进行外观检查分析
深圳市鼎盛合科技代理爱普特微32位MCU芯片产品，提供电子秤32位MCU代理商方案、充气泵方案、无线麦克风方案等不同领域电子方案制定研发。同时销售8位/32位MCU、高精度ADC芯片、等一系列标准IC与技术支持。
在对样品机械开封后进行显微分析,观察到背板和振膜之间存在颗粒,在用SEM 对样品进行确认后,得到如下图所示结果,图4 是样品水平放置在SEM 中的拍摄图片,图5 是倾32位MCU代理商斜SEM 样品台的情况下进行的拍摄图片,图7 能更多的反映颗粒的形貌信息,综合EDS 成分分析的结果,确定该异物为环境颗粒,需要对工艺制程的环境的清洁度加以控制,才能提升产品的良率。
在使用SEM 在该MEMS 麦克风产品进行失效分析时,不能仅仅只知道SEM 的简单应用就可以了,要熟悉产品的结构和设计32位MCU代理商,精通SEM 的原理和使用局限,最大范围的满足失效分析者的要求当加大角度倾斜时,适当的拉开样品与下极靶之间的距离(即WD 的距离),选择合适的微观观察的条件确保在对失效样品进行分析时不要对电镜造成永久的伤害或者对样品造成意外的伤害。
3.2 显微镜下观察有异常,需要对样品进行二次破坏后方可发现颗粒的分32位MCU代理商析某款麦克风的产品在声学性能测试中灵敏度异常应用3D 测量激光显微镜对样品进行观察时,发现样品有如图7 所示明显的变形现象在明暗场的显微观察条件下未发现有颗粒的存在,但样品表面有彩色的条纹存在,表明在振膜和背板之间可能有异常现象存在,对样品进行二次破坏后分别观察振膜和背板如图9-12 所示,发现原本32位MCU代理商设计中存在间隙的振膜和背板已经接触到一起,结合图13-14 的EDS 分析结果,确认振膜和背板之间有碳氧有机物存在。
结合客户的使用环境,客户在使用中不慎将样品与水或有机溶剂进行了直接接触,由于麦克风通过声孔与外界相连,污染物浸入样品内,空气中本来就有油脂等有机物的存在,在一定的温度下,湿气挥发,有机32位MCU代理商物会残留在样品内部,其结构也发生了明显的变形。
3.3 通过FIB剖面观察发现颗粒的分析当需要对麦克风产品进行破坏性分析,探究其内部结构时,FIB(Focus ion beam)会应用到麦克风的失效分析中,FIB 是在真空条件下,将氩、氪、氙等惰性气体,通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后,投32位MCU代理商射到样品表面的加工部位,运用离子束刻蚀或者气体增强刻蚀,非常精确的在需要进行失效分析的特定微区进行制作剖面。
传统的是用等离子镓气源做聚焦离子束,目前新型的FIB 的氙气源的材料去除速率超过镓气源,非常适合此类MEMS 麦克风大面积材料的去除
在进行FIB 分析之前,可以对灵敏度异常的样品进行外观检查以32位MCU代理商初步判断异物的位置如图15 所示,对某灵敏度异常的样品进行外观检查分析时,在样品的表面能观察到明暗相间的同心圆,即明显的泊松环,泊松是只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。
由于衍射图样和异物的位置有关,所以根据泊松环的位置,可以大致估计背板及振膜存在32位MCU代理商异物的位置,可以对其应用FIB 对图15中红色标记处进行剖面分析
如图16-17 所示的结果证实了泊松环的理论分析结果,在振膜和背板之间发现有组成为C/O/Al/Si 的颗粒的存在,正是此颗粒的存在,导致了产品在使用端的灵敏度异常现象的出现。
4 结束语由上述几个方面的分析可知,正是由于颗粒的存在,导致32位MCU代理商了背板和振膜的间距有变化,进而灵敏度出现异常由于集成电路的制造车间的工序都是在净化环境中进行的,而MEMS 是在集成电路的基础上发展而来,其对环境的重视毋容置疑,样品分析到的微粒主要来自于客户电路板组装制造中的各个环节,如大气中的尘埃,制造过程中使用的助焊剂,清洁剂,压缩空气吹洗,并且新产品的爬坡阶32位MCU代理商段制造过程控制还未优化,在制造过程中由于微粒污染导致产品的失效时有发生,这些颗粒成为难以发现的无形杀手,影响到产品的可靠性,必须要针对MEMS 麦克风失效的产品进行失效分析,调查分析结果中的微粒的种类和组成,弄清微粒引入的来源,改进并优化电路板组装环节的制程控制,降低器件早期失效的几率,预防类似的失32位MCU代理商效情况再发生。
本文所提到的失效分析的方法和过程对于灵敏度异常的样品有较好的借鉴意义和参考意义
深圳市鼎盛合科技代理爱普特微32位MCU芯片产品，提供电子秤方案、充气泵方案、无线麦克风方案等不同领域电子方案制定研发。同时销售8位/32位MCU、高精度ADC芯片、等一系列标准IC与技术支持。
.png)
