TWI494548B - 聲音微元件測試裝置與測試方法 - Google Patents

Description

聲音微元件測試裝置與測試方法

本發明是有關於一種微元件的測試，且特別是有關於聲音微元件測試裝置與測試方法

由於半導體製造技術的研發，其可以與機械系統整合成微機電系統(Micro-electromechanical Systems，MEMS)，其也就是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業技術。

機械系統的應用中，其微元件中例如是機械系統麥克風。這種聲音微元件在製造完成後，一般會需要測試雜訊程度。然而由於聲音微元件容易受到環境因素的干擾。環境因素例如包括振動、環境噪音、溫度、濕度、壓力等等。如果在測試待測元件(Device Under Test,DUT)的元件本身的本質雜訊時，又含入環境因素的干擾，則所量測的本質雜訊就不準確。雖然待測元件可以設置在可以隔離環境因素的環境下進行測試，但是要維持一個隔離環境因素的環境對多量的待測元件作測試，其難以維護隔離的測試環境，也因此會有諸多不便。

本發明提供一種聲音微元件測試裝置，更可以較全面性檢測待測元件的本質雜訊。

本發明提供一種聲音微元件測試方法，在微元件測試裝置在處於有環境因素的環境下，仍能有效排除環境因素的影響。

本發明提供一種聲音微元件測試裝置，包括發聲元件、至少一待測元件、承載板。發聲元件提供一測試聲源。承載板有一第一面與一第二面，第一面有凹陷於該承載板的一腔室，第二面有凹陷於該承載板的一承載空間以承載該待測元件。承載板還有一主通道連接該腔室與該待測元件，以及至少一個側通道，直接或是經由該主通道用以連結該腔室與該承載空間。測試聲源經過該主通道提供給待測元件的一第一面。測試聲源經過該側通道提供給待測元件的一第二面。覆蓋單元覆蓋於承載板，使得承載空間與腔室一起是一密閉空間，且待測元件是在密閉空間內。

本發明提供一種聲音微元件測試方法，包括：選擇一參考測試元件；對該參考測試元件，在一無回聲環境下測得一參考雜訊Na；在相同的一測試環境下，對該參考測試元件以及至少一待測元件提供一聲源，用以進行量測對該聲源感應的訊號，分別得到對該參考測試元件的一第一雜訊Nb與該待測元件一第二雜訊Nc；計算出該待測元件的一本質雜訊Nd，其中該參考雜訊Na、該第一雜訊Nb，該第二雜訊Nc與該本質雜訊Nd的關係是：Nd=Nc-(Nb-Na)。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

90、112‧‧‧測試環境

92‧‧‧補償單元

94‧‧‧分析單元

96a、96b、96c、96d、96e‧‧‧振動、噪音、溫度、濕度、壓力

100‧‧‧參考元件

102‧‧‧待測元件

110‧‧‧標準環境

114‧‧‧承載板

130‧‧‧發聲元件

140‧‧‧覆蓋單元

150‧‧‧承載板

154‧‧‧腔室

156‧‧‧主通道

157‧‧‧入聲孔

158‧‧‧承載空間

162‧‧‧訊號端點

164‧‧‧側通道

170‧‧‧聲音阻隔環

200‧‧‧發聲元件

202‧‧‧腔室結構層

204‧‧‧承載板

206‧‧‧晶圓

208‧‧‧覆蓋單元

S100~S108‧‧‧步驟

圖1是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試機制示意圖。

圖2是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試裝置示意圖。

圖3是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試方法的流程示意圖。

圖4A是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置的上視部分結構示意圖。

圖4B是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖4A在I-I’線的剖面結構示意圖。

圖4C是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖4A在II-II’線的剖面結構示意圖。

圖5A是依照本發明一實施例，聲音微元件以沒有側通道的測試裝置，對有缺陷微元件的聲頻響應示意圖。

圖5B是依照本發明一實施例，聲音微元件以有側通道的測試裝置，對有缺陷微元件的聲頻響應示意圖。

圖6A是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置的上視部 分結構示意圖。

圖6B是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖6A在A-A’線的剖面結構示意圖。

圖7是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置對晶圓上多個DUT剖面分解結構示意圖。

對於MEMS的待測元件，其例如是MEMS聲音感測器，又例如是MEMS麥克風，需要對聲音進行檢測，以確定感應的靈敏度，以及其雜訊程度。本發明提出有效率檢測待測元件的機制。

以下提出多個實施範例來描述本發明，但是本發明並不僅限於所舉的多個實施範例。又，這些實施範例之間也不排除相互有可能結合的實施範例。

圖1是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試機制示意圖。參閱圖1，在相同的一測試環境90中同時會有相同結構的參考元件100以及試待測元件DUT 102。以下部分的待測元件也用DUT來表示。參考元件100以及DUT 102例如是完成封裝與切割後的電路晶片(circuit chip)，其數量依實際設計而定，於此分別僅以一個為例。圖中所示的參考元件100以及待測元件DUT 102在測試時，測試環境90會接收到各種環境環境雜訊，例如包括振動96a、環境的噪音96b、溫度96c、濕度96d、壓力96e等等。這些環境雜訊都會同時影響參考元件100以及DUT 102的測試結果。

本發明提出的DUT測試機制，在測試時不需要刻意將環境雜訊隔離，以簡化DUT測試流程。然而DUT 102的本質雜訊仍需要被準確檢測出來，以能決定DUT 102的性能。由於在測試時，參考元件100以及DUT 102都會同時感受到相同的環境雜訊，因此補償單元92可以利用參考元件100得到環境雜訊，以補償DUT 102所量取的訊號，而有效地消除環境雜訊。經過分析單元94的訊號處理，就可以得到DUT 102的本質雜訊。

圖2是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試裝置示意圖。參閱圖2，為了能從參考元件100量取環境雜訊，參考元件100需要先得到其本質雜訊，因此先在一個至少是無回聲(Anechoic)的標準環境110中進行對參考元件100量取訊號。由於此標準環境110已隔離大部分或是幾乎全部的環境雜訊，因此所得到的訊號可以視為是參考元件100的本質雜訊。

於此，由於參考元件100本身也可能是有缺陷，因此要確定是否正確的參考元件100或許需要重複多次與多個參考元件100的測試後，從其中選擇一個當作參考，或是多個做平均。然而，即使參考元件100本身有缺陷，在有缺陷的條件下所量取的也是參考元件100的本質雜訊，不會質上影響到後續DUT的測試。也就是說，參考元件100在經過特殊手段而隔離環境雜訊的標準環境110下直接取得本質雜訊，其實際取得本質雜訊的流程不限於特定的方式。

於量取參考元件100量到本質雜訊後，在一測試環境112中就可以將參考元件100與DUT 102置放在承載板114上，一同進行測試。此測試環境112就不需要求嚴格具有隔離環境雜訊的設備。

圖3是依照本發明一實施例，具有補償效果的聲音微元件測試方法的流程示意圖。參閱圖3，基於圖1、2的測試機制，其測試流程例如於步驟S100，在無回聲環境下量取參考元件100的本質雜訊Na。於步驟S102，將參考元件100與待測元件102設置在相同的測試環境90，112下。於步驟S104，在測試環境90，112下，參考元件100與待測元件102感應環境因素分別得到參考元件感測訊號Nb與待測元件感測訊號Nc。於步驟S106，計算得到環境因素造成的成分Ni，Ni=Nb-Na。於步驟S108，計算得到待測元件的噪音Nd，Nd=Nc-Ni。

於此，於步驟S106與步驟S108是分開計算，但是也可以合併計算，即是Nd=Nc-(Nb-Na)。

以下描述在測試環境中的聲音微元件測試裝置的配置結構。圖4A是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置的上視部分結構示意圖。圖4B是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖4A在I-I’線的剖面結構示意圖。圖4C是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖4A在II-II’線的剖面結構示意圖。

參閱圖4A、4B、4C，本實施範例的聲音微元件測試裝置包括發聲元件130、至少一個待測元件102、承載板150。發聲元 件130提供一測試聲源。於此，參考元件100與待測元件102都視為相同的待測元件，因此僅以單一個微元件代表。事實上，承載板150會承載多個待測元件102以及參考元件100。承載板150有一第一面與一第二面，第一面有凹陷於承載板150的一腔室154，第二面有凹陷於承載板150的一承載空間158以承載待測元件102。承載板150還有一主通道(Main channel)156連接腔室154與待測元件102，以及至少一個側通道(Side channel)164，直接或是經由主通道156用以連結腔室154與承載空間158。待測元件102上與主通道156對應的是待測元件102的入聲孔157，其直接接受測試的聲源。於此施例範例，側通道164是經由主通道156用以連結腔室154與承載空間158，以提供測試的聲源到待測元件102的另一面，也就是背面，不具有入聲孔157。但是側通道164也可以是與主通道156分開的獨立通道，但是與主通道156類似直接連接腔室154與承載空間158。

側通道164的用途是要將由發聲元件130提供測試聲源也引導到承載空間158，如此測試聲源會對待測元件102的兩面提供聲源。也就是，測試聲源經過主通道156提供給待測元件102的第一面。測試聲源經過側通道164提供給待測元件102的第二面。待測元件102的兩面都提供聲源的原因其一是，一般待測元件102的聲音感測面，即是第一面，是最為主要的感測面，一定要測試。然而待測元件102的背面，即是第二面，雖然不是直接聲音感測，但是如果有缺陷例如造成作為聲音介質的空氣的洩 漏，其因而也會影響到音頻的響應又或是吸取環境雜訊等等的問題。

又，側通道164的數量可以是單個或是多個，其中例如是二個側通道164。又側通道164的延伸路徑以及進入承載空間158的位置，可以依照實際情形預估與調整，例如依照背面結構較脆弱處調整。側通道164是屬承載板150上的結構，可以配合形成腔室154與/或承載空間158的製造流程一併形成。

接著，覆蓋單元140覆蓋於承載板150，使得承載空間158與腔室154一起是構成一密閉空間。待測元件102是在此密閉空間內。就實際設置方式，要達到密閉空間，其更可以包括至少一個聲音阻隔環170，設置在發聲元件130、承載板150以及覆蓋單元140的任相鄰二個接面之間，其仍可以減少一些環境雜訊的進入。聲音阻隔環170的材料例如矽橡膠(Silicon rubber)、O型圈材料等等的密封材料。

又，待測元件102的第一面是聲音感測面，結構上會有空氣進入孔，與主通道156對準連通。待測元件102的訊號端點162與覆蓋單元140連接。覆蓋單元140內會有電路，又或是測量探針(test probe)，以對待測元件102施加電壓與讀取訊號，這些測試設備是本領域具有通常知識者所知，不予詳細描述。

圖5A是依照本發明一實施例，聲音微元件以沒有側通道的測試裝置，對有缺陷微元件的聲頻響應示意圖。圖5B是依照本發明一實施例，聲音微元件以有側通道的測試裝置，對有缺陷微 元件的聲頻響應示意圖。

參閱圖5A，對於一個待測元件102，其可能在背面有缺陷，但是如果測試裝置僅對聲音感應面測試，即是只有主通道而沒有側通道的結構，其背後的缺陷可能無法被偵測到，因此所得到的音頻響應訊號呈現良好現象。參閱圖5B，但是此背面有缺陷的待測元件102在具有側通道結構的測試裝置下的量測結果，其音頻響應例如在5000Hz以下的聲音的音頻響應就有明顯的差異，顯示出此待測元件102的缺陷。因此，側通道結構是有其功效。

圖6A是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置的上視部分結構示意圖。圖6B是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置於圖6A在A-A’線的剖面結構示意圖。

參閱圖6A與圖6B，本實施範例的結構與圖4A~4C相似，但是待測元件102的訊號端點162是在待測元件102的第一面，因此側通道164的延伸方向為避免與訊號端點162交錯，因此側通道164的延伸方向例如往沒有訊號端點的兩側延伸，但是側通道164的設置概念與作用仍是相同。

圖7是依照本發明一實施例，聲音微元件測試裝置對晶圓上多個DUT剖面分解結構示意圖。參閱圖7，依照相同的機制，圖4A~4C的承載板150可以擴張而承載一片晶圓，因此聲音微元件測試裝置包括發聲元件200，腔室結構層202、承載板204、晶圓206以及覆蓋單元208。晶圓206上有多個尚未被切割分離的微 元件。腔室結構層202與承載板204可以是整體的結構。腔室結構層202與承載板204也可以是分別的結構，但是疊置而成。聲音透過腔室結構層202的大面積通道203提供聲源。承載板204上也會承載有一參考元件。承載板204上也會有側通道，將聲源引到晶圓206的另一面。覆蓋單元208於疊置後，除了完成可以容置晶圓206的密閉空間外，也提供訊號讀取的介面，以供外部分析單元讀取訊號與本質雜訊的計算。

就是說，圖4A~4C與圖6A~6B的設計原則，可以應用到圖7對整片晶圓的測試，而僅需要調整因應實際需求的尺寸與測試電路。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧參考元件

102‧‧‧待測元件

130‧‧‧發聲元件

140‧‧‧覆蓋單元

150‧‧‧承載板

154‧‧‧腔室

156‧‧‧主通道

158‧‧‧承載空間

162‧‧‧訊號端點

164‧‧‧側通道

170‧‧‧聲音阻隔環

Claims (13)

1. 一種聲音微元件測試裝置，包括：一發聲元件，提供一測試聲源；至少一待測元件；一承載板，有一第一面與一第二面，該第一面有凹陷於該承載板的一腔室，該第二面有凹陷於該承載板的一承載空間以承載該待測元件，一主通道連接該腔室與該待測元件，以及至少一個側通道，直接或是經由該主通道用以連結該腔室與該承載空間，其中該測試聲源經過該主通道提供給該待測元件的一第一面，該測試聲源又經過該側通道提供給該待測元件的一第二面；以及一覆蓋單元，覆蓋於該承載板，使得該承載空間與該腔室是一密閉空間，且該待測元件是在該密閉空間內。
2. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，更包括一參考元件，被承載在該承載空間，與該待測元件相同接收該測試聲源。
3. 如申請專利範圍第2項所述的聲音微元件測試裝置，其中該待測元件與該參考元件都是相同結構的微機電系統聲音感測器。
4. 如申請專利範圍第3項所述的聲音微元件測試裝置，其中該參考元件是在一無回聲環境已量測獲得本質雜訊的資訊，以允計算出當下由一測試環境所產生的一環境雜訊，進而對該待測元件所被量取的一量取訊號減去該環境雜訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，其中該側通道的數量是一個以上。
6. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，其中該至少一個側通道是連接在該主通道與該承載空間其間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，更包括至少一個聲音阻隔環，設置在該發聲元件、該承載板以及該覆蓋單元的任相鄰二接個之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，該待測元件是在一晶圓上的多個待測聲音微元件，該晶圓是在該承載板的該承載空間內。
9. 如申請專利範圍第1項所述的聲音微元件測試裝置，其中該側通道提供給該待測元件的一第二面的該測試聲源是偵測5000Hz以下的聲音所引起的雜訊。
10. 一種聲音微元件測試方法，包括：選擇一參考測試元件；對該參考測試元件，在一無回聲環境下測得一參考雜訊Na；在相同的一測試環境下，對該參考測試元件以及至少一待測元件提供一聲源，用以進行量測對該聲源感應的訊號，分別得到對該參考測試元件的一第一雜訊Nb與該待測元件一第二雜訊Nc；以及計算出該待測元件的一本質雜訊Nd，其中該參考雜訊Na、該第一雜訊Nb，該第二雜訊Nc與該本質雜訊Nd的關係是： Nd=Nc-(Nb-Na)。
11. 如申請專利範圍第10項所述的聲音微元件測試方法，其中計算出該待測元件的該本質雜訊Nd的步驟包括：計算出參考的一環境雜訊Ni，Ni=Nb-Na；以及將該第二雜訊Nc減去環境雜訊Ni，得到該待測元件的該本質雜訊Nd。
12. 如申請專利範圍第10項所述的聲音微元件測試方法，其中該聲源利用設置的至少一通道被同時引導到該參考測試元件與該待測元件的兩面。
13. 如申請專利範圍第10項所述的聲音微元件測試方法，其中該參考測試元件與該待測元件是被設置在一密閉空間中，以減少環境雜訊。