7、MEMS器件可靠性、失效分析及成像技术全解析

MEMS器件可靠性、失效分析及成像技术全解析

1. RF - MEMS电容式开关可靠性与失效分析

1.1 RF - MEMS概述

RF - MEMS被称为“下一代杀手级MEMS”，用于射频开关、可调电容器和自适应阻抗匹配等，应用于基站、汽车防撞雷达、GPS等众多领域。与固态器件相比，它具有低损耗、高隔离度、良好线性度等优点，还能实现更高程度的小型化和平面集成，降低成本。目前全球有超100家机构和公司参与其设计与开发，预计在2004 - 2005年实现重大突破。

1.2 工作原理

RF - MEMS开关和可调电容器通过机械运动实现短路或电容变化。以电容式RF - MEMS开关为例，金属桥（多为铝或铝合金）两端固定在接地线，跨接信号线。信号线局部覆盖电介质（如SiO₂、SiN或Ta₂O₅）。桥处于上位置时，桥与信号线间电容小，射频信号可低损耗通过；施加直流电压使桥下拉，电容增大，射频信号接地短路。

1.3 可靠性与失效问题

RF - MEMS的可靠性周期在10亿到100亿次之间，不同应用要求差异大。常见的可靠性和失效问题包括梁材料的机械完整性、功率处理能力、粘连以及电介质充电等。此外，封装也是重要问题，理想情况是在晶圆级进行低湿度密封封装，但目前封装成本高，且对开关功能和可靠性的影响仍需关注。

1.4 典型失效模式及分析技术

1.4.1 牺牲层去除问题

释放桥的过程中，若牺牲层去除不完全，会残留于桥下，玻璃晶圆可通过光学观察，硅晶圆则需红外共焦激光显微镜检测。此外，去除牺牲层后，残留的冲洗液会因毛细力导致粘连，可通过冷冻干燥、超临界干燥、使用蒸汽