声音微元件测试装置与测试方法
【专利摘要】本发明是有关于一种声音微元件测试装置，包括发声元件、至少一个待测元件、承载板。发声元件提供测试声源。承载板有第一面与第二面，第一面有凹陷于该承载板的腔室，第二面有凹陷于该承载板的承载空间以承载该待测元件。承载板还有主通道，连接该腔室与该待测元件，以及至少一个侧通道，直接或是经由该主通道用以连结该腔室与该承载空间。测试声源经过该主通道提供给待测元件的第一面。测试声源经过该侧通道提供给待测元件的第二面。覆盖单元覆盖于承载板，使得承载空间与腔室一起是密闭空间，且待测元件是在密闭空间内。
【专利说明】声音微元件测试装置与测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种微元件的测试，且特别是有关于声音微元件测试装置与测试 方法。
【背景技术】
[0002] 由于半导体制造技术的研发，其可以与机械系统整合成微机电系统 (Micro-electromechanical Systems, MEMS)，其也就是将微电子技术与机械工程融合到一 起的一种工业技术。
[0003] 机械系统的应用中，其微元件中例如是机械系统麦克风。这种声音微元件在制造 完成后，一般会需要测试噪声程度。然而由于声音微元件容易受到环境因素的干扰。环境 因素例如包括振动、环境噪音、温度、湿度、压力等等。如果在测试待测元件（Device Under Test，DUT)的元件本身的本质噪声时，又含入环境因素的干扰，则所量测的本质噪声就不准 确。虽然待测元件可以设置在可以隔离环境因素的环境下进行测试，但是要维持一个隔离 环境因素的环境对多量的待测元件作测试，其难以维护隔离的测试环境，也因此会有诸多 不便。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种声音微元件测试装置，更可以较全面性检测待测元件 的本质噪声。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种声音微元件测试方法，在微元件测试装置处于有 环境因素的环境下，仍能有效排除环境因素的影响。
[0006] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种 声音微元件测试装置，包括发声元件、至少一个待测元件、承载板。发声元件提供测试声源。 承载板有第一面与一第二面，第一面有凹陷于该承载板的腔室，第二面有凹陷于该承载板 的承载空间以承载该待测元件。承载板还有主通道，连接该腔室与该待测元件，以及至少一 个侧通道，直接或是经由该主通道用以连结该腔室与该承载空间。测试声源经过该主通道 提供给待测元件的第一面。测试声源经过该侧通道提供给待测元件的第二面。覆盖单元覆 盖于承载板，使得承载空间与腔室是密闭空间，且待测元件是在密闭空间内。
[0007] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0008] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其更包括参考元件，被承载在该承载空间， 与该待测元件相同接收该测试声源。
[0009] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该待测元件与该参考元件都是相同结 构的微机电系统声音感测器。
[0010] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该参考元件是在无回声环境已量测获 得本质噪声的信息，以允计算出当下由测试环境所产生的环境噪声，进而对该待测元件所 被量取的量取信号减去该环境噪声。 toon] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该侧通道的数量是一个以上。
[0012] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该至少一个侧通道是连接在该主通道 与该承载空间之间。
[0013] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其更包括至少一个声音阻隔环，设置在该发 声元件、该承载板以及该覆盖单元的任相邻两个接面之间。
[0014] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该待测元件是在晶圆上的多个待测声 音微元件，该晶圆是在该承载板的该承载空间内。
[0015] 较佳的，前述的声音微元件测试装置，其中该侧通道提供给该待测元件的第二面 的该测试声源是侦测5000Hz以下的声音所引起的噪声。
[0016] 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现的。本发明提出一 种声音微元件测试方法，包括：从该至少一个待测组件中选择出参考元件，其中该至少一 个待测组件是包含该参考组件以及至少一个其它待测组件；对该参考元件，在无回声环境 下测得参考噪声Na;在相同的测试环境下，对该参考元件以及该至少一个其它待测元件提 供声源，用以进行量测对该声源感应的信号，分别得到对该参考元件的第一噪声Nb与该 至少一个其它待测元件的第二噪声Nc ;以及计算出该至少一个其它待测元件的本质噪声 Nd，其中该参考噪声Na、该第一噪声Nb，该第二噪声Nc与该本质噪声Nd的关系是：Nd = Nc- (Nb-Na)〇
[0017] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0018] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中计算出该至少一个其它待测元件的该 本质噪声Nd的步骤包括：计算出参考的环境噪声Ni，Ni = Nb-Na ;以及将该第二噪声Nc减 去环境噪声Ni，得到该至少一个其它待测元件的该本质噪声Nd。
[0019] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中该声源利用设置的至少一个通道被同 时引导到该参考元件与该至少一个其它待测元件的两面。
[0020] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中该参考元件与该至少一个其它待测元 件是被设置在密闭空间中，以减少环境噪声。
[0021] 本发明的目的及解决其技术问题又采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种 声音微元件测试方法，包括：选择参考元件；对该参考元件，在无回声环境下测得参考噪声 Na ;在相同的测试环境下，对该参考元件以及至少一个待测元件提供声源，用以进行量测对 该声源感应的信号，分别得到对该参考元件的第一噪声Nb与该待测元件第二噪声Nc ;计算 出该待测元件的本质噪声Nd，其中该参考噪声Na、该第一噪声Nb，该第二噪声Nc与该本质 噪声Nd的关系是：
[0022] Nd = Nc- (Nb-Na) 〇
[0023] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0024] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中计算出该待测元件的该本质噪声Nd的 步骤包括：
[0025] 计算出参考的环境噪声Ni，Ni = Nb-Na ;以及
[0026] 将该第二噪声Nc减去环境噪声Ni，得到该待测元件的该本质噪声Nd。
[0027] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中该声源利用设置的至少一个通道被同 时引导到该参考元件与该待测元件的两面。
[0028] 较佳的，前述的声音微元件测试方法，其中该参考元件与该待测元件是被设置在 密闭空间中，以减少环境噪声。
[0029] 借由上述技术方案，本发明声音微元件测试装置与测试方法至少具有下列优点及 有益效果：借由本发明，可以较全面性检测待测元件的本质噪声；且在微元件测试装置处 于有环境因素的环境下，仍能有效排除环境因素的影响。上述说明仅是本发明技术方案的 概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了 让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试机制示意图。
[0031] 图2是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试装置示意图。
[0032] 图3是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试方法的流程示意图。
[0033] 图4A是依照本发明实施例，声音微元件测试装置的仰视部分结构示意图。
[0034] 图4B是依照本发明实施例，声音微元件测试装置于图4A在1-1'线的剖面结构示 意图。
[0035] 图4C是依照本发明实施例，声音微元件测试装置于图4A在11-11'线的剖面结构 示意图。
[0036] 图5A是依照本发明实施例，声音微元件以没有侧通道的测试装置，对有缺陷微元 件的声频响应示意图。
[0037] 图5B是依照本发明实施例，声音微元件以有侧通道的测试装置，对有缺陷微元件 的声频响应示意图。
[0038] 图6A是依照本发明实施例，声音微元件测试装置的仰视部分结构示意图。
[0039] 图6B是依照本发明实施例，声音微元件测试装置于图6A在A-A'线的剖面结构示 意图。
[0040] 图7是依照本发明实施例，声音微元件测试装置对晶圆上多个DUT剖面分解结构 示意图。
[0041] 【主要元件符号说明】
[0042] 90、112 :测试环境 92 :补偿单元
[0043] 94 :分析单元
[0044] 96a、96b、96c、96d、96e :振动、噪音、温度、湿度、压力
[0045] 100 :参考元件 102 :待测元件
[0046] 110 :标准环境 114 :承载板
[0047] 130 :发声元件 140 :覆盖单元
[0048] 150 :承载板 154 :腔室
[0049] 156 :主通道 157 :入声孔
[0050] 158 :承载空间 162 :信号端点
[0051] 164:侧通道 170 :声音阻隔环
[0052] 200 :发声元件 202 :腔室结构层
[0053] 204:承载板 206:晶圆
[0054] 208 :覆盖单元
[0055] S100 ?S108 :步骤
【具体实施方式】
[0056] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种声音微元件测试装置与测试方法的具体实施 方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0057] 对于MEMS的待测元件，其例如是MEMS声音感测器，又例如是MEMS麦克风，需要对 声音进行检测，以确定感应的灵敏度，以及其噪声程度。本发明提出有效率检测待测元件的 机制。
[0058] 以下提出多个实施例来描述本发明，但是本发明并不仅限于所举的多个实施例。 又，这些实施例之间也不排除相互有可能结合的实施例。
[0059] 图1是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试机制示意图。参阅图 1，在相同的测试环境90中同时会有相同结构的参考元件100以及待测元件DUT 102。以下 部分的待测元件也用DUT来表示。参考元件100以及DUT 102例如是完成封装与切割后的 电路芯片（circuit chip)，其数量依实际设计而定，于此分别仅以一个为例。图中所示的参 考元件100以及待测元件DUT 102在测试时，测试环境90会接收到各种环境噪声，例如包 括振动96a、环境的噪音96b、温度96c、湿度96d、压力96e等等。这些环境噪声都会同时影 响参考元件100以及DUT 102的测试结果。
[0060] 本发明提出的DUT测试机制，在测试时不需要刻意将环境噪声隔离，以简化DUT测 试流程。然而DUT 102的本质噪声仍需要被准确检测出来，以能决定DUT 102的性能。由 于在测试时，参考元件100以及DUT 102都会同时感受到相同的环境噪声，因此补偿单元92 可以利用参考元件100得到环境噪声，以补偿DUT 102所量取的信号，而有效地消除环境噪 声。经过分析单元94的信号处理，就可以得到DUT 102的本质噪声。
[0061] 图2是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试装置示意图。参阅图 2,为了能从参考元件100量取环境噪声，参考元件100需要先得到其本质噪声，因此先在一 个至少是无回声（Anechoic)的标准环境110中进行对参考元件100量取信号。由于此标 准环境110已隔离大部分或是几乎全部的环境噪声，因此所得到的信号可以视为是参考元 件100的本质噪声。
[0062] 于此，由于参考元件100本身也可能是有缺陷，因此要确定是否正确的参考元件 100或许需要重复多次与多个参考元件100的测试后，从其中选择一个当作参考，或是多个 做平均。然而，即使参考元件100本身有缺陷，在有缺陷的条件下所量取的也是参考元件 100的本质噪声，不会本质上影响到后续DUT的测试。也就是说，参考元件100在经过特殊 手段而隔离环境噪声的标准环境110下直接取得本质噪声，其实际取得本质噪声的流程不 限于特定的方式。
[0063] 在量取参考元件100的本质噪声后，在测试环境112中就可以将参考元件100与 DUT 102置放在承载板114上，一同进行测试。此测试环境112就不需要求严格具有隔离环 境噪声的设备。
[0064] 图3是依照本发明实施例，具有补偿效果的声音微元件测试方法的流程示意图。 参阅图3,基于图1、2的测试机制，其测试流程例如于步骤S100,在无回声环境下量取参考 元件102的本质噪声Na。于步骤S102,将参考元件100与待测元件102设置在相同的测试 环境90,112下。于步骤S104,在测试环境90,112下，参考元件100与待测元件102感应环 境因素分别得到参考元件感测信号Nb与待测元件感测信号Nc。于步骤S106,计算得到环境 因素造成的成分Ni,Ni = Nb-Na。于步骤S108,计算得到待测元件的噪音Nd,Nd = Nc-Ni。
[0065] 于此，于步骤S106与步骤S108是分开计算，但是也可以合并计算，即是Nd = Nc- (Nb-Na)〇
[0066] 以下描述在测试环境中的声音微元件测试装置的配置结构。图4A是依照本发明 实施例，声音微元件测试装置的仰视部分结构示意图。图4B是依照本发明实施例，声音微 元件测试装置于图4A在1-1'线的剖面结构示意图。图4C是依照本发明实施例，声音微元 件测试装置于图4A在11-11'线的剖面结构示意图。
[0067] 参阅图4八、48、4(：，本实施例的声音微元件测试装置包括发声元件130、至少一个 待测元件102、承载板150。发声元件130提供测试声源。于此，参考元件100与待测元件 102都视为相同的待测元件，因此仅以单一个微元件代表。事实上，承载板150会承载多个 待测元件102以及参考元件100。承载板150有第一面与第二面，第一面有凹陷于承载板 150的腔室154,第二面有凹陷于承载板150的承载空间158以承载待测元件102。承载板 150还有主通道（Main channel) 156连接腔室154与待测元件102,以及至少一个侧通道 (Side channel) 164,直接或是经由主通道156用以连结腔室154与承载空间158。待测元 件102上与主通道156对应的是待测元件102的入声孔157,其直接接受测试的声源。在此 实施例，侧通道164是经由主通道156用以连结腔室154与承载空间158,以提供测试的声 源到待测元件102的另一面，也就是背面，不具有入声孔157。但是侧通道164也可以是与 主通道156分开的独立通道，但是与主通道156类似直接连接腔室154与承载空间158。
[0068] 侦道164的用途是要将由发声元件130提供测试声源也引导到承载空间158,如 此测试声源会对待测元件102的两面提供声源。也就是，测试声源经过主通道156提供给 待测元件102的第一面。测试声源经过侧通道164提供给待测元件102的第二面。待测元 件102的两面都提供声源的原因其一是，一般待测元件102的声音感测面，即是第一面，是 最为主要的感测面，一定要测试。然而待测元件102的背面，即是第二面，虽然不是直接声 音感测，但是如果有缺陷例如造成作为声音介质的空气的泄漏，其因而也会影响到音频的 响应又或是吸取环境噪声等等的问题。
[0069] 又，侧通道164的数量可以是单个或是多个，其中例如是两个侧通道164。又侧通 道164的延伸路径以及进入承载空间158的位置，可以依照实际情形预估与调整，例如依照 背面结构较脆弱处调整。侧通道164是属承载板150上的结构，可以配合形成腔室154与 /或承载空间158的制造流程一并形成。
[0070] 接着，覆盖单元140覆盖于承载板150,使得承载空间158与腔室154 -起是构成 密闭空间。待测元件102是在此密闭空间内。就实际设置方式，要达到密闭空间，其更可以 包括至少一个声音阻隔环170,设置在发声元件130、承载板150以及覆盖单元140的任相 邻两个接面之间，其仍可以减少一些环境噪声的进入。声音阻隔环170的材料例如硅橡胶 (Silicon rubber)、0型圈材料等等的密封材料。
[0071] 又，待测元件102的第一面是声音感测面，结构上会有空气进入孔，与主通道156 对准连通。待测元件102的信号端点162与覆盖单元140连接。覆盖单元140内会有电 路，又或是测量探针（test probe)，以对待测元件102施加电压与读取信号，这些测试设备 是本领域具有通常知识者所知，不予详细描述。
[0072] 图5A是依照本发明实施例，声音微元件以没有侧通道的测试装置，对有缺陷微元 件的声频响应示意图。图5B是依照本发明实施例，声音微元件以有侧通道的测试装置，对 有缺陷微元件的声频响应示意图。
[0073] 参阅图5A，对于一个待测元件102,其可能在背面有缺陷，但是如果测试装置仅对 声音感应面测试，即是只有主通道而没有侧通道的结构，其背后的缺陷可能无法被侦测到， 因此所得到的音频响应信号呈现良好现象。参阅图5B，但是此背面有缺陷的待测元件102 在具有侧通道结构的测试装置下的量测结果，其音频响应例如在5000Hz以下的声音的音 频响应就有明显的差异，显示出此待测元件102的缺陷。因此，侧通道结构是有其功效。
[0074] 图6A是依照本发明实施例，声音微元件测试装置的仰视部分结构示意图。图6B 是依照本发明实施例，声音微元件测试装置于图6A在A-A'线的剖面结构示意图。
[0075] 参阅图6A与图6B，本实施例的结构与图4A?4C相似，但是待测元件102的信号 端点162是在待测元件102的第一面，因此侧通道164的延伸方向为避免与信号端点162 交错，因此侧通道164的延伸方向例如往没有信号端点的两侧延伸，但是侧通道164的设置 概念与作用仍是相同。
[0076] 图7是依照本发明实施例，声音微元件测试装置对晶圆上多个DUT剖面分解结构 不意图。参阅图7,依照相同的机制，图4A?4C的承载板150可以扩张而承载一片晶圆，因 此声音微元件测试装置包括发声元件200,腔室结构层202、承载板204、晶圆206以及覆盖 单元208。晶圆206上有多个尚未被切割分离的微元件。腔室结构层202与承载板204可 以是整体的结构。腔室结构层202与承载板204也可以是分别的结构，但是叠置而成。声 音通过腔室结构层202的大面积通道203提供声源。承载板204上也会承载有参考元件。 承载板204上也会有侧通道，将声源引到晶圆206的另一面。覆盖单元208在叠置后，除了 完成可以容置晶圆206的密闭空间外，也提供信号读取的界面，以供外部分析单元读取信 号与本质噪声的计算。
[0077] 就是说，图4A?4C与图6A?6B的设计原则，可以应用到图7对整片晶圆的测试， 而仅需要调整因应实际需求的尺寸与测试电路。
[0078] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种声音微兀件测试装置，其特征在于其包括： 发声元件，提供测试声源； 至少一个待测元件； 承载板，有第一面与第二面，该第一面有凹陷于该承载板的腔室，该第二面有凹陷于该 承载板的承载空间以承载该待测元件，主通道，连接该腔室与该待测元件，以及至少一个侧 通道，直接或是经由该主通道用以连结该腔室与该承载空间，其中该测试声源经过该主通 道提供给该待测元件的第一面，该测试声源又经过该侧通道提供给该待测元件的第二面； 以及 覆盖单元，覆盖于该承载板，使得该承载空间与该腔室是密闭空间，且该待测元件是在 该密闭空间内。
2. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其更包括参考元件，被承 载在该承载空间，与该待测元件相同接收该测试声源。
3. 根据权利要求2所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该待测元件与该参考 兀件都是相同结构的微机电系统声音感测器。
4. 根据权利要求3所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该参考元件是在无回 声环境已量测获得本质噪声的信息，以允计算出当下由测试环境所产生的环境噪声，进而 对该待测元件所被量取的量取信号减去该环境噪声。
5. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该侧通道的数量是一 个以上。
6. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该至少一个侧通道是 连接在该主通道与该承载空间之间。
7. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其更包括至少一个声音阻 隔环，设置在该发声元件、该承载板以及该覆盖单元的任相邻两个接面之间。
8. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该待测元件是在晶圆 上的多个待测声音微元件，该晶圆是在该承载板的该承载空间内。
9. 根据权利要求1所述的声音微元件测试装置，其特征在于其中该侧通道提供给该待 测元件的第二面的该测试声源是侦测5000Hz以下的声音所引起的噪声。
10. -种声音微兀件测试方法，使用于根据权利要求1所述的声音微组件测试装置的 测试，其特征在于其包括： 从该至少一个待测组件中选择出参考元件，其中该至少一个待测组件是包含该参考组 件以及至少一个其它待测组件； 对该参考元件，在无回声环境下测得参考噪声Na ; 在相同的测试环境下，对该参考元件以及该至少一个其它待测元件提供声源，用以进 行量测对该声源感应的信号，分别得到对该参考元件的第一噪声Nb与该至少一个其它待 测元件的第二噪声Nc;以及 计算出该至少一个其它待测元件的本质噪声Nd，其中该参考噪声Na、该第一噪声Nb， 该第二噪声Nc与该本质噪声Nd的关系是： Nd = Nc-(Nb-Na)〇
11. 根据权利要求10所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中计算出该至少一个 其它待测元件的该本质噪声Nd的步骤包括： 计算出参考的环境噪声Ni，Ni = Nb-Na ;以及 将该第二噪声Nc减去环境噪声Ni，得到该至少一个其它待测元件的该本质噪声Nd。
12. 根据权利要求10所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中该声源利用设置的 至少一个通道被同时引导到该参考元件与该至少一个其它待测元件的两面。
13. 根据权利要求10所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中该参考元件与该至 少一个其它待测元件是被设置在密闭空间中，以减少环境噪声。
14. 一种声音微兀件测试方法，其特征在于其包括： 选择参考元件； 对该参考元件，在无回声环境下测得参考噪声Na ; 在相同的测试环境下，对该参考元件以及至少一个待测元件提供声源，用以进行量测 对该声源感应的信号，分别得到对该参考元件的第一噪声Nb与该待测元件第二噪声Nc ;以 及 计算出该待测元件的本质噪声Nd，其中该参考噪声Na、该第一噪声Nb，该第二噪声Nc 与该本质噪声Nd的关系是： Nd = Nc-(Nb-Na)〇
15. 根据权利要求14所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中计算出该待测元件 的该本质噪声Nd的步骤包括： 计算出参考的环境噪声Ni，Ni = Nb-Na ;以及 将该第二噪声Nc减去环境噪声Ni，得到该待测元件的该本质噪声Nd。
16. 根据权利要求14所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中该声源利用设置的 至少一个通道被同时引导到该参考元件与该待测元件的两面。
17. 根据权利要求14所述的声音微元件测试方法，其特征在于其中该参考元件与该待 测元件是被设置在密闭空间中，以减少环境噪声。
【文档编号】H04R29/00GK104125533SQ201310306954
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】操礼齐, 李建兴 申请人:鑫创科技股份有限公司