Manipulation des objets d’essai

A etapa de testes é um importante fator para que se garanta o funcionamento básico dos MEMS, pois estes possuem funcionalidades complexas, exigindo um aparato instrumental de extrema robustez para que as funcionalidades básicas dos dispositivos testados sejam asseguradas sob um desempenho aceitável. Para que a confiança no mercado consumidor seja estabelecida, é importante que os dispositivos ofereçam confiabilidade, alto desempenho e um longo ciclo de vida útil, uma vez que existe a necessidade de um alto

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44 volume de produção. Isto no âmbito de MEMS, bem como em qualquer processo fabril, é garantido somente através de um processo rigoroso de testes.

Existem basicamente dois testes que são frequentemente empregados para microestruturas: teste modal (modal test) teste local (in situ test) (REIMBOLD, 2008). Os parâmetros que regem o comportamento dinâmico são identificados através dos testes modais. O teste modal consiste em fazer o dispositivo vibrar através de uma excitação conhecida com o objetivo de: excitar o dispositivo com força conhecida; medir a força de entrada e as respostas estruturais; e obter os parâmetros modais exigidos a partir dos dados medidos (AGILENT TECHNOLOGIES, 2008), (LOBONTIU, 2004).

Em geral, os testes em MEMS consistem na aplicação de uma excitação e a realização de uma determinada medição. Reimbold (2008) afirma que os métodos de excitação mais utilizados são por sinal elétrico e estímulos físicos. O mesmo preconiza que, para a medição, são consideradas: a medição direta do deslocamento com um interferômetro laser e medição elétrica dos sinais de teste.

2.8.1 A importância dos testes em MEMS

Como em qualquer processo de produção, os testes são impreteríveis, pois permitem a detecção de problemas de produção e projeto. Os testes também considerados fatores preponderantes para cálculos de viabilidade e custo do processo de fabricação de MEMS. Para garantir a confiabilidade de MEMS, os dispositivos devem ser cuidadosamente testados, especialmente quando usados para aplicações críticas de segurança, tais como nas indústrias automotiva e de saúde (RAMADOSS; XOING; 2008).

Para ser eficiente, as estruturas defeituosas devem ser identificadas numa fase inicial da produção (BEYELER, 2000). Os custos de embalagem excedem em até 70% dos custos totais de produção (JAMES; YOUNG, 1999). Via de regra, os testes são os processos mais custosos durante o processo fabril (RICHETTI [s.d]). Oliveira (2010) afirma que:

Conforme as geometrias dos projetos diminuem em tamanho, novas estratégias precisam ser desenvolvidas, principalmente porque os chips possuem uma escalabilidade muito grande e a demora na detecção de falhas em quaisquer um dos processos pode levar a uma verdadeira tragédia financeira para a empresa fabricante.

Sendo assim, fica evidente a importância dos testes, pois essa etapa serve como prevenção para que grandes prejuízos sejam evitados e principalmente que dispositivos avariados cheguem ao mercado. A detecção do problema antes do encapsulamento pode

representar uma melhora de 1 a 5% em relação a erros devido a não compliância com o teste, após o encapsulamento, sendo que até 12% podem ser retidos, considerando-se que não existam graves erros de projeto.(LEE; SIMON, 2000). Segundo Reimbold (2008), o método com o qual MEMS têm sido testados, por amostragem, não garante a sua qualidade total com a segurança desejada. O mesmo autor preconiza que os testes devem ser realizados de modo que os dispositivos sejam testados um a um, todavia de forma rápida e com baixo custo.

2.8.2 Tecnologias e ferramentas utilizadas

Dentre as tecnologias utilizadas para testar os dispositivos, Oliveira (2010) destaca o

uso de interfaces de ToC (test on chip) - dispositivos de alta tecnologia que podem acessar

pontos específicos do circuito e efetuar uma determinada quantidade de testes e simulações. Estes são implantados em uma estrutura denominada wafer probe, responsável pela verificação e controle de qualidade das diversas etapas de fabricação. De acordo com Klimach

([s.d]), as medições sobre o wafer2 são efetuadas com o auxílio de micro ponteiras, as quais

são confeccionadas com material de alta rigidez, a exemplo do tungstênio, de forma a terem dimensões microscópicas. O teste a nível de wafer é uma poderosa ferramenta para detecção de problemas de projeto (YAREMA;WESTER, 2000). A Figura 2.15 mostra a aparência real de um equipamento de teste de wafer e o mesmo em ação.

Figura 2.15: Equipamento de teste: (a) wafer probe; (b) wafer probe em ação

(a) (b)

(fonte: SOLIDUS TECHONOLOGIES [s.d])

Conforme Beyeler (2010), devido à natureza de MEMS, incluindo estruturas

mecânicas, não apenas propriedades elétricas, mas também as especificações mecânicas

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46 requerem testes. O mesmo autor destaca a dificuldade para a detecção de quebra em elementos elásticos nessa estrutura. Sendo assim, a inspeção visual é a alternativa atualmente utilizada para a detecção de quebra em elementos de estruturas MEMS, sendo realizada sem o contato físico, o que reduz a probabilidade de danificar a estrutura durante a inspeção.

Existem vários métodos de inspeção visual automatizados na indústria de MEMS. A geometria, bem como desvios de níveis nanométricos, podem ser medidos utilizando-se métodos de inspeção interferométricos (WANG et al, 2007); (QUAN et al;2006);(RINALDI

et al, 2007). Os desvios que são medidos com esses sistemas são perpendiculares ao plano da

lâmina de silício. O princípio desses sistemas consiste na excitação da estrutura e na observação com uma fonte de luz estroboscópica. A fonte de luz é acionada com a mesma frequência e a deflexão é medida (GUO et al, 2009). A inspeção visual é realizada através de um microscópio conforme ilustrado na Figura 2.16.

Figura 2.16: Lâmina com micro ponteiras montado dentro do sistema de inspeção visual

(fonte: BEYELER; 2010)

As estruturas são monitoradas e inspecionadas antes de serem encapsuladas. Após o encapsulamento, as microestruturas são separadas em dies ou chips através de corte realizado com uma ferramenta de alta rotação. Os chips defeituosos são descartados enquanto que os

aprovados são encaminhados para uma nova bateria de testes. Estes, por sua vez, vão para uma estação de testes de circuitos encapsulados. Conforme Oliveira (2010) afirma, existem métodos para contornar os problemas durante a fase de testes, como o chamado desing for test

– DFT. Neste, a função do circuito não é testada da forma real como ele opera (produto

acabado), e sim em uma condição possível de ser realizada em fábrica (produto em estágio intermediário) cujo resultado positivo significa o alcance do parâmetro esperado.

Em alguns casos, são incluídos elementos que permitem algum grau de ajuste e correção de comportamento (calibração – trimming), além de blocos que monitoram continuamente a operação do circuito, agindo em caso de mal funcionamento (BIST – build-in

self-test) (CHIODELLI, 2013). Outra possibilidade é a inclusão de partes sobressalentes para

substituírem as partes críticas em caso de mau funcionamento (circuitos tolerantes a falhas) (KLIMACH, [s.d.]). A Figura 2.17 ilustra um organograma dos processos empregados em microestruturas desde a elaboração do projeto até o mercado final.

Figura 2.17: Processos emgregados na elaboração de MEMS

(fonte: Elaborada pelo Autor)

O emprego dos testes resulta na segurança sobre muitos aspectos considerados durante o projeto, pois a própria viabilidade do sistema é comprometida se, durante um teste complexo, algum parâmetro for considerado de maneira incorreta (OLIVEIRA, 2013).