Fraunhofer成功将晶圆级MEMS惯性传感器的测试时间缩短6倍

Fraunhofer ISIT公司简介

Fraunhofer Institute of Silicon Technology (Fraunhofer ISIT)是欧洲领先的微电子和微系统技术研发机构。该机构拥有一套具备强大制造能力的设施，可满足从研究到工业生产的全部需求。 Fraunhofer ISIT的合作伙伴涵盖从元器件和晶圆级设计与制造到封装技术等领域，专为各类传感器（例如压力、运动与生物化学分析）和致动器（例如阀门、扫描器与镜像阵列）生产拥有精密可动结构的电力电子与微系统。 组件和技术应用则覆盖汽车、消费类电子设备、通信系统、医疗设备等领域。

经济和技术挑战

在陀螺仪和加速度计等MEMS惯性传感器的最终晶圆级测试中，涉及到进行参数测量（包括测量寄生漏电流）和提取共振频率、环境压力和机械耦合等机械特性。由于MEMS惯性传感器通常用于大批量消费类电子设备生产或汽车市场，因此企业亟需一种具有成本效益的测试方法。

NI PXI解决方案

使用NI PXI-7854R多功能RIO模块进行所有机械特性测量，包括共振频率、环境压力与机械耦合，具体配置如下：

• 每轴使用2×2模拟输出和输入组合（正弦波 + 矩形波）
• 每轴配置2个同步解调器的现场可编程门阵列(FPGA) 
• 使用LabVIEW FPGA模块编写峰值检测、AC/DC测量以及数字信号处理算法，并板载部署到Xilinx Virtex-5 FPGA LX110上（板载处理可大幅缩短测试时间）

使用4通道NI PXIe-4141精密源测量单元(SMU)来测量所有参数。每个SMU会在信号垫之间进行漏电流测量。信号则通过开关矩阵路由至信号垫。每个NI PXIe-4141可通过4个SMU通道支持多达4个1D陀螺仪的测试。

NI PXI解决方案的优势

该NI PXI解决方案的主要优势在于，能够在不牺牲测量精度的情况下提高测量速度，这主要得益于FPGA的板载信号处理能力和更快的NI SMU测量能力。此外，与需要使用多个台式仪器的上一代测试系统相比，该解决方案不仅大幅降低了成本，还减小了系统体积，使其仅需占用极少的机架空间。

每个晶圆的总测试时间为30,260秒（8.41小时），其中4个设备并行测试，则相当于每个包含3,400个DUT的晶圆测试时间小于3小时，与上一代测试系统相比，测试时间缩短近6倍。此外，系统还能灵活扩展为4个并行测试站点，以轻松满足更大规模的并行测试。

作者信息：

Oliver Schwarzelbach博士
Fraunhofer Institute of Silicon Technology
Oliver.schwarzelbach@isit.fraunhofer.de