Fraunhofer ISIT​利用​NI PXI​平台​进行​MEMS​惯​性​传感器​的​最终​晶圆​级​测试

Dr. Oliver Schwarzelbach, Fraunhofer Institute of Silicon Technology

"这​套​NI PXI​解决​方案​的​主要​优势,​就是​能​在​不​牺牲​测量​准确​度​的​前提​下​提高​测量​速度,​而​这​多半​要​归功​于​FPGA​的​板​载​信号​处理​能力​以及​更​快速​的​NI SMU​测量​功能。" ​

- Dr. Oliver Schwarzelbach, Fraunhofer Institute of Silicon Technology

挑战:

减少​微​机电​系统​(MEMS)​惯​性​传感器​最终​晶圆​级​测试​所需​的​测试​时间、​测试​系统​体积​与​整体​成本,​同时​兼顾​测量​质量。 ​

解决​方案:

使用​NI PXI​平台​开发​了​一个​系统,​可​同步​测试​多​达​4​个​传感器,​并​支持​1D ~ 6D​的​惯​性​测量​单元​(IMU)​测量;​同时​针对​包含​3,400​个​传感器​的​单​个​晶圆,​测试​时间​可​缩短​至​3​小时​以内。 ​

Fraunhofer ISIT​公司​背景

德国​Fraunhofer​硅​技术​研究所​(Fraunhofer Institute of Silicon Technology,​Fraunhofer ISIT)​是​欧洲​最​顶尖​的​微电子​与​微​系统​技术​研发​机构​之一。 该​机构​拥有​一套​具备​强大​制造​能力​的​设施,​能​满足​从​研究​到​工业​生产​等​各​领域​的​用途。 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。​元件​与​技术​应用​则​覆盖​汽车、​消费​类​电子、​通信​系统、​医疗​设备​等​领域。

 

经济​层面​与​技术​层面​的​挑战

对于​陀螺​仪​和​加速度​计​等​MEMS​惯​性​传感器​的​最终​晶圆​级​测试,​会​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​大量​生产​的​消费​性​电子​或​汽车​市场,​因此​企业​亟需​一种​极​具​成本​效益​的​测试​方法。

 

NI PXI​平台​解决​方案

使用​NI PXI-7854R多功能​RIO​模​块​进行​所有​的​机械​特性​测量,​包含​共振​频率、​环境​压力​与​机械​耦合,​具体​配置​如下:

  • 每​轴​使用​2 X 2 模拟​输出​和​输入​组合​(正弦波 + 矩形​波)
  • 现场​可​重​配置​门​阵​列​(FPGA),​每​轴​配有​两​个​同步​解调器
  • 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)

 

我们​采用​4​通道​NI PXIe-4141精密​电源​测量​单元​(SMU)​来​执行​所有​的​参数​测量。 每​个​SMU​会​在​信号​垫​(Signal Pad)​之间​进行​漏​电流​测量。 信号​则会​通过​开关​矩阵​路​由​至​信号​垫。 每​一个​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

这​套​NI PXI​解决​方案​的​主要​优势,​就是​能​在​不​牺牲​测量​准确​度​的​前提​下​提高​测量​速度,​而​这​多半​要​归功​于​FPGA​的​板​载​信号​处理​能力​以及​更​快速​的​NI SMU​测量​功能。 此外,​与​需要​使用​多个​台式​仪器​的​前​一代​测试​系统​相比,​不仅​系统​成本​大幅​降低,​就​连​系统​体积​也​大大​减小​了,​只需​占用​极​少​的​机​架​空间。

 

 

总​测试​时间​为​每​晶圆​30,260​秒​(8.41​小时),​其中​4​个​设备​并行​进行​测试,​也就是​每​个​包含/​3,400​个​DUT​的​晶圆​的​测试​时间​小​于​三​个​小时,​与​前​一代​测试​系统​相比​测试​时间​几乎​减少​六分​之​五。 此外,​系统​也能​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:

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

表​1. ​ ​每​晶圆​包含​3,400​个​待​测​设备​(DUT)​的​1D​陀螺​仪​的​测试​结果 ​