浅谈MEMS芯片测试中的并行测试

一 什么是MEMS      

    微机电系统（Micro-Electro Mechanical System）是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。受益于普通传感器无法企及的 IC硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。

二 MEMS的特点                                                                      

1）微型化：MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。

2）硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

3）批量生产：以单个 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 传感器为例， 用硅微加工工艺在一片 8 英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000 个 MEMS 芯片， 批量生产可大大降低单个 MEMS 的生产成本。

4）集成化：一般来说，单颗MEMS 往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。

5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。

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三 MEMS的原理及应用

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典型的MEMS 系统如图所示。每一个微系统可以采用数字或模拟信号（电、光、磁等物理量）与其它微系统进行通信。MEMS 将电子系统与周围环境有机结合在一起，微传感器接收运动、光、热、声、磁等自然界信号，信号再被转换成电子系统能够识别、处理的电信号，部分 MEMS 器件可通过微执行器实现对外部介质的操作功能。

 

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物联网的系统架构主要包括三部分：感知层、传输层和应用层。

感知层的作用主要是获取环境信息和物与物的交互，主要由传感器、微处理器和 RF 无线收发器等组成；传输层主要用于感知层之间的信息传递，由包括 NB IOT、Zig Bee、Thread、蓝牙等通讯协议组成；应用层主要包括云计算、云存储、大数据和数据挖掘以及人机交互等软件应用层面构成。

感知层传感器处于整个物联网的最底层，是数据采集的入口，物联网的“心脏”，有着巨大的发展空间。

 

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四 MEMS的生产测试

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      近几年来设备制造商普遍采用多DUT测试来大幅缩短整体测试时间，但是更复杂的技术出现以及产品周期的不断缩短进一步增加了减少测试时间和成本的压力。这里来研究和比较各种多DUT测试方案，

常见的测试流程以下面以4个site的器件测试为例，C表示控制，TX表示写功能，RX表示读功能

1.串行测试    在传统的测试计划中，设备通过一个由夹具和支持的测试设备进行串行测试。测试顺序与图中所示的时间框图相似。此类测试应用的主要优势是流程浅显易懂且容易实现。然而，这种方法并没有利用任何类型的软件或硬件并行机制，从而导致所有DUT启动期间，未工作的测试资源的浪费。

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2.流水线测试     利用多线程并行软件架构和外部开关电路，已经完成启动的DUT在执行读写测试时，并行软件线程可控驱动下一个DUT的启动过程，从而实现测试的流水线执行。这种方法减少了测试资源的等待时间，如图所示。

 

3.分段并行测试     另一种减少测试时间的方法是通过向多个DUT发送相同的测试指令来同时执行多个读测试。这个测试方法可以保持读功能的同步性，通过将每个DUT分配到相应的软件线程，所有DUT均可同时启动。

 

4.并行测试     本文所谈的并行测试指的是从硬件上就同时对DUT进行读写测试，每个DUT都是同时的，这种方法的测试时间是最短，测试效率最高，这种方式与前面相比，没有借助软件层面的多线程帮助，完全通过硬件触发读写模式，进行全功能的并行测试。

 

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五  MEMS测试板卡

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PXI是一种基于PC的坚固测试平台，提供了用于测量和自动化系统的高性能、低成本部署解决方案。

PXI结合了PCI Express的电气总线特性与坚固的机械封装，并增加了用于制造测试的专用同步总线和主要软件特性。这种强大的组合为设备制造商测试提供了目前市场上具有最高吞吐量和最低延迟数据总线的解决方案之一，它显著地降低了测试时间。

PXI的另一个优势是嵌入式计算机，通常也称为PXI嵌入式控制器，其在紧凑的外形结构中提供了最新的高性能CPU处理器。这种模块化特性可允许用户在出现新技术时以相对低的成本升级整个测试系统。

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六   UI X6220

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UI X6220是由联合仪器研发设计，针对数字MEMS芯片的测试板卡。此板卡采用PXI架构，可靠性高，扩展性好，采用的就是本文所说的最后一个的并行测试

当搭配PXI平台和基于真正意义的并行测试时，MEMS测试板卡就成为大规模多DUT制造测试的理想设备。此外，MEMS测试板卡还具有pmu per pin的功能，可测试许多芯片的功能指标，包括OS、IIH/IIL、VOH/VOL、VIH/VIL IDD等，常常具有业界领先的性能和测试时间。

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板卡特点：

n  32路通道，每通道PMU功能

n  FV，MI，FI，MV功能

n  10MHz速率

n  16路I2C通讯功能

n  8路SPI通讯功能

n  8个电流量程：±32mA,±8mA, ±2mA, ±512uA, ±128uA, ±32uA,±8uA, ±2uA

n  电压量程 -1V ~+10V

n  可以支持多site并行同步测试

n  可以根据需求进行扩展

n  底层API基于C开发，

n 支持VC，VC++，Labwindows/CVI，Labview等

 

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