專利名稱：用于mems器件的在片測試系統(tǒng)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MEMS器件測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，采用MEMS技術(shù)制造的微器件在使用壽命、可靠性、成本、體積和重量方面都顯示出了巨大的優(yōu)勢，使其在民用領(lǐng)域及軍用領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。隨著MEMS加工工藝地不斷成熟與發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在傳感器和執(zhí)行器的制造過程中。目前，MEMS器件的篩選測試大部分集中在整個器件組裝完成后的成品測試，測試成本高，浪費嚴(yán)重。另外，還存在器件研制周期長，效率低等問題。在片測試技術(shù)可以在MEMS芯片加工完畢還沒有劃片之前，在大圓片上利用探針及測試儀器快速測試芯片的性能是否合格，有效地剔除結(jié)構(gòu)不完整與性能指標(biāo)未達(dá)標(biāo)的缺陷芯片，最大限度的節(jié)約生產(chǎn)成本，減小封裝及性能測試時間浪費，提高生產(chǎn)效率。MEMS器件是一種純機(jī)械的可動結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈敏度高，沒有任何電路元件。由于MEMS結(jié)構(gòu)的特殊性，使得MEMS在片測試存在以下技術(shù)難點。1、MEMS芯片的信號非常微弱，如電容量僅為aF級,提取困難,抗干擾能力差。再加上他是一種靈敏度極高的可動結(jié)構(gòu)，測試中任何細(xì)微的干擾都會影響測試的準(zhǔn)確性。2、MEMS器件的工作原理是動力學(xué)，需要測試的項目除了靜態(tài)參數(shù)之外，還有品質(zhì)因數(shù)等動態(tài)參數(shù)。傳統(tǒng)MEMS品質(zhì)因數(shù)測試采用定義或掃頻法。一方面，測試時間長、效率低；另一方面，品質(zhì)因數(shù)測試范圍小，當(dāng)品質(zhì)因數(shù)高于I萬時，以上兩種方法均無法準(zhǔn)確測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)及其測試方法，本測試系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效地完成MEMS器件微小電容、導(dǎo)通電阻、絕緣電阻、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)等所有參數(shù)的在片精確測試，并根據(jù)該測試系統(tǒng)建立一套完整的件測試方法，用于MEMS器件的研究生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于包括自動探針臺、探卡、矩陣開關(guān)、測試模塊及計算機(jī)，所述自動探針臺上表面設(shè)有被測圓片，被測圓片與探卡連接，探卡與測試模塊之間設(shè)有矩陣開關(guān)，計算機(jī)分別與自動探針臺、矩陣開關(guān)、測試模塊連通。對上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明，所述自動探針臺下方通過隔振地基支撐。對上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明，所述探卡和被測圓片周圍設(shè)有屏蔽盒。對上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明，所述探卡是由PCB板和與PCB板連接的探針組成，所述探針與被測圓片連接。對上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明，測試模塊主要由微小電容測試模塊、動態(tài)測試模塊、導(dǎo)通電阻測試模塊及絕緣電阻測試模塊組成，各分系統(tǒng)之間均相互獨立。上述用于MEMS器件在片測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于該測試方法的步驟如下
1)選擇與被測圓片相對應(yīng)的探卡，安裝在自動探針臺上；
2)將被測圓片固定在自動探針臺上，進(jìn)行初始定位；
3)測試芯片的參數(shù)，根據(jù)測試結(jié)果判斷芯片質(zhì)量；
4)自動探針臺移位對準(zhǔn)下一芯片位置，直至所有芯片測試完成；
5)取出被測圓片；
6)對測試數(shù)據(jù)，按測試時間、被測圓片批號等規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。對上述方法作進(jìn)一步說明，所述參數(shù)測試與質(zhì)量判斷的過程為首先，在探針與被測圓片接觸前之前進(jìn)行寄生參數(shù)測試，用于后期寄生參數(shù)補償；第二步，被測圓片上抬與探針接觸；第三步，打開矩陣開關(guān)，利用探針轉(zhuǎn)換矩陣選擇測試點，操作計算機(jī)提取自動探測臺上該測試點數(shù)據(jù)；第四步，驅(qū)動探針轉(zhuǎn)換矩陣控制改變測試點，重復(fù)第三步測試，直至探卡上所有測試點的測試項目全部完成并存儲，其中測試項目主要包括寄生電容測試、檢測電容測試、導(dǎo)通電阻測試、絕緣電阻測試、固有頻率測試、品質(zhì)因數(shù)測試以及帶寬測試；第五步，根據(jù)所測試的所有測試項目，判斷芯片質(zhì)量，并顯示結(jié)果。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于
1、本發(fā)明通過矩陣開關(guān)控制，探針與被測圓片連接，實現(xiàn)了多探針多參數(shù)一次性全自動測試，并根據(jù)測試結(jié)果判斷芯片質(zhì)量，將不合格芯片打點剔除，大大提高了生產(chǎn)效率；
2、本發(fā)明中的增加了隔振地基和屏蔽，采用屏蔽、隔振、低寄生參數(shù)探針及參數(shù)補償方法，實現(xiàn)微小可動電容在片測試，解決了 MEMS微小可動電容無法實現(xiàn)在片精確測試的難題；
3、采用脈沖激勵響應(yīng)法實現(xiàn)了高品質(zhì)因數(shù)等動態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確測量；
4、實現(xiàn)了導(dǎo)通電阻、絕緣電阻等其它參數(shù)的在片測試。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系不意 圖2是本發(fā)明中的屏蔽與隔振結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明中在片測試系統(tǒng)控制流程 圖4為芯片參數(shù)測試與質(zhì)量判斷流程 圖5為本發(fā)明脈沖響應(yīng)激勵法衰減振蕩曲線及其包絡(luò)曲線示意 其中1、被測圓片，2、自動探針臺，3、探卡，3-1、探針，3-2、PCB板，4、矩陣開關(guān)，5、測試模塊，5-1、微小電容測試模塊,5-2、動態(tài)測試分系統(tǒng),5-3、導(dǎo)通電阻測試模塊,5-4、絕緣電阻測試模塊，6、計算機(jī)，7、屏蔽盒，8、隔振地基，9、衰減振蕩曲線，10、包絡(luò)曲線。
具體實施例方式本發(fā)明具體涉及一種用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)及其測試方法，適用于陀螺儀、加速度計、流量計、壓力傳感器等MEMS器件的在片測試。根據(jù)附圖1克可知，該系統(tǒng)主要包括自動探針臺2、探卡3、矩陣開關(guān)4、測試模塊5及計算機(jī)6，探卡3是由PCB板3_1和與PCB板3-1連接的探針3-1組成，探針3-1與被測圓片連接。測試模塊5主要由微小電容測試模塊5-1、動態(tài)測試模塊5-2、導(dǎo)通電阻測試模塊5-3及絕緣電阻測試模塊5-4組成，各分系統(tǒng)之間均相互獨立。本系統(tǒng)所采用的矩陣開關(guān)4是agilent的E5250A商用矩陣開關(guān)。本系統(tǒng)中各部分之間的連接關(guān)系如下自動探針臺2上表面設(shè)有被測圓片1，被測圓片I與探卡3連接，探卡3與測試模塊5之間設(shè)有矩陣開關(guān)4，計算機(jī)6分別于自動探針臺2、矩陣開關(guān)4、測試模塊5連通。自動探針臺2下方通過隔振地基8支撐，探卡3和被測圓片I周圍設(shè)有屏蔽盒7，如附圖2所示。本系統(tǒng)工作原理如下待測圓片I固定在自動探針臺2上，探卡3將待測芯片與矩陣開關(guān)4連接，矩陣開關(guān)4選擇測試模塊5進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，測試數(shù)據(jù)被最終送入計算機(jī)6進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計算機(jī)6協(xié)調(diào)自動探針臺2、矩陣開關(guān)4以及測試模塊5有序工作，完成測試任務(wù)，并將測試結(jié)果以圖形形式顯示。根據(jù)附圖3可知，本發(fā)明采用控制模塊控制系統(tǒng)時序，依次完成上述系統(tǒng)的測試方法的步驟如下
1)選擇與被測圓片I相對應(yīng)的探卡3，安裝在自動探針臺2上；
2)將被測圓片I固定在自動探針臺2上，進(jìn)行初始定位；
3)測試芯片的參數(shù)，根據(jù)測試結(jié)果判斷芯片質(zhì)量；
4)自動探針臺2移位對準(zhǔn)下一芯片位置，直至所有芯片測試完成；
5)取出被測圓片I;
6)對測試數(shù)據(jù)，按測試時間、被測圓片I批號等規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。其中，參數(shù)測試與質(zhì)量判斷的過程為首先，在探針3-1與被測圓片I接觸前之前進(jìn)行系統(tǒng)寄生參數(shù)測試，用于后期寄生參數(shù)補償；第二步，被測圓片I上抬與探針3-1接觸；第三步，打開矩陣開關(guān)4，利用探針轉(zhuǎn)換矩陣選擇測試點，操作計算機(jī)6提取自動探測臺2上該測試點數(shù)據(jù)；第四步，驅(qū)動探針轉(zhuǎn)換矩陣控制改變測試點，重復(fù)第三步測試，直至探卡3上所有測試點的測試項目全部完成并存儲,其中測試項目主要包括寄生電容測試、檢測電容測試、導(dǎo)通電阻測試、絕緣電阻測試、固有頻率測試、品質(zhì)因數(shù)測試以及帶寬測試；第五步，根據(jù)所測試的所有測試項目，判斷芯片質(zhì)量，并顯示結(jié)果，見附圖4所示。在微小電容檢測系統(tǒng)5-1測試過程中，為了保證測試的精度，采取以下措施，實現(xiàn)MEMS芯片的微小電容在片測試
(1)采用三同軸屏蔽直流探針3-1，將在探針端引入的寄生參數(shù)降到最小；
(2)采用屏蔽措施，將探卡3與被測圓片I罩在屏蔽盒7內(nèi)，減小電磁干擾、環(huán)境噪聲對檢測信號的影響，同時使寄生參數(shù)值比較穩(wěn)定，便于后期寄生參數(shù)補償；
(3)將自動探針臺2放在隔振地基8上，使自動測試系統(tǒng)與周圍大地隔離，提高測試精度與測試穩(wěn)定性；
(4)采取了以上三種措施后，已經(jīng)將外界環(huán)境造成的寄生電容量減到最小。采用寄生參數(shù)補償方法，在測試在探針扎下前用LCR表測試寄生參數(shù)值，再在探針扎下后測試待測電容，將測得的電容值減去探針扎下前測試的寄生電容值，得到的差值即為待測電容的實際電容值。
本發(fā)明在測試分析過程中，采用脈沖激勵響應(yīng)法可以實現(xiàn)固有頻率、品質(zhì)因數(shù)測試等動態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確測量。當(dāng)在被測件驅(qū)動端輸入脈沖激勵時，被測件輸出響應(yīng)是以其穩(wěn)態(tài)輸出為平衡位置的衰減振蕩曲線9，經(jīng)C/V轉(zhuǎn)換電路后，振蕩曲線由NI采集卡記錄保存。對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,提取振蕩頻率,和包絡(luò)曲線10，如附圖5所示，
權(quán)利要求
1.一種用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于包括自動探針臺(2)、探卡(3)、矩陣開關(guān)(4)、測試模塊(5)及計算機(jī)(6)，所述自動探針臺(2)上表面設(shè)有被測圓片(1)，被測圓片(I)與探卡(3)連接，探卡(3)與測試模塊(5)之間設(shè)有矩陣開關(guān)(4)，計算機(jī)(6)分別與自動探針臺(2)、矩陣開關(guān)(4)、測試模塊(5)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于所述自動探針臺(2)下方通過隔振地基(8)支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于所述探卡(3)和被測圓片(I)周圍設(shè)有屏蔽盒(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于所述探卡(3)是由PCB板(3-1)和與PCB板(3-1)連接的探針(3-1)組成，所述探針(3_1)與被測圓片(I)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)，其特征在于所述測試模塊(5)主要由微小電容測試模塊(5-1)、動態(tài)測試模塊(5-2)、導(dǎo)通電阻測試模塊(5-3)及絕緣電阻測試模塊(5-4 )組成，各模塊之間均相互獨立。
6.一種如權(quán)利要求1所述的用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于該測試方法的步驟如下 I)選擇與被測圓片(I)相對應(yīng)的探卡(3)，安裝在自動探針臺(2)上； 2 )將被測圓片(I)固定在自動探針臺(2 )上，進(jìn)行初始定位； 3)測試芯片的參數(shù)，根據(jù)測試結(jié)果判斷芯片質(zhì)量； 4)自動探針臺(2)移位對準(zhǔn)下一芯片位置，直至所有芯片測試完成； 5)取出被測圓片(I)； 6)對測試數(shù)據(jù)，按測試時間、被測圓片(I)批號等規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于MEMS器件的在片測試方法，其特征在于所述參數(shù)測試與質(zhì)量判斷的過程為首先，在探針(3-1)與被測圓片(I)接觸前之前進(jìn)行寄生參數(shù)測試，用于后期寄生參數(shù)補償；第二步，被測圓片(I)上抬與探針(3-1)接觸；第三步，打開矩陣開關(guān)(4)，利用探針轉(zhuǎn)換矩陣選擇測試點，操作計算機(jī)(6)提取自動探測臺(2)上該測試點數(shù)據(jù)；第四步，驅(qū)動探針轉(zhuǎn)換矩陣控制改變測試點，重復(fù)第三步測試，直至探卡(3)上所有測試點的測試項目全部完成并存儲，其中測試項目主要包括寄生電容測試、檢測電容測試、導(dǎo)通電阻測試、絕緣電阻測試、固有頻率測試、品質(zhì)因數(shù)測試以及帶寬測試；第五步，根據(jù)所測試的所有測試項目，判斷芯片質(zhì)量，并顯示結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MEMS器件的在片測試系統(tǒng)及其測試方法，屬于MEMS器件測試技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括自動探針臺、探卡、矩陣開關(guān)、測試模塊及計算機(jī)，自動探針臺上表面設(shè)有被測圓片，被測圓片與探卡連接，探卡與測試模塊之間設(shè)有矩陣開關(guān)，計算機(jī)分別與自動探針臺、矩陣開關(guān)、測試模塊連通，該系統(tǒng)的測試方法依次為完成探卡選擇、圓片固定與初始定位、芯片參數(shù)測試與質(zhì)量判斷、取出圓片、數(shù)據(jù)管理等功能，完成整個圓片的全部測試。本測試方法能夠準(zhǔn)確、高效地完成MEMS器件微小電容、導(dǎo)通電阻、絕緣電阻、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)等參數(shù)的在片精確測試，并根據(jù)該測試方法建立一套完整的軟硬件測試系統(tǒng)，用于MEMS器件的研制與生產(chǎn)。
文檔編號G01R31/26GK103018651SQ20121051881
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者李博, 楊擁軍, 徐愛東, 盧新艷 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所