MEMS芯片简介及测试

2023-12-23

MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的缩写,微电子机械系统。MEMS传感器感知环境中的各类自然信号,按一定规律将其转换成可检测量化的信号,对所得到的信号进行分析处理和识别判断,以实现智能型传感器的功能。

MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第1张

MEMS传感器和传统传感器相比,兼具体积小,重量轻,功耗低,一致性高,可靠性高,灵敏度高等优点。
传感器广泛应用于消费类和工业类电子领域,日常生活中的手机,可穿戴设备,以及汽车上,MEMS传感器都扮演着重要角色。物联网、自动驾驶、工业互联网都将是MEMS传感器发展的重要动力。

02MEMS传感器工作原理

因为MEMS的微观特性,很难直观了解到其实际的工作情况,下面通过动图,直观“看”到主流MEMS传感器的工作原理。

声学传感器
MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第2张
工作原理:声压导致振膜震动,振膜和背板之间的间距发生变化而产生电容变化,声压信号转变为了电信号。
应用:麦克风,TWS,超声波传感器…

压力传感器
MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第3张
工作原理:当受到压力时,电阻结构和底座的接触面积变化,电压也成比例变化,压力信号转变为电信号。
应用:手机,GPS垂直高度测量定位…

加速度传感器
MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第4张
工作原理:物体产生加速度时,带动梳状结构产生位移,使梳状结构间电容改变,电容值和位移成比例变化,从而推算出加速度。
应用:电动汽车,游戏手柄,运动物体加速度测量…

03MEMS芯片测试
对比传统芯片,MEMS芯片封测环节更为关键。元件成本95%以上是花费在封装测试中,对这部分进行优化和制作最精巧的MEMS结构一样重要。

MEMS测试要点
1对测量精度要求极为苛刻
测试MEMS传感器,需要模拟不同的环境变量变化实现全场景覆盖,从而会在繁多的测试条件下产生大量的测试数据,再将数据通过算法拟合反推外界变量的状态变化。能精准稳定的测量转换后的电阻电容频率值变化是判定MEMS传感器的准确度和灵敏度的前提条件。MEMS芯片测试机需能高精度测量电压电流,电容值,波形等信号。

2方案时效性要求高
MEMS芯片之间差异化程度高,即使是同类产品下,不同型号都意味着要构建新的测试算法。每一个测试项的制定和实施方案,都是设计端和测试端深度配合的过程。测试软件良好的用户体验无疑会让测试方案开发过程更流畅高效,保证时效性。
3成本管控
由于MEMS传感器市场分散,MEMS芯片产品开发周期和成本较通用IC芯片要压缩很多。能处理海量测试原始数据,在不同的算法规则下实时分析测试结果,对测试机资源容量,和运算处理能力要求都很高。
MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第5张
UI-X6220是一个专用于MEMS芯片的数字功能测试板卡,可用于多功能测试、量产测试等。每张板卡有32个通道,每个通道有PMU功能,通过多板卡级联,能扩展到最多512个通道,可以进行DC,AC相关参数测试。每个数字通道有独立的可编程功能, 可以用作drive hi, drive lo, sense hi, sense lo和load value,另外,每个通道提供了高精度测量单元(PMU),以便用户能进行DUT(device under test)的测试,包括参数测试,并行测试等
UI-X6220是基于PXI架构的板卡,具有多功能测试能力,提供了I2C/SPI功能,counter计数器功能,每张板卡能提供16site的I2C测试,8site的SPI测试,通过级联,可以并行测试高达128site,同时,UI-X6220也有pattern memory的功能,每通道32M ,能进行10M的动态数字功能测试。基于Per pin per site的架构,能支持ATE的功能测试,可扩展性强,支持多种软件开发环境,能快速帮助客户进行开发,性价比高,能为客户减小开发成本,快速切入市场,同时,该板卡也可以和其他功能板卡一起配合使用,比如RF板卡,SMU板卡,多功能数模板卡等,能提供完整的基于PXI的测试方案,能应用到 MEMS测试,传感器芯片测试,RF芯片测试,电源管理芯片测试,多功能芯片测试等
MEMS芯片简介及测试 (https://ic.work/) 传感器 第6张
标准PXI总线架构
每板32个PMU
16个I2C master,可达400kHz时钟速率
8个SPI master,可达10MHz时钟速率
16个32bit计数器,可达10ns
时钟速率可达10MHz
32个 I/O通道,每通道PMU功能
电压范围-1V到+10V
每个pin独立,支持any pin to any site
每个pin独立的PMU功能,独立的DC level
操作系统支持Windows 7/10 等
支持LabView/ LabWindows 等
支持主/从架构通信模式

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