"這套NI PXI解決方案的主要優(yōu)勢，就是能在不犧牲測量準(zhǔn)確度的前提下提高測量速度，而這多半要?dú)w功于FPGA的板載信號處理能力以及更快速的NI SMU測量功能。"
- Dr. Oliver Schwarzelbach, Fraunhofer Institute of Silicon Technology
挑戰(zhàn):
減少微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)慣性傳感器最終晶圓級測試所需的測試時間、測試系統(tǒng)體積與整體成本，同時兼顧測量質(zhì)量。
解決方案:
使用NI PXI平臺開發(fā)了一個系統(tǒng)，可同步測試多達(dá)4個傳感器，并支持1D ~ 6D的慣性測量單元(IMU)測量；同時針對包含3,400個傳感器的單個晶圓，測試時間可縮短至3小時以內(nèi)。
Fraunhofer ISIT公司背景
德國Fraunhofer硅技術(shù)研究所(Fraunhofer Institute of Silicon Technology，F(xiàn)raunhofer ISIT)是歐洲最頂尖的微電子與微系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)之一。 該機(jī)構(gòu)擁有一套具備強(qiáng)大制造能力的設(shè)施，能滿足從研究到工業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域的用途。 Fraunhofer ISIT的合作伙伴涵蓋從元器件和晶圓級設(shè)計(jì)與制造到封裝技術(shù)等領(lǐng)域，專為各類傳感器（例如壓力、運(yùn)動與生物化學(xué)分析）和致動器（例如閥門、掃描器與鏡像陣列）生產(chǎn)擁有精密可動結(jié)構(gòu)的電力電子與微系統(tǒng)。元件與技術(shù)應(yīng)用則覆蓋汽車、消費(fèi)類電子、通信系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。
經(jīng)濟(jì)層面與技術(shù)層面的挑戰(zhàn)
對于陀螺儀和加速度計(jì)等MEMS慣性傳感器的最終晶圓級測試，會涉及到進(jìn)行參數(shù)測量（包括測量寄生漏電流）和提取共振頻率、環(huán)境壓力和機(jī)械耦合等機(jī)械特性。 由于MEMS慣性傳感器通常用于大量生產(chǎn)的消費(fèi)性電子或汽車市場，因此企業(yè)亟需一種極具成本效益的測試方法。
NI PXI平臺解決方案
使用NI PXI-7854R多功能RIO模塊進(jìn)行所有的機(jī)械特性測量，包含共振頻率、環(huán)境壓力與機(jī)械耦合，具體配置如下：
每軸使用2 X 2 模擬輸出和輸入組合（正弦波 + 矩形波）
現(xiàn)場可重配置門陣列(FPGA)，每軸配有兩個同步解調(diào)器
使用LabVIEW FPGA模塊編寫峰值檢測、AC/DC測量以及數(shù)字信號處理算法，并板載部署到Xilinx Virtex-5 FPGA LX110上（板載處理可大幅縮短測試時間）
我們采用4通道NI PXIe-4141精密電源測量單元(SMU)來執(zhí)行所有的參數(shù)測量。 每個SMU會在信號墊(Signal Pad)之間進(jìn)行漏電流測量。 信號則會通過開關(guān)矩陣路由至信號墊。 每一個NI PXIe-4141可通過4個SMU通道支持多達(dá)4個1D陀螺儀的測試。
NI PXI解決方案的優(yōu)勢
這套NI PXI解決方案的主要優(yōu)勢，就是能在不犧牲測量準(zhǔn)確度的前提下提高測量速度，而這多半要?dú)w功于FPGA的板載信號處理能力以及更快速的NI SMU測量功能。 此外，與需要使用多個臺式儀器的前一代測試系統(tǒng)相比，不僅系統(tǒng)成本大幅降低，就連系統(tǒng)體積也大大減小了，只需占用極少的機(jī)架空間。
表1. 每晶圓包含3,400個待測設(shè)備(DUT)的1D陀螺儀的測試結(jié)果
總測試時間為每晶圓30,260秒（8.41小時），其中4個設(shè)備并行進(jìn)行測試，也就是每個包含/3,400個DUT的晶圓的測試時間小于三個小時，與前一代測試系統(tǒng)相比測試時間幾乎減少六分之五。 此外，系統(tǒng)也能靈活擴(kuò)展為4個并行測試站點(diǎn)，以輕松滿足更大規(guī)模的并行測試。
