淺談MEMS芯片測試中的并行測試

一 什么是MEMS

微機電系統(tǒng)（Micro-Electro Mechanical System）是指尺寸在幾毫米乃至更小的傳感器裝置，其內(nèi)部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)。受益于普通傳感器無法企及的 IC硅片加工批量化生產(chǎn)帶來的成本優(yōu)勢，MEMS同時又具備普通傳感器無法具備的微型化和高集成度。

二 MEMS的特點

1）微型化：MEMS器件體積小，一般單個MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計量單位，重量輕、耗能低。

2）硅基加工工藝，可兼容傳統(tǒng)IC生產(chǎn)工藝：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢，同時可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

3）批量生產(chǎn)：以單個 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例， 用硅微加工工藝在一片 8 英寸的硅片晶元上可同時切割出大約 1000 個 MEMS 芯片， 批量生產(chǎn)可大大降低單個 MEMS 的生產(chǎn)成本。

4）集成化：一般來說，單顆MEMS 往往在封裝機械傳感器的同時，還會集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。

5）多學科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發(fā)展的許多尖端成果。

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三 MEMS的原理及應用

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典型的MEMS 系統(tǒng)如圖所示。每一個微系統(tǒng)可以采用數(shù)字或模擬信號（電、光、磁等物理量）與其它微系統(tǒng)進行通信。MEMS 將電子系統(tǒng)與周圍環(huán)境有機結合在一起，微傳感器接收運動、光、熱、聲、磁等自然界信號，信號再被轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)能夠識別、處理的電信號，部分 MEMS 器件可通過微執(zhí)行器實現(xiàn)對外部介質(zhì)的操作功能。

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物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構主要包括三部分：感知層、傳輸層和應用層。

感知層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物與物的交互，主要由傳感器、微處理器和 RF 無線收發(fā)器等組成；傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞，由包括 NB IOT、Zig Bee、Thread、藍牙等通訊協(xié)議組成；應用層主要包括云計算、云存儲、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機交互等軟件應用層面構成。

感知層傳感器處于整個物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是數(shù)據(jù)采集的入口，物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，有著巨大的發(fā)展空間。

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四 MEMS的生產(chǎn)測試

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近幾年來設備制造商普遍采用多DUT測試來大幅縮短整體測試時間，但是更復雜的技術出現(xiàn)以及產(chǎn)品周期的不斷縮短進一步增加了減少測試時間和成本的壓力。這里來研究和比較各種多DUT測試方案，

常見的測試流程以下面以4個site的器件測試為例，C表示控制，TX表示寫功能，RX表示讀功能

1.串行測試 在傳統(tǒng)的測試計劃中，設備通過一個由夾具和支持的測試設備進行串行測試。測試順序與圖中所示的時間框圖相似。此類測試應用的主要優(yōu)勢是流程淺顯易懂且容易實現(xiàn)。然而，這種方法并沒有利用任何類型的軟件或硬件并行機制，從而導致所有DUT啟動期間，未工作的測試資源的浪費。

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2.流水線測試 利用多線程并行軟件架構和外部開關電路，已經(jīng)完成啟動的DUT在執(zhí)行讀寫測試時，并行軟件線程可控驅(qū)動下一個DUT的啟動過程，從而實現(xiàn)測試的流水線執(zhí)行。這種方法減少了測試資源的等待時間，如圖所示。

3.分段并行測試 另一種減少測試時間的方法是通過向多個DUT發(fā)送相同的測試指令來同時執(zhí)行多個讀測試。這個測試方法可以保持讀功能的同步性，通過將每個DUT分配到相應的軟件線程，所有DUT均可同時啟動。

4.并行測試 本文所談的并行測試指的是從硬件上就同時對DUT進行讀寫測試，每個DUT都是同時的，這種方法的測試時間是最短，測試效率最高，這種方式與前面相比，沒有借助軟件層面的多線程幫助，完全通過硬件觸發(fā)讀寫模式，進行全功能的并行測試。

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五 MEMS測試板卡

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PXI是一種基于PC的堅固測試平臺，提供了用于測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本部署解決方案。

PXI結合了PCI Express的電氣總線特性與堅固的機械封裝，并增加了用于制造測試的專用同步總線和主要軟件特性。這種強大的組合為設備制造商測試提供了目前市場上具有最高吞吐量和最低延遲數(shù)據(jù)總線的解決方案之一，它顯著地降低了測試時間。

PXI的另一個優(yōu)勢是嵌入式計算機，通常也稱為PXI嵌入式控制器，其在緊湊的外形結構中提供了最新的高性能CPU處理器。這種模塊化特性可允許用戶在出現(xiàn)新技術時以相對低的成本升級整個測試系統(tǒng)。

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六 UI X6220

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UI X6220是由聯(lián)合儀器研發(fā)設計，針對數(shù)字MEMS芯片的測試板卡。此板卡采用PXI架構，可靠性高，擴展性好，采用的就是本文所說的最后一個的并行測試

當搭配PXI平臺和基于真正意義的并行測試時，MEMS測試板卡就成為大規(guī)模多DUT制造測試的理想設備。此外，MEMS測試板卡還具有pmu per pin的功能，可測試許多芯片的功能指標，包括OS、IIH/IIL、VOH/VOL、VIH/VIL IDD等，常常具有業(yè)界領先的性能和測試時間。

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板卡特點：

n 32路通道，每通道PMU功能

n FV，MI，F(xiàn)I，MV功能

n 10MHz速率

n 16路I2C通訊功能

n 8路SPI通訊功能

n 8個電流量程：±32mA,±8mA, ±2mA, ±512uA, ±128uA, ±32uA,±8uA, ±2uA

n 電壓量程 -1V ~+10V

n 可以支持多site并行同步測試

n 可以根據(jù)需求進行擴展

n 底層API基于C開發(fā)，

n支持VC，VC++，Labwindows/CVI，Labview等

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