[发明专利]MEMS电容式加速度计芯片的性能自动测试方法

说明书

本发明涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种适用于MEMS电容式加速度计芯片的自动化测试系统，包括传感器晶圆级测试及传感器成品测试。主要包括MEMS加速度传感器芯片测试夹具(1)、ARM控制板(2)、PC上位机控制系统(3)、电机系统(4)、高精度LCR测试仪(5)；测试夹具用来固定传感器晶圆也可以用来固定成品传感器，可以实现自主检测，判断夹具探针是否磨损，判断接触是否合格；一套可编程集成控制系统，包括了ARM控制板，和Labview上位机控制程序；电机系统用于控制装置的偏转角度，配合自动PID技术，可以实现千分之一度角度的偏转；高精度LCR测试仪可以检测传感器的静态动态参数，结合上位机程序实现自动化检测。

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片测试系统，特别是一种适用于微机械电容式加速度计芯片性能参数的测试方法，属于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)领域。

背景技术

MEMS传感器作为具有代表性的微传感器，越来越多的被应用于消费电子、油气勘探、航空航天、国防工业等领域。而高效率自动化的芯片的测试一直是MEMS传感器产量的瓶颈，其主要原因是MEMS是一种微机械结构，在温漂、零漂上和传感器的一致性上存在的许多差异，每个传感器都需要依次测试每项指标。对于加速度计来说，C-V曲线是每个传感器的重要测量参数，例如单轴电容式加速度计的感应电容由可动极板与固定极板组成，在接收到外界加速度时，通过可动极板的平移来改变其与固定极板的间距，产生电容差值变化量，就需要测试top和bottom层数据，需要测试不同环境下(一般是-40℃～80℃)下的C-V曲线，需要测试不同加速度下的输出曲线。

传统的测试方法是逐个对传感器进行测试，这样会导致占用的测试时间过长，并且是人为测试，会导致测量结果一致性较差，无法对传统的传感器夹具测试，这样导致的错误测试对于成品率有着很大的影响。因此，如何加快测试速度、如何减少测试误差、如何降低测试成本均是MEMS传感器测试过程中必须要考虑的事情。

发明内容

为解决现有传感器测试中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于MEMS电容式加速度计芯片的自动化测试系统，能够加快传感器的测试、减少测试的误差、降低测试的成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于MEMS电容式加速度计芯片的自动化测试系统，主要包括MEMS加速度计芯片测试夹具、ARM控制板、PC上位机控制系统、电机系统、高精度LCR测试仪，MEMS加速度计芯片测试夹具与ARM控制板通过4个探针触点相连，ARM控制板与高精度LCR测试仪通过4线50欧姆测试线相连，PC上位机控制系统对整个系统进行控制、测试、数据分析，实现加速度计芯片的自动化测试。

芯片测试夹具是由Ni/Au(镍/金)探针和铝合金外壳组合而成；所述测试夹具由4-6根探针连接ARM测试板和待测传感器芯片，铝合金外壳能够保证夹具的轻便并且安全可靠；所用探针采用Ni/Au(镍/金)材料。

ARM控制板是由夹具检测电路、通道切换电路、MCU控制电路、温度检测及运行检测电路四部分组成；检测电路是检测探针是否能和传感器及测试板良好接触，所用原理是断路检测；通道切换主要是用来切换不同传感器，并且可以自动切换top和bottom层，原理是数字通道切换，由MCU来主动控制各路的开关；MCU控制电路主要是ARM作为主控芯片，使用USB接口和上位机进行通信；温度检测及运行检测电路用于检测环境温度和运行状态，用来保证传感器的高精度测试。

PC上位机控制系统是由Labview软件编写而成，通过USB控制高精度LCR测试仪和ARM控制板、通过RS232控制步进电机。上位机程序可以自主修改测试参数，自主修改测试流程，可以获取之前测试的数据报告，可以自主选择显示的模式，并且可以自主判断合格和不合格的模块。

本发明至少具有以下有益效果：

可以有效的减少人为因素对于测试结果的干扰，减少环境因素对于测试结果的干扰，消除误测、错测。