"這套NI PXI解決方案的主要優勢，就是能在不犧牲測量準確度的前提下提高測量速度，而這多半要歸功于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:
減少微機電系統(MEMS)慣性傳感器最終晶圓級測試所需的測試時間、測試系統體積與整體成本，同時兼顧測量質量。
 

解決方案:
使用NI PXI平臺開發了一個系統，可同步測試多達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。

Fraunhofer ISIT公司背景

德國Fraunhofer硅技術研究所(Fraunhofer Institute of Silicon Technology，Fraunhofer ISIT)是歐洲最頂尖的微電子與微系統技術研發機構之一。 該機構擁有一套具備強大制造能力的設施，能滿足從研究到工業生產等各領域的用途。 Fraunhofer ISIT的合作伙伴涵蓋從元器件和晶圓級設計與制造到封裝技術等領域，專為各類傳感器（例如壓力、運動與生物化學分析）和致動器（例如閥門、掃描器與鏡像陣列）生產擁有精密可動結構的電力電子與微系統。元件與技術應用則覆蓋汽車、消費類電子、通信系統、醫療設備等領域。
 

經濟層面與技術層面的挑戰

對于陀螺儀和加速度計等MEMS慣性傳感器的最終晶圓級測試，會涉及到進行參數測量（包括測量寄生漏電流）和提取共振頻率、環境壓力和機械耦合等機械特性。 由于MEMS慣性傳感器通常用于大量生產的消費性電子或汽車市場，因此企業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模塊進行所有的機械特性測量，包含共振頻率、環境壓力與機械耦合，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）

• 現場可重配置門陣列(FPGA)，每軸配有兩個同步解調器

• 使用LabVIEW FPGA模塊編寫峰值檢測、AC/DC測量以及數字信號處理算法，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)來執行所有的參數測量。 每個SMU會在信號墊(Signal Pad)之間進行漏電流測量。 信號則會通過開關矩陣路由至信號墊。 每一個NI PXIe-4141可通過4個SMU通道支持多達4個1D陀螺儀的測試。
 

NI PXI解決方案的優勢

這套NI PXI解決方案的主要優勢，就是能在不犧牲測量準確度的前提下提高測量速度，而這多半要歸功于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相比，不僅系統成本大幅降低，就連系統體積也大大減小了，只需占用極少的機架空間。
 

表1. 每晶圓包含3,400個待測設備(DUT)的1D陀螺儀的測試結果
 

總測試時間為每晶圓30,260秒（8.41小時），其中4個設備并行進行測試，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，與前一代測試系統相比測試時間幾乎減少六分之五。 此外，系統也能靈活擴展為4個并行測試站點，以輕松滿足更大規模的并行測試。