MEMS芯片简介及测试

01什么是MEMS

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

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

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

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。

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

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