CN104620606A - 用于麦克风和超低压力传感器的有缺陷制造的测试 - Google Patents

Abstract

一种用于测试MEMS压力传感器装置、例如MEMS麦克风封装的方法。所述MEMS压力传感器装置包括定位在壳体内的压力传感器和用于从壳体外部向所述压力传感器引导声压的压力入口。激活声压源并且将来自所述声压源的声压引导到所述压力入口并且引导到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置。根据所述压力传感器的输出信号确定是否存在允许声压通过所述壳体外部在除所述压力入口以外的位置处到达所述压力传感器的一些缺陷。

Description

用于麦克风和超低压力传感器的有缺陷制造的测试

相关申请

本发明要求获得于2012年9月14日提交的、标题为“TESTING FORDEFECTIVE MANUFACTURING OF MICROPHONES AND ULTRALOWPRESSURE SENSORS”的美国临时专利申请号61/701,001的权益，其全部内容通过引用的方式并入本申请。

背景技术

本发明用于探测已组装的麦克风或者超低压力转换器的制造缺陷。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种用于测试MEMS压力传感器装置——例如MEMS麦克风封装的方法。MEMS压力传感器装置包括定位在壳体内的压力传感器和用于将声压从壳体外部朝向压力传感器引导的压力入口。激活声压源并且将来自声压源的声压引导到压力入口并且引导到壳体的除压力入口以外的外部位置。根据压力传感器的输出信号确定是否存在一些允许声压通过壳体外部在除压力入口以外的位置处到达压力传感器的缺陷。

本发明的其他方面在考虑详细描述和附图的情况下是显而易见的。

附图说明

图1是用于正确制造的麦克风的测试装置的示意图。

图2是用于有缺陷的麦克风的图1中的测试装置的示意图。

图3是根据一个实施例使用一个腔室和一个声源的用于有缺陷的麦克风的另一测试装置的示意图。

图4是根据另一实施例使用两个腔室和两个声源的用于有缺陷的麦克风的测试装置的示意图。

图5是根据另一实施例使用一个腔室和两个声源的用于有缺陷的麦克风的测试装置的示意图。

图6是根据另一实施例使用两个部分的用于有缺陷的麦克风的测试装置的示意图，所述两个部分构成一个测试腔室和一个扬声器。

图7是图6的测试装置的横截图。

图8是在升高的且没有激活的位置处具有用作第二声源的扬声器阵列的图5的测试装置的透视图。

图9是在降低的且激活的位置处具有扬声器阵列的在图5中示出的测试装置的透视图。

图10是示出在使用图3-6的测试装置中的至少一个时的测试过程的流程图。

图11是麦克风灵敏度在一个音频范围上的示图，其示出图1、2和5的测试装置在使用图10的测试过程的情况下的输出测试。

具体实施方式

在详细阐述本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明不局限于其应用于以下描述中所阐述的或者以下附图中所示出的结构细节和元件布置。本发明能够实现其他实施例并且能够以多种方式实现或者实施。

图1示出用于测试MEMS压力传感器装置107的输出的测试装置的第一示例，所述MEMS压力传感器装置称作被测器件(device under test：DUT)。扬声器101位于腔室103的一个端部处，并且扬声器101定位成将测试声发射到腔室103中。直箭头指示从扬声器101到DUT 107的压力入口104的声学路径。衬垫105定位在腔室103和DUT 107的盖109之间，以便限定并且在声学上隔离声学路径。在其他结构中，在不使用衬垫的情况下在腔室和盖109之间形成密封。DUT 107包括基座113。在一些结构中，基座由硅衬底构成并且可以包括一个或多个电路元件。在图1的示例中，基座113是具有位于其上的转换器111的衬底。盖109施加到基座113上以构成包围转换器111的壳体。盖109保护转换器111并且防止声在除压力入口104以外的位置处进入壳体并且防止影响转换器111的运行。图1的测试装置主要用于测试转换器111的性能。其不提供壳体或接缝质量的评估，在所述接缝处盖109施加到基座113上。

图2示出当测试在盖中具有制造缺陷的MEMS压力传感器装置时图1中的测试装置的局限。在图2中所描述的测试装置具有与在图1中所示出的测试装置相同的配置。扬声器201位于腔室203的一个端部处，并且扬声器201定位成将测试声发射到腔室203中。直箭头指示从扬声器201到DUT 207的压力入口204的声学路径。衬垫205定位在DUT 207的腔室203和盖209之间，以便限定并且在声学上隔离声学路径。DUT 207包括基座213、位于基座213上的转换器211和施加到基座213上并且包围转换器211的盖209。

在图1中，盖109由实线表示，表明正确制造的装置。特别地，在盖109和基座113之间形成的接缝是完整的并且不允许声压进入壳体。然而在图2的示例中，在盖209和基座213之间存在破裂206。该破裂206代表麦克风壳体中的缺陷，例如盖209和基座213之间的有缺陷的密封。因为在图1和2中所示出的测试装置没有提供用于声经过有缺陷的壳体中的潜在的孔进入转换器211的声源或声学路径，所以不能探测到这样的制造缺陷。

图3示出一种替代的测试装置的示意图，其除向DUT 307的压力入口304提供声压以外也向DUT 307的壳体的外部提供声压。在所述装置中，DUT 307至少部分定位在测试腔室303内部，使得盖309的整个外部——包括盖309和基座313之间的接缝暴露给测试声。扬声器301位于腔室303的一个端部处，并且扬声器301定位成将测试声发射到腔室303中。直箭头指示从扬声器301到DUT 307的压力入口304的声学路径。衬垫305定位在腔室303和DUT 307的盖309之间，以便限定并且在声学上隔离声学路径。如由直箭头所代表的那样，来自扬声器301的声进入压力入口304到达转换器311。此外，如果有缺陷的麦克风壳体包含任何其他开口——例如破裂306，则来自扬声器301的声如由弯曲箭头所代表的那样也通过破裂306进入壳体并且影响转换器311的运行。

图4示出测试装置的另一示例，其能够通过壳体外部暴露给声压来探测壳体中的制造缺陷。第一扬声器401位于第一腔室403的一个端部处，并且扬声器401定位成将测试声发射到第一腔室403中。衬垫405定位在第一腔室403和DUT 407的盖409之间，以便限定并且在声学上隔离声学路径。在所述示例中，第二腔室415与第一腔室403对齐并且包围DUT 407。第二腔室415的表面410抵靠第一腔室403的表面412，以便在所述表面之间形成密封。在图4中所示出的结构中，两个腔室的表面之间的密封由衬垫414形成。然而，如以上所描述的那样，在其他结构中可以在不使用衬垫414的情况下形成不同元件之间的密封。所述密封使每一个腔室的内部与外部并且使其相互之间在声学上隔离。

如在其他附图中的那样，DUT 407包括基座413、位于基座413上的转换器411和施加到基座413上以包围转换器411的盖409。盖409保护转换器111并且防止声在除压力入口404以外的位置处进入转换器411。图4的测试装置也包括位于第二腔室415的一个端部处的第二扬声器417，所述第二扬声器定位成将声发射到第二腔室415中。

从第一扬声器401发射的声穿过压力入口404并且由转换器411探测。如以下详细描述的那样，在正确构造的麦克风封装中，来自第一扬声器401的声产生限定的频率响应曲线。然而，如果在有缺陷的麦克风封装中存在破裂406或泄漏，则来自第二扬声器417的声(如由弯曲箭头所代表的那样)可以穿过盖409中的孔并且可以改变由转换器411探测的频率响应曲线。控制来自第二扬声器417的声以及测试腔室415的大小和形状，以便能够区分来自第二扬声器417的声与来自第一扬声器401的声。

图5示出测试装置的另一示例。再次，扬声器501位于第一腔室503的一个端部处，并且扬声器501定位成将测试声发射到腔室503中。直箭头指示从扬声器501到DUT 507的压力入口504的声学路径。衬垫505定位成形成腔室和DUT 507的盖509之间的密封，以便限定并且在声学上隔离声学路径。如在其他附图中的那样，DUT 507包括基座513、位于基座513上的转换器511和施加到基座513上以包围转换器511的盖509。盖509保护转换器511并且限制声在除压力入口504以外的位置处进入转换器511。图5的示例包括第二扬声器517，其安装在DUT 507的背向于腔室503的一侧上并且环绕DUT 507的壳体的外部施加声。来自所述第二扬声器517的声可以通过有缺陷的DUT壳体中的破裂506(如由弯曲箭头所示出的那样)并且影响转换器511的频率响应曲线。

图6示出测试装置的另一示例。扬声器601位于第一腔室603的一个端部处，并且扬声器601定位成将测试声发射到腔室603中。如由直箭头所指示的那样，声沿着从扬声器601到DUT 607的压力入口604的声学路径行进。衬垫605定位在腔室603和DUT 607的盖609之间，以便限定声学路径并且在声学上隔离压力入口604。DUT 607再次包括基座613、位于基座613上的转换器611和施加到基座613上以包围转换器611的盖609。盖609保护转换器611并且限制声在除压力入口604以外的位置处进入转换器611。

DUT 607定位在腔室615内的表面608上。衬垫605支承DUT 607并且隔离来自扬声器601的声学路径，如由直线所示出的那样。在图6的示例中，完整的测试腔室615包括两个分离的部分——第一腔室部分603和第二腔室部分614，当DUT 607定位在测试表面608上时所述两个分离的部分对齐并且包围DUT 607。完整的测试腔室615限定并且控制声学路径，使得声学路径从测试到测试是统一的。除将来自扬声器601的声引导到压力入口604以外，测试腔室615使DUT 607的基座613和盖609暴露给来自扬声器601的声。同样地，来自扬声器601的声可以穿过有缺陷的DUT607中的任何破裂606或泄漏并且可以影响转换器611的频率响应曲线。

图7的横截图进一步示出用于不同类型的DUT 707的图6的测试装置。在所述示例中，压力入口704位于DUT壳体的角部上而不是位于盖的中间。DUT 707定位成紧靠支承件708的表面705。在表面705和DUT 707之间形成密封。腔室703的表面710抵靠DUT 707的壳体，并且因此DUT 707抵靠支承件708的表面705。这形成围绕DUT 707的前室714。腔室703中的声口712靠近DUT 707。一个声口712提供从腔室703到DUT 707的压力入口704的声学路径。附加的声口提供从腔室703到前室714的声学路径。所述声学路径允许声环绕DUT 707的盖709。如果在DUT 707的壳体中存在任何泄露，则所述声可以影响转换器711的频率响应曲线。

图8中的示图是测试装置基于在图5中所示出的示意性示例的实现并且配置用于同时测试多个MEMS传感器装置。第一扬声器801定位在DUT支承件802下方。DUT支承件802覆盖扬声器801并且形成腔室803。DUT支承件802在测试期间或者支承单个DUT 807或者支承DUT的阵列807。DUT支承件802与DUT的阵列807形成密封。然而与图5的示例不同的是，图8中的DUT支承件802不使用衬垫505来形成腔室803和DUT的阵列807之间的密封。替代地，DUT支承件802使用适合于在测试期间形成密封的压力。

扬声器的阵列817定位在支架806上，所述支架在DUT支承件802的上方延伸。如在图9中示出的那样，支架806与铰链808连接，所述铰链允许扬声器的阵列817转动，使得扬声器的阵列817在测试期间朝向DUT807。在图8中在没有激活的上方位置处示出扬声器的阵列817。在图9中在下方的激活的位置处示出扬声器的阵列817。

图10的流程图示出用于在使用在图3-9中所示出的测试装置中的任一个的情况下在制造缺陷方面测试麦克风的过程。一旦DUT定位在测试装置内，则激活一个或多个扬声器以产生测试声(步骤1001)。当扬声器循环经过一个音频范围(步骤1005)时，测量MEMS压力传感器装置的灵敏度(步骤1003)。如果循环完成(步骤1007)，则将所测量的频率响应曲线与所期望的频率响应曲线进行比较(步骤1009)。如果DUT的所测量的频率响应曲线与所期望的频率响应曲线之间的差在任意频率上都在所期望的灵敏度范围以外(步骤1011)，则将DUT辨识为“有缺陷的”(步骤1013)。然而，如果所测量的和所期望的频率响应曲线的差在限定的公差内(步骤1011)，则DUT壳体的结构是经验证的并且所述DUT通过测试(步骤1015)。

图11示出在使用图10的方法时所测量的频率响应曲线的示例。曲线1101代表正确构造的DUT在一个频率范围上的所测量的频率响应曲线。曲线1103代表在使用图1和2的测试装置时有缺陷的DUT的频率响应曲线。如以上所描述的那样，图1和2的测试装置没有使DUT壳体的外部暴露给声。因此，尽管DUT的盖中的制造缺陷但曲线1101和1103是相同的。

相反，曲线1105代表在使用在图2-9中所示出的测试装置中的一个时有缺陷的DUT的频率响应曲线。曲线1105示出在低频率处灵敏度的降低，所述降低由声通过有缺陷的DUT的盖的泄露引起。正确构造的和有缺陷的DUT之间在灵敏度方面的差能够实现制造缺陷的辨识，所述辨识借助使声隔离并且将声仅仅引导到DUT的压力入口中的测试装置是不可能的。

因此，本发明还提供能够实现用于探测MEMS压力传感器的盖中的制造缺陷的方法的测试装置。在随后的权利要求书中描述本发明的不同特征和优点。

Claims (16)

1.一种用于测试MEMS压力传感器装置的方法，所述MEMS压力传感器装置包括定位在壳体内的压力传感器和用于将声压从所述壳体外部向所述压力传感器引导的压力入口，所述方法包括：

激活声压源；

将声压从所述声压源引导到所述压力入口；

将声压从所述声压源引导到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置，

根据所述压力传感器的输出信号来确定是否存在允许声压通过所述壳体外部在除所述压力入口以外的位置处到达所述压力传感器的缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下动作：

将所述MEMS压力传感器装置定位成靠近第一测试腔室，其中，所述第一测试腔室包括压力出口，其中，所述声压源的第一扬声器在所述第一测试腔室内产生声压，其中，由所述第一扬声器产生的声压通过所述压力出口从所述第一测试腔室输出；

使所述MEMS压力传感器装置的压力入口与所述第一测试腔室的压力出口对齐，其中，将声压从所述声压源引导到所述压力入口的动作包括将声压从所述第一测试腔室引导通过所述第一测试腔室的压力出口并且引导到所述MEMS压力传感器装置的压力入口中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将声压从所述声压源引导到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置的动作包括将所述声压源的第二扬声器定位成靠近所述MEMS压力传感器装置，使得向所述MEMS压力传感器壳体的除所述压力入口以外的表面引导所述第二扬声器的输出。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括在所述MEMS压力传感器装置的压力入口和所述第一测试腔室的压力出口之间形成密封使得所述压力入口与所述第二扬声器的输出在声学上隔离的动作。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，形成密封的动作包括将衬垫定位在所述MEMS压力传感器装置和所述第一测试腔室之间。

6.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下动作：其中，将声压从所述声压源引导到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置的动作包括激活所述声压源的第二扬声器以在所述第二测试腔室中产生声压；

所述方法还包括将所述MEMS压力传感器装置定位成靠近所述第二测试腔室使得所述壳体的除所述压力入口以外的至少一部分定位在所述第二测试腔室内并且暴露给来自所述第二扬声器的声压的动作。

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括以下动作：

在所述MEMS压力传感器装置的压力入口和所述第一测试腔室的压力出口之间形成第一密封，使得所述压力入口与所述第二扬声器的输出在声学上隔离；

在所述第一测试腔室和所述第二测试腔室之间形成第二密封，使得所述第一测试腔室的内部和所述第二测试腔室的内部与外部声在声学上隔离。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述第一密封的动作包括将衬垫定位在所述MEMS压力传感器装置和所述第一测试腔室之间，其中，形成所述第二密封的动作包括将衬垫定位在所述第一测试腔室和所述第二测试腔室之间。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述MEMS压力传感器装置定位在测试腔室内部的动作，

其中，将声压从所述声压源引导到所述声压入口的动作包括激活所述声压源的扬声器以在所述测试腔室内产生声压，其中，在所述测试腔室内所产生的声压进入所述压力入口；

其中，将声压从所述声压源引导到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置的动作包括激活所述扬声器以在所述测试腔室内产生声压的动作，其中，使所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置暴露给在所述测试腔室内所产生的声压。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述MEMS压力传感器装置定位在所述测试腔室内部时，与所述压力入口相对置的表面与所述测试腔室形成密封，使得所述测试腔室的内部与外部声在声学上隔离。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述密封的动作包括将衬垫定位在所述测试腔室和与所述压力入口相对置的表面之间。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述MEMS压力传感器装置定位在测试腔室内部的动作还包括将所述MEMS压力传感器装置定位在所述测试腔室内的表面上的动作，其中，所述测试腔室包含上半个元件和下半个元件，其中，所述上半个元件与所述下半个元件对齐，以便在两个半个元件之间形成密封。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述MEMS压力传感器装置定位在所述测试腔室内部的动作包括将一个或多个衬垫置于所述MEMS压力传感器装置和所述测试腔室内的表面之间，以便形成使到所述压力入口的声学路径与到所述壳体的除所述压力入口以外的外部位置的声学路径隔离的密封。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述MEMS压力传感器装置定位在所述测试腔室内部的动作包括封闭围绕所述MEMS压力传感器装置的两个半个元件，以便围绕所述MEMS压力传感器装置的壳体形成前室，其中，将来自所述扬声器的受控制的量的声压引导到所述前室中，使得所述MEMS压力传感器装置的壳体暴露给声压。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，分析所述压力传感器的输出信号的动作还包括以下动作：

从所述压力传感器接收所述输出信号；

将所述输出信号的频率响应与所期望的频率响应进行比较；

当所述输出信号与所期望的输出信号的差超过一个阈值时，确定所述MEMS压力传感器是有缺陷的。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MEMS压力传感器装置包括MEMS麦克风封装。