CN112098809B - 一种mems微镜晶圆级全自动电学测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，包括：a、采用主控计算机、测试模块、矩阵控制面板、探针卡、探针台、显微镜与探针台控制模块构建测试系统；b、将待测晶圆置于探针台的承片台上；探针台控制模块对探针台进行控制，对待测晶圆进行定位，使探针卡与待测晶圆对应连接；c、主控计算机控制电源模块对待测晶圆施加阶梯电压，CV测量模块测量与阶梯电压相对应的阶梯电容，阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度相对应；d、主控计算机通过采集模块读取测试结果，并绘制阶梯电压、阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度的对应关系图；该方法采用电学测试方式，测量精度高，减少测试时间，节省成本。

Description

一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法

技术领域

本发明涉及微机电系统测试技术领域，具体是一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法。

背景技术

MEMS指微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System），泛指利用微加工技术制造的微型器件或微型系统，主要由传感器、动作器（执行器）和微能源三大部分组成。MEMS微镜是应用MEMS技术将微型镜面和驱动器集成研制的光反射型器件，通过微机电驱动机构控制镜面的扭转结构使镜面偏转并精确控制旋转角度，实现光线的传播方向。

MEMS器件的封装在整个生产过程中占有较高的成本（50%左右），为避免有缺陷的器件流入后续的封装环节而导致资源的浪费，急需研究出一种高效准确的MEMS器件测试方法。近年来，MEMS器件测试方法相继被提出，例如江苏物联网研究发展中心的谭振新等人开发了基于激光多普勒测振仪和半自动探针台的MEMS产品的晶圆级测试系统。为克服该测试系统中存在测试时间较长，测量精度较低等缺点，江苏物联网研究发展中心马晶晶等人提出MEMS陀螺芯片晶圆级电学测试系统及测试和筛选方法，满足大量生产陀螺仪芯片的晶圆级测试。

关于MEMS微镜的测试，无锡微视传感科技有限公司的程进等人提出使用测试台和一套光学系统，可以自动连续测试晶圆上所有的MEMS微镜。然而光学测试仍然存在的不足：（1）测量精度较低，不适合生产线大批量测试；（2）考虑光学激励的局限性，很难实现多工位测量；（3）测量速度慢，测试效率低。因此快速、准确且容易满足生产线大规模要求的MEMS微镜晶圆级测试方案对产业发展尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，该方法舍弃传统的光学测试方式，采用电学测试方式，测量精度高，并且容易实现晶圆级芯片的多工位自动化测试，减少测试时间，节省成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，包括：

a、采用主控计算机、测试模块、矩阵控制面板、探针卡、探针台、显微镜与探针台控制模块构建测试系统，所述测试模块集成有I/O控制器、电源模块、采集模块、PXI总线嵌入式控制器与CV测量模块；

探针台控制模块与CV测量模块分别通过USB-GPIB转接线与主控计算机连接；I/O控制器、电源模块与矩阵控制板对应连接；探针卡与电源模块、采集模块以及CV测量模块的测试通道对应连接，矩阵控制板与探针卡连接；

b、将待测晶圆置于探针台的承片台上；探针台控制模块对探针台进行控制，对待测晶圆进行定位，使探针卡与待测晶圆对应连接；

c、主控计算机控制电源模块对待测晶圆施加阶梯电压，CV测量模块测量与阶梯电压相对应的阶梯电容，阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度相对应；

d、主控计算机通过采集模块读取测试结果，并绘制阶梯电压、阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度的对应关系图。

进一步的，步骤b以待测晶圆的缺口为参考方向，分别设定平行、垂直于缺口的方向和探针台步距，探针台的探针与待测晶圆敏感结构PAD相对应完成扎针。

进一步的，步骤c测量之前还包括步骤：

c1、检测整个测试系统的连接情况，并在主控计算机上设定接地电容的测试条件以及阶梯电压的步距参数；

c2、电容校准，先将探针卡与待测晶圆分离再进行电容校准，消除探针卡上的寄生电容对测试的影响。

本发明的有益效果是，舍弃传统的光学测试方法，采用电学测试方法，给待测晶圆施加阶梯电压，待测晶圆的阶梯电容与阶梯电压的变化一致，而待测晶圆的镜面偏转角度与阶梯电容的变化呈正向关系，利用这一特性搭设测试系统，获取待测晶圆的阶梯电容，从而就可以对待测晶圆的镜面偏转角度进行测试；本发明无需配备一套光学系统，节约生产成本；电学测试系统采用简单的驱动回路且测量精度较高；电学测试方法容易实现晶圆级芯片的多工位自动化测试，减少测试时间进一步节省成本；本发明MEMS微镜电学测试方法可以极大的提高芯片测试效率，且满足产品的超大规模生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的测试系统框图；

图2是本发明MEMS微镜的测试原理示意图；

图3是本发明的测试流程图；

图4是本发明阶梯电压和阶梯电容之间的关系曲线图；

图5是本发明在多工位测试时探针卡与待测晶圆的配合示意图。

具体实施方式

本发明提供一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，包括：

a、如图1所示，采用主控计算机1、测试模块2、矩阵控制面板3、探针卡4、探针台5、显微镜6与探针台控制模块7构建测试系统，所述测试模块2集成有I/O控制器8、电源模块9、采集模块10、PXI总线嵌入式控制器11以及CV测量模块12；

探针台控制模块7与CV测量模块12分别通过USB-GPIB转接线与主控计算机连接1；I/O控制器8、电源模块9与矩阵控制板3对应连接；探针卡4与电源模块9、采集模块10以及CV测量模块12的测试通道对应连接；矩阵控制板3与探针卡4连接；

b、将待测晶圆13置于探针台的承片台14上；探针台控制模块7对探针台5进行控制，对待测晶圆进行定位，使探针卡与待测晶圆对应连接；

以待测晶圆的缺口为参考方向，分别设定平行、垂直于缺口的方向和探针台步距，探针台的探针与待测晶圆敏感结构PAD相对应完成扎针；通过显微镜6便于晶圆芯片和探针的观察；

c、结合图2所示，由于给待测晶圆施加阶梯电压后，待测晶圆两个电极之间的阶梯电容与阶梯电压的变化一致，即第一电极21与第二电极22之间的电容跟随施加电压而变化，而待测晶圆的镜面23的偏转角度θ与阶梯电容的变化呈正向关系，利用这一特性获取待测晶圆的阶梯电容，从而就可以对待测晶圆的镜面偏转角度进行测试；

结合图3所示，具体测试时，主控计算机1中可以搭载Labview测试程序，

主控计算机1控制电源模块9对待测晶圆13施加阶梯电压，CV测量模块12测量与阶梯电压相对应的阶梯电容，阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度相对应；

步骤c测量之前还包括步骤：

c1、检测整个测试系统的连接情况，并在主控计算机上设定阶梯电容的测试条件以及阶梯电压的步距参数；可按照步距1V来设置；

c2、电容校准，先将探针卡与待测晶圆分离再进行电容校准，消除探针卡上的寄生电容对测试的影响；

d、结合图4所示，主控计算机通过采集模块读取测试结果，并绘制阶梯电压、阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度的对应关系图。

当本组芯片测试完毕后，控制承片台14移动待测晶圆至下一组待测芯片，然后重复以上测试步骤直至待测晶圆上所有待测芯片测试完成。

表1为阶梯电压、阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度的对应关系；

表1

由表1可以看出阶梯电压递增时，偏转角度θ线性增加，阶梯电压递减时，偏转角度θ线性减少，数据具有一定的一致性。

结合图5所示，本文采用电学测试方法，并通过探针卡中设计的简单驱动回路和检测回路，易实现MEMS微镜晶圆的测试；依据晶圆芯片间尺寸和待测PAD点，设计探针卡上探针的个数和位置，电源模块提供多路源，结合探卡实现晶圆多颗芯片的并行测试，进一步提高MEMS微镜晶圆芯片测试效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，其特征在于，包括：

a、采用主控计算机、测试模块、矩阵控制面板、探针卡、探针台、显微镜与探针台控制模块构建测试系统，所述测试模块集成有I/O控制器、电源模块、采集模块、PXI总线嵌入式控制器与CV测量模块；

探针台控制模块与CV测量模块分别通过USB-GPIB转接线与主控计算机连接；I/O控制器、电源模块与矩阵控制板对应连接；探针卡与电源模块、采集模块以及CV测量模块的测试通道对应连接，矩阵控制板与探针卡连接；

b、将待测晶圆置于探针台的承片台上；探针台控制模块对探针台进行控制，对待测晶圆进行定位，使探针卡与待测晶圆对应连接；

c、主控计算机控制电源模块对待测晶圆施加阶梯电压，CV测量模块测量与阶梯电压相对应的阶梯电容，阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度相对应；

d、主控计算机通过采集模块读取测试结果，并绘制阶梯电压、阶梯电容与待测晶圆的镜面偏转角度的对应关系图。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，其特征在于，步骤b以待测晶圆的缺口为参考方向，分别设定平行、垂直于缺口的方向和探针台步距，探针台的探针与待测晶圆敏感结构PAD相对应完成扎针。

3.根据权利要求1所述的一种MEMS微镜晶圆级全自动电学测试方法，其特征在于，步骤c测量之前还包括步骤:

c1、检测整个测试系统的连接情况，并在主控计算机上设定接地电容的测试条件以及阶梯电压的步距参数；

c2、电容校准，先将探针卡与待测晶圆分离再进行电容校准，消除探针卡上的寄生电容对测试的影响。

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