CN204346459U - 微机械陀螺仪的晶圆测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微机械陀螺仪的晶圆测试系统，所述晶圆测试系统包括：电源模块，用于输出电源信号；信号发生模块，用于产生扫频信号；信号传输模块，与所述电源模块、所述信号发生模块及待测微机械陀螺仪电连接，以将所述扫频信号和所述电源信号作为输入信号传输至所述待测微机械陀螺仪的驱动端，并接收所述待测微机械陀螺仪的感应端输出的输出信号；模数转换模块，与所述信号传输模块电连接，以将所述输出信号转化为数字化输出信号；信号处理模块，与所述模数转换模块电连接，接收所述数字化输出信号，并输出所述待测微机械陀螺仪的性能参数信号。本实用新型不需机械转动平台，具有性价比高、简单、易用的优点。

Description

微机械陀螺仪的晶圆测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种传感器测试系统，尤其涉及一种微机械陀螺仪的晶圆测试系统。

背景技术

陀螺仪是一种即使在无外界参考信号的情况下也能探测运动载体运动姿态和运动状态变化的内部传感器，其功能是测量敏感运动载体的角度、角速度和角加速度。根据结构不同，陀螺仪可以分为机械陀螺仪、微机械陀螺仪、激光陀螺仪、静电陀螺仪等。其中，微机械陀螺仪随着微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术的发展，已不断涌向市场，并且在汽车、导航、游戏等领域中得到了广泛应用。

为使微机械陀螺仪更好地应用于终端，其测试技术需要随其发展不断提高。微机械陀螺仪在封装之后都要进行测试，以保证其成品率。通常，为了进一步降低微机械陀螺仪的制造成本，在微机械陀螺仪封装之前也要进行一次测试，这就需要一个晶圆测试系统对未封装的微机械陀螺仪进行测试。

传统晶圆测试技术需要将微机械陀螺仪晶圆搭载在高精密的机械转动平台上，在机械转动平台高速转动时，测试机为微机械陀螺仪提供所需电信号，然后由微机械陀螺仪内部的信号处理单元测量其内部电容模块的电容变化，并通过计算得到机械转动平台的转动角速度，最后，测试机通过I2C串行接口或电压输出接口读出该转动角速度，以判断该微机械陀螺仪的测量准确性。

然而，因为上述晶圆测试对机械转动平台的转动方向、转动速度及其转动过程中与待测微机械陀螺仪的接触等都有很高的精度要求，所以该传统测试技术面临着设计难度大、制造成本高的困境。

实用新型内容

本实用新型提供一种微机械陀螺仪的晶圆测试系统，以在微机械陀螺仪封装前对其进行简单、易用及性价比高的测试，从而过滤掉不合格的微机械陀螺仪产品。

本实用新型提供一种微机械陀螺仪的晶圆测试系统，所述晶圆测试系统包括：电源模块，用于输出电源信号；信号发生模块，用于产生扫频信号；信号传输模块，与所述电源模块、所述信号发生模块及待测微机械陀螺仪电连接，以将所述扫频信号和所述电源信号作为输入信号传输至所述待测微机械陀螺仪的驱动端，并接收所述待测微机械陀螺仪的感应端输出的输出信号；模数转换模块，与所述信号传输模块电连接，以将所述输出信号转化为数字化输出信号；信号处理模块，与所述模数转换模块电连接，接收所述数字化输出信号，并输出所述待测微机械陀螺仪的性能参数信号。

一个实施例中，所述晶圆测试系统还包括探针板，所述探针板与所述信号传输模块和所述待测微机械陀螺仪均电连接，以将所述输入信号转接至所述待测微机械陀螺仪的驱动端，并将所述待测微机械陀螺仪的感应端输出的输出信号转接至所述信号传输模块。

一个实施例中，所述晶圆测试系统还包括计算机，其中，所述计算机与所述电源模块电连接，以控制所述电源模块输出所述电源信号；所述计算机与所述信号发生模块电连接，以控制所述信号发生模块产生所述扫频信号；以及所述计算机还与所述信号处理模块电连接，以读取所述待测微机械陀螺仪的性能参数，并判断所述性能参数是否介于所述性能参数对应的设定范围。

一个实施例中，所述待测微机械陀螺仪的性能参数包括共振频率、带宽及品质因数。

一个实施例中，所述扫频信号的频率范围为21khz～25khz，所述扫频信号的扫描步长为10hz，所述共振频率对应的所述设定范围为20khz～25khz，所述带宽对应的所述设定范围为20hz～100hz。

一个实施例中，所述信号发生模块为任意波形发生器模块，及/或所述信号传输模块为信号传输PCB板。

一个实施例中，所述模数转换模块为数字化板卡，及/或所述信号处理模块为DSP模块。

一个实施例中，所述信号传输模块通过电缆线与所述探针板的第一转接端电连接，所述第一转接端与所述驱动端电连接，以使所述输入信号从所述信号传输模块传输至所述驱动端；所述信号传输模块还与所述探针板的第二转接端电连接，所述第二转接端与所述感应端电连接，以使所述输出信号从所述感应端传输至所述信号传输模块。

一个实施例中，所述感应端输出的所述输出信号为正弦波模拟信号。

一个实施例中，所述信号传输模块包含多个端口，其中，至少十三个第一所述端口与所述电源模块电连接，其中至少两个第一所述端口用于引入所述电源信号中的电压信号，至少十一个第一所述端口用于引入所述电源信号中的电流信号；至少四个第二所述端口与所述信号发生模块电连接，以引入所述扫频信号；至少五个第三所述端口与所述探针板电连接，其中至少一个第三所述端口用于输出所述输出信号至所述驱动端，至少四个第三所述端口用于引入所述感应端输出的输出信号；至少一个第四所述端口与所述模数转换模块电连接，以输出所述输出信号至所述模数转换模块；至少八个第五所述端口为接地点；以及至少四个第六所述端口与开关电连接，用于引入数字开关信号，以控制所述信号传输模块的工作状态。

本实用新型不需机械转动平台，通过在微机械陀螺仪的驱动端加载扫频信号使其达到机械共振，并记录其共振频率、带宽、品质因数等性能参数，通过判断所得性能参数值是否落入预先设定的相应参数范围，从而删减掉不合格产品，显著简化了测试系统的构造，并降低了测试系统对转台精密度的要求，很大程度上降低了MEMS陀螺仪封装前筛选测试的成本，具有性价比高、简单、易用的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型实施例的微机械陀螺仪的晶圆测试系统的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型实施例的微机械陀螺仪(MEMS陀螺仪)的晶圆测试系统的电路示意图。如图1所示，晶圆测试系统100包括电源模块102、信号发生模块103、信号传输模块104、模数转换模块107及信号处理模块108。上述各个模块可以是现有或自行设计的各种模块。例如，信号传输模块104由一块或多块现有信号传输PCB板(印刷电路板)电连接组成，或由自行设计的信号传输PCB板组成。本实用新型实施例不限定上述模块的具体构造，只要能实现本实用新型的目的即可。

如图1所示，电源模块102和信号发生模块103均与信号传输模块104电连接，且信号传输模块104与MEMS陀螺仪105电连接。电源模块102输出电源信号，该电源信号用作信号传输模块104自身运作所需的电源，例如使电源信号中的电压信号作为信号传输模块对MEMS陀螺仪的输出信号进行放大所需的电源，电源信号还用作MEMS陀螺仪105工作所需的电源，例如使电源信号中的电流信号作为MEMS陀螺仪的工作电源。信号发生模块103，例如任意波形发生器AWG模块，用于产生扫频信号，该扫频信号用于使MEMS陀螺仪105的驱动端(drive端)发生机械共振。当扫频信号中的某个频率信号达到MEMS陀螺仪的共振频率时，驱动端发生共振，并输出强烈的响应信号。较佳地，该扫频信号的频率范围为21khz～25khz，扫描步长为10hz。如此一来，MEMS陀螺仪105所需电源信号和上述扫频信号通过信号传输模块104传输至MEMS陀螺仪105，从而为MEMS陀螺仪105的驱动端提供输入信号。

上述输入信号由MEMS陀螺仪105的驱动端进入MEMS陀螺仪105的内部电路进行处理，由MEMS陀螺仪105的感应端(sense端)输出处理得到的电信号，即为输出信号，该输出信号可以是多种波形或类型的电信号，例如正弦波模拟信号。上述输出信号传输至信号传输模块104，并可由信号传输模块104的放大电路对其进行信号放大，以便后续信号的处理或读取。

接着，如图1所示，信号传输模块104还与模数转换模块107电连接。信号传输模块104将输出信号传输至模数转换模块107，例如数字化板卡，以将信号传输模块104输出的上述输出信号由模拟信号转换为数字信号，以便于对MEMS陀螺仪105的测试结果进行信号处理或自动化筛选产品。一个实施例中，数字化板卡集成了高精度模数转化模块和高速采样收集模块，将输出信号转化成数字信号，并根据采样频率对输出信号进行采样，形成大量的电压输出信号数据。

然后，模数转换模块107再与信号处理模块108电连接。数字化输出信号传输至信号处理模块108，例如数字信号处理DSP模块/芯片。该信号处理模块108对上述数字化输出信号进行处理，例如傅里叶变换处理，将其由时域信号转换为频域信号，从而查找得到MEMS陀螺仪105的性能参数信号，例如谐振频率和谐振振幅等性能参数信号；然后，将各频点测得的谐振频率和谐振振幅放入数组中，再次查找其中最大的谐振振幅，从而得到最终的谐振频率和谐振振幅；之后，根据该振幅查找左右半功率点，找到半功率点频率，便计算得到谐振带宽和品质因数，从而读取到MEMS陀螺仪105性能参数，例如共振频率、带宽、品质因子等性能参数。

在其他实施例中，可以对数字化输出信号进行其他可能的处理，以得到相应的性能参数，并以此性能参数判断MEMS陀螺仪的质量情况，在此不作限定。

利用本实用新型实施例的晶圆测试系统对大量MEMS陀螺仪进行测试，再对这些MEMS陀螺仪进行封装测试或其他高精密测试，将上述两种或多种测试结论进行比对，可以得到本实用新型实施例晶圆测试系统中的扫频信号参数范围和合格MEMS陀螺仪的性能参数范围。将上述多个参数的范围作为这些参数的相应的设定范围，例如，较佳地，共振频率在20khz～25khz之间，带宽在20hz～100hz，根据MEMS陀螺仪的性能参数是否落入上述设定范围，便可以判断该MEMS陀螺仪是否合格。上述测得的MEMS陀螺仪105性能参数若落在预先设定的范围，则可认为该MEMS陀螺仪是合格产品。

再如图1所示，本实用新型实施例的晶圆测试系统还可以包含探针板106。探针板106与信号传输模块104和MEMS陀螺仪105均电连接。MEMS陀螺仪105的驱动端和感应端分别与探针板106的第一转接端和第二转接端电连接，信号传输模块104的至少两个不同端口分别与探针板106的第一转接端和第二转接端电连接，从而通过探针板106将上述输入信号引入至MEMS陀螺仪105的驱动端，并将MEMS陀螺仪105感应端的输出信号引出至信号传输模块104。

本实用新型实施例中的探针板106可以对尺寸微小的MEMS陀螺仪的输入信号和输出信号进行转接，以利于输入信号的引入和输出信号的引出。此外，探针板还对MEMS陀螺仪具有支撑作用，且一次放置一组MEMS陀螺仪，晶圆测试系统对MEMS陀螺仪组中的每个陀螺仪依次进行测试，以提高测试效率。

在一个实施例中，信号传输模块104端口和探针板106的第一转接端之间可以通过一根电缆线连接。该电缆线将MEMS陀螺仪所需电源信号(例如电源信号中的电流信号)和扫频信号一起传输至探针板106第一转接端，进而传输至MEMS陀螺仪105的驱动端。利用电缆线传输上述输入信号可以减小传输线所占空间。

进一步，如图1所示，本实用新型实施例的晶圆测试系统还可以包括计算机101。计算机101与电源模块102电连接，以控制电源模块102输出上述电源信号。计算机101与信号发生模块103电连接，以控制上述信号发生模块103产生扫频信号，较佳地，扫频信号的频率范围为21khz～25khz，扫描步长为10hz。计算机101还与信号处理模块108电连接，以读取MEMS陀螺仪105的性能参数，例如共振频率、带宽及品质因数等，并判断上述性能参数是否介于该性能参数对应的设定范围，例如判断MEMS陀螺仪105的共振频率是否在共振频率的设定范围内，例如20khz～25khz内，其带宽是否在带宽的设定范围内，例如20hz～100hz内，若测得的共振频率值和带宽至均在相应参数的设定范围，则计算机101判定该MEMS陀螺仪为合格产品，否则为不合格产品，并可以数字、符号或文字显示于计算机显示器。

本实用新型实施例的晶圆测试系统包括计算机，可以自动、直观给出MEMS陀螺仪的测试结果，该自动化测试过程进一步显著提高了MEMS陀螺仪的测试效率。

上述各实施例中的信号传输模块104包含多个引线转接端口，例如至少40个，用于与多种模块电连接，并便于上述多种信号的输入或输出。具体而言，信号传输模块104的端口中至少有13个第一端口与电源模块102电连接，其中，至少2个第一端口用于引入电源信号中的电压信号，以为信号传输模块提供其自身运作所需电源，至少11个其余第一端口用于引入电源信号中的电流信号，以为MEMS陀螺仪提供其工作所需电源。至少4个第二端口与信号发生模块103电连接，以引入扫频信号。另外，至少5个第三端口与探针板106电连接，其中，至少1个第三端口用于将输出信号传输至MEMS陀螺仪105的驱动端，至少4个第三端口用于将MEMS陀螺仪105感应端的输出信号传输至信号传输模块104。至少1个第四端口与模数转换模块107电连接，以输出上述信号传输模块输出的上述输出信号至模数转换模块107。此外，还有至少8个第五端口作为接地点；至少4个第六端口与开关电连接，用于引入数字开关信号，以控制信号传输模块的工作状态，例如开启或关闭。

本实用新型实施例中包含信号传输模块，尤其是PCB板，可以有效将输入信号传输至MEMS陀螺仪驱动端，并对MEMS陀螺仪感应端的输出信号进行处理，增强了晶圆测试系统的集成性。

本实用新型各实施例的晶圆测试系统均不需机械转动平台，利用测得的性能参数即可对MEMS陀螺仪加以筛选，显著简化了测试系统的构造，并降低了测试系统对转台精密度的要求，很大程度上降低了MEMS陀螺仪封装前筛选测试的成本，与现有MEMS陀螺仪测试系统相比，具有较高的性价比。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述晶圆测试系统包括：

电源模块，用于输出电源信号；

信号发生模块，用于产生扫频信号；

信号传输模块，与所述电源模块、所述信号发生模块及待测微机械陀螺仪电连接，以将所述扫频信号和所述电源信号作为输入信号传输至所述待测微机械陀螺仪的驱动端，并接收所述待测微机械陀螺仪的感应端输出的输出信号；

模数转换模块，与所述信号传输模块电连接，以将所述输出信号转化为数字化输出信号；

信号处理模块，与所述模数转换模块电连接，接收所述数字化输出信号，并输出所述待测微机械陀螺仪的性能参数信号。

2.如权利要求1所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述晶圆测试系统还包括探针板，所述探针板与所述信号传输模块和所述待测微机械陀螺仪均电连接，以将所述输入信号转接至所述待测微机械陀螺仪的驱动端，并将所述待测微机械陀螺仪的感应端输出的输出信号转接至所述信号传输模块。

3.如权利要求1或2任一项所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述晶圆测试系统还包括计算机，其中，

所述计算机与所述电源模块电连接，以控制所述电源模块输出所述电源信号；所述计算机与所述信号发生模块电连接，以控制所述信号发生模块产生所述扫频信号；以及所述计算机还与所述信号处理模块电连接，以读取所述待测微机械陀螺仪的性能参数，并判断所述性能参数是否介于所述性能参数对应的设定范围。

4.如权利要求3所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述待测微机械陀螺仪的性能参数包括共振频率、带宽及品质因数。

5.如权利要求4所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述扫频信号的频率范围为21khz～25khz，所述扫频信号的扫描步长为10hz，所述共振频率对应的所述设定范围为20khz～25khz，所述带宽对应的所述设定范围为20hz～100hz。

6.如权利要求1所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述信号发生模块为任意波形发生器模块，及/或所述信号传输模块为信号传输PCB板。

7.如权利要求1所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述模数转换模块为数字化板卡，及/或所述信号处理模块为DSP模块。

8.如权利要求2所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述信号传输模块通过电缆线与所述探针板的第一转接端电连接，所述第一转接端与所述驱动端电连接，以使所述输入信号从所述信号传输模块传输至所述驱动端；所述信号传输模块还与所述探针板的第二转接端电连接，所述第二转接端与所述感应端电连接，以使所述输出信号从所述感应端传输至所述信号传输模块。

9.如权利要求1所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述感应端输出的所述输出信号为正弦波模拟信号。

10.如权利要求2所述的微机械陀螺仪的晶圆测试系统，其特征在于，所述信号传输模块包含多个端口，其中，

至少十三个第一所述端口与所述电源模块电连接，其中至少两个第一所述端口用于引入所述电源信号中的电压信号，至少十一个第一所述端口用于引入所述电源信号中的电流信号；

至少四个第二所述端口与所述信号发生模块电连接，以引入所述扫频信号；

至少五个第三所述端口与所述探针板电连接，其中至少一个第三所述端口用于输出所述输出信号至所述驱动端，至少四个第三所述端口用于引入所述感应端输出的输出信号；

至少一个第四所述端口与所述模数转换模块电连接，以输出所述输出信号至所述模数转换模块；

至少八个第五所述端口为接地点；以及

至少四个第六所述端口与开关电连接，用于引入数字开关信号，以控制所述信号传输模块的工作状态。