測試背景
MEMS技術(shù)應(yīng)用使得金屬氧化物(MOX)氣體傳感器在晶圓級大規(guī)模生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用，大大降低了硅晶圓制造的成本。這些氣體傳感器裝置適用于一氧化碳(CO)和各種揮發(fā)性有機(jī)化合物(OCs)，如：如乙醇、丙酮和甲苯的精確測量。出于健康和安全考慮，這些傳感器的應(yīng)用主要包括環(huán)境監(jiān)測、生物研究、工業(yè)控制、便攜式酒精測量儀和家庭空氣監(jiān)測系統(tǒng)。
MOX氣體傳感器采用MEMS技術(shù)，大大降低了制造成本。但是這些傳感器也必須經(jīng)過測試，這與典型半導(dǎo)體器件的制造和測試相比是一組獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這篇白皮書介紹了一個半導(dǎo)體氣體傳感器制造商采用的基于PXI的集成化測試解決方案，該方案可提供測試所需的準(zhǔn)確性，適應(yīng)非常大規(guī)模的現(xiàn)場計數(shù)，并且在低成本的情況下可匹配高性能半導(dǎo)體測試系統(tǒng)的整體吞吐量性能。
MOX氣體傳感器介紹
MOX氣體傳感器是作為多芯片模塊(MCM)制作的微機(jī)電系統(tǒng)(微機(jī)電系統(tǒng))器件。MCM的基本組成部分是微控制器ASIC，在晶圓片上預(yù)測試，以及傳感器本身。這些組件被放置在一個共同的基板上，蓋子被放置在組件上，有一個小的孔或網(wǎng)，允許氣體進(jìn)入傳感器，如下圖。
該傳感器由一個小型發(fā)熱元件組成，該發(fā)熱元件位于涂有專用金屬氧化物材料的薄膜之下。MOX材料是一個可變電阻，對它所接觸的氣體中的化學(xué)物質(zhì)作出反應(yīng)。MOX可以被設(shè)計成對特定類型或類別的氣體(稱為目標(biāo)氣體)做出不同的響應(yīng)。在真空環(huán)境中，MOX的阻力可以是幾個MOhms。當(dāng)加熱時，在目標(biāo)氣體的存在下，MOX材料的電阻明顯下降，下降到幾十個KOhms。當(dāng)應(yīng)用的熱量被消除，和/或測試氣體被消除，MOX阻力恢復(fù)到以前的值。
由于實(shí)際應(yīng)用中的熱量，需要測量MOX涂層在真空下的電阻值，然后測量MOX涂層在空氣中存在一定量的目標(biāo)氣體（以ppm測試）的情況下的電阻值，兩者的比值作為校準(zhǔn)設(shè)備的依據(jù)。在實(shí)際操作中，校準(zhǔn)的MOX電阻測量是對環(huán)境中目標(biāo)氣體密度的指示。
對傳感器加熱器和MOX測量值的控制，就好比對設(shè)備寄存器的讀/寫，由控制器ASIC執(zhí)行，而ASIC又由測試系統(tǒng)通過I2C接口進(jìn)行控制。I2C接口是四線制總線，由兩個I2C總線(SCL和SDA)、中斷信號和復(fù)位信號組成。下圖詳細(xì)說明了MOX傳感器MCM設(shè)備的組成。
測試系統(tǒng)需求
為了測試這些設(shè)備，測試系統(tǒng)需要具備以下功能和屬性：
測試/校準(zhǔn)MOX傳感器的時間可能需要幾十分鐘。由于需要在真空和目標(biāo)氣體“浸泡”傳感器，所以需要很長的“soak”時間。顯然，使用大型、高性能的半導(dǎo)體測試儀，在soak期間需要閑置一段時間，這樣不能有效的利用這些昂貴的資源。所以，解決方案必須具有較低的初始資本成本。
測試吞吐量很重要。由于駐留時間長，因此系統(tǒng)必須支持非常大的并行測試能力，這樣才能將soak時間內(nèi)分?jǐn)偟蕉鄠€設(shè)備上
DUT負(fù)載板必須位于一個可以對氣體濃度進(jìn)行精確控制的封閉環(huán)境中。這就排除了使用處理handler來加載和卸載設(shè)備，導(dǎo)致需要手動插入和刪除設(shè)備的典型應(yīng)用方法。因此，操作人員需要一種方法來直觀地識別手工裝訂的傳遞和故障組件。
一旦達(dá)到了預(yù)期的soak時間，所有的測量都需要在不到一秒的時間內(nèi)完成，以避免由于不同的浸泡時間而產(chǎn)生的結(jié)果偏差。
由于組件是一個新的設(shè)計，系統(tǒng)需要可擴(kuò)展，因此測試容量會隨著產(chǎn)量的增加而增加。
wafer級ASIC測試完成后，設(shè)備通過通用I2C從地址到達(dá)封裝測試。系統(tǒng)需要有能力對每個設(shè)備的I2C總線進(jìn)行隔離，從而消除了修改從地址進(jìn)行測試的需要。由于加載板涉及到DUT的手動插入，因此在開始冗長的測試過程之前，需要一種測試方法來驗(yàn)證正確的組件插入。一個簡單的接觸測試實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，因此系統(tǒng)需要提供PMU/pin功能。
