經(jīng)過二十余年產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）行業(yè)正迎來關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期——從定制化測(cè)試解決方案向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備與方法轉(zhuǎn)變。這一變化或預(yù)示著產(chǎn)業(yè)將逐步告別"應(yīng)用定制化"的傳統(tǒng)模式。構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、通用化測(cè)試平臺(tái)，有望提升MEMS廠商效率、優(yōu)化成本、改善擴(kuò)展性，并助力其在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中破局前行。

MEMS測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

自本世紀(jì)初以來，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子（智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備）、汽車系統(tǒng)（安全用慣性測(cè)量單元、胎壓傳感器）和醫(yī)療設(shè)備（血糖監(jiān)測(cè)儀、植入式傳感器）等眾多領(lǐng)域。

隨著需求激增，制造商面臨著雙重挑戰(zhàn)：既要交付高性能器件，又要應(yīng)對(duì)產(chǎn)品平均售價(jià)下降而導(dǎo)致的利潤率下降難題。在此背景下，多數(shù)廠商會(huì)考慮以下幾種策略改善盈利：

• 實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)品良率（>95%）

• 建立標(biāo)準(zhǔn)化制造與測(cè)試體系

• 將封裝測(cè)試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)供應(yīng)商
  

其中，測(cè)試與校準(zhǔn)環(huán)節(jié)的成本問題尤為突出。例如，需要復(fù)雜物理刺激和精密測(cè)量的高端MEMS器件，其測(cè)試成本可能占總生產(chǎn)成本的15%至30%。這使得測(cè)試環(huán)節(jié)成為優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)鍵。盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，但校準(zhǔn)精度面對(duì)的挑戰(zhàn)仍然存在，這可能會(huì)制約MEMS產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

MEMS器件設(shè)計(jì)復(fù)雜且敏感，給測(cè)試帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。與主要處理電信號(hào)的傳統(tǒng)集成電路不同，MEMS器件通常涉及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及機(jī)械、電氣、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)元件之間的相互作用，需要跨多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行精確的控制和測(cè)量。

以MEMS加速度計(jì)為例：它的功能依賴于微小質(zhì)量塊在加速度作用下的運(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。測(cè)試此類產(chǎn)品不僅需要進(jìn)行電氣測(cè)量，還需要施加精確控制的機(jī)械刺激。

同樣，壓力傳感器需要精確的壓力施加和測(cè)量，而陀螺儀則需要受控的角運(yùn)動(dòng)。由于它們是物理層面的接口，傳統(tǒng)的電氣測(cè)試不足以捕捉它們的機(jī)械特性。

它們測(cè)試的關(guān)鍵是向設(shè)備提供物理刺激，以激活設(shè)備內(nèi)部的換能器：輸入通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后進(jìn)行處理。

對(duì)定制測(cè)試解決方案的依賴進(jìn)一步加劇了這些挑戰(zhàn)。為每種特定的MEMS器件開發(fā)定制設(shè)備可能會(huì)延長新產(chǎn)品的開發(fā)周期，因?yàn)槊總€(gè)測(cè)試設(shè)置都需要從頭開始設(shè)計(jì)、構(gòu)建并驗(yàn)證。

此外，這些定制解決方案通常缺乏可擴(kuò)展性，導(dǎo)致產(chǎn)量提升困難且成本高昂。而將定制設(shè)備與其他制造系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析工具集成也是一個(gè)復(fù)雜且耗時(shí)的過程。

維護(hù)和升級(jí)定制設(shè)備通常需要專業(yè)知識(shí)，如果缺乏必要的專業(yè)知識(shí)，則會(huì)導(dǎo)致更高的運(yùn)營成本和潛在的產(chǎn)能瓶頸。

MEMS測(cè)試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的必要性

測(cè)試在半導(dǎo)體制造中起著至關(guān)重要的作用，直接影響最終產(chǎn)品的成本。這對(duì)于MEMS器件而言更為明顯，因?yàn)閭鹘y(tǒng)定制測(cè)試設(shè)備是針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，并不適用于其他類型的MEMS。

多年來，MEMS制造商和測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商為各種設(shè)備（無論是壓力傳感器、加速度計(jì)還是麥克風(fēng)）開發(fā)了定制解決方案。然而，這種基于定制的方法在效率、成本效益和可擴(kuò)展性方面均存在局限性。

定制測(cè)試裝置的開發(fā)和維護(hù)成本普遍較高，在小批量生產(chǎn)的情況下尤為突出。另外，它們通常缺乏靈活性，在不進(jìn)行大規(guī)模重新設(shè)計(jì)的情況下很難適應(yīng)不斷變化的測(cè)試要求或新的產(chǎn)品變化。

業(yè)界普遍認(rèn)識(shí)到需要轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展和模塊化的測(cè)試設(shè)備及解決方案，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)線上的各種MEMS產(chǎn)品。

現(xiàn)代MEMS 產(chǎn)品（例如將多個(gè)傳感元件集成到單個(gè)芯片中的多傳感器融合設(shè)備）的復(fù)雜性不斷增加，進(jìn)一步放大了這種需求，迫切需要全面且適應(yīng)性強(qiáng)的測(cè)試方法。

標(biāo)準(zhǔn)化MEMS測(cè)試設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代MEMS測(cè)試裝置包括分選機(jī)、測(cè)試資源以及一個(gè)可替換的測(cè)試單元，用于在電氣測(cè)試期間模擬器件。標(biāo)準(zhǔn)化解決方案的優(yōu)勢(shì)在于其靈活性——只需更換測(cè)試單元，即可將單個(gè)測(cè)試單元調(diào)整為用于測(cè)試各種MEMS器件。這種模塊化是通過通用的硬件和軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，這些架構(gòu)允許集成針對(duì)特定MEMS系列定制的不同測(cè)試模塊。這種方法具有以下幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

• 跨應(yīng)用、可復(fù)用：基于通用平臺(tái)構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備可應(yīng)用于多種MEMS器件，無需為每種產(chǎn)品配備單獨(dú)的設(shè)備。例如，只需更換為每種器件類型提供必要物理激勵(lì)和測(cè)量功能的特定測(cè)試單元，即可使用相同的基礎(chǔ)ATE系統(tǒng)和測(cè)試分選器來測(cè)試加速度計(jì)、陀螺儀和壓力傳感器。這種可復(fù)用性顯著降低了測(cè)試設(shè)備的總資本支出。
  
• 更高效率：統(tǒng)一的測(cè)試設(shè)置可減少停機(jī)時(shí)間并最大限度地延長正常運(yùn)行時(shí)間，使其成為大批量生產(chǎn)線的理想解決方案。標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)通常具有優(yōu)化的測(cè)試序列和并行測(cè)試功能，可顯著縮短每個(gè)設(shè)備的總測(cè)試時(shí)間。此外，測(cè)試單元之間的切換非常便捷（通常在數(shù)小時(shí)內(nèi)），從而最大限度地減少了在不同 MEMS 產(chǎn)品之間切換時(shí)的生產(chǎn)中斷。標(biāo)準(zhǔn)化的維護(hù)程序和隨時(shí)可用的備件也有助于減少停機(jī)時(shí)間并提高設(shè)備的整體效率。
  
  
• 可擴(kuò)展性：同一基礎(chǔ)設(shè)備可以通過根據(jù)需要添加或修改測(cè)試模塊，從工程和中批量生產(chǎn)擴(kuò)展到批量生產(chǎn)。例如，制造商可以從單個(gè)測(cè)試單元開始進(jìn)行初始產(chǎn)品開發(fā)，然后隨著產(chǎn)量的增加，可以輕松地將更多測(cè)試單元添加到同一標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)上。這種可擴(kuò)展性使公司能夠適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求，而無需在完全不同的測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行大量新的投資。模塊化設(shè)計(jì)還允許根據(jù)需要逐步升級(jí)和擴(kuò)展測(cè)試功能。
  
• 降低成本：測(cè)試處理機(jī)可重復(fù)使用，僅需更換特定測(cè)試單元，從而降低設(shè)備成本。制造商無需為每個(gè)MEMS 器件投資全新的測(cè)試系統(tǒng)，而是可以利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，僅購買必要的測(cè)試單元，從而大幅節(jié)省資本支出。此外，標(biāo)準(zhǔn)化方法還能縮短開發(fā)和部署新測(cè)試解決方案所需的時(shí)間，從而加快新產(chǎn)品的上市速度。通用平臺(tái)帶來的維護(hù)和培訓(xùn)成本降低，進(jìn)一步降低了整體成本。

MEMS的標(biāo)準(zhǔn)ATE架構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)架構(gòu)注重靈活性和可擴(kuò)展性。它由模塊化測(cè)試單元組成，可根據(jù)被測(cè)MEMS產(chǎn)品進(jìn)行互換。測(cè)試單元和產(chǎn)品之間切換的停機(jī)時(shí)間極短，從而最大程度地減少了對(duì)生產(chǎn)的干擾。典型MEMS測(cè)試單元的關(guān)鍵組件包括：

• 高吞吐量測(cè)試分選機(jī)：該系統(tǒng)旨在自動(dòng)移動(dòng)MEMS器件完成測(cè)試流程。對(duì)于精密的MEMS器件，這些分選機(jī)集成了精密機(jī)械臂、專用拾取機(jī)構(gòu)和可控運(yùn)動(dòng)等功能，以確保輕柔地處理器件，避免施加過大的力，以免干擾器件的正常工作。高速移動(dòng)能力對(duì)于在大批量生產(chǎn)環(huán)境中最大限度地提高吞吐量也至關(guān)重要。
  
• 高性能測(cè)試資源：這些是測(cè)試單元內(nèi)的核心測(cè)量?jī)x器，提供先進(jìn)的測(cè)量能力，并能精確測(cè)量各種電氣參數(shù)（電壓、電流、電阻、電容等）。它們還包括用于MEMS器件動(dòng)態(tài)測(cè)試的復(fù)雜定時(shí)和頻率測(cè)量功能。先進(jìn)的信號(hào)處理能力對(duì)于分析MEMS傳感器通常復(fù)雜的輸出信號(hào)至關(guān)重要。
  
• 能夠施加各種物理刺激的測(cè)試單元：這些模塊化單元是使標(biāo)準(zhǔn)化ATE適應(yīng)不同MEMS產(chǎn)品的關(guān)鍵。它們旨在精確生成和控制各種物理刺激，包括：
  • 加速度：使用高精度速率表或振動(dòng)臺(tái)，精確控制加速度水平和頻率。

• 角刺激：使用速率表生成，精確控制角速度和位置，這對(duì)于測(cè)試陀螺儀至關(guān)重要。

• 振動(dòng)（高g加速度）：由頻率和振幅可控的振動(dòng)發(fā)生器（“振動(dòng)臺(tái)”）產(chǎn)生，這對(duì)于測(cè)試汽車安全氣囊應(yīng)用中的高g加速度計(jì)至關(guān)重要。

• 聲刺激：由經(jīng)過校準(zhǔn)的聲源和人工耳產(chǎn)生，精確控制頻率和聲壓級(jí)，這對(duì)于測(cè)試麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和聲學(xué)傳感器至關(guān)重要。

• 壓力：使用高精度壓力發(fā)生器和測(cè)量系統(tǒng)施加，這對(duì)于測(cè)試各種壓力和環(huán)境傳感器至關(guān)重要，包括氣壓傳感器和胎壓監(jiān)測(cè)傳感器(TPMS)。

• 磁場(chǎng)：由磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向可控的磁電機(jī)板產(chǎn)生，這對(duì)于測(cè)試地磁傳感器和速度傳感器至關(guān)重要。

• 濕度和氣體：使用環(huán)境艙進(jìn)行控制，精確調(diào)節(jié)濕度和氣體濃度，這對(duì)于測(cè)試環(huán)境傳感器至關(guān)重要。這些測(cè)試單元還包含隔離設(shè)備與不良環(huán)境影響的機(jī)制，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。
  

• 熱調(diào)節(jié)：該子系統(tǒng)提供精確的溫度控制，以執(zhí)行三溫測(cè)試（冷/常溫/熱）。在各種溫度范圍內(nèi)測(cè)試MEMS器件對(duì)于表征其性能并確保其在不同工作條件下的可靠性至關(guān)重要。先進(jìn)的熱控制單元可確保測(cè)試過程中溫度條件準(zhǔn)確穩(wěn)定。

• 接觸單元（插座和探針）：這些組件提供測(cè)試設(shè)備與被測(cè)MEMS器件之間的接口。它們旨在與精密的MEMS器件進(jìn)行輕柔接觸，確?？煽康碾姎膺B接，同時(shí)不影響其機(jī)械性能。專門設(shè)計(jì)的插座和探針卡可用于適應(yīng)不同的MEMS封裝類型和引腳配置。
  通過使用標(biāo)準(zhǔn)ATE制造商可以實(shí)現(xiàn)：

穩(wěn)定運(yùn)行：借助可重構(gòu)測(cè)試單元，生產(chǎn)可連續(xù)運(yùn)行，最大程度減少因設(shè)備更換或維護(hù)而導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。

測(cè)試單元模塊化：測(cè)試單元可根據(jù)不同的MEMS系列進(jìn)行定制，包括加速度計(jì)、陀螺儀、麥克風(fēng)和磁傳感器等。

快速完成產(chǎn)品切換：模塊化設(shè)計(jì)允許在測(cè)試單元之間快速切換，確保最大程度的靈活性并高效利用測(cè)試設(shè)備。

MEMS測(cè)試的未來趨勢(shì)

MEMS測(cè)試的未來在于標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試處理機(jī)和測(cè)試儀基于通用平臺(tái)構(gòu)建，并配備模塊化、可互換的單元，為制造商提供了測(cè)試各種設(shè)備所需的靈活性，使其能夠以最短的停機(jī)時(shí)間和最高的效率進(jìn)行廣泛的測(cè)試。

這不僅降低了成本，還使制造商能夠跟上MEMS設(shè)備日益增長的復(fù)雜性和體積。MEMS技術(shù)的新興趨勢(shì)，例如更小、更集成和多功能傳感器的發(fā)展，將進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)適應(yīng)性強(qiáng)且標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試解決方案的需求。

將軟件和數(shù)據(jù)分析集成到標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試平臺(tái)中，也將在優(yōu)化測(cè)試流程、提高良率和實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在自動(dòng)化測(cè)試程序生成和故障診斷方面的潛力，可能會(huì)在未來幾年徹底改變MEMS測(cè)試。

MEMS標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試轉(zhuǎn)型的實(shí)踐思考

雖然標(biāo)準(zhǔn)化MEMS測(cè)試的優(yōu)勢(shì)顯而易見，但從定制解決方案過渡需要仔細(xì)規(guī)劃和考量。制造商最初可能會(huì)擔(dān)心新設(shè)備的投資成本，以及工程和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的潛在學(xué)習(xí)適應(yīng)周期。

評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備帶來的長期成本節(jié)約和效率提升至關(guān)重要。在選擇標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商時(shí)，制造商應(yīng)考慮以下因素：平臺(tái)可支持的MEMS器件范圍、所需的測(cè)試能力和精度水平、產(chǎn)量所需的吞吐量要求、總擁有成本（包括維護(hù)和支持）以及供應(yīng)商的聲譽(yù)和可靠性の等。

SPEA的自動(dòng)MEMS測(cè)試單元

SPEA自動(dòng)化MEMS測(cè)試單元為尋求高效、可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的測(cè)試能力的制造商提供了極具價(jià)值的解決方案。

SPEA將所有必要組件集成到單一系統(tǒng)中，為MEMS測(cè)試提供了一種全面而精簡(jiǎn)的方法。除了提供處理、接觸和測(cè)試所需的所有要素外，SPEA的MEMS測(cè)試單元還具備單一制造商解決方案的優(yōu)勢(shì)，包括用于測(cè)試單元管理的用戶友好型軟件環(huán)境，以及涵蓋培訓(xùn)、故障排除、優(yōu)化和維護(hù)的全面售后支持。這種集成方法簡(jiǎn)化了測(cè)試流程，也降低了管理來自不同供應(yīng)商的多臺(tái)設(shè)備的復(fù)雜性。