晶圆级电容式加速度计自动测试系统

摘要

本发明公开晶圆级电容式加速度计自动测试系统，包括微处理器以及与微处理器相连的上位机，四个电容数字转换器、第一数模转换器、第二数模转换器、第一继电器与第二继电器；微处理器控制数模转换器与继电器，向电容式加速度计的其中两个固定电极上在不同时刻分别施加直流电压，产生静电力，模拟外界加速度，所述四个电容数字转换器由微处理器控制，并向微处理器发送所采集不同时刻的电容式加速度计的电容值，再由微处理器计算得出电容变化量，实现参数测试的目的，并判断出电容式加速度计的品质。

说明书

技术领域

本发明涉及微电子测试领域，具体是一种晶圆级电容式加速度计自动测试系统。

背景技术

公知的，电容式加速度计为差分电容结构，其内部有一个可动极板及多个固定电极，可动极板与质量块相连，多个固定电极与之相对，在可动极板与固定电极间形成差分电容对，当向电容式加速度计施加外部加速度时，其内部质量块发生位移，并引起加速度计内部的差分电容对发生变化，从而使得差分电容的差动电容值发生变化。利用这一特性，对封装好的加速度计成品电路施加机械冲击或振动，提供一个加速度信号,由接口检测电路将电容变化量转换为电压、电流、频率等易于测量的电信号，再由数据采集卡等设备与接口检测电路进行通信，对接口检测电路的输出信号进行采集，就可以测量出电容式加速度计的各项参数。

但是在电容式加速度计的晶圆阶段，由于芯片放置在探针台上，处于平放状态，无法对电容加计芯片施加机械冲击、振动等外部加速度信号，因此，对于晶圆阶段的电容式加速度计，无法沿用其成品测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆级电容式加速度计自动测试系统，该系统能够对处于晶圆阶段的电容式加速度计进行参数测试，判断电容式加速度计的品质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

晶圆级电容式加速度计自动测试系统，包括微处理器以及与微处理器相连的上位机，所述系统还包括四个电容数字转换器、第一数模转换器、第二数模转换器、第一继电器与第二继电器；所述第一继电器与第二继电器分别由微处理器控制通断，微处理器的输出接口分别连接第一数模转换器与第二数模转换器的输入接口，第一数模转换器的输出接口连接第一继电器常开触点的一端，第二数模转换器的输出接口连接第二继电器常开触点的一端，第一继电器常开触点与第二继电器常开触点的另一端分别与电容式加速度计的其中两个固定电极相连，电容式加速度计的可动极板接地；所述四个电容数字转换器由微处理器控制，并向微处理器发送所采集电容式加速度计的电容值。

本发明的有益效果是，通过微处理器控制数模转换器与继电器，向电容式加速度计的其中两个固定电极上在不同时刻分别施加直流电压，产生静电力，模拟外界加速度，电容加速度计的质量块在静电力作用下会发生轻微的摆动，每个固定电极与质量块之间的电容值将发生变化，利用电容数字转换器采集不同时刻的电容值，再由微处理器计算得出电容变化量，实现参数测试的目的，并判断出电容式加速度计的品质。

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是本发明实施例一的电气原理示意图；

图2是本发明实施例二的电气原理示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明提供晶圆级电容式加速度计自动测试系统，包括微处理器U7以及通过通讯接口模块U8与微处理器U7相连的上位机U9，微处理器U7、通讯接口模块U8与上位机U9构成了控制采集单元U12；所述系统还包括四个电容数字转换器，即第一电容数字转换器U1、第二电容数字转换器U2、第三电容数字转换器U3与第四电容数字转换器U4，所述系统还包括第一数模转换器U5、第二数模转换器U6、第一继电器K1与第二继电器K2；所述第一继电器K1与第二继电器K2分别由微处理器U7控制通断，即微处理器U7输出接口分别连接第一继电器K1与第二继电器K2的线圈（图中未画出）；微处理器U7的输出接口分别连接第一数模转换器U5与第二数模转换器U6的输入接口，第一数模转换器U5的输出接口连接第一继电器K1常开触点的一端，第二数模转换器U6的输出接口连接第二继电器K2常开触点的一端；对于包含一对差分电容CCS1和CCS2的待测电容式加速度计U10，第一继电器K1常开触点的另一端与电容式加速度计U10的第一固定电极CS1相连，第二继电器K2常开触点的另一端与电容式加速度计U10的第二固定电极CS2相连；第一电容数字转换器U1的输入端连接电容式加速度计U10的第一固定电极CS1，第四电容数字转换器U4的输入端连接电容式加速度计U10的第二固定电极CS2，第二电容数字转换器U2与第三电容数字转换器U3的输入端悬空；第一电容数字转换器U1、第二电容数字转换器U2、第三电容数字转换器U3与第四电容数字转换器U4分别与微处理器U7之间电连接，由微处理器U7控制工作并向微处理器U7反馈电容信号，电容式加速度计U10的可动极板CSUM端接地；为了测试方便，可以将第一电容数字转换器U1、第二电容数字转换器U2、第三电容数字转换器U3、第四电容数字转换器U4、第一数模转换器U5、第二数模转换器U6、第一继电器K1与第二继电器K2集成在测试探卡U11上。

测试时，微处理器U7控制第一电容数字转换器U1与第四电容数字转换器U4工作，测量电容式加速度计U10的第一固定电极CS1与第二固定电极CS2相对于可动极板CSUM端的电容绝对值，分别记为CCS1A与CCS2A，电容数字转换器会将测量到的电容值转换为数字信号传输到微处理器U7中；然后，微处理器U7控制第一继电器K1常开触点闭合，并输出一个固定的直流电压经由第一数模转换器U5施加到电容式加速度计U10的第一固定电极CS1，从而产生一个静电力，模拟外界的重力加速度，使得电容式加速度计U10的质量块发生偏转，这时电容式加速度计U10左侧的电容CCS1增加,右侧的电容CCS2减小，通过微处理器U7控制第四电容数字转换器U4测量第二固定电极CS2相对于可动极板CSUM端的电容绝对值，记为CCS2B，并传输到微处理器U7中，此时微处理器U7计算电容式加速度计U10的第二固定电极CS2相对于可动极板CSUM端的电容变化量：△CS2=CCS2A-CCS2B；

电容式加速度计U10的第一固定电极CS1由于施加了一个直流电压，此直流电压叠加在第一电容数字转换器U1的输入端，因此无法控制第一电容数字转换器U1测量左侧电容CCS1变化后的电容量。所以，通过微处理器U7控制第一继电器K1常开触点断开，控制第二继电器K2常开触点闭合，相似的，微处理器U7输出一个固定的直流电压经由第二数模转换器U6施加到电容式加速度计U10的第二固定电极CS2，产生一个静电力，模拟外界的重力加速度，使得电容式加速度计U10的质量块发生偏转，这时电容式加速度计U10左侧的电容CCS1减小,右侧电容CCS2增加，通过微处理器U7控制第一电容数字转换器U1测量第一固定电极CS1相对于可动质量块CSUM端的电容绝对值，记为CCS1B，并传输到微处理器U7中，此时微处理器U7计算电容式加速度计U10的第一固定电极CS1相对于可动极板CSUM端电容变化量：△CS1=CCS1A-CCS1B。

之后，由微处理器U7将两个固定极板分别相对于可动极板的电容变化量△CS1与△CS2通过通讯接口模块U8传输给上位机U9，上位机U9再对测试参数处理、判断、记录，标记出电容变化量不达标的芯片，剔除不合格的产品。

实施例二

如图2所示，本实施例中晶圆级电容式加速度计自动测试系统的结构与实施例一基本相同，也包括微处理器U7、第一电容数字转换器U1～第四电容数字转换器U4、第一数模转换器U5、第二数模转换器U6、第一继电器K1与第二继电器K2；所述第一继电器K1与第二继电器K2分别由微处理器U7控制通断，即微处理器U7输出接口分别连接第一继电器K1与第二继电器K2的线圈（图中未画出）；微处理器U7的输出接口分别连接第一数模转换器U5与第二数模转换器U6的输入接口，第一数模转换器U5的输出接口连接第一继电器K1常开触点的一端，第二数模转换器U6的输出接口连接第二继电器K2常开触点的一端；对于包含两对差分电容的待测电容式加速度计U10，即CCS1和CCS2形成一对差分电容，CCF1和CCF2形成另一对差分电容，第一继电器K1常开触点的另一端与电容式加速度计U10的第一固定电极CS1相连，第二继电器K2常开触点的另一端与电容式加速度计U10的第二固定电极CS2相连；第一电容数字转换器U1的输入端连接电容式加速度计U10的第一固定电极CS1，第四电容数字转换器U4的输入端连接电容式加速度计U10的第二固定电极CS2，第二电容数字转换器U2的输入端连接电容式加速度计U10的第三固定电极CF1，第三电容数字转换器U3的输入端连接电容式加速度计U10的第四固定电极CF2；第一电容数字转换器U1、第二电容数字转换器U2、第三电容数字转换器U3与第四电容数字转换器U4分别与微处理器U7之间电连接，由微处理器U7控制工作并向微处理器U7反馈电容信号，电容式加速度计U10的可动极板CSUM端接地。

测试时，微处理器U7控制第一电容数字转换器U1～第四电容数字转换器U4工作，测量电容式加速度计U10的第一固定电极CS1、第二固定电极CS2、第三固定电极CF1与第四固定电极CF2相对于可动极板CSUM端的电容绝对值，分别记为CCS1A、CCS2A、CCF1A与CCF2A，电容数字转换器会将测量到的电容值转换为数字信号传输到微处理器U7中；然后，微处理器U7控制第一继电器K1常开触点闭合，并输出一个固定的直流电压经由第一数模转换器U5施加到电容式加速度计U10的第一固定电极CS1，从而产生一个静电力，模拟外界的重力加速度，使得电容式加速度计U10的质量块发生偏转，这时电容式加速度计U10左侧的电容CCS1与CCF1增加,右侧的电容CCF2与CCS2减小，通过微处理器U7依次控制第二电容数字转换器U2、第三电容数字转换器U3与第四电容数字转换器U4，分别测量第三固定电极CCF1、第四固定电极CCF2和第二固定电极CCS2相对于可动质量块CSUM端的电容绝对值，分别记为CCF1B、CCF2B与CCS2B，并传输给微处理器U7，此时微处理器U7计算电容式加速度计U10第三固定电极CCF1、第四固定电极CCF2和第二固定电极CCS2相对于可动极板CSUM端的电容变化量：

△CF1=CCF1B-CCF1A；

△CF2=CCF2A-CCF2B；

△CS2=CCS2A-CCS2B；

电容式加速度计U10的第一固定电极CS1由于施加了一个直流电压，此直流电压叠加在第一电容数字转换器U1的输入端，因此无法控制第一电容数字转换器U1测量电容CCS1变化后的电容量。所以，通过微处理器U7控制第一继电器K1常开触点断开，控制第二继电器K2常开触点闭合，相似的，微处理器U7输出一个固定的直流电压经由第二数模转换器U6施加到电容式加速度计U10的第二固定电极CS2，产生一个静电力，模拟外界的重力加速度，使得电容式加速度计U10的质量块发生偏转，这时电容式加速度计U10左侧的电容CCS1与CCF1减小,右侧的电容CCF2与CCS2增加，通过微处理器U7控制第一电容数字转换器U1测量第一固定电极CS1相对于可动质量块CSUM端的电容绝对值，记为CCS1B，并传输到微处理器U7中，此时微处理器U7计算电容式加速度计U10的第一固定电极CS1相对于可动极板CSUM端电容变化量：△CS1=CCS1A-CCS1B。

之后，由微处理器U7将四个固定极板分别相对于可动极板的电容变化量△CS1、△CS2、△CF1与△CF2通过通讯接口模块U8传输给上位机U9，上位机U9再对测试参数处理、判断、记录，标记出电容变化量不达标的芯片，剔除不合格的产品。

本发明通过微处理器控制数模转换器与继电器，向电容式加速度计的其中两个固定电极上在不同时刻分别施加直流电压，产生静电力，模拟外界加速度，电容加速度计的质量块在静电力作用下会发生轻微的摆动，每个固定电极与质量块之间的电容值将发生变化，利用电容数字转换器采集不同时刻的电容值，再由微处理器计算得出电容变化量，实现参数测试的目的，并判断出电容式加速度计的品质。

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。