[发明专利]MEMS陀螺芯片晶圆级测试系统及测试和筛选方法

说明书

本发明提出的MEMS陀螺芯片晶圆级测试系统及测试和筛选方法，包括控制主机和用于放置待测晶圆的载片台，载片台下方设有程控电机，程控电机通过探针台控制器与控制主机连接；载片台正上方固定有探针卡，探针卡通过探针与待测晶圆的电极连接；探针卡分别与控制主机、高精度源表和与网络分析仪连接，高精度源表和网络分析仪均与控制主机连接；在探针卡上，MCU微处理器分别与集成电路开关矩阵、C/V转换芯片和C/V转换电路模块电连接；本发明利用控制主机实现对探针卡、探针台控制器、高精度源表和网络分析仪的控制，进而实现陀螺仪芯片参数测试和测试结果判定，筛选出不合格芯片并剔除，有效避免了不合格芯片流入后道封装流程，大大节约了封装费用。

技术领域

本发明涉及一种芯片测试系统及快速测试和筛选的方法，尤其是一种MEMS陀螺芯片晶圆级快速、准确的批量测试和筛选方法，属于微机电系统（MEMS）传感器测试技术领域。

背景技术

传统陀螺仪是有机械加工制成的转动式陀螺，利用高速转动的物体角动量守恒的原理测量角速度。这种陀螺仪具有很高的精度，但结构复杂，成本高，且高速转动部件的磨损大大缩短其使用寿命。传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理，因此它主要是一个不停转动的物体，它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化。MEMS陀螺仪由于其具有体积小、重量轻、可适用于大规模生产等特点，已经逐渐取代昂贵且体积庞大的传统惯性传感器，广泛应用于姿态监测、健康监护、惯性导航及远程控制等领域。随着消费级MEMS陀螺芯片的大规模量产，芯片良率和单颗芯片的成本越来越受到产业界的关注。由于MEMS陀螺仪是一个含有三维微结构和活动组件的复杂系统，特别是目前主流的电容式陀螺仪，其核心是可简谐振动的梳齿电容，且通常需要真空封装才能保证其工作条件和性能，因此封装成本约占MEMS陀螺仪总成本的50%。

为了降低MEMS陀螺仪封装成本，研究人员开发了封装前的晶圆级检测，即在晶圆上对芯片进行功能测试、可靠性研究和失效分析等，以期在封装前筛选出不合格芯片，从而降低后道的封装成本。东南大学的唐洁影等人提出一种使用多普勒测振仪对MEMS微梁结构粘附特性进行检测的方法，其中函数发生器加载扫频信号驱动芯片梳齿振动，并将激光束聚焦在被测结构上，最后将测得的结构振幅特性与理论值比较，以此判断结构中是否存在粘附缺陷 [专利申请号：200710020548.2]。在此基础上，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台的晶圆级测试系统，通过表面形貌图像对比和激光测振频率对比的原理，对MEMS结构的表面缺陷和内部缺陷进行动静态检测，判断MEMS产品是否可以流入后道封装工序 [专利申请号：201210357917.8]。然而激光多普勒测振法只能实现垂直方向的振动测试，而面内测试的闪频技术需要大量的图像拍摄和对比过程，测试时间较长且测量精度较低，均不适合生产线批量测试。因此寻找一种快速、准确且满足大规模量产的陀螺仪芯片晶圆级测试方案对产业发展尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种MEMS陀螺仪晶圆级测试系统及测试和筛选方法。本发明借助于测试系统，对晶圆上MEMS陀螺芯片的漏电电流、静态电容和谐振频率进行测试，通过控制主机建立测试流程、设定预设参数阈值，筛选出参数不合格的芯片剔除，实现了MEMS陀螺晶圆级芯片的快速、准确的测试和筛选。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：MEMS陀螺芯片晶圆级测试系统，其特征是：包括控制主机和用于放置待测晶圆的载片台，所述载片台下方设有程控电机，所述程控电机通过探针台控制器与控制主机连接；所述载片台的正上方用夹具固定有探针卡，所述探针卡通过探针与载片台上待测晶圆的电极连接；所述探针卡上设有RS485接口、BNC三轴接口和BNC同轴接口，所述探针卡通过RS485接口与控制主机连接，通过BNC三轴接口与高精度源表连接，通过BNC同轴接口与网络分析仪连接，所述探针台控制器、高精度源表和网络分析仪均通过GPIB/USB转接线与控制主机连接；所述探针卡上设有集成电路开关矩阵、MCU微处理器、C/V转换芯片和C/V转换电路模块，所述MCU微处理器分别与集成电路开关矩阵、C/V转换芯片和C/V转换电路模块电连接；