測試背景
MEMS技術應用使得金屬氧化物(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，大大降低了制造成本。但是這些傳感器也必須經(jīng)過測試，這與典型半導體器件的制造和測試相比是一組獨特的挑戰(zhàn)。這篇白皮書介紹了一個半導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確性，適應非常大規(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)制作的微機電系統(tǒng)(微機電系統(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物質(zhì)作出反應。MOX可以被設計成對特定類型或類別的氣體(稱為目標氣體)做出不同的響應。在真空環(huán)境中，MOX的阻力可以是幾個MOhms。當加熱時，在目標氣體的存在下，MOX材料的電阻明顯下降，下降到幾十個KOhms。當應用的熱量被消除，和/或測試氣體被消除，MOX阻力恢復到以前的值。
由于實際應用中的熱量，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氣體（以ppm測試）的情況下的電阻值，兩者的比值作為校準設備的依據(jù)。在實際操作中，校準的MOX電阻測量是對環(huán)境中目標氣體密度的指示。
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)、中斷信號和復位信號組成。下圖詳細說明了MOX傳感器MCM設備的組成。
測試系統(tǒng)需求
為了測試這些設備，測試系統(tǒng)需要具備以下功能和屬性：
測試/校準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)分攤到多個設備上
DUT負載板必須位于一個可以對氣體濃度進行精確控制的封閉環(huán)境中。這就排除了使用處理handler來加載和卸載設備，導致需要手動插入和刪除設備的典型應用方法。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。
一旦達到了預期的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)生的結果偏差。
由于組件是一個新的設計，系統(tǒng)需要可擴展，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，設備通過通用I2C從地址到達封裝測試。系統(tǒng)需要有能力對每個設備的I2C總線進行隔離，從而消除了修改從地址進行測試的需要。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證正確的組件插入。一個簡單的接觸測試實現(xiàn)了這一點，因此系統(tǒng)需要提供PMU/pin功能。
系統(tǒng)實現(xiàn)
架構
該方案選擇的架構是一個基于PXI的混合（hybrid）系統(tǒng)，由PXI儀器和USB控制的外部儀器組成。注意，在這種情況下使用hybrid一詞并不意味著PXI Express hybrid；PXI儀器均為標準PXI-1。在此文中，hybrid是指PXI和非PXI工具的結合。
電源
在正?；蚩臻e狀態(tài)下，設備的工作電流很低，但在測量過程中，實驗表明，當傳感器加熱器被激活時，每個設備的涌流可能很高。為了支持大型多站點配置(最多512臺設備)，PXI power解決方案被認為是不夠的，所以選擇了外部Keysight E36313A電源。
數(shù)字儀器
