微机电系统惯性器件的惯性测试装置

【技术领域】

本发明涉及微机电系统器件的测试技术领域，尤其涉及一种微机电系统惯性器件的惯性测试装置。

【背景技术】

MEMS器件，是指具有微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，且尺寸仅有几毫米乃至更小的高科技电子机械器件，其加工工艺融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工技术。目前，MEMS器件应用领域相当广泛，常见的产品例如MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器、MEMS红外热电堆传感器。对于惯性测量器件(例如三轴加速度计、六轴陀螺仪)，可以采用离心机提供器件所需加速度，再通过采集传感器输出的测量数据来对一些惯性量指标进行测试分析。但是，目前的测试系统的架构方式一般为：器件放置于离心机上，利用无线采集模块将器件运动时产生的惯性量数据传输至上位机进行处理。采用无线通讯的方式虽然最大程度避免了线缆卡滞对于测试结果的影响，但数据时延高、传输速度慢，误码率高，而且易受到离心机等装置金属结构的干扰，从而显著降低了惯性量传感器测试结果的可靠性，此类测试系统得到的惯性量指标无法对MEMS惯性器件的研发和生产提供正确的指导，对产品的质量和良率带来了较大的影响。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种微机电系统惯性器件的惯性测试装置，其可以对微机电系统惯性器件进行高精度、高效率的的测试，以保障惯性量测试数据结果的可靠性。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种微机电系统器件的惯性测试装置，其包括：离心机，其包括离心机转轴和离心机样品台，所述离心机转轴受控转动；所述离心机样品台固定于所述离心机转轴的一端，由所述离心机转轴带动同步转动；三轴定位基座，其固定于所述离心机样品台上；测试板，其用于放置参考惯性器件和若干待测微机电系统惯性器件，所述测试板可拆卸的固定于所述三轴定位基座的不同面，以实现对放置于所述测试板上的惯性器件在三个轴上运动方向的切换；上位机，其与所述离心机通信连接，以控制所述离心机转轴转动；所述上位机还与所述测试板通信连接，当所述离心机转轴受控转动时，放置于所述测试板上的所述参考惯性器件和若干待测微机电系统惯性器件输出实际测量的加速度数据至所述上位机。

与现有技术相比，本发明提供的微机电系统惯性器件的惯性测试装置设置上位机和有预知特性曲线的参考惯性器件。所述上位机基于其接收到的所述参考惯性器件输出的实际测量的加速度数据与所述参考惯性器件预知的特性曲线来判断当前采集到的实际测量的加速度数据的稳定性，并对所述若干待测微机电系统惯性器件输出的实际测量的加速度数据进行可靠的筛选。这样，本发明可以对微机电系统惯性器件进行高精度、高效率的的测试，以保障惯性量测试数据结果的可靠性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明在一个实施例中的微机电系统惯性器件的惯性测试装置的结构示意图；

图2为本发明在一个实施例中如图1所示的三轴定位基座和PCB测试板的相对位置关系示意图；

图3为本发明在一个实施例中的微机电系统惯性器件的惯性测试装置的电路连接示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微机电系统惯性器件的惯性测试装置。请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的微机电系统惯性器件的惯性测试装置的结构示意图；请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的三轴定位基座和PCB测试板的相对位置关系示意图；请参考图3所示，其为本发明在一个实施例中的微机电系统惯性器件的惯性测试装置的电路连接示意图。图1-图3所示的微机电系统惯性器件的惯性测试装置包括离心机(未标识)、三轴定位基座3、PCB(Printed Circuit Board，即印制电路板)测试板4和上位机8。

离心机包括离心机转轴2和离心机样品台1。所述离心机转轴2可受控转动，以产生目标加速度。参考公式a＝(2πn)

三轴定位基座3可拆卸地固定于离心机样品台1上，三轴定位基座3用来固定PCB测试板4。

PCB测试板4用于放置参考惯性器件7和若干待测微机电系统惯性器件6，且PCB测试板4可拆卸的固定于三轴定位基座3的不同面，用于实现对放置于PCB测试板4上的惯性器件(例如，参考惯性器件7和若干待测微机电系统惯性器件6)在三个轴(例如，X轴，Y轴和Z轴)上运动方向的切换。在一个实施例中，PCB测试板4包括但不限于采用螺栓方式和三轴定位基座3固定。

上位机8与所述离心机通信连接，以控制所述离心机转轴2转动，所述上位机8还与所述PCB测试板4通信连接，当所述离心机转轴2受控转动时，放置于所述PCB测试板4上的参考惯性器件7和若干待测微机电系统惯性器件6输出实际测量的加速度数据至所述上位机8。其中，所述参考惯性器件7预知特性曲线；所述上位机8基于其接收到的所述参考惯性器件7输出的实际测量的加速度数据来判断当前采集到的待测微机电系统惯性器件6的加速度数据的稳定性，从而实现对所述待测微机电系统惯性器件6加速度数据的可靠筛选。

PCB测试板4包括PCB测试顶板41和PCB测试底板42，实施时PCB测试顶板41和PCB测试底板42可以是分别独立的PCB板，两块PCB板相互叠置固定在一起(不限于粘合、螺栓固定等方式)合成为一块PCB测试板4。作为优选，PCB测试顶板41和PCB测试底板42可以集成在一块PCB测试板4上，TOP layer(即顶层)面即为PCB测试顶板41，Bottom layer(即底层)面即为PCB测试底板42。其中，PCB测试底板42用来放置已知特性曲线的参考惯性器件7，参考惯性器件7优选通过焊接的方式固定设置在PCB测试底板42的中心，并和离心机转轴2轴心对正。PCB测试顶板41用来放置待测MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统)惯性器件6，待测MEMS惯性器件6在PCB测试顶板41的放置位置尽可能靠近于参考惯性器件7的竖直中心线，参考惯性器件7的竖直中心线与所述测试板4垂直，或参考惯性器件7的竖直中心线沿Z轴方向延伸(具体请参见图2所示)。待测MEMS惯性器件6可以通过焊接的方式焊接在PCB测试顶板41的预留位置上，优选地，在PCB测试顶板41上设置一固定的Socket(即插座)测试载具5，方便装取若干个待测MEMS惯性器件6，提高测试系统的复用性和效率。也就是说，Scoket测试载具5设置于PCB测试顶板41上，Scoket测试载具5用于可拆卸地插接待测MEMS惯性器件6，当待测MEMS惯性器件6插接在Scoket测试载具5中时，待测MEMS惯性器件6和PCB测试板4产生电连接。待测MEMS惯性器件6放置在Scoket测试载具5内的状态在图1-3未示出，但这是本领域技术人员所理解的，在此不予赘述。

请参考图2所示，其为PCB测试板4固定在如图1所示三轴定位基座3的3-B面(即PCB测试板4固定在三轴定位基座3的第一表面的预定位置且指向第一方位)时的场景，此时当离心机转轴2转动时，参考惯性器件7和socket测试载具5内部的各个待测MEMS惯性器件6能够在X轴上产生加速度。当离心机转轴2逆时针周向转动时，在X轴产生正向加速度a

同理，当需要参考惯性器件7和socket测试载具5内部的各个待测MEMS惯性器件6在Y轴方向产生正负加速度时，可将图2中的PCB测试板4顺时针旋转90度(或逆时针旋转90度)，此时socket测试载具5内部装载的待测MEMS惯性器件6相对于3-B面中心的位置也可以相应地顺时针旋转90度(或逆时针旋转90度)，即将PCB测试板4固定在三轴定位基座3的第一表面的预定位置且指向第二方位，其中，第一方位和第二方位的夹角为90度或270度。此时，当离心机转轴2逆时针或顺时针周向转动时，参考惯性器件7和socket测试载具5内部的各个待测MEMS惯性器件6在Y轴产生正向加速度a

当PCB测试板4固定在如图1所示三轴定位基座3的3-A面时，(即PCB测试板4固定在三轴定位基座3的第二表面)时，此时，当离心机转轴2逆时针或顺时针周向转动时，参考惯性器件7和socket测试载具5内部的各个待测MEMS惯性器件6能够在Z轴产生正向加速度a

以下具体介绍图1-图3所示的微机电系统惯性器件的惯性测试装置工作过程。

当需要测试时，上位机8驱动离心机转轴2以特定的转速逆时针(顺时针)周向转动，而后给待测MEMS惯性器件6及参考惯性器件7一正向(负向)加速度输入，待测MEMS惯性器件6及参考惯性器件7可以输出实际测量加速度数据，并通过PCB测试板4上的惯性量输出通信接口43传输至上位机8(DAQ设备+显示器)。在一个实施例里中，惯性量输出通信接口43优选采用IIC(Inter-Integrated Circuit，即集成电路总线)接口和/或SPI接口(SerialPeripheral Interface，即串行外设接口)，通信速度快，数据准确率高，系统具有良好的量测响应实时性。

由于参考惯性器件7的引入，离心机转轴2在周向转动时方向切换快，无需长期沿顺时针方向或逆时针方向转动来为待测器件提供稳定的加速度参考输入。上位机8可以基于惯性量输出通信接口43收到的参考惯性器件7的数据特性曲线来判断当前采集数据的情况的稳定性，对待测MEMS惯性器件6的输出数据进行可靠的筛选，有助于获得更为可靠的指标(例如灵敏度、线性度、量程等)。也就是说，所述上位机8基于其接收到的所述参考惯性器件7输出的实际测量的加速度数据与所述参考惯性器件7预知的特性曲线来判断当前采集到的实际测量的加速度数据的稳定性，并对所述若干待测MEMS惯性器件6输出的实际测量的加速度数据进行可靠的筛选。

另一方面，基于预知特性曲线的参考惯性器件7，离心机转轴2免去了长时间在同一方向圆周转动以求数据稳定的步骤，方向切换及时，降低了多圈圆周转动引起线缆卡滞的可能性，也显著提高了整体晶圆级MEMS惯性测试系统的测试效率，整体系统架构较为简单，可拆卸配合的组件复用性高，便于维护，测试数据结果精度较高，可对晶圆级MEMS惯性器件的研发和生产提供更有力的指导，显著提升了产品的质量和良率。

综上所述，本发明提供一种微机电系统器件的惯性测试装置，其包括：离心机，其包括离心机转轴2和离心机样品台1，所述离心机转轴2受控转动；所述离心机样品台1固定于所述离心机转轴的一端，由所述离心机转轴2带动同步转动；三轴定位基座3，其固定于所述离心机样品台1上；测试板4，其用于放置参考惯性器件7和若干待测微机电系统惯性器件6，所述测试板4可拆卸的固定于所述三轴定位基座3的不同面，以实现对放置于所述测试板4上的惯性器件在三个轴上运动方向的切换；上位机8，其与所述离心机通信连接，以控制所述离心机转轴2转动；所述上位机8还与所述测试板4通信连接，当所述离心机转轴2受控转动时，放置于所述测试板4上的所述参考惯性器件7和若干待测微机电系统惯性器件6输出实际测量的加速度数据至所述上位机8。所述参考惯性器件7预知特性曲线；所述上位机8基于其接收到的所述参考惯性器件7输出的实际测量的加速度数据与所述参考惯性器件7预知的特性曲线来判断当前采集到的实际测量的加速度数据的稳定性，并对所述待测MEMS惯性器件6输出的实际测量的加速度数据进行可靠的筛选。这样，本发明可以对微机电系统惯性器件进行高精度、高效率的的测试，以保障惯性量测试数据结果的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。