MEMS实验室

所属学科组:地球物理装备技术

实验室负责人: 冯方方 正高级工程师

实验室位置:7227

联系电话:010-82998468

实验室概况 

MEMS传感器测试平台系统主要用于高精度、低噪声MEMS传感器件及其组件的测试、检测、标定、及其系统研发与生产的相关技术工作。可以承担MEMS加速度表头裸芯片,MEMS加速度表头封装芯片,MEMS加速度传感器及其ASIC的测试与分析任务,具备MEMS加速度传感器制造的质量监控功能。

主要测试系统包括:硅晶片特性检测工作站、MEMS芯片C-V测试系统,MEMS芯片Q值测试系统,MEMS芯片开环传递函数测试系统,机械冲击测试系统,温度强化测试系统,传感器频率特性测试系统,加速度传感器重力场标定测试系统,传感器噪声测试系统等。 


仪器介绍   

1)硅晶片特性检测工作站 

检测工作站包括:光学显微镜Nikon SMZ645,电子、红外显微镜Olympus BX51-IR,晶片表面分析平台,电子探针台,及自研设备芯片剪切测试机、真空操作台。该工作站用于检测与分析MEMS芯片和芯片内部(臂、梁等)构件表面结构和大小等物理特性。

电子、红外显微镜Olympus BX51-IR,利用反射和近红外透射原理观测晶圆、化合物半导体的内部,封装芯片内部以及表面观察。红外镜头涵盖从可见光到近红外整个波段,可以明场、暗场、偏光、荧光方式观察。使用软件能实现MEMS芯片的反射或透射的照相功能和尺寸大小的测量。(MEMS实验室图1-1 

晶片表面分析平台(轮廓仪ZYGO NewView 7300s),观察杂质分布或结构缺陷,表面粗糙度分析,获得表面形貌的三维图像。(MEMS实验室图1-2

2MEMS芯片C-V测试系统  

MEMS芯片C-V测试系统平台用于硅晶片切割后及封装后的MEMS芯片C-V特性检测与分析,以掌握MEMS加速度器芯片制造过程中的情况,为MEMS实验室自研设备。(MEMS实验室图2

性能指标:

① 步进扫描电压:-40V+40V之间任意电压范围;

② 电压精度:0.001V

③ 任意方向线性扫描,双正向扫描、双反向扫描、单正向扫描、单反向扫描等。

3MEMS芯片Q值测试系统

 

自研测试系统,采用自由振荡响应方法,检测MEMS芯片品质因数Q,获得阻尼自然振荡频率和衰减系数、摩擦系数、无阻尼自然振荡频率、阻尼系数等参数,可以判定MEMS芯片抽真空情况。(MEMS实验室图3

4MEMS芯片开环传递函数测试系统  

针对MEMS芯片所研发的,用于测试MEMS芯片的固有开环频率特性并确定其开环传递函数的测试系统。既可采用外部机械振动激励MEMS芯片,也可采用静电力激励MEMS芯片振动。(MEMS实验室图4

 

5)传感器频率特性测试系统 

传感器的频率特性是表征其物理特征的主要设计与性能指标之一。通过频率特性测试,以验证传感器的动态特性。传感器频率特性测试系统由系统1和系统2组成,可实现的物理激振频率范围为0.01Hz20KHz

传感器频率特性测试系统(系统1):可实现在0.01200Hz范围内的幅频特性和相频特性的测试;多普勒激光扫描振动测试仪(系统2),振动频率30Hz20kHz,系统主要由多普勒激光扫描振动测量系统和数据采集与数据处理分析应用软件组成。不仅可测MEMS器件的机械振动模态,还可辅助测试MEMS器件的频率响应。(MEMS实验室图5-1和图5-2

 

6)传感器温度重力场标定测试系统 

自研系统,可实现在重力场下对MEMS加速度传感器的标定、测试。并可在室温和-40℃至+85℃温度范围内对MEMS加速度传感器进行温度特性标定。

具体实现传感器的模型方程的性能系数:偏置K0、灵敏度K1、二次非线性系数K2;传感器模型系数的温度特性:偏置K0、灵敏度K1、二次非线性系数K2的温度灵敏度和最大回程误差;传感器的稳定性和重复性测试:偏置K0、灵敏度K1的稳定性和重复性测试。(MEMS实验室图6

 

7)温度强化测试系统 

该系统用于传感器的工作温度特性测试与温度强化测试,以检验传感器芯片及传感器件的可靠性。系统主要特点:可执行美国MIL-STD-810C中规定的环境温度强化测试。温度范围-65℃~180℃。(MEMS实验室图7

8)传感器噪声测试系统 

针对模拟传感器和数字传感器,测试系统都可以针对性完成噪声测试任务。实验室的测试环境由隔音室、光学平台、隔振台和平衡台构成。模拟噪声由SR785Agilent35670A动态分析仪采集分析,数字噪声由NI 6281数字采集处理,并自研了显示、存储分析软件。(MEMS实验室图8)系统主要特点:3.6平米静音室;机械隔振平台:1.5Hz100Hz范围,衰减20dB 40dB

 



9)机械冲击测试系统

该系统用于测试和验证芯片、传感器设计、封装等的抗冲击能力。主要特点:半正弦1500g, 2000g0.5ms的机械冲击测试,并可扩展至5000g。(MEMS实验室图9) 


实验室成员 :

冯方方,实验室主任,正高级工程师,入选海外高级人才库,主持并参与了国家“十二五、十三五”重大专项课题,承担传感器与电路规模化封装和测试等工作,具有丰富的传感器及电路封装测试系统研制经验。办公地点:地1-605,电话:82998468。  

董旸,实验室成员,博士,测控技术与仪器,传感器、芯片测试方法、测试系统研发。办公地点:地1-612,电话:82998440。  

麻三怀,实验室成员,博士,电子信息与技术,传感器、芯片测试方法、测试系统研发,负责仪器的日常维护、维修及运行。办公地点:地7-229,,电话:82998615


工作内容: 

1MEMS芯片特性检测;

2MEMS芯片C/V测试;

3MEMS芯片Q值测试;

4MEMS芯片开环传递函数测试;

5)传感器的频率特性测试;

6)传感器温度重力场标定;

7)温度强化测试;

8)传感器噪声测试;

9)机械冲击测试。 


收费标准: 

序号 

测试项目 

收费标准 

1

硅晶片特性检测 

红外测试 

1000/ 

ZYGO测试 

1500/ 

 

2

C/V测试 

600/ 

3

芯片Q值测试 

800/ 

4

传递函数测试 

600/ 

5

传感器频率特性测试 

600/ 

6

传感器温度重力场标定 

2500/ 

传感器重力场标定 

1500/ 

7

温度强化测试 

2500/ 

8

传感器噪声测试 

1200/ 

9

机械冲击测试 

600/