測(cè)試背景

MEMS技術(shù)應(yīng)用使得金屬氧化物(MOX)氣體傳感器在晶圓級(jí)大規(guī)模生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)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(jī)化合物(OCs)，如：如乙醇、丙酮和甲苯的精確測(cè)量。出于健康和安全考慮，這些傳感器的應(yīng)用主要包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物研究、工業(yè)控制、便攜式酒精測(cè)量?jī)x和家庭空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

MOX氣體傳感器采用MEMS技術(shù)，大大降低了制造成本。但是這些傳感器也必須經(jīng)過(guò)測(cè)試，這與典型半導(dǎo)體器件的制造和測(cè)試相比是一組獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這篇白皮書(shū)介紹了一個(gè)半導(dǎo)體氣體傳感器制造商采用的基于PXI的集成化測(cè)試解決方案，該方案可提供測(cè)試所需的準(zhǔn)確性，適應(yīng)非常大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)數(shù)，并且在低成本的情況下可匹配高性能半導(dǎo)體測(cè)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(jī)電系統(tǒng)(微機(jī)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(yù)測(cè)試，以及傳感器本身。這些組件被放置在一個(gè)共同的基板上，蓋子被放置在組件上，有一個(gè)小的孔或網(wǎng)，允許氣體進(jìn)入傳感器，如下圖。

該傳感器由一個(gè)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(gè)可變電阻，對(duì)它所接觸的氣體中的化學(xué)物質(zhì)作出反應(yīng)。MOX可以被設(shè)計(jì)成對(duì)特定類型或類別的氣體(稱為目標(biāo)氣體)做出不同的響應(yīng)。在真空環(huán)境中，MOX的阻力可以是幾個(gè)MOhms。當(dāng)加熱時(shí)，在目標(biāo)氣體的存在下，MOX材料的電阻明顯下降，下降到幾十個(gè)KOhms。當(dāng)應(yīng)用的熱量被消除，和/或測(cè)試氣體被消除，MOX阻力恢復(fù)到以前的值。

由于實(shí)際應(yīng)用中的熱量，需要測(cè)量MOX涂層在真空下的電阻值，然后測(cè)量MOX涂層在空氣中存在一定量的目標(biāo)氣體（以ppm測(cè)試）的情況下的電阻值，兩者的比值作為校準(zhǔn)設(shè)備的依據(jù)。在實(shí)際操作中，校準(zhǔn)的MOX電阻測(cè)量是對(duì)環(huán)境中目標(biāo)氣體密度的指示。

對(duì)傳感器加熱器和MOX測(cè)量值的控制，就好比對(duì)設(shè)備寄存器的讀/寫(xiě)，由控制器ASIC執(zhí)行，而ASIC又由測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)I2C接口進(jìn)行控制。I2C接口是四線制總線，由兩個(gè)I2C總線(SCL和SDA)、中斷信號(hào)和復(fù)位信號(hào)組成。下圖詳細(xì)說(shuō)明了MOX傳感器MCM設(shè)備的組成。

測(cè)試系統(tǒng)需求

為了測(cè)試這些設(shè)備，測(cè)試系統(tǒng)需要具備以下功能和屬性：

測(cè)試/校準(zhǔn)MOX傳感器的時(shí)間可能需要幾十分鐘。由于需要在真空和目標(biāo)氣體“浸泡”傳感器，所以需要很長(zhǎng)的“soak”時(shí)間。顯然，使用大型、高性能的半導(dǎo)體測(cè)試儀，在soak期間需要閑置一段時(shí)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(cè)試吞吐量很重要。由于駐留時(shí)間長(zhǎng)，因此系統(tǒng)必須支持非常大的并行測(cè)試能力，這樣才能將soak時(shí)間內(nèi)分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)設(shè)備上

DUT負(fù)載板必須位于一個(gè)可以對(duì)氣體濃度進(jìn)行精確控制的封閉環(huán)境中。這就排除了使用處理handler來(lái)加載和卸載設(shè)備，導(dǎo)致需要手動(dòng)插入和刪除設(shè)備的典型應(yīng)用方法。因此，操作人員需要一種方法來(lái)直觀地識(shí)別手工裝訂的傳遞和故障組件。

一旦達(dá)到了預(yù)期的soak時(shí)間，所有的測(cè)量都需要在不到一秒的時(shí)間內(nèi)完成，以避免由于不同的浸泡時(shí)間而產(chǎn)生的結(jié)果偏差。

由于組件是一個(gè)新的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)需要可擴(kuò)展，因此測(cè)試容量會(huì)隨著產(chǎn)量的增加而增加。

wafer級(jí)ASIC測(cè)試完成后，設(shè)備通過(guò)通用I2C從地址到達(dá)封裝測(cè)試。系統(tǒng)需要有能力對(duì)每個(gè)設(shè)備的I2C總線進(jìn)行隔離，從而消除了修改從地址進(jìn)行測(cè)試的需要。由于加載板涉及到DUT的手動(dòng)插入，因此在開(kāi)始冗長(zhǎng)的測(cè)試過(guò)程之前，需要一種測(cè)試方法來(lái)驗(yàn)證正確的組件插入。一個(gè)簡(jiǎn)單的接觸測(cè)試實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，因此系統(tǒng)需要提供PMU/pin功能。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

架構(gòu)

該方案選擇的架構(gòu)是一個(gè)基于PXI的混合（hybrid）系統(tǒng)，由PXI儀器和USB控制的外部?jī)x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(biāo)準(zhǔn)PXI-1。在此文中，hybrid是指PXI和非PXI工具的結(jié)合。

電源

在正?；蚩臻e狀態(tài)下，設(shè)備的工作電流很低，但在測(cè)量過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)傳感器加熱器被激活時(shí)，每個(gè)設(shè)備的涌流可能很高。為了支持大型多站點(diǎn)配置(最多512臺(tái)設(shè)備)，PXI power解決方案被認(rèn)為是不夠的，所以選擇了外部Keysight E36313A電源。

數(shù)字儀器

一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法是為每個(gè)被測(cè)試的設(shè)備使用一個(gè)專用的數(shù)字儀器，這才滿足為每個(gè)設(shè)備隔離I2C總線的要求，但是這種“蠻力”方法的成本將超過(guò)整個(gè)系統(tǒng)預(yù)算。因此設(shè)計(jì)了一種利用開(kāi)關(guān)或多路復(fù)用的數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)每個(gè)DUT通過(guò)專用的I2C總線進(jìn)行通信，從而最大限度地減少數(shù)字儀器資源。基于成本、通道密度和易用性，該方案選擇的儀器是Marvin Test Solutions公司的 GX5295 數(shù)字 I/O 板卡。

GX5295板卡單槽為有32個(gè)通道，每個(gè)pin支持PMU，深度緩存以及一個(gè)強(qiáng)大的API函數(shù)庫(kù)。GX5295支持并行測(cè)試8個(gè)設(shè)備，不會(huì)出現(xiàn)從地址沖突問(wèn)題。通過(guò)整合8:1的多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，可以使GX5295板卡一次測(cè)試64個(gè)設(shè)備中的其中8個(gè)，且避免了從地址沖突。這種方法使得一個(gè)價(jià)格不昂貴的GX5295在分配好的時(shí)間預(yù)算下測(cè)量一個(gè)64站點(diǎn)的負(fù)載板。并且，由于GX5295支持多儀器同步擴(kuò)展，在512臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間與在64臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量的所花費(fèi)的時(shí)間相同。

系統(tǒng)擴(kuò)展只需添加額外的GX5295板卡、負(fù)載板、槽位以及ITA電纜，最多可達(dá)8套。(512 個(gè)DUTs)。

負(fù)載板

負(fù)載板的密度設(shè)置為64個(gè)設(shè)備(如圖2)。由于上面解釋的原因，這為系統(tǒng)擴(kuò)展提供了一個(gè)自然的粒度。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)/DUT接口，將mux開(kāi)關(guān)裝置放置在負(fù)載板上，消除了外部開(kāi)關(guān)和相關(guān)電纜，同時(shí)保持了良好的信號(hào)完整性。

負(fù)載板包括64個(gè)三色led，用于直觀地指示每個(gè)DUT的通過(guò)/失敗狀態(tài)。LED電源包括一個(gè)電池備份，這樣即使當(dāng)負(fù)載板從系統(tǒng)中移除時(shí)，視覺(jué)上的通過(guò)/失敗狀態(tài)仍然保持——這對(duì)于操作者手動(dòng)移除和添加設(shè)備是非常必要的。在測(cè)試過(guò)程中，負(fù)載板上的充電電路可以保持電池處于關(guān)閉狀態(tài)。

由于I2C接口是開(kāi)路集電極，因此需要外部上拉電阻才能工作。這些電阻干擾PMU接觸測(cè)試，以確定適當(dāng)?shù)腄UT插入插座--電流通過(guò)上拉電阻淹沒(méi)ESD二極管的測(cè)量值。因此，在進(jìn)行接觸測(cè)量時(shí)，需用Vcc控制的上拉繼電器將上拉電阻與Vcc進(jìn)行隔離(如圖3)。

負(fù)載板控制

價(jià)格不貴的MTS GX5733是一個(gè)靜態(tài)數(shù)字I/O模塊，可用于控制負(fù)載板上的所有功能（I2C MUX，三色LED和Vcc上拉隔離繼電器）。為此開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)化的負(fù)載板控制驅(qū)動(dòng)程序。

PXI機(jī)箱

PXI機(jī)箱選用的是MTS GX7305大功率機(jī)箱。機(jī)箱可提供20個(gè)PXI-1(非PXIe)插槽--一個(gè)槽位是MXI遠(yuǎn)程控制器槽位，另外19個(gè)槽位是用于設(shè)備槽位。機(jī)箱超過(guò)了PXI最低規(guī)格的功率傳輸和冷卻能力，并且包括背板電壓和槽位溫度監(jiān)測(cè)的功能。

接口測(cè)試適配器( Interface Test Adapter, ITA)

為GX7305的前面板設(shè)計(jì)的專用ITA，允許在測(cè)試系統(tǒng)資源和加載板之間進(jìn)行簡(jiǎn)單、干凈的布線。PXI儀器線纜和外部E36313A電源線與ITA背板的連接器進(jìn)行適配，當(dāng)鉸鏈面板關(guān)閉時(shí)，連接器是隱藏在內(nèi)部的。ITA的前面板有連接到負(fù)載板的線纜、質(zhì)量流量控制器和排氣閥的連接裝置（如圖4）。

圖5詳細(xì)描述了測(cè)試系統(tǒng)資源和相關(guān)的ITA結(jié)構(gòu)框圖。

氣體控制

為了精確控制氣體對(duì)DUT的曝光量，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)封閉的環(huán)境(chamber)來(lái)容納負(fù)載板，并將測(cè)試氣體限制在一個(gè)有限的空間內(nèi)。通過(guò)質(zhì)量流量控制器(MFCs)將氣體引入到這個(gè)封閉的空間中，質(zhì)量控制器測(cè)量潔凈干燥空氣、濕化空氣和測(cè)試氣體，允許它們精確地混合，以達(dá)到所需的氣體密度(單位為百萬(wàn)分之一)。還為每個(gè)chamber提供了一個(gè)單獨(dú)的MFC，以便測(cè)量混合氣體到封閉室的控制體積。MFC的控制是使用GX5295的J3連接器上的外部PMU通道來(lái)執(zhí)行的。

測(cè)試完成后，使用排氣閥將測(cè)試氣體從負(fù)載板的封閉室內(nèi)排出。排氣閥是通過(guò)電磁閥進(jìn)行操作，所需的電源由E36313A電源供給，控制是通過(guò)ITA上面的12V的開(kāi)關(guān)繼電器進(jìn)行控制。

軟件

控制系統(tǒng)的軟件是使用的ATEasy 10。軟件控件的編寫(xiě)方便了后期系統(tǒng)的擴(kuò)展。ATEasy支持多線程應(yīng)用。對(duì)于每個(gè)GX5295/負(fù)載板 /chamber（封閉室），ATEasy實(shí)例化一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)并生成數(shù)據(jù)日志報(bào)告。ATEasy測(cè)試應(yīng)用程序可查詢系統(tǒng)中安裝的GX5295的數(shù)量（每64個(gè)站點(diǎn)的負(fù)載板對(duì)應(yīng)一個(gè)GX5295），然后為每個(gè)負(fù)載板動(dòng)態(tài)分配一個(gè)線程。處理所有線程中共有的線程，如：初始化每個(gè)負(fù)載板上并行運(yùn)行的數(shù)字測(cè)試模式，方便使用線程進(jìn)行同步。

ATEasy測(cè)試應(yīng)用程序中的驅(qū)動(dòng)包括GX5295、GX5733、Keysight 電源模塊、GX7305機(jī)箱控制器以及一個(gè)用于管理數(shù)據(jù)日志記錄的Excel電子表格驅(qū)動(dòng)程序。在GX5733靜態(tài)數(shù)字設(shè)備上構(gòu)建了一個(gè)MOX驅(qū)動(dòng)程序，用于簡(jiǎn)化對(duì)負(fù)載板的控制。

交付的包中包含用于高級(jí)創(chuàng)建I2C總線模式、連接和加載I2C總線序列以及下載捕獲的I2C總線流量進(jìn)行診斷和分析的工具。將數(shù)據(jù)記錄到Excel電子表格中可以方便地使用Excel的所有高級(jí)數(shù)據(jù)分析工具，如圖形、過(guò)濾器和公式的應(yīng)用。

與DUT的通信是通過(guò)I2C總線完成的。如上所述，每個(gè)設(shè)備都預(yù)先配置了相同的I2C從地址。如果所有DUT都駐留在同一個(gè)I2C總線上，那么在進(jìn)行測(cè)試之前，需要用唯一的從地址對(duì)每個(gè)設(shè)備重新編程，以避免總線沖突，然后將從地址重新編程為默認(rèn)值，以便交付給客戶。使用每個(gè)設(shè)備的專用總線允許發(fā)生在該默認(rèn)地址上的所有通信，節(jié)省了時(shí)間和金錢，也可以避免潛在的認(rèn)為錯(cuò)誤。一個(gè)獨(dú)立的GX5295有32個(gè)I/O通道可以允許8組I2C總線同事進(jìn)行通訊，而無(wú)須考慮地址沖突問(wèn)題。

I2C測(cè)試模式是通過(guò)一個(gè)用ATEasy編寫(xiě)的簡(jiǎn)單應(yīng)用程序生成的（如圖6）?？偩€命令是使用預(yù)先定義的總線命令的下拉菜單構(gòu)造的，用于對(duì)設(shè)備寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)操作?？臻e命令還允許在需要空閑時(shí)間的命令之間插入空閑時(shí)間，或者作為數(shù)據(jù)模式中的可視分隔。

基于測(cè)試流程的需求，需要對(duì)單個(gè)設(shè)備生成一系列的命令。然后使用用于生成和診斷GX5295數(shù)字測(cè)試模式的工具DIOEasy(如圖7)，將單個(gè)(四線)總線控制復(fù)制到GX5295支持的其余7個(gè)總線上。每個(gè)測(cè)試進(jìn)程都被寫(xiě)為一系列獨(dú)立的測(cè)試序列，所以可以以任何想要的順序進(jìn)行組合。

執(zhí)行這種組合的ATEasy包含一個(gè)離線實(shí)用程序，它可以生成一個(gè)大型的測(cè)試文件，在系統(tǒng)初始化期間快速加載到測(cè)試硬件中。為了幫助調(diào)試和診斷，也將生成一個(gè)文本文件，其中會(huì)標(biāo)識(shí)加載測(cè)試的順序、他們的初始向量地址和每個(gè)模式序列中的模式大小。

在測(cè)試執(zhí)行期間記錄每個(gè)引腳的狀態(tài)。測(cè)試完成后，實(shí)際的總線流量(命令和DUT響應(yīng))可以從硬件上傳到DIOEasy，允許用戶評(píng)估和/或記錄I2C總線通信。

測(cè)試過(guò)程

Continuity 連續(xù)性

每個(gè)GX5295 I/O通道提供的每引腳PMU功能用于對(duì)通過(guò)每個(gè)DUT的ESD二極管產(chǎn)生一個(gè)小電流，測(cè)量二極管上產(chǎn)生的電壓降，以確定DUT是否正確安裝在其插座中。在此之前，需要啟用上拉隔離繼電器，因此流經(jīng)I2C上拉電阻的電流不會(huì)破壞連續(xù)性測(cè)量。設(shè)備根據(jù)PASS/FAIL狀態(tài)分類。任何具有FAIL容器狀態(tài)的設(shè)備都會(huì)繞過(guò)未來(lái)的測(cè)試評(píng)估。

Sensor Initialization 傳感器初始化

在將DUT暴露于測(cè)試氣體并測(cè)量MOX電阻之前，必須初始化傳感器。初始化讀取相關(guān)的NVM（非易失性存儲(chǔ)器）數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)它以用于將來(lái)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。它還根據(jù)存儲(chǔ)的加熱器電阻和當(dāng)前腔室溫度動(dòng)態(tài)計(jì)算每個(gè)DUT的最小和最大允許MOX電阻值。這些值被存儲(chǔ)以供將來(lái)使用。氣體測(cè)試將在確定好/壞設(shè)備時(shí)使用這些值。

Gas Measurement 氣體測(cè)量

氣體測(cè)量測(cè)試是MOX氣體傳感器生產(chǎn)測(cè)試的核心。一旦初始化，所有室內(nèi)的所有裝置都暴露于“干凈/干燥空氣”（CDA），“加濕空氣”（通過(guò)起泡器運(yùn)行CDA-BBL）和“測(cè)試氣體”的受控混合物中。使用可編程質(zhì)量流量控制器MFC精確控制氣體混合物（PPM）。三個(gè)MFC中每一個(gè)都是通過(guò)0V-5V的應(yīng)用程序進(jìn)行控制，分別表示占額定流量的0%-100%。每個(gè)腔室/負(fù)載板中包含第四個(gè)MFC。MFC控制電壓由GX5295s的J3連接器上的輔助PMU通道提供。

在氣體測(cè)試期間，測(cè)試氣體的濃度和每個(gè)特定濃度的暴露時(shí)間由“浸泡列表”定義。浸泡列表包含三種氣體的設(shè)定點(diǎn)，以及在移動(dòng)到列表中的下一個(gè)設(shè)定點(diǎn)之前保持該濃度的持續(xù)時(shí)間。在規(guī)定的時(shí)間段結(jié)束時(shí)，進(jìn)行MOX測(cè)量，與先前計(jì)算的MOX最小/最大值進(jìn)行比較并記錄。其它分箱設(shè)置類似。

為了簡(jiǎn)化浸泡參數(shù)的應(yīng)用，在ATEasy中創(chuàng)建了一個(gè)表單(圖8)，允許工程師使用GUI創(chuàng)建浸泡列表?？梢蕴砑?、插入、修改和刪除設(shè)置點(diǎn)。在執(zhí)行過(guò)程中，GUI會(huì)突出顯示測(cè)試過(guò)程在列表中的位置，為操作人員提供測(cè)試運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間，以及完成測(cè)試需要多長(zhǎng)時(shí)間的指示。

在運(yùn)行浸泡列表時(shí)可以啟用的一個(gè)可選參數(shù)是進(jìn)行中間MOX測(cè)量——在浸泡列表設(shè)置點(diǎn)之間進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)在漫長(zhǎng)的測(cè)試中記錄這些額外的測(cè)量值，提供MOX操作的其它特征數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)日志記錄的“Off”選項(xiàng)，僅在設(shè)置點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每分鐘測(cè)試“2”、“4”、“6”測(cè)量值。中間測(cè)量值保存到Excel數(shù)據(jù)日志文件中，但不用于評(píng)估通過(guò)/失敗狀態(tài)。

Pre-Initialization預(yù)初始化

設(shè)備由合同制造商(CM)提供，設(shè)備的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)中已經(jīng)存儲(chǔ)了一些信息，如產(chǎn)品ID、相關(guān)跟蹤號(hào)、加熱器電阻和測(cè)量電阻的環(huán)境溫度、從地址等。預(yù)初始化測(cè)試允許工程師用新數(shù)據(jù)覆蓋NVM。這不是在生產(chǎn)過(guò)程中使用的正常測(cè)試過(guò)程。相反，它常常用于讓工程師在設(shè)備上運(yùn)行特性測(cè)試，并完全控制所有DUT參數(shù)。

Sensor Aging 傳感器老化測(cè)試

傳感器老化測(cè)試也不是常規(guī)生產(chǎn)測(cè)試的一部分。它常常用來(lái)表征模擬老化過(guò)程下的MOX特性。老化測(cè)試將CDA運(yùn)行到加熱器溫度延長(zhǎng)的部件上，用戶定義1分鐘的循環(huán)次數(shù)。在此過(guò)程中收集分析數(shù)據(jù)，在老化試驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行正常氣體試驗(yàn)，記錄MOX特征。

DUT Polling  DUT輪詢測(cè)試

在運(yùn)行氣體測(cè)試、傳感器老化測(cè)試等測(cè)試過(guò)程中，利用微控制器執(zhí)行和控制的測(cè)試序列表對(duì)DUT進(jìn)行編程。在此序列表執(zhí)行期間，除了輪詢寄存器外，DUT寄存器不可用于訪問(wèn)。輪詢寄存器在表序列執(zhí)行期間更新，測(cè)試系統(tǒng)可以查詢輪詢寄存器，以確定序列表是否已完成，或者序列中的當(dāng)前表是否正在執(zhí)行。由于許多MOX測(cè)試(每個(gè)使用序列表的進(jìn)程)都需要輪詢，因此輪詢被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)子例程，在需要時(shí)可以調(diào)用它。執(zhí)行序列表所需的時(shí)間可以根據(jù)測(cè)試需求(表中的步驟數(shù)和每個(gè)步驟的延遲參數(shù))而變化。為了向操作員提供序列執(zhí)行的狀態(tài)，創(chuàng)建了一個(gè)運(yùn)行時(shí)間表單(圖9)，以提供剩余時(shí)間的可視化反饋，以完成序列表。

DUT Status  DUT狀態(tài)測(cè)試

和DUT輪詢測(cè)試類似，DUT狀態(tài)測(cè)試由多個(gè)測(cè)試進(jìn)程查詢，并作為子例程實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)指示DUT的健康狀態(tài)——具體地說(shuō)，如果最近發(fā)生了電源復(fù)位。POR位在設(shè)備的功率中斷或重啟時(shí)進(jìn)行設(shè)置。讀取POR狀態(tài)將重置位。如果顯示為POR，就意味著許多測(cè)試將不能正常工作，或者被認(rèn)為是無(wú)效的。

Chamber Characterization 腔室特性分析

驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)有效性最有挑戰(zhàn)性的其中一方面是表征測(cè)試氣體在燃燒室中的分布情況(圖10)。最初的概念是將氣體引入負(fù)載板的四個(gè)角落，假設(shè)隨著時(shí)間的推移，氣體將混合并均勻分布在腔內(nèi)。但試驗(yàn)證明，這種氣體“在浸漬表規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)在室內(nèi)達(dá)到均勻濃度”。增加測(cè)試氣體的流速和延長(zhǎng)浸泡時(shí)間都被認(rèn)為是對(duì)這一缺陷的一種彌補(bǔ)，但最終分別被認(rèn)為在氣體利用和測(cè)試吞吐量方面過(guò)于昂貴。

后來(lái)通過(guò)大量的流體模擬實(shí)驗(yàn)，證明了一種改進(jìn)型歧管方法產(chǎn)生接近理想氣體分布。氣體直接在DUT插座上方四個(gè)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)小體積流形管被引入。每個(gè)插座上方的管匯上的針孔直接將測(cè)試氣體的集中流輸送到每個(gè)設(shè)備。在不影響測(cè)試吞吐量的情況下，使用最少測(cè)試氣體的最終結(jié)果接近最佳性能。腔室的設(shè)計(jì)將被修改，并將這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到生產(chǎn)系統(tǒng)中。

總結(jié)

總而言之，測(cè)試系統(tǒng)要求的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)到或超過(guò)了。

解決方案必須具有較低的成本?；赑XI形式，一個(gè)創(chuàng)造性的硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)，使得成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)成本的1/5。

系統(tǒng)需要支持非常大的并行測(cè)試能力。站點(diǎn)數(shù)量可以從64個(gè)站點(diǎn)擴(kuò)展到512個(gè)站點(diǎn)，每次增加64個(gè)站點(diǎn)。在這些容量下，整個(gè)測(cè)試周期為35分鐘，每個(gè)設(shè)備的吞吐量?jī)H為4秒多一點(diǎn)。進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)試代碼、氣體流量、浸泡時(shí)間和通過(guò)/失敗參數(shù)的優(yōu)化將推動(dòng)每臺(tái)設(shè)備的測(cè)試時(shí)間。

操作人員需要一種方法來(lái)直觀地識(shí)別并手動(dòng)按照需要將passing和failing組件放回箱中。帶有電池備份的測(cè)試狀態(tài)LED為操作者提供DUT站點(diǎn)通過(guò)/失敗的可視化指示(圖11)。

所有的測(cè)量都需要在一秒內(nèi)完成n次。64個(gè)位點(diǎn)的MOX電阻測(cè)量時(shí)間是在小于800ms的條件下測(cè)量的，由于GX5295數(shù)字測(cè)試儀器的并聯(lián)運(yùn)行，將位點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展到512不會(huì)明顯增加測(cè)量時(shí)間。

這個(gè)系統(tǒng)需要是可擴(kuò)展的。站點(diǎn)計(jì)數(shù)可以以64個(gè)站點(diǎn)的增量從64個(gè)站點(diǎn)擴(kuò)展到512個(gè)站點(diǎn)。

可將IC總線隔離到每個(gè)設(shè)備。每個(gè)DUT套接字都有一個(gè)用于編程和讀寫(xiě)寄存器的獨(dú)立IC總線，以8×8矩陣(8組8個(gè)DUT)的形式訪問(wèn)。

提供PMU/每針腳的功能。GX5295的標(biāo)準(zhǔn)配置具有每個(gè)針腳的PMU功能，以及4個(gè)一般應(yīng)用的另外的PMUs。PMU提供了一個(gè)執(zhí)行接觸測(cè)試的簡(jiǎn)單方法，額外的PMU專用于MFC控制，有助于降低系統(tǒng)成本，消除額外的硬件。

與MOX氣體傳感器測(cè)試相關(guān)的特殊需求帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。特別是，這些設(shè)備所要求的大測(cè)試“停留”時(shí)間要求一種不同類型的測(cè)試方案—該方案要求很容易進(jìn)行擴(kuò)展，具有非常大并行測(cè)試能力，同時(shí)成本明顯低于傳統(tǒng)的“big iron” ATE解決方案。如上所述，基于PXI的解決方案，是基于現(xiàn)成的硬件和軟件的方案，可實(shí)現(xiàn)最佳的測(cè)試效果—可實(shí)現(xiàn)高吞吐量，并且成本適中。（譯者：廣州虹科電子李婷婷 原文：Marvin Test Solutions）