โมดูล MEMS และเซนเซอร์อยู่ในจุดกึ่งกลางที่แปลกประหลาดในกระบวนการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ ต่างจากบอร์ดลอจิกดิจิทัลซึ่งการตรวจเช็กความต่อเนื่องที่ผ่านก็เพียงพอที่จะยืนยันเจตนาการออกแบบได้ คุณค่าที่แท้จริงของโมดูล MEMS หรือเซนเซอร์นั้นอยู่ที่ความแม่นยำในการวัดสิ่งต่าง ๆ ในโลกกายภาพ ไม่ว่าจะเป็นความดัน ความเร่ง ความชื้น แสง หรือการเคลื่อนไหว โมดูลหนึ่งตัวอาจผ่านการตรวจสอบการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าทั้งหมด แต่ยังคงล้มเหลวในการให้เอาต์พุตที่ใช้งานได้ ช่องว่างนี้เองเป็นเหตุผลที่การสอบเทียบและการทดสอบการทำงานในระดับอุปกรณ์ถูกมองว่าเป็นสาขาวิชาเฉพาะในงานประกอบ MEMS แทนที่จะเป็นเพียงตัวเลือกเสริมของการทดสอบ PCBA มาตรฐาน
เหตุใดการสอบเทียบและทดสอบการทำงานในระดับอุปกรณ์จึงมีความสำคัญ
ลักษณะสามประการของอุปกรณ์ MEMS และเซนเซอร์ทำให้การทดสอบในระดับอุปกรณ์เป็นสิ่งจำเป็น ไม่ใช่แค่สิ่งที่พึงประสงค์เท่านั้น
ดริฟต์โครงสร้าง MEMS เป็นทั้งเชิงกลและเชิงไฟฟ้า คาน เมมเบรน หรือมวลทดสอบในระดับไมโครสเกลสามารถเปลี่ยนตำแหน่งเพื่อตอบสนองต่อการไล่ระดับอุณหภูมิ ความเค้นเชิงกลจากการบรรจุภัณฑ์ หรือแม้แต่เพียงแค่ระยะเวลาในการจัดเก็บ เซนเซอร์ที่อ่านค่าได้อย่างถูกต้องในระดับไดหรือแวเฟอร์อาจเกิดการลื่นไถลของค่าเมื่อถูกบรรจุภัณฑ์ บัดกรี และผ่านการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างการประกอบ การทดสอบในระดับอุปกรณ์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ก่อนที่โมดูลจะถูกส่งออก
ความแตกต่างระหว่างหน่วยต่อหน่วยแม้แต่เซนเซอร์ที่มาจากเวเฟอร์ล็อตเดียวกัน ประกอบในสายการผลิตเดียวกัน ก็ยังอาจมีความแตกต่างกันในค่าออฟเซ็ต ความไว หรือเกน เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนของกระบวนการที่ถือว่าเป็นปกติในการยึดติดได (die attach), การเชื่อมต่อด้วยลวด (wire bonding)หรือการห่อหุ้ม สำหรับการใช้งานหลายประเภท ความแปรผันนี้มีขนาดเล็กพอที่จะมองข้ามได้ สำหรับการใช้งานที่ต้องพึ่งพาความแม่นยำแบบสัมบูรณ์ — ไม่ใช่แค่การอ่านค่าแบบสัมพัทธ์หรือแบบมีค่าขีดจำกัด — ความแปรผันนั้นจำเป็นต้องถูกวัดและในหลายกรณีต้องได้รับการชดเชยในระดับโมดูล
ความไวต่อสิ่งแวดล้อมเอาต์พุตของเซนเซอร์มักเป็นฟังก์ชันของตัวแปรมากกว่าหนึ่งตัว การอ่านค่าของเซนเซอร์วัดความดันอาจเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ จุดศูนย์ของอะแกเซเลอโรมิเตอร์อาจเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ แรงดันไฟเลี้ยง หรือความเค้นเชิงกลที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแพ็กเกจ เส้นโค้งการตอบสนองของเซนเซอร์วัดความชื้นเองก็อาจเลื่อนไปตามอุณหภูมิได้ หากแอปพลิเคชันปลายทางทำงานในช่วงสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย พฤติกรรมของเซนเซอร์จำเป็นต้องถูกจำแนก (characterize) ครอบคลุมช่วงเดียวกันนั้น ไม่ใช่เพียงที่อุณหภูมิห้องบนม้านั่งทดสอบเท่านั้น
ประเภททั่วไปของการทดสอบ
กลยุทธ์การทดสอบสำหรับ MEMS และโมดูลเซ็นเซอร์โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทหลัก ซึ่งมักใช้ร่วมกันมากกว่าจะใช้แทนกัน:
การทดสอบการทำงานยืนยันว่ามอดูลสามารถเปิดทำงานได้อย่างถูกต้อง สื่อสารผ่านอินเทอร์เฟซของมัน (I2C, SPI, เอาต์พุตอะนาล็อก ฯลฯ) และให้การตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นที่ทราบแน่นอน ขั้นตอนนี้เป็นเพียงเกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่าน ไม่ใช่การวัดความแม่นยำ
การปรับเทียบเทียบกับค่ามาตรฐานเปรียบเทียบเอาต์พุตของเซ็นเซอร์กับค่ามาตรฐานอ้างอิงที่ทราบและตรวจสอบย้อนกลับได้ — เช่น ความดันอ้างอิง ความเร่งที่ควบคุมได้ หรือแหล่งกำเนิดแสงที่ได้รับการรับรอง — แล้วคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไข (ออฟเซ็ต, เกน, ความเป็นเชิงเส้น) ซึ่งจะถูกจัดเก็บไว้บนอุปกรณ์หรือถูกนำไปใช้ในขั้นตอนถัดไป
การทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมประเมินประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ในช่วงอุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน หรือแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานปลายทาง ไม่ว่าจะเพื่อยืนยันความเสถียรหรือเพื่อสร้างข้อมูลชดเชยสำหรับใช้ในการสอบเทียบ
การผสมผสานของปัจจัยเหล่านี้ที่ใช้ได้จริงนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของเซนเซอร์ ความต้องการด้านความแม่นยำของแอปพลิเคชัน และการชดเชยค่าจะเกิดขึ้นบนโมดูล (เช่น ผ่าน EEPROM บนบอร์ด) หรือในเฟิร์มแวร์ฝั่งโฮสต์
วิธีที่สิ่งนี้ผสานเข้ากับกระบวนการประกอบและทดสอบโดยรวม
โดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้การทดสอบทั้งสามประเภทนี้แยกจากกันอย่างโดดเดี่ยวเลย — ว่าจะใช้การผสมผสานแบบใด และในขั้นตอนไหนนั้น ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโมดูลในกระบวนการประกอบ โดยปกติการปรับเทียบและการทดสอบจะอยู่ถัดลงมาจากขั้นตอนการประกอบ เช่น การยึดได การเชื่อมลวด หรือการติดตั้งแบบฟลิปชิป และอยู่ก่อนหน้าขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้ายหรือการบูรณาการระดับระบบ เนื่องจากการบรรจุภัณฑ์ MEMS อาจก่อให้เกิดความเค้นทางกลของตัวเองได้ การทดสอบที่ทำเฉพาะในระดับเวเฟอร์หรือระดับไดจึงไม่สามารถสะท้อนให้เห็นได้อย่างครบถ้วนว่าโมดูลที่เสร็จสมบูรณ์แล้วจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อใช้งานจริงในสนาม — การทดสอบดังกล่าวช่วยคัดกรองความล้มเหลวที่ชัดเจนในระดับไดได้ก็จริง แต่ความเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการบรรจุภัณฑ์จะปรากฏให้เห็นก็ต่อเมื่อโมดูลถูกประกอบเรียบร้อยแล้วเท่านั้น นั่นคือเหตุผลในทางปฏิบัติที่ว่าทำไมจึงควรมองการปรับเทียบและการทดสอบให้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการต่อเนื่องเดียวกันกับการประกอบ — โดยมีการวางแผนร่วมกันระหว่างNPIไม่ใช่สิ่งที่ถูกยึดติดเข้าไปภายหลัง
สำหรับวิศวกรที่กำลังประเมินพันธมิตรด้านการประกอบคำถามที่เป็นประโยชน์ไม่ใช่แค่ "คุณทดสอบสิ่งนี้ได้ไหม" แต่คือ "การทดสอบเชื่อมโยงกับ…ของคุณอย่างไร"กระบวนการประกอบในระดับไดและระดับโมดูลเนื่องจากทั้งสองอย่างแยกออกจากกันได้ยากสำหรับผลิตภัณฑ์ MEMS และเซ็นเซอร์
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
●โพรโทคอลการควบคุม ESD ในการประกอบ PCBA สำหรับบอร์ดเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ที่มีความไวสูง
●COB บนซับสเตรตแบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง: สิ่งที่เปลี่ยนไปเมื่อบอร์ดโค้งงอ
●การเชื่อมลวดละเอียดสูงและการประกอบโมดูลหลายชิป: สิ่งที่เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้เป็นไปได้
