Plataforma de teste para MEMS

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresO principal propósito desta dissertação é o desenvolvimento de uma plataforma versátil para testar Sistemas MicroEletroMecânicos (MEMS) através da geração e leitura de estímulos elétricos. Por definição MEMS são estruturas com componentes e propriedades elétricas e mecânicas, por isso é necessário testar estas estruturas em todas as fases de desenvolvimento (desenho, produção e calibração). Enquanto que o tempo de teste não é um requisito na fase de desenho, este torna-se um especialmente crítico nas outras fases. Este modelo de testes, que aplica e lê sinais elétricos ao nível de bolachas de silício, teve início na indústria dos circuitos integrados tendo agora de ser integrado na indústria de MEMS, sendo que já existem algumas soluções de teste, como por exemplo o apresentado pela ITMEMS. A plataforma desenvolvida nesta dissertação, tem um amplificador de carga de ganho variável para converter capacidade em tensão, um amplificador lock-in digital e uma interface com o computador que utiliza TCP/IP. Esta interface assegura a transferência até 100 Mbits/s com fiabilidade, gerando assim uma saída do sistema com mais de 1 MHz de taxa de amostragem e 16 bits de resolução em tempo real. O resultado deste trabalho apresenta duas características essenciais para teste de MEMS, apresentando uma interface fácil e intuitiva para o utilizador, implementada num computador utilizando o MATLAB e um amplificador lock-in integrado para descodificar sinais modulados em amplitude.The main purpose of this thesis is to develop a versatile platform to test MicroElectroMechanical Systems (MEMS) by injecting and reading electrical stimuli. By definition MEMS are structures with electrical and mechanical components and properties, and therefore it is necessary to test these structures in every stage of development (design, manufacturing, calibration). While time is not a particular specification on design phase, this becomes an absolutely critical specification in other phases. This type of testing methodology begun in IC industry, by applying and reading electrical signals in IC wafers. For MEMS devices there are already a few solutions such as the one presented by ITMEMS. The developed platform has a gain variable capacitance to voltage converter, a digital lock-in amplifier and a PC interface using TCP/IP. This interface ensures a reliable data transfer up to 100 Mbits per second, thus generating an output of 1 MHz sample rate up to 16 bits in realtime. The result of this work implementstwo important features for MEMS testing presenting a pleasant and friendly user-interface, in one PC using MATLAB, and an integrated lock-in amplifier to decode amplitude modulated signals

Plataforma de teste para MEMS

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresO principal propósito desta dissertação é o desenvolvimento de uma plataforma versátil para testar Sistemas MicroEletroMecânicos (MEMS) através da geração e leitura de estímulos elétricos. Por definição MEMS são estruturas com componentes e propriedades elétricas e mecânicas, por isso é necessário testar estas estruturas em todas as fases de desenvolvimento (desenho, produção e calibração). Enquanto que o tempo de teste não é um requisito na fase de desenho, este torna-se um especialmente crítico nas outras fases. Este modelo de testes, que aplica e lê sinais elétricos ao nível de bolachas de silício, teve início na indústria dos circuitos integrados tendo agora de ser integrado na indústria de MEMS, sendo que já existem algumas soluções de teste, como por exemplo o apresentado pela ITMEMS. A plataforma desenvolvida nesta dissertação, tem um amplificador de carga de ganho variável para converter capacidade em tensão, um amplificador lock-in digital e uma interface com o computador que utiliza TCP/IP. Esta interface assegura a transferência até 100 Mbits/s com fiabilidade, gerando assim uma saída do sistema com mais de 1 MHz de taxa de amostragem e 16 bits de resolução em tempo real. O resultado deste trabalho apresenta duas características essenciais para teste de MEMS, apresentando uma interface fácil e intuitiva para o utilizador, implementada num computador utilizando o MATLAB e um amplificador lock-in integrado para descodificar sinais modulados em amplitude.The main purpose of this thesis is to develop a versatile platform to test MicroElectroMechanical Systems (MEMS) by injecting and reading electrical stimuli. By definition MEMS are structures with electrical and mechanical components and properties, and therefore it is necessary to test these structures in every stage of development (design, manufacturing, calibration). While time is not a particular specification on design phase, this becomes an absolutely critical specification in other phases. This type of testing methodology begun in IC industry, by applying and reading electrical signals in IC wafers. For MEMS devices there are already a few solutions such as the one presented by ITMEMS. The developed platform has a gain variable capacitance to voltage converter, a digital lock-in amplifier and a PC interface using TCP/IP. This interface ensures a reliable data transfer up to 100 Mbits per second, thus generating an output of 1 MHz sample rate up to 16 bits in realtime. The result of this work implementstwo important features for MEMS testing presenting a pleasant and friendly user-interface, in one PC using MATLAB, and an integrated lock-in amplifier to decode amplitude modulated signals

Toolbox para plataforma de teste de MEMS

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresCom o crescimento do mercado de sistemas microelectromecânicos (MEMS), praticamente todos os grandes fabricantes de semicondutores têm as suas próprias linhas de produção de MEMS e enfrentam constantes aumentos de volume de produção para acompanhar a demanda destes [1]. Todos estes sistemas têm de ser testados após a produção, para caracterização das estruturas, a fim de obter as especificações da mesma, para calibração em processo fabril ou para verificação e validação do design. A oferta deste tipo de sistemas de teste é reduzida. Devido a este défice, e com o intuito de solucionar este problema, foi iniciado, na Universidade do Minho, o processo de construção de uma plataforma de teste de MEMS [2]. Atualmente, o hardware desta já foi desenvolvido, sendo agora necessário criar um conjunto de ferramentas que permitam ao utilizador interagir com a plataforma através de uma interface simples e intuitiva, garantindo uma comunicação rápida e fiável com o sistema de testes e expandindo as funcionalidades da mesma, através de blocos de software que implementem rotinas específicas de teste de MEMS. Com esta dissertação, pretende-se criar o software que solucione o problema anteriormente mencionado, passando a solução escolhida por dividir a Toolbox em três componentes principais: o driver de comunicação com a plataforma de testes utilizado para definir e converter os comandos do instrumento, a interface gráfica a desenvolver em MATLAB e as rotinas específicas de teste de MEMS. Como resultado do trabalho desenvolvido foi possível criar um sistema que permite ao utilizador interagir com a plataforma de teste de MEMS [2] de uma forma simples e intuitiva, com a fiabilidade de um driver de comunicação e expandindo as funcionalidades deste sistema, em termos de mecanismos de aquisição e teste.With the growth of the microelectromechanical systems (MEMS) market, nearly all of the main manufacturers of semiconductors have their own MEMS production lines, and have to deal with constant increases in production volumes to keep up with market demand [1]. All these systems must be tested post production, for structure characterization, in order to obtain the key parameters used, for calibration during the manufacturing process, or for design verification and validation. The offer for these types of structure characterization systems is reduced. Due to this deficit – and to solve this problem – the development process of a MEMS test platform [2] has started in the University of Minho. Currently, its hardware has already been developed, so it was necessary to create a toolbox that allows the user to easily use the platform through a simple and intuitive interface, thus allowing a fast and reliable communication with the test system and expanding its functionalities, through software blocks that implement specific MEMS test routines. This dissertation aims to create the software to solve the previously mentioned problem. With this objective in mind, the chosen solution requires that the toolbox is divided in three main components: the driver to communicate with the test platform, define and convert the instrument commands, the graphic interface designed using MATLAB and specific MEMS test routines. As a result of the creation of this toolbox, it was possible to provide the user with a simpler more intuitive way to interact with the MEMS test platform [2], adding the reliability of a driver to perform the communication and expanding the features of the system, in terms of acquisition and test modes