Plataforma de teste para MEMS

Abstract

O 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.