專利名稱：接觸式mems開關(guān)壽命測試的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的方法和儀器，屬接觸式MEMS開關(guān)器件測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MEMS意為微電子-機械系統(tǒng)。接觸式MEMS開關(guān)是一種利用半導(dǎo)體硅加工工藝技術(shù)制成的超微型機械開關(guān)的器件，主要包括硅襯底、上電極、下電極、可動導(dǎo)電片、第一接觸點和第二接觸點。工作時，第一、二接觸點連接在信號電路內(nèi)(一般連接在射頻信號電路內(nèi))。平時，上、下電極間的直流電壓為零，第一、二接觸點處于斷路(常開)狀態(tài)。當直流電壓加于上、下電極之間時，兩者在靜電力作用下相互吸引，相互靠攏，可動導(dǎo)電片隨之跨接在第一、二接觸點之間，令兩者處于接通狀態(tài)，信號電流從一個接觸點流向另一個接觸點。當上、下電極之間的直流電壓降為零時，兩者在恢復(fù)力作用下相互分開，可動導(dǎo)電片隨之脫離第一、二接觸點，兩者恢復(fù)成斷路(常開)狀態(tài)。
接觸式MEMS開關(guān)畢竟是機械開關(guān)，開關(guān)動作增多，開關(guān)會因構(gòu)成該開關(guān)的懸臂材料疲勞而失效。這類開關(guān)的估計壽命為開關(guān)次數(shù)不小于106。生產(chǎn)和應(yīng)用均要求對開關(guān)的壽命進行測試和評估。鑒于接觸式MEMS開關(guān)系新器件，至今未見有這類開關(guān)壽命測試的方法和儀器的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是推出一種接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案使上述問題得到解決。其特征在于，利用連續(xù)方波脈沖信號驅(qū)動被測接觸式MEMS開關(guān)的上、下電極，在該開關(guān)正常，即第一、二接觸點間有開關(guān)動作時，計數(shù)器計數(shù)連續(xù)方波脈沖信號的脈沖個數(shù)，直至該開關(guān)疲勞失效，即第一、二接觸點間無開關(guān)動作時，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示器顯示的數(shù)字就是該被測開關(guān)的壽命指標。
為實現(xiàn)上述測試目標，測試儀器應(yīng)具有以下功能1.產(chǎn)生連續(xù)方波脈沖信號；2.連續(xù)方波脈沖信號加至上、下電極前完成幅度轉(zhuǎn)換；3.監(jiān)視第一、二接觸點間的開關(guān)動作，顯示監(jiān)視結(jié)果；4.計數(shù)器根據(jù)監(jiān)視結(jié)果，判斷是否計數(shù)；5.每次測試前計數(shù)器應(yīng)完成顯示器的人工清除；6.按測試儀器電路要求向它們供電。
本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的儀器，該儀器按上述的壽命測試方法工作。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案使上述問題得到解決。其特征在于，由方波發(fā)生器10、脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20、測試架30、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進計數(shù)器及顯示器60、指示器70和電源80組成，方波發(fā)生器10包括無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和分頻器，輸出連續(xù)方波脈沖的頻率介于1～8KHz，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20是供電電壓為0～60V的晶體管單級放大器，開關(guān)動作監(jiān)視器40是能鑒別直流信號和脈沖信號的集成電路，七位十進制計數(shù)器及顯示器60含清除開關(guān)63，指示器70是低位輸入信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光的放大器，電源80是輸出+5V和+60V直流電壓的穩(wěn)壓電源，方波發(fā)生器10的輸出端分別與脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的輸入端和二輸入端與門50的一個輸入端連接，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的輸出端與測試架3的上、下電極接腳連接，測試架30的第一、二接觸點接腳跨接在開關(guān)動作監(jiān)視器40的輸入端，開關(guān)動作監(jiān)視器40的輸出端分別與指示器70的輸入端和二輸入端與門50的另一個輸入端連接，二輸入端與門50的輸出端與七位十進制計數(shù)器及顯示器60的輸入端連接，方波發(fā)生器10、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進制計數(shù)器及顯示器60和指示器70的電源輸入端與電源80的+5V端連接，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的電源輸入端與電源80的+60V端連接。
工作原理1、方波發(fā)生器10產(chǎn)生連續(xù)方波脈沖信號，一路傳至二輸入端與門50的一個輸入端，經(jīng)該門的輸出端驅(qū)動七位十進制計數(shù)器及顯示器60，另一路使至脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的輸入端。2、脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20輸出幅度適當?shù)倪B續(xù)方波脈沖信號，驅(qū)動插在測試架30上的被測MEMS開關(guān)的上、下電極，該開關(guān)的第一、二接觸點借助測試架30的插腳跨接在開關(guān)動作監(jiān)視器40的輸入端。
3、開關(guān)動作監(jiān)視器40鑒別該器的輸入信號，平時該信號為直流信號如被測MEMS開關(guān)工作正常，即第一、二接觸點之間無開關(guān)動作，該信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)方波脈沖信號；如被測MEMS開關(guān)工作不正常，即第一、二接觸點之間無開關(guān)動作，該信號仍為直流信號。該監(jiān)視器輸出鑒別信號輸入信號為連續(xù)方波脈沖信號，鑒別信號為邏輯1，即高位信號；輸入信號為直流信號，信號為邏輯0，即低位信號。
4、開關(guān)動作監(jiān)視器40輸出鑒別信號，一路傳至二輸入端與門50的另一個輸入端，另一路傳至指示器70的輸入端。鑒別信號為邏輯1時，相當于被測MEMS開關(guān)正常，第一、二接觸點之間有開關(guān)動作，二輸入端與門50開啟，連續(xù)方波脈沖經(jīng)該門的輸出端傳至七位十進制計數(shù)器及顯示器60，該器計數(shù)并顯示連續(xù)方波脈沖的個數(shù)；指示器70的發(fā)光二極管不發(fā)光。鑒別信號為邏輯0時，相當于被測MEMS開關(guān)失常，第一、二接觸點之間無開關(guān)動作，七位十進制計數(shù)器及顯示器60停止計數(shù)，顯示器持續(xù)顯示被測MEMS開關(guān)的壽命指標；指示器70的發(fā)光二極管發(fā)光，指示被測MEMS開關(guān)失效。
5、方波發(fā)生器10、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進制計數(shù)器及顯示器60和指示器70從電源80的+5V端得到供電；脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20從電源80的+60V端得到供電。
6、每次開始測試前，按清除開關(guān)63，使顯示器清零。
本發(fā)明有以下突出優(yōu)點1自動記錄整個測試過程中被測MEMS開關(guān)的工作狀態(tài)，無需人工監(jiān)視或值班。
2僅需增加少量及廉價的硬件，便可擴充壽命測試范圍，擴充范圍原則上是無限的。
3線路抗干擾性能好，結(jié)構(gòu)簡單，元器件通用。
4測試效率高，每測試一個開關(guān)，時間僅為2～3min。


圖1是本發(fā)明所涉的壽命測試儀器的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明所涉的壽命測試儀器的電路圖。
圖3是本發(fā)明所涉的壽命測試儀器的面板布局示意圖。
具體實施例方式
實施例根據(jù)以上所述的接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的儀器，其特征在于，方波發(fā)生器10由電阻11，電容12，集成電路13、14和方波頻率調(diào)節(jié)15組成，集成電路13、14的型號分別為CD4069和CD4024，電阻11是阻值為20K的可變電阻，電容12的容量為0.1μF，方波頻率調(diào)節(jié)15是單刀4擲開關(guān)，電阻11、電容12和集成電路13組成振蕩頻率為16kHz的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，方波頻率調(diào)節(jié)15和集成電路14組成頻率可在1kHz、2kHz、4kHz和8kHz中任意選擇的分頻器，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20由電阻21、22、23和達林頓管24組成，電阻22、23的阻值分別為2K、10K，電阻22、23和達林頓管24組成晶體管單級放大器，電阻21是阻值為10K的電位器，所述的晶體管單級放大器經(jīng)電阻21的滑臂取得0～60V的供電電壓，開關(guān)動作監(jiān)視器40由集成電路41和電阻42組成，集成電路41的型號是MAX706，電阻42的阻值為5K1，電阻42跨接在+5V與集成電路41的輸入端，即第6腳之間，被測MEMS開關(guān)的第一、二接觸點跨接在集成電路41的輸入端和地線之間，二輸入端與門50是型號為CD4081的集成電路，七位十進制計數(shù)器及顯示器60由十進計數(shù)器及顯示器61、電阻62和清除開關(guān)63組成，十進制計數(shù)器及顯示器61的型號是LC102，共有七片，電阻62的阻值為2K，清除開關(guān)63為按鈕開關(guān)，電阻62跨接在十進制計數(shù)器及顯示器61的清零端和地線之間，清除開關(guān)63跨接在+5V和十進計數(shù)器及顯示器61的清零端之間，指示器70由發(fā)光二極管71和集成電路72組成，集成電路72的型號為CD4069，指示器70是低位輸入信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光的放大器，電源80含電源開關(guān)81和電源插頭82，電源80是由交流市電220V～供電的、輸出+5V和+60V的穩(wěn)壓電源。
權(quán)利要求
1.一種接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的方法，其特征在于，利用連續(xù)方波脈沖信號驅(qū)動被測接觸式MEMS開關(guān)的上、下電極，在該開關(guān)正常，即第一、二接觸點間有開關(guān)動作時，計數(shù)器計數(shù)連續(xù)方波脈沖信號的脈沖個數(shù)，直至該開關(guān)疲勞失效，即第一、二接觸點間無開關(guān)動作時，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示器顯示的數(shù)字就是該被測開關(guān)的壽命指標。
2.一種按權(quán)利要求1所述方法工作的接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的儀器，其特征在于，由方波發(fā)生器10、脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20、測試架30、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進計數(shù)器及顯示器60、指示器70和電源80組成，方波發(fā)生器10包括無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和分頻器，輸出連續(xù)方波脈沖的頻率介于1～8KHz，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20是供電電壓為0～60V的晶體管單級放大器，開關(guān)動作監(jiān)視器40是能鑒別直流信號和脈沖信號的集成電路，七位十進制計數(shù)器及顯示器60含清除開關(guān)63，指示器70是低位輸入信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光的放大器，電源80是輸出+5V和+60V直流電壓的穩(wěn)壓電源，方波發(fā)生器10的輸出端分別與脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的輸入端和二輸入端與門50的一個輸入端連接，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的輸出端與測試架3的上、下電極接腳連接，測試架30的第一、二接觸點接腳跨接在開關(guān)動作監(jiān)視器40的輸入端，開關(guān)動作監(jiān)視器40的輸出端分別與指示器70的輸入端和二輸入端與門50的另一個輸入端連接，二輸入端與門50的輸出端與七位十進制計數(shù)器及顯示器60的輸入端連接，方波發(fā)生器10、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進制計數(shù)器及顯示器60和指示器70的電源輸入端與電源80的+5V端連接，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20的電源輸入端與電源80的+60V端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的儀器，其特征在于，方波發(fā)生器10由電阻11，電容12，集成電路13、14和方波頻率調(diào)節(jié)15組成，集成電路13、14的型號分別為CD4069和CD4024，電阻11是阻值為20K的可變電阻，電容12的容量為0.1μF，方波頻率調(diào)節(jié)15是單刀4擲開關(guān)，電阻11、電容12和集成電路13組成振蕩頻率為16kHz的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，方波頻率調(diào)節(jié)15和集成電路14組成頻率可在1kHz、2kHz、4kHz和8kHz中任意選擇的分頻器，脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20由電阻21、22、23和達林頓管24組成，電阻22、23的阻值分別為2K、10K，電阻22、23和達林頓管24組成晶體管單級放大器，電阻21是阻值為10K的電位器，所述的晶體管單級放大器經(jīng)電阻21的滑臂取得0～60V的供電電壓，開關(guān)動作監(jiān)視器40由集成電路41和電阻42組成，集成電路41的型號是MAX706，電阻42的阻值為5K1，電阻42跨接在+5V與集成電路41的輸入端，即第6腳之間，被測MEMS開關(guān)的第一、二接觸點跨接在集成電路41的輸入端和地線之間，二輸入端與門50是型號為CD4081的集成電路，七位十進制計數(shù)器及顯示器60由十進計數(shù)器及顯示器61、電阻62和清除開關(guān)63組成，十進制計數(shù)器及顯示器61的型號是LC102，共有七片，電阻62的阻值為2K，清除開關(guān)63為按鈕開關(guān)，電阻62跨接在十進制計數(shù)器及顯示器61的清零端和地線之間，清除開關(guān)63跨接在+5V和十進計數(shù)器及顯示器61的清零端之間，指示器70由發(fā)光二極管71和集成電路72組成，集成電路72的型號為CD4069，指示器70是低位輸入信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光的放大器，電源80含電源開關(guān)81和電源插頭82，電源80是由交流市電220V～供電的、輸出+5V和+60V的穩(wěn)壓電源。
全文摘要
一種接觸式MEMS開關(guān)壽命測試的方法和儀器，屬接觸式MEMS開關(guān)器件測試技術(shù)領(lǐng)域，該方法利用連續(xù)方波脈沖信號驅(qū)動被測接觸式MEMS開關(guān)的上、下電極，在該開關(guān)正常，即第一、二接觸點間有開關(guān)動作時，計數(shù)器計數(shù)連續(xù)方波脈沖信號的脈沖個數(shù)，直至該開關(guān)疲勞失效，即第一、二接觸點間無開關(guān)動作時，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示器顯示的數(shù)字就是該被測開關(guān)的壽命指標，該儀器由方波發(fā)生器10、脈沖幅度轉(zhuǎn)換器20、測試架30、開關(guān)動作監(jiān)視器40、二輸入端與門50、七位十進計數(shù)器及顯示器60、指示器70和電源80組成，有線路抗干擾性能好，結(jié)構(gòu)簡單，元器件通用，測試效率高，每測試一個開關(guān)，時間僅為2～3min等優(yōu)點，本發(fā)明特別適于用來測試接觸式MEMS開關(guān)的壽命。
文檔編號G01R31/327GK1460863SQ03116999
公開日2003年12月10日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者朱榮錦, 郭方敏, 朱自強, 李存詩, 賴宗聲 申請人:華東師范大學(xué)