濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及濕度傳感器芯片，具體地，涉及一種濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測 試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 濕度作為基礎(chǔ)的物理量之一，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域的生產(chǎn)活動以及人們的生活 中需要采集，而濕度傳感器芯片作為濕度采集的重要手段，在包括個人電腦、通訊、醫(yī)療健 康等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備以及智能家居的興起，迫切 需要一種快速、經(jīng)濟，適合于大批量生產(chǎn)的測量方法。本測試方法基于濕敏電容Cx和濕度 有定量的函數(shù)關(guān)系，其中濕敏電容cx和電阻Ri構(gòu)成諧振電路，產(chǎn)生諧振頻率fx，和一個電容 CREF、電阻私構(gòu)成的參考諧振電路產(chǎn)生的諧振頻率fREF相比較，產(chǎn)生PWM波形，其中Rρ私有 固定的比例關(guān)系，PWM波形的占空比與Af= (fx-fREF)相關(guān)，通過低通濾波器把PWM信號轉(zhuǎn) 換成直流電壓信號，可以輸出一個和PWM占空比相關(guān)的直流電壓信號，再通過合適的增益 以及輸入、輸出阻抗調(diào)整，變成和Cx直接相關(guān)的直流電壓信號Vout，最后通過ADC把直流電 壓信號Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，如圖1所示。
[0003] 快速、經(jīng)濟的要求是指滿足測試精度的前提下，占用測試機臺、機械手的時間短。 本發(fā)明對測試機臺、機械手沒有特殊要求，為了營造一個相對穩(wěn)定的濕度環(huán)境，增加一個 Chamber(不要求專業(yè)的濕度Chamber)，Chamber內(nèi)的濕度不要求恒定濕度，如圖2所示。 本發(fā)明人使用此方法可以實現(xiàn)相對濕度（RH)達到±2%的測試精度，由于濕度傳感器芯 片的濕敏材料吸收水汽和釋放水汽需要一定的平衡時間，為了提高測量效率，每次置放在 Chamber中的DUT數(shù)量可以是多顆，比如8顆，這樣單顆芯片平均測試時間小于5秒。
[0004] 目前的測試方法，為了保證精度，需要在多個濕度條件下測量，同時為了矯正溫度 系數(shù)，還需要在多個溫度條件下測量，測試時間長，比如中國申請?zhí)枮?01510114499. 3,名 稱為一種濕度傳感器響應(yīng)時間測量裝置及測量方法的專利申請，需要在兩個不同的濕度條 件下測量兩組數(shù)據(jù)，另外測試裝置復(fù)雜，測試時間長，不方便用于大批量生產(chǎn)。再比如申請 號為03800112. 8,名稱為濕度傳感器校準(zhǔn)方法和裝置及具有可校準(zhǔn)濕度傳感器的傳感裝置 的專利申請，雖然不需要在多個溫度條件下測試，但是需要在兩個壓力條件下測試兩組數(shù) 據(jù)，同樣測試裝置復(fù)雜，耗時長。又比如中國申請?zhí)枮?01180030822. 9,名稱為用于濕度傳 感器測試方法及其傳感器模塊的專利申請，雖然是在一個濕度點，一個溫度點條件下測試， 但是無法測試出精確的相對濕度數(shù)據(jù)，只能定性的判斷濕度傳感器工作是否正常。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的 測試裝置及測試方法。在工廠生產(chǎn)環(huán)境任一溫度、任一濕度條件下，使用常用的測試設(shè)備， 包括Tester、Handler，可以在滿足精度的前提下，通過一次Trimming(用來保證測量精 度），兩次校準(zhǔn)補償（非線性補償和溫度補償），可以快速、經(jīng)濟的完成濕度傳感器芯片的大 批量生產(chǎn)測試。
[0006] 本發(fā)明一個方面提供的濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測試裝置，包括測量腔、溫 度傳感器、已校準(zhǔn)的濕度傳感器、LoadBoard測試子板、LoadBoard測試母板和測試機；
[0007] 其中，所述溫度傳感器、所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器和所述Load Board測試子板設(shè) 置在所述測量腔內(nèi)；所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器和所述溫度傳感器設(shè)置在所述Load Board 測試子板上；所述Load Board測試母板電連接所述Load Board測試子板；所述測試機電連 接所述Load Board測試母板；
[0008] 所述測試機，用于產(chǎn)生待測試器件所需的測試信號，以及收集待測試器件產(chǎn)生的 輸出信號；
[0009] 所述LoadBoard測試母板，用于和測試機通訊，接受測試機的測試信號以及發(fā)送 待測試器件產(chǎn)生的輸出信號給測試機；
[0010] 所述測量腔，用于保持待測試器件在相對穩(wěn)定的溫濕度條件下；
[0011] 所述LoadBoard測試子板，用于在相對穩(wěn)定的溫濕度下采集待測試器件的輸出信 號；
[0012] 所述溫度傳感器，用于待測試器件溫度補償時的參考溫度；
[0013] 所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器，用于待測試器件的Vout與濕度校準(zhǔn)時的參考。
[0014] 優(yōu)選地，還包括校準(zhǔn)單元；
[0015] 所述校準(zhǔn)單元用于對待測試器件的VREF1、CREF進行相應(yīng)的校準(zhǔn)。
[0016] 本發(fā)明另一個方面提供的濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測試方法，采用所述的濕 度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測試裝置，包括如下步驟：
[0017] 步驟S1:進行第一次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，通過測量待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯片的模 擬輸出電壓Vout和所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器模擬輸出電壓比較，得到VREF1、CREF的需要 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述需要校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對VREF1、CREF進行相應(yīng)的校準(zhǔn)；
[0018] 步驟S2 :進行第二次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，進行非線性補償，將待校準(zhǔn)的濕度傳感器 芯片在測量腔室內(nèi)的溫度、濕度條件下，根據(jù)第一補償數(shù)據(jù)對待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯片進 行在低濕度RH= 0% -10%和高濕度RH= 90% -100%下進行校準(zhǔn)，所述第一補償數(shù)據(jù)為 根據(jù)多顆濕度傳感器芯片在低濕度RH= 0% -10%和高濕度RH= 90% -100%下模擬輸出 電壓Vout的實測數(shù)據(jù)擬合得到；
[0019] 步驟S3 :進行第三次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，進行溫度補償，將待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯 片在測量腔室內(nèi)的溫度、濕度條件下根據(jù)第二補償數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)，所述第二補償數(shù)據(jù)為根 據(jù)多顆濕度傳感器芯片在溫度與濕度之間的關(guān)系實測數(shù)據(jù)擬合得到。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟1之后還包括如下步驟：
[0021] -再次進行待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯片的模擬輸出電壓Vout測試，并與所述已校準(zhǔn) 的濕度傳感器模擬輸出電壓進行比較，確認校準(zhǔn)結(jié)果。
[0022] 優(yōu)選地，所述多顆濕度傳感器芯片取自隨機不同的3個批次，每一個批次取25片 晶元片；在每一片晶元片取4個濕度傳感器芯片。
[0023] 優(yōu)選地，還包括如下步驟：
[0024] -重復(fù)步驟S1至S3。
[0025]優(yōu)選地，所述第一次修調(diào)校準(zhǔn)、所述第二次修調(diào)校準(zhǔn)、所述第三次修調(diào)校準(zhǔn)均通過 模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換之后的校準(zhǔn)單元模塊里的預(yù)存數(shù)據(jù)實現(xiàn)。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0027] 1、本發(fā)明無需恒溫、恒濕條件，不需要復(fù)雜的輔助設(shè)備，也節(jié)約了達到恒溫、恒濕 所需要的等待時間；
[0028] 2、本發(fā)明在單一溫度、濕度條件下進行，無需不同溫度間、不同濕度間切換，在生 產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度條件下即可進行測試；
[0029] 3、本發(fā)明測試時間短：所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)已事先取得，通過校準(zhǔn)單元自動實現(xiàn)校準(zhǔn)；
[0030] 4、本發(fā)明測試精度高，因為有一步修調(diào)較正，兩步非線性和溫度的校準(zhǔn)補償，使得 濕度的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0031] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0032] 圖1為本發(fā)明中電容式濕度傳感器芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明在測試方法示意圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明經(jīng)過精確校準(zhǔn)的GoldenSample模擬輸出電壓（Vout)與相對濕度 關(guān)系不意圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明中的模擬輸出電壓（Vout)與相對濕度非線性校準(zhǔn)補償示意圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明中的模擬輸出電壓（Vout)與相對濕度經(jīng)過非線性校準(zhǔn)補償后的示 意圖；
[0037] 圖6為本發(fā)明中的模擬輸出電壓（Vout)與相對濕度的關(guān)系，以及由溫度引起的誤 差不意圖；
[0038] 圖7為本發(fā)明中的模擬輸出電壓（Vout)在不同濕度下的濕度系數(shù)示意圖；
[0039]圖8為本發(fā)明中的傳感器樣品取樣示意圖。
[0040] 圖中：
[0041] 101為溫度傳感器；102為已校準(zhǔn)的濕度傳感器；103為LoadBoard測試子板；104 為待測器件DUT; 105為測量腔；106為LoadBoard測試母板；107為測試機；
[0042] 201為已校準(zhǔn)的濕度傳感器的Vout與相對濕度的對應(yīng)關(guān)系曲線，用于待測器件測 試時的校準(zhǔn)對比；
[0043] 301為Vout輸出電壓在室溫條件下與相對濕度的關(guān)系，其中在低濕、高濕條件下 有明顯的非線性；302為Vout輸出電壓在低濕條件下經(jīng)過非線性校準(zhǔn)后與相對濕度的關(guān) 系；303為Vout輸出電壓在高濕條件下經(jīng)過非線性校準(zhǔn)后與相對濕度的關(guān)系；
[0044] 401為Vout輸出電壓經(jīng)過高濕、低濕條件下非線性校準(zhǔn)后與相對濕度的關(guān)系；402 為Vout輸出電壓經(jīng)過非線性校準(zhǔn)以及精度校準(zhǔn)后與相對濕度的關(guān)系；
[0045] 501為在273. 15開氏度（0攝氏度）條件下，Vout輸出電壓與相對濕度的關(guān)系； 502為在298. 15開氏度（25攝氏度）條件下，Vout輸出電壓與相對濕度的關(guān)系；503為在 323. 15開氏度（50攝氏度）條件下，Vout輸出電壓與相對濕度的關(guān)系；
[0046] 601為溫度誤差校準(zhǔn)前溫度誤差與相對濕度的關(guān)系；602為溫度誤差校準(zhǔn)后溫度 誤差與相對濕度的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0048] 在本實施例中，本發(fā)明提供的濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測試裝置，包括測量 腔、溫度傳感器、已校準(zhǔn)的濕度傳感器、LoadBoard測試子板、LoadBoard測試母板和測試 機；
[0049] 其中，所述溫度傳感器、所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器和所述LoadBoard測試子板設(shè) 置在所述測量腔內(nèi)；所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器和所述溫度傳感器設(shè)置在所述LoadBoard 測試子板上；所述LoadBoard測試母板電連接所述LoadBoard測試子板；所述測試機電連 接所述LoadBoard測試母板；
[0050] 所述測試機，用于產(chǎn)生待測試器件所需的測試信號，以及收集待測試器件產(chǎn)生的 輸出信號；所述LoadBoard測試母板，用于和測試機通訊，接受測試機的測試信號以及發(fā) 送待測試器件產(chǎn)生的輸出信號給測試機；所述測量腔，用于保