濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測(cè)試裝置及測(cè)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(cè) 試裝置及測(cè)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(dòng)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(gè)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(jì)，適合于大批量生產(chǎn)的測(cè)量方法。本測(cè)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(gè)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(hào)轉(zhuǎn) 換成直流電壓信號(hào)，可以輸出一個(gè)和PWM占空比相關(guān)的直流電壓信號(hào)，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(hào)Vout，最后通過ADC把直流電 壓信號(hào)Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，如圖1所示。
[0003] 快速、經(jīng)濟(jì)的要求是指滿足測(cè)試精度的前提下，占用測(cè)試機(jī)臺(tái)、機(jī)械手的時(shí)間短。 本發(fā)明對(duì)測(cè)試機(jī)臺(tái)、機(jī)械手沒有特殊要求，為了營(yíng)造一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的濕度環(huán)境，增加一個(gè) 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(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度（RH)達(dá)到±2%的測(cè)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(shí)間，為了提高測(cè)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(cè)試時(shí)間小于5秒。
[0004] 目前的測(cè)試方法，為了保證精度，需要在多個(gè)濕度條件下測(cè)量，同時(shí)為了矯正溫度 系數(shù)，還需要在多個(gè)溫度條件下測(cè)量，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，比如中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01510114499. 3,名 稱為一種濕度傳感器響應(yīng)時(shí)間測(cè)量裝置及測(cè)量方法的專利申請(qǐng)，需要在兩個(gè)不同的濕度條 件下測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)，另外測(cè)試裝置復(fù)雜，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，不方便用于大批量生產(chǎn)。再比如申請(qǐng) 號(hào)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(qǐng)，雖然不需要在多個(gè)溫度條件下測(cè)試，但是需要在兩個(gè)壓力條件下測(cè)試兩組數(shù) 據(jù)，同樣測(cè)試裝置復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)。又比如中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01180030822. 9,名稱為用于濕度傳 感器測(cè)試方法及其傳感器模塊的專利申請(qǐng)，雖然是在一個(gè)濕度點(diǎn)，一個(gè)溫度點(diǎn)條件下測(cè)試， 但是無(wú)法測(cè)試出精確的相對(duì)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(duì)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(cè)試裝置及測(cè)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(cè)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(lái)保證測(cè)量精 度），兩次校準(zhǔn)補(bǔ)償（非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償），可以快速、經(jīng)濟(jì)的完成濕度傳感器芯片的大 批量生產(chǎn)測(cè)試。
[0006] 本發(fā)明一個(gè)方面提供的濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測(cè)試裝置，包括測(cè)量腔、溫 度傳感器、已校準(zhǔn)的濕度傳感器、LoadBoard測(cè)試子板、LoadBoard測(cè)試母板和測(cè)試機(jī)；
[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(cè)試子板設(shè) 置在所述測(cè)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(cè)試子板上；所述Load Board測(cè)試母板電連接所述Load Board測(cè)試子板；所述測(cè)試機(jī)電連 接所述Load Board測(cè)試母板；
[0008] 所述測(cè)試機(jī)，用于產(chǎn)生待測(cè)試器件所需的測(cè)試信號(hào)，以及收集待測(cè)試器件產(chǎn)生的 輸出信號(hào)；
[0009] 所述LoadBoard測(cè)試母板，用于和測(cè)試機(jī)通訊，接受測(cè)試機(jī)的測(cè)試信號(hào)以及發(fā)送 待測(cè)試器件產(chǎn)生的輸出信號(hào)給測(cè)試機(jī)；
[0010] 所述測(cè)量腔，用于保持待測(cè)試器件在相對(duì)穩(wěn)定的溫濕度條件下；
[0011] 所述LoadBoard測(cè)試子板，用于在相對(duì)穩(wěn)定的溫濕度下采集待測(cè)試器件的輸出信 號(hào)；
[0012] 所述溫度傳感器，用于待測(cè)試器件溫度補(bǔ)償時(shí)的參考溫度；
[0013] 所述已校準(zhǔn)的濕度傳感器，用于待測(cè)試器件的Vout與濕度校準(zhǔn)時(shí)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(duì)待測(cè)試器件的VREF1、CREF進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)。
[0016] 本發(fā)明另一個(gè)方面提供的濕度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測(cè)試方法，采用所述的濕 度傳感器芯片大批量生產(chǎn)的測(cè)試裝置，包括如下步驟：
[0017] 步驟S1:進(jìn)行第一次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，通過測(cè)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(duì)VREF1、CREF進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)；
[0018] 步驟S2 :進(jìn)行第二次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，進(jìn)行非線性補(bǔ)償，將待校準(zhǔn)的濕度傳感器 芯片在測(cè)量腔室內(nèi)的溫度、濕度條件下，根據(jù)第一補(bǔ)償數(shù)據(jù)對(duì)待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯片進(jìn) 行在低濕度RH= 0% -10%和高濕度RH= 90% -100%下進(jìn)行校準(zhǔn)，所述第一補(bǔ)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到；
[0019] 步驟S3 :進(jìn)行第三次修調(diào)校準(zhǔn)，具體為，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯 片在測(cè)量腔室內(nèi)的溫度、濕度條件下根據(jù)第二補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，所述第二補(bǔ)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(shí)測(cè)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(jìn)行待校準(zhǔn)的濕度傳感器芯片的模擬輸出電壓Vout測(cè)試，并與所述已校準(zhǔn) 的濕度傳感器模擬輸出電壓進(jìn)行比較，確認(rèn)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(jī)不同的3個(gè)批次，每一個(gè)批次取25片 晶元片；在每一片晶元片取4個(gè)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(shí)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(wú)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(dá)到恒溫、恒濕 所需要的等待時(shí)間；
[0028] 2、本發(fā)明在單一溫度、濕度條件下進(jìn)行，無(wú)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(jìn)行測(cè)試；
[0029] 3、本發(fā)明測(cè)試時(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)；
[0030] 4、本發(fā)明測(cè)試精度高，因?yàn)橛幸徊叫拚{(diào)較正，兩步非線性和溫度的校準(zhǔn)補(bǔ)償，使得 濕度的測(cè)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(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)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(cè)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(duì)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(duì)濕度非線性校準(zhǔn)補(bǔ)償示意圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明中的模擬輸出電壓（Vout)與相對(duì)濕度經(jīng)過非線性校準(zhǔn)補(bǔ)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(duì)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L(zhǎng)oadBoard測(cè)試子板；104 為待測(cè)器件DUT; 105為測(cè)量腔；106為L(zhǎng)oadBoard測(cè)試母板；107為測(cè)試機(jī)；
[0042] 201為已校準(zhǔn)的濕度傳感器的Vout與相對(duì)濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，用于待測(cè)器件測(cè) 試時(shí)的校準(zhǔn)對(duì)比；
[0043] 301為Vout輸出電壓在室溫條件下與相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)濕度的關(guān)系；
[0046] 601為溫度誤差校準(zhǔn)前溫度誤差與相對(duì)濕度的關(guān)系；602為溫度誤差校準(zhǔn)后溫度 誤差與相對(duì)濕度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)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(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)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(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0048] 在本實(shí)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(cè)試裝置，包括測(cè)量 腔、溫度傳感器、已校準(zhǔn)的濕度傳感器、LoadBoard測(cè)試子板、LoadBoard測(cè)試母板和測(cè)試 機(jī)；
[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(cè)試子板設(shè) 置在所述測(cè)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(cè)試子板上；所述LoadBoard測(cè)試母板電連接所述LoadBoard測(cè)試子板；所述測(cè)試機(jī)電連 接所述LoadBoard測(cè)試母板；
[0050] 所述測(cè)試機(jī)，用于產(chǎn)生待測(cè)試器件所需的測(cè)試信號(hào)，以及收集待測(cè)試器件產(chǎn)生的 輸出信號(hào)；所述LoadBoard測(cè)試母板，用于和測(cè)試機(jī)通訊，接受測(cè)試機(jī)的測(cè)試信號(hào)以及發(fā) 送待測(cè)試器件產(chǎn)生的輸出信號(hào)給測(cè)試機(jī)；所述測(cè)量腔，用于保