湿度传感器芯片大批量生产的测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及湿度传感器芯片，具体地，涉及一种湿度传感器芯片大批量生产的测 试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002] 湿度作为基础的物理量之一，在工业、农业、医疗领域的生产活动以及人们的生活 中需要采集，而湿度传感器芯片作为湿度采集的重要手段，在包括个人电脑、通讯、医疗健 康等领域有着广阔的应用前景。特别是随着物联网、可穿戴设备以及智能家居的兴起，迫切 需要一种快速、经济，适合于大批量生产的测量方法。本测试方法基于湿敏电容Cx和湿度 有定量的函数关系，其中湿敏电容cx和电阻Ri构成谐振电路，产生谐振频率fx，和一个电容 CREF、电阻私构成的参考谐振电路产生的谐振频率fREF相比较，产生PWM波形，其中Rρ私有 固定的比例关系，PWM波形的占空比与Af= (fx-fREF)相关，通过低通滤波器把PWM信号转 换成直流电压信号，可以输出一个和PWM占空比相关的直流电压信号，再通过合适的增益 以及输入、输出阻抗调整，变成和Cx直接相关的直流电压信号Vout，最后通过ADC把直流电 压信号Vout转换成数字信号输出，如图1所示。
[0003] 快速、经济的要求是指满足测试精度的前提下，占用测试机台、机械手的时间短。 本发明对测试机台、机械手没有特殊要求，为了营造一个相对稳定的湿度环境，增加一个 Chamber(不要求专业的湿度Chamber)，Chamber内的湿度不要求恒定湿度，如图2所示。 本发明人使用此方法可以实现相对湿度（RH)达到±2%的测试精度，由于湿度传感器芯 片的湿敏材料吸收水汽和释放水汽需要一定的平衡时间，为了提高测量效率，每次置放在 Chamber中的DUT数量可以是多颗，比如8颗，这样单颗芯片平均测试时间小于5秒。
[0004] 目前的测试方法，为了保证精度，需要在多个湿度条件下测量，同时为了矫正温度 系数，还需要在多个温度条件下测量，测试时间长，比如中国申请号为201510114499. 3,名 称为一种湿度传感器响应时间测量装置及测量方法的专利申请，需要在两个不同的湿度条 件下测量两组数据，另外测试装置复杂，测试时间长，不方便用于大批量生产。再比如申请 号为03800112. 8,名称为湿度传感器校准方法和装置及具有可校准湿度传感器的传感装置 的专利申请，虽然不需要在多个温度条件下测试，但是需要在两个压力条件下测试两组数 据，同样测试装置复杂，耗时长。又比如中国申请号为201180030822. 9,名称为用于湿度传 感器测试方法及其传感器模块的专利申请，虽然是在一个湿度点，一个温度点条件下测试， 但是无法测试出精确的相对湿度数据，只能定性的判断湿度传感器工作是否正常。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种湿度传感器芯片大批量生产的 测试装置及测试方法。在工厂生产环境任一温度、任一湿度条件下，使用常用的测试设备， 包括Tester、Handler，可以在满足精度的前提下，通过一次Trimming(用来保证测量精 度），两次校准补偿（非线性补偿和温度补偿），可以快速、经济的完成湿度传感器芯片的大 批量生产测试。
[0006] 本发明一个方面提供的湿度传感器芯片大批量生产的测试装置，包括测量腔、温 度传感器、已校准的湿度传感器、LoadBoard测试子板、LoadBoard测试母板和测试机；
[0007] 其中，所述温度传感器、所述已校准的湿度传感器和所述Load Board测试子板设 置在所述测量腔内；所述已校准的湿度传感器和所述温度传感器设置在所述Load Board 测试子板上；所述Load Board测试母板电连接所述Load Board测试子板；所述测试机电连 接所述Load Board测试母板；
[0008] 所述测试机，用于产生待测试器件所需的测试信号，以及收集待测试器件产生的 输出信号；
[0009] 所述LoadBoard测试母板，用于和测试机通讯，接受测试机的测试信号以及发送 待测试器件产生的输出信号给测试机；
[0010] 所述测量腔，用于保持待测试器件在相对稳定的温湿度条件下；
[0011] 所述LoadBoard测试子板，用于在相对稳定的温湿度下采集待测试器件的输出信 号；
[0012] 所述温度传感器，用于待测试器件温度补偿时的参考温度；
[0013] 所述已校准的湿度传感器，用于待测试器件的Vout与湿度校准时的参考。
[0014] 优选地，还包括校准单元；
[0015] 所述校准单元用于对待测试器件的VREF1、CREF进行相应的校准。
[0016] 本发明另一个方面提供的湿度传感器芯片大批量生产的测试方法，采用所述的湿 度传感器芯片大批量生产的测试装置，包括如下步骤：
[0017] 步骤S1:进行第一次修调校准，具体为，通过测量待校准的湿度传感器芯片的模 拟输出电压Vout和所述已校准的湿度传感器模拟输出电压比较，得到VREF1、CREF的需要 校准数据，根据所述需要校准数据对VREF1、CREF进行相应的校准；
[0018] 步骤S2 :进行第二次修调校准，具体为，进行非线性补偿，将待校准的湿度传感器 芯片在测量腔室内的温度、湿度条件下，根据第一补偿数据对待校准的湿度传感器芯片进 行在低湿度RH= 0% -10%和高湿度RH= 90% -100%下进行校准，所述第一补偿数据为 根据多颗湿度传感器芯片在低湿度RH= 0% -10%和高湿度RH= 90% -100%下模拟输出 电压Vout的实测数据拟合得到；
[0019] 步骤S3 :进行第三次修调校准，具体为，进行温度补偿，将待校准的湿度传感器芯 片在测量腔室内的温度、湿度条件下根据第二补偿数据进行校准，所述第二补偿数据为根 据多颗湿度传感器芯片在温度与湿度之间的关系实测数据拟合得到。
[0020] 优选地，所述步骤1之后还包括如下步骤：
[0021] -再次进行待校准的湿度传感器芯片的模拟输出电压Vout测试，并与所述已校准 的湿度传感器模拟输出电压进行比较，确认校准结果。
[0022] 优选地，所述多颗湿度传感器芯片取自随机不同的3个批次，每一个批次取25片 晶元片；在每一片晶元片取4个湿度传感器芯片。
[0023] 优选地，还包括如下步骤：
[0024] -重复步骤S1至S3。
[0025]优选地，所述第一次修调校准、所述第二次修调校准、所述第三次修调校准均通过 模拟到数字转换之后的校准单元模块里的预存数据实现。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0027] 1、本发明无需恒温、恒湿条件，不需要复杂的辅助设备，也节约了达到恒温、恒湿 所需要的等待时间；
[0028] 2、本发明在单一温度、湿度条件下进行，无需不同温度间、不同湿度间切换，在生 产环境的温度、湿度条件下即可进行测试；
[0029] 3、本发明测试时间短：所有校准数据已事先取得，通过校准单元自动实现校准；
[0030] 4、本发明测试精度高，因为有一步修调较正，两步非线性和温度的校准补偿，使得 湿度的测量结果更加准确。
【附图说明】
[0031] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0032] 图1为本发明中电容式湿度传感器芯片结构示意图；
[0033] 图2为本发明在测试方法示意图；
[0034] 图3为本发明经过精确校准的GoldenSample模拟输出电压（Vout)与相对湿度 关系不意图；
[0035] 图4为本发明中的模拟输出电压（Vout)与相对湿度非线性校准补偿示意图；
[0036] 图5为本发明中的模拟输出电压（Vout)与相对湿度经过非线性校准补偿后的示 意图；
[0037] 图6为本发明中的模拟输出电压（Vout)与相对湿度的关系，以及由温度引起的误 差不意图；
[0038] 图7为本发明中的模拟输出电压（Vout)在不同湿度下的湿度系数示意图；
[0039]图8为本发明中的传感器样品取样示意图。
[0040] 图中：
[0041] 101为温度传感器；102为已校准的湿度传感器；103为LoadBoard测试子板；104 为待测器件DUT; 105为测量腔；106为LoadBoard测试母板；107为测试机；
[0042] 201为已校准的湿度传感器的Vout与相对湿度的对应关系曲线，用于待测器件测 试时的校准对比；
[0043] 301为Vout输出电压在室温条件下与相对湿度的关系，其中在低湿、高湿条件下 有明显的非线性；302为Vout输出电压在低湿条件下经过非线性校准后与相对湿度的关 系；303为Vout输出电压在高湿条件下经过非线性校准后与相对湿度的关系；
[0044] 401为Vout输出电压经过高湿、低湿条件下非线性校准后与相对湿度的关系；402 为Vout输出电压经过非线性校准以及精度校准后与相对湿度的关系；
[0045] 501为在273. 15开氏度（0摄氏度）条件下，Vout输出电压与相对湿度的关系； 502为在298. 15开氏度（25摄氏度）条件下，Vout输出电压与相对湿度的关系；503为在 323. 15开氏度（50摄氏度）条件下，Vout输出电压与相对湿度的关系；
[0046] 601为温度误差校准前温度误差与相对湿度的关系；602为温度误差校准后温度 误差与相对湿度的关系。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0048] 在本实施例中，本发明提供的湿度传感器芯片大批量生产的测试装置，包括测量 腔、温度传感器、已校准的湿度传感器、LoadBoard测试子板、LoadBoard测试母板和测试 机；
[0049] 其中，所述温度传感器、所述已校准的湿度传感器和所述LoadBoard测试子板设 置在所述测量腔内；所述已校准的湿度传感器和所述温度传感器设置在所述LoadBoard 测试子板上；所述LoadBoard测试母板电连接所述LoadBoard测试子板；所述测试机电连 接所述LoadBoard测试母板；
[0050] 所述测试机，用于产生待测试器件所需的测试信号，以及收集待测试器件产生的 输出信号；所述LoadBoard测试母板，用于和测试机通讯，接受测试机的测试信号以及发 送待测试器件产生的输出信号给测试机；所述测量腔，用于保