[發明專利]一種基于紅外熱學分析的晶圓級氣體傳感器芯片檢測方法

在審

• 申請號: 202210107520.7
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114494211A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 苑振宇;楊帆;孟凡利;李毓東;張津赫
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06N3/04;G06N3/08;G01J5/48
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

一種基于紅外熱學分析的晶圓級氣體傳感器芯片檢測方法，涉及傳感器芯片檢測領域；利用被檢測氣體氧化或還原金屬氧化物半導體表面，導致傳感器電阻值發生變化，輸出電路將傳感器電阻轉換為電壓輸出，實現氣體濃度檢測和類型識別；被檢測氣體與氣敏材料的反應通常需要在200?400℃下進行，半導體式氣體傳感器需要加熱電極為傳感器提供熱量，微熱板式氣體傳感器基于MEMS工藝，通常基于晶圓級芯片制造。每個晶圓表面具有上萬個微熱板芯片，微熱板芯片具有加熱電極，通過對微熱板芯片通電，可以獲得微熱板表面的溫度分布，存在故障的芯片表面會出現過冷，過熱點；結合圖像采集，識別，處理技術，確定故障芯片，進而實現對晶圓級傳感器芯片的檢測。

技術領域

本發明涉及傳感器芯片檢測領域，尤其涉及一種基于紅外熱學分析的晶圓級氣體傳感器芯片檢測方法。

背景技術

氣體傳感器在現代生活中發揮著至關重要的作用，對氣體傳感器的需求與日俱增；傳統的氣體檢測依賴于色譜、光譜；這些方法中使用的儀器體積大、價格高、操作復雜，限制了現場檢測的應用；微納氣體傳感器具有靈敏度高、成本低、便攜性好的優點；微納氣體傳感器廣泛應用于危險化學品檢測、空氣質量監測、人體健康監測、化工生產過程和農業智能系統等領域；在微納氣體傳感器中，基于MEMS工藝的氣體傳感器芯片因其體積小，功耗低，被廣泛應用于氣體檢測領域；對于氣體傳感器檢測芯片，現有方法采用引線鍵合測試，顯微鏡觀察進行芯片質量的篩查，剔除不合格芯片；現有方法效率低，工藝繁瑣，并且在轉移到顯微鏡下觀察時，容易造成芯片污染；

微熱板式氣體傳感器表面涂敷有敏感材料，利用被檢測氣體氧化或還原金屬氧化物半導體表面，導致傳感器電阻值發生變化，輸出電路將傳感器電阻轉換為電壓輸出，實現氣體濃度檢測和類型識別；被檢測氣體與氣敏材料的反應通常需要在200-400℃下進行；因此，半導體式氣體傳感器需要加熱電極為傳感器提供熱量；微熱板式氣體傳感器基于MEMS工藝，通常基于晶圓級芯片制造；每個晶圓表面具有上萬個微熱板芯片，微熱板芯片具有加熱電極，通過對微熱板芯片通電，可以獲得微熱板表面的溫度分布，存在故障的芯片表面會出現過冷，過熱點；結合圖像采集，識別，處理技術，確定故障芯片，進而實現對晶圓級傳感器芯片的檢測。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于紅外熱學分析的晶圓級氣體傳感器芯片檢測方法；

本發明所采取的技術方案是：

一種基于紅外熱學分析的晶圓級氣體傳感器芯片檢測方法，包括以下步驟：

S1：將被檢測的傳感器芯片晶圓固定在卡盤上，卡盤下方連接電機，可以控制卡盤旋轉；隨機選取K個傳感器芯片通過頂針技術進行供電；

S2：使用紅外相機對K個傳感器芯片進行拍攝，通過USB傳輸到上位機中，獲取K張清晰的傳感器芯片表面溫度分布圖像，設定溫度過高值D_high℃及溫度過低值D_low℃，在傳感器芯片表面溫度分布圖像中，選取溫度在D_high℃到D_low℃區間內的的傳感器芯片表面溫度分布圖像取溫度平均值D℃；

S3：根據S2得到的傳感器表面的溫度平均值，設置溫度浮動范圍D_change℃，傳感器正常工作的溫度區間為(D－D_change℃，D+D_change℃)，對S2得到的傳感器芯片表面溫度分布圖像進行標簽處理，分為正常傳感器芯片及異常傳感器芯片，并構建傳感器芯片熱學圖像數據集；

S4：建立傳感器圖像識別卷積神經網絡，傳感器圖像識別卷積神經網絡包括輸入層、卷積層、池化層、全連接層和輸出層，將S3構建的傳感器芯片熱學圖像數據集分為訓練數據集和測試數據集；