CN111562484A - 一种红外热电堆芯片的检测方法及检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种红外热电堆芯片的检测方法及检测设备，通过对红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，红外吸收区吸收红外辐射并将热量传导至热电堆热偶，热偶产生电压，随即通过源表获得芯片实际输出电压值；将芯片实际输出电压值与设计输出电压值的差值与设计阈值进行比较，若差值小于或等于设计阈值，判断红外热电堆芯片合格。该检测方法可以同时判断热电堆热偶是否相互导通及红外吸收区红外响应性能是否合格，从而有效提高了红外热电堆芯片的检测效率及准确性，提供了一种红外热电堆芯片检测的新方法。

Description

一种红外热电堆芯片的检测方法及检测设备
技术领域
本发明涉及红外热电堆传感器领域，具体涉及一种红外热电堆芯片的检测方法及检测设备。
背景技术
微机械红外热电堆产品由于相对较高的响应率、较短的响应时间、无需偏置电压、制作成本较低等优点常被用于非接触红外测温领域。其制备方法通常是采用与CMOS兼容的MEMS工艺路线在晶圆上通过半导体芯片工艺加工制备出数万颗芯片。一般工艺制程为微納级，在制备过程中由于工艺波动等因素，芯片会存在性能差异，甚至次品或坏品。因此在制备工艺结束后都会对其进行电性能测试，以在封装中剔除不合格芯片。
目前常用的电性能测试方法为：将两探针的一端分别与芯片的两测试电极连接，两探针的另一端与源表连接，通过I-V测试方法计算芯片电阻值，并对比电阻值与设计值大小以判断芯片是否合格。然而通过测试芯片电阻值，仅能确定热电堆热偶互相导通工艺合格，对于芯片在深硅刻蚀工艺中出现工艺波动造成刻蚀不够或者过刻，对芯片红外响应性能造成一定影响，是无法从I-V测试阻值R中发现的，导致不能确定该芯片的红外响应性能是否合格。如果封装后才发现芯片红外响应性能不合格，会使封装效率低、成本高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有红外热电堆芯片的电性能测试方法无法确定芯片的红外响应性能是否合格的缺陷，从而提供一种红外热电堆芯片的检测方法及检测设备。
为此,本发明一种红外热电堆芯片的检测方法，包括以下步骤：
将红外热电堆芯片与源表连接；
对所述红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，所述源表获得红外热电堆芯片的实际输出电压值；
将所述实际输出电压值与所述设计输出电压值求差值，获取差值；
判断所述差值与设计阈值之间的大小；
若所述差值小于或等于所述设计阈值，判断所述红外热电堆芯片合格。
进一步地，在所述“将红外热电堆芯片与源表连接”步骤中，包括：将探针台的探针与红外热电堆芯片的测试电极连接，并将探针台的导线与源表连接，以使红外热电堆芯片的测试电极与源表连接。
进一步地，所述红外热电堆芯片的检测方法还包括，使用喷墨枪对不合格的红外热电堆芯片进行喷墨标记，以在封装过程中剔除该红外热电堆芯片。
进一步地，所述红外辐射的光源面积与红外吸收区的面积比0.001-100000。
进一步地，所述红外辐射的光强度为1mW/cm2-10000mW/cm2。
进一步地，所述红外辐射的波长为0.7-500μm，所述红外辐射为单波长红外光源或连续宽谱带光源。
本发明还提供一种红外热电堆芯片检测设备，包括：
探针台及源表，所述探针台包括样品台、两探针及分别与所述探针连通的两导线，其中样品台用以放置具有若干待测红外热电堆芯片的热电堆圆晶，所述探针用于与红外热电堆芯片的测试电极连接，所述导线用于与源表连接；
微红外光源，设置于所述待测红外热电堆芯片的上方，用以施加红外辐射。
进一步地，所述红外热电堆芯片检测设备还包括喷墨枪，设置于所述待测红外热电堆芯片的上方，用于对不合格的红外热电堆芯片进行标记。
进一步地，所述红外热电堆芯片检测设备还包括位移装置，与所述样品台连接，用以驱动所述样品台进行移动。
进一步地，所述位移装置为步进电机或伺服电机。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的红外热电堆芯片的检测方法，通过对所述红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，红外吸收区吸收红外辐射并将热量传导至热电堆热偶，热偶中靠近红外吸收区一端的温度较高形成热端，远离红外吸收区的一端温度较低形成冷端，在冷热端温差作用下热偶产生电压，随即源表获得红外热电堆芯片的实际输出电压值；将芯片实际输出电压值与设计输出电压值的差值与设计阈值进行比较，若所述差值小于或等于所述设计阈值，判断所述红外热电堆芯片合格，若差值大于设计阈值，则所述红外热电堆芯片检测不合格。该检测方法一方面依赖于热电堆热偶的互相导通，另一方面依赖于红外吸收区良好的红外响应性能，因此，该检测方法可以同时判断热电堆热偶是否相互导通及红外吸收区红外响应性能是否合格，从而有效提高了红外热电堆芯片的检测效率及准确性，提供了一种红外热电堆芯片检测的新方法。
2.本发明提供的红外热电堆芯片检测设备，包括微红外光源、源表及探针台，将具有若干待测红外热电堆芯片的热电堆圆晶置于所述探针台的样品台上，探针台的探针与红外热电堆芯片的测试电极连接，探针台的导线与源表连接，使探针与源表实现电连接，通过微红外光源对待测红外热电堆芯片的红外吸收区施加热辐射，使热电堆热偶产生电压，该电压由测试电极输出，并经探针及导线显示在源表中，从而获得芯片实际输出电压值，用以判断红外热电堆芯片是否合格，以避免对不合格芯片进行封装，在提高了封装效率的同时，降低了封装成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中红外热电堆芯片的检测方法的流程图；
图2是本发明实施例1中红外热电堆芯片的检测方法的示意图；
附图标记：
1-热电堆圆晶；11-红外热电堆芯片；111-衬底；112-支撑层；113-热电堆组件；114-红外吸收区；115-测试电极；2-微红外光源；3-源表；4-探针台。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-图2所示，本实施例提供一种红外热电堆芯片的检测方法，包括以下步骤：
S11，将红外热电堆芯片与源表连接；
本实施例中，源表自身可以对电压、电流和电阻进行测试，其可以是现有技术中常见的吉时利源表等；
作为一个具体的实施方式，将探针台的探针与红外热电堆芯片的测试电极连接，并将探针台的导线与源表连接，以使红外热电堆芯片的测试电极与源表连接；
作为变型，还可以采用其他方式将导线与源表进行连接，如将导线直接焊接在探针台上，只要能够实现探针台与源表之间完成电连接即可。
S12，对红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，源表获得红外热电堆芯片的实际输出电压值；
具体地，红外辐射的光源面积与红外吸收区的面积比0.001-100000，红外辐射的光强度为1mW/cm2-10000mW/cm2，波长为0.7-500μm，红外辐射为单波长红外光源或连续宽谱带光源。红外吸收区对红外光谱较为敏感，偏低的光强的红外辐射即可被红外吸收区吸收，近红外光(波长0.7μm至2.5μm)、中红外光(波长2.5μm至25μm)及远红外光(波长25μm至500μm)均可被红外吸收区吸收,因此较宽范围的光强和波长的红外辐射均适用于该检测方法，同时也使红外辐射源的选择范围更大，便于检测设备的选购与搭建，继而有利于检测过程的正常进行。
S13，将实际输出电压值与设计输出电压值求差值，获取差值；
S14，判断差值与设计阈值之间的大小，若差值小于或等于设计阈值，判断红外热电堆芯片合格，若差值大于设计阈值，则红外热电堆芯片检测不合格。
其中，设计电压Vd由以下公式得到：
Vd＝kN(α1-α2)Tdiff
k为由红外光源波长和光源面积与吸收区面积比决定的系数，N为热电堆热偶对数，α1-α2为组成热电堆两种材料的塞贝克系数差，Tdiff为热电堆冷热端温度差。
上述红外热电堆芯片的检测方法，通过对红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，红外吸收区吸收红外辐射并将热量传导至热电堆热偶，热偶中靠近红外吸收区一端的温度较高形成热端，远离红外吸收区的一端温度较低形成冷端，在冷热端温差作用下热偶产生电压，随即源表获得红外热电堆芯片的实际输出电压值；将芯片实际输出电压值与设计输出电压值的差值与设计阈值进行比较，若差值小于或等于设计阈值，判断红外热电堆芯片合格，若差值大于设计阈值，则红外热电堆芯片检测不合格。该检测方法一方面依赖于热电堆热偶的互相导通，另一方面依赖于红外吸收区良好的红外响应性能，因此，该检测方法可以同时判断热电堆热偶是否相互导通及红外吸收区红外响应性能是否合格，从而有效提高了红外热电堆芯片的检测效率及准确性，提供了一种红外热电堆芯片检测的新方法。同时，上述检测方法可以筛选晶圆中不合格的芯片，避免对不合格的芯片进行封装，在提高了封装效率的同时，降低了封装成本。
作为一种优选的实施方式，在红外热电堆芯片的检测方法中还可使用喷墨枪对不合格的红外热电堆芯片进行喷墨标记，避免对该红外热电堆芯片的封装，提高封装效率并降低成本。具体的，在检测过程中，判断某一红外热电堆芯片不合格后，喷墨枪立即对其标记。
实施例2
本实施例提供一种红外热电堆芯片检测设备，可用于实施例1中提供的红外热电堆芯片的检测方法中，红外热电堆芯片检测设备包括探针台4、源表3及微红外光源2。
探针台4包括样品台、两探针及分别与探针连通的两导线，其中样品台用以放置具有若干待测红外热电堆芯片11的热电堆圆晶，探针用于与红外热电堆芯片的测试电极115连接，导线用于与源表3连接；其中，如图2所示，红外热电堆芯片11包括衬底111及层叠设置于其表面的支撑层112，支撑层背离衬底的表面设置第一设置区和第二设置区，第一设置区内设置热电堆组件113，热电堆组件113的两端分别设置有测试电极115，热电堆组件113包括串联设置的若干对热电堆热偶，第二设置区内设置红外吸收层，红外吸收层与热电堆组件113接触以实现两者热连通，热电堆组件113与红外吸收层的上方还设置有保护层(图中未示出)。
微红外光源2设置于待测红外热电堆芯片11的上方，用以施加红外辐射，在微红外光源2上连接有电源，适于为其进行供能；
上述红外热电堆芯片检测设备，通过微红外光源对待测红外热电堆芯片的红外吸收区施加热辐射，使热电堆热偶产生电压，该电压由测试电极输出，并经探针及导线显示在源表中，从而获得芯片实际输出电压值，用以判断红外热电堆芯片是否合格，以避免对不合格芯片进行封装，在提高了封装效率的同时，降低了封装成本。
作为一种优选的实施方式，探针台还包括位移装置，与样品台连接，用以驱动样品台进行移动，从而依次对各个红外热电堆芯片11进行检测。位移装置可以为步进电机或伺服电机。作为一种具体的实施方式，热电堆圆晶1放置在样品台上，样品台与一位移装置连接，探针台的导线与源表3连接，探针台的探针设置在样品台上固定的待检测区域上，微红外光源2设置于待检测区域上方。通过调节位移装置驱动样品台移动，从而调节了热电堆圆晶1与探针的相对位置，使热电堆圆晶1上的待测红外热电堆芯片11进入待检测区域，且使其测试电极与探针连通，由此对红外热电堆芯片11进行检测；当该芯片检测完成后，继续调节位移装置，使下一待测红外热电堆芯片11进入待检测区域，且使其测试电极与探针连通，继而实现了对热电堆圆晶1上各个红外热电堆芯片11的依次检测。需要理解的是，探针台不设置位移装置时，也可通过手动移动样品台实现对热电堆圆晶1上各个红外热电堆芯片11的依次检测。
作为一种优选的实施方式，红外热电堆芯片检测设备还包括喷墨枪，设置于待测红外热电堆芯片11的上方，用于对不合格的红外热电堆芯片11进行标记，以剔除不合格的红外热电堆芯片11，从而避免对其进行封装。
需要理解的是，本实施例提供的红外热电堆芯片检测设备不开启微红外光源2时，可进行常规电阻测试以仅确定热电堆热偶互相导通工艺是否合格。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将红外热电堆芯片与源表连接；
对所述红外热电堆芯片的红外吸收区施加红外辐射，所述源表获得红外热电堆芯片的实际输出电压值；
将所述实际输出电压值与设计输出电压值求差值，获取差值；
判断所述差值与设计阈值之间的大小；
若所述差值小于或等于所述设计阈值，判断所述红外热电堆芯片合格。
2.根据权利要求1所述的红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，在所述“将红外热电堆芯片与源表连接”步骤中，包括：将探针台的探针与红外热电堆芯片的测试电极连接，并将探针台的导线与源表连接，以使红外热电堆芯片的测试电极与源表连接。
3.根据权利要求1或2所述的红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，还包括，使用喷墨枪对不合格的红外热电堆芯片进行喷墨标记，以在封装过程中剔除该红外热电堆芯片。
4.根据权利要求1或2所述的红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，所述红外辐射的光源面积与红外吸收区的面积比0.001-100000。
5.根据权利要求1或2所述的红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，所述红外辐射的光强度为1mW/cm2-10000mW/cm2。
6.根据权利要求1或2所述的红外热电堆芯片的检测方法，其特征在于，所述红外辐射的波长为0.7-500μm，所述红外辐射为单波长红外光源或连续宽谱带光源。
7.一种红外热电堆芯片检测设备，其特征在于，包括：
探针台及源表，所述探针台包括样品台、两探针及分别与所述探针连通的两导线，其中样品台用以放置具有若干待测红外热电堆芯片的热电堆圆晶，所述探针用于与红外热电堆芯片的测试电极连接，所述导线用于与源表连接；
微红外光源，设置于所述待测红外热电堆芯片的上方，用以施加红外辐射。
8.根据权利要求7所述的红外热电堆芯片检测设备，其特征在于，还包括喷墨枪，设置于所述待测红外热电堆芯片的上方，用于对不合格的红外热电堆芯片进行标记。
9.根据权利要求7或8所述的红外热电堆芯片检测设备，其特征在于，还包括位移装置，与所述样品台连接，用以驱动所述样品台进行移动。
10.根据权利要求9所述的红外热电堆芯片检测设备，其特征在于，所述位移装置为步进电机或伺服电机。
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