CN113866603A - 一种mems压力传感器芯片的圆片级测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于芯片测试领域，具体涉及一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置及测试方法，该测试装置包括测试系统、调压吸盘、移动机构和调压系统，调压吸盘上表面有吸气孔，用于导通不同气压到待测MEMS压力传感器芯片水的敏感膜；待测圆片固定在调压吸盘上表面，并用固定夹、压环、密封环固定密封，保障待测圆片与调压吸盘间不漏气；调压系统自动调节和保持吸盘气压在设定值。在不同的设定气压下测试MEMS压力传感器芯片的输出信号，根据芯片输出值的差值，判断芯片的好坏。本发明适用于量程在0.1～1个大气压的MEMS压力传感器芯片的测试，并且在封装前就剔除不良芯片，或筛选出不同性能的芯片，提高了封装后成品的良率，避免了封装不合格导致的资源浪费。

Description

一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于芯片测试领域，具体涉及一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，以及测试压力传感器芯片的方法。
背景技术
MEMS技术主要是以成熟的电子芯片加工技术为基础，加工微小机械结构，如传感器、致动器等，MEMS器件的优点在于体积小、成本低、可靠性高、功能强大，其中MEMS压力传感器是使用最早、最广泛的MEMS芯片，被广泛应用于工业生产、过程控制、汽车、气象、输气管道、智能建筑、油井、大坝、野外运动装置、医疗设备等等。MEMS压力传感器芯片与信号处理电路、管道接口等封装在一起，组成传感器成品，再通过测试、补偿等工序，才能提供给用户使用，所以MEMS压力传感器成品的最大特点是MEMS芯片占总成本的比例很低，特别是工业级应用的MEMS压力传感器成品，MEMS芯片占总成本约1％～10％，如果MEMS圆片存在异常，封装后的成品良率低，则会导致严重的经济损失，因此，需要在封装前通过圆片级压力动态测试的方法将不良芯片筛选出来，以提高成品的测试良率，降低成本。动态测试就是在敏感膜上施加不同的气压，并读出相应的电学信号输出，判断芯片是否合格。
现有技术中，专利CN211784059U提出了一种采用压缩空气喷射的方法，在待测芯片敏感膜上施加一个临时的压力，测试芯片输出信号。其不足之处在于：1、这个方法只能测量引线PAD和敏感膜在上表面或通气道在上侧的压力传感器芯片(例如压阻式压力传感器)，而对于敏感膜与测试引线PAD不在同一平面方向的产品，不适用这种方法(例如有些电容式和谐振式的压力传感器)；2、只能施加大于1个大气压的气压激励信号；3、压力不稳定，测试出来的结果可信度不高。
专利US9527731B2描述的是一个气压喷嘴头部制作有小密封环，测试时喷嘴、密封环、芯片通气道和敏感膜形成一个小密封腔，对压力传感器芯片施加不同气压，测试芯片输出信号。其不足处在于：1、密封环接触芯片表面，容易玷污芯片；2、只能施加大于1个大气压的气压激励信号；3、只能测量引线PAD和敏感膜在上表面或通气道在上侧的压力传感器芯片。专利US20160116361A1是在专利US9527731B2的基础上的改进技术，即用转接盘固定MEMS压力传感器圆片，转接盘表面与圆片间有一定间隔，转接盘表面制作有一层粘性物质，以防止加气压时因把MEMS芯片的感应膜吹破产生的碎片落到圆片表面影响测试结果。
现有的普通的集成电路圆片级测试装置，如图1所示，待测集成电路圆片10放置在吸盘20上，由吸气架20c托住，吸盘面20a上有吸气孔22，吸气孔22通过真空通道24连接真空管道形成负压，固定待测集成电路圆片10；吸盘20的底部20b固定在移动机构26上，可在水平面内沿X，Y方向移动；测试时PCB板12对准待测集成电路芯片16下降，固定在PCB板12上的探针15接触待测集成电路芯片16的焊盘18，进行电性能测试；一个芯片测试完成后，PCB板12抬起，探针15与焊盘18脱离接触，移动机构26带动吸盘20及圆片10移动一个或几个芯片的位置，探针15对准下一个芯片的焊盘18，重复上述操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种MEMS压力传感器的圆片级测试装置和测试方法，适用于量程在0.1～1个大气压的MEMS压力传感器芯片的测试，并且在封装前就剔除不良芯片，或筛选出不同性能的芯片，提高了封装后成品的良率，避免了封装不合格导致的资源浪费。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，包括测试系统、调压吸盘、移动机构和调压系统，调压吸盘的表面上制作有固定夹、吸气孔、吸盘架和密封槽，密封槽内放置有密封环，密封环对应于待测MEMS压力传感器圆片边缘区域，固定夹用于将待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上，所述的吸气孔通过真空通道连接调压系统；调压系统由软管、调压阀以及连接空气和真空的管道构成，软管连接到调压吸盘的真空通道外侧上，调压系统通过调压阀调节气压；调压吸盘的底部固定在移动机构上，测试系统设置在调压吸盘的上方，所述的测试系统包括PCB板和固定在PCB板上的探针；待测MEMS压力传感器圆片、密封环、吸气孔、真空通道以和调压系统形成一个可调压力的密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节，所述的调压吸盘上设有温度控制器，具有温度调节功能。测试时，PCB板上的探针下降，对准接触待测MEMS压力传感器芯片的焊盘，测试MEMS压力传感器芯片的输出电信号；通过调压系统设置不同的密封腔气压P，重复测试圆片上的每一个MEMS压力传感器芯片，记录电信号值，最后通过计算MEMS压力传感器芯片电信号与不同气压的相互关系，判断MEMS压力传感器芯片是否合格，最后切割测试过的圆片，形成多个MEMS压力传感器芯片，将不合格的MEMS压力传感器芯片剔除，合格的MEMS压力传感器芯片则用于后续生产。
作为本发明的一个实施例，所述的固定夹可以用压环代替，调压吸盘的表面上制作有压环槽，所述的压环安装在压环槽内。测试时，将待测MEMS压力传感器圆片由压环固定在调压吸盘上，待测MEMS压力传感器圆片、密封环、吸气孔、真空通道以及调压系统形成一个密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节。
作为本发明的优化，所述的吸气孔的尺寸与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔尺寸相同，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，吸气孔与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔一一对应。
作为本发明的一个实施例，所述的吸气孔的尺寸明显小于待测MEMS压力传感器芯片的通气孔尺寸，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，每个待测MEMS压力传感器芯片的通气孔至少与一个吸气孔连通。
作为本发明的另一个实施例，所述的吸盘架呈圆柱形，相邻两吸盘架之间形成吸气槽，吸盘架的尺寸明显小于待测MEMS压力传感器芯片背面通气框的宽度，吸气槽的尺寸也明显小于待测MEMS压力传感器芯片背面通气框的宽度，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，每个待测MEMS压力传感器芯片的通气孔至少与一个吸气槽连通。
进一步地，所述的密封槽为圆形，密封槽直径小于待测MEMS压力传感器圆片的直径。
作为本发明的另一个实施例，所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，包括测试系统、普通圆片测试吸盘、移动机构和调压系统，所述的普通圆片测试吸盘的表面制作有吸气孔和吸盘架，所述的吸气孔通过真空通道连接调压系统；调压系统由软管、调压阀以及连接空气和真空的管道构成，软管连接到调压吸盘的真空通道外侧上，调压系统通过调压阀调节气压；调压吸盘的底部固定在移动机构上，测试系统设置在调压吸盘的上方，所述的测试系统包括PCB板和固定在PCB板上的探针；
在普通圆片测试吸盘上通过固定结构固定一个转接盘，转接盘的背面与普通圆片测试吸盘的表面接触；转接盘表面上制作有转接吸气槽、固定夹和转接吸盘架，转接吸气槽与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔对准，转接盘背面与普通圆片测试吸盘的吸盘架之间有转接空腔，待测MEMS压力传感器芯片的通气孔通过转接吸气槽、转接空腔、吸气孔以及真空通道连接调压系统；转接盘的表面和底面都制作有密封槽，密封槽内置密封环，分别对于待测MEMS压力传感器圆片的边缘区域和普通圆片测试吸盘的边缘区域；待测MEMS压力传感器圆片由固定夹固定在转接盘上，待测MEMS压力传感器圆片、密封环、转接吸气槽、转接空腔、吸气孔、真空通道以和调压系统形成一个可调压力的密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节。
测试时，将待测MEMS压力传感器圆片放置在调压吸盘上，圆片上MEMS压力传感器芯片背面的通气孔对准调压吸盘的吸气孔，用固定夹或压环固定，操作调压系统，设置从0.1大气压至1大气压不同的气压值，逐个测试圆片上的每个MEMS压力传感器芯片，记录每个气压值下、每个MEMS压力传感器芯片的电信号输出值，计算出每个MEMS压力传感器芯片的零点、灵敏度、线性度等性能参数。而且调压吸盘具有温度控制功能，可以设定测试温度，在每个设定温度下，再设定不同的真空度，测量每个MEMS压力传感器芯片的信号输出，计算出每个MEMS压力传感器芯片片的输出参数随温度的变化量，判断MEMS压力传感器芯片是否合格，或者根据测试结果进行分档。本发明具有成本低、测试精度高、可测试参数多的优点。
为了解决上述技术问题，本发明还一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试方法，步骤为：
(1)设定一个测试温度T1和一个测试气压P1，先测试MEMS压力传感器圆片上第一个待测MEMS压力传感器芯片，记录该MEMS压力传感器芯片的信号输出V111；然后保持测试温度T1和测试气压P1不变，测试第二个MEMS压力传感器芯片的信号输出V211，……；测试第M个MEMS压力传感器芯片的信号输出Vm11；以此类推，直到测试完圆片上所有的测试MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(2)保持测试温度T1不变，设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V112、V212、……、Vm12；测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V11n、V21n、……、Vm1n；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(3)设定第二个温度T2，设定第一个测试气压P1，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V121、V221、……、Vm21；设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V122、V222、……、Vm22，……，测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V12n、V22n、……、Vm2n；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(4)设定第J个温度Tj，设定第一个测试气压P1，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1j1、V2j1、……、Vmj1；设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1j2、V2j2、……、Vmj2，……，测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1jn、V2jn、……、Vmjn；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(5)以此类推，直到所有设定温度、所有设定气压下，每个待测MEMS压力传感器芯片全部测试完成，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出数据组；
(6)根据获得的每个MEMS压力传感器芯片的信号输出数据组，计算出MEMS压力传感器芯片所需的参数，判断MEMS压力传感器芯片是否合格，或将MEMS压力传感器芯片进行分档；
每个测试温度T下至少有一个测试气压P的设定值为1个大气压。
所述的参数为零点、灵敏度、零点温漂、灵敏度温漂或灵敏度线性度。
本发明特别适用于测量量程在1个大气压左右，电接触焊盘(PAD)在芯片正面，敏感膜在芯片背面的MEMS压力传感器芯片，如用于高度计、气象气压计等产品的MEMS压力传感器芯片。通过本发明的测试方法，在封装前即可得到MEMS压力传感器芯片的零偏、灵敏度、灵敏度非线性、零偏温漂曲线、灵敏度温度曲线等参数，剔除不良芯片，或筛选出不同性能的芯片，提高了封装后成品的良率，避免了封装不合格产品导致的资源和成本浪费。
附图说明
图1是现有的普通的集成电路圆片级测试装置示意图。
图2是待测MEMS压力传感器圆片的俯视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是待测MEMS压力传感器芯片的剖面图。
图5是待测MEMS压力传感器芯片的仰视图。
图6是本发明实施例一的测试装置的剖面图。
图7是本发明实施例一测试装置中调压吸盘的俯视图。
图8是实施例一待测MEMS压力传感器圆片安装后的俯视图。
图9是本发明实施例二的测试装置的剖视图。
图10是本发明实施例二的测试装置的俯视图。
图11是本发明实施例三的测试装置的剖视图。
图12是本发明实施例三的调压吸盘的俯视图。
图13是本发明实施例四的测试装置的剖视图。
图14是本发明实施例四的调压吸盘的俯视图。
图15是本发明实施例五的测试装置的剖视图。
图16是本发明测试方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明待测试的MEMS压力传感器圆片100，如图2所示，多个MEMS压力传感器芯片110通过光刻、刻蚀、氧化、CVD、溅射、掺杂、键合等圆片加工工艺步骤制作在同一块MEMS压力传感器圆片100上，后续通过圆片测试、芯片切割、组装、成品测试等工艺步骤加工成MEMS压力传感器成品。MEMS压力传感器圆片100的定位槽102是圆片加工过程中用于辨识圆片发现的标记，同样用于本发明中MEMS压力传感器圆片100在真空吸盘上的定位。由于MEMS压力传感器芯片110不像集成电路一样是制作在圆片表面的，而是立体加工的，圆片上制作有多个深凹槽，圆片比较脆弱，容易在圆片加工过程中碎裂，所以MEMS压力传感器110在圆片上布图时离圆片边缘105一般需要10微米的间隔，这就是图2中的圆片边缘区域108。图3是MEMS压力传感器圆片100的A-A剖面图，MEMS压力传感器圆片100具有圆片表面100a、圆片底面100b、以及圆片边缘105，圆片底面100b上制作有多个通气孔124，每个MEMS压力传感器芯片110具有至少一个通气孔124。
图4是切割圆片得到的MEMS压力传感器芯片110的剖面图，MEMS压力传感器芯片110中间有一个密封腔112，密封腔112内的气压小于0.01大气压，用于绝压传感器的参考压力；MEMS压力传感器芯片110的上部120与敏感膜116围成一个密封腔112，MEMS检测结构114制作在密封腔112内，将气压转换成电容或谐振频率信号；MEMS压力传感器芯片110的表面110a上制作有金属焊盘118，用于输出芯片电信号；MEMS压力传感器芯片110的下部制作有通气框122，围成至少一个通气孔124。从MEMS压力传感器芯片110的背面110a仰视MEMS压力传感器芯片110，可以看出通气框外侧122a的形状是正方形或长方形，如图5所示，在圆片切割时形成通气框内侧形状，即通气孔124的形状可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形或其他常见的形状。
实施例一
一种MEMS压力传感器芯片圆片级测试装置，如图6、图7所示，包括调压吸盘30、移动机构26、调压系统43，调压吸盘30的表面30a上制作有吸气孔32、吸盘架30c、密封槽36和固定夹40，密封槽36内放置有密封环38；吸气孔32通过真空通道34连接调压系统43；调压系统43由软管42、调压阀45、以及连接空气和真空的管道构成，软管42连接到调压吸盘30的真空通道34外侧34a上，调压系统43通过调压阀45调节气压；调压吸盘30的底部30b固定在移动机构26上。测试时，用固定夹40压住待测MEMS压力传感器圆片100的边缘区域108，将待测MEMS压力传感器圆片100固定在调压吸盘表面30a上，如图8所示，密封环38接触MEMS压力传感器圆片背面边缘区域108，吸气孔32与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔124一一对应，待测MEMS压力传感器芯片背面110b由吸盘架30c托住；MEMS压力传感器圆片100、密封环38、吸气孔32、真空通道34、以及调压系统43形成一个可调压力的密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节。调压吸盘30具有温度调节功能，这是集成电路圆片测试设备的常用功能。
进行测试时，移动机构26带动调压吸盘30和待测MEMS压力传感器圆片100沿水平方向移动，固定在PCB板12上的探针15下降，对准并接触MEMS压力传感器芯片110的金属焊盘118，测试至少一个MEMS压力传感器芯片110的输出电信号，完成一个测试操作；一个测试操作完成后，PCB板12抬起，探针15与金属焊盘118脱离接触，移动机构26带动吸盘30及圆片100移动一个或几个芯片的位置，探针15对准下一个MEMS压力传感器芯片110的金属焊盘118，重复上述操作，直至圆片上的全部MEMS压力传感器芯片测试完成，完成第一轮测试；通过调压系统43设置不同的密封腔气压，重复第一轮的测试操作，记录电信号值，完成第二轮测试；重复测试操作，完成设定的测试操作轮次后，通过计算每个MEMS压力传感器芯片110电信号与不同气压值的相互关系，判断待测MEMS压力传感器芯片110是否合格，最后切割已测试过全部MEMS压力传感器芯片的圆片100，形成多个MEMS压力传感器芯片110，将不合格的MEMS压力传感器芯片110直接剔除，合格的MEMS压力传感器芯片110则用于下一工序。
实施例二
本实施例与实施例一的区别之处在于调压吸盘的结构不同，如图9所示调压吸盘50的表面50a上制作有吸气孔52、吸盘架50c、密封槽56和压环槽54，密封槽56内放置有密封环58，压环槽54内安装有压环51，如图9、图10所示，利用重力、磁力、静电力、弹力中的任何一种力压住待测MEMS压力传感器圆片100。
测试时，用压环51压住包括待测MEMS压力传感器圆片边缘105在内的圆片边缘区域108，将待测MEMS压力传感器圆片100固定在调压吸盘表面50a上；密封环58接触待测MEMS压力传感器圆片100背面边缘区域108，待测MEMS压力传感器芯片110背面由吸盘架50c托住，吸气孔52与待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124一一对应。
实施例三
本实施例与实施例一的区别之处在于吸气孔62的尺寸明显小于待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124的尺寸，如图11、图12所示。
测试时，用固定夹40压住待测MEMS压力传感器圆片100的边缘区域108，将待测MEMS压力传感器圆片100固定在调压吸盘表面60a上，密封环68接触MEMS压力传感器圆片100的背面边缘区域108，待测MEMS压力传感器芯片110背面由吸盘架60c托住，待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124至少连通一个吸气孔62。
实施例四
本实施例与实施例一的区别之处在于调压吸盘的结构不同，调压吸盘70的表面70a上制作有吸气槽72、吸盘架70c、密封槽76和固定夹40，密封槽76内放置有密封环78，所述的吸盘架呈圆柱形，吸气槽72位于相邻的两根吸盘架70c之间，吸气槽72的尺寸明显小于待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124的尺寸，如图13、14所示。
测试时，用固定夹40压住待测MEMS压力传感器圆片100的边缘区域108，将待测MEMS压力传感器圆片100固定在调压吸盘表面70a上，密封环78接触MEMS压力传感器圆片100的背面边缘区域108，待测MEMS压力传感器芯片110背面由圆柱70c托住，待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124至少连通一个吸气槽72。
实施例五
本实施例是将一个转接盘80通过固定结构88固定在普通圆片测试吸盘20上，转接盘80的背面80b与吸盘20的表面20a接触；转接盘表面80a上制作有转接吸气槽82、密封槽86、固定夹40和转接吸盘架80c，转接盘的背面80b也制作有密封槽86，内置密封环88，如图15所示；在待测MEMS压力传感器圆片100通过固定夹40固定在转接吸盘80表面80a上后，待测MEMS压力传感器芯片110背面由转接吸盘架80c托住，待测MEMS压力传感器芯片110的通气孔124至少连通一个转接吸气槽82，通过位于转接盘80背面的转接空腔84、吸气孔22以及真空通道24连接调压系统43；待测MEMS压力传感器圆片100、密封环88、转接吸气槽82、转接空腔84、吸气孔22、真空通道24以及调压系统43形成一个可调气压的密封腔，内部压力可在0.1～1大气压范围内调节。
实施例六
具体实施MEMS压力传感器芯片的圆片级测试时，将待测MEMS压力传感器圆片安装在调压吸盘或转接吸盘上，用固定夹或压环固定，设定调压吸盘的温度为T1，设定测试气压为P1，先测试第一个MEMS压力传感器芯片，得到第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V111；保持温度T1和气压P1不变的条件下，接着测试第二个MEMS压力传感器芯片，得到第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V211，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出信号Vm11，以此类推，直到测试完成整个圆片上的所有MEMS压力传感器芯片，记录所有MEMS压力传感器芯片对应的输出信号；
保持吸盘温度T1不变，设定气压P2，重复上述步骤，得到第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V112，第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V212，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出信号Vm12，以此类推，直到测试完成整个圆片上的所有芯片，记录所有芯片对应的输出值；
以此类推，在T1温度下设定第N个气压值Pn，测得第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V11n，第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V21n，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出信号Vm1n，以此类推，直到测试完成整个圆片上的所有MEMS压力传感器芯片，记录所有MEMS压力传感器芯片对应的输出值；
设定吸盘温度T2，设定气压P1，测试第一个MEMS压力传感器芯片，得到第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V121；保持温度和气压不变，测试第二个MEMS压力传感器芯片，得到第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V221，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出值为Vm21，以此类推，直到测试完成整个圆片上的所有MEMS压力传感器芯片，记录所有MEMS压力传感器芯片对应的输出值；
保持吸盘温度T2，设定气压P2，重复上述步骤，得到第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V122，第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V222，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出信号Vm22；…，以此类推，在T2温度下设定第N个气压值Pn，测得第一个MEMS压力传感器芯片的输出信号V12n，第二个MEMS压力传感器芯片的输出信号V22n，…，第M个MEMS压力传感器芯片的输出信号Vm2n；直到T2温度下所有气压设定值下所有芯片都测试完成；
重复上述操作，测得温度Tj、气压Pn、第M个芯片的输出信号Vmjn(这里m、j、n不限于一位数字)，完成所有待测MEMS压力传感器芯片、所有设定温度、设定气压下的测试后，将吸盘的气压设定为1个大气压，取下圆片；
测试完成后，计算每个MEMS压力传感器芯片的参数，例如计算每个MEMS压力传感器芯片在1个大气压时的输出信号，设为基准值，即零点Z0；计算每个MEMS压力传感器芯片的输出信号随气压变化产生的变化，即灵敏度S；计算输出信号的零点随温度变化产生的漂移，简称零点温漂Z0t，以及计算灵敏度随温度变化产生的漂移，即灵敏度温漂St；将每个MEMS压力传感器芯片的测试参数结果与MEMS压力传感器芯片设计规格进行比较，判断MEMS压力传感器芯片是否合格。
由于测试过程中探针需多次接触MEMS压力传感器芯片的压焊块，压焊块容易损伤，引起后续封装时金线键合可靠性的问题，通常MEMS压力传感器芯片上的压焊块会设计得长一些，其中一部分专门用于圆片级测试。
所述MEM压力传感器芯片的零偏，一般设定为室温时1个大气压下的芯片输出信号为Z01；假如第一次测量时设定温度为室温，设定气压为1个大气压，则第M个芯片的输出信号Vm11＝Z01；室温、气压为Pn时的输出信号为Vm1n，灵敏度Sn＝(Vm1n-Vm11)/(Pn-P1)；不同设定气压下计算的灵敏度S会有一些差异，算出这些灵敏度与拟合直线之间的方差值，就可得到灵敏度的线性度；同理，设定不同温度Tj时1个大气压下测得的Vmj1＝Z0j；MEMS压力传感器芯片的零偏温漂Z0tj＝(Z0j-Z01)/(Tj-T1)；将温度Tj与零偏Z0tj绘制成一张图，不同温度下Z0tj的连线就是零偏温度曲线；相似地，不同温度下的灵敏度Snj的连线就是灵敏度的温度曲线。通过分析这些参数，可以判断MEMS压力传感器芯片是否合格，或者分成不同性能的级别。虽然圆片级芯片测试的精度没有已封装的压力传感器器件测试的精度高，但通过本发明的方法进行圆片级测试，可以得到MEMS压力传感器芯片零偏、灵敏度、灵敏度非线性、零偏温漂曲线、灵敏度温度曲线等参数，剔除不良芯片，或筛选出不同性能的芯片，提高了封装后成品的良率，避免了封装不合格导致的资源浪费。
以上所述仅是本发明的最佳实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明的技术方案进行若干变形或者等同替换，也能达到本发明的技术效果，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：包括测试系统、调压吸盘、移动机构和调压系统，调压吸盘上设有温度控制器，调压吸盘的表面上制作有固定夹、吸气孔、吸盘架和密封槽，密封槽内放置有密封环，所述的吸气孔通过真空通道连接调压系统；调压系统由软管、调压阀以及连接空气和真空的管道构成，软管连接到调压吸盘的真空通道外侧上，调压系统通过调压阀调节气压；调压吸盘的底部固定在移动机构上，测试系统设置在调压吸盘的上方，所述的测试系统包括PCB板和固定在PCB板上的探针；待测MEMS压力传感器圆片、密封环、吸气孔、真空通道以及调压系统共同形成一个可调压力的密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节。
2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：所述的固定夹用压环替代，调压吸盘的表面上制作有压环槽，所述的压环安装在压环槽内。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：所述的吸气孔的尺寸与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔尺寸相同，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，吸气孔与待测MEMS压力传感器芯片的通气孔一一对应。
4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：所述的吸气孔的尺寸小于待测MEMS压力传感器芯片的通气孔尺寸，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，每个待测MEMS压力传感器芯片的通气孔至少与一个吸气孔连通。
5.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：所述的吸盘架呈圆柱形，相邻两吸盘架之间形成吸气槽，吸气槽的尺寸小于待测MEMS压力传感器芯片的通气孔尺寸，在待测MEMS压力传感器圆片固定在调压吸盘上后，每个待测MEMS压力传感器芯片的通气孔至少与一个吸气槽连通。
6.根据权利要求1或2所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，其特征在于：所述的密封槽为圆形，密封槽直径小于待测MEMS压力传感器圆片的直径。
7.一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试装置，包括测试系统、普通圆片测试吸盘，移动机构和调压系统，所述的普通圆片测试吸盘上设有温度控制器，普通圆片测试吸盘的表面制作有吸气孔和吸盘架，所述的吸气孔通过真空通道连接调压系统；调压系统由软管、调压阀以及连接空气和真空的管道构成，软管连接到调压吸盘的真空通道外侧上，调压系统通过调压阀调节气压；调压吸盘的底部固定在移动机构上，测试系统设置在普通圆片测试吸盘的上方，所述的测试系统包括PCB板和固定在PCB板上的探针；
其特征在于：
在普通圆片测试吸盘上通过固定结构固定一个转接盘，转接盘的背面与普通圆片测试吸盘的表面接触；转接盘表面上制作有转接吸气槽、上密封槽、固定夹和转接吸盘架，转接盘的背面制作有下密封槽，上密封槽和下密封槽内都置有密封环，转接盘背面与普通圆片测试吸盘的吸盘架之间有转接空腔；
待测MEMS压力传感器圆片、密封环、转接吸气槽、转接空腔、吸气孔、真空通道以及调压系统形成一个可调压力的密封腔，密封腔内部压力可在0.1～1个大气压范围内调节。
8.一种MEMS压力传感器芯片的圆片级测试方法，其特征在于，步骤为：
(1)设定一个测试温度T1和一个测试气压P1，先测试MEMS压力传感器圆片上第一个待测MEMS压力传感器芯片，记录该MEMS压力传感器芯片的信号输出V111；然后保持测试温度T1和测试气压P1不变，测试第二个MEMS压力传感器芯片的信号输出V211，……；测试第M个MEMS压力传感器芯片的信号输出Vm11；以此类推，直到测试完圆片上所有的测试MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(2)保持测试温度T1不变，设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V112、V212、……、Vm12；测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V11n、V21n、……、Vm1n；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(3)设定第二个温度T2，设定第一个测试气压P1，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V121、V221、……、Vm21；设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V122、V222、……、Vm22，……，测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V12n、V22n、……、Vm2n；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(4)设定第J个温度Tj，设定第一个测试气压P1，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1j1、V2j1、……、Vmj1；设定第二个测试气压P2，逐步测试MEMS压力传感器圆片上所有待测MEMS压力传感器芯片，记录每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1j2、V2j2、……、Vmj2，……，测试第N个设定气压下每个MEMS压力传感器芯片的信号输出分别为V1jn、V2jn、……、Vmjn；以此类推，直到所有需要设定的气压下所有待测MEMS压力传感器芯片全部测试完毕，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出；
(5)以此类推，直到所有设定温度、所有设定气压下，每个待测MEMS压力传感器芯片全部测试完成，获得每个MEMS压力传感器芯片的信号输出数据组；
(6)根据获得的每个MEMS压力传感器芯片的信号输出数据组，计算出MEMS压力传感器芯片所需的参数，判断MEMS压力传感器芯片是否合格，或将MEMS压力传感器芯片进行分档；
每个测试温度T下至少有一个测试气压P的设定值为1个大气压。
9.根据权利要求8所述的MEMS压力传感器芯片的圆片级测试方法，其特征在于：所述的参数为零点、灵敏度、零点温漂、灵敏度温漂或灵敏度线性度。
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