CN116202656A - 一种用于半导体温度传感器批量校准的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体温度传感器批量校准的方法和系统，所述方法包括获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据；根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据‑输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据‑输出温度数据曲线得到拟合校准系数；将所述拟合校准系数与预存的不同阶数的温度校准系数进行比对；以及响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。根据本发明的方案，解决了目前温度传感器芯片校准方式效率低的问题。

Description

一种用于半导体温度传感器批量校准的方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及传感器校正技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于半导体温度传感器批量校准的方法和系统。

背景技术

现有大多半导体温度传感器都是采用CMOS工艺的传感器，其精度等容易受半导体工艺制作偏差影响、晶圆光照均匀性的影响和封装的工艺等多方面的影响。为了达到更高的设计精度，封装后的部分芯片需要筛选以及参数校准。由于现有的半导体温度传感器芯片的需求量较大，随着产量的增加，也为大批量的传感器芯片的校准带来了挑战。现有大部分温度校准方法主要是通过高精度采集装置读取芯片阻值，或厂家交于第三方进行检验，不适合批量芯片的温度校准，即使有量产的方法，这样方法产能比较低效，整体的成本比较高，而且校准的精度的一致性不容易控制，现有大部分的温度校准的算法比较单一固定。

基于此，如何获取一种适用于批量芯片校准的方法，对于提高产能、降低芯片生产成本具有重要作用。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过获取温度传感器芯片从低温到高温的测试数据，并与预存的标准数据进行比对，从而确定用于校准的温度校准系数，实现了对温度传感器芯片的批量校准，有效提升了温度传感器芯片的生产效率。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。

在第一方面中，本发明提供了一种用于半导体温度传感器批量校准的方法，包括：获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据；根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数；将所述拟合校准系数与预存的不同阶数的温度校准系数进行比对；以及响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

在一个实施例中，所述预存的不同阶数的温度校准系数的获取方式包括：获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数；对所述不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

在一个实施例中，所述获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数包括：获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据；根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

在一个实施例中，所述获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据包括：设置每个温度点的采样点数；根据所述采样点数对每个待测传感器芯片表面的温度进行采样；响应于所述待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

在一个实施例中，所述方法还包括：当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线是否匹配；响应于所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线匹配，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

在第二方面中，本发明还提供了一种用于半导体温度传感器批量校准的系统，包括：服务器，其存储有海量的不同阶数的温度校准系数；温度采集装置，其包括多个温度传感器，每个温度传感器贴设于每个待测传感器芯片，用于批量采集待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据；校准装置，其分别与每个待测传感器芯片连接，用于获取从低温到高温时所述待测传感器芯片的输出温度数据，以及向所述待测传感器芯片写入校准值；控制装置，其与所述温度采集装置、服务器和校准装置连接，用于：获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据；根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数；将所述拟合校准系数与所述不同阶数的温度校准系数进行比对；响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

在一个实施例中，所述服务器还用于：获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数；对所述不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

在一个实施例中，所述获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数包括：获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据；根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

在一个实施例中，所述温度采集装置用于：设置每个温度点的采样点数；所述温度传感器根据所述采样点数对所述待测传感器芯片表面的温度进行采样；响应于所述待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

在一个实施例中，所述控制装置还用于：当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线是否匹配；响应于所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线匹配，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

根据本发明的方案，可以通过二阶曲线拟合的方式拟合计算得到温度传感器芯片的系数，并通过与预存的温度校准系数进行比对，能够实现更加准确的温度传感器芯片校准。同时通过这种方式能够实现对多传感器芯片的批量校准，温度数据采集方式简单，有效提升了生产效率。进一步，本发明中预存的温度校准系数还可以通过服务器进行存储，随着数据样本的增加，拟合的曲线也越准确，服务器中存储的温度校准系数也更准确，有效提升了温度传感器芯片校准过程的准确性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是显示为本发明实施例中用于半导体温度传感器批量校准的方法的流程图；

图2是显示为本发明实施例中温度校准系数的获取方法的流程图；

图3是显示为本发明实施例中温度采样过程的流程图；

图4是显示为本发明实施例中用于半导体温度传感器批量校准的系统的示意图；

图5是显示为本发明实施例中采集温度信息的两个恒温槽的示意图；

图6是显示为本发明实施例中多个测试单元中进行温度采集和校准的示意图；

图7是显示为本发明的实施例的温度采集装置和校准装置进行采集和校正的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

图1是示意性示出根据本发明的实施例的用于半导体温度传感器批量校准的方法的流程图。

如图1所示，在步骤S101处，获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据。在一些实施例中，可以通过设置多个测试单元的方式，实现对多个待测传感器芯片的批量处理。每个测试单元中可以包括一个高精度的温度传感器和一个待测传感器芯片，将该待测传感器芯片紧贴于高精度的温度传感器设置，以实现准确的采集。采集从低温到高温的温度变化数据时，可以通过快速将待测单元从低温环境中放入高温环境中，并对该待测传感器在高温环境中温度的变化过程进行监测来实现。

在步骤S102处，根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数。在一些实施例中，本方案中可以通过监测的温度变化数据和输出温度数据拟合二阶曲线，从而有效减小数据分析过程的复杂度，提升拟合校准系数的准确性。

在步骤S103处，将拟合校准系数与预存的不同阶数的温度校准系数进行比对。

在步骤S104处，响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

进一步，当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与温度校准系数对应的标准曲线是否匹配。当温度变化数据-输出温度数据曲线与温度校准系数对应的标准曲线匹配时，将拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

图2是示意性示出根据本发明的实施例的温度校准系数的获取方法的流程图。

在一些实施例中，上述预存的不同阶数的温度校准系数的获取方式包括：首先，获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数。然后，对所述不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

具体地，在步骤S201处，获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据。

在步骤S202处，根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

在步骤S203处，对不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

图3是示意性示出根据本发明的实施例的温度采样过程的流程图。

如图3所示，在步骤S301处，设置每个温度点的采样点数。

在步骤S302处，根据采样点数对每个待测传感器芯片表面的温度进行采样。在一些实施例中，可以设置采样点数为200，例如可以每隔1℃进行200次采样。

在步骤S303处，响应于待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

图4是示意性示出根据本发明的实施例的用于半导体温度传感器批量校准的系统的示意图。

如图4所示，在本发明的第二方面中还提供了一种用于半导体温度传感器批量校准的系统。该系统可以包括服务器、温度采集装置、控制装置和校准装置。

其中服务器中存储有海量的不同阶数的温度校准系数。温度采集装置可以包括多个温度传感器，每个温度传感器贴设于每个待测传感器芯片，用于批量采集待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，可以理解的是该温度传感器的精度必然高于待测传感器芯片。在一些实施例中，所述温度采集装置用于：设置每个温度点的采样点数；所述温度传感器根据所述采样点数对所述待测传感器芯片表面的温度进行采样；响应于所述待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

校准装置分别与每个待测传感器芯片连接，用于获取从低温到高温时所述待测传感器芯片的输出温度数据，以及向待测传感器芯片写入校准值。

控制装置可以与上述温度采集装置、服务器和校准装置连接，并且配置成用于获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及待测传感器芯片的输出温度数据；根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数；将所述拟合校准系数与所述不同阶数的温度校准系数进行比对；响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

在一些实施例中，上述控制装置还用于：当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线是否匹配；响应于所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线匹配，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

在一些实施例中，上述服务器还用于：获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数。然后对不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

在一些实施例中，服务器获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数时，可以获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据。然后根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

与其它的温度校准方法对比，随着生产校准芯片增多，数据样本采样的越多，拟合的曲线越来越精准，拟合计算温度芯片的系数精度越来越高，由于数据样本的足够多，温度曲线的拟合算法可以与其它的算法组合应用，通过之前多阶拟合方式变成简单可控二阶拟合试，这样校准的时间越短，生产效率提高，成本较低，一般校准温度传感器类似的芯片需要耗时比较长，大大节省了校准时间。

图5是示意性示出根据本发明的实施例的采集温度信息的两个恒温槽的示意图。图6是示意性示出根据本发明的实施例的多个测试单元中进行温度采集和校准的示意图。

图7是示意性示出根据本发明的实施例的温度采集装置和校准装置进行采集和校正的示意图。

如图5所示，温度采集装置和校准装置可以分别与多个测试单元连接，每个测试单元中可以包括一个高精度的温度传感器、一个待测传感器芯片、固定芯片的夹具以及高传导热材料，将该待测传感器芯片紧贴于高精度的温度传感器设置，以实现准确的采集。采集从低温到高温的温度变化数据时，可以通过快速将待测单元从低温环境中放入高温环境中，并对该待测传感器在高温环境中温度的变化过程进行监测来实现。

如图6所示，可以准备两个恒温槽，将恒温槽分别设置为高温和低温，这是两个边界的参数，恒温槽内温度均匀性和精度比较高。在进行测试时，可以将多个测试单元先放入低温的恒温槽中，以保证低温状态的一致性。然后将多个测试单元分别放入高温的恒温槽中，并立即监测该待测传感器芯片从低温到高温状态下的温度数据和输出数据。

整个系统中，温度采集装置可以采用PT100高精度的温度采集装置。控制装置中还可以包括FPGA加速器。校准装置可以包括MCU控制器，MCU控制器可以与各个待测芯片连接，一方面可以获取待测芯片输出的数据，另一方面还可以向待测芯片写入温度校准系数。温度采集装置可以采用PT100的温度采集板和高精度温度传感器组成。MCU控制器与待测芯片使用数字IIC接口通讯，可以读取内部的原始数据和操作内部寄存器，校准装置和PT100高精度的温度采集板与控制装置使用高速USB接口通讯，通讯传输数据快稳定，控制装置与FPGA加速器的通讯接口为PCIE，其接口数据交换极快，用于大数据量的算法计算。

在测试过程中，先将待测试的温度校准板和各测试单元放入温度设置低的恒温槽中，等待温度校准板的传感器的曲线恒定不变，通过软件读取温度校准板多个测试单元中待测芯片的原始数据(芯片输出数据)，并记录保存。通过软件设定温度传感器温区采样的点数，尽可能采样更多的温度点数。

将放在低温处的各测试单元转移放入高温处的恒温槽中，这个过程中各测试单元的待测芯片从低温温度传导升到高温，最后温度稳定到设定高温的边界，升温的过程中，MCU控制器读取各个传感器温区的温度和校准芯片的原始数据，并记录保存。

控制装置通过算法将不同测试单元的原始数据和对应的温度点拟合对应的曲线，同时将不同的测试单元的数据处理生成相应的若干阶的算法系数，将这些系数转换成芯片所需要的设计算法的存储格式写到校准对的芯片寄存器中，并用于验证各个温区的温度精度的参数。

厂家生产好的晶圆整片切割封装，前期将每个晶圆独立分开封装存放，将以整片晶圆封装的芯片按以上各步骤采集更多数据样本，将这些数据进行数据挖掘和数据深度学习，让拟合不同的阶校准系数分类保存到服务器。

在实际应用过程中，将生产封装好的芯片放入各测试单元中，并先放入低温的恒温槽中之后立即转移到高温的恒温槽中，这样所有待校准的芯片自然从低温到高温过程中温度采集装置采集的曲线由计算机自动生成新的拟合校准系数，由于整个过程的运算量比较大，节省时间，提高实时性，需要FPGA加速器进行计算处理，FPGA加速器快速的让新生成的曲线和校准系数与服务器中大数据样本进行自动对比能够找到一个无限近似参数，通过算法对比计算，其温度误差在设定的范围之内就满足要求，把新计算的校准系数写到待测芯片内即可。

本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (10)

1.一种用于半导体温度传感器批量校准的方法，其特征在于，包括：

获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据；

根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数；

将所述拟合校准系数与预存的不同阶数的温度校准系数进行比对；以及

响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

2.根据权利要求1所述的用于半导体温度传感器批量校准的方法，其特征在于，所述预存的不同阶数的温度校准系数的获取方式包括：

获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数；

对所述不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

3.根据权利要求2所述的用于半导体温度传感器批量校准的方法，其特征在于，所述获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数包括：

获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据；

根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

4.根据权利要求1所述的用于半导体温度传感器批量校准的方法，其特征在于，所述获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据包括：

设置每个温度点的采样点数；

根据所述采样点数对每个待测传感器芯片表面的温度进行采样；

响应于所述待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

5.根据权利要求1所述的用于半导体温度传感器批量校准的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线是否匹配；

响应于所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线匹配，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

6.一种用于半导体温度传感器批量校准的系统，其特征在于，包括：

服务器，其存储有海量的不同阶数的温度校准系数；

温度采集装置，其包括多个温度传感器，每个温度传感器贴设于每个待测传感器芯片，用于批量采集待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据；

校准装置，其分别与每个待测传感器芯片连接，用于获取从低温到高温时所述待测传感器芯片的输出温度数据，以及向所述待测传感器芯片写入校准值；

控制装置，其与所述温度采集装置、服务器和校准装置连接，用于：

获取多个待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据，以及所述待测传感器芯片的输出温度数据；

根据每个待测传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到拟合校准系数；

将所述拟合校准系数与所述不同阶数的温度校准系数进行比对；

响应于所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

7.根据权利要求6所述的用于半导体温度传感器批量校准的系统，其特征在于，所述服务器还用于：

获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据，并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数；

对所述不同阶数的温度校准系数进行分类并存储。

8.根据权利要求7所述的用于半导体温度传感器批量校准的系统，其特征在于，所述获取多个标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据并通过曲线拟合过程得到不同阶数的温度校准系数包括：

获取从低温到高温时的所述标准温度传感器芯片表面的温度变化数据以及所述标准温度传感器的输出温度数据；

根据所述标准传感器芯片的温度变化数据和输出温度数据拟合得到温度变化数据-输出温度数据曲线，以根据所述温度变化数据-输出温度数据曲线得到不同阶数的温度校准系数。

9.根据权利要求6所述的用于半导体温度传感器批量校准的系统，其特征在于，所述温度采集装置用于：

设置每个温度点的采样点数；

所述温度传感器根据所述采样点数对所述待测传感器芯片表面的温度进行采样；

响应于所述待测传感器芯片表面的温度升温至稳定状态，停止进行采样，并统计和记录所述待测传感器芯片从低温到高温时的温度变化数据。

10.根据权利要求6所述的用于半导体温度传感器批量校准的系统，其特征在于，所述控制装置还用于：

当所述拟合校准系数与温度校准系数之间的误差低于设定值时，判断所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线是否匹配；

响应于所述温度变化数据-输出温度数据曲线与所述温度校准系数对应的标准曲线匹配，将所述拟合校准系数作为校准值发送至所述校准装置。

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