[发明专利]一种基于红外热学分析的晶圆级气体传感器芯片检测方法

说明书

一种基于红外热学分析的晶圆级气体传感器芯片检测方法，涉及传感器芯片检测领域；利用被检测气体氧化或还原金属氧化物半导体表面，导致传感器电阻值发生变化，输出电路将传感器电阻转换为电压输出，实现气体浓度检测和类型识别；被检测气体与气敏材料的反应通常需要在200‑400℃下进行，半导体式气体传感器需要加热电极为传感器提供热量，微热板式气体传感器基于MEMS工艺，通常基于晶圆级芯片制造。每个晶圆表面具有上万个微热板芯片，微热板芯片具有加热电极，通过对微热板芯片通电，可以获得微热板表面的温度分布，存在故障的芯片表面会出现过冷，过热点；结合图像采集，识别，处理技术，确定故障芯片，进而实现对晶圆级传感器芯片的检测。

技术领域

本发明涉及传感器芯片检测领域，尤其涉及一种基于红外热学分析的晶圆级气体传感器芯片检测方法。

背景技术

气体传感器在现代生活中发挥着至关重要的作用，对气体传感器的需求与日俱增；传统的气体检测依赖于色谱、光谱；这些方法中使用的仪器体积大、价格高、操作复杂，限制了现场检测的应用；微纳气体传感器具有灵敏度高、成本低、便携性好的优点；微纳气体传感器广泛应用于危险化学品检测、空气质量监测、人体健康监测、化工生产过程和农业智能系统等领域；在微纳气体传感器中，基于MEMS工艺的气体传感器芯片因其体积小，功耗低，被广泛应用于气体检测领域；对于气体传感器检测芯片，现有方法采用引线键合测试，显微镜观察进行芯片质量的筛查，剔除不合格芯片；现有方法效率低，工艺繁琐，并且在转移到显微镜下观察时，容易造成芯片污染；

微热板式气体传感器表面涂敷有敏感材料，利用被检测气体氧化或还原金属氧化物半导体表面，导致传感器电阻值发生变化，输出电路将传感器电阻转换为电压输出，实现气体浓度检测和类型识别；被检测气体与气敏材料的反应通常需要在200-400℃下进行；因此，半导体式气体传感器需要加热电极为传感器提供热量；微热板式气体传感器基于MEMS工艺，通常基于晶圆级芯片制造；每个晶圆表面具有上万个微热板芯片，微热板芯片具有加热电极，通过对微热板芯片通电，可以获得微热板表面的温度分布，存在故障的芯片表面会出现过冷，过热点；结合图像采集，识别，处理技术，确定故障芯片，进而实现对晶圆级传感器芯片的检测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于红外热学分析的晶圆级气体传感器芯片检测方法；

本发明所采取的技术方案是：

一种基于红外热学分析的晶圆级气体传感器芯片检测方法，包括以下步骤：

S1：将被检测的传感器芯片晶圆固定在卡盘上，卡盘下方连接电机，可以控制卡盘旋转；随机选取K个传感器芯片通过顶针技术进行供电；

S2：使用红外相机对K个传感器芯片进行拍摄，通过USB传输到上位机中，获取K张清晰的传感器芯片表面温度分布图像，设定温度过高值D_high℃及温度过低值D_low℃，在传感器芯片表面温度分布图像中，选取温度在D_high℃到D_low℃区间内的的传感器芯片表面温度分布图像取温度平均值D℃；

S3：根据S2得到的传感器表面的温度平均值，设置温度浮动范围D_change℃，传感器正常工作的温度区间为(D－D_change℃，D+D_change℃)，对S2得到的传感器芯片表面温度分布图像进行标签处理，分为正常传感器芯片及异常传感器芯片，并构建传感器芯片热学图像数据集；

S4：建立传感器图像识别卷积神经网络，传感器图像识别卷积神经网络包括输入层、卷积层、池化层、全连接层和输出层，将S3构建的传感器芯片热学图像数据集分为训练数据集和测试数据集；