国家标准 GB/T33922一2017 MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法 WaferleveltestmethodsforMEMSpiezoresistivepressure-sensitive dieperformanees 2017-07-12发布 2018-02-01实施中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/33922一2017 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/Tc336)提出并归口本标准主要起草单位:北京大学、中机生产力促进中心,北京必创科技股份有限公司、电子科技集团公司第十三研究所、中北大学本标准主要起草人:张威、程红兵、陈得民,李海斌,崔波,石云波,朱悦
GB/33922一2017 MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法范围本标准规定了MEMS压阻式压力敏感芯片(简称压力敏感芯片)的术语和定义、试验条件,试验的 -般规定、试验内容和方法本标准适用于闭环和开环MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分;按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB/T20522半导体器件第14-3部分:半导体传感器压力传感器 GB/T26111微机电系统(MEMS)技术术语术语和定义 GB/T20522和GB/T26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 压阻式压力敏感芯片piezoresistivepressurcsensitivedie 采用MEMS技术在硅衬底上制造腔膜结构,在膜上制作半导体电阻并组成惠斯通电桥,利用半导体的压阻效应实现将压力信号转化为电信号的芯片 3.2 闭环压阻式压力敏感芯片eosedlooppiezoresistivepressurcsensitiedie 惠斯通电桥为封闭结构的压力敏感芯片 3.3 开环压阻式压力敏感芯片openlooppiezoresistivepressur-sensitivedie 惠斯通电桥为开放结构的压力敏感芯片试验条件 4.1大气条件除非另有规定外,所有试验都应在以下条件进行标准大气条件: 温度;15C35C; 相对湿度:20%~80%; 大气压力:86kPa106kPat
GB/T33922一2017 b 标准参比大气条件温度;20; 相对湿度:65%; 大气压力:l01.3kPa 注此标准参比大气条件是其他任何大气条件下测得的值通过计算加以修正的大气条件通常认为在多数情况下,不可能有湿度修正因子在这种情况下,标准参比大气仅考虑温度和压力 4.2电磁条件试验场地除地磁场外,应无其他外界磁场 4.3振动条件试验场地测试台应无机械振动 4.4测试系统测试系统主要由探针台、压力控制装置、温度控制装置、激励电源,读数记录装置组成试验条件的容许误差参考如下压力控制装置基本误差的绝对值应小于压力敏感芯片基本误差限的1/3 a b 温度控制装置的温度测量精度应为预置温度的士2C c 激励电源的稳定度应小于压力敏感芯片基本误差限的1/5 d 读数记录装置基本误差的绝对值应小于压力敏感芯片基本误差限的1/5 5 试验的一般规定 5.1证书文件试验用的主要仪器设备和计量器具必须具有计量检定单位签发的有效期内的检定证书 5.2预热时间试验前,仪器仪表应进行通电预热,预热时间按其使用说明书中的规定 5.3连接方式测试系统按照系统管路图和电路图的规定连接试验内容和方法 o 6.1试验准备使用标准电阻样片校准探针台的电阻测试系统按照5.3连接好测试系统,将压力敏感芯片晶圆固定在探针台上,确保探针或探针卡)在同一水平面调节承片台高度和扫描水平线,保证自动测试过程中压力敏感芯片焊盘与探针的可靠连接;在控制软件中设定参数(步距;片径) 6.2电阻 6.2.1 目的确定压力敏感芯片的电阻值
GB/33922一2017 6.2.2试验方法压力敏感芯片在符合5.15.3规定的条件下,按照6.1试验准备,通过探针连接压力敏感芯片测试焊盘与读数记录装置 6.2.3试验项目 6.2.3.1闭环压阻式压力敏感芯片调节探针位置,测试对臂电阻(图1中1和3之间的电阻，2和4之间的电阻图1闭环电桥 6.2.3.2开环压阻式压力敏感芯片测试单个桥臂电阻(图2中1和2之间的电阻,2和3之间的电阻,4和5之间的电阻,5和1之间的电阻. W 2 2 图2开环电桥 6.3常压输出 6.3.1目的确定压力敏感芯片常压下的输出电压值 6.3.2试验方法压力敏感芯片在符合本标准5.15.3的规定条件下,按照6.1试验准备压力敏感芯片测试腔连通大气,测试压力敏感芯片的电压输出,并修正到标准参比大气压(101.3kPa) 按式(1)进行计算 Y=Y十b(P一X 式中: Y e 修正到1o1.3kPa时的常压输出; -实际测试压力敏感芯片的常压输出;
GB/T33922一2017 标准参比大气压(式中P=101.3kPa); 实际测试时大气压 6.4静态性能试验 6.4.1目的确定压力敏感芯片静态性能指标 6.4.2试验方法压力敏感芯片在符合5.1一5.3规定的条件下,按照6.1试验准备试验前应对压力敏感芯片加压至测量范围上限值并恒压不小于1min,然后减压至测量范围下限值,反复进行3次循环压力敏感芯片在全量程范围内的测试点应不少于6个,含零点和满量程点测试从测量范围下限开始,按规定的测量点依次平稳地加负荷,直到测量范围上限(称正行程) 每个测试点示值稳定时,读取压力敏感芯片输出值按规定的测试点依次平稳地减负荷,每个测试点示值稳定时读取压力敏感芯片输出值,直到测量范围下限(称反行程》. 设在压力敏感芯片的整个测量范围内有m个测试点,进行n次压力循环测试试验,则在任一测试点上分别有》个正行程和，个反行程测试数据计算每个测试点上正、反行程渊试数据的早均值和总的平均值: 正行程平均值Y,按式(2)计算 YO -习"-YO 反行程平均值Y,按式(3)计算: Y 习-Yn 2n 总平均值Y,按式(4)计算可-了十石式中正行程第个测试点第j次的输出值( Y i=1,2,3，m;i=l,2,3，n); YM -反行程第;i个测试点第次的输出值(i=1,2,3，m;j=1,2,3，n); -重复试验次数压力敏感芯片工作特性方程的一般形式见式(5): 5 Y=d十bX 用最小二乘法拟合出截距a和斜率b(即为灵敏度),分别按式(6)和式(7)求出: 了-x m 二x-) x了-习x习 7 习x;-(习x m 式中 X 第i个测试点的压力值(i=1,2,3 n;
GB/33922一2017 Y -第i个测试点正、反行程的输出总平均值; -测试点个数 7n1 参考五点法抽样或用户需求进行试验分别在圆片的上、下,左、右、中5个区域抽取相同数量的芯片进行测试五点法测试位置按照图3进行,以图中坐标点为中心抽取芯片抽样应按GB/T2828.1l 中的一般检验水平I的正常一次抽样方案进行,接收质量限(AQL)为2.5 抽取的芯片总数应不少于 GB/T2828.1中的一般检验水平的正常一次抽样数量 lo,4R/5) .5,D wG. i0,-4R/5 图3五点法测试位置 6.4.3试验项目 6.4.3.1零点输出对于绝压压力敏感芯片,输人<10Pa的压力,测量压力敏感芯片的输出;对于表压或差压压力敏感芯片,在高压端和低压端同时通大气时测量压力敏感芯片的输出 6.4.3.2满量程输出压力敏感芯片测量上限输出值与测量下限输出值之差的绝对值(以理论特性直线的计算值为依据为满量程输出值,按式(8)计算 Yp.s=b×XH一X 式中: 理论工作直线的斜率,即灵敏度; XH,X 分别为测量上、下限的压力值 6.4.3.3非线性度测量曲线与某一规定直线偏离的程度为非线性度,按式(9)计算 Y 一Y max 电 ×100% 9 Yp.s 式中 7 根据式(4)计算出的总平均值 Y 根据式(5)计算出的数值; YF. 根据式(8)计算出的满量程输出 6.4.3.4迟滞规定的范围内在同一试验点当压力增加和敲少时输出中出现的最大差值为迟滞i;,按式((o
GB/T33922一2017 计算 Y一Y ×100% = (10 YE 式中 w 分别为同一测试点上正、反行程输出值的平均值 YF.s 满量程输出值 6.4.3.5重复性在相同测量方法、相同观测者,相同测量仪器、相同地点,相同使用条件和在短时期内的重复条件下,对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度为重复性R,按式(l1)式(14)计算采用贝赛尔公式分别计算每个测试点上正反行程的子样标准偏差正行程子样标准偏差Su为习 Y 1) Sun 反行程子样标准偏差sw为习,Y -" 12 S 压力敏感芯片在整个测量范围内的子样标准偏差s (13 I习",sS;十习,s; 则,重复性为 ×100% R 14 YF.s 式中正行程第i点第次的输出值 Yt 反行程第i点第次的输出值; Ym o 正行程第i点输出平均值; T 反行程第i点输出平均值; 重复试验次数; 测量点个数 mn 入包含因子注，包含因子入可按下述原则之一选取;l)按'分布,取置信概率等于95%;2)按极差法取2一3 6.4.3.6精确度压力敏感芯片的测量结果与(约定)真值间的一致程度为精确度它取决于系统误差带与随机误差带的大小按式(15)式(18)计算正行程的系统误差为: AY);=|Y-Y| 15 反行程的系统误差为: 16 Y)=|Y-Y|7 式中: -根据式(9)计算出的最小二乘直线方程值则U为AY)u与(Y)中较大者
GB/33922一2017 压力敏感芯片的随机误差带U 17 U，=士3S 压力敏感芯片的精确度为 U|+|U， E=士 ×100% 18 Y 6.4.3.7灵敏度按式(7)计算,斜率即为灵敏度 6.43.8零点漂移按照6.4.3.1试验方法,读取压力敏感芯片零点输出值;然后每隔20nmin记录一次零点示值,从开始记录起连续进行的时间不得少于2h 零点漂移按式(19)计算 Y Ymin max D，= ×100% (19 YF，s 式中 D 零点漂移 Ym 零点输出的最大值 Ya 零点输出的最小值 6.5温度性能试验 6.5.1目的确定温度对压力敏感芯片零点输出、灵敏度的影响 6.5.2试验方法压力敏感芯片在符合5.15.3规定的条件下,按照6.1试验准备,分别在室温、上限工作温度、下限工作温度,恢复到同一室温各恒温1h,分别进行3次测量循环,测试不同温度下的零点输出(详见 6.4.3.1和满量程输出值(详见6.4.3.2) 通过上述试验获得的数据,按照下面计算方法可确定6.5.3.16.5.3.4性能指标参考五点法抽样或用户需求进行试验 6.5.3试验项目 6.5.3.1 热零点漂移热零点漂移按式(20)计算: Y(ta)-Y(i ×100% 20 Ys((g-T 式中热零点漂移室温; 分别为上限工作温度或下限工作温度; t2 Y(t 室温时的零点输出 Yt 分别为上限工作温度或下限工作温度时的零点输出值; Y.s(t 第一次室温时的满量程输出.
GB/T33922一2017 6.5.3.2热灵敏度漂移热灵敏度漂移按式21)计算 s(a)-Yrs( Y 3一 -×100% Y.s()(一式中: 热灵敏度漂移; 室温; 分别为上限工作温度或下限工作温度; t YF.s( 室温时的满量程输出值; Y 分别为上限工作温度或下限工作温度时的满量程输出值 F.s(t 6.5.3.3热零点滞后热零点滞后按式(22)计算 Y ao ×100% 22 aH= Ye 式中热零点滞后; a" 温度循环前室温零点输出值; T 温度循环后同一室温零点输出值; Yp，s 温度循环前室温时的满量程输出值应用时,应注明温度循环的上、下限值 6.5.3.4热灵敏度滞后热灵敏度滞后按式(23)计算 ×100% 23 = Y 式中 A 热灵敏度滞后温度循环前室温满量程输出值; 温度循环后同一室温满量程输出值; 温度循环前室温时的满量程输出值 Yp.s 应用时,应注明温度循环的上、下限值

MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法GB/T33922-2017

MEMS压阻式压力敏感芯片是一种微型化、高精度的压力传感器，广泛应用于汽车、医疗、工业等领域。为了确保其精度和可靠性，需要对其进行圆片级试验。GB/T33922-2017标准规定了MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法。

试验内容

GB/T33922-2017标准规定了MEMS压阻式压力敏感芯片的以下试验内容：

灵敏度试验：将压敏芯片置于特定环境中，施加特定的压力，测量输出电信号的变化，得到芯片的灵敏度；
线性度试验：在规定范围内施加不同的压力，测量输出电信号的变化，得到芯片的线性度；
重复性试验：在规定范围内多次施加相同的压力，测量输出电信号的变化，判断芯片的重复性；
温度影响试验：将压敏芯片置于不同温度下，测量输出电信号的变化，判断温度对芯片性能的影响。

试验方法

MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法主要包括以下步骤：

样品准备：选择符合要求的样品，并进行必要的预处理；
试验装置组装：根据标准规定的要求，组装试验装置；
试验参数设置：按照标准规定的试验参数进行设置；
试验操作：按照标准规定的试验步骤进行操作；
数据处理：对试验得到的数据进行分析处理，得出试验结果。

总结

圆片级试验是MEMS压阻式压力敏感芯片性能测试中重要的环节，其结果直接关系到芯片的精度和可靠性。GB/T33922-2017标准规定了MEMS压阻式压力敏感芯片性能的圆片级试验方法，其试验内容全面、严谨，能够有效地验证MEMS压阻式压力敏感芯片的性能表现。