CN111220898A - 位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法 - Google Patents

位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法，其包括电源、双轴拉伸平台、探针、万用表以及运动控制系统，双轴拉伸平台包括基座、四个滑块以及驱动组件，四个滑块呈十字形设置在基座上，且四个滑块之间形成用于固定柔性器件的拉伸平台，探针通过位移补偿机构固定设置在滑块上，探针的一端与柔性器件接触设置，所述探针的另一端与万用表、直流电源连接，在滑块移动的情况下，探针与柔性器件接触的一端在探针与柔性器件之间的摩擦力的作用下，通过位移补偿机构补偿探针与接触点之间的相对位移，设计了位移补偿机构，实现了相对位移的补偿，因此在样品拉伸测试过程中保证了探针与样品接触点始终保持稳定接触，从而实现了实时原位检测。

Description

位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于检测领域，具体涉及一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法。
背景技术
柔性电子是将电子器件制作在柔性基底上的新兴技术，既具有传统器件的电性能，又赋予电子器件可延展、可穿戴、轻质透明等特征，在柔性显示、电子皮肤、医学监测等领域具有重要的应用价值，是当今的热门研究和前沿科学之一，被多个国家列为优先发展领域之一。在柔性电子器件中，具有高精度和高导电性能的金属图案化结构是重要组成部分。基于导电性能和制作工艺等影响因素，铜和银导线已成为图案化结构中常用的组成材料，这些金属导线的可靠性检测是每一种柔性电子器件应用前的必经步骤。
柔性电子器件在穿戴使用过程中，器件形状时常会发生不同方向的拉伸变形。例如实时监测心跳的心电贴，通常会发生不止一个方向的拉伸变形。为简化分析过程，可将此类拉伸变形简化为双轴拉伸变形。在设备发生拉伸的同时，其中金属导线会出现延展的现象，一旦导线因延展程度过大，会发生断裂，从而引起设备失效。因此针对柔性电子器件进行双轴拉伸下电性能的实时原位检测非常重要。
目前柔性电子器件拉伸状态下电性能的检测通常使用探针台和单个拉伸平台完成，当器件中导线尺寸达到微米和亚微米级时，须使用探针连接样品的电极。由于探针固定在探针台上，在样本拉伸过程中，探针与样品之间会发生相对位移，因此只能在拉伸结束后重新调整探针位置进行检测，无法实现实时原位检测。另外，目前暂无针对柔性电子器件双轴拉伸状态下电性能的检测装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置及检测方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其包括电源、双轴拉伸平台、探针、万用表以及运动控制系统，
所述双轴拉伸平台包括基座、设置在基座上的四个滑块以及与滑块联动设置的驱动组件，所述四个滑块呈十字形设置在基座上，且四个滑块之间形成用于固定柔性器件的拉伸平台，所述探针通过位移补偿机构固定设置在滑块上，所述探针的一端与柔性器件接触设置，所述探针的另一端与万用表及直流电源连接，在滑块移动的情况下，所述探针与柔性器件接触的一端在探针与柔性器件之间的摩擦力的作用下，通过位移补偿机构补偿探针与接触点之间的相对位移。
所述位移补偿机构包括与滑块连接的探针座，所述探针座的一端设有用于连接探针的连接组件，所述连接组件包括固定设置在探针座上的第一连接件以及用于连接探针的第二连接件，所述第二连接件相对于第一连接件可滑移设置。
所述第二连接件的上侧设有滑轨，所述第一连接件的底侧与滑轨构成滑移配合。
所述探针座内通过底座固定设置在滑块上，所述探针座与底座之间设有相互独立X、Y、Z向调节机构。
所述底座与滑块构成磁吸配合。
所述双轴拉伸平台的任意位置设有用于拍摄拉伸平台的光学检测装置。
所述光学检测装置与数据及图像处理系统连接。
一种基于上述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置的检测方法，其包括以下内容：
A柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试；
B柔性电子拉伸疲劳寿命测试。
所述柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试包括以下步骤:
a同步设置双轴的拉伸率,实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
b 设置不同的双轴拉伸率，实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
c随着拉伸率逐渐加大，电路导电性能逐渐下降，电阻值逐渐升高，通过观察数据采集系统输出的数据，测试拉伸极限，当柔性电子器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子电路达到拉伸极限，发生断路失效。
所述柔性电子拉伸疲劳寿命测试包括以下步骤：
1）在预设固定的双轴拉伸率后，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
2）设置不同的双轴拉伸率，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
3）当柔性电路器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子器件发生拉伸疲劳失效，并根据以上数据，绘制柔性电子器件拉伸疲劳寿命曲线图。
本发明的有益效果：本发明在拉伸过程中，可通过控制系统自动实现柔性电子器件的双轴拉伸测试，实时在线观察电路的I-V曲线，并基于测试结果对柔性电子器件的拉伸性能进行判断。
同时在探针座上设计了位移补偿机构，实现了相对位移的补偿，因此在样品拉伸测试过程中保证了探针与样品接触点始终保持稳定接触，从而实现了实时原位检测。
附图说明
图1是本发明的检测组成示意图。
图2是本发明的双轴拉伸平台示意图。
图3是本发明的探针座的结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明公开了一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其包括电源、双轴拉伸平台、探针、万用表以及运动控制系统，
所述双轴拉伸平台包括基座1、设置在基座1上的四个滑块2以及与滑块联动设置的驱动组件，所述四个滑块呈十字形设置在基座上，且四个滑块之间形成用于固定柔性器件的拉伸平台，所述探针通过位移补偿机构固定设置在滑块上，所述探针的一端与柔性器件接触设置，所述探针的另一端与万用表及直流电源连接，在滑块移动的情况下，所述探针与柔性器件接触的一端在探针与柔性器件之间的摩擦力的作用下，通过位移补偿机构补偿探针与接触点之间的相对位移。
其中驱动组件包括驱动电机3。基座1上设有固定底座5，丝杠4穿过滑块2与安装座5相连接。该驱动电机通过带动滑块沿丝杆动作，从而实现轴向运动，而滑块呈十字设置，实现了X、Y向动作能够实现柔性器件的双轴向拉伸动作。
其中运动控制系统用于控制位于基座上的驱动电机的动作，万用表用于检测探针的电压值。
所述位移补偿机构包括与滑块连接的探针座6，所述探针座的一端设有用于连接探针的连接组件，所述连接组件包括固定设置在探针座上的第一连接件以及用于连接探针的第二连接件10，所述第二连接件相对于第一连接件11可滑移设置。
所述第二连接件的上侧设有滑轨9，所述第一连接件的底侧与滑轨构成滑移配合。
探针座与滑块相连，探针实现了随样品拉伸运动而同步移动。
所述探针座内通过底座固定设置在滑块上，所述探针座与底座之间设有相互独立X向调节机构13、Y向调节机构14、Z向调节机构12，用于探针8的位置调节。
所述底座15与滑块构成磁吸配合，更方便进行拆卸或更换。
所述双轴拉伸平台的任意位置设有用于拍摄拉伸平台的光学检测装置。拉伸平台上方安装有显微镜7，通过光学检测系统实时观察样品表面的形貌变化。
所述光学检测装置与数据及图像处理系统电连接。可实现柔性电子器件的双轴拉伸疲劳测试，测试过程中实时原位检测器件的电性能，并可通过光学观测装置实时观察和记录表面裂纹的产生和扩展。可实现柔性电子器件的双轴拉伸疲劳测试，测试过程中实时原位检测器件的电性能，并可通过光学观测装置实时观察和记录表面裂纹的产生和扩展。
本发明设计了可随双轴拉伸平台连动的探针座，探针座与驱动电机、丝杠和导轨相连，探针实现了随样品拉伸运动而同步移动。
在探针台上设计了轴向的滑轨，实现了相对位移的补偿，因此在样品拉伸测试过程中保证了探针与样品接触点始终保持稳定接触，从而实现了实时原位检测
一种基于上述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置的检测方法，其包括以下内容：
A柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试；
B柔性电子拉伸疲劳寿命测试。
所述柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试包括以下步骤:
a同步设置双轴的拉伸率，通常拉伸范围控制在0-400%之间（拉伸性能强的柔性电子器件可超过此范围），实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
b 设置不同的双轴拉伸率，比例设定为1:2、1:3和1:4，拉伸范围仍控制在0-400%之间（拉伸性能强的柔性电子器件可超过此范围），实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
c随着拉伸率逐渐加大，电路导电性能逐渐下降，电阻值逐渐升高，通过观察数据采集系统输出的数据，测试拉伸极限，当柔性电子器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子电路达到拉伸极限，发生断路失效。
所述柔性电子拉伸疲劳寿命测试包括以下步骤：
1）在预设固定的双轴拉伸率后，次数分别为1000、2000、5000、8000、10000、20000、50000和100000次，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
2）设置不同的双轴拉伸率，比例设定为1:2、1:3和1:4，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
3）当柔性电路器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子器件发生拉伸疲劳失效，并根据以上数据，绘制柔性电子器件拉伸疲劳寿命曲线图。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：其包括电源、双轴拉伸平台、探针、万用表以及运动控制系统，
所述双轴拉伸平台包括基座、设置在基座上的四个滑块以及与滑块联动设置的驱动组件，所述四个滑块呈十字形设置在基座上，且四个滑块之间形成用于固定柔性器件的拉伸平台，所述探针通过位移补偿机构固定设置在滑块上，所述探针的一端与柔性器件接触设置，所述探针的另一端与万用表及直流电源连接，在滑块移动的情况下，所述探针与柔性器件接触的一端在探针与柔性器件之间的摩擦力的作用下，通过位移补偿机构补偿探针与接触点之间的相对位移。
2.根据权利要求1所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述位移补偿机构包括与滑块连接的探针座，所述探针座的一端设有用于连接探针的连接组件，所述连接组件包括固定设置在探针座上的第一连接件以及用于连接探针的第二连接件，所述第二连接件相对于第一连接件可滑移设置。
3.根据权利要求2所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述第二连接件的上侧设有滑轨，所述第一连接件的底侧与滑轨构成滑移配合。
4.根据权利要求2所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述探针座内通过底座固定设置在滑块上，所述探针座与底座之间设有相互独立X、Y、Z向调节机构。
5.根据权利要求4所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述底座与滑块构成磁吸配合。
6.根据权利要求1所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述双轴拉伸平台的任意位置设有用于拍摄拉伸平台的光学检测装置。
7.根据权利要求6所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置，其特征在于：所述光学检测装置与数据及图像处理系统连接。
8.一种基于上述权利要求1至7中任意一项所述的位移补偿式柔性器件双轴拉伸电性能检测装置的检测方法，其特征在于：其包括以下内容：
A、柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试；
B、柔性电子拉伸疲劳寿命测试。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述柔性电子器件双轴拉伸率与电阻值关系测试包括以下步骤:
a同步设置双轴的拉伸率,实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
b 设置不同的双轴拉伸率，实时进行I-V曲线测试，拉伸率每隔5%记录一次柔性电子器件的电阻值，拉伸率逐渐增加，通过数据采集分析装置观察电阻值变化曲线；
c随着拉伸率逐渐加大，电路导电性能逐渐下降，电阻值逐渐升高，通过观察数据采集系统输出的数据，测试拉伸极限，当柔性电子器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子电路达到拉伸极限，发生断路失效。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述柔性电子拉伸疲劳寿命测试包括以下步骤：
1）在预设固定的双轴拉伸率后，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
2）设置不同的双轴拉伸率，进行重复性拉伸，实时记录拉伸过程中柔性电子器件的电阻值，拉伸率每隔5%记录一次数据；
3）当柔性电路器件的电阻值升高到测量极限，此时判断柔性电子器件发生拉伸疲劳失效，并根据以上数据，绘制柔性电子器件拉伸疲劳寿命曲线图。
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