CN210441819U - 芯片沟道搜索定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种芯片沟道搜索定位装置，包括激光发射源，用于发射激光至芯片上；激光强度检测部件，与所述激光发射源相对设置，以接收并检测所述激光发射源发射的激光经过所述芯片后的激光强度；芯片承载部件，处于所述激光发射源与所述激光强度检测部件之间的区域，并用于承载所述芯片，且所述芯片承载部件能够相对所述激光发射源运动；运算控制部件，与所述激光强度检测部件通讯连接，用于接收所述激光强度检测部件检测到的信号并进行运算获取所述芯片的沟道的位置。本实用新型的一种芯片沟道搜索定位装置，能够通过透过芯片的激光强度的变化搜索定位芯片的沟道，数据量小且算法简单，具有制造成本低、检测速度快的特点。

Description

芯片沟道搜索定位装置

技术领域

本实用新型属于集成芯片检测技术领域，具体涉及一种芯片沟道搜索定位装置。

背景技术

微液滴微流控(droplet-based microfluidics)是近年来在微流控芯片上发展起来的一种操控微小体积液体的技术平台，其原理为：将两种互不相溶的液体，例如其中的一种为油相、另一种为水相，油相和水相同时进入微通道后，在微通道的作用下，水相以微小体积(10^-15～10^-9L)单元的形式分布于油相中，形成一系列离散的微液滴，每个液滴作为一个微反应器，完成一组化学或生物反应。

对于微流控芯片而言，要求微液滴以一字排开的方式流过检测区域，所以检测沟道宽度与微液滴直径接近，对于前期检测而言，要求设备的检测装置准确定位在待检沟道区域，并且允许的定位偏差很小，但是电机定位的准确性不能弥补芯片安装、芯片摆放等对实际检测沟道位置所产生的偏差。因此对于检测区域只有微米级别的芯片，对其进行扫描方式的定位，以确保位置的准确性。

通常对于检测芯片扫描的定位，是依靠步进电机的控制，再加上视觉采集系统，通过成像的方式识别目标单元的特征，进而控制步进电机调节位置。这种控制方式存在着成本较高、数据处理单元的硬件要求较高、软件算法较为复杂等不足。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种芯片沟道搜索定位装置，能够通过透过芯片的激光强度的变化搜索定位芯片的沟道，数据量小且算法简单，具有制造成本低、检测速度快的特点。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种芯片沟道搜索定位装置，包括：

激光发射源，用于发射激光至芯片上；

激光强度检测部件，与所述激光发射源相对设置，以接收并检测所述激光发射源发射的激光经过所述芯片后的激光强度；

芯片承载部件，处于所述激光发射源与所述激光强度检测部件之间的区域，并用于承载所述芯片，且所述芯片承载部件能够相对所述激光发射源运动；

运算控制部件，与所述激光强度检测部件通讯连接，用于接收所述激光强度检测部件检测到的信号并进行运算获取所述芯片的沟道的位置。

优选地，所述芯片承载部件包括放置台，所述放置台上构造有通孔，所述芯片覆盖于所述通孔上。

优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括移动驱动部件，所述移动驱动部件与所述芯片承载部件驱动连接，以驱动所述芯片承载部件产生直线运动。

优选地，所述移动驱动部件包括步进电机，所述步进电机的输出轴与丝杆同轴连接，所述芯片承载部件螺纹连接在所述丝杆上。

优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括主控部件，所述主控部件与所述运算控制部件通讯连接，以接受所述运算控制部件的控制指令，且所述主控部件还与所述步进电机通讯连接，以控制所述步进电机运转。

优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括限位感应部件，所述限位感应部件处于所述丝杆与所述步进电机相对的一端。

优选地，所述限位感应部件为光电开关。

优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括操作平台，所述操作平台上设有支架，所述支架凸出于所述操作平台的上表面，且所述支架的上端设有所述激光强度检测部件，所述激光强度检测部件在所述操作平台上的投影区域设有通槽，所述激光发射源设于所述操作平台的下表面且与所述通槽处相对应。

优选地，所述步进电机固定于所述操作平台的上表面。

优选地，所述放置台与所述操作平台的上表面之间设有导轨。

本实用新型提供的一种芯片沟道搜索定位装置，当所述芯片承载部件带动所述芯片由远离所述激光发射源的激光光线路径的一侧靠近所述激光光线路径时，并最终将经由所述激光光线路径，也即，所述芯片将被移动进入激光光线的照射区域并被移动远离所述照射区域，当所述芯片上具有沟道时，激光光线在沟道边沿处的散射、发射等光学现象较强，此时的激光光线强度较弱，而对于沟道中心位置处以及芯片的非沟道区域散射、反射等光学现象较弱，对应的激光光线强度较强，基于这种原理，所述激光强度检测部件将实时检测到的激光强度数据发送至所述运算控制部件，所述运算控制部件接收前述激光强度数据并进行相应的运算，进而获取所述芯片的沟道的位置，采用该种方式，检测获取的数据量小，无需采用现有技术中对芯片图像识别所进行的大量繁杂的运算即可精确快速的检测定位出沟道的位置，对硬件的要求相对较低，有利于降低装置的制造成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的芯片沟道搜索定位装置的结构示意图；

图2为采用本实用新型实施例的芯片沟道搜索定位装置检测单沟道芯片时运算控制部件根据激光强度检测部件检测的数据绘制的图形；

图3为采用本实用新型实施例的芯片沟道搜索定位装置检测双沟道芯片时运算控制部件根据激光强度检测部件检测的数据绘制的图形。

附图标记表示为：

1、激光发射源；2、激光强度检测部件；3、芯片承载部件；31、放置台；4、移动驱动部件；41、步进电机；42、丝杆；6、支架；7、操作平台；10、芯片。

具体实施方式

结合参见图1至图3所示，根据本实用新型的实施例，提供一种芯片沟道搜索定位装置，包括：激光发射源1，用于发射激光至芯片10上；激光强度检测部件2，与所述激光发射源1相对设置，以接收并检测所述激光发射源1发射的激光经过所述芯片10后的激光强度，也即所述激光发射源1与所述激光强度检测部件2相对间隔的设置于两端，而所述激光强度检测部件2则处于所述激光发射源1的激光光线路径上；芯片承载部件3，处于所述激光发射源1与所述激光强度检测部件2之间的区域，并用于承载所述芯片10，且所述芯片承载部件3能够相对所述激光发射源1运动；运算控制部件(图中未示出)，与所述激光强度检测部件2通讯连接，用于接收所述激光强度检测部件2检测到的信号并进行运算获取所述芯片10的沟道的位置。该技术方案中，当所述芯片承载部件3带动所述芯片10由远离所述激光发射源1的激光光线路径的一侧靠近所述激光光线路径时，并最终将经由所述激光光线路径，也即，所述芯片10将被移动进入激光光线的照射区域并被移动远离所述照射区域，当所述芯片10上具有沟道时，激光光线在沟道边沿处的散射、发射等光学现象较强，此时的激光光线强度较弱，而对于沟道中心位置处以及芯片10的非沟道区域散射、反射等光学现象较弱，对应的激光光线强度较强，基于这种原理，所述激光强度检测部件2将实时检测到的激光强度数据发送至所述运算控制部件，所述运算控制部件接收前述激光强度数据并进行相应的运算，进而获取所述芯片10的沟道的位置，采用该种方式，检测获取的数据量小，无需采用现有技术中对芯片图像识别所进行的大量繁杂的运算即可精确快速的检测定位出沟道的位置，对硬件的要求相对较低，有利于降低装置的制造成本。可以理解的，所述运算控制部件例如采用常见的工控机或者计算机即可实现。

进一步的，为了尽可能降低非芯片部件对激光光线的反射、散热等光学现象对所述激光强度检测部件2的检测结果造成干扰，优选地，所述芯片承载部件3包括放置台31，所述放置台31上构造有通孔(图中未示出)，所述芯片10覆盖于所述通孔上。

作为所述芯片承载部件3的可移动的一种具体实施方式，优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括移动驱动部件4，所述移动驱动部件4与所述芯片承载部件3驱动连接，以驱动所述芯片承载部件3产生直线运动，从而实现所述芯片承载部件3能够自动化的进入或者远离所述激光强度检测部件2的检测范围，或者说所述激光发射源1的激光光线路径。具体的，所述移动驱动部件4包括步进电机41，所述步进电机41的输出轴与丝杆42同轴连接，所述芯片承载部件3螺纹连接在所述丝杆42上，如此，当所述步进电机41运行时，所述输出轴将带动所述丝杆42旋转，所述丝杆42带动所述芯片承载部件3沿着所述丝杆42的轴向往复运动。

进一步的，所述芯片沟道搜索定位装置还包括主控部件(图中未示出)，所述主控部件与所述运算控制部件通讯连接，以接受所述运算控制部件的控制指令，且所述主控部件还与所述步进电机41通讯连接，以控制所述步进电机41运转，进一步的，所述芯片沟道搜索定位装置还包括限位感应部件(图中未示出)，所述限位感应部件为光电开关，所述限位感应部件处于所述丝杆42与所述步进电机41相对的一端，也即处于所述丝杆42的末端，所述限位感应部件用于对所述芯片承载部件3的初始位置进行限定，以保证每次对所述芯片沟道的搜索定位的位置基准保持一致。在一个具体的实施例中，所述主控部件例如可以是与步进电机41相匹配的控制部件。

优选地，所述芯片沟道搜索定位装置还包括操作平台7，所述操作平台上设有支架6，所述支架6凸出于所述操作平台7的上表面，且所述支架6的上端设有所述激光强度检测部件2，所述激光强度检测部件2在所述操作平台7上的投影区域设有通槽，所述激光发射源1设于所述操作平台7的下表面且与所述通槽处相对应，所述步进电机41固定于所述操作平台7的上表面。

为了保证所述放置台31的直线位移的平稳性，优选地，所述放置台31与所述操作平台7的上表面之间设有导轨(图中未示出)。

以下结合具体的实施方式对本实用新型的技术方案进行详细描述。

所述芯片沟道搜索定位装置包括激光发射源1具体为型号为MBL-III-473-15mW的激光器、激光强度检测部件2为光学检测单元由型号AD500-8的APD、封装TO52S1及行必要的电阻、电容等外围部件搭建构成、芯片承载部件3、计算机(图中未示出)、主控部件(图中未示出)。激光器所发出的激光要求正好照射在光学检测单元的检测区域。待检测目标为单一沟道的芯片10，宽度为100微米。

放置待检测芯片10到放置台31的通孔处，计算机首先对芯片承载部件3的位置进行初始化复位，此时主控部件接收到计算机命令，并控制步进电机41转动，步进电机41带动丝杆42旋转进而使放置台31携带芯片10移动到光电开关的位置作为初始位置。

当放置台31到达光电开关位置后，计算机向主控部件发送命令，此时移动驱动部件4驱动芯片承载部件3移动，使芯片10的上的沟道逐渐靠近激光器的激光光线路径。计算机向主控部件发送命令开启打开激光器发生激光同时，并控制移动驱动部件4使步进电机41低速转动，直线速度约为每秒钟200微米，使待检测芯片与激光之间产生相对运动，同时光学检测单元以50K的采样频率将光信号转换为电信号，发送给计算机。

当丝杠电机开始转动时，激光位于芯片的非沟道位置，此时芯片的结构较为平整，激光所发出的光线，大部分照入了光学检测区域，此时计算机得到的电信号也相对较强，所绘制出的图像为图2中的71所示部分，线条数值较高，且平整。

随着步进电机41的持续转动，激光慢慢照射到芯片沟道的第一边沿位置，此时芯片的结构内部出现弯曲，导致激光经过芯片后出现散射、反射等光学现象，此时光学检测单元所接受到的光强相对之前会变弱，信号会突然降低，计算机根据接收到的信号所绘制的图形如图2中的72所示部分，信号急速下降。

当激光照射在沟道相对中心位置时，激光经过芯片的散射、反射现象会相对变弱，此时计算机根据接收到的信号绘制出的图形如图2中75所示区域。

步进电机持续转动，此时激光照射在沟道的第二边沿(可以理解的，第一边沿及第二边沿相对于同一沟道的两侧边沿而言)与照射在第一边沿时现象相同，此时激光通过芯片产生的散射、反射较强，光学检测单元所接收到的光信号强度会又一次变弱，计算机根据信号所绘制的图形如图中2中73所示部分，信号急速下降。

电机持续转动，此时激光从沟道的第二边沿慢慢移动到沟道另一侧平整区，此时激光受到的散射、反射现象较弱，大部分的激光直接照射在光学检测区域，因此在这个移动过程中，计算机根据接收到的信号所绘制的图形为图2中的74所示区域，信号持续增强后，数值较高，较平整。

整个实验过程总结概括为：随着检测芯片的缓慢移动，激光由待检测沟道左侧，慢慢移动，最后照射在待检测沟道的右侧，此时的光学检测单元在芯片承载部件的移动过程中，始终进行着光信号与电信号之间的转换，并最终将电信号结果传送给计算机。

计算机根据接收到的数据绘制出如图2所示形似“W”的图形，整个移动过程步进电机所移动的脉冲数是已知的，并跟图形横坐标有一定的对应关系，计算出沟道中心位置后，将需要移动的脉冲数传送给移动驱动部件，控制芯片移动到计算出的沟道中心位置即可实现沟道的定位。

同样道理，也适用于双沟道或者多沟道的芯片的沟道搜索与定位。例如当所述芯片具有双沟道时，随着激光扫过双沟道，计算机根据接收到的数据绘制出的图形大致应呈现双“W”图形，如图3所示，通过一定的算法推算出两个沟道的中心位置，并最终通过控制移动单元，使待检测沟道的中心位置，移动到检测区域。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述装置包括：

激光发射源(1)，用于发射激光至芯片(10)上；

激光强度检测部件(2)，与所述激光发射源(1)相对设置，以接收并检测所述激光发射源(1)发射的激光经过所述芯片(10)后的激光强度；

芯片承载部件(3)，处于所述激光发射源(1)与所述激光强度检测部件(2)之间的区域，并用于承载所述芯片(10)，且所述芯片承载部件(3)能够相对所述激光发射源(1)运动；

运算控制部件，与所述激光强度检测部件(2)通讯连接，用于接收所述激光强度检测部件(2)检测到的信号并进行运算获取所述芯片(10)的沟道的位置。

2.根据权利要求1所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述芯片承载部件(3)包括放置台(31)，所述放置台(31)上构造有通孔，所述芯片(10)覆盖于所述通孔上。

3.根据权利要求2所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，还包括移动驱动部件(4)，所述移动驱动部件(4)与所述芯片承载部件(3)驱动连接，以驱动所述芯片承载部件(3)产生直线运动。

4.根据权利要求3所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述移动驱动部件(4)包括步进电机(41)，所述步进电机(41)的输出轴与丝杆(42)同轴连接，所述芯片承载部件(3)螺纹连接在所述丝杆(42)上。

5.根据权利要求4所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，还包括主控部件，所述主控部件与所述运算控制部件通讯连接，以接受所述运算控制部件的控制指令，且所述主控部件还与所述步进电机(41)通讯连接，以控制所述步进电机(41)运转。

6.根据权利要求5所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，还包括限位感应部件，所述限位感应部件处于所述丝杆(42)与所述步进电机(41)相对的一端。

7.根据权利要求6所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述限位感应部件为光电开关。

8.根据权利要求4所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，还包括操作平台(7)，所述操作平台上设有支架(6)，所述支架(6)凸出于所述操作平台(7)的上表面，且所述支架(6)的上端设有所述激光强度检测部件(2)，所述激光强度检测部件(2)在所述操作平台(7)上的投影区域设有通槽，所述激光发射源(1)设于所述操作平台(7)的下表面且与所述通槽处相对应。

9.根据权利要求8所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述步进电机(41)固定于所述操作平台(7)的上表面。

10.根据权利要求8所述的芯片沟道搜索定位装置，其特征在于，所述放置台(31)与所述操作平台(7)的上表面之间设有导轨。

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