一种用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及电子测试车辆领域，尤其涉及一种用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置。


背景技术：

2.柔性电子是将无机/有机材料沉积在柔性基底上，形成电子材料或器件的技术。相对于传统硅电子，柔性电子是指可以弯曲、折叠、扭曲、压缩、拉伸、甚至变形成任意形状但仍保持高效光电性能、可靠性和集成度的薄膜电子器件，以上特性使得柔性电子元器件可被广泛用于柔性的rfid、显示屏、触控屏、oled、线材、太阳能电池、集成电路板等智能化电子系统。柔性测试是开发新型柔性材料与器件中重要的环节，亦是表征与评价材料与器件产业化前景的关键。柔性电子的出现为经典电子学的发展提供了新的方向，触发了新形态电子设备的产生。然而，电子材料与器件由刚向柔转变过程中，传统的刚性测试方法变得无法完全适应，而相匹配的柔性测试体系对推进柔性电子行业的发展变得必不可少。在传统的电子行业，将产品暴露在自然的或人工的复杂环境条件下，以评价产品在实际使用、运输和储存的环境条件下的性能。通过使用各种复杂环境试验设备模拟气候环境中的高温、低温、高温高湿以及温度变化等情况，加速反应产品在使用环境中的状况，从而对产品整体进行评估，以确定产品可靠性寿命。
3.柔性电子仍属于电子行业，对柔性电子材料与器件的可靠性验证，是检测柔性电子产品是否具有实用价值的关键测试之一。因此，在柔性材料与器件的开发过程中，尤其是在柔性材料与器件的研发阶段，发展一种在复杂环境下的柔性测试装置，对于充分检验产品和进行可靠性验证具有重要意义。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本实用新型公开了一种用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置，包括动作输出主机、环境控制试验箱和柔性测试夹具，所述柔性测试夹具设置在所述环境控制试验箱内，所述动作输出主机包括用于旋转驱动所述柔性测试夹具上柔性电子元器件的旋转机构和用于拉伸驱动所述柔性测试夹具上柔性电子元器件的拉伸机构。
6.进一步的，所述动作输出主机安装在所述环境控制试验箱的外侧，所述拉伸机构和旋转机构与所述环境控制试验箱的侧壁密封连接。
7.进一步的，所述旋转机构包括一与所述环境控制试验箱的侧壁密封枢接的旋转轴，所述旋转轴的驱动端安装有旋转连接器，所述拉伸机构包括一与所述环境控制试验箱的侧壁密封滑接的推拉杆，所述推拉杆的驱动端安装有推拉连接器。
8.进一步的，所述动作输出主机包括机箱和安装在机箱内的底板、传动板、输出板、旋转驱动件和推拉传动装置，所述传动板和输出板安装在所述底板上，所述旋转轴的两端
与所述传动板和输出板枢接，所述推拉杆与所述输出板滑接，所述旋转驱动件与所述旋转轴传动连接，所述旋转驱动件通过所述推拉传动装置与所述推拉杆连接。
9.进一步的，所述推拉传动装置为齿轮齿条机构、丝杆螺母机构或者皮带同步轮机构的任一一种。
10.进一步的，还包括推拉旋转转换模块，所述推拉旋转转换模块包括主动带轮、第一皮带、第一旋转带轮、第二旋转带轮、拉伸带轮和第二皮带，所述主动带轮安装在所述旋转驱动件的输出轴上，所述第一旋转带轮和第二旋转带轮与所述旋转轴同轴固接，所述第一皮带的一端与所述主动带轮传动连接，另一端与所述第一旋转带轮传动连接，所述第二皮带的一端与所述第二旋转带轮传动连接，另一端与所述拉伸带轮传动连接，所述拉伸带轮安装在所述推拉传动装置的输入轴上。
11.进一步的，所述柔性测试夹具包括扭转测试底座、扭转测试导轨、滑动座、第一扭转测试夹持装置和第二扭转测试夹持装置，所述第一扭转测试夹持装置安装在滑动座上，所述滑动座与所述扭转测试导轨滑接，所述扭转测试导轨安装在所述扭转测试底座上，所述第二扭转测试夹持装置与所述旋转连接器连接。
12.进一步的，所述夹柔性测试夹具包括拉伸测试底座和安装在所述拉伸测试底座上的固定安装板、活动安装板、拉伸测试导轨及拉伸测试夹持器，所述固定安装板和活动安装板均设置有拉伸测试夹持器，且均安装在所述拉伸测试导轨的两侧，所述推拉连接器与所述活动安装板连接，所述活动安装板与所述拉伸测试导轨滑接。
13.进一步的，所述环境控制试验箱设置为可模拟恒温环境、温度循环环境、恒湿环境、光辐射环境、电磁辐射环境、气压循环环境、盐雾环境、霉菌环境、淋雨环境和砂尘环境。
14.进一步的，所述柔性电子元器件包括柔性的fpc、rfid、传感器、电池、电容器、显示屏、触控屏、oled、线材和集成电路板。
15.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
16.本实用新型的柔性电子元器件测试装置采用复杂环境控制系统与动作输出主机等相结合，通过使用各种复杂环境试验设备模拟气候环境，加速反映产品在实际使用环境中的状况，从而对产品整体进行评估，以确定产品可靠性。进一步的，柔性测试夹具配合动作输出主机测试装置通过拉伸、折叠、弯曲、卷绕、扭转动作对柔性电子元器件的可靠性验证，从而可以检测柔性电子产品是否具有实用价值。
17.下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的主视结构示意图；
20.图2为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的动作输出主机的立体示意图；
21.图3为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的动作输出
主机的主视结构示意图；
22.图4为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的动作输出主机中旋转轴、推拉杆、推拉旋转转换模块和推拉传动装置的结构示意图；
23.图5为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的动作输出主机中动力驱动模块的结构示意图；
24.图6为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的旋转联动装置结构示意图；
25.图7为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的推拉联动装置结构示意图；
26.图8为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的拉伸测试夹具轴测示意图；
27.图9为本实用新型提供的用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置的扭转测试夹具轴测示意图。
28.图例说明：
29.1、动作输出主机；101、旋转轴；102、旋转连接器；103、推拉杆；104、推拉连接器；105、机箱；106、底板；107、传动板；108、输出板；109、旋转驱动件；110、推拉传动装置；111、三角固定架；112、输出板加强筋；113、传动板加强筋；114、连杆固定螺丝；115、推拉杆固定块；117、主动带轮；118、第一皮带；119、第一旋转带轮；120、第二旋转带轮；121、拉伸带轮；122、第二皮带；
30.2、环境控制试验箱；
31.3、柔性测试夹具；301、扭转测试底座；302、扭转测试导轨；303、滑动座；304、第一扭转测试夹持装置；305、第二扭转测试夹持装置；306、拉伸测试底座；307、固定安装板；308、活动安装板；309、拉伸测试导轨；310、拉伸测试夹持器；
32.4、柔性电子元器件。
具体实施方式
33.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
34.如图1-9所示，本实用新型实施例公开了一种用于复杂环境下的柔性电子元器件测试装置，包括动作输出主机1、环境控制试验箱2和柔性测试夹具3，柔性测试夹具3设置在环境控制试验箱2内，动作输出主机1包括用于旋转驱动柔性测试夹具3上柔性电子元器件4的旋转机构和用于拉伸驱动柔性测试夹具3上柔性电子元器件4的拉伸机构。其中，柔性电子元器件4包括柔性的fpc、rfid、传感器、电池、电容器、显示屏、触控屏、oled、线材和集成电路板，环境控制试验箱2由密封箱与环境控制模块组成，用于实现恒温恒湿实验和高低温试验；具体的，恒温恒湿实验通过安装在密封箱内顶部的旋转风扇，将空气排入密封箱内实现气体循环、平衡箱体内的温，由密封箱内置的温度传感器采集的数据，传至温度控制器(微型信息处理器)进行编辑处理，下达调温调指令，通过空气加热单元、冷凝管调控温度。而高低温试验通过密封箱体内置温度传感器，采集数据，经温度控制器(微型信息处理器)调节，接通空气加热单元来实现增加温度，调节制冷电磁阀来降低箱体内温度，以达到控制
所需要的温度。密封箱内部设有多重保护措施；温度系统在可设定最大安全允许温度条件下，装有过温保护器，空气加热元件可随旋转风扇停止而自动断电；制冷系统也随箱体温度升高(超过40℃)或湿度的加大而停止工作，此外，还可以模拟恒温环境、温度循环环境、恒湿环境、光辐射环境、电磁辐射环境、气压循环环境、盐雾环境、霉菌环境、淋雨环境和砂尘环境。
35.在本实施例中，动作输出主机1安装在环境控制试验箱2的外侧，具体的，动作输出主机1安装在一三角固定架111上，拉伸机构和旋转机构与环境控制试验箱2的侧壁密封连接，从而实现动作输出主机1的主体部分和环境控制试验箱2隔离，避免复杂环境危害动作输出主机1的主体。
36.在本实施例中，旋转机构包括一与环境控制试验箱2的侧壁密封枢接的旋转轴101，旋转轴101的驱动端安装有旋转连接器102，拉伸机构包括一与环境控制试验箱密2的侧壁密封滑接的推拉杆103，推拉杆103的驱动端安装有推拉连接器104。其中个，旋转轴101最大运行角速度为2000red/s，弯曲角度为
±
5400
°
；旋转轴101运行角速度可实行高、低速运转，弯曲角度最大为5400
°
，满足多种测试夹具的使用需要；旋转轴101旋转动作可以匹配弯曲及折叠等方式的测试夹具。推拉杆103的运行速度为0.1-150mm/s，行程为0.1-1000mm，推拉动作可在2s内完成一个动作，重复次数最高为20000000次。
37.具体的，动作输出主机1包括机箱105和安装在机箱105内的底板106、传动板107、输出板108、旋转驱动件109、推拉旋转转换模块和推拉传动装置110，传动板107和输出板108安装在底板106上，旋转轴101的两端与传动板107和输出板108枢接，推拉杆103与输出板108滑接，旋转驱动件109与旋转轴101传动连接，旋转驱动件109通过推拉传动装置110与推拉杆103连接。在本实施例中，推拉传动装置110为齿轮齿条机构、丝杆螺母机构或者皮带同步轮机构的任一一种。而推拉旋转转换模块包括主动带轮117、第一皮带118、第一旋转带轮119、第二旋转带轮120、拉伸带轮121和第二皮带122，主动带轮117安装在旋转驱动件109的输出轴上，第一旋转带轮119和第二旋转带轮120与旋转轴101同轴固接，第一皮带118的一端与主动带轮117传动连接，另一端与第一旋转带轮119传动连接，第二皮带122的一端与第二旋转带轮120传动连接，另一端与拉伸带轮121传动连接，拉伸带轮121安装在推拉传动装置110的输入轴上。当然，推拉旋转转换模块还可以采用齿轮与齿轮、同步轮与同步带、皮带与同步轮等现有的转换驱动装置，可根据配套使用的测试夹具及其输出力的要求进行相应的调整和选择。
38.使用时，将旋转连接器102与特定的柔性测试夹具3相连接，通过驱动旋转轴101和旋转连接器102旋转，进而带动固定在测试夹具上的待测试柔性电子元器件4完成相应的测试动作；该动作输出主机1提供线性的旋转、推、拉三个基本动作，以旋转连接器102将动作输出主机1与特定的柔性测试夹具3进行同步连接，通过柔性测试夹具3将上述基本动作转换成测试所需的扭转条件；通过控制推拉旋转转换模和旋转驱动件109可以改变弯曲形式、弯曲角度、弯曲半径、承受压力、相对摩擦、重复次数等测试状态的调整。
39.进一步的，通过设置推拉旋转转换模和旋转驱动件109，将推拉传动装置110的输入端设与旋转驱动件109输出端相连，推拉杆103通过螺纹连接的方式安装在推拉传动装置110的推拉杆固定块115上。将推拉杆103和从机箱105伸出，并在推拉杆103伸出机箱105的一端安装推拉连接器104；使用时，将推拉连接器104与特定的柔性测试夹具3相连接，通过
动力驱动推拉连接器104做推拉运动，进而带动固定在测试夹具上的待测试柔性电子元器件4完成相应的测试动作。该动作输出主机提供线性的旋转、推、拉三个基本动作，以推拉连接器104将动作输出主机1与特定的柔性测试夹具3进行同步连接，通过柔性测试夹具3将上述基本动作转换成测试所需的推或拉条件；通过控制推拉旋转转换模和旋转驱动件109可以改变弯曲形式、弯曲角度、弯曲半径、承受压力、相对摩擦、重复次数等测试状态的调整。
40.同时，在本实施例中，在底板106上还设置有传动板加强筋113和输出板加强筋112，该传动板加强筋113与传动板107相连接，该输出板加强筋112与输出板108相连接；在底板106上还设置有传动板安装槽、输出板安装槽、传动板加强筋安装槽和输出板加强筋安装槽，传动板107、输出板108、传动板加强筋113和输出板加强筋112分别安装在传动板安装槽、输出板安装槽、传动板加强筋安装槽和输出板加强筋安装槽内。底板106用于固定传动板加强筋113、输出板加强筋112、传动板107以及输出板108，增加模块化测试主机的稳定性，减少主机输出动力时导致测试效果城市不必要的误差；各个安装槽主要用于限制相对应的板和加强筋的安装位置，减少安装过程的安装误差。传动板107和输出板108安装在底板106上要求位移精度为0.001mm。输出板108安装时采用水平尺进行安装检测；推拉传动装置110安装在传动板107和输出板108之间，使用输出板加强筋112加固输出板108，进而避免推拉传动装置110产生左右两侧高低不一的情况。输出板108与底板106接触面的平面度精度要求较高，确保安装在底板106上不会出现倾斜情况。传动板107固定在底板106上，与输出板108分布在底板106的两侧，安装时考虑推拉传动装置110的尺寸。传动板107与底板106接触面平面度与输出板108与底板106接触面的精度要求一样，使传动板107、输出板108安装在同一个平面上，减少运行时产生的偏差。
41.同时，传动板107上供推拉杆103穿过的开孔需与推拉杆固定块115上的螺纹孔同圆心，在同一圆心使推拉杆103运行时不会受到其他外力的影响，增强推拉杆103的运行精度，推拉杆103采用圆柱形杆，方便安装并且运行不受其他影响。旋转连接器102和推拉连接器104可采用联轴器、同步带和关节轴承中的一种；联轴器具有一定的补偿两轴偏移的能力，可减少机械传动过程的振动、降低冲击尖峰载荷，还有一定的缓冲减震性能；同步带传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比，传动平稳有缓冲、减震能力，噪声低；关节轴承能承受较大的负荷，轴承工作中可产生自润滑。推拉连接器104优选采用关节轴承与测试夹具进行对接，连接更加稳固，可使推拉更为有效；并且，根据不同需求，还可以将推拉连接器104更换为采用螺纹连接的方式与测试夹具进行对接。旋转连接器102安装时需与测试夹具连接在同一个圆心上，避免安装导致旋转连接器102与测试夹具运行时产生阻力。旋转连接器102使用联轴器时可忽视圆心相差较小情况下产生的阻力，圆心偏离较大时安装旋转连接器102必须进行相应对接调试。
42.在本实施例中，夹柔性测试夹具3包括拉伸测试底座306和安装在拉伸测试底座306上的固定安装板307、活动安装板308、拉伸测试导轨309及拉伸测试夹持器310，固定安装板307和活动安装板308均设置有拉伸测试夹持器310，且均安装在拉伸测试导轨309的两侧，推拉连接器104与活动安装板308连接，活动安装板308与拉伸测试导轨309滑接。测试时将拉伸测试底座306置于模块化测试主机的推拉连接器104伸出的一侧，将柔性电子元器件4的两端分别通过拉伸测试夹持器310夹持在固定安装板307和活动安装板308之间；推拉连接器104上通过连杆固定螺丝114与活动安装板308连接。进一步，通过推拉连接器104将推
拉杆103与活动安装板308进行连接，通过驱动推拉杆103驱动活动安装板308进行拉伸，即可使活动安装板308在拉伸测试导轨309上滑动，进而对柔性电子元器件4进行拉伸测试。两个拉伸测试夹持器310分别安装在固定安装板307和活动安装板308上，主要用于夹持柔性电子元器件4，拉伸测试夹持器310上配置有软性辅助材料(图中未示出)，防止柔性电子元器件4在被拉伸的过程中发生脱落，增强拉伸测试夹持器310的稳定性。柔性电子元器件4为线型和平面型柔性基材最大宽度为100mm，拉伸最大长度为240mm，待测试材料或器件100拉伸工作距离为
±
120mm。
43.在本实施例中，柔性测试夹具3包括扭转测试底座301、扭转测试导轨302、滑动座303、第一扭转测试夹持装置304和第二扭转测试夹持装置305，第一扭转测试夹持装置304安装在滑动座303上，滑动座303与扭转测试导轨302滑接，扭转测试导轨302安装在扭转测试底座301上，第二扭转测试夹持装置305与旋转连接器102连接，第一扭转测试夹持装置304和第二扭转测试夹持装置305之间用于夹持柔性电子元器件4。测试时通过第一扭转测试夹持装置304和第二扭转测试夹持装置305将待测试材料或器件100的两端进行夹持，将滑动座303固定在扭转测试导轨302上，将第二扭转测试夹持装置305与旋转连接器102相连接，通过动作输出主机1驱动第二扭转测试夹持装置305进行旋转，即可对柔性电子元器件4进行扭转测试。柔性电子元器件4为平面型基材，安装时可根据使用的大小宽度进行调节，宽度范围在30
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60mm至210
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300mm。
44.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。