一種pdms薄膜液容測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PDMS薄膜液容測量裝置及方法，該裝置包括輸出壓力可調(diào)的壓力施加模塊、觀測記錄模塊和處理分析模塊，所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。本發(fā)明可實現(xiàn)在微流控芯片制作過程中測量微芯片上PDMS薄膜液容，能夠在不知道材料參數(shù)和薄膜幾何尺寸的條件下準(zhǔn)確測得薄膜液容。
【專利說明】
一種PDMS薄膜液容測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種PDMS薄膜液容測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流體芯片特別是具備高密度、大規(guī)模、高通量、多功能等特點的集成微流體芯片，已經(jīng)在化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。與宏觀尺度的實驗裝置相比，這一技術(shù)顯著降低了樣品的消耗量，提高了反應(yīng)效率。同時也降低了實驗產(chǎn)生廢物對環(huán)境的污染;集成微流體芯片操作的并行優(yōu)勢可以實現(xiàn)實驗的高通量、自動化控制;并且可以通過微閥微栗等微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制。這使得微流體芯片在分析領(lǐng)域中具有不可替代的優(yōu)勢。此外，微流控制作工藝逐漸延伸到其他領(lǐng)域，例如微流控光學(xué)等。
[0003]微流控芯片的一種主要制備材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，PDMS在微流控，微流控光學(xué)等領(lǐng)域有巨大的優(yōu)勢，例如:PDMS具有超彈性，良好的透光性、生物相容性，易于表面改性處理，可以通過軟光刻制作廉價的微流控器件等優(yōu)點。基于以上有點，PDMS廣泛用于生物，化學(xué)，光學(xué)等領(lǐng)域。在設(shè)計PDMS器件時常常設(shè)計出PDMS薄膜結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)特定的功能，例如，微流控薄膜微栗、微傳感器、薄膜濾波器、直流/交流轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、PDMS光學(xué)透鏡等。在實際應(yīng)用中，這些薄膜結(jié)構(gòu)變形后的輪廓或變形時的薄膜固有性質(zhì)對PDMS器件的性能有重要影響，甚至起決定性作用。例如I3DMS光學(xué)透鏡對PDMS薄膜曲面的曲率半徑和透鏡焦距有嚴(yán)格要求，曲面輪廓決定透鏡的特性;在薄膜微栗中，薄膜的固有頻率和變形能力決定微栗的排量和動態(tài)頻率上限等，在薄膜濾波器中決定其濾波能力。而這些都和薄膜的變形能力和薄膜固有屬性——液容密切相關(guān)。超彈性薄膜液容的定義為薄膜變形時，單位壓力變化引起的體積變化，即體積對壓力的微分。
[0004]已有薄膜變形理論可以很好得求出小變形時薄膜液容，而大變形理論是復(fù)雜的近似求解過程，在實際應(yīng)用時多有不便。目前對薄膜大變形時薄膜液容的研究還有不足。由于PDMS薄膜的液容對微芯片性能有重要影響，在芯片應(yīng)用時必須已知薄膜液容，但是芯片制作完成后，薄膜完全封裝在芯片內(nèi)部無法測量，因此需要在微芯片制作完成之前測得薄膜液容。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PDMS薄膜液容測量裝置及方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007 ] 一種PDMS薄膜液容測量裝置，包括輸出壓力可調(diào)的壓力施加模塊、觀測記錄模塊和處理分析模塊，所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。
[0008]進(jìn)一步地:
[0009]所述壓力施加模塊包括氣源和氣壓控制器，所述氣源輸出的氣壓經(jīng)過所述氣壓控制器的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片，所述氣壓控制器受計算機(jī)指令控制進(jìn)行氣壓的調(diào)
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[0010]所述壓力施加模塊包括注射栗與壓力控制器，所述注射栗輸出的液壓經(jīng)過所述壓力控制器的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片，所述壓力控制器受計算機(jī)指令控制進(jìn)行液壓的調(diào)節(jié)。
[0011]所述觀測記錄模塊包括顯微鏡和相機(jī)，所述相機(jī)與所述顯微鏡的相機(jī)接口對接。
[0012]所述半封裝微芯片放置在顯微鏡載物臺上，所述PDMS薄膜所在平面與所述顯微鏡載物臺垂直，與所述顯微鏡的物鏡光軸平齊。
[0013]所述半封裝微芯片與長方體基準(zhǔn)塊固定在一起，通過所述長方體基準(zhǔn)塊放置在所述顯微鏡載物臺上。
[0014]一種PDMS薄膜液容測量方法，使用所述PDMS薄膜液容測量裝置進(jìn)行PDMS薄膜液容的測量，其中通過所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，通過所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，由所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。
[0015]進(jìn)一步地:
[0016]測量過程中，以在一定壓力載荷范圍內(nèi)取相同壓力步長的方式逐步調(diào)節(jié)所述壓力施加模塊施加到所述半封裝微芯片的壓力載荷，同時觀測和記錄所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，優(yōu)選地，壓力載荷范圍取Ombar到25mbar，步長為0.5mbar。
[0017]對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析包括以下步驟:
[0018]將薄膜輪廓圖像調(diào)整成圖像基線處于水平狀態(tài)；
[0019]使用圖像處理算法由所述薄膜輪廓圖像獲得薄膜邊界輪廓線；
[0020]利用薄膜邊界輪廓線，通過積分求得變形薄膜形成的類球缺體積，其中每一個不同的壓力載荷對應(yīng)一個不同的體積，得到一系列壓力/體積對應(yīng)值，進(jìn)而獲得壓力體積關(guān)系曲線，優(yōu)選地，通過壓力/體積對應(yīng)值做多項式擬合，得到的擬合曲線為所述壓力體積關(guān)系曲線；
[0021]對所述壓力體積關(guān)系曲線進(jìn)行微分，得到所述壓力液容關(guān)系曲線。
[0022]所述薄膜邊界輪廓線使用直接閾值法和/或CV水平集算法獲得。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]本發(fā)明提供了一種PDMS薄膜液容的測量裝置和方法，通過壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，觀測獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，再對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，最終得到TOMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線，從而實現(xiàn)在微流控芯片制作過程中測量微芯片上PDMS薄膜液容，能夠在不知道薄膜的材料參數(shù)和幾何尺寸參數(shù)的條件下，方便而又準(zhǔn)確地測得薄膜液容。因為是實際測量，所以本發(fā)明比有限元仿真更加方便準(zhǔn)確，并且也彌補了 PDMS薄膜大變形時薄膜液容研究的不足，能夠為PDMS器件上薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供十分有益的、重要的指導(dǎo)。本發(fā)明的另一優(yōu)勢在于，由于對在微芯片制作過程中的半封裝微芯片進(jìn)行薄膜結(jié)構(gòu)的液容測量，有效避免了芯片制作完成后，薄膜封裝在芯片內(nèi)部而無法測量的困難。因此，本發(fā)明尤其適用于封裝在微芯片內(nèi)部的薄膜液容的測量。
【附圖說明】
[0025]圖1示出了一種半封裝微芯片樣片的制作過程。
[0026]圖2示出了本發(fā)明實施例的PDMS薄膜液容測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3示出了液容測量中抓取的薄膜變形圖片和圖片處理。
[0028]圖4示出了薄膜變形體積與施加壓力的關(guān)系和薄膜液容與施加壓力的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0029]以下對本發(fā)明的實施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0030]參閱圖2至圖4，在一種實施例中，一種PDMS薄膜液容測量裝置，包括輸出壓力可調(diào)的壓力施加模塊、觀測記錄模塊和處理分析模塊，所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片208(帶薄膜未完成的微芯片)，所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。
[0031]在一些實施例中，所述壓力施加模塊包括氣源和氣壓控制器202，所述氣源輸出的氣壓經(jīng)過所述氣壓控制器202的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片208，所述氣壓控制器202受計算機(jī)203指令控制進(jìn)行氣壓的調(diào)節(jié)。
[0032]在另一些實施例中，所述壓力施加模塊包括注射栗與壓力控制器，所述注射栗輸出的液壓經(jīng)過所述壓力控制器的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片208，所述壓力控制器受計算機(jī)指令控制進(jìn)行液壓的調(diào)節(jié)。
[0033]在一些實施例中，所述觀測記錄模塊包括顯微鏡205和相機(jī)204，所述相機(jī)204與所述顯微鏡205的相機(jī)接口對接。
[0034]在優(yōu)選的實施例中，所述半封裝微芯片208放置在顯微鏡載物臺206上，所述PDMS薄膜所在平面與所述顯微鏡載物臺206上垂直，與所述顯微鏡的物鏡光軸平齊。
[0035]在更優(yōu)選的實施例中，所述半封裝微芯片208與長方體基準(zhǔn)塊207固定在一起，通過所述長方體基準(zhǔn)塊207放置在所述顯微鏡載物臺206上。
[0036]參閱圖2至圖4，在另一種實施例中，一種PDMS薄膜液容測量方法，使用前述任一實施例的PDMS薄膜液容測量裝置進(jìn)行PDMS薄膜液容的測量，其中通過所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有I3DMS薄膜的半封裝微芯片208，通過所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，由所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。
[0037]在優(yōu)選的實施例中，測量過程中，以在一定壓力載荷范圍內(nèi)取相同壓力步長的方式逐步調(diào)節(jié)所述壓力施加模塊施加到所述半封裝微芯片208的壓力載荷，同時觀測和記錄所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，優(yōu)選地，壓力載荷范圍取Ombar到25mbar，步長為0.5mbar。
[0038]在優(yōu)選的實施例中，對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析包括以下步驟:
[0039]將薄膜輪廓圖像調(diào)整成圖像基線處于水平狀態(tài)；
[0040]使用圖像處理算法由所述薄膜輪廓圖像獲得薄膜邊界輪廓線；
[0041]利用薄膜邊界輪廓線，通過積分求得變形薄膜形成的類球缺體積，其中每一個不同的壓力載荷對應(yīng)一個不同的體積，得到一系列壓力/體積對應(yīng)值，進(jìn)而獲得壓力體積關(guān)系曲線，優(yōu)選地，通過壓力/體積對應(yīng)值做多項式擬合，得到的擬合曲線為所述壓力體積關(guān)系曲線；
[0042]對所述壓力體積關(guān)系曲線進(jìn)行微分，得到所述壓力液容關(guān)系曲線。
[0043]在具體的實施例中，所述薄膜邊界輪廓線可使用直接閾值法和/或CV水平集算法等圖像處理算法獲得。
[0044]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例及其優(yōu)點作進(jìn)一步說明。
[0045]半封裝微芯片樣片的制備方法
[0046]參閱圖1，經(jīng)過軟光刻制作等步驟完成半封裝微芯片樣片制備，具體包括以下過程:101.拋光硅片，102.旋涂光刻膠(負(fù)膠)、前烘，103.光刻、后烘，104.顯影、堅模，105.傾倒H)MS(10:1)復(fù)制光刻圖形、烘烤，106.等離子處理PDMS微結(jié)構(gòu)一側(cè)，107.拋光硅片，108.旋涂PDMS(RTV615固化劑和預(yù)聚物的比例為1:10)、烘烤、等離子處理PDMS薄膜表面，109.鍵合106、108的等離子處理面、烘烤，110.使微流道充滿水、防止薄膜與流道壁面貼合，111.使PDMS結(jié)構(gòu)與硅片分離、形成半封裝的微芯片。半封裝微芯片流道一側(cè)僅鍵合一層PDMS薄膜，薄膜覆蓋圓形微結(jié)構(gòu)后形成圓形薄膜，作為測量部分，微芯片的進(jìn)液(進(jìn)氣)孔通過金屬毛細(xì)管與外部導(dǎo)管相連。芯片制作過程還可以使用玻璃，PMMA等材料，使用電子束，化學(xué)等刻蝕手段，薄膜可為圓形，矩形等具有對稱性的幾何形狀。
[0047]PDMS薄膜液容測量裝置
[0048]PDMS薄膜液容測量裝置包括壓力施加模塊(包括氣壓控制器202、氮氣瓶201、導(dǎo)管209)和觀測記錄模塊(包括計算機(jī)203、相機(jī)204、顯微鏡205的物鏡、顯微鏡載物臺206)。將半封裝微芯片208與一長方體的基準(zhǔn)塊207固定在一起并放置在顯微鏡載物臺上，以保證薄膜所在平面與載物臺垂直。相機(jī)204可采用科研數(shù)碼相機(jī)，相機(jī)204與顯微鏡205的相機(jī)接口對接，數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相203連，相機(jī)受計算機(jī)控制。氣壓控制器202由氮氣瓶201供氣，并接受計算機(jī)氣壓控制命令，氣壓控制器202的輸出經(jīng)過導(dǎo)管209作用在208的薄膜上。
[0049]PDMS薄膜液容測量平臺由氮氣瓶201 (或其他手段，如空壓機(jī)與氣動三聯(lián)件的組合)提供氣源，氮氣瓶201輸出氣壓經(jīng)過氣壓控制器202調(diào)節(jié)，輸出穩(wěn)定的氣體壓力。氣壓控制器202可以接受來自計算機(jī)203的命令，調(diào)節(jié)氣壓控制器202輸出氣壓的大小，氣壓控制器202輸出的氣體經(jīng)過導(dǎo)管209進(jìn)入半封裝微芯片208并作用在其薄膜上。另外，也可以使用注射栗等恒流源與壓力傳感器并聯(lián)的方式為薄膜提供壓力載荷。
[0050]對PDMS薄膜液容進(jìn)行測量時，氣壓控制器202可由操作人員通過計算機(jī)203的軟件界面進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)其輸出氣壓的大小，將不同的壓力分別作用于半封裝微芯片208的PDMS薄膜上，同時，通過顯微鏡觀測不同壓力下的薄膜變形，并用相機(jī)204獲取薄膜輪廓圖片301。較佳地，可以以在一定壓力范圍內(nèi)取相同壓力步長的方式調(diào)節(jié)氣壓控制器202輸出氣壓的大小。
[0051]為了保證薄膜液容測量的準(zhǔn)確性，優(yōu)選使半封裝微芯片208上的薄膜所在平面與顯微鏡載物臺206垂直，從而保證薄膜變形后，相機(jī)可以獲取準(zhǔn)確的薄膜輪廓。較佳地，將基準(zhǔn)塊207與半封裝微芯片208固定在一起，置于顯微鏡載物臺206上，調(diào)整顯微鏡載物臺，使薄膜處于顯微鏡視場中。
[0052]PDMS薄膜液容測量方法
[0053]將半封裝的微流控芯片與基準(zhǔn)塊固定后置于顯微鏡載物臺上;氣體氣壓控制器由氮氣瓶提供氣源，由計算機(jī)控制其輸出壓力的大小;所述氣體氣壓控制器輸出一系列穩(wěn)定壓力，通過導(dǎo)管進(jìn)入所述半封裝微流控芯片，作用于微芯片上的PDMS薄膜上，薄膜變形后凸起;將顯微鏡和數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合，用來獲取變形薄膜的輪廓圖片;通過圖像處理獲取薄膜外輪廓邊界，考慮薄膜幾何形狀的對稱性，可以利用薄膜輪廓邊界，通過積分獲得變形后薄膜包裹的體積，通過調(diào)節(jié)壓力可獲得一系列壓力/體積值;再將實驗所得壓力體積離散點做多項式擬合，根據(jù)液容定義，對擬合曲線求微分得到液容與壓力的關(guān)系。
[°°54] 測量過程中，壓力載荷范圍取Ombar到25mbar，步長為0.5mbar。通過計算機(jī)控制氣壓控制器202輸出不同的壓力。通過顯微鏡205調(diào)節(jié)使相機(jī)204成像呈最清晰狀態(tài)并抓取不同壓力值下的薄膜變形，如301所示。
[0055]圖像處理算法及后期數(shù)據(jù)處理步驟如下:首先，將薄膜變形圖片301做旋轉(zhuǎn)微調(diào)使圖片基線處于水平狀態(tài)，如圖302所示；其次，將薄膜變形圖片302切割，只取薄膜部分303;再次，使用圖像處理算法處理薄膜變形圖片303，獲得薄膜邊界輪廓線，例如，使用直接閾值或者CV水平集等圖像處理算法獲得薄膜邊界輪廓線，如薄膜邊界輪廓線304中的紅線(直接閾值法)和藍(lán)線(CV水平集算法)，圖像處理算法不限于以上兩種；由于薄膜的對稱性，利用薄膜邊界輪廓線304，通過積分求得變形薄膜形成的類球缺體積，而每一個不同的壓力載荷對應(yīng)一個不同的體積，得到一系列壓力/體積對應(yīng)值，從而可獲得壓力體積關(guān)系曲線401(可對實驗所得的一系列壓力、體積對應(yīng)值做多項式擬合，得到擬合曲線)；再對壓力體積關(guān)系曲線401求微分，得到壓力液容關(guān)系曲線402，即PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的關(guān)系。
[0056]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種roMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，包括輸出壓力可調(diào)的壓力施加模塊、觀測記錄模塊和處理分析模塊，所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。2.如權(quán)利要求1所述的PDMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，所述壓力施加模塊包括氣源和氣壓控制器，所述氣源輸出的氣壓經(jīng)過所述氣壓控制器的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片，所述氣壓控制器受計算機(jī)指令控制進(jìn)行氣壓的調(diào)節(jié)。3.如權(quán)利要求1所述的PDMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，所述壓力施加模塊包括注射栗與壓力控制器，所述注射栗輸出的液壓經(jīng)過所述壓力控制器的調(diào)節(jié)后輸送到所述半封裝微芯片，所述壓力控制器受計算機(jī)指令控制進(jìn)行液壓的調(diào)節(jié)。4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的PDMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，所述觀測記錄模塊包括顯微鏡和相機(jī)，所述相機(jī)與所述顯微鏡的相機(jī)接口對接。5.如權(quán)利要求4所述的PDMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，所述半封裝微芯片放置在顯微鏡載物臺上，所述PDMS薄膜所在平面與所述顯微鏡載物臺垂直，與所述顯微鏡的物鏡光軸平齊。6.如權(quán)利要求5所述的PDMS薄膜液容測量裝置，其特征在于，所述半封裝微芯片與長方體基準(zhǔn)塊固定在一起，通過所述長方體基準(zhǔn)塊放置在所述顯微鏡載物臺上。7.一種PDMS薄膜液容測量方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1至6任一項所述PDMS薄膜液容測量裝置進(jìn)行PDMS薄膜液容的測量，其中通過所述壓力施加模塊將不同的壓力施加到帶有PDMS薄膜的半封裝微芯片，通過所述觀測記錄模塊獲取所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，由所述處理分析模塊對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析，得到變形后薄膜包裹的體積與所受到的壓力的一系列壓力/體積對應(yīng)值，獲得壓力體積關(guān)系曲線，并根據(jù)所述壓力體積關(guān)系曲線得到PDMS薄膜液容與施加載荷壓力的壓力液容關(guān)系曲線。8.如權(quán)利要求7所述的PDMS薄膜液容測量方法，其特征在于，測量過程中，以在一定壓力載荷范圍內(nèi)取相同壓力步長的方式逐步調(diào)節(jié)所述壓力施加模塊施加到所述半封裝微芯片的壓力載荷，同時觀測和記錄所述PDMS薄膜在不同壓力下發(fā)生變形的薄膜輪廓圖像，優(yōu)選地，壓力載荷范圍取Ombar到25mbar，步長為0.5mbar。9.如權(quán)利要求7或8所述的PDMS薄膜液容測量方法，其特征在于，對不同壓力下的薄膜輪廓圖像進(jìn)行分析包括以下步驟: 將薄膜輪廓圖像調(diào)整成圖像基線處于水平狀態(tài)； 使用圖像處理算法由所述薄膜輪廓圖像獲得薄膜邊界輪廓線； 利用薄膜邊界輪廓線，通過積分求得變形薄膜形成的類球缺體積，其中每一個不同的壓力載荷對應(yīng)一個不同的體積，得到一系列壓力/體積對應(yīng)值，進(jìn)而獲得壓力體積關(guān)系曲線，優(yōu)選地，通過壓力/體積對應(yīng)值做多項式擬合，得到的擬合曲線為所述壓力體積關(guān)系曲線； 對所述壓力體積關(guān)系曲線進(jìn)行微分，得到所述壓力液容關(guān)系曲線。10.如權(quán)利要求9所述的PDMS薄膜液容測量方法，其特征在于，所述薄膜邊界輪廓線使用直接閾值法和/或CV水平集算法獲得。
【文檔編號】G01N19/00GK105842151SQ201610157510
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】錢翔, 張文輝, 劉興陽, 彭誠, 王曉浩, 彌勝利, 倪凱, 余泉
【申請人】清華大學(xué)深圳研究生院