青島日報(bào)社/青網(wǎng)訊 據(jù)2013年報(bào)道，美國宇航局派往火星執(zhí)行探測任務(wù)的“好奇號(hào)”探測車罷工，經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該事故起因是火星車上一電子元件出現(xiàn)了短路，導(dǎo)致探測車失去了工作能力，該事故直接導(dǎo)致價(jià)值25億美元探測項(xiàng)目被迫中斷！隨著當(dāng)前我國“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)的提出，國家對制造業(yè)提出了全面升級要求。隨著智能化時(shí)代的到來，設(shè)備中使用的電子元件數(shù)量急劇增多，電子元件失效而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障的概率進(jìn)一步增大，越來越多的制造行業(yè)對產(chǎn)品性能提出更高的要求，極端條件下的性能測試成為了越來越多的工廠企業(yè)的要求，這迫切需要具有相關(guān)功能測試的檢測設(shè)備滿足市場需求。
近日，青島科技大學(xué)大學(xué)生科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造了一款小型可控溫度的真空光電綜合測試平臺(tái)，采用半導(dǎo)體技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了光電測試平臺(tái)的功能化、小型化。
來自企業(yè)的痛點(diǎn)
“曾經(jīng)有企業(yè)找到我們，希望我們對其生產(chǎn)的電子元件進(jìn)行高低溫沖擊下的光電性能測試。”據(jù)青島科技大學(xué)科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師宗兆存副教授回憶，“企業(yè)工作人員說在此之前他們找過一些高校和研究所，但是都沒法達(dá)到測試條件的要求，單獨(dú)購買相關(guān)大型檢測設(shè)備，需要較大一筆資金，對他們中小型企業(yè)來說很不劃算”
目前的光電測試系統(tǒng)主要是通過高校科研機(jī)構(gòu)對大型設(shè)備改造而成，體積龐大、造價(jià)高、功能單一。無法滿足企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)測試的需求，企業(yè)生成的產(chǎn)品得不到更全面的性能檢測。企業(yè)的無奈也反映出我國相關(guān)測試裝置短缺的現(xiàn)狀。
“如何在滿足企業(yè)需求條件下實(shí)現(xiàn)測試平臺(tái)的小型化，讓造價(jià)低、功能強(qiáng)的測試儀器為企業(yè)提供全面的產(chǎn)品性能測試，這將助力企業(yè)發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)完成產(chǎn)品的性能升級”。
青科科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)受到啟發(fā)
受到這件事的啟發(fā)，對半導(dǎo)體技術(shù)感興趣的學(xué)生，在宗兆存老師的指導(dǎo)下成立科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，開始對可控溫度的真空光電測試系統(tǒng)展開攻關(guān)。
“團(tuán)隊(duì)成立之初，面臨的困難很多，需要解決的問題也很多。”團(tuán)隊(duì)學(xué)生在接受采訪時(shí)說，“為了滿足性能要求，我們首先想到對測試系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)控溫，快速變溫。但是由于當(dāng)時(shí)知識(shí)面相對匱乏，并沒有什么突破性進(jìn)展。”
“通過查閱資料，我們了解到TEC半導(dǎo)體兩側(cè)可以存在120℃溫差。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過討論，決定利用TEC制冷與PTC加熱模塊互補(bǔ)構(gòu)建溫度系統(tǒng)平臺(tái)”
經(jīng)過不斷改進(jìn)，該科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)最終設(shè)計(jì)了在真空中具有冷熱補(bǔ)償機(jī)制的測試平臺(tái)，通過溫控系統(tǒng)利用四級TEC制冷片與PTC加熱模塊兩個(gè)模塊間的冷熱耦合實(shí)現(xiàn)了對平臺(tái)溫度的快速、精準(zhǔn)調(diào)整和控制。
測試平臺(tái)組成
“系統(tǒng)由真空系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)組成。真空系統(tǒng)為裝置提供真空環(huán)境，雙模塊冷熱耦合實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，利用研發(fā)的輔助循環(huán)系統(tǒng)將熱量傳出真空系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)可提供真空條件下的對產(chǎn)品輻照、透射及吸收等方面的測試。四個(gè)系統(tǒng)互相依托，共同實(shí)現(xiàn)探測工作。”團(tuán)隊(duì)成員給我們介紹了整個(gè)測試平臺(tái)的構(gòu)成。
測試平臺(tái)功能優(yōu)勢
“傳統(tǒng)的加熱方式采用電阻發(fā)熱，一方面電壓高使用不安全，另外由于采用交流電供電發(fā)熱所以在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電磁波，這對于敏感的納米類材料的光電性能測試存在一定的干擾。”團(tuán)隊(duì)成員描述道：“因此溫控方面必須要避開傳統(tǒng)的加熱方法，還要實(shí)現(xiàn)安全、快速的變溫，所以我們調(diào)研發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料TEC與PTC半導(dǎo)體材料結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)能滿足這方面的要求?？焖倬珳?zhǔn)變溫需要具有冷熱補(bǔ)償機(jī)制，通過溫控系統(tǒng)利用兩個(gè)模塊間的冷熱耦合實(shí)現(xiàn)了對平臺(tái)溫度的快速、精準(zhǔn)調(diào)整和控制。”
截止到目前，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造的“可控溫度的真空光電測試系統(tǒng)”已成功申請國家發(fā)明專利，并通過了深圳某電子企業(yè)實(shí)用性測試，獲得較高的評價(jià)，部分相關(guān)企業(yè)已與該團(tuán)隊(duì)達(dá)成合作意向。
