本發(fā)明涉及應力測試領域，特別是涉及一種薄膜應力測試裝置和薄膜應力測試方法。

背景技術：

柔性顯示設備是指具有可撓曲性的平板顯示器件。柔性顯示設備具有可彎曲、超低功耗、超輕薄、良好的耐用性以及便于攜帶等優(yōu)點。柔性顯示應用的推廣與器件制作工藝技術、襯底材料等有關。成熟的封裝技術也起著至關重要的作用。薄膜封裝的效果與襯底上薄膜的應力有著密切的關系。如果薄膜中存在較大的應力，將對薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，從而影響器件的壽命。傳統(tǒng)的薄膜應力的測試裝置都是針對小面積的襯底上的薄膜應力進行測量，對大面積的襯底測量的工序比較繁瑣，無法做到快速對大面積的襯底的薄膜應力進行快速的測量。因此，能夠快速對大面積的襯底的薄膜應力的進行測試的技術的研究變得十分重要。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對傳統(tǒng)測試技術無法快速測量大面積襯底的薄膜應力的問題，提供一種能夠快速測量大面積襯底的薄膜應力的測試裝置。

一種薄膜應力測試裝置，包括激光發(fā)射模組、激光接收模組和測試平臺；

所述激光發(fā)射模組包括設置于所述測試平臺的激光器、分束元件；

所述激光接收模組包括設置于所述測試平臺圖像處理設備；

所述測試平臺上設置有待測樣品；

所述激光器發(fā)射的激光經(jīng)所述分束元件后被分成二維激光陣列，所述二維激光陣列投射至所述待測樣品，經(jīng)過所述待測樣品反射被所述圖像處理設備接收。

在其中一個實施例中，所述激光發(fā)射模組包括設置于所述測試平臺的第一反光鏡；

所述激光接收模組包括設置于所述測試平臺的第二反光鏡；

從所述分束元件射出的二維激光陣列經(jīng)過所述第一反光鏡反射后投射至所述待測樣品，經(jīng)過所述待測樣品的反射后再經(jīng)過所述第二反光鏡反射至所述圖像處理設備，所述圖像處理設備接收激光信號后進行圖像處理。

在其中一個實施例中，所述測試平臺包括樣品臺，所述樣品臺用以承載待測樣品并帶動待測樣品在水平方向運動。

在其中一個實施例中，所述激光接收模組還包括成像元件，所述二維激光陣列經(jīng)過所述第二反光鏡反射至所述成像元件并在所述成像元件表面顯示激光斑點，所述圖像處理設備拍攝所述激光斑點后進行圖像處理。

在其中一個實施例中，所述測試平臺包括用以使所述樣品臺在第一移動方向移動的第一電機和用以使所述樣品臺在第二移動方向移動的第二電機，所述第一移動方向和所述第二移動方向相互垂直且處于同一平面。

在其中一個實施例中，所述激光接收模組還包括設置于所述樣品臺一側(cè)的位置調(diào)節(jié)模塊，所述圖像處理設備可拆卸設置于所述位置調(diào)節(jié)模塊，所述位置調(diào)節(jié)模塊用以調(diào)節(jié)所述圖像處理設備在所述第二移動方向移動。

在其中一個實施例中，所述位置調(diào)節(jié)模塊包括滑動桿、基座、支撐板，所述基座固定于所述測試臺，所述滑動桿沿著所述第二移動方向設置于所述基座，所述支撐板套設于所述滑動桿，所述圖像處理設備可拆卸安裝于所述支撐板，所述滑動桿用以驅(qū)動所述支撐板在所述第二移動方向運動。

一種薄膜應力測試方法，采用所述的薄膜應力測試裝置，包括：

s100，將襯底樣品固定于所述樣品臺，移動所述樣品臺以采集所述襯底樣品的多個區(qū)域的第一圖像信息；

s200，在所述襯底樣品表面形成薄膜以獲得封裝襯底樣品，多次移動所述樣品臺以再次采集所述多個區(qū)域的第二圖像信息；

s300，對所述第一圖像信息和所述第二圖像信息進行處理，以獲得所述薄膜的應力。

在其中一個實施例中，進一步包括預先對所述薄膜應力測試裝置進行調(diào)試的步驟，包括：

s010，調(diào)試光路，使得所述圖像處理設備采集到的圖像處于視場的中心位置；

s020，等待所述激光器的激光功率處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在其中一個實施例中，所述s100包括：

s110，沿著第一移動方向多次移動所述樣品臺以多次采集襯底樣品進入所述圖像處理設備視場的區(qū)域的圖像信息；

s120，保持襯底相對所述樣品臺的固定位置不變，使所述樣品臺在第二移動方向多次移動并多次采集襯底樣品進入所述圖像處理設備視場的區(qū)域的圖像信息。

上述薄膜應力測試裝置，在激光器和圖像處理設備之間設置分束元件，使從激光器射出的激光形成二維激光陣列。二維激光陣列能夠覆蓋大面積的襯底樣品，同時具有多個采樣點采集襯底樣品的信息。因此所述薄膜應力測試裝置能夠快速測量大面積襯底的薄膜應力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的薄膜應力測試裝置的結(jié)構(gòu)及光路圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的薄膜應力測試方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的薄膜應力測試方法中s100前預先對所述薄膜應力測試裝置進行調(diào)試的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的薄膜應力測試方法中采集所述襯底樣品的多個區(qū)域的第一圖像信息的流程圖；

附圖標記說明：

薄膜應力測試裝置10、激光發(fā)射模組100、激光器110、第一反光鏡120、分束元件130、激光接收模組200、第二反光鏡210、成像元件220、圖像處理設備230、鏡頭231、測試平臺300、樣品臺310、第一電機320、第二電機330、固定架400、卡合結(jié)構(gòu)410、插孔411、平板結(jié)構(gòu)420、位置調(diào)節(jié)模塊500、滑動桿510、基座520、支撐板530、支撐桿531。

具體實施方式

請參見圖1，本發(fā)明實施例提供一種薄膜應力測試裝置10。所述薄膜應力測試裝置10包括激光發(fā)射模組100、激光接收模組200和測試平臺300。

所述激光發(fā)射模組100包括設置于所述測試平臺300的激光器110、分束元件130。所述激光接收模組200包括設置于所述測試平臺300圖像處理設備230。所述測試平臺300上設置有待測樣品。所述激光器110發(fā)射的激光經(jīng)所述分束元件130后被分成二維激光陣列，所述二維激光陣列投射至所述待測樣品，經(jīng)過所述待測樣品反射被所述圖像處理設備230接收。所述分束元件130將激光分成的二維激光陣列具有多個激光點，能夠同時在待測樣品表面采集多個樣點進行結(jié)構(gòu)分析。同時二維激光陣列能夠覆蓋待測樣品較大的面積，減少了采集圖像信息的次數(shù)。因此所述薄膜應力測試裝置10能夠快速測量大面積待測樣品的薄膜應力。

所述激光器110發(fā)射的激光經(jīng)所述分束元件130后被分成二維激光陣列。所述二維激光陣列經(jīng)過所述第一反光鏡120反射后投射至放置在所述測試平臺300的待測樣品。所述二維激光陣列經(jīng)過待測樣品的反射后再經(jīng)過所述第二反光鏡210反射至所述圖像處理設備230。所述圖像處理設備230接收激光信號后進行圖像處理。

所述激光器110發(fā)射的激光經(jīng)過所述分束元件、所述第一反光鏡120、所述樣品臺310、所述第二反光鏡210構(gòu)成的光路后被所述圖像處理設備230接收。通過圖像處理設備230采集經(jīng)過待測樣品反射后的激光形成的圖像分析待測樣品結(jié)構(gòu)的變化，可以得到待測樣品曲率半徑，通過待測樣品封裝前和待測樣品薄膜封裝后的曲率半徑可以通過函數(shù)關系計算得到薄膜應力。

所述激光器110用于發(fā)射激光。在一個實施例中，所述激光器110可以選擇型號為spl-hn8.0r的激光器110：功率為8mw，光斑直徑為0.7mm，發(fā)散角小于1.3mrad，功率不穩(wěn)定性小于3％。

所述分束元件130用以將單束的激光分成多束激光，從而可以獲得二維激光陣列。所述二維激光陣列的截面能夠覆蓋一定的面積。所述二維激光陣列能夠同時形成多個采樣點，進而能夠反映待測樣品表面多個點的結(jié)構(gòu)狀況。從而能夠較少測試的時間，提高測試效率。優(yōu)選地，所述分束元件130可以為二維holoor激光分束器：光束數(shù)量為9x9，激光波長632.8，角度為，透鏡尺寸為25.4mm。

所述圖像處理設備230用以采集圖像信息進行光電信息的轉(zhuǎn)換。所述圖像處理設備230抓取圖像信息的視場具有一定的范圍。優(yōu)選地，所述圖像處理設備230可以為ccd相機，ccd是電荷耦合器件chargecoupleddevice的簡稱。它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹㈦姾纱鎯稗D(zhuǎn)移，也可將存儲之電荷取出使電壓發(fā)生變化。ccd相機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊的優(yōu)點。

在其中一個實施例中，所述激光發(fā)射模組100包括設置于所述測試平臺300的第一反光鏡120。所述激光接收模組200包括設置于所述測試平臺300的第二反光鏡210。從所述分束元件130射出的二維激光陣列經(jīng)過所述第一反光鏡120反射后投射至所述待測樣品，經(jīng)過所述待測樣品的反射后再經(jīng)過所述第二反光鏡210反射至所述圖像處理設備230，所述圖像處理設備230接收激光信號后進行圖像處理。待測待測

所述第一反光鏡120和所述第二反光鏡210可以用來反射所述二維激光陣列。通過所述第一反光鏡120和所述第二反光鏡210能夠改變光路的路徑。所述第一反光鏡120和所述第二反光鏡210能夠根據(jù)測試設備的位置和實驗空間靈活調(diào)整光路。優(yōu)選地，所述第一反光鏡120和所述第二反光鏡210使用對所述激光器110發(fā)射的激光波段反射率較高的介質(zhì)薄膜反射鏡。激光的入射角可以為45度。

在其中一個實施例中，所述測試平臺300包括樣品臺310，所述樣品臺310用以承載待測樣品并帶動待測樣品在水平方向運動。所述樣品臺310可以在所述測試平臺300的表面移動。在其中一個實施例中，所述樣品臺310用以將設置在樣品臺310上的待測樣品移動至圖像處理設備230的視場范圍內(nèi)。所述樣品臺310上可以設置上有用以固定待測樣品的固定元件。所述樣品臺310在平面的移動方向可以根據(jù)待測樣品的大小和形狀進行控制。

放置在可以移動的所述樣品臺310的待測樣品可以適時改變位置從而可以使待測樣品的不同部分進入圖像處理設備230的視場內(nèi)。所述薄膜應力測試裝置10能夠在不改變待測樣品與所述樣品臺310相對位置的情況下連續(xù)對待測樣品的不同部位進行圖像采集，因此所述薄膜應力測試裝置10能夠快速測量大面積待測樣品的薄膜應力。

在其中一個實施例中，所述激光接收模組200還包括成像元件220。所述二維激光陣列經(jīng)過所述第二反光鏡210反射至所述成像元件220并在所述成像元件220表面顯示激光斑點。所述圖像處理設備230拍攝所述激光斑點后進行圖像處理。

所述成像元件220用以顯示經(jīng)過待測樣品和所述第二反光鏡210反射的二維激光陣列的斑點。所述圖像處理設備230可以抓取反射到所述成像元件220表面的所有二維激光陣列斑點。當激光的功率過高時，從所述第二反光鏡210反射的二維激光陣列在所述圖像處理設備230無法直接成像。因此通過在所述成像元件220表面成像。能夠減弱激光的強度，同時使所述二維激光陣列斑點顯示更為清晰。優(yōu)選地，所述成像元件220可以為表面為白色的材質(zhì)構(gòu)成。

在其中一個實施例中，所述圖像處理設備230設置有鏡頭231。所述成像元件220與所述鏡頭231間隔相對設置。

所述鏡頭231用以接收光線并在所述圖像處理設備230中成像。所述鏡頭231具有一定的視場范圍。所述成像元件220設置的位置應當以使所述二維激光陣列斑點恰好都在所述鏡頭231的范圍內(nèi)為準。優(yōu)選地，所述成像元件220與所述鏡頭231間隔設置并相互平行。

在其中一個實施例中，所述測試平臺300設置有多個固定架400。所述激光器110、所述分束元件130、所述第一反光鏡120、所述第二反光鏡210、所述成像元件220分別可拆卸安裝于所述的多個固定架400。

所述固定架400用以固定所述激光器110、所述分束元件130、所述第一反光鏡120、所述第二反光鏡210、所述成像元件220。所述固定架400的一端固定于所述測試平臺300。所述固定架400還設置有卡合結(jié)構(gòu)410。所述卡合結(jié)構(gòu)410可以用以固定元件。所述卡合結(jié)構(gòu)410的高度可以調(diào)節(jié)。設置在卡合結(jié)構(gòu)410上的各個元件的高度也可以調(diào)節(jié)。光路調(diào)節(jié)時，所述卡合結(jié)構(gòu)410的高度調(diào)節(jié)也是重要的一個環(huán)節(jié)。所述卡合結(jié)構(gòu)410可以設置有插孔411。各個元件可以插入所述插孔411。所述卡合結(jié)構(gòu)410也可以設置于平板結(jié)構(gòu)420。在一個實施例中，所述固定架400固定有平板420。所述卡合結(jié)構(gòu)410安裝于所述平板結(jié)構(gòu)420。所述激光器110水平安裝于所述卡合結(jié)構(gòu)410。

在其中一個實施例中，所述薄膜應力測試裝置10包括用以使所述樣品臺310在第一移動方向移動的第一電機320和用以使所述樣品臺310在第二移動方向移動的第二電機330。所述第一移動方向和所述第二移動方向相互垂直且處于同一平面。

將待測樣品設置在所述樣品臺310以后，通過所述樣品臺310的移動可以改變待測樣品的位置。所述第一電機320可以控制所述樣品臺310在所述第一移動方向運動。所述第二電機330可以控制所述樣品臺310在所述第二移動方向運動。由于所述第一移動方向和所述第二移動方向相互垂直且處于同一平面。所述第一移動方向和所述第二移動方向可以構(gòu)成一個二維平面。所述樣品臺310上的某一點到達所述二維平面的任一位置。因此設置于所述樣品臺310的待測樣品的任一部分都可以移動到所述圖像處理設備230的視場內(nèi)。在其中一個實施例中，所述第一電機320和所述第二電機330可以為步進電機。

在其中一個實施例中，所述激光接收模組200還包括設置于所述測試平臺300靠近所述樣品臺310一側(cè)的位置調(diào)節(jié)模塊500。所述圖像處理設備230可拆卸設置于所述位置調(diào)節(jié)模塊500并朝向所述樣品臺310。所述位置調(diào)節(jié)模塊500用以調(diào)節(jié)所述圖像處理設備230在所述第二移動方向移動。所述圖像處理設備230在所述第二移動方向移動可以覆蓋設置在第二移動方向的部分待測樣品。所述圖像處理設備230的移動增加所述圖像處理設備230抓取圖像的靈活性。

在其中一個實施例中，所述位置調(diào)節(jié)模塊500包括滑動桿510、基座520、支撐板530。所述基座520固定于所述測試臺。所述滑動桿510沿著所述第二移動方向設置于所述基座520。所述支撐板530套設于所述滑動桿510。所述圖像處理設備230可拆卸安裝于所述支撐板530，所述滑動桿510用以驅(qū)動所述支撐板530在所述第二移動方向運動。

所述基座520可以為u形結(jié)構(gòu)。所述滑動桿510架設在所述u形結(jié)構(gòu)的中間。所述滑動桿510可以為螺紋桿。所述滑動桿510可以通過螺紋傳遞動力使所述支撐板530在所述第二移動方向運動。所述支撐板530可以設置有多個螺紋孔。所述螺紋孔設置在所述支撐板530不同的高度。所述螺紋孔可以插入支撐桿531。所述支撐桿531的端部可以安裝所述圖像處理設備230。將所述支撐桿531的插入不同的螺紋孔即可調(diào)整所述圖像處理設備230的高度。

在其中一個實施例中，所述位置調(diào)節(jié)模塊500設置有第三電機340。所述第三電機340用以驅(qū)動所述滑動桿510帶動所述支撐板530在所述滑動桿510的長度方向位移。所述第三電機340的驅(qū)動軸可以與所述滑動桿510相連。所述滑動桿510表面可以設置有螺紋。所述第三電機340將動力傳遞給所述滑動桿510。所述滑動桿510可以通過螺紋將動力傳遞給支撐板530使所述支撐板530在所述滑動桿510的長度方向位移。優(yōu)選地，所述第三電機340可以為伺服電機。伺服電機控制精度高，使得所述圖像處理設備230的位置調(diào)整更靈活。

請參見圖2，本發(fā)明實施例還提供了一種采用如前所述的薄膜應力測試裝置10的薄膜應力測試方法。所述膜應力測試方法包括以下步驟：

s100，將襯底樣品固定于所述樣品臺310，移動所述樣品臺310以采集所述襯底樣品的多個區(qū)域的第一圖像信息；

s200，在所述襯底樣品表面形成薄膜以獲得封裝襯底樣品，多次移動所述樣品臺310以再次采集所述多個區(qū)域的第二圖像信息；

s300，對所述第一圖像信息和所述第二圖像信息進行處理，以獲得所述薄膜的應力。

步驟s100中，將未封裝襯底樣品固定于所述樣品臺310并將所述未封裝襯底樣品分成多個區(qū)域進行圖像信息采集，多次移動所述樣品臺310以采集所述未封裝襯底樣品的所述多個區(qū)域的第一圖像信息。所述未封裝襯底樣品的面積較大而所述圖像處理設備230可成像的視場無法覆蓋所述未封裝襯底樣品的全部面積時，可以將所述未封裝襯底樣品分成所述多個區(qū)域。將所述多個區(qū)域依次移動至所述圖像處理設備230的視場內(nèi)多次采集圖像信息。待將所述多個區(qū)域的第一圖像信息全部采集完畢后。可以將未封裝襯底樣品從所述樣品臺310取出。

步驟s200中，通過在襯底樣品上通過原子層沉積ald、等離子體增強化學氣相沉積法pecvd等對所述襯底樣品進行薄膜封裝。將所述封裝襯底樣品的所述多個區(qū)域再次進行所述第二圖像信息的采集。

請參見圖3，在其中一個實施例中，進一步包括預先對所述薄膜應力測試裝置進行調(diào)試的步驟，包括：

s010，調(diào)試光路，使得所述圖像處理設備230采集到的圖像處于視場的中心位置；

s020，等待所述激光器110的激光功率處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在步驟s010中，連接電源,打開激光器110，調(diào)試由所述激光器110、所述分束組件130、所述第一反光鏡120、所述樣品臺310、所述第二反光鏡210所述圖像處理設備230組成的光路。使得所述圖像處理設備230采集到的圖像處于視場的中心位置。

在步驟s020中，所述激光器110開啟后產(chǎn)生的激光的功率并不穩(wěn)定。需要經(jīng)過約30分鐘左右的時間使所述激光器110產(chǎn)生的激光的功率達到穩(wěn)定的狀態(tài)。

請參見圖4，在其中一個實施例中，所述s100還可以包括以下步驟：

s110，沿著第一移動方向多次移動所述樣品臺310以多次采集襯底樣品進入所述圖像處理設備230視場的區(qū)域的圖像信息；

s120，保持襯底相對所述樣品臺310的固定位置不變，使所述樣品臺310在第二移動方向多次移動并多次采集襯底樣品進入所述圖像處理設備230視場的區(qū)域的圖像信息。

步驟s110中，在其中一個實施例中，襯底樣品可以為矩形。開始采集圖像信息時，可以將襯底樣品的一角放置在所述圖像處理設備230的視場內(nèi)。第一次圖像信息采集完成后。所述第一電機320使襯底樣品沿著第一移動方向運動。待下一個區(qū)域進入所述視場后，再次進行圖像信息采集。然后再次使襯底樣品沿著第一移動方向運動，以此類推，直至襯底樣品在第一移動方向所在的長度的區(qū)域的圖像信息采集完畢?？梢岳斫?，在整個行進過程中，被所述圖像處理設備230采集過信息的襯底樣品的區(qū)域為具有寬度的帶狀區(qū)域。

步驟s120中，襯底樣品在第一移動方向的長度行進到盡頭后。所述第二電機320開始工作。使襯底樣品在第二運動方向多次運動并多次采集圖像信息?？梢岳斫狻Ｔ诒敬尾杉畔⑼戤吅?，襯底樣品被采集信息的區(qū)域構(gòu)成了一個l形的帶狀區(qū)域。

當完成襯底樣品第一個l形的帶狀區(qū)域的圖像信息采集后。使襯底樣品再沿著所述第一移動方向移動一定距離使已經(jīng)采集圖像的區(qū)域離開視場。然后使襯底樣品再次沿著所述第二移動方向的反方向運動進行圖像采集。待圖像采集的區(qū)域與所述第一移動方向已經(jīng)進行過圖像采集的區(qū)域相接后，再次使襯底樣品沿著所述第一移動方向運動。如此被采集圖像信息的襯底樣品的區(qū)域再次形成一個嵌套在第一個l形區(qū)域內(nèi)部的小的l形區(qū)域。如此循環(huán)下去，直至采集到整個襯底樣品的圖像信息。

在其中一個實施例中，所述s300還包括以下步驟：

s310，通過對未封裝襯底樣品的所述第一圖像信息和封裝襯底樣品的所述第二圖像信息處理分析得到所述未封裝襯底樣品和所述封裝襯底樣品的曲率半徑。封裝后的襯底樣品內(nèi)部會產(chǎn)生應力。所述應力會對所述襯底樣品的曲率半徑造成影響。二維激光陣列在所述襯底樣品封裝前和封裝后的斑點成像的間距會發(fā)生變化。通過對所述第一圖像信息和所述第二圖像信息分析計算可以得到所述襯底樣品封裝前和封裝后的曲率半徑。

s320,利用薄膜應力的大小與所述未封裝襯底樣品和所述封裝襯底樣品具有的函數(shù)關系進行資料分析得到薄膜應力。

假設在薄膜厚度遠小于襯底樣品厚度、基底和薄膜材料各向同性且楊氏模量相近等情況下，利用力平衡、力矩平衡等方法對薄膜曲率變化與應力關系的推導得到公式(1)。其基本原理是通過對比封裝前后襯底樣品曲率半徑的變化來確定薄膜中應力的大小。因此，可以通過襯底樣品曲率半徑變化計算薄膜應力。

式中t代表厚度、e為彈性模量、v為泊松比，而下標s、f分別對應著襯底樣品和薄膜，r0、r1分別為長膜前后的曲率半徑。通過該公式計算可以得到所述薄膜應力。

當襯底樣品為柔性材料時，柔性襯底樣品結(jié)構(gòu)的楊氏模量相差較大，無法滿足(1)式的假設條件，可以利用薄膜與襯底樣品受應力后的力矩平衡關系對公式(1)進行修正以提高計算的準確度。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。