用于對(duì)電荷儲(chǔ)存器件進(jìn)行測(cè)試的測(cè)量?jī)x器制造技術(shù)

一種用于具有多個(gè)導(dǎo)電接觸焊盤(pán)的樣本的測(cè)試儀器，所述儀器包括：可控的、可變的力線性致動(dòng)器；由線性致動(dòng)器操作的探頭組件，所述的探頭組件一端的探頭具有表面，用于接觸樣本；可移動(dòng)的接觸器組件包括多個(gè)觸點(diǎn)，用于電接觸樣本上的多個(gè)接觸焊盤(pán)；線性致動(dòng)器和接觸器組件安裝在殼體上，所述殼體具有用于在測(cè)試期間夾持樣本的標(biāo)識(shí)區(qū)域；位置傳感器組件，用于測(cè)量探頭位置的變化；以及用于測(cè)量探頭施加到樣本上的力的傳感器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C§119(e)要求2014年7月24日提交的、標(biāo)題為“InstrumentedPacketsforTestingChargeStorageDevices(用于對(duì)電荷儲(chǔ)存器件進(jìn)行測(cè)試的測(cè)量?jī)x器)”的臨時(shí)申請(qǐng)第62/028,431號(hào)的權(quán)益，該申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容通過(guò)引用的方式并入本文。
本專利技術(shù)一般地涉及用于測(cè)量并且電氣地且機(jī)械地表征測(cè)試器件的測(cè)試儀器和相關(guān)設(shè)備，所述測(cè)試器件比如制動(dòng)器、電池、電容器、超級(jí)電容器(supercapacitors)、超電容器(ultracapacitors)、混合電容器、準(zhǔn)電容器、生物樣本、電介質(zhì)、凝膠、液體、固體等。
技術(shù)介紹
高能量密度儲(chǔ)存器件的發(fā)展可以是費(fèi)力且耗時(shí)的過(guò)程。典型的能量?jī)?chǔ)存器件可以包括第一聚合物電極、與第一電極電化學(xué)通信的第二電極、這兩個(gè)電極之間的分離器材料、以及與兩個(gè)電極接觸的可以解離成陰離子和陽(yáng)離子的電解質(zhì)或其他流動(dòng)相。存在可以用于這些元件中的每個(gè)元件的許多不同的化學(xué)材料。所以，可能需要被測(cè)試的組合的可能的數(shù)量可以是巨大的。為了對(duì)這些組合進(jìn)行測(cè)試，必須本質(zhì)上為每個(gè)材料組合構(gòu)建代表性器件，然后遍歷期望測(cè)試集運(yùn)行該器件以表征該材料組合。因而，找到最佳材料組合可以涉及構(gòu)造代表許多不同的材料和電解質(zhì)的組合的成千上萬(wàn)個(gè)器件并且對(duì)這些器件進(jìn)行電測(cè)試。令人滿意地測(cè)量器件的電特性所需的測(cè)試方案可能也是相當(dāng)大的。例如，測(cè)試可以包括測(cè)量電容、電阻、能量輸入對(duì)能量輸出、庫(kù)侖效率、能量密度、功率密度、比能、比功率、IR壓降、IR增益、電流密度等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
這里所描述的實(shí)施例特別是當(dāng)相互組合使用時(shí)提供快速的、高效的、一致的且可靠的對(duì)測(cè)試器件進(jìn)行測(cè)試的方式。總的來(lái)說(shuō)，在一個(gè)方面，本專利技術(shù)的特征在于一種用于具有多個(gè)導(dǎo)電接觸焊盤(pán)(contactpads)的樣本的測(cè)試儀器，所述儀器包括：可控的、可變的力線性致動(dòng)器；由線性致動(dòng)器操作的探頭組件，所述的探頭組件一端的探頭具有表面，用于接觸樣本；可移動(dòng)的接觸器組件包括多個(gè)觸點(diǎn)，用于電接觸樣本上的多個(gè)接觸焊盤(pán)；線性致動(dòng)器和接觸器組件安裝在殼體上，所述殼體具有用于在測(cè)試期間夾持樣本的標(biāo)識(shí)區(qū)域；位置傳感器組件，用于測(cè)量探頭位置的變化；以及用于測(cè)量探頭施加到樣本上的力的傳感器。其它實(shí)施例包括以下一個(gè)或多個(gè)特征。所述線性致動(dòng)器是氣動(dòng)致動(dòng)器，氣動(dòng)致動(dòng)器包括空氣軸承氣缸，用于測(cè)量探頭施加在樣本上的力的傳感器是壓力傳感器，壓力傳感器被布置用于測(cè)量施加到氣動(dòng)致動(dòng)器的氣體壓力。可替代地，線性致動(dòng)器是電磁致動(dòng)器，用于測(cè)量施加到樣本上的力的傳感器位于在操作期間樣本夾持處的標(biāo)識(shí)區(qū)域的殼體上。所述測(cè)試儀器也包括：一個(gè)或多個(gè)管道，靠近并與所述標(biāo)識(shí)位置附近的殼體部分熱連通，所述一個(gè)或多個(gè)管道用于輸送用于測(cè)試期間控制樣本溫度的溫度控制流體；以及溫度傳感器，用于測(cè)量在操作期間樣本所在位置處的標(biāo)識(shí)區(qū)域附近的殼體的溫度。所述溫度傳感器是熱敏電阻或是電阻溫度檢測(cè)器。其它實(shí)施例包括以下一個(gè)或多個(gè)特征。位置傳感器組件是非接觸式的，光學(xué)位置傳感器包括光學(xué)讀取頭和帶有標(biāo)記的標(biāo)尺。光學(xué)讀取頭安裝在殼體上，標(biāo)尺安裝在可移動(dòng)的探頭組件上。多個(gè)觸點(diǎn)是多個(gè)接觸端子，所述多個(gè)接觸端子是彈簧承載的。所述的測(cè)試儀器，也包括在操作期間樣本所在位置附近的殼體上的加熱元件。加熱元件是Peltier器件或電阻加熱器元件。本文中描述的至少一些實(shí)施例使執(zhí)行測(cè)試設(shè)備上的測(cè)試的人能夠?qū)υ谄溥M(jìn)行電氣測(cè)試的各種環(huán)境條件進(jìn)行精確控制。例如，在測(cè)試期間，測(cè)試人員可以，沒(méi)有限制：施加受控的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)壓力到樣本；選擇性地控制特定的靜態(tài)溫度進(jìn)行測(cè)試；選擇性地控制施加在裝置上的動(dòng)態(tài)溫度；在測(cè)試期間，精確測(cè)量線性(垂直)的加載單元的位移；進(jìn)行樣本的等長(zhǎng)測(cè)試(即控制位置同時(shí)測(cè)量力)；對(duì)樣本進(jìn)行動(dòng)力試驗(yàn)(即控制力的同時(shí)測(cè)量位置)。附圖說(shuō)明圖1示出測(cè)試儀器的左側(cè)。圖2從右側(cè)示出了圖1的測(cè)試儀器的部分截面。圖3A和3B示出圖1的測(cè)試儀器的正面，其中一個(gè)在部分截面中更清楚地揭示相關(guān)的內(nèi)部特征。圖4示出作為圖1所示的測(cè)試儀器的一部分的平臺(tái)。圖5示出可替代的探頭設(shè)計(jì)。圖6示出處于其完全打開(kāi)的位置上的袋。圖7示出處于關(guān)閉構(gòu)造的圖6的袋。圖8是包括上述測(cè)試儀器的測(cè)試系統(tǒng)的框圖。具體實(shí)施方式本文中所描述的測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試儀器100(在圖1中示出)以及特殊設(shè)計(jì)的樣本夾持器或袋500(在圖6中示出)，樣本夾持器或袋500剛好放入測(cè)試儀器100中，并且?jiàn)A持其電性質(zhì)將被測(cè)試的不同的電化學(xué)材料。測(cè)試儀器參照?qǐng)D1，測(cè)試儀器100能夠控制在測(cè)量樣本的電性質(zhì)期間施加于樣本的壓力以及樣本的溫度。它能夠在測(cè)試樣本的電特性正被測(cè)量的同時(shí)在測(cè)試樣本維持在恒定壓力下時(shí)對(duì)測(cè)試樣本的物理膨脹進(jìn)行測(cè)量。它能夠控制測(cè)試樣本在這些測(cè)量期間的溫度。并且它能夠測(cè)量測(cè)試樣本產(chǎn)生的壓力，因?yàn)闇y(cè)試樣本的厚度在電測(cè)試期間被約束為恒定值。測(cè)試儀器100包括安裝在機(jī)加工的鋁支撐平臺(tái)104上的機(jī)加工鋁主體102。主體102為線性致動(dòng)器106提供支撐，線性致動(dòng)器106控制附連到致動(dòng)器106的工作端的探頭108的向上和向下移動(dòng)。在致動(dòng)器106的致動(dòng)器軸112朝向支撐平臺(tái)104向下延伸的情況下，致動(dòng)器106被用螺絲擰到主體102的頂側(cè)中。探頭108被用螺絲擰到致動(dòng)器軸112的末端上，并且在其最低端上具有平坦的工作表面114，工作表面114在操作期間接觸測(cè)試樣本(未示出)。致動(dòng)器106用于在測(cè)試期間向定位在支撐平臺(tái)104上的平坦的凹進(jìn)區(qū)域110中的樣本(未示出)施加受控力/壓力。注意確保，致動(dòng)器106的縱軸垂直于凹進(jìn)區(qū)域110的平面，并且當(dāng)探頭108被組裝到致動(dòng)器106的工作端上時(shí)，探頭108的工作表面114平行于凹進(jìn)區(qū)域110的平坦表面。這將確保，施加于測(cè)試樣本的力/壓力在樣本的整個(gè)接觸區(qū)域上是均勻的。在所描述的實(shí)施例中，線性致動(dòng)器是AirportCorporation的Airpel空氣軸承汽缸。由于該汽缸的靜摩擦小，該汽缸是能夠進(jìn)行高精度力控制的氣動(dòng)致動(dòng)器。它包括石墨活塞和硼硅玻璃缸，在活塞和玻璃缸之間有空氣軸承。它能夠?qū)π〉絻H幾克的力和小于0.2psi的壓力做出響應(yīng)。空氣汽缸施加的力是供應(yīng)給汽缸的空氣的壓力的已知函數(shù)。所以，通過(guò)用內(nèi)聯(lián)壓力、模擬輸出傳感器監(jiān)視空氣壓力，可以容易地確定探頭施加于測(cè)試樣本的力/壓力。也可以使用其他類型的致動(dòng)器，比如，舉例來(lái)說(shuō)，標(biāo)題為“ControlledNeedle-freeTransport(受控?zé)o針輸送)”的U.S.7,833,189中所描述的類型的電磁洛侖茲力致動(dòng)器，該申請(qǐng)通過(guò)引用的方式并入本文。然而，考慮到測(cè)試的靈敏度有可能將需要被執(zhí)行，一般可取的是使用具有低靜摩擦的那些類型的致動(dòng)器。精密空氣軸承汽缸的使用具有優(yōu)于許多替代方案的優(yōu)點(diǎn)。它使通常與傳統(tǒng)的線性元件相關(guān)聯(lián)的摩擦力最小化。減小的摩擦繼而使厚度測(cè)量的精度最大化，并且優(yōu)化器件的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度。此外，長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間測(cè)試得益于氣動(dòng)致動(dòng)器的使用，因?yàn)樗鼈兺ǔ２恍枰愣芰枯斎?即，功率)來(lái)實(shí)現(xiàn)一致的且均勻的力施加。具有高帶寬或大動(dòng)態(tài)范圍的短持續(xù)時(shí)間測(cè)試可以得益于洛侖茲力致動(dòng)器。如果使用與本文中所描述的致動(dòng)器不同的致動(dòng)器，則測(cè)試儀器還將需要包括單獨(dú)的力傳感器件，該器件可選地設(shè)于探頭和致動(dòng)器軸之間。如圖本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于具有多個(gè)導(dǎo)電接觸焊盤(pán)的樣本的測(cè)試儀器，所述儀器包括：可控的、可變的力線性致動(dòng)器；由線性致動(dòng)器操作的探頭組件，所述的探頭組件一端的探頭具有表面，用于接觸樣本；可移動(dòng)的接觸器組件包括多個(gè)觸點(diǎn)，用于電接觸樣本上的多個(gè)接觸焊盤(pán)；線性致動(dòng)器和接觸器組件安裝在殼體上，所述殼體具有用于在測(cè)試期間夾持樣本的標(biāo)識(shí)區(qū)域；位置傳感器組件，用于測(cè)量探頭位置的變化；以及用于測(cè)量探頭施加到樣本上的力的傳感器。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2014.07.24 US 62/028，4311.一種用于具有多個(gè)導(dǎo)電接觸焊盤(pán)的樣本的測(cè)試儀器，所述儀器包括：可控的、可變的力線性致動(dòng)器；由線性致動(dòng)器操作的探頭組件，所述的探頭組件一端的探頭具有表面，用于接觸樣本；可移動(dòng)的接觸器組件包括多個(gè)觸點(diǎn)，用于電接觸樣本上的多個(gè)接觸焊盤(pán)；線性致動(dòng)器和接觸器組件安裝在殼體上，所述殼體具有用于在測(cè)試期間夾持樣本的標(biāo)識(shí)區(qū)域；位置傳感器組件，用于測(cè)量探頭位置的變化；以及用于測(cè)量探頭施加到樣本上的力的傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀器，其中，所述線性致動(dòng)器是氣動(dòng)致動(dòng)器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試儀器，其中，所述氣動(dòng)致動(dòng)器包括空氣軸承氣缸。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試儀器，其中，用于測(cè)量探頭施加在樣本上的力的傳感器是壓力傳感器，壓力傳感器被布置用于測(cè)量施加到氣動(dòng)致動(dòng)器上的氣體壓力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀器，其中，所述線性致動(dòng)器是電磁致動(dòng)器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試儀器，其中，用于測(cè)量施加到樣本上的力的傳感器位于在操作期間樣本夾持處的標(biāo)識(shí)區(qū)域...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：伊恩·W·漢特，格蘭特·W·科瑞斯托弗克，迪安·柳比西奇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：核科學(xué)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US