VIC-3D非接触全场应变测量系统用于小尺寸测量之电子元器件篇—研索仪器DIC数字图像相关技术

在5G通信、新能源汽车电子、高密度集成电路快速迭代的今天，电子元件的尺寸及连接工艺已进入亚毫米级竞争阶段，这种小尺寸下的力学性能评估对测量方式的精度有更高的要求，但传统应变测量手段常因空间尺寸限制及分辨率不足难以捕捉真实形变场。本文将通过一个电子元件应变测量案例，展示立体显微成像系统与数字图像相关技术（DIC）结合的小尺寸试验测量解决方案。

试验设置

测量设置:

• 搭载高精度立体显微镜（安装在x-y-z轴微调平台上），突破传统光学显微镜景深限制，用于获取高分辨率的图像；

• 与微型拉伸试验机（右侧）联动，支持小载荷的精准加载，模拟电子元件在实际使用中的受力情况。

测试对象：

测试对象为一个弯曲载荷下的陶瓷电容器芯片，图像宽度约为4毫米。通过DIC技术，分别测量了芯片在x方向和y方向的应变分布。

测量结果：

x方向应力exx

y方向应力eyy

置信度

由于芯片和电路板接触处的局部小凸起（见下方三维轮廓图），实测载荷下的置信度相较于参考值，中间区域的数值显著增大（如上图）。这可能是由于芯片与电路板间材料受挤压所致。上方区域置信度增大的原因则是散斑密度的降低。

三维轮廓图

关于VIC-3D Micro System

该VIC-3D立体显微系统专为高倍率下的精确位移与应变测量而设计。

技术背景：

三维数字图像相关技术（DIC）因其卓越的精度、鲁棒性和易用性，在应变测量领域广受欢迎。然而，在需要高倍率观测的样本中，三维测量始终面临挑战——传统光学系统因景深不足，难以从不同视角同时获取高倍率清晰图像。

立体显微镜虽可突破景深限制，但其内部光学结构导致无法使用传统模式对图像畸变进行校正。未校正的图像会导致严重的形状与应变测量偏差，偏差值甚至可达数千微应变（με）量级。

为解决这一问题，Correlated Solutions公司研发出一种易于使用的非参数化校准技术，并已获得相关专利。该校准方法可计算立体显微镜的非参数失真场，并已证明可完全消除测量中的形状和应变偏差。由德国Correlated Solutions Europe公司生产的基于该技术的VIC-3D立体显微系统也因此成为高倍率应变测量的首选解决方案。

VIC-3D立体显微系统

系统特性：

1. 视场与测量范围

• 视场范围（变焦调节）：0.8 mm~7mm

• 测量维度：全场三维坐标、位移场、速度场和全应变张量（含εxx, εyy, εxy等分量）

2. 智能校准与成像，双路光轴等长结构

• 一键式自动校准：通过简易调节即可实现图像对的自动重叠匹配

3. 数据可视化引擎

• 多模态云图叠加：可叠加试样图像的等高线云图显示

• 自定义数据提取：基于用户定义路径（直线/圆弧）的3D数据截取功能

4. 后处理与数据输出模块

• 工程分析模块：有用于统计分析、应力-应变曲线拟合等的后处理工具

• 跨平台数据兼容：使用 FLEXPort 数据工具方便地导出数据；支持 Tecplot/plain ASCII、Matlab 和 STL 格式导出数据；可轻松提取节点数据用于有限元分析验证

5. 服务保障体系

• 技术支持：一年免费技术支持和软件升级服务

• 硬件质保：对所有部件的材料和/或工艺缺陷提供一年更换保修服务