CN2325782Y - 直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器。它由上盖、面板、电路板、环氧树脂、接线柱、模拟接触电阻、精密电阻、金属电极、底座连接构成,其位置连接关系为:上盖与底座套合,面板通过接线柱及金属电极与电路板相接,模拟接触电阻与精密电阻安装于电路板上构成π型电阻网络电路,金属电极焊接于电路板并完全与面板上的引导孔相对准,环氧树脂把除上盖外的所有部件固封成一整体。本校准器精度高,稳定性好,压不碎,使用方便,成本低。

Description

直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器

本实用新型是直线四探针方阻、电阻率测试仪的检测校准器，属测量仪器技术领域，特别涉及方阻、电阻率测量设备。

在硅、锗半导体材料、器件行业以及如液晶导电玻璃、电容器导电膜等导电薄膜行业中，都广泛应用四探针测试仪来测量半导体材料的电阻率及薄膜的方块电阻(简称方阻)。在长期频繁的测量使用中，为了保证测量的准确度，对四探针测试仪必须进行定期的检验校准。目前，国内外常用的检验校准方法有如下两种：(1)用标准物质——硅标准样片对测试仪的不确定度做整体检测；(2)用由标准电阻及模拟接触电阻构成的模拟电路对测试仪的电器部分进行检测，即模拟电路检测法，用探针压痕间距检查测量探针头的游移率和间距偏差。这种检测方法也叫分部检测法。当用标准样片检测时，虽然国内外发行的硅单晶标准样片使用方便，能综合反映仪器的总误差，但因其厚度仅为600μm左右，使用中较易碎裂，并且由于这种标准样片需经过区熔拉晶、中子掺杂、退火、切片、研磨等项工艺进行加工，工艺复杂、成本较高。同时，样片的均匀性也受到工艺技术的限制；当用模拟电路法检测校准测试仪时，主要使用的是标准电阻，虽然其精度高(十万分之几)、稳定性好，但只能对测试仪的电气精度作检测，而且使用起来比较麻烦，它必须把四探针探头与主机的联线拆卸掉，再换装上一般计量单位才有的专用接线。

本实用新型的目的就是为了克服和解决四探针方阻电阻率测试仪现有常用的检测方法中存在的硅单晶样片太薄，使用中易碎裂，且制造工艺复杂，均匀性受限制，成本高或只能对测试仪的电气精度做作检测，使用时要用专用联接线，操作使用较麻烦等的缺点和问题，研究设计一种精度高、长期稳定性好、压不碎、使用方便、成本低的直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器。

本实用新型是通过下述结构技术方案来实现的：直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器的主视结构剖视示意图如图1所示，其俯视图如图2所示，其电阻π形电阻网络电路图如图3所示，其印刷电路板安装示意图如图4所示。本检测校准器由上盖1、面板2、印刷电路板3、环氧树脂4、接线柱埋入部分5、模拟接触电阻6、精密电阻7、引导孔8、金属电极9、接线柱外露部分10、底座11共同连接构成，其相互位置及连接关系为：上盖1与底座11相密配套接，面板2与印刷电路板3相粘接，接线柱埋入部分5与印刷电路板3上的相应位置相联接。如图3、图4所示，模拟接触电阻电阻(R)6与印刷电路板3上相应位置的敷铜膜相焊接，精密电阻(r)7焊接在印刷电路板3上，其两端脚分别与两个接线柱的埋入部分5相联接，模拟接触电阻(R)6与精密电阻(r)7相联接后构成如图3所示的π形电阻网络电路，面板2上开设有与测试仪的四探针间距严格相等的四个引导孔8，其孔径与探针直径相等，每个孔内固定着接触电阻极低、接触性能优良且经久耐磨的特种合金金属电极9，即四个金属电极9分别藏在四个引导孔8内，且面板之上刻有四孔的联线。导孔8位置与金属电极9完全相对应，金属电极9分别装于印刷电路板3上并分别与相应模拟接触电阻(R)6及精密电阻(r)7相联接。印刷电路板3装置于底座1内，环氧树脂4灌封于底座11内，面板2也与环氧树脂4粘结在一起，底座11内除上盖1以外的所有零部件通过环氧树脂4固封成一整体。

本检测校准器的简单作用原理如下：按国家现行规定的标准，四探针方阻电阻率测试仪对电阻测量的允许误差为0.3％～1.0％，因此，使用0.02％精度的精密电阻就足够了。这种精密电阻体积小，故可以做成直径与标准样片相近的检测校准器。为了方便地使测试仪的四探针能与模拟电路直接相联结，在检测校准器的面板2上特制四个与四探针间距严格相等的小孔作为引导孔8，其孔径也与四探针直径相等，每个孔内固定有金属电极9。相邻金属电极9的绝缘电阻大于1000MΩ，这四个金属电极9与电路板3上的精密电阻(r)及相应的模拟接触电阻(R)6用导线相联接，精密电阻(r)7与模拟接触电阻(R)6构成的电阻网络严格按照国家标准和国际标准选值、接线，为了便于对检测校准器进行计量检测，在检测校准器上备有四个接线柱，除上盖1以外的全部零部件用环氧树脂4固封。本检测校准器做成一个厚度约为23～28mm厚，直径为65～70mm的圆盒，带有防尘上盖1。为便于引导四探针准确地落入四个电极引导孔，在检测校准器的面板2上刻有四孔的联线，同时四个电极9亦藏在面板2下0.5～1.5mm的孔内，以便于观察和感觉四探针是否已落入引导孔8内。由于四个引导孔8的间距精度在1±0.01mm范围内，因此，亦可定性检测测试仪的四根探针是否超差。

本实用新型与现有测试仪的检测校准技术设备相比具有如下的优点和有益效果：(1)本实用新型与现有常用的标准电阻模拟电路检测校准方式相比，由于标准电阻的体积为：Φ为95mm,H为135mm圆柱体，在四个接线柱上另接四个模拟接触电阻，则体积较大，且缺乏整体性。使用时需拆卸掉探头联接插头，插上专用联线，再用鳄鱼夹联结电阻网络各接点。故使用很不方便，很麻烦。且标准电阻每个价值在干元以上，成本也高，并且对探头没有任何检定功能。而本检测校准器体积小于标准电阻的1/10，可方便地放在探头下方的样品台上，或拿在手上。使用时不必更换、拆卸任何接线，探头直接压在校准器上，即可工作，并且在探针进入引导孔时可定性检查探针间距是否超差，成本只要几百元；(2)与标准样片相比，由于硅标准样片与探针的接触电阻较大，且不稳定，探针压力小时不能得到一个恒定的检验读数，而压力加大时又容易引起样片碎裂，且制造工艺复杂，成本高。本校准器可承受较大压力，不存在压裂问题，同时因精密电阻值稳定，测量数据重复性好。由于电极孔内的接触物为低电势特殊合金，因此不需要使用较大的压力(每针50克压力左右即可)，接触便处于良好的状态，这对于小压力探头十分重要。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1为本直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器的主视结构剖视示意图，图2为本检测校准器的俯视图，图3为其电阻π形电阻网络电路图，图4为其印刷电路板装配示意图，各图中：1为上盖，2为面板，3为印刷电路板，4为环氧树脂，5为接线柱埋入部分，6为模拟接触电阻R，7为精密电阻r，8为引导孔，9为金属电极，10为接线柱外露部分，11为底座。

本实用新型的实施方式较为简单：(1)可按图1、图2所示设计和用通用的注塑方法并选用工程塑料制造上盖1、面板2、底座11。例如上盖1直径Φ可选68mm，高度可选12mm；面板2的直径Φ68mm，厚度可选2mm；底座11直径Φ可选68mm，高度可选36mm；(2)按图3、图4所示绘制印刷电路板3，并严格按照国家或国际标准选取模拟接触电阻R及精密电阻r的阻值，把选好的模拟接触电阻和精密电阻安装于电路板上；(3)按图2所示，在面板2上开设引导孔8及四根接线柱穿孔，按图1～图4所示在印刷电路板上安装金属电极，按上面说明书所述的本检测校准器的结构位置和连接关系，把四根金属接线柱穿过面板的接线柱孔，其埋入部分5与电路板相应位置焊接，四个金属电极9完全与四个引导孔8相对准，然后把装好的印刷电路板及四根接线柱5、10和面板2一起装置于底座11内，再用环氧树脂4灌入到底座11内，把除上盖1以外的所有零部件固封成一体，最后把上盖1与底座11相套合，便能较好地实施本检测校准器。本检测校准器的使用方法是：去掉上盖，将校准器放在探针架的平台中心，旋转校准器，使四个电极孔形成的直线与四探针头联线平行，将探针头徐徐降下，在四根针接近校准器时，将校准器前后左右移动，使四根探针同时插入孔内略加压力(50g/每针)，只要探头性能正常，四探针测试仪即应有电流显示，只要将测量电流调到规定值(操作方法与测量导电薄膜完全一样)，即可得到对应的方阻值，其差别一般不应超出±1％。对于手持式四探针头，按照同样的对位原则，可将四探针插入电极孔内，对仪器进行校验。本检测校准器的性能：标准值精度在万分之五以上，可定量地检定四探针测试仪电气测量精度，同时由于四个电极孔的间距精确(1±0.01mm)，因此可定性判断探头的四根探针的间距是否超差，校准器的温度系数小于±20ppm/℃，稳定度优于±0.25％(70℃,240小时)。

Claims (1)

1、一种直线四探针方阻电阻率测试仪的检测校准器，其特征在于：它由上盖(1)、面板(2)、印刷电路板(3)、环氧树脂(4)、接线柱埋入部分(5)、模拟接触电阻R(6)、精密电阻r(7)、引导孔(8)、金属电极(9)、接线柱外露部分(10)、底座(11)共同连接构成，其相互位置及连接关系为：上盖(1)与底座(11)相密配套接，面板(2)与印刷电路板(3)相粘接，接线柱埋入部分(5)与印刷电路板(3)上的相应位置相联接，模拟接触电阻R(6)与印刷电路板(3)上相应位置的敷铜膜相焊接，精密电阻r(7)焊接在印刷电路板(3)上，其两端脚分别与两个接线柱的埋入部分(5)相联接，模拟接触电阻R(6)与精密电阻r(7)相电气连接后构成π形电阻网络电路，面板(2)上特制有与测试仪的四探针间距严格相等的四个引导孔(8)，其孔径与探针直径相等，每个孔内固定着接触电阻极低，接触性能优良且经久耐磨的特种合金金属电极(9)，即四个金属电极(9)分别藏在四个引导孔(8)内，且面板2上刻有四孔的联线，金属电极(9)分别装于印刷电路板(3)上并分别与相应模拟接触电阻R(6)及精密电阻r(7)相联接，印刷电路板(3)装置于底座(11)内，环氧树脂(4)灌封于底座(11)内，面板(2)也与环氧树脂(4)粘结在一起，底座(11)内除上盖(1)以外的所有零部件通过环氧树脂(4)固封成一整体。

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