微纳米金属烧结体电阻率试验方法：四探针法.docxVIP

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微纳米金属烧结体电阻率测试方法四探针法

1范围

本文件规定了第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体的电阻率测试方法。

本文件适用于第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体的电阻率测试评价；此烧结体不包含烧结

件的被连接件（如芯片）、连接基体。

本方法适用于直径大于探针间距10倍、厚度小于探针间距4倍的微纳米金属烧结体圆形样品体积

电阻率的测试，不适用于薄膜样品方块电阻的测试。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

T/CASA017中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

烧结体as-sinteredcompact

封装烧结材料在不含被连接件连接基体情况下，单独完成烧结工艺后形成的部件结构。

3.2

电阻率resistivity

表示烧结体电阻特性的物理量。

3.3

测试样品testingsample

用于微纳米金属烧结件电阻率测试试验的样品，具有特定的样品尺寸。

3.4

样品直径samplediameter

测试样品的平均直径。

3.5

样品厚度samplethickness

测试样品的平均厚度，也是样品正面到样品背面的平均距离。

3.6

探针probe

用来连接测试样品与测试仪器的一种测试针，一般用钨、碳化钨、高速钢等材料制成。

3.7

探针间距probespacing

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相邻探针之间的距离。

3.8

凯尔文电桥kelvinbridge

为双臂电桥，测量电阻时有四个触电，称为四触点法。一般用于测量较低阻值的电阻。

[来源：GB/T351-2019，3.8]

3.9

惠斯登电桥wheatstonebridge

为单臂电桥，测量电阻时有两个触电，称为两触点法。一般用于测量较高阻值的电阻。

[来源：GB/T351-2019，3.9]

4方法原理

4.1凯尔文电桥测试电路

在使用惠斯登电桥测量电阻样品时，引线电阻和接触电阻的量级大约10-2～10-4Ω;对于具有很小电阻率的微纳米金属烧结体来讲已经不可忽略，否则的话，往往导致测量结果误差非常大。改进办法是

将电路接法由两触点法的单臂电桥改为四触电法的双臂电桥，即凯尔文电桥。

凯尔文电桥原理如图1所示，其中R为待测电阻，Rl为测量线缆的电阻。首先通过一个激励电流源给待测电阻R通入一个恒定电流I1；然后再测量电阻R上的电压，根据欧姆定律就可以计算出待测

电阻值。

图1凯尔文电桥测电阻原理图

该方法测量精度高的原因如下：测量回路是电压表，阻抗很高，回路电流I2基本为0。激励源电流

I1基本没有任何分流，只要电流源和电压表足够精确，计算出的电阻值也是准确的。

一般情况下，样品电阻小于10Ω时，采用凯尔文电桥；样品电阻不小于10Ω时，采用惠斯登电桥。

本文件选用凯尔文电桥。

4.2电阻率计算方法

直线四探针测试是指将四根排成一条直线且等间距的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面

上，如图2所示，将直流电流I在两外侧探针（1、4）间通入试样，测量内侧两探针（2、3）间产生的

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电势差V。

图2直线四探针测量法示意图

样品电阻率可由公式（1）计算得到：

ρ=×F(D/S)×F(W/S)×W×Fsp························································(1)

式中：

I——探针（1、4）流过的电流值；

V——探针（2、3）间测得的电压值；

D——样品直径，单位：mm；

S——探针间距，单位：mm；

w——样品厚度，单位：mm；

F(D/S)——样品直径修正因子；

F(W/S)——样品厚度修正因子；

Fsp——探针间距修正系数，由探针供应商提供。

针对本文件中要求的直径大于探针间距10倍、厚度小于探针间距4倍的微纳米金属烧结体圆形样品，样品直径D相较于探针间距可视为无穷大，F(D/S)=4.532；当W/S＜0.4时，F(W/S)=1；公式（1）简化的公式（2）如下所示：

ρ=4.532××W×Fsp································································(2)

5仪器要求

5.1四探针测试仪器

仪器由主机、样品台、探针、探针架、计算机等部分组成。

主机包含恒流源、电流换向开关、标准电阻、数字电压表。（1）恒流源的电流范围为100mA-10000mA，纹波系数不大于±0.1%，稳定度优于±0