在現(xiàn)代電子設(shè)備中，印刷電路板（PCB）作為核心部件，其電性能的穩(wěn)定性至關(guān)重要。Xfilm埃利專注于電阻和薄層電阻檢測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)，致力于為集成電路和光伏產(chǎn)業(yè)提供高精度的量檢測(cè)解決方案。本文通過(guò)Xfilm埃利的四探針?lè)阶鑳x，系統(tǒng)分析了銅/FR4復(fù)合材料在不同振動(dòng)周期和溫度下的電阻率和電導(dǎo)率變化。

實(shí)驗(yàn)方法：

實(shí)驗(yàn)樣品：單層銅薄膜（厚度18μm）與FR4環(huán)氧樹(shù)脂層壓板（厚度1.5mm）的復(fù)合材料，切割為50mm×25mm的懸臂梁結(jié)構(gòu)，并劃分為三個(gè)獨(dú)立測(cè)試區(qū)域（A、B、C）。

試件詳情示意圖

振動(dòng)加載：樣品在30N的恒定載荷和50Hz的正弦頻率下（振幅±0.5mm），分別進(jìn)行了200k、500k和800k次機(jī)械振動(dòng)循環(huán)。

電性能測(cè)試：使用數(shù)字頻率計(jì)，在25℃、35℃和45℃的表面溫度下對(duì)振動(dòng)后的樣品進(jìn)行薄層電阻測(cè)試。

四探針理論模型：

四點(diǎn)探針?lè)ㄑb置示意圖

通過(guò)兩個(gè)外側(cè)探針（1、4）施加來(lái)自恒流源的直流電流，測(cè)量?jī)蓚€(gè)內(nèi)側(cè)探針（2、3）之間的電壓降。對(duì)于厚度為t（t<薄層電阻（Rsh）由以下公式給出：

電阻率（ρ）：

電導(dǎo)率（σ）：

結(jié)果分析

/Xfilm

電阻變化：

機(jī)械振動(dòng)的影響：四探針測(cè)試表明，機(jī)械振動(dòng)顯著影響銅/FR4復(fù)合材料的電性能。區(qū)域C在800k次振動(dòng)后電阻增加了1657%，而區(qū)域A和B變化較小。

溫度的影響：溫度變化對(duì)電性能影響較小，20°C溫升僅導(dǎo)致電阻增加約1%。這說(shuō)明振動(dòng)引發(fā)的機(jī)械損傷（如裂紋）是電性能退化的主因，溫度影響可忽略。

25℃下電阻與時(shí)間的關(guān)系圖

35℃下電阻與時(shí)間的關(guān)系圖

45℃下電阻與時(shí)間的關(guān)系圖

電性能參數(shù)：

薄層電阻：機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致C區(qū)薄層電阻顯著上升，初始值為1.33 mΩ/sq，800k次循環(huán)后增至24.19 mΩ/sq（增長(zhǎng)約1719%）。

電阻率：區(qū)域C的電阻率從2.40 × 10?? Ω·m升至4.35 × 10?? Ω·m。

電導(dǎo)率：區(qū)域C的電導(dǎo)率下降了約95%，從4.1 × 10? S/m降至2.3 × 10? S/m。

表面分析：

振動(dòng)測(cè)試表明，銅膜表面產(chǎn)生垂直微裂紋（800k次循環(huán)后達(dá)8條/mm），但成分保持純銅。接觸角從78-95°增至117-119°，表明疏水性增強(qiáng)。表面分析證實(shí)振動(dòng)僅造成物理?yè)p傷(裂紋)，未改變材料化學(xué)成分。

研究結(jié)果為PCB抗振設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)：建議在自由端（如區(qū)域C）優(yōu)化結(jié)構(gòu)或增設(shè)保護(hù)層以減緩裂紋擴(kuò)展；接觸角從振動(dòng)前的78–95°增至117–119°，提示振動(dòng)誘導(dǎo)的表面粗糙化可能影響焊接潤(rùn)濕性，需在封裝工藝中針對(duì)性改進(jìn)。為高精度電子器件的耐久性設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x

/Xfilm

Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x用于測(cè)量薄層電阻（方阻）或電阻率，可以對(duì)最大230mm 樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描， 獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

• 超高測(cè)量范圍，測(cè)量1mΩ~100MΩ
• 高精密測(cè)量，動(dòng)態(tài)重復(fù)性可達(dá)0.2%
• 全自動(dòng)多點(diǎn)掃描，多種預(yù)設(shè)方案亦可自定義調(diào)節(jié)
  
• 快速材料表征，可自動(dòng)執(zhí)行校正因子計(jì)算

通過(guò)Xfilm埃利四探針?lè)阶鑳x測(cè)量的薄層電阻（方阻）和電阻率發(fā)現(xiàn)，機(jī)械振動(dòng)顯著影響銅薄膜的電性能，尤其是在高頻振動(dòng)下，電阻率大幅上升，電導(dǎo)率顯著下降。這一研究為電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，有助于提升PCB在復(fù)雜環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

原文出處：《Temperature-Dependent Sheet Resistance and Surface Characterization of Thin Copper Films Bonded to FR4 Composite under Mechanical Vibrations》

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