在現(xiàn)代電子設備中，印刷電路板（PCB）作為核心部件，其電性能的穩(wěn)定性至關重要。Xfilm埃利專注于電阻和薄層電阻檢測領域的創(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解決方案。本文通過Xfilm埃利的四探針方阻儀，系統(tǒng)分析了銅/FR4復合材料在不同振動周期和溫度下的電阻率和電導率變化。

實驗方法：

實驗樣品：單層銅薄膜（厚度18μm）與FR4環(huán)氧樹脂層壓板（厚度1.5mm）的復合材料，切割為50mm×25mm的懸臂梁結(jié)構，并劃分為三個獨立測試區(qū)域（A、B、C）。

試件詳情示意圖

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

電性能測試：使用數(shù)字頻率計，在25℃、35℃和45℃的表面溫度下對振動后的樣品進行薄層電阻測試。

四探針理論模型：

四點探針法裝置示意圖

通過兩個外側(cè)探針（1、4）施加來自恒流源的直流電流，測量兩個內(nèi)側(cè)探針（2、3）之間的電壓降。對于厚度為t（t<薄層電阻（Rsh）由以下公式給出：

電阻率（ρ）：

電導率（σ）：

結(jié)果分析

/Xfilm

電阻變化：

機械振動的影響：四探針測試表明，機械振動顯著影響銅/FR4復合材料的電性能。區(qū)域C在800k次振動后電阻增加了1657%，而區(qū)域A和B變化較小。

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

25℃下電阻與時間的關系圖

35℃下電阻與時間的關系圖

45℃下電阻與時間的關系圖

電性能參數(shù)：

薄層電阻：機械振動導致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。

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

表面分析：

振動測試表明，銅膜表面產(chǎn)生垂直微裂紋（800k次循環(huán)后達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。表面分析證實振動僅造成物理損傷(裂紋)，未改變材料化學成分。

研究結(jié)果為PCB抗振設計提供關鍵數(shù)據(jù)：建議在自由端（如區(qū)域C）優(yōu)化結(jié)構或增設保護層以減緩裂紋擴展；接觸角從振動前的78–95°增至117–119°，提示振動誘導的表面粗糙化可能影響焊接潤濕性，需在封裝工藝中針對性改進。為高精度電子器件的耐久性設計奠定理論基礎。

Xfilm埃利四探針方阻儀

/Xfilm

Xfilm埃利四探針方阻儀用于測量薄層電阻（方阻）或電阻率，可以對最大230mm 樣品進行快速、自動的掃描， 獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

• 超高測量范圍，測量1mΩ~100MΩ
• 高精密測量，動態(tài)重復性可達0.2%
• 全自動多點掃描，多種預設方案亦可自定義調(diào)節(jié)
  
• 快速材料表征，可自動執(zhí)行校正因子計算

通過Xfilm埃利四探針方阻儀測量的薄層電阻（方阻）和電阻率發(fā)現(xiàn)，機械振動顯著影響銅薄膜的電性能，尤其是在高頻振動下，電阻率大幅上升，電導率顯著下降。這一研究為電子設備的可靠性設計提供了重要的實驗依據(jù)，有助于提升PCB在復雜環(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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