Preparación y medición de muestras con la sonda de 4 puntas
Una de las maneras más rápidas de verificar que un recubrimiento conductor se ha aplicado correctamente es midiendo su resistencia eléctrica. Cuando se conoce la geometría del recubrimiento, la resistencia medida se puede convertir a resistencia superficial, lo que permite comparar recubrimientos de diferentes dimensiones. En nuestra guía de recursos para el control de calidad, sugerimos una metodología sencilla que consiste en una plantilla y un multímetro.
Con esta configuración, las sondas se conectan a prismas de aluminio con una superficie cuadrada de 0.5" x 0.5". Los prismas de aluminio están separados por un prisma de plástico aislante del mismo tamaño. Con esta configuración, la distancia entre electrodos (L) es de 0.5" y el ancho de contacto también es de 0.5" (W). Dado que estas distancias son equivalentes, la resistencia medida a lo largo de una superficie conductora es la resistencia superficial en ohmios/cuadrado.
Algunos usuarios, sin embargo, pueden estar más familiarizados con el uso de una sonda de cuatro puntas para caracterizar recubrimientos conductores. Ya hemos hablado de esta técnica en nuestro artículo sobre medición de la resistividadPara mayor claridad, la resistencia superficial es una propiedad que depende del espesor de la película, mientras que la resistividad es una propiedad intrínseca del material y converge a un valor constante. Las dos mediciones están relacionadas mediante la ecuación
Rs = ρ/t
Rs – Resistencia de la lámina
ρ – Resistividad
t – Espesor del recubrimiento
La figura 2 ilustra la diferencia entre la resistencia superficial y la resistividad en función del espesor del recubrimiento.
Este artículo explica al lector un cálculo sencillo para determinar la resistencia superficial de un recubrimiento conductor mediante el método de cuatro puntas. El instrumento consta de cuatro puntas colineales dispuestas en configuración Kelvin: las dos puntas exteriores están conectadas a una fuente de alimentación y las interiores a un voltímetro. La figura 3 muestra la configuración básica.
El cálculo de la resistividad mediante este método es válido si consideramos la tira conductora como un conductor rectangular uniforme.
Preparación y medición de muestras con la sonda de 4 puntas
Las muestras se preparan para la medición aplicando tiras paralelas de recubrimiento conductor sobre el sustrato. Una vez curadas, se mide el espesor y el ancho de las tiras. La sonda se coloca sobre la tira conductora, donde se mide la caída de voltaje entre los dos pines internos que se muestran en la figura 3. Dado que la corriente de alimentación es constante, la resistencia de la película se puede calcular utilizando la ley de Ohm.
R = V / I
V – caída de tensión entre los pines internos
I – corriente suministrada para sondear a través de los pines exteriores
R – resistencia calculada medida a lo largo de los pines internos
Conversión de resistencia a resistencia superficial
Anteriormente, definimos la resistencia de la lámina como
Rs = ρ/t
La ecuación para la resistividad utilizando este método de sonda de 4 puntas es
ρ = R*A/L
ρ – resistividad
R – resistencia medida
A – área de la sección transversal de la pista [ancho de la pista (W) * espesor del recubrimiento (t)] L – longitud a la que se mide la caída de voltaje (esta es la distancia entre los pines internos o 1”)
Así que ahora podemos sustituir y escribir
Rs = (RWt/L)/t
Simplificando esta ecuación se obtiene
Rs = R * W/L
La ecuación calcula la resistencia superficial a partir de la resistencia calculada a partir de la caída de voltaje medida dentro de los pines internos en la sonda de 4 puntas. Con el método de sonda de 4 puntas, W < L, por lo que Rs < R. Debes usar unidades comunes tanto para W como para L, así que si L es 1” o 2.54 cm, W debe expresarse en pulgadas o cm.
Consideraciones al calcular la resistencia superficial mediante el método de sonda de 4 puntas.
Los clientes que utilizan mediciones de resistencia superficial como verificación de calidad deben recordar que la resistencia es inversamente proporcional al espesor del recubrimiento, lo que significa que la resistencia superficial disminuye a medida que el recubrimiento se vuelve más grueso.
Rs ∝1/espesor
Los clientes pueden utilizar los valores de resistencia superficial publicados en la ficha técnica del producto como referencia, pero no deben intentar obtener una coincidencia exacta. Para el control de calidad, los valores del mismo orden de magnitud que los publicados indican que el recubrimiento se ha aplicado correctamente.
