四探针探头的生产工艺及改进

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Production Process and Improvements of Fore-point ProbeZHOU Ying-fen(Guangzhou Semiconductor Materials Research Institute.，Guangzhou，Guangdong，510610，P.R.China)Abstract：It introduced the production process for a fore-point probe.When it uses the high-temperature epoxy costingcone-head，during pouring，the liquid is easy to leak into the gap between the cone-head and the mould which causes thecavity of the high-temperature epoxy.The probe and the spring piece are contacted poorly，SO.some preventive measuresand improved methods are shown。

Key words：Fore-point probe；Spring piece；Pour；Poor contact半导体材料的特性参数很多，常规测量的电学性能参数就有导电型号、电阻率、少子寿命、载流子迁移率等，其中电阻率反映半导体材料的导电性能，是其最重要的电学参数.半导体材料的导电性能对材料中的杂质浓度以及外界环境条件的变化十分敏感，材料的电阻率会随着杂质含量、热、光、电、磁、压力等因素的变化而变化.确定半导体材料材料在特定使用环境下的电阻率，是充分利用材料性能和开展科学研究的前提和关键。

测量半导体材料电阻率的方法有很多，对于硅锗单晶的电阻率测量，在生产中应用最普遍的是四探针测量法，广州半导体材料研究所多年研发生产四探针电阻率测试仪，是四探针电阻率测试仪国家标准的起草单位之-.本人主要从事四探针测量的关键组件--四探针探头的研发，本文对其生产工艺及改进进行分析总结。

1 四探针探头的技术要求四探针法是-种最常用而简便的测量电阻率的方法，测量装置如图 1.4根由钨丝制成的探针等间距地排成直线，彼此相距为(0.628～1.590 mm).测量时将针尖压在样品的表面上，外面两根探针通以电流 I，里面的两探针用电位差计来测量电压。

图1 四探针测量示意收稿日期：2013-01-24作者简介：周映芬(1966-)，女，1993年毕业于华南理工大学计算机及应用专业，工程师南 方 金 属S0UTHERN METALS 2013年第 3期当被测样品的长度和宽度远远大于探针间距时，对于这种设计，其电阻率为P2rV/l四探针探头是连接测试仪表与被测材料之间的组件，探针的间距、导向、排列等，直接影响到被测试的材料电阻率的准确度。

氟塑料片图 2 四探针探头装配探头制作流程主要包括：锥头的高温环氧浇铸，铜套内的中模件的常温环氧浇铸，四芯导线与四个弹簧片的焊接，探针的选配，整个探头的组装，探头的测试及包装等.具体操作如下。

2.1 物料的准备锥头套、外套、铜套、压力杆、压板、外盖、弹簧片、探针等零配件由精密机加工而成(弹簧片需经热处理)，均严格控制在加工公差范围内，还要进行外观检验合格，然后用超声波清洗，再经过丙酮去油处理后备用，其中锥头要刻好编号.红宝石轴承要由激光打孔。

2.2 高温浇铸锥头浇铸前，用脱模剂对模具、模针、锥头套进行涂脱模剂处理，做好浇铸准备。

用 6207环氧树脂、顺丁烯二酸酐、E-44型树脂、乙二胺、石英砂等按严格比例混合，再机械搅拌至均匀，并使其保持在 70-90℃，期间进行抽真空去除混合物中的气泡.把混合物注入9O℃模具中的锥头里，浇铸过程需缓慢地进行，以使锥头中的空气能充分排出.浇铸完毕，再放于干燥箱内，接着慢慢升高温度固化。

2.3 常温浇铸中模用模针插人浇铸好的锥头，铜套配上中模模具，分别在脱离面上涂上脱模剂.然后用 E-44型树脂与二丁酯按严格比例搅拌到白色起胶，再加入乙二胺，席.最后再加-定比例的石英砂作为填料，搅拌.再缓慢浇铸进铜套(装配有模具)中，再与带模针的锥头调配好.把浇铸完的锥头与铜套-同放在红外线灯下烘干。

2.4 配针探针头的锥头由不同的模具浇铸而成，因此不同锥头的内针孔大型不-样.所以要选配使用针与锥头内针孔进行精密配合，才能保证探针头的游移率、探针系数符合要求.对已经选配好的针，要在精密车床上把针尖磨成 60。的夹角.所有针尖都用投影仪进行检查，直到符合要求为止。

2.5 探头的总装总装前先检查探头的零配件是否全部备齐.并按图纸技术要求再次进行检验，确定全部零部件均符合要求后，才可以进行总装。

3 工艺改进3.1 高温浇铸锥头及改进使用证明，用环氧树脂浇铸四探针头能满足单晶硅电阻率测试的要求，它有以下优点：1)浇铸容易.2)环氧树脂收缩率极小，-般小于0.1%，稳定性高，塑出的针孔不易变形，耐磨性好.3)绝缘性能优良 4)树脂中加有适当的填料，机械性高，有的性能超过-般钢材，洛氏硬度达 100以上，针孔不易磨损。

在高温环氧浇铸锥头过程中，由于锥头与模具的配套存在空隙，常常使浇铸溶液渗漏.如图 3所示，导致浇铸后锥头上部出现空洞，在下-步常温环氧浇铸铜套中模件之前必须重新插上另-模针再填补空洞，造成探针运动导孔的不均衡、不通透，进而影响了最后产品探针的滑动而导致测量的精确度下降.为此，技术人员在中模底部添加了-虚铜垫片，如图4所示，浇铸时能堵住渗漏，并且在浇铸后先加热到9O qC保持30 min，让浇铸溶液充分填满锥头的下部，再重新添加溶液让锥头的上部充满，从而提高了产品的质量。

总第 192期 周映芬：四探针探头的生产工艺及改进图3 锥头与模具装配示意图 4 改进后锥头与模具装配示意3.2 弹簧片装配及改进在焊接四芯导线与弹簧片时，由于弹簧片很薄，厚度只有 0.5 mm，弹簧片的焊接点 口很小(只有0.7 mm×0.7 mm)，焊接时容易出现焊点堆积，如果直接装配到铜套中件内，将会出现隔离片(氟塑料片)被挤压而破裂，-方面导致了弹簧片之间的绝缘度降低，另-方面又使得 弹簧 片之 间的距离(1 mm)不相等，而使得各探针与其对应的弹簧片接触不良，这两方面都直接影响到产品最后的质量.技术人员在生产中用小锉刀磨平了各个焊点堆积，使得弹簧片与导线既能牢固的连接，又能使得弹簧片平整无堆积保持片与片之间距离相等.如图5所示。

图 5 弹簧片与氟塑料片装 配示 意3.3 探头总装及改进在常温浇铸铜套中模件中，由于模针与模具容易滑移脱开，而使得锥头与铜套不在同-中心线上，在后面的探头总装中，铜套就容易与外壳碰接，这样探针不能灵活滑动且影响绝缘度，只须把铜套磨去突出的部分使它与外壳接触不到，即可解决好。

4 结 语通过工艺改进，浇铸渗漏减少了，多数锥头-次浇铸完成后不再需要填补，生产效率提高，更重要的是探针运动导孔均衡，探针能滑动平稳，接触良好，针与针之间绝缘度高，从而提高了产品的质量--探针具备良好的导电性 ，极高的滑动性、耐磨性，并与测量面形成良好的欧姆接触和弹性接触。