Préparation et mesure des échantillons avec la sonde à 4 points
L'un des moyens les plus rapides de vérifier la bonne application d'un revêtement conducteur consiste à mesurer sa résistance électrique. Lorsque la géométrie du revêtement est connue, la résistance mesurée peut être convertie en résistance de surface, ce qui permet de comparer des revêtements sur des échantillons de dimensions différentes. Dans notre guide de contrôle qualité, nous proposons une méthode simple utilisant un gabarit et un multimètre.
Dans ce dispositif, les sondes sont reliées à des prismes d'aluminium de surface carrée de 12,7 mm x 12,7 mm (0.5 pouce x 0.5 pouce). Ces prismes sont séparés par des prismes de même dimension en plastique isolant. La distance entre les électrodes (L) et la largeur de contact (W) sont ainsi égales à 12,7 mm (0.5 pouce). Ces distances étant identiques, la résistance mesurée le long d'une surface conductrice correspond à la résistance de surface, exprimée en ohms par pouce carré (Ω/□).
Certains utilisateurs sont toutefois peut-être plus familiers avec l'utilisation d'une sonde à quatre points pour caractériser les revêtements conducteurs. Nous avons déjà abordé cette technique dans notre article sur mesure de la résistivitéPour clarifier, la résistance de surface est une propriété qui dépend de l'épaisseur du film, tandis que la résistivité est une propriété intrinsèque du matériau et tend vers une valeur constante. Les deux mesures sont liées par l'équation suivante :
Rs = ρ/t
Rs – Résistance de la feuille
ρ – Résistivité
t – Épaisseur du revêtement
La figure 2 illustre la différence entre la résistance de surface et la résistivité en fonction de l'épaisseur du revêtement.
Cet article présente un calcul simple permettant de déterminer la résistance de surface d'un revêtement conducteur à l'aide de la méthode des quatre points. L'instrument comporte quatre broches colinéaires disposées en configuration Kelvin ; les deux broches extérieures sont reliées à une source de courant et les broches intérieures à un voltmètre. La figure 3 ci-dessous illustre le montage de base.
Le calcul de la résistivité par cette méthode est valable si l'on considère la bande conductrice comme un conducteur rectangulaire uniforme.
Préparation et mesure des échantillons avec la sonde à 4 points
Les échantillons sont préparés pour la mesure en appliquant des bandes parallèles de revêtement conducteur sur le substrat. Après polymérisation, l'épaisseur et la largeur des bandes sont mesurées. La sonde est placée sur la bande conductrice et la chute de tension est mesurée entre les deux broches internes représentées sur la figure 3. Le courant étant constant, la résistance du film peut alors être calculée à l'aide de la loi d'Ohm.
R = V / I
V – chute de tension entre les broches internes
I – courant fourni pour sonder à travers les broches extérieures
R – résistance calculée mesurée sur la longueur des broches internes
Conversion de la résistance en résistance de surface
Auparavant, nous avons défini la résistance de surface comme
Rs = ρ/t
L'équation de la résistivité utilisant cette méthode de mesure à 4 points est :
ρ = R*A/L
ρ – résistivité
R – résistance mesurée
A – aire de la section transversale de la piste [largeur de la piste (W) * épaisseur du revêtement (t)] L – longueur sur laquelle la chute de tension est mesurée (distance entre les broches internes ou 1 pouce).
Nous pouvons donc maintenant substituer et écrire
Rs = (RWt/L)/t
La simplification de cette équation donne
Rs = R *V/L
L'équation calcule la résistance de couche à partir de la résistance calculée grâce à la chute de tension mesurée entre les broches internes de la sonde à 4 points. Avec la méthode de la sonde à 4 points, W < L, donc Rs < R. Vous devez utiliser des unités communes pour W et L, donc si L est de 1 pouce ou 2.54 cm, W doit être exprimé en pouces ou en cm.
Considérations relatives au calcul de la résistance de surface par la méthode des quatre points
Les clients qui utilisent les mesures de résistance de surface comme critère de vérification de la qualité doivent se rappeler que la résistance est inversement proportionnelle à l'épaisseur du revêtement, ce qui signifie que la résistance de surface diminue à mesure que le revêtement s'épaissit.
Rs ∝1/épaisseur
Les clients peuvent utiliser les valeurs de résistance de surface publiées dans la fiche technique du produit comme référence, mais ne doivent pas chercher à obtenir une correspondance exacte. Pour le contrôle qualité, des valeurs du même ordre de grandeur que les valeurs publiées indiquent que le revêtement a été appliqué correctement.
