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实现高精度低电阻测量的探针技术
返回上一页低电阻测量的必要性
随着电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的普及，大电流的系统日益增多。母线排或连接点等电流路径中的微小电阻，会直接导致系统效率下降和过热风险。为解决此类问题，高精度低电阻测量至关重要。
HIOKI 6686体育的电阻计 RM3545A 以 1 nΩ 的分辨率精准测量微电阻值。通过优化探针技术，提供可靠性高的数据以助力客户提升产品质量。本文将结合实例分析作为低电阻测量成功关键的探针技术要点。
低电阻测量的基本 ：四端子测量
6686体育的电阻计 RM 系列采用恒流测量方式 ：通过 SOURCE（电流施加线）向被测物（DUT）施加恒定电流（I），再通 过 SENSE（电压检测线）检测电压（V），最终依据欧姆定律（R=V/I）计算电阻值。4 端子测量（开尔文测量法）通过分 离电流施加路径与电压检测路径，可消除回路电阻（配线电阻 + 接触电阻）的影响，从而在低电阻测量中提供可靠性高的 结果。相关内容请同步参考《电阻测量指南》第 8-9 页。
下文将基于 4 端子测量，详细解析探针技术的要点。
探针技术对测量的影响
在低电阻测量中，探针技术对测量结果影响显著，测量误差的主要来源为理想的电流通过方式（均匀电流密度）与实 测时电流通过方式（非均匀电流密度）的差异。 本文以芯片电阻器（贴片电阻器）和金属圆棒为例，详细探讨理想状态与实测状态下电流通过方式特性及其对测量值 的影响。
理想状态下的电流通过方式
芯片电阻器需安装于基板使用，其参数值为基板安装状态下的电阻值。如图 2 所示，在基板安装状态下，电流在电阻 器的电阻分量中均匀流动。例如，在电流均匀流动状态下检测电极两端产生的电位差（即图中等电位线的数量），通过欧 姆定律即可测得接近参数值的电阻值。 金属圆棒的理论电阻值 R 可通过公式 R=ρ×A/L 计算得出（其中 ρ 为电阻率，L 为长度，A 为横截面积）。该理论值 基于电流在圆棒内部均匀通过方式的前提条件。
检测此电位差（=等电位线的数量）
图2电流通过方式（理想状态下）
实测状态下电流通过方式
图3展示了低电阻芯片电阻器、高电阻芯片电阻器及金属圆棒在实测状态下的内部电流通过方式特性。低电阻芯片电 阻器与金属圆棒在测量时呈现非均匀电流通过方式。与基板安装时的均匀电流通过方式不同，高电阻芯片电阻器在测量时， 因电极 - 电阻分量间的电阻值差异，电流会优先扩散通过方式，从而实现与基板安装状态相似的均匀电流通过方式。测量金属圆棒时，电流从探针接触点呈放射状扩散，呈现与理论状态不同的非均匀通过方式特性。
这些电流通过方式差异将直接影响测量值，具体分析将在下节详述。
探针技术对测量值的具体影响
影响1 ：参数值或理论值和测量值的偏差
如图4所示运用探针技术测量低电阻 DUT 时，器件的边角等区域会形成无电流通过的盲区。由于该状态与前述理想 状态的电流通过方式特性不同，无电流区域的实际电阻无法被有效测量，因此实测值将与参数值或理论值产生偏差。 例如，在 SOURCE 附近用探针接触 SENSE 时，实测电阻值会高于参数值或理论值。这是因为 DUT 的有效测量横截 面积减�。垂� ρ×A/L 中的 A 减�。５枳⒁猓霉叵悼赡芤� SENSE-SOURCE 间距的变化而发生逆转。
图4非均匀的电流通过方式密度
影响2 ：每次探针接触导致的测量值波动
下文以低电阻芯片电阻器为例。 在进行非均匀电流密度的实测时，电流密度较高的 SOURCE 附近等电位线间距会变窄。假设等电位线间隔为 1 mV， 且 SOURCE A-SENSE A 间距在每次探针接触时偏移 1 mm。如图5所示，SENSE – SOURCE 间距大小不同时，即使偏移 1 mm，引起的电压波动幅度也不同。由于检测电压需换算为电阻值，该波动将直接导致电阻值的变动。总之，SENSESOURSE 间距离越大，探针接触位置发生偏移时检测电压的变化就越�。簿鸵种屏说缱柚档谋浠�。结果如图 6 所示， 测量的重复精度得到提高。
图5 SOURCE-SENSE 间距和检测电压的波动
图6 SOURCE-SENSE 间距差导致测量值波动
解决方案 ：高精度测量的探针技术要点
通过以下几个方法，可显著提升测量精度与重复性。
1. 优化 SOURCE-SENSE 间距
通常认为，理想的 SOURCE-SENSE 间距为 DUT 宽度或厚度 3 倍以上。此条件下可测量均匀电流区域，从而抑制“参 数值或理论值与测量值的偏差”以及”每次探针接触导致的测量值波动”。
然而，对于许多被测物而言，难以充分拉开 SOURCE-SENSE 间距进行测量。在此情况下，使理论值或参数值与测量 值保持一致极为困难。芯片电阻器的参数值或金属圆棒的理论电阻值，均基于电流在其内部均匀通过方式的前提条件。由 于实测状态下的电流通过方式特性与理想前提不同，因此二者的数值存在差异。
在此类情况下，建议采用合格品与不合格品的电阻值相对比较的方法。同时，即便无法确保理想的 SOURCE-SENSE 间距，为提升每次探针接触的重复精度，仍应尽可能增大该间距。
2. 6端子测量重现基板安装状态
若需使测量值接近理论值，HIOKI 建议采用图7所示的6端子测量法。该方法通过设置双电流路径，使电流密度通过 方式更接近基板安装状态。
详细内容请参考 HIOKI 应用指南《通过6端子电阻测量实现接近基板安装状态的分流电阻值检测》。
3. 灵活运用夹具实现高重现性
通过使用提高探针位置重现性的夹具，可最大程度抑制测量值波动。
总结 ：通往低电阻测量的新高度
通过优化探针技术，可大幅提升低电阻测量的精度与可靠性。请充分运用 RM3545A 及本文阐述的探针技术专业知识， 强化电阻类产品的质量管理。
如需特定的应用场景演示或技术咨询，请通过咨询表格联系我司。
使用的设备
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| 电阻计 RM3545A |
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