[电子标准]-SJT10315-19921.pdf

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1、SJ 中 华 人 民 共 和 国 电 子 行 业 标 准 s J / T 1 0 3 1 5 -9 2 四探针探头通用技术条件 G e n e r i c s p e c i f i c a t i o n o f . F o u r - p o i n t p r o b e 1 9 9 2 - 0 6 - 1 5 发布1 9 9 2 - 1 2 - 0 1 实施 中华人民共和国机械电子工业部发布 中 华 人 民 共 和 国 电 子 行 业 标 准 S J / T 1 0 3 1 5 -9 2 四探针探头通用技术条件 Ge n e r ic S p e c i f i c a t i o n

2、 o f F o u r 一p o i n t p r o b e 主题内容及适用范围 本标准规定了四探针探头( 以下简称探头) 的术语、 技术要求、 测试方法、 检验规则、 标志、 包装、 运输、 贮存要求等。 本标准适用于电子和冶金等行业所使用的四探针法测试半导体棒、 片、 薄层以及金属薄层 的电阻率、 薄层电阻和电阻的探头。 本标准与 S J / T 1 0 3 1 4 直流四探针电阻率测试仪通用技术条件) 标准配套使用。 弓! 用标准 S J / T 1 0 3 1 4 直流四探针电阻率测试仪通用技术条件 G B 1 9 1包装储运图示标志 Si 1 8 8 9电子测量仪器可靠性试验方

3、案 术语及公式 以下 名词及公式均 采用本标准的定义 。 3 . 1四探针探头 用耐磨的金属线材， 一端加工成一定锥度和曲率半径作为针尖的四根针形探针， 使四个针 尖顶端处在同一平面内， 按一定排列形式组装在一起， 并有四根导线与其各自相连， 可在其上 施加电流或测量电压的组合件。 探针排列一般为等间距的直线形排列或正方形排列。 3 . 2 探针间距S 相邻两探针中心轴线的距离。其确定方法是测量探针在被测样品上的压痕， 按公式( 1 ) 计 算得出。图示出直线形排列的探针间距确定方法， 正方形排列的探针间距可参照此方法确定。 中华人民共和国机械电子工业部 1 9 9 2 - 0 6 - 1 5

4、批准1 9 9 2 - 1 2 - 0 1实施 一1 一 S .1 / T 1 0 3 1 5 - 9 2 直 线形 排列的 四探针头压痕 ( 一组) 测量位置图 圆心座标: 。A + B 口 今一 不 2- 02 C + D 2 E + F 2 O, G + H 2 探针间距 : S, = O,一O, = S ,= O:一O, = S :二 O。一O,， 3 . 2 . 1 探针间距的平均值瓦 ( C + D2卜( A + B )2 ( E + F2卜( C 2 D ) ( G + H2) 一 ( E + F )2 同一探头， 相同两相邻探针十次压痕测量计算出探针间距值的平均值。 直线形排列

5、的四探针头， 其探针间距的平均值为: o- , 一 _110 睿 S il 一 2 一11 0 云s z j ,3 3 一 1 ,o10j- S aj 式中: J - 测量组数， j =1 , 2 , 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 . 2 . 2 平均探针间距S 对于等间距的探头， 各探针间距的平均值的算术平均值。 对于直线形排列的探头， 平均探针间距为: 3 一 告 ( ; + “ : + 3 ) . . . . . . . . . . . ( 3 ) 3 针尖压痕尺寸 探 针 与 样 品 接 触 形 成 的 压 痕 在x

6、 轴 方 向 上 最 大 尺 丸 一2 一 S J / T 1 0 3 1 5 -9 2 d , = B一A d : 二 D一C l d , = I F一E d 。 二 H 一G 3 . 4 探针系数C 由于探针间距和其排列方式的不同而引入的系数称为探针系数C. 3 . 4 门当探针针尖处于同一平面， 探针轴线也处于同一平面( 以下简称直线形排列) 时， 其间 距为S S S : 时: C =: 二 ( 1一份1 一 一一 1 一1 ) - 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) 一、 5 1 5 : +S , S z +S , S

7、, 3 . 4 . 2 当探针轴线处于正方形的四个顶角( 以下简称正方形排列) ， 其相邻两探针间距为等距 离 S时 . C二2 a S / ( 2一 丫 .厄). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 6 ) 注 : 、公 式 ( 5 )适 用 于 WS 大 于 ; 的 样 品 (w 是 样 品 厚 度 ) 。 ), C的单位为c m 3 . 5 探针间距修正系数F . , 对于等间距探头， 实际探针间距不等而引入的修正系数。 3 . 5 . 1 对于直线形排列的探针 一 F 2 1 n

8、2 / . F ( S , 士 丛丛 丛士圣 经 : S,.S, 当各探针间距相差较小时， 上述公式可简化为: _ _ _万、 r. .= 1十 1 . u Sz( 1一 下 )二 “ “ . . . . . . . 0 ) 口 注 : 公 式 ( 7 ) , ( a )适 用 于 ws 小 于 或 等 于 ， 的 样 品 (w 为 样 品 厚 度 ) 。 3 . 5 . 2 对于正方形排列的探针， 由于在两次两方位测量中算出平均值， 可以消除探针间距差 距， 故不必进行修正. 3 . 6 探针游移率 十组探针间距测量值的标准偏差Q ; 与相应的探针间距的平均值S ， 之比值。 对于直线形排

9、列的四探针头有、 。 2 、 : 3 三个游移率。 1 0 0 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 9 ) X 氏we凡 - 价 。一 3 (S 一 弓 ，zS ;) ( 10 ) 式中: i =1 , 2 , 3( 探针间距顺序) i 为测量组数 3 . 7 探针间距相对偏差s ; 某个探针间距十组测量值的平均值s 。 与平均探针间距s的相对误差。 对于直线形排列的 四探针头有 a s S , 三个相对偏差。 一3一 s 1 / T 1 0 3 1 5 - 9 2

10、-S x S 1 0 0 y o( 11 ) 式中 :i =1. 2, 3( 探针间距顺序 ) 技术要求 探头按技术性能为 I 、I 级， 按寿命分为A, B , C , D类。 4 . 1 外观结构及一般要求 4 . 1 . 1 探头的结构应符合下列原则: 结构紧凑合理， 探针间距精确， 导向精度高， 针尖上下滑 动灵活， 无卡阻和拖尾现象， 保证同一平面上的针尖在同一水平线上。维修更换探头方便. 4 . 1 . 2 探头外表面平整、 光滑， 无划痕、 锈蚀现象。 4 . 1 . 3 探头外表面应有标牌， 符号和数据清楚无误。 4 . 1 . 4 探针材料应采用高速钢、 碳化钨、 俄钨合金等

11、高硬度耐磨、 低阻的金属材料， 其内部组 织不得有疏松现象。 4 . 1 . 5 探头的引出线采用四芯屏蔽线。 4 . 1 . 6 探头交验前， 应进行若干次老化使用， 预先剔除不合格品。 4 . 1 . 7 探头用到规定的寿命( 次数) 后， 应重新进行检验。 4 . 1 . 8 用户特殊使用要求， 应在技术协议书中注明。 4 . 2 环境要求 4 . 2 . 1 使用环境: 大气压: ( 8 6 -1 0 6 ) k P a ; 温度2 3 士5 C; 相对湿度: 不大于6 5 %R H; 具有空调的专用清洁室; 室内无强电磁场千扰， 无强光直接照射， 没有明显振动和波动。 4 . 2 .

12、 2 仲裁环境: 温度 : 2 3 士2 ; 其它条件符合4 . 2 . 1 条。 4 . 2 . 3 贮存运输的极限环境 温度 一4 0 -+6 0 0C; 相对湿度: 9 0 %R H( 4 0 0C ) . 4 . 2 . 4 探头包装箱在运输过程中不得损坏和变形。 4 . 3 主要性能指标 4 . 3 . 1 探针力 4 . 3 . 1 . 1 探针力范围( 0 . 2 -4 ) N / P i n ( 牛顿/ 针) 。 4 . 3 . 1 . 2 单针探针力彼此之间相差不超过士1 0 %， 探针力与标称值相差不应超过士2 00 , 4 . 3 . 1 . 3 根据使用要求， 四探针探

13、头有恒力型和可调型。 恒力型探针力由生产厂调定后， 不能 再改变; 可调型探针力允许用户在一定范围内调节。 4 . 3 . 2 针间绝缘电阻( 包括针与外壳) 应大于 1 o l n. 4 . 3 . 3探针间距和游移率见表 I . s ,I / T 1 0 3 1 5 -9 2 表 1 探头级别 1万 探针间距系列( mm) 0 . 6 2 8, 1 . 0 0 0, 1 . 2 7 0, 1 5 9 0 探针间距公差( mm) 士0 . 0 1 0 士0 . 0 2 0 探针间距相对偏差( %) 提l 2 探针游移率( %) 1 0 ,5 X1 0 2 . 5X1 0 1 X1 0 平均无

14、故障时间 ( 小时) 2 0 0 0 1 0 0 05 0 02 0 0 注: 1 ) 以每小时平均使用 5 0次计. 4 . 4 不同被测样品的探针参数见表 3 . 表 3 测量对象针尖曲率半径P m探针) l N/ P in 硅单晶棒、 块 2 5 - 5 0 1 . 5 - 4 硅单晶片 2 5 - 5 0 1 - -Z 外延、 扩散、 离子注入层)3 k m厚 2 5- 1 0 0 0 .2 - 0. 4 外延、 扩散、 离子注入层3 u m 1 0 0 - 2 5 0 0 .3 -0. 8 测试方法 5 . 1 测试环境 温度: 2 3 士2 C; 相对湿度: 不大于“%R H; 其

15、它条件: 符合42 . 1 条。 一5一 S J / T 1 0 3 1 5 - 9 2 5 . 2 汉 ( 试仪器要求 所用测试仪器必须经有关法定计量机构校验合格， 具有有效期内的检定证书。 5 . 3 外观结构及一般要求检查 5 . 3 . 1 目测探头外观结构、 外表面等应符合 4 . 1 . 1 - 4 . 1 . 5的规定. 5 . 3 . 2 将探头与硅抛光样片表面或其它清洁的表面接触几次， 应符合4 . 1 . 1 的规定。 5 . 4 性能测试 5 . 4 . 1 探针力的测试 用测力仪测出每根针的力或四根针的合力， 其值应符合4 . 3 . 1 的规定。 5 . 4 . 2

16、针间绝缘电阻的测试 在探针之间及探针与外壳间， 用 1 0 0 - v S O O V的摇表， 或其它相应仪表测试绝缘电阻， 其值 应符合4 . 3 . 2的规定. 5 . 4 . 3 探针间距和游移率的测试 5 . 4 . 3 . 1. 在抛光过的硅表面( 样片) 上或其它能清晰显示针尖压痕的表面平整的材料上， 用正 常的压力. 使四探针与之接触， 形成一组压痕; 在垂直于探针尖的连线方向上， 平移样片或探 针， 再使探针压触样片表面， 重复压触十次， 形成十组压痕; 为使压痕排列清楚， 在两组或三组 压痕之后， 将样片或探针加倍移动。 将硅样片在丙酮中超声清洗， 再用甲醇清洗干燥。 5 .

17、 4 . 3 . 2 在放大4 0 0 倍的工具显微镜( 读数显微镜， 读数精度士l p m ) 下观察压痕， 如前图所 示 ， 把每组压痕从 A到 H的 X轴的十组读数和Y轴上的Y n , Y : 读数记录在附表中。 5 . 4 . 3 . 3 观察压痕: 触点均匀， 无滑移拖尾现象。 5 . 4 . 3 . 4 根据测量数据计算 a . S 5 3 , 夕 3 ,仁 根据公式( 2 ) , ( 3 ) 均应符合 4 . 3 . 3的规定。 b . 8 1 1 6 2 1 6 3 根据公式( 1 1 ) 口 均应符合 4 . 3 . 3 的规定。 C . E 3 , # p , # 3 仁

18、根据公式( 1 0 ) 均应符合4 . 3 . 3 的规定。 d . Y n -Y 。 符合4 , 3 . 5 . 1 的规定. e . d d i , d 3 , d , 厂 根据公式( 4 ) 均应符合 4 . 3 . 5 . 2的规定。 f . F , 根据公式( 8 ) g . C根据公式( 5 ) 或( 6 ) 式中S S 3 , S : 取 S 13 3 3 , S 取 .3 e 5 . 4 . 4 针尖形状的测试 在工具显微镜下， 将探针尖与放大样板比较， 观察针尖锥度和曲率半径， 其值应符合4 . 3 . 4 和产品技术条件的规定。 5 . 4 . 5 探头寿命试验 将探头安装

19、在模拟试验装置上进行。 5 . 4 . 5 . 1 模拟试验装置必须具有 : a . 与四探针仪机械部分类似的自动升降机构; b . 自动计数器; c . 自动/ 手动换点机构。 5 . 4 . 5 . 2 步骤 将探头装在模拟测试装置上， 模拟实际测试状况进行寿命试验， 每接触 t o 。 次后需要换点 继续进行， 每接触 1 万次后， 需对探头进行一次检验， 至规定的寿命( 次数) 。探头经寿命试验 一s 一 S .1 / T 1 0 3 1 5 -9 2 后， 其性能指标应符合本标准要求. 5 . 4 . 6 可靠性试验 按“ S i 1 8 8 9 电子测量仪器 可靠性试 验方案” 进

20、行. 5 . 5 环境试验 5 . 5 . 1 低温贮存试验 把探头放入低温箱( 室) 内， 以小于2 0 C / h的温度变化速率降温至一4 0 V， 待温度稳定后， 保持 4 h , 然后使箱( 室) 内温度逐渐恢复至室温， 擦去表面水份后。 在室温下保持4 h后检验探 头， 测试结果应符合技术要求规定。 5 . 5 . 2 高温贮存试验 把探头放入高温箱( 室) 内， 以小于2 0 C / h的温度变化速率升至十6 0 0C， 待温度稳定后， 保 持 4 h , 然后将温度降至室温， 在该温度下保持 4 h后， 检验探头， 测试结果应符合技术要求规 定。 5 . 5 . 3 湿热贮存试验

21、 把探头放入湿热箱( 室) 内， 温度升至十4 0 后， 开始加湿， 使相对湿度达到 9 0 o o R H， 保持 2 h ， 然后将湿度降至 5 0 %R H, 将温度降至室温， 保持6 h后， 检验探头， 测试结果应符合技术要 求规定 。 5 . 5 . 4 包装运输试验 探 头 包 装 后 ， 按 包 装 箱 上 的 标 记 固 定 于 试 验 台 上， 振 动 频 率4 H z ， 加 速 度3 g , 持 续 时 间2 h , 试验结束后。 检查包装箱应完好无损， 探头测试结果应符合技术要求规定. 6 检验规则 探头的检验分交收检验和例行检验。 6 . 1 交收检验 6 . 1 .

22、 1 交收检验由生产厂质量检验部门负责进行。 6 . 1 . 2 探头出厂前， 应逐个产品通过交收检验， 合格的产品应有合格证明书。 证明书内应写明型号、 级别、 间距、 针尖曲率半径、 探针力、 材料、 探针系数C、 探针间距修 正系数F ., 、 出厂编号、 生产厂家。 6 . 1 . 3 交收检验的项目及顺序( 见表 4 ) 表 4 序号项目技术要求条文编号试验方法条文编号 1 夕 卜 观 结 构 及 一 般 要 求 4 . 15 . 3 2探针力 5 - 4 . 1 3针间绝缘电阻 4 . 3 . 25 . 4 . 2 4 4 . b C d 探针间距和游移率 探针 间距 探针间距公差

23、 探针间距相对偏差 探针 游移率 4 . 3 . 3 4 . 3 . 3 4 . 3 . 3 4 . 3 . 3 4 . 3 . 3 5 - 4 , 3 5 . 4 . 3 5 . 4 . 3 5 . 4 . 3 5 . 4 . 3 飞一 针 尖 形 状 4 . 3 . 45 . 4 . 4 7 s J / T 1 0 3 1 5 -9 2 续表 序号技术要求条文编号 试验方法条文编号 针尖压痕 压痕尺寸 Y 一 Yw : . ; 一 : 6 . 1 . 4 检 验中出现任一 项不合格时， 应停止检 验， 或返修后重新进行 交收 检验。 重新检验中 原不合格项若再次出现不合格， 该产品被判为不

24、合格， 但允许再一次返修， 再 次交验 。 62 例行检验 621 例行检验由生产厂质量检验部门负责进行。 6 . 2 . 2 有下列情况之一者应进行例行检验 a . 新品研制 ， b . 连续批量生产的产品， 至少每 年进行一次例行试验， c . 改 进设计 或主要工艺， 或更换主要 外购 件及材料9 $ ; d 产品创优、 评比 。 6 . 2 . 3 例行检验的产品应在交收检验合格的产品中随机抽取， 其数量应不少于 2 个， 6 . 2 . 4 例行检验的项目( 见表 5 ) t 表 5 序号项目 技 术 要 求 试 验 方法 1 全部交收检验项目 4 . 1 , 4 . 3 . 1 -

25、4. 3. 4 5 . 3 , 5 . 4 . 1 -5 . 4. 4 2 探头寿命/ - 4 3 5$ . C 5 3 低温贮存 4 . 2 . 35 . 5 . 1 4 高谧贮存 4 . 2 . 35 . 5 . 2 5 湿热贮存 4 . 2 . 35 . 5 . 3 6 包装 4 . 2 . 45 . 5 . 4 7 可靠性试验 4 . 3 . 65 . 4 . 6 6 . 2 . 5 经过例行试验的产品不作正品出厂。 标志、 包装 、 运输 、 贮存 了 . 1 标志 7 . 1 1 每个产品应有标牌， 固定在探头外表面明显的方位. 7 . 1 . 2 标牌应有下列内容 a型号 ; h

26、 . 探针系数C ; 。 探针间 距修正系数尸 . ， ; d生产厂家; e 出厂编 号。 72 包装 一8 一 S J / T1 0 3 1 5 一9 2 7 . 21 包装前， 需对探头进行净化清理， 针尖部位应装上保护罩. 了 . 2 . 2 探头包装箱应有内外包装， 内包装应采用缓冲材料做成。 7 . 2 . 3 包装箱内部附有产品合格证明书和装箱单。 了 . 24 包装必须牢固可靠， 包装箱外表面应标有要注意事项的字样或要求， 并符合 G B191 的规定 。 7 . 3运输 包装箱在运输过程中应小心轻放， 避免碰撞和敲击. 7 . 4贮存 产品应贮存在环境温度一5 一40、 相对湿

27、度不大于 75%R H的清洁、 通风良好的库房内。 探头编号 日期 探针压痕检测记录及计算附表 SF， _ 操作者检验员 显微镜测量数据 组数 ABCDEF G矛 Iy 丹Y. 1 一一一 一一一 3 4 一一一 5 一一 6 一一一一 一一一 9 1 0 计算值记录表格 组 数攀掣岑甲 S飞S 苦S。 1 2一一一一 3一一一 4 一 5 一一一一 6 7一一一一一一 8 一一一一一 9 一一一 一一 1 0 1一一j一 显微镜测量数据 J 一 亏 占 L J几 峨 一一 一9 一 s J / T 1 0 3 1 5 -9 2 附加说明: 本标准由机械电子工业部电子标准化研究所提出。 本标准由国 营建中 机器厂、 中国计量科学研究院负责起草. 本标准主要起草人; 张建勇、 查名瑞、 李达汉 刘学俭、 鲁效明、 耿玉梅。