刘懿俊
【摘 要】分析了PCB测试机中的普通二线式测试原理、开尔文（Kelvin）四线测量方法原理，介绍了开尔文四线测量方法的优点。%This report aimed to analyze the two-wire and four-wire kelvin measurement principle in PCB testing machine , discused the advantage of Kelvin Four-Wire Testing method in PCB testing.
新风控制系统【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2013(000)009
【总页数】3页(P132-134)
【关键词】四线测试;开尔文;PCB测试机
【作 者】刘懿俊
【作者单位】深圳市地质局，广东深圳 518023
【正文语种】中 文
【中图分类】指挥调度TN407
0 引言
随着科技的发展，手机、平板等数码设备、医疗设备、对安全性要求高的汽车电子设备用线路板（PCB）的制作层数越来越高、线路越来越密、焊盘尺寸越来越小，使得更多的人要求进行低电阻高绝缘的电子测试。因为在这些PCB 中，部分PCB 线路不单是导线，同时还是信号线，线路阻值的变化会造成信号的延滞和衰减，从而引起功能性问题。同时PCB 如果存在孔内无铜、孔破、孔内铜薄、线路缺口等缺陷时会影响产品使用的安全性。 从茶叶中提取
在通常情况下，PCB 开短路测试中的测试参数值-开路阻值设为25 Ω，线路阻值大于25 Ω时测试机判断为开路，小于25 Ω时判断为合格，对于阻值小于25 Ω的线路则无法精确测试出实际电阻值，25 Ω以下的线路成为测试盲区。在实际生产中发现PCB 的某些缺陷，如孔内无铜、空洞、铜薄、线过细、线路缺口等问题均会影响到线路阻值，当阻值小于25 Ω时，用通常的开短路测试方法来测试这些缺陷板时，测试结果为合格，当这些PCB 经过高温焊接后阻值会发生变化，导致开路问题发生，引起产品缺陷。低电阻测试是指在PCB 测试机在测试过程中将开路阻值设定到1 Ω甚至更低。传统的两线测试方法已经无法精确测试出如此小的阻值，现需将开尔文四线测试法应用于PCB 测试机中以达到精细阻值的测量。
1 PCB测量方法原理
PCB 测试机的基本测试原理是欧姆定律，其测试方法是向待测试点间加一定的测试电压，用测试针选中PCB 板上待测试的两个点，通过对电流的测定，获得两点间的电阻，从而判断PCB 线路通断的情况[1]。
1.1 普通二线式测量方法原理
通常的开短路测试方法即为普通二线测试，如图1 所示，二线测试是目前测试机普遍应用的一种方案。
二线测试只有一个回路，所测得的阻值为r1+r2＋Rpcb，即所测得的阻值为馈线电阻和待测线路阻值之和，故无法精确测定被测PCB 阻值。但是因为线路板开路测试的条件一般为25 Ω，因而馈线电阻影响不大，可以忽略不计。二线测试的精度虽然不高，但是可以用来
判断一般线路因完全断线、断孔导致的开路。但是二线测试对低电阻线路的测试则无能为力。
老婆饼机图1 二线式测量原理图
1.2 Kelvin四线测量方法原理防褥疮垫
Kelvin 四线测量是采用双电桥线路结构削减附加电阻的影响[2]。
如图2 所示，在双电桥线路结构中，待测电阻Rpcb和桥臂电阻RN均为四端接法；R1、R2、R3、R4均为高阻值电阻，其中R3、R4构成双电桥的“内臂”。
四端电阻外侧的两个接点称为电流端。图2（a）中A1、C1接电源回路，从而将其附加电阻折合到电源回路的电阻中。B1、B3两接点用短而粗的导线相连，设B1、B3 间附加电阻为r。当若R1、R2、R3、R4及RN满足一定条件时，可消减r对测量结果的影响。
图2 Kelvin四线测量双电桥及其等效电路
四端电阻内侧的两个接点称为电压端。四端电阻内侧的两个接点接高电阻回路或电流为零
的补偿回路。图2（a）中，A2、C2端接触电阻分别并入R1、R2；B2、B4 端接触电阻分别并入R3、R4。由于R1、R2、R3、R4本身电阻很高，所以这些附加电阻对它们的影响可以忽略不计。此外，电压端之间的部分即为低电阻本身，无另外的连接导线，故有效地消除了导线电阻的影响。
调节平衡，就是调节电阻R1、R2、R3、R4和RN，使B、D 两处等电位，从而检流计电流Ig=0。由图2（b）中所示电流方向，由于R1>>r1，R2>>r2，R3>>r3，R4>>r4，可列出方程：
联立可以解得
双电桥在结构上做到使上式第二项满足，故
由于测试回路的输入电阻远大于馈线电阻，所以，此方法测量小电阻的准确度很高。
2 Kelvin测量方法的优点
对比现在两线测试测试方法，Kelvin 测试方法由于可以精确测试出被测线路的阻值，所以可以检测到PCB存在以下一些潜在的缺点：
（1）由于线宽不足而导致的微断路；
（2）线宽正常，但是铜厚不足的线路；
（3）线路被腐蚀而带有缺口或者凹陷；
粗糙的布片（4）导电孔的电镀铜厚度过薄；
（5）银或碳灌孔时的缺陷。
这些缺陷可能在两线测试时满足设定的参数要求，但是随着温度、湿度、时间等因素改变，有可能使得缺陷显露。而Kelvin 四线测试方法可以将其检测出来。
3 结束语
开尔文四线测试方法是测试机技术的新发展，弥补了传统二线测试不能测试低阻的缺陷。在测试机中应用四线式测试方法，可以减低不良PCB 的出货率，也可以通过阻值检测表搭配问题PCB 切片及图片协助出PCB 的问题点，及时发现流程异常，明确改善对策，减少生产报废。
参考文献：
［1］赵英伟，庞克俭.Kelvin 四线连接电阻测试技术及应用［J］.半导体技术，2005（11）：43-50.
［2］刘新福，孙以材，刘东升.四探针技术测量薄层电阻的原理及应用［J］.半导体技术，2004（07）：48-52.
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