（苏州瑞阳光电有限公司 王祥 苏州 215011） 摘要：本文通过分析四线电阻式触摸屏回路电阻的构成，重点分析了影响触摸屏接触电阻的若干因素，给出了其经验计算公式，并通过正交试验设计法试验探讨接触电阻的主要影响因素，为今后制程控制提供参考。
关键词：回路电阻 接触电阻 方块电阻 银浆 正交试验设计法 0 引言
在四线电阻式触摸屏(以下简称TP)的应用或制程中，有一个重要的参数——回路电阻。回路电阻的稳定性，影响着产品性能的好坏，同时，对ITO制程控制也起着至关重要的作用，直接影响产品品质。一般情况下，回路电阻指的是TP引出线端测得的上线路或下线路的电阻值，如图1所示。
图1
1 回路电阻的构成
TP回路电阻由ITO电阻、银线电阻、接触电阻这几部分组成。其中，接触电阻主要由以下几部分组成，银线电极与ITO的接触电阻，FPC与TP连接的接触电阻。一般地，可用如下关系式表示：
RL1=RITO+RS+RJ (1)
RITO——ITO工作面电阻，RS——银线总电阻，RJ——总接触电阻 RJ=Rj1+Rj2 (2)
Rj1——银线电极与ITO面的接触电阻
Rj2——FPC与TP连接的接触电阻 图2
在目前的生产工艺下，FPC与TP连接的接触电阻未对产品回路电阻造成影响，其阻值Rj2＜＜RJ，本文讨论的回路电阻为未压接FPC前测得的电阻，如图2，综上，式(2)简化为
RJ=Rj1 (3) 2 影响回路电阻的主要因素
综上分析，TP的回路电阻主要由三部分组成，ITO电阻、银线电阻、接触电阻。ITO工作面电阻与材料本身的特性有关，同时，制造工艺影响ITO电阻的变化；银线电阻与银浆的特性有关，同时，制造工艺影响银线阻值的变化；接触电阻则同时受ITO材料、银浆的特性影响，制造工艺是接触电阻的重要影响因素，也存在很多可变因素，因此，接触电阻是生产工艺中可进行改善的一个重要参数。根据式(1)、(2)、(3)，略去回路电阻的与本文试验无关的次要影响因素，我们得到以下经验公式：
RL1=RITO+RS+ Rj1 (4)
Rj1= RL1－RITO－RS (5) Rj1——TP接触电阻
2.0 ITO材料的影响
掺锡氧化铟（即Indium Tin Oxide, 简称ITO）材料是一种n型半导体材料，特性是当厚度降到1800个埃（1埃＝10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80%，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80%，但有遗憾的是ITO在这个厚度下非常脆，容易折断产生裂纹。由于具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性，因此它是液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（ EL/OLED）、触摸屏（Touch Panel）、太阳能电池以及其它电子仪表的透明电极最常用的材料。ITO材料是利用磁控溅射的原理将ITO沉积到基片（聚脂薄膜或钠钙基、硅硼基玻璃）的表面，并经高温氧化处理加工成的材料。
不同的ITO材料，其方块电阻和其它特性也有区别。关于方块电阻，请参考其它资料的介绍，这里不赘述。ITO的方阻值一般受加工过程中的蚀刻、热处理等加工工艺的影响。由于ITO是薄膜半导体，因此它的导电特性与一般导体有所不同，计算其回路电阻的一般经验公式为：
RITO=L/H×R□ (6)
H——垂直于电流的ITO尺寸
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L——平行于电流的ITO尺寸 R□——材料的方块电阻 根据经验，在无银线电极的情况下（使用万用表进行测量），若依式(6)算得的阻值RITO＜10R□，则式(6)不适用；若依式(6)算得的阻值RITO≥10R□，则与实测值相符，如图3(ITO面无银线电极)。
测量点测量点HHIL图3
IL
2.1 银线的影响
在TP电路结构中，银线的作用一是作为TP在工作时的导出线，二是在ITO工作面上作为平行电极，使ITO工作面在工作时形成均匀的、平直的、呈阶梯状的电压降。银的阻值很小，银线在这里被认为是薄膜导体，由式(6)可类推得到银线电阻的经验计算公式，此处不赘述，一般情况下，RS＜＜RITO。银线电阻主要受银浆原材料和制造工艺的影响。 2.2 接触电阻的影响
2.2.0接触电阻的作用原理
在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑，则仍能观察到5~10微米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的接触，并不是整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触压力大小，两者差距有的可达几千倍。实际接触面可分为两部分：一是真正金属与金属直接接触部分，即金属间无过渡电阻的接触微点，亦称接触斑点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的，约占实际接触面积的5~10%。二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分。因为任何金属都有返回原氧化物状态的倾向，实际上，在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。例如铜只要2~3分钟，镍约30分钟，铝仅需2~3秒钟，其表面便可形成厚度约2微米的氧化膜层。即使特别稳定的贵金属金，由于它的表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附膜。此外，大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜。因而，从微观分析任何接触面都是一个污染面。综上所述，真正接触电阻应由以下几部分组成。1) 集中电阻：电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。2) 膜层电阻：由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析，表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。3) 导体电阻：实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻，而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻。
在实际测量接触电阻时，常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪（毫欧计），其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示：
R= Rc + Rf + Rp
式中：Rc—集中电阻；Rf—膜层电阻；Rp—导体电阻 2.2.1接触电阻的影响因素 2.2.1.0 接触件材料
电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标。如小圆形快速分离耐环境电连接器总规范GJB101-86规定，直径为1mm的插配接触件接触电阻，铜合金≤5mΩ,铁合金≤15mΩ。 2.2.1.1正压力
接触件的正压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力。随正压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。
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接触正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能。 2.2.1.2表面状态
接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜，这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定。二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。故对一些高可靠性要求的产品，如航天用电连接器必须要有洁净的装配生产环境条件，完善的清洗工艺及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。 2.2.1.3使用电压
使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用。于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化。使接触电阻发生很大变化，不了解这种非线性，就会在测试和使用接触件时产生错误。 2.2.1.4电流
当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热作用而使金属软化或熔化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻。 2.2.2 TP接触电阻的测量原理
在TP的电路结构中，由银线电极与ITO的连接而形成工作回路，其连接处必然存在接触电阻，在式(4)中，我们无法直接测得TP的接触电阻Rj1、 ITO工作面阻值RITO，但通过测量，我们得到RL1的实测值RL、银线电阻RS，依式(6)我们可得到RITO，故式(5)修正为
Rj1= RL－RITO－RS (7) Rj1——TP接触电阻
RL——回路电阻（测量得到） RITO——ITO工作面阻值
RS——银线电阻（测量得到） 2.2.3 TP接触电阻的影响因素
根据接触电阻的作用原理，我们知道，影响接触电阻的主要因素为：接触件材料，正压力，表面状态，使用电压，电流。综合TP的技术原理和我司TP的结构特点，影响TP接触电阻的主要因素有：ITO材料，银浆，制造工艺（材料的热处理、印前油墨的处理、油墨的固化工艺）。 3 试验方法
经综合分析，我们选取几个对TP接触电阻产生关键性影响的因素应用正交实验设计法进行试验。考查指标为接触电阻。 3.1 因素水平表 项目
因素
A ITO材料 B 银浆 C 缩水温度
D 缩水时间
E 油墨处理
F 固化温度 G 固化时间100℃
20 min 30 min 40 min 60 min
1 M1008 M3001 120℃ 40 min 油墨未搅拌
水2 M1009 M3009 130℃ 60 min 搅拌5min 110℃
平 3 M1024 M3012 140℃ 90 min 搅拌10min120℃
4 M1039 M3061 145℃ 120 min 搅拌15min
3.2 表头设计(L16（47）) 项目
因素
A
B
C
D
E
F
G 20 min 30 min 40 min 60 min 30 min 40 min 130℃
接触电阻? Ω ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω
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1 M1008 M3001 120℃ 40 min 油墨未搅拌 100℃ 水
平
2 M1008 M3009 130℃ 60 min 4 M1008 M3061 145℃ 120 min 5 M1009 M3009 130℃ 60 min 搅拌5min 110℃ 搅拌15min 130℃ 搅拌5min 110℃
3 M1008 M3012 140℃ 90 min 搅拌10min 120℃
6 M1009 M3012 140℃ 90 min 搅拌10min 120℃
7 M1009 M3061 145℃ 120 min搅拌15min 130℃ 60 min 40 min 60 min 30 min 60 min 30 min 40 min ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω ? Ω
8 M1009 M3001 120℃ 40 min 油墨未搅拌 100℃ 20 min ? Ω 9 M1024 M3012 140℃ 90 min 搅拌10min 120℃ 10 M1024 M3061 145℃ 120 min 12 M1024 M3009 130℃ 60 min 13 M1039 M3061 145℃ 120 min 15 M1039 M3009 130℃ 60 min
K1 ? K2 ? K3 ? K4 ? K1〃 ? K2〃 ? K3〃 ? K4〃 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 搅拌15min 130℃ 搅拌5min 110℃ 搅拌15min 130℃ 搅拌5min 110℃
? ? ? ? ? ? ? ? ?
11 M1024 M3001 120℃ 40 min 油墨未搅拌 100℃ 20 min ? Ω
14 M1039 M3001 120℃ 40 min 油墨未搅拌 100℃ 20 min ? Ω 16 M1039 M3012 140℃ 90 min 搅拌10min 120℃
? ? ? ? ? ? ? ? ? R
3.3 记录试验结果
按每个方案要求做试验，把试验结果，即每个方案根据试验结果测量并根据公式（7）计算得到接触电阻的平均值记录在上表右上侧。 3.4 计算分析试验结果 计算过程略去，画出水平与指标关系图。 接触电阻(ohm)因素水平
由上图可看出，影响接触电阻的主要因素以及最佳工艺条件。最佳工艺条件为A2B4C2D3E3F2G3 各种银浆和ITO材料的一些主要的特性，见附表1、附表2。
附表1 常用ITO Film特性表（略） 附表2 常用银浆特性表（略）
4 结语 参考文献
1. 许 生，颜远全，ITO薄膜性能及制成技术的发展［J］
2. 马颖，张方辉，靳宝安 等，ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究［J］ 3. 薛云智、党喜龙、孙广成，影响电连接器接触电阻的工序能力研究［J］，机电元件，2006：09-3 4. 侯向荣，浅谈接触电阻对电器温升的影响［R］
5. 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 6. 张晓波、姜岩峰，新一代导电胶材料接触电阻稳定性研究［J］，电子与封装，2006：10-06
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