鲁达 本文介绍了块电阻的定义、测量和计算方法，分析了电阻式触摸屏电路电阻的构成，简述了影响电路电阻的主要因素及其原因，为触摸屏设计电阻的计算和过程控制提供了参考。
在电阻式触摸屏(以下简称 TP)的电子特性中，有一个重要的参数——回路电阻。回路电阻的稳定性，影响产品性能的好坏，同时，对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，四线 TP（模拟屏）的回路电阻指的是 TP 引出线端测得的上线路或下线路的电阻值；而多线式 TP（数位屏）的回路电阻指的是 TP 引出线端测得的 TP 某一按键的回路电阻值
1 触摸屏工作原理
电阻触摸屏是采用电阻模拟量技术。它以一层玻璃作为基层，上面涂有一层透明氧化金属(ITO 氧化铟)导电层，再盖有一层玻璃或是外表面硬化处理的光滑的塑料层；内表面
也涂有一层 ITO 导电层。它们之间有许多细小的的透明隔离点把两导电层隔开绝缘，每当有笔或是手指按下时，两导电层就相互接触。而形成回路，如图 1 所示
四线电阻式触摸屏导电层的两端都涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约是 ITO 的 1000 倍。上下两个导电层一个是水平方向，一个是竖直方向，分别用来测量 X 和 Y 的坐标位置。在水平面上的电极称为 X＋电极和 X－电极，在竖直平面的电极称为 Y＋电极和 Y－电极，如图 2 所示。工作时，两个电极根据测量需要提供参考电压或是作为测量端对接触点的位置进行测量。当测量接触点 X 坐标的时候，导电层上的 X＋电极和 X－电极分别接上参考电压和地；Y 电极不加电压，那么 X 电极间会形成均匀的电压分布，用 Y＋电极作为测量点，得到的电压值通过 A/D 转换，就可对应地判断出接触点的 X 坐标。Y 坐标亦是类似，只需改成对 Y 电极加电压而 X 电极不加电压即可
X 坐标和 Y 坐标的计算公式为：X=(VCC/VREF)·(R2/(R1+R2))·4096
Y=(VCC/VREF)·(R4/(R3+R4))·4096
其中 VREF为加在 A/D 转换器上的参考电压，可以接 VCC作为参考电压。图 3 是触摸屏控制器 TSC2046 的典型应用电路图。
2方块电阻的定义、测量及计算方法
2.0 方块电阻的定义
掺锡氧化铟（即 Indium Tin Oxide, ITO）薄膜是一种体心立方铁锰矿结构（即立方 In2O3 结构）的宽禁带透明导电材料。它具有优异的光电性能：对可见光透过率可达 85%以上，低电阻率（10-3 Ω·cm~10-4 Ω·cm），较宽的能隙（Eg=3.6 eV ~ 3.9 eV），红外反射率大于 80%，紫外吸收率大于 85%，同时还具有高硬度、耐磨、耐化学腐蚀特性以及容易蚀刻成一定形状的电极图形等诸多优点，这使得 ITO 薄膜被广泛应用于液晶显示器、电致发光显示器、电致变色显示器、场致发光平板显示器件、太阳能电池和高层建筑物玻璃窗。此外，ITO 薄膜对微波还具有强烈的衰减作用（衰减率 ~ 85%），这使其在防电磁干扰的透明屏蔽层的设计和应用上具有很大的潜力[ 2 ]。
一定厚度下，单位面积上的电阻值称为方阻。图4 是电流平行经过ITO 膜层的情形,其中, d 为膜厚, I 为电流, L 1 为在电流方向上的膜层长度, L 2 为在垂直于电流方向上的膜层长度[ 3 ]。
当电流流过如图所示的方形导电膜层时,该层的电阻为
R = ρL 1/dL2
式中,ρ为导电膜的电阻率。对于给定的膜层,ρ和d 可以看成是定值。当L 1= L2时,即为正方形的膜层,无论方块的大小如何,其电阻值均为定值ρ/d 。这就是方块电阻的定义,即
R□ = ρ/d
式中, R□ 的单位为:欧姆/□(Ω/□) 。由此可以看出方块电阻与ITO 膜层的电阻率ρ和ITO 膜厚d 有
关[ 3 ]。
2.1 方块电阻的测量
方块电阻的测量，目前主要使用四探针法进行测量。四探针测试技术方法分为直线四探针法和方形四探针法。方形四探针法又分为竖直四探针法和斜置四探针法。方形四探针法具有测量较小微区的优点，可以测试样品的不均匀性，微区及微样品薄层电阻的测量多采用此方法。四探针法按发明人又分为 Perloff 法、Rymaszewski 法、范德堡法、改进的范德堡法等。值得提出的是每种方法都对被测样品的厚度和大小有一定的要求，当不满足条件时，必须考虑边缘效应和厚度效应的修正问题[4]。
2.1.0 常规直线四探针法[4]
将位于同一直线上的 4 个探针置于一平坦的样品（其尺寸相对于四探针，可被视为无穷大）上，并
施加直流电流 I 于外侧的两个探针上，然后在中间两个探针上用高精度数字电压表测量电压 V2,3，则检测
位置的电阻率ρΩ•cm）为：
ρ=C V2,3/I
其中，C 为四探针的探针系数（cm），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。
由于半导体材料的电阻率都具有显著的温度系数 CT，所以测量电阻率时必须知道样片的温度，如果认为有电阻加热效应时，可观察施加电流后检测电阻率是否会随时间改变而判定。通常四探针电阻率测量的参考温度为 23±0.5℃，如检测时的室温异于此参考温度的话，可以利用下式修正
ρ23=ρT-CT(T-23)
其中ρT为温度 T 时所检测到的电阻率值。
2.1.2 范德堡法[5 ]
用 van der Pauw 方法测量 ITO 薄膜的电学性质,其方法是在厚度为 d 的薄膜上一正方形区域 12□43的 4 个顶点 1 ,2 ,3 ,4 上用铟粒点接触 4 根铜探针,测量方块电阻 Rs 时,给接触点 1 和 4 间通一电流 I14,
在 2 和 3 点间测量压降 U23,可求 R23 ,14=U23/I14, 相应地获得 R34 ,12=U34/I12, 由 R23 ,14及 R34 ,12可以计算
薄膜的方块电阻为
Rs =（π/ln 2）(（R23 ,14+ R34 ,12）/2) f (Q) | (1) |
其中 f (Q) 为与 Q =R23 ,14/R34 ,12有关的修正因子, 且由文献[6 ]有
f (Q) = 1 – 0. 34657（（ Q – 1）（Q + 1））2– 0. 09236（（ Q – 1）（Q + 1））4, 则薄膜的电阻率为
ρ= Rs d | (2) |
用van der Pauw 方法测量薄膜的迁移率μ是基于霍尔效应原理,迁移率的计算公式是 | |
μ=UH/Rs IB | (3) |
其中 UH为霍尔电压, I 为测量电流, B 为垂直膜面的磁场强度. 根据载流子浓度、迁移率和电阻率之间的 | |
关系,可以计算出薄膜的载流子浓度为 | |
Ne =1/ρeμ | (4) |
测量电学性质过程中产生的附加热电热磁效应可以通过改变电流和磁场的方向来消除。
3触摸屏回路阻值的计算
3.0 回路电阻的构成
电阻式触摸屏（以下简称 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。TP 回路电阻RL，可用如下经验公式计算：
RL=RITO+RS+RJ(5)
其中，RITO——ITO 工作面电阻，RS——银线总电阻，RJ——接触电阻一般情况下，RJ＜＜RITO，RS＜＜RITO
3.1 ITO 阻值的计算
若已知 ITO 层的方块电阻，则当电流流过 ITO 电极时，只要知道电流方向，电极可看成是由若干个正方形的方块电极所组成。电极的总电阻就等于方阻乘上方块个数[7]。根据该理论，以图 6 所示版图走线为例，具体介绍一下 ITO 阻值的计算。对于给定的 ITO 膜层，因为ρ，d 为定值，所以 R□也为定值，因此只要求出方块的个数即可。
图 5 的走线可以分割成 3 部分，各段尺寸和电流如图所示。分别对各段求电阻，最后求和即是该走线的总电阻。
第一部分，R1= R□H1L1/H1H1= R□L1/H1 （其中 L1/H1 即为方块个数）
第二部分，R2= R□H2L2/H2H2= R□L2/H2
第三部分，R3= R□H2L3/H2H2= R□L3/H2
该走线总电阻，
RAB= R1+ R2+ R3= R□L1/H1+ R□L2/H2+ R□L3/H2= R□（L1/H1+ L2/H2+ L3/H2）
3.2 TP 回路电阻值的计算
我们以四线电阻式触摸屏的上线路的回路阻值计算为例说明，图 6，电流方向如图，虚线为银浆走线，一般取两条银线电极的中心距为工作区电流流过的距离。
依上面经验公式，RITO□=400±100Ω/□ ,银浆方块电
阻 RPS□=0.07Ω/□，则
银浆线总电阻 RS= 0.07 ×（45.90 + 28.00 + 2.30 + 45.30 + 3.70 + 2.50）= 13.19Ω
工作区域 ITO 电阻 RITO= （400±100）×35.70 = 240.62Ω ~ 401.03Ω
不考虑接触电阻的影响，则，TP 回路电阻
RL= RITO+ RS= 253.81Ω ~ 414.22Ω ，故，该上线路
的回路阻值为 254Ω ~ 414Ω。
4 影响回路阻值的主要因素
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、银浆特性影响，即 ITO 材料与银浆的匹配性。
4.0 ITO 材料的影响
要获得回路阻值稳定的 TP，必须选用 ITO 阻值稳定，均匀性优的 ITO 材料。由于 ITO 材料厂商选用的基材、ITO 靶材以及溅射工艺的不同，其 ITO 材料方阻的稳定性、均匀性差别也比较大。特别是 PET 基材的 ITO 材料。
4.1 制造工艺的影响
在 TP 的制造过程中，由于涉及到热处理、热加工的工艺，如 PET 基材 ITO 材料的预缩水、银浆的固化、绝缘层的 UV 固化等，ITO 的方阻在这些加工过程中会有一定的变化。另外，在化学蚀刻过程中，酸碱对 ITO 方阻也产生一定的影响，必须保证印刷的抗蚀刻油墨的遮盖性和均匀性，以及酸碱的浓度。因此，在设计阶段，计算 TP 的回路电阻必须考虑这些因素的影响。
4.2 ITO 材料与银浆的匹配性
由于每种银浆的配方、ITO 材料的特性以及 TP 制造工艺的不同，就存在 ITO 材料与银浆的匹配性的问题。匹配性的问题在 TP 成品的初期阶段区别不大，但在 TP 的使用过程中或可靠性测试时就表现得特别明显。因此，每种主材料的量产导入，必须要花大量的人力、物力做可靠性方面的验证工作，以保证产品品质。
5 结束语
综上，在 TP 的设计阶段，必须综合考虑相关因素的影响，按客户的要求并参考加工工艺实际，选用合适的材料，优化版图设计，合理计算 TP 的回路电阻，以指导生产制造。