Способ электроискровой подгонки пленочных резисторов

 

Изобретение относится к микроэлектронике и электронной технике, в частности - к технологическим процессам изготовления пленочных резисторов. Предложен способ подгонки величины сопротивления пленочных резисторов, основанный на воздействии электроискрового разряда на резистивную пленку, процесс осуществляют изменяющимися по длительности циклами подгонки, величина которых определяется количеством импульсов в пачке по математическому выражению. Предложен также вариант способа электроискровой подгонки пленочных резисторов при достижении относительного отклонения величины D_s, уменьшают длительность разрядного импульса по математическому выражению. Техническим результатом является то, что способы позволяют повысить скорость и точность подгонки по сравнению со способом, когда длительность пачек импульсов и длительность импульсов остаются постоянными. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к микроэлектронике и электронной технике, в частности - к технологическим процессам изготовления пленочных резисторов.

Известен способ индивидуальной подгонки пленочных резисторов, основанный на воздействии высоковольтных разрядных импульсов напряжения на резистивный слой (Авт. св. 402073).

Предлагаемый способ позволяет увеличить скорость подгонки при одновременном увеличении точности подгонки.

В способе электроискровой подгонки пленочных резисторов, включающем чередующиеся циклы подгонки и циклы измерения отклонения сопротивления резистора, основанном на удалении части резистивного материала электроискровым воздействием, подгонку осуществляют изменяющимися по длительности циклами подгонки, величина которых определяется количеством импульсов в пачке по формуле где С - постоянный коэффициент, выбираемый из диапазона между 0 и 1, i - номер цикла подгонки, относительное отклонение требуемой величины сопротивления от величины сопротивления подгоняемого резистора R_ном - требуемое номинальное сопротивление, - сопротивление подгоняемого резистора перед i-м циклом подгонки, К_i - относительное изменение сопротивления за один разрядный импульс.

Коэффициент С на первом цикле подгонки выбирают равным 0,1, а для остальных - равным 0,5.

В другом варианте в способе электроискровой подгонки пленочных резисторов, включающем чередующиеся циклы подгонки и циклы измерения отклонения сопротивления резистора, основанном на удалении части резистивного материала электроискровым воздействием, при достижении относительного отклонения величин D_s, уменьшают длительность разрядного импульса по формуле где τ_i - длительность разрядного импульса на i-м цикле подгонки, τ_o - начальная длительность импульса.

Величину относительного отклонения D_s устанавливают равной 0,01.

Выражение дает общее количество импульсов, требуемое для подгонки данного резистора. Начальное значение К₁ определяется для конкретных типов резистивных материалов и определенных параметров высоковольтных разрядных импульсов. Коэффициент С для первой (тестовой) пачки импульсов берется достаточно малым с целью избежания переподгонки, т.к. значение K₁ может отличаться от его действительной величины для подгоняемого резистора, поэтому величину С для первой пачки устанавливают, например, равной 0,1. После первой пачки происходит уточнение величины К для конкретного подгоняемого резистора и далее коэффициент С можно увеличить, например, до значения 0,5. Чем меньше величина С, тем меньше вероятность переподгонки, но время подгонки увеличивается из-за дополнительных циклов измерения. Таким образом, например, при С = 0,5, на очередном цикле подгонки задается половинное количество импульсов от рассчитанного значения, что с большой вероятностью гарантирует избежание переподгонки. В целом, начиная с третьего цикла подгонки, количество импульсов будет уменьшаться по закону где - количество импульсов во второй пачке. Так, например, при С=0,5 количество импульсов в пачке будет в среднем уменьшаться по двоичному закону: что обеспечит достаточно большую скорость подгонки за счет малого количества циклов подгонки и измерения. Общее время подгонки по сравнению со способом, описанным в прототипе, при одинаковых параметрах разрядных импульсов будет меньше на разницу сумм циклов измерения. В примере, приведенном в прототипе, одна пачка изменяет R_П на 0,1%, пусть требуется изменить сопротивление на 10%. В этом случае при количестве импульсов в пачке равным 100 потребуется не менее 100 циклов подгонки и измерения для достижения точности 0,001% (изменение за один разрядный импульс). Общее время подгонки, при частоте следования импульсов 10 кГц и длительности циклов подгонки и измерения 10 мс, не менее 2 с, где 1 с - это время измерения. Общее количество импульсов не менее 10000. Количество циклов подгонки и измерения в заявляемом способе будет не более log₂10000 (при С=0,5), т.е. не более 14. С учетом тестовой пачки импульсов количество циклов будет не более 15. В нашем случае время измерения 15•10 мс= 150 мс. Таким образом, общее время подгонки Т_п = 1 с + 150 мс = 1,15 с, где 1 с - время следования импульсов. С возрастанием величины начального отклонения сопротивления от требуемой величины эффект заявляемого способа будет увеличиваться. Теоретически достижимая точность равна К, то есть относительному изменению сопротивления за один разрядный импульс, и соответственно в основном зависит от параметров этого разрядного импульса. Подгонка прекращается при попадании величины сопротивления в границы допуска: R_п = R_ном ± ε%, где ε% определяет границы допуска.

Дополнительного повышения точности подгонки можно достичь за счет варьирования параметров разрядного импульса.

Это достигается следующим образом. На заключительной стадии подгонки, при достижении относительного отклонения величины D_s, начинают уменьшать длительность импульса по формуле где τ_i - длительность разрядного импульса на i-м цикле подгонки; τ₀ - начальная длительность импульса, до величины τ_min, зависящей от условий электроискровой подгонки. Так как уменьшение длительности разрядного импульса уменьшает количество энергии, выделяемой при электроискровом разряде, то соответственно происходят более малые изменения сопротивления за один разрядный импульс. Величину s выбирают достаточно малой, например 0,01, чтобы общее время подгонки увеличивалось незначительно. Таким образом, при D_s = 0,01, т. е. когда отклонение сопротивления составит 1%, длительность разрядного импульса будет уменьшаться прямо пропорционально отклонению сопротивления. Теоретически достижимая точность в этом случае обусловлена минимально возможной длительностью импульса, при которой еще происходит электроискровой разряд, и зависит от многих факторов: схемного решения, расстояния от разрядного электрода до поверхности резистора, параметров разрядной среды и резистивного материала.

На фиг. 1 изображено сравнение зависимостей длительности цикла подгонки от времени подгонки по заявляемому способу (график А) и по способу, используемому за прототип (график Б). На фиг.2 изображена зависимость относительного отклонения сопротивления подгоняемого резистора от времени подгонки (номера пачки импульсов) для прототипа. На фиг.3 изображена зависимость относительного отклонения сопротивления подгоняемого резистора от времени подгонки для заявляемого способа с изменяемой длительностью пачек импульсов. На фиг.4 изображена зависимость относительного отклонения сопротивления подгоняемого резистора от времени подгонки для заявляемого способа с изменяемой длительностью пачек импульсов и изменяемой длительностью импульсов. Данные для примеров, приведенных на фиг.2-4, получены на установке электроискровой подгонки, сопряженной с компьютером. Фиксация результатов подгонки осуществлялась в реальном масштабе времени после каждого цикла подгонки с точностью измерения сопротивления не хуже 0,01%. На фиг.5 изображена структурная схема комплекса для осуществления заявляемого способа подгонки и фиксации результатов подгонки, где 1 - установка электроискровой подгонки; 2 - подгоняемый резистор; 3 - блок измерения; 4 - разрядный электрод; 5 - блок управления; 6 - клавиатура; 7 - аналого-цифровой преобразователь; 8 - высоковольтный преобразователь; 9 - компьютер для фиксации результатов подгонки.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

В качестве образцов использовались толстопленочные резисторы, изготовленные из паст на основе RuO₂. Для осуществления способа использовалась установка электроискровой подгонки 1, структурная схема которой изображена на фиг.5. Подгоняемый резистор 2 подключается к блоку измерения 3, как показано на фиг. 5. Разрядный электрод 4 устанавливается на расстоянии порядка 0,5-3 мм над поверхностью резистора. Перед началом подгонки в блок управления 5 с клавиатуры 6 заносятся значение К=0,0001 (заранее определено для данного типа резисторов) и требуемая величина номинального сопротивления. После команды "Старт", вводимой с клавиатуры 6, блок управления 5 вычисляет начальное значение сопротивления резистора 2, используя для этого оцифрованное блоком аналого-цифрового преобразователя 7 значение выходного сигнала из блока измерения 3, и далее проводит подгонку посредством выдачи пачек импульсов на высоковольтный преобразователь 8. Амплитуда разрядных импульсов на выходе высоковольтного преобразователя 8 достигает 2-15 кВ, в результате происходит пробой воздушного промежутка между электродом 4 и поверхностью резистора 2. Под воздействием электроискрового разряда в структуре пленки резистора происходят необратимые изменения, и величина сопротивления резистора меняется. Значение сопротивления резистора 2 и параметров разрядных импульсов передается блоком управления 5 в компьютер 9, где происходит фиксация результатов подгонки. Количество импульсов в пачке вычисляется блоком управления 5 по формуле
Диаграмма процесса подгонки для данного примера изображена на фиг.3. Критерием останова процесса подгонки являлся момент, когда относительное отклонение сопротивления резистора от требуемого значения

где R_нач = 4632,742 Ом - начальное сопротивление резистора; R_ном = 5000,0 Ом - требуемое сопротивление резистора; становилось меньше 0,03%. Процесс завершился за 7 циклов, полученная точность 0,0265%. Параметры процесса приведены в таблице 1.

Для сравнения на фиг. 2 приведена диаграмма подгонки, выполненная по способу прототипа. Параметры разрядных импульсов устанавливались такими же, что и в примере 1. Видно, что при большем количестве циклов подгонки в итоге получена меньшая точность.

Пример 2.

В качестве образцов использовались толстопленочные резисторы, изготовленные из паст на основе RuO₂. Для осуществления способа использовалась установка электроискровой подгонки 1, структурная схема которой изображена на фиг.5. Подгоняемый резистор 2 подключается к блоку измерения 3, как показано на фиг. 5. Разрядный электрод 4 устанавливается на расстоянии порядка 0,5-3 мм над поверхностью резистора. Перед началом подгонки в блок управления 5 с клавиатуры 6 заносятся значение К=0,0001 (заранее определено для данного типа резисторов) и требуемая величина номинального сопротивления. После команды "Старт", вводимой с клавиатуры 6, блок управления 5 вычисляет начальное значение сопротивления резистора 2, используя для этого оцифрованное блоком аналого-цифрового преобразователя 7 значение выходного сигнала из блока измерения 3, и далее проводит подгонку посредством выдачи пачек импульсов на высоковольтный преобразователь 8. Амплитуда разрядных импульсов на выходе высоковольтного преобразователя 8 достигает 2-15 кВ, в результате происходит пробой воздушного промежутка между электродом 4 и поверхностью резистора 2. Под воздействием электроискрового разряда в структуре пленки резистора происходят необратимые изменения, и величина сопротивления резистора меняется. Значение сопротивления резистора 2 и параметров разрядных импульсов передается блоком управления 5 в компьютер 9, где происходит фиксация результатов подгонки. Количество импульсов в пачке вычисляется блоком управления 5 по формуле

Дополнительно после того, как относительное отклонение стало меньше 1%, длительность разрядного импульса вычислялась блоком управления по формуле

Начальное сопротивление резистора равнялось R_нач = 2579,26 Ом, требуемое сопротивление R_ном = 3000,0 Ом. Диаграмма процесса подгонки для данного примера изображена на фиг.4. Критерием останова процесса подгонки являлся момент, когда относительное отклонение сопротивления подгоняемого резистора от требуемого значения δ становилось меньше 0,03%. Процесс завершился за 7 циклов подгонки, полученная точность 0,016%. Параметры процесса приведены в таблице 2.

Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить скорость и точность подгонки.

Формула изобретения

1. Способ электроискровой подгонки пленочных резисторов, включающий чередующиеся циклы подгонки и циклы измерения отклонения сопротивления резистора, основанный на удалении части резистивного материала электроискровым воздействием, отличающийся тем, что подгонку осуществляют изменяющимися по длительности циклами подгонки, величина которых определяется количеством импульсов в пачке по формуле

С - постоянный коэффициент, выбираемый из диапазона между 0 и 1;
i - номер цикла подгонки, относительное отклонение требуемой величины сопротивления от величины сопротивления подгоняемого резистора

R_ном - требуемое номинальное сопротивление,
- сопротивление подгоняемого резистора перед i-м циклом подгонки,
K_i - относительное изменение сопротивления за один разрядный импульс.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент С на первом цикле подгонки выбирают равным 0,1, а для остальных равным 0,5.

3. Способ электроискровой подгонки пленочных резисторов, включающий чередующиеся циклы подгонки и циклы измерения отклонения сопротивления резистора, основанный на удалении части резистивного материала электроискровым воздействием, отличающийся тем, что при достижении относительного отклонения величины D_s, уменьшают длительность разрядного импульса по формуле

где τ_i - длительность разрядного импульса на i-м цикле подгонки;
τ_o - начальная длительность импульса.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что величину относительного отклонения D_s устанавливают равной 0,01.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7