DE2337466A1

DE2337466A1 - Verfahren zum abgleichen von schichtwiderstaenden

Info

Publication number: DE2337466A1
Application number: DE19732337466
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Ulbrich; Klaus Dipl Ing Zibert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1975-02-06

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK/Sch/ms

BK

Verfahren zum Abgleichen von Schxchtwxderständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen von Schxchtwxderständen, bei denen eine Widerstandspaste in dünner Schicht als rechteckiger Belag auf eine Trägerschicht aufgebracht und zur Stromzuführung in zwei gegenüberliegenden Bereichen des Randes kontaktiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsform anzugeben, bei der die maximale Stromdichte in den auf den Sollwert getrimmten Widerständen möglichst klein und die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche möglichst effektiv ist.

Zur Erläuterung der Erfindung werden zunächst der Aufbau von

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Schichtwiderständen und einige, zur Beurteilung ihrer Güte wesentliche Kriterien beschrieben.

Schichtwiderstände bestehen aus einer dünnen Widerstandsschicht, die meist an zwei Bereichen ihres Randes kontaktiert ist. In diesen Bereichen überlappen sich Widerstandsund Leitermaterial. Die Dicke der Schichten ist sehr klein im Vergleich zu den Abmessungen der Grundfläche. Eine einfache Beziehung für den Widerstandswert besteht beim sogenannten "seitenkontaktierten" Widerstand (Fig.6), dessen Grundfläche ein Rechteck mit der Länge 1 und der Breite b ist. Es gilt:

R = R_F i. . (1)

Der Flächenwiderstand R_, ist konstant: er hängt von der Leit-

fähigkeit und der Dicke der Schicht ab.

Der Herstellungsprozess von Schichtwiderständen, insbesondere von Dickschichtwiderständen, wird von sehr vielen, schwer zu kontrollierenden Fertigungsparametern beeinflusst. Die Herstellung engtolerierter Widerstände bei hoher Ausbeute ist daher nicht rationell möglich. Ein überwiegender Teil der Widerstände in Hybrid-Schaltungen muss aus diesem Grund auf den geforderten Wert abgeglichen werden.

Der Abgleich durch Veränderung des Randes der Widerstands-

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schicht, der meist durch Sandstrahlen oder mit Hilfe eines
Laserstrahls durchgeführt wird, erhöht den Widerstandswert.
Die Widerstandsgeometrie muss deshalb so festgelegt sein,
dass der zu erwartende Mittelwert einer Serie unter dem geforderten Sollwert liegt. Richtlinien für diese Festlegung
ergeben si.ch aus der vom Herstellungsverfahren abhängigen
Streuung der Istwerte, der angestrebten Ausbeute und den zugelassenen Abgleichraten.

Die Güte von Schichtwiderständen wird unter anderem nach Belastbarkeit, Stromrauschen und Spannungsabhängigkeit beurteilt.

Bezüglich dieser wesentlichen Kriterien ist die Güte nicht nur durch die Zusammensetzung des Widerstandsmaterials und die optimale Einstellung bestimmter Fertigungsparameter günstig zu beeinflussen, sondern vor allem durch die Stromverteilung in der Schicht und damit durch die geometrische Form des Widerstandes, vgl. 21st Electronics Components Conference, Proceedings 1971, S.389-395.

Diese Abhängigkeit wird im folgenden für das Stromrauschen
gezeigt.

Nach DIN kk 0^9 wird das Stromrauschen durch den Rauschindex I = 10 log (U /U ) angegeben, der sich aus dem Verhältnis von Rauschspannung U und angelegter Spannung U ergibt.

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Liegt an einem seitenkontaktierten, rechteckigen Schichtwiderstand mit der Grundfläche F die Spannung U, so gilt für die Rauschspannung U wegen der homogenen Stromverteilung

»r - ^F0 T ■ ^<2>

Die Konstante F_ß wird von der Frequenzbandbreite der Messanordnung und den Eigenschaften des Widerstandsmaterials bestimmt.

Die Rauschspannung bei inhomogener Stromverteilung kann aus dieser nur für homogene Verteilung gültigen Beziehung berechnet werden, indem die Widerstandsschicht in η Teilwiderstände zerlegt wird, die von Stromlinien Y = const, und Potentiallinien φ = const, begrenzt sind. Die einzelnen Teilwiderstände R haben bei gleicher Anzahl äquidistanter Strom- und Potentiallinien den Wert des Gesamtwiderstandes R = R. Wird Gl. 2 auf alle Teilflächen F_y angewandt und die entstehenden Beiträge geeignet zusammengefasst, so ergibt sich die Rauschspannung bei inhomogener Stromverteilung:

~ ^ü Σ FT" * ^l3)

ⁿ v=i

Diese Beziehung zeigt, dass das Stromrauschen einer Fläche

η
F=E F^ minimal ist, wenn die Teilflächen F_v gleich gross

v = l
sind, wenn also die Stromverteilung homogen ist.

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Diese für das Strorarauschen abgeleitete Gesetzmässigkeit gilt in analoger Weise für die Spannungsabhängigkeit und die Belastbarkeit, vgl. Electronics Letters 1972, Vol. 8, No. 4, S.107-108 und Electroniepraxis 1971, Vol. 4, No. 6, S.9-12.

Für den Entwurf und die Herstellung derartiger Schichtwiderstände ergeben sich u.a. aus diesem Zusammenhang folgende wichtige Forderungen:

F 1: Die geometrische Form der Schicht und deren Veränderung beim Abgleich sind so auszuführen, dass die Stromverteilung homogen wird.

F 2: Die geometrische Form der Schicht und deren Veränderung beim Abgleich sind so auszuführen, dass die zur Verfügung stehende Fläche vollständig genutzt wird.

Geht man davon aus, dass die Istwerte der Widerstände einer Serie normal verteilt sind, kann Forderung Fl und F2 nicht für alle Widerstände einer Serie zugleich erfüllt werden. Es ist daher sinnvoll, F 1 und F 2 für diejenigen Exemplare zu verwirklichen, deren Widerstandswert nur gering vom Mittelwert der Serie abweicht, B,ei den übrigen wird die Stromverteilung beim Abgleich um so inhomogener, je grosser die Abweichung ist.

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F 3: Die Grosse dieser Inhomogenität muss möglichst klein und unabhängig davon sein, ob der Istwert über oder unter dem Mittelwert der Serie lag.

Es ist bisher bekannt, teilweise aus Siemens Datenbuch 1972/73, Schichtschaltungen, S.125-134, diese Forderungen durch die in den Fig. 1-7 gezeigten Widerstandsgeometrien und Abgleichschnitte zu berücksichtigen.

Die erreichbare Qualität ist aus den in Fig. 1-7 ebenfalls dargestellten Abgleichcharakteristiken ersichtlich. In dieser Darstellung ist das Stromrauschen auf einen quadratischen, seitenkontaktierten Widerstand bezogen, dessen Grundfläche dem Quadrat entspricht, das zur Plazierung der untersuchten Wicerstandsformen benötigt wurde.

Bei keiner dieser bisher bekannten Geometrien sind die Forderungen hinsichtlich Stromverteilung (F l) und Flächenausnutzung (F 2) zugleich optimal erfüllt.

Fertigungstechnisch besonders nachteilig ist bei einigen bisher bekannten Geometrien, dass die Empfindlichkeit S = dR/ds des Widerstandswertes R bezüglich des Abgleichweges s beim Trimmen zunimmt. Von den bekannten Formen kann der seitenkontaktierte, mit "L-cut" abgeglichene Widerstand als bestmögliche Lösung angesehen werden (Fig. 7)· Trotzdem erfüllt er Forderung

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F 2 und F 3 nicht. F 1 wird nur dann erreicht, -wenn die
Länge des Schnittes längs des Kontaktes für jeden Widerstand der Serie abhängig vom Istwert und Geometrie optimal
bestimmt wird.

Diese Nachteile werden bei erfindungsgemässer Formgebung dadurch vermieden, dass der Widerstandsbelag zusätzlich in mindestens einem dritten Randbereich kontaktiert ist und dass dieser Kontakt zum Zwecke der Erhöhung des Istwertes des Widerstandes bis zum Sollwert mindestens teilweise von der Widerstandsschicht durch einen Schlitz abgetrennt wird.

Zwei gemäss der Erfindung ausgeführte geometrische Formen von Siebdruckwiderständen sind in den Fig.* 8 und 9 dargestellt.

Der obere Teil der Fig. 8 zeigt einen Siebdruckwiderstand"Wl, der an den beiden gegenüberliegenden Bereichen seines Randes
mittels der Kontakte Kl und K2 kontaktiert ist. Zusätzlich
ist in einem dritten Randbereich ein weiterer Kontakt K3 vorgesehen, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel von den
beiden stromführenden Kontakten Kl und K2 galvanisch getrennt ist. Der Abstand des Kontaktes K2 bis zum rechten Ende des zusätzlichen Kontaktes K3 ist mit 1 bezeichnet. Mi 1 ist der

m ο

Abstand des linken Endes des Kontaktes K3 zu dem stromführenden Kontakt K2 bezeichnet. Die Wirkungsweise des Kontaktes K3 ist dergestalt, dass durch ihn ein gewisser Bereich des Sieb-

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druckwiderstandes Wl kurzgeschlossen wird. Der Feinabgleich erfolgt nun dadurch, dass parallel zum Kontakt K3 der Wxderstandsbelag durch einen parallel zu K3 verlaufenden relativ dünnen Einschnitt Sl getrennt wird. Das Ende des Schlitzes Sl ist beim Ausführungsbeispiel mit 1 bezeichnet. In den beiden unteren Teilfiguren von Fig. 8 sind die mit der dargestellten Geometrie erzielbaren Werte aufgetragen.

Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem zusätzlich zu den beiden stromführenden Kontakten K^ und Kk des Siebdruckwiderstandes W2 noch ein weiterer Kontakt K5 angeordnet ist, der sich auf der dritten Randseite des Widerstandsbelags befindet, und welcher·einseitig mit dem Kontakt Kk galvanisch verbunden ist. Zum Feinabgleichen werden bei dieser Ausführungsform zwei Schlitze angebracht, derart, dass ein Teil des Kontaktes K5 und des Kontaktes Kk vom Widerstandsbelag abgetrennt werden. In der gezeigten Ausführung ist mittels eines parallel zu dem Kontakt K5 verlaufenden Schlitzes S2 dieser Kontakt über seine ganze Länge vom Widerstandsbelag getrennt und durch einen weiteren parallel zum Kontakt Kk verlaufenden Schlitz S3 ist der Kontakt Kk über die Länge b vom Widerstandsbelag abgetrennt worden. Die beiden Schlitze S2 und S3 sind so angeordnet, dass sie in einem durchgehenden Arbeitsgang hergestellt werden können, das heisst der Schlitz S3 bildet eine rechtwinkelig angeordnete Fortsetzung zu dem Schlitz S2. In den beiden unteren Figuren der Fig. 9 sind wieder die mit der oben dargestellten Anordnung erzielbaren Ergebnisse aufgezeichnet.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Abgleichen von Schichtwiderständen, bei dem eine Widerstandspaste in dünner Schicht als rechteckiger Belag auf eine Trägerschicht aufgebracht und zur Stromzuführung in zwei gegenüberliegenden Bereichen des Randes kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsbelag zusätzlich in mindestens einem dritten Randbereich kontaktiert ist und dass dieser Kontakt zum Zwecke der Erhöhung des Istwertes des Widerstandes bis zum Sollwert mindestens teilweise von der Widerstandsschicht durch einen Schlitz abgetrennt wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kontakt von den beiden stromführenden Kontakten galvanisch getrennt ist und dass der Trennschlitz parallel zu dem dritten Kontakt verläuft.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kontakt mit mindestens einem der beiden stromführenden Kontakte galvanisch verbunden ist und dass der Trennschlitz parallel zu dem dritten und parallel zu dem mit diesem verbundenen stromführenden Kontakt verläuft.

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. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Kontakte vorhanden sind, von den jeweils zwei im Bereich einer gemeinsamen Ecke des Widerstandsbelages galvanisch miteinander verbunden sind und dass jeweils ein entlang der miteinander verbundenen Seiten verlaufender Trennschlitz vorhanden ist.

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ORIGINAL INSPECTED