DE2344504A1 - Dynamic matching device for thin-film resistors - has HF electrode supplied via HV capacitor and arc-trimming resistance layer - Google Patents
Dynamic matching device for thin-film resistors - has HF electrode supplied via HV capacitor and arc-trimming resistance layerInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Abgleichen von elektrischen Dünnschichtwiderständen Method for adjusting electrical thin-film resistors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen von elektri-" sehen DUnnschichtv/iderständen, bei dem die Widerstandsschicht durch Funkenentladung mit Hilfe eines von einem Tesla-Transformator stammenden, hochfrequenten elektrischen Stroms abgetragen · wird.The invention relates to a method for balancing electrical " see thin-film resistors in which the resistive layer by spark discharge using one of a Tesla transformer originating, high-frequency electrical current is removed.
Zum Abgleich von elektrischen Schichtwiderständen werden verschiedene Verfahren angewendet. Sie beruhen darauf, daß die Dimensionen der Widerstandsschicht, ζ.B* Breite und Dicke, welche in den Ohmwert des elektrischen Widerstandes eingehen, verändert werden. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß die Dicke der Widerstandsschicht verringert wird, z.B. durch Abtragen eines Teils der Widerstandsschicht durch Sandstrahlen, oder daß die Breite der Widerstandsschicht durch vollständiges Entfernen einzelner Bereiche der Widerstandsschicht vermindert wird, z.B. mit Hilfe von Diamanten, von spannungsführenden Nadeln, von Laser- oder Elektronenstrahlen. Die bisher bekannten und nach diesen Prinzipien arbeitenden Verfahren erfordern eine gesteuerte mechanische Bewegung zwischen der Widerstandsschicht und dem auf die Widerstandsschicht verändernd einwirkenden Werkzeug, dem sogenannten Trimmwerkzeug, und sind dadurch in ihrer. Ausführungsweise unrationell.Various Procedure applied. They are based on the dimensions of the resistance layer, ζ.B * width and thickness, which are included in the ohmic value of the electrical resistance, can be changed. This can be done once by increasing the thickness of the resistive layer is reduced, for example by removing part of the resistive layer by sandblasting, or that the width of the Resistance layer is reduced by completely removing individual areas of the resistance layer, e.g. with the help of Diamonds, from live needles, from laser or electron beams. The previously known and based on these principles Working methods require a controlled mechanical movement between the resistive layer and that on the resistive layer modifying acting tool, the so-called trimming tool, and are thereby in their. Inefficient execution.
Eine weitere Möglichkeit, den Widerstandswert von Widerstandsschichten abzugleichen, besteht in der Anwendung einer Funkenentladung, welche als Energiequelle einen Tesla-Transformator benutzt.Another way to measure the resistance value of resistive layers To balance, consists in the application of a spark discharge, which uses a Tesla transformer as an energy source.
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Ein Verfahren, das sine derartige Anordnung verwendet, wird in der DT-OS 1 590 628 "beschrieben. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch auf Widerstandsschichten beschränkt, welche aus mindestens zwei Komponenten - einer isolierenden Komponente, z.B. einer glasartigen Substanz, und einer leitenden Komponente, z.B. Metallteilchen - bestehen.A method using such an arrangement is described in DT-OS 1 590 628 ". The application of this method however, it is limited to resistive layers consisting of at least two components - an insulating component, e.g. a vitreous substance, and a conductive component, e.g. Metal particles - exist.
Es ist weiterhin aus der DT-PS 1 764 699 bekannt, den Abgleich von Dünnschichtkondeneatoren mit Hilfe einer Funkenentladung vorzunehmen. Eine Verfahrensanordnung entsprechend dem bekannten Verfahren zum Abgleich von normalen Dünnschichtwiderständen zu verwenden, ist nicht möglich, da wegen der relativ großen Entladungsenergie eines Tesla-Transformators der Dünnschichtwiderstand in kürzester Zeit zerstört wird.It is also known from DT-PS 1 764 699 to adjust thin-film capacitors with the aid of a spark discharge. A method arrangement corresponding to the known method for adjusting normal thin-film resistors is not possible because of the relatively large discharge energy of a Tesla transformer, the thin-film resistor is destroyed in a very short time.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auch zum Abgleich von Dünnschichtwiderständen auf enge Toleranzen ein einfach und rationell arbeitendes Verfahren aufzuzeigen.The object of the present invention is to provide a simple and efficient method for adjusting thin-film resistors to close tolerances to show the working process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit Hilfe eines vorgeschalteten Hochspannungskondensators geregelter Tesla-Entladungsstrom über eine oberhalb der abzutragenden Widerstandsschicht befindliche Elektrode zur Entladung gebracht wird und gleichzeitig während der Entladung der Widerstandswert der verbleibenden Widerstandsschicht gemessen wird.This object is achieved according to the invention in that a regulated with the aid of an upstream high-voltage capacitor Tesla discharge current over a resistance layer above the resistance layer to be removed located electrode is brought to discharge and at the same time during the discharge the resistance value of the remaining resistance layer is measured.
Durch das Einfügen eines Vorwiderstandes in Form eines Hochspannungskondensators zwischen den Ausgang des Tesla-Transformators und die Entladungselektrode wird es möglich, mit Hilfe der Entladungsenergie eines Tesla-Transformators Dünnschichtwiderstände abzugleichen. Vorteilhaft wirkt sich dabei die Eigenschaft eines Tesla-Entladungsfunkens aus, da er sich stets den jeweils kür-By inserting a series resistor in the form of a high-voltage capacitor between the output of the Tesla transformer and the discharge electrode it becomes possible with the help of the discharge energy of a Tesla transformer to adjust thin-film resistances. The property of a Tesla discharge spark, since it is always the
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zesten Weg zur Erde sucht, die Widerstandsschicht in Form einer mit der Zeit anwachsenden Kreisfläche abzutragen. Das Verfahren gemäß der Erfindung wird dadurch wesentlich vereinfacht, da eine gesteuerte Bewegung zwischen Trimmwerkzeug und Widerstandsschicht überflüssig ist.zesten way to earth seeks to remove the resistance layer in the form of a circular area that grows over time. The procedure according to the invention is thereby considerably simplified, since a controlled movement between the trimming tool and the resistance layer is superfluous.
Indem ein Hochspannungskondensator mit kleiner Kapazität vorgeschaltet wird, die z.B. einen Bereich von 0,1 bis 5 pP, insbesondere 0,5 bis 3 pF, umfaßt, wird der Entladungsstrom in vorteilhafter Weise verändert und für den Abtrag von Dünnschichtwiderständen brauchbar.By adding a high-voltage capacitor with a small capacity which includes, for example, a range of 0.1 to 5 pP, particularly 0.5 to 3 pF, the discharge current becomes more advantageous Changed way and usable for the removal of thin film resistors.
Durch die Verwendung einer oder mehrerer, eine Spitze oder Schneide aufweisenden Entladungselektroden, deren Abstand von der Widerstandsschicht klein ist, vorzugsweise 0,1 bis 1 mm-, wird vermieden, daß der Entladungsfunken unkontrolliert überspringen kann.By using one or more, a tip or cutting edge having discharge electrodes whose distance from the Resistance layer is small, preferably 0.1 to 1 mm, prevents the discharge sparks from jumping over in an uncontrolled manner can.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß eine als Metallstempel - der mit einem beliebigen, z.B. mäanderförmigen, Muster einer Abgleichsgeometrie in Form von Vertiefungen oder Auftrag einer Isolierschicht versehen ist - ausgebildete Entladungselektrode verwendet wird und der Metallstempel bzw. die aufgebrachte Isolierschicht während der Entladung auf der Widerstandsschicht aufliegt. Es wird damit ermöglicht, auch beliebig geformte, z.B. Kiäanderförmige Widerstandsgeometrien für hochohmige Schichtwiderstände auf einfache Weise herzustellen und gleichzeitig auf einen eng begrenzten Widerstandswert abzugleichen.An advantageous development of the method according to the invention is that a metal stamp - the one with any, E.g. meandering, pattern of a matching geometry in Form of depressions or application of an insulating layer is provided - formed discharge electrode is used and the Metal stamp or the applied insulating layer rests on the resistance layer during the discharge. It is thus made possible also any shape, e.g. kieader-shaped resistor geometries for high-ohm sheet resistors in a simple way and at the same time to adjust to a narrowly limited resistance value.
An Hand der Figuren 1-3 wird das Verfahren nach der Erfindung näher beschrieben.The method according to the invention is described in more detail with reference to FIGS. 1-3.
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Fig.1 stellt die Anordnung des Verfahrens zum Abgleichen von Dünnschichtwiderständen mit Hilfe eines Tesla-Transformators als Energiequelle dar;Fig.1 shows the arrangement of the method for adjusting thin film resistors with the help of a Tesla transformer as Energy source;
Fig.2 und 3 zeigen weitere Möglichkeiten der Ausbildung der Entladungselektrode in Form eines Stempels.2 and 3 show further possibilities for the design of the discharge electrode in the form of a stamp.
Der Dünnschichtwiderstand 1_ gemäß Fig.1, der aus der Widerstandsschicht 2 und den beiden Kontaktstreifen 3 und 4 besteht, befindet sich auf einem Keramik- oder Glassubstrat 5, das seinerseits auf einer ebenen Metallplatte 6 gelagert ist. Über der Widerstandsschicht 2 ist eine Entladungselektrode 9 in Form einer Spitze fest montiert. Sie ist mit dem Ausgang eines Tesla-Transformators 11 über einen Hochspannungskondensator 10 verbunden. Wegen der relativ großen Entladungsenergie des Tesla-Transformators wird zum Abgleich von Dünnschichtwiderständen ein hoher Vorwiderstand benötigt, der in der Form eines Hochspannungskondensators 10 mit kleiner Kapazität in der Größenordnung von 0,1 bis 5 pF, insbesondere von 0,5 bis 3 pF» zwischen den Tesla-Transformator 11 und die Entladungselektrode 9 geschaltet ist und gestattet, den Entladungsstrom zu regeln. Die Frequenz des Tesla-Stromes beträgt ca. 1 MHz. «The thin-film resistor 1_ according to FIG. 1, which consists of the resistor layer 2 and the two contact strips 3 and 4 is located on a ceramic or glass substrate 5, which in turn is mounted on a flat metal plate 6. A discharge electrode 9 in the form of a tip is fixed over the resistance layer 2 assembled. It is connected to the output of a Tesla transformer 11 via a high-voltage capacitor 10. Because of the relative large discharge energy of the Tesla transformer is used to Adjustment of thin film resistors requires a high series resistor, which is in the form of a high-voltage capacitor 10 with small capacitance in the order of 0.1 to 5 pF, in particular from 0.5 to 3 pF »between the Tesla transformer 11 and the discharge electrode 9 is switched and allows the discharge current to be regulated. The frequency of the Tesla current is approx. 1 MHz. «
Die beiden Kontaktstreifen 3 und 4 des Dünnschichtwiderstandes 1_ sind jeweils über die Meßspitzen 7 und 8 mit dem Meßgerät 12 ver- ■ bunden. Da während des Abgleichens der Yfiderstandswert der Widerstandsschicht 2 gemessen wird, ist dafür zu sorgen, daß der Entladungsstrom vom Meßgerät 12 ferngehalten wird. Bei einem Gleichstrommeßgerät 12 kann die Störung mit Hilfe eines parallel zur Widerstandsschicht 2 geschalteten Kondensators 14 vermieden werden. Es wird dazu ein Kondensator 14 mit einer relativ großen Kapazität von 1 - 10/uF verwendet. Zweckmäßigerweise besitzt der Tesla-Transformator eine Abschirmung, so daß das Meßgerät 12 vor einer Hochfrequenzeinstrahlung geschützt ist.The two contact strips 3 and 4 of the thin-film resistor 1_ are each connected to the measuring device 12 via the measuring tips 7 and 8. Since during the adjustment the resistance value of the resistance layer 2 is measured, it must be ensured that the discharge current is kept away from the measuring device 12. With a DC current meter 12, the interference can be avoided with the aid of a capacitor 14 connected in parallel to the resistance layer 2. A capacitor 14 with a relatively large capacitance of 1-10 / uF is used for this purpose. Appropriately, the Tesla transformer a shield, so that the measuring device 12 is protected from high-frequency radiation.
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Um Undefinierte Aufladungen und Funkenüberschläge zum Keramikoder Glassubstrat 5 zu vermeiden, ist die Metallplatte 6 geerdet (in Fig.1 mit 15 bezeichnet). Vorteilhafterweise ist der Dünnschichtwiderstand 1_ ebenfalls mit Erde verbunden; zum Wegbrennen der Widerstandsschicht 2 mit der Tesla-Entladung genügt eine kapazitive Erdung 13.In order to avoid undefined charges and arcing on the ceramic or glass substrate 5, the metal plate 6 is grounded (denoted by 15 in Figure 1). The thin-film resistor is advantageous 1_ also connected to earth; a capacitive one is sufficient to burn away the resistance layer 2 with the Tesla discharge Ground 13.
Die genaue Position der Spitze der Entladungselektrode 9 über der Widerstandsschicht 2 ist nicht besonders kritisch. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, wenn die ausgebrannte Fläche 16 den Rand der Widerstandsschicht 2 nicht überschreitet. In manchen Fällen, z.B. bei sehr schmalen Widerstandsbahnen oder bei erhöhter Abgleichsgenauigkeit, kann es sogar vorteilhaft sein, die Spitze der Entladungselektrode 9 etwas außerhalb der Widerstandsschicht 2 anzubringen, um die Widerstandsschicht 2 vom Rand her einseitig abzuarbeiten. Dabei ist stets darauf zu achten, daß der Abstand der Spitze von der Widerstandsschicht 2 klein gehalten wird, vorzugsweise 0,1 -1m, da sonst die Gefahr besteht, daß die Entladungsfunken unkontrolliert auf die Meßspitsen 7 und 8 überspringen.The exact position of the tip of the discharge electrode 9 above the resistive layer 2 is not particularly critical. It has however, it has proven to be advantageous if the burned-out surface 16 does not exceed the edge of the resistance layer 2. In some In cases, e.g. with very narrow resistance tracks or with increased calibration accuracy, it can even be advantageous to use the To attach the tip of the discharge electrode 9 somewhat outside of the resistance layer 2, around the resistance layer 2 from the edge to be processed unilaterally. It is always important to ensure that the distance between the tip and the resistance layer 2 is kept small is, preferably 0.1-1m, otherwise there is a risk that the discharge sparks in an uncontrolled manner on the measuring points 7 and 8 skip.
Zum Abgleich von Schichtwiderständen> deren Fonn stark von einem Quadrat abweicht, hat sich als günstig erwiesen, eine Entladungselektrode in Form von zwei oder mehreren elektrisch verbundenen Spitzen oder einer Schneide zu verwenden.For adjusting sheet resistances> the shape of which deviates significantly from a square, has proven to be beneficial, a discharge electrode to be used in the form of two or more electrically connected tips or a cutting edge.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, Dünnschichtschaltkreise dadurch abzugleichen, daß über jedem Schichtwiderstand. 1[ mindestens eine Entladungsspitze fest angebracht und jede einzelne Spitze über einen kleinen Hochspannungskondensator 10 mit einem Umschalter verbunden wird, der die Tesla-Spannung auf die jeweilige Entladungselektrode 9 gibt. Die Hochspannungskondensatoren 10 werden dabei so gewählt,It is within the scope of the invention to balance thin film circuits by placing over each sheet resistor. 1 [at least one Discharge tip firmly attached and each individual tip connected to a switch via a small high-voltage capacitor 10 which is the Tesla voltage on the respective discharge electrode 9 there. The high-voltage capacitors 10 are chosen so that
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daß sich für alle Schichtwiderstände 1. etwa gleiche effektive Abgleichraten, welche nicht nur vom Entladungsstrom und der Entladungsspannung, sondern auch von der Geometrie des Schichtwiderstandes abhängig sind, ergeben. that for all sheet resistors 1. approximately the same effective adjustment rates, which are dependent not only on the discharge current and the discharge voltage, but also on the geometry of the sheet resistance, result.
Die Abhängigkeit der Abgleichsrate von der Tesla-Spannung wird bei der Ausführung des erfindungs gemäß en Verfahrens in der Weise ausgenützt, daß zunächst mit großer Spannung und damit großer Geschwindigkeit auf einen bestimmten Vorhaltewert abgeglichen wird und dann automatisch auf eine kleinere Spannung und damit kleine Abgleichsrate umgeschaltet wird. Eine solche Verfahrensweise gestattet ein exaktes Abschalten bei Erreichen des Sollwertes. The dependence of the adjustment rate on the Tesla voltage is in the execution of the inventive method in the manner exploited the fact that initially adjusted to a certain lead value with great tension and thus great speed and then automatically switched to a lower voltage and thus a lower adjustment rate. Such a practice allows an exact switch-off when the setpoint is reached.
Mit Hilfe der in Fig. 2 und 3 - welche 2wei weitere mögliche Ausbildungen der Entladungselektrode in Form eines Metallstempels darstellen - wird eine im Rahmen des Erfindungsgedankens liegende Abänderung des Verfahrens aufgezeigt.With the help of the in Fig. 2 and 3 - which 2 two further possible configurations represent the discharge electrode in the form of a metal stamp - will be within the scope of the inventive concept Modification of the procedure indicated.
Durch die Ausbildung der Entladungselektrode 9 in Form eines Metallstempels 17 wird es ermöglicht, daß auch Dünnfilmwiderstände, die eine beliebige mäanderförmige Geometrie der Widerstandsschicht 2 aufweisen, abgeglichen werden können und nicht nur Dünnfilmwiderstände, die eine rechteckförmige oder ähnlich einfache Geometrie besitzen. Die gewünschte, z.B. mäanderförmige Geometrie der Widerstandsschicht 2 wird derart hergestellt, daß ein Metallstempel 17, der in seiner ebenen Arbeitsfläche 18 das Muster der gewünschten Geometrie aufweist, auf die Widerstandsschicht 2 aufgelegt und bei Anlegen der über einen Hochspannungskondensator 10 geregelten Tesla-Spannung an den Metallstempel die Widerstandsschicht 2 ausgearbeitet wird.The formation of the discharge electrode 9 in the form of a metal stamp 17 makes it possible that even thin-film resistors, any meandering geometry of the resistance layer 2 can be adjusted and not just thin-film resistors that are rectangular or similar have simple geometry. The desired, e.g. meandering, geometry of the resistance layer 2 is produced in such a way that a metal stamp 17, which has the pattern of the desired geometry in its flat working surface 18, on the resistance layer 2 and when the Tesla voltage, which is regulated via a high-voltage capacitor 10, is applied to the metal stamp the resistive layer 2 is worked out.
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Der in Fig.2 dargestellte Metallstempel 17 enthält das Muster der gewünschten Widerstandsgeometrie als Negativ in Form von Vertiefungen 19. Da sich der Entladungsfunke stets den kürzesten Weg zur Erde sucht, wird beim Anlegen der Tesla-Spannung an den Metallstempel 17 die Widerstandsschicht 2 zunächst dort abgearbeitet, wo der Stempel direkt auf der Widerstandsschicht aufliegt. Während des weiteren Verlaufs des Abgleichens wird das Muster der gewünschten Geometrie von den Seiten her gleichmäßig durch Abarbeiten der Widerstandsschicht 2 hervorgerufen. Es ist auch möglich, die Vertiefung 19 des Musters der Widerstandsgeometrie mit Isoliermaterial auszufüllen.The metal stamp 17 shown in Figure 2 contains the pattern the desired resistor geometry as a negative in the form of depressions 19. Since the discharge spark is always the shortest Looking for a way to earth, when the Tesla voltage is applied to the metal stamp 17, the resistance layer 2 is initially there processed where the stamp rests directly on the resistance layer. During the remainder of the calibration process, the pattern of the desired geometry caused uniformly from the sides by working off the resistance layer 2. It is also possible to fill the recess 19 of the pattern of the resistor geometry with insulating material.
Der in Fig.3 dargestellte Metallstempel 17 trägt auf seiner ebenen Arbeitsfläche 18 das Muster der gewünschten Widerstandsgeometrie in Form einer Isolierschicht 20 z.B. Isolierlack. Bei Anlegen der Tesla-Spannung an den Metallstempel 17 wird die Widerstandsschicht .2 zunächst dort abgearbeitet, wo sie nicht durch die Isolierschicht 20 geschützt ist, da die Durchbruchsspannung für Luft kleiner ist als die der Isolierschicht 20.The metal stamp 17 shown in Figure 3 carries on its flat Working surface 18 the pattern of the desired resistor geometry in the form of an insulating layer 20, e.g. insulating varnish. When investing the Tesla voltage on the metal stamp 17, the resistance layer .2 is first worked off where it does not go through the insulating layer 20 is protected as the breakdown voltage for air is smaller than that of the insulating layer 20.
Im Gegensatz zu den üblichen Abgleichverfahren, welche durch Mikrogravierungen mit Hilfe von Trimrawerkzeugen auf der Widerstandsschicht 2 schmale Bahnen, sogenannte " Trimmstriche ", hervorrufen, weisen die durch Funkenentladung abgeglichenen elektrischen Widerstände als Fläche 16 der abgearbeiteten Widerstandsschicht 2 eine Kreisfläche auf. Da die Kreisfläche gegenüber den 11 Trimmstrichen " zu kleineren Nebenkapazitäten führt, haben mit Hilfe einer Funkenentladung abgeglichene Schichtwiderstände bessere Hochfrequenzeigenschaften als die mit Hilfe eines Verfahrens der Mikrogravierung abgeglichenen elektrischen Widerstände.In contrast to the usual adjustment methods, which produce narrow tracks, so-called "trim lines", on the resistance layer 2 through micro-engravings with the help of Trimra tools, the electrical resistances adjusted by spark discharge have a circular area as surface 16 of the processed resistance layer 2. Since the circular area leads to smaller secondary capacitances compared to the 11 trimming lines ", sheet resistors adjusted with the help of a spark discharge have better high-frequency properties than the electrical resistances adjusted with the help of a micro-engraving process.
Die beim Abgleichen durch Funkenentladung entstehende Kreisfläche der abgearbeiteten Widerstandsschicht teilt die WiderstandsschichtThe circular area of the processed resistance layer that is created by spark discharge during calibration divides the resistance layer
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an der Abgleichsstelle in zwei Bannen auf. Eine thermische Belastung kann sich damit auf eine größere Fläche auswirken als bei mikrogravierten Schichtwiderständen, bei denen nur eine Widerstandsbahn existiert. Es resultieren somit Schichtwiderstände, die eine etwas höhere Belastbarkeit aufweisen.at the comparison point in two spells. A thermal load can thus affect a larger area than with micro-engraved film resistors, where only one Resistance path exists. This results in sheet resistances that have a somewhat higher load capacity.
Da das Verfahren nach der Erfindung Dünnschichtwiderstände und Dünnschichtkondensatoren von Schaltkreisen auf demselben Arbeitsplatz abzugleichen gestattet und insbesondere durch die vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens es ermöglicht wird, hochohmige Widerstände mit mäanderförmigen Widerstandsgeometrien gleichzeitig herzustellen und auf enge Toleranzen abzugleichen, ist es als ein besonders einfach und rationell arbeitendes Verfahren ausgezeichnet.Since the method according to the invention thin-film resistors and thin-film capacitors of circuits on the same workstation to be adjusted and in particular by the advantageous development of the inventive concept it is made possible high-resistance resistors with meander-shaped resistor geometries It is a particularly simple and efficient process to manufacture and adjust to tight tolerances at the same time excellent.
4 Patentansprüche
3 Figuren4 claims
3 figures
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Claims (4)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3027114A1 (en) * | 1980-07-17 | 1982-02-11 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Etched, close-tolerance layer resistor - uses nickel-chrome resistance material and variable dimension etching according to control strip measurements |
| EP0055331A2 (en) * | 1980-12-31 | 1982-07-07 | International Business Machines Corporation | Method of trimming thin metal resistors |
-
1973
- 1973-09-04 DE DE19732344504 patent/DE2344504A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |