УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОНКИ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
THICK-FILM RESISTOR TRIMMING DEVICE

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении прецизионных пленочных резисторов.
Известно устройство для подгонки резисторов (патент РФ №2012936, МПК H01C 17/22, опубл. 15.05.94. Бюл. №9), содержащее подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, источник опорного напряжения, блок сравнения, связанный первым и вторым входами с выходами источника опорного напряжения и измерителя сопротивления соответственно, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу блока сравнения, генераторы факельного разряда, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с входом одноименного генератора факельного разряда, блок управления, связанный каждым из разрядных выходов с вторым входом одноименного элемента И, а тактовый выход блока управления подключен к управляющему входу измерителя сопротивления, при этом каждый генератор факельного разряда снабжен разрядным рабочим электродом, имеющим индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, и все рабочие электроды размещены с фиксированным промежутком между собой.
Недостатками данного устройства являются низкая точность и ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что в процессе подгонки оно не исключает образования дефектов в резистивной пленке из-за превышения допустимого уровня энергии факельного разряда, не обеспечивает регулировки этого уровня для ряда материалов, не обеспечивает повторного включения разряда и не позволяет автоматически задавать энергию факельного разряда в зависимости от температуры испарения резистивной пленки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для подгонки толстопленочных резисторов (А.С. №1827687 А1, МПК H01C 17/22, опубл. 15.07.93. Бюл. №26), содержащее подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, источник опорного напряжения, устройство сравнения, связанное первым и вторым входами с выходами соответственно источника опорного напряжения и измерителя сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу блока сравнения, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и генератор факельного разряда, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные мультивибратор и регистр сдвига, связанный каждым своим выходом с вторым входом одноименного элемента И, выход мультивибратора подключен также к управляющему входу измерителя сопротивления, рабочие электроды, имеющие индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, при этом оно содержит коммутатор, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора факельного разряда, каждый из управляющих входов связан с выходом одноименного элемента И, а каждый из выходов подключен к одноименному рабочему электроду.
Недостатками данного устройства являются низкая точность и ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что в процессе подгонки оно не исключает образования дефектов в резистивной пленке из-за превышения допустимого уровня энергии факельного разряда, не обеспечивает регулировки этого уровня для ряда материалов, не обеспечивает повторного включения разряда и не позволяет автоматически задавать энергию факельного разряда в зависимости от температуры испарения резистивной пленки.
В основу изобретения поставлена задача повысить точность подгонки и расширить ее функциональные возможности.
Данная задача решается в устройстве для подгонки толстопленочных резисторов, которое содержит подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему сигнальным входом, первый источник опорного напряжения, устройство сравнения, связанное первым и вторым входами с выходами соответственно первого источника опорного напряжения и измерителя сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный сигнальным входом к выходу устройства сравнения, цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные генератор факельного разряда и коммутатор, элементы И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя и одноименным управляющим входом коммутатора, последовательно соединенные мультивибратор и регистр сдвига, подключенный к нему входом сдвига данных вправо и связанный каждым своим выходом с вторым входом одноименного элемента И, выход мультивибратора подключен также к управляющему входу измерителя сопротивления, рабочие электроды, имеющие индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, каждый из которых подключен к одноименному выходу коммутатора, согласно изобретению цифроаналоговый преобразователь выполнен умножающим, регистр сдвига - реверсивным, а коммутатор снабжен дополнительными входом и выходом и в него дополнительно введены второй источник опорного напряжения, выход которого подключен к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя, третий источник опорного напряжения, дополнительный электрод, блок повторного включения разряда, первый и второй входы каждой пары входов которого подключены также к одноименным выходам соответственно аналого-цифрового преобразователя и регистра сдвига, у которого вход сдвига данных влево связан с выходом блока повторного включения разряда, блок выбора наименьшего значения напряжения и компаратор, первые входы которых объединены и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя, а их вторые входы также объединены и подключены к выходу третьего источника опорного напряжения, выход блока выбора наименьшего значения напряжения подключен ко входу генератора факельного разряда, выход компаратора связан с дополнительным входом коммутатора, а его дополнительный выход подключен к дополнительному электроду, имеющему индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит первый источник опорного напряжения 1, устройство сравнения 2, измеритель сопротивления 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок повторного включения разряда 5, регистр сдвига 6, мультивибратор 7, элементы И 8-1…8-n, второй источник опорного напряжения 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, блок выбора наименьшего значения напряжения 11, генератор факельного разряда 12, коммутатор 13, рабочие электроды 14-1…14-n, подгоняемый резистор 15, подложкодержатель 16, компаратор 17, дополнительный электрод 18, третий источник опорного напряжения 19.
В устройстве последовательно соединены подгоняемый резистор 15, измеритель сопротивления 3, устройство сравнения 2 и АЦП 4, кроме этого, мультивибратор 7 и регистр сдвига 6 (подключенный к нему входом сдвига данных вправо), а также генератор факельного разряда 12 и коммутатор 13. Выход первого источника опорного напряжения 1 связан с первым входом устройства сравнения 2. Выход мультивибратора 7 подключен также к управляющему входу измерителя сопротивления 3. Первый вход каждого из элементов И 8-1…8-n подключен к одноименному выходу АЦП 4, а выход каждого из них связан с одноименным входом ЦАП 10 и одноименным управляющим входом коммутатора 13, каждый из выходов которого подключен к одноименному рабочему электроду 14-1…14-n. Рабочие электроды 14-1…14-n имеют индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора 15, закрепленного на подложкодержателе 16. Второй вход каждого из элементов И 8-1…8-n подключен к одноименному выходу регистра сдвига 6. В устройстве дополнительно ЦАП 10 выполнен умножающим, регистр сдвига 6 - реверсивным, а коммутатор 13 снабжен дополнительными входом и выходом. Выход дополнительно введенного второго источника опорного напряжения 9 подключен к аналоговому входу ЦАП 10. Первый и второй входы каждой пары входов дополнительно введенного блока повторного включения разряда 5 подключены также к одноименным выходам соответственно АЦП 4 и регистра сдвига 6. Вход сдвига данных влево регистра сдвига 6 связан с выходом блока повторного включения разряда 5. Первые входы дополнительно введенных блока выбора наименьшего значения напряжения 11 и компаратора 17 объединены и подключены к выходу ЦАП 10, а их вторые входы объединены и подключены к выходу дополнительно введенного третьего источника опорного напряжения 19. Выход блока выбора наименьшего значения напряжения 11 подключен ко входу генератора факельного разряда 12. Выход компаратора 17 связан с дополнительным входом коммутатора 13, а его дополнительный выход подключен к дополнительно введенному электроду 18. Дополнительный электрод 18 имеет индивидуальный установочный зазор между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора 15.
Устройство работает по двухтактной схеме следующим образом.
В течение первого такта с помощью измерителя сопротивления 3 измеряется сопротивление подгоняемого резистора 15. При этом измеритель сопротивления 3 формирует постоянное напряжение, пропорциональное этому сопротивлению, которое сохраняется на протяжении двух тактов. Команда об измерении значения подгоняемого резистора и поддержании неизменным полученного уровня выходного напряжения измерителя сопротивления 3 подается от мультивибратора 7. Его выходные сигналы имеют прямоугольную форму. При "нулевых" уровнях этих импульсов (первый такт) в устройстве для подгонки резисторов происходит измерение сопротивления подгоняемого резистора 15 и формирование пропорционального ему выходного напряжения измерителя 3. Вместе оба эти процесса занимают незначительную часть первого такта, поэтому большая часть первого такта и весь второй такт (т.е. практически два такта) на выходе измерителя сопротивления 3 поддерживается сформированное постоянное напряжение. Измеритель сопротивления 3, формирующий напряжение, пропорциональное величине сопротивления, может быть реализован на базе мостовой схемы или готового цифрового измерителя сопротивления.
В устройстве сравнения 2, реализованном на базе вычитателя напряжения, определяется разность выходных напряжений измерителя сопротивления 3 и источника опорного напряжения 1 (последнее пропорционально предельному значению сопротивления подгоняемого резистора 15). АЦП 4 формирует цифровой код, пропорциональный его входному напряжению (разностному сигналу на выходе устройства сравнения 2). АЦП 4 содержит n-разрядов, причем "вес" каждого последующего разряда, начиная со второго, меньше предыдущего в два раза.
В первоначальный момент работы устройства для подгонки резисторов на первом выходе регистра сдвига 6 формируется логическая "1", которая поступает на второй вход элемента И8-1, пропуская тем самым на выход элемента И8-1 сигнал, содержащийся на первом выходе АЦП 4. Если выходной сигнал элемента И8-1 - есть логическая "1" (она поступает на первый вход ЦАП 10), то в течение второго такта на выходе ЦАП 10 поддерживается постоянное напряжение, пропорциональное «весу» его первого (старшего) разряда. В блоке выбора наименьшего значения напряжения 11 сравниваются (по уровню) выходное напряжение ЦАП 10 и выходное напряжение третьего источника опорного напряжения 19 и на выход блока И проходит наименьшее из них. Выходное напряжение третьего источника 19 пропорционально предельно допустимому значению мощности генератора факельного разряда 12, еще не приводящему к дефектам подгоняемого резистора 15.
Если выходное напряжение ЦАП 10 не превышает значения напряжения третьего источника опорного напряжения 19, то на выход блока выбора наименьшего значения напряжения 11 проходит выходное напряжение ЦАП 10, в соответствии с которым в течение второго такта генератор факельного разряда 12 излучает энергию, пропорциональную «весу» первого (старшего) разряда. На выходе компаратора 17 при этом формируется логический «0».
Одновременно с поступлением логической "1" на первый вход ЦАП 10 и включением генератора факельного разряда 12 происходит ее подача и на первый управляющий вход коммутатора 13, в результате чего выход генератора факельного разряда 12 через коммутатор 13 оказывается подключенным к первому рабочему электроду 14-1. Между вершиной излучающего конуса рабочего электрода 14-1 и подгоняемым резистором 15 возникает факельный разряд, что приводит к испарению материала резистора и увеличению его сопротивления.
Если же выходное напряжение ЦАП 10 превышает значение напряжения третьего источника опорного напряжения 19 (такое возможно на старших разрядах ЦАП 10), то на выходе компаратора 17 формируется логическая «1», при этом на выход блока выбора наименьшего значения напряжения 11 проходит напряжение от источника 19, в соответствии с которым в течение второго такта генератор факельного разряда 12 излучает энергию, исключая при этом появление в резисторе 15 дефектов.
Одновременно с включением генератора факельного разряда 12 происходит подача логической «1» (с выхода компаратора 17) на дополнительный вход коммутатора 13, в результате чего выход генератора факельного разряда 12 через коммутатор 13 оказывается подключенным к дополнительному электроду 18. Происходят факельный разряд и испарение материала резистора 15, аналогичные ранее описанному.
Здесь и в дальнейшем логическая «1» на выходе компаратора 17 блокирует подключение выхода генератора факельного разряда 12 через коммутатор 13 к рабочим электродам 14-1…14-n, но обеспечивает подключение выхода генератора 12 к дополнительному электроду 18. Логический «0» на выходе компаратора 17 наоборот блокирует подключение выхода генератора факельного разряда 12 к дополнительному электроду 18, но разрешает подключение к рабочим электродам 14-1…14-n.
Если выходной сигнал элемента И8-1 - есть логический «0» (он поступает на первые входы ЦАП 10 и коммутатора 13), то на выходе ЦАП 10 формируется нулевое значение напряжения, которое проходит на выход блока выбора наименьшего значения напряжения 11, при этом включение генератора факельного разряда 12 и коммутация его выходного сигнала на первый рабочий электрод 14-1 не производятся.
Если имело место включение генератора факельного разряда 12, соответствующее выходному напряжению - «весу» первого разряда ЦАП 10 или выходному напряжению третьего источника опорного напряжения 19, то при новом цикле контроля величины сопротивления подгоняемого резистора 15 на выходах АЦП 4 формируется цифровой код, пропорциональный своему новому входному напряжению. Если включение генератора факельного разряда 12 не производилось, то код на выходах АЦП 4 остается прежним и для нового цикла контроля.
Если новый цифровой код на выходах АЦП 4 вновь содержит логическую «1» в первом разряде, то на выходе блока повторного включения разряда 5 формируется логическая «1». Она поступает на вход сдвига данных влево регистра сдвига 6, перемещая логическую «1» с его первого выхода на выход предыдущего разряда для того, чтобы при новом входном импульсе мультивибратора 7 логическая «1» вновь оказалась на его первом выходе и могла быть использована повторно. (При отсутствии такой коррекции в работе регистра сдвига 6 вторым импульсом от мультивибратора 7 логическая «1» с первого выхода перемещается на второй выход регистра сдвига 6, первый разряд оказывается повторно неотработанным, так как требуемое приращение сопротивления 15 остается больше приращения сопротивления, которое только что обеспечил первый разряд, что приводит к нарушению процесса подгонки).
Если новый цифровой код на выходах АЦП 4 после первого такта работы устройства не содержит логическую «1» в первом разряде, то на выходе блока повторного включения разряда 5 формируется логический «0», который не блокирует перемещение логической «1» на второй выход регистра сдвига 6 с приходом импульса от мультивибратора 7.
Блок повторного включения разряда 5 для всех разрядов регистра сдвига 6 работает одинаково и обеспечивает необходимое число повторных включений любого из разрядов, при этом для каждого из разрядов используется своя пара сигналов, снимаемых с одноименных выходов АЦП 4 и регистра сдвига 6 соответственно.
Если цифровой код на выходах АЦП 4 содержит логическую "1" во втором разряде, то с перемещением логической «1» во время второго такта на второй выход регистра сдвига 6 включается генератор факельного разряда 12. Поскольку выходное напряжение ЦАП 10, соответствующее «весу» второго разряда, в большинстве практических случаев оказывается ниже значения напряжения третьего источника опорного напряжения 19, оно как наименьшее проходит на выход блока 11 и задает режим работы генератора факельного разряда 12 с излучающей энергией, пропорциональной «весу» второго разряда ЦАП 10. (Если выходное напряжение источника 19 оказывается ниже выходного напряжения ЦАП 10, соответствующее «весу» его второго разряда, то управление энергией генератора факельного разряда 12 производится от третьего источника опорного напряжения 19 через блок выбора наименьшего значения напряжения 11 аналогично вышеописанному).
Одновременно с поступлением логической "1" на второй вход ЦАП 10 и включением генератора факельного разряда 12 происходит ее подача на второй управляющий вход коммутатора 13, в результате чего выход генератора факельного разряда 12 через коммутатора 13 оказывается подключенным ко второму рабочему электроду 14-2. Между вершиной излучающего конуса рабочего электрода 14-2 и подгоняемым резистором 15 возникает факельный разряд, что приводит к испарению материала резистора и увеличению его сопротивления.
Энергия генератора факельного разряда 12, соответствующая "весу" второго разряда, такова, что приращение сопротивления резистора 15 будет в два раза меньше, чем в случае использования энергии, соответствующей «весу» первого разряда.
В дальнейшем цикл контроля сопротивления подгоняемого резистора 15 и выжигание части его слоя многократно повторяется, так, при отсутствии повторного включения разрядов каждый раз по сравнению с предыдущим циклом обеспечивается меньшее (в 2 раза) приращение сопротивления при наличии логической "1" в соответствующем разряде. Повторное включение разряда обеспечивает на нем одинаковое с предыдущим приращение сопротивления. В итоге значение сопротивления подгоняемого резистора 15 постепенно приближается к установочному значению.
Преимуществами устройства по сравнению с прототипом являются повышенная точность и расширенные функциональные возможности подгонки, которые достигаются путем использования умножающего ЦАП 10 и введения второго источника опорного напряжения 9 (обеспечивающих автоматическое задание энергии факельного разряда в зависимости от температуры испарения резистивной пленки), также путем снабжения коммутатора 13 дополнительными входом и выходом и введения третьего источника опорного напряжения 19, блока выбора наименьшего значения напряжения 11, компаратора 17 и дополнительного электрода 18 (исключающих образование дефектов в резистивной пленке из-за превышения допустимого уровня энергии факельного разряда и обеспечивающих регулировку этого уровня для ряда материалов) и, кроме этого, путем использования реверсивного регистра сдвига 6 и введения блока повторного включения разряда 5 (обеспечивающих повторное включение любого разряда необходимое число раз, в том случае, когда требуемое приращение сопротивления 15 остается больше приращения сопротивления, которое обеспечил только что отработанный разряд).