Устройство для подгонки толстопленочных резисторов
DEVICE FOR ADJUSTMENT OF THICK-FILM RESISTORS

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении высокоточных и прецизионных пленочных резисторов.
Известно устройство для подгонки толстопленочных резисторов (АС №1827687 А1, МПК Н01С 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 ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием в его работе подгонки пленочных резисторов с уменьшением их сопротивлений, и низкий процент выхода годных пленочных резисторов, вызванный переподгонкой.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для подгонки толстопленочных резисторов (патент РФ 2528432 С1, МПК Н01С 17/00, опубл. 20.09.14. 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 устройства сравнения, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и генератор факельного разряда, снабженный разрядным рабочим электродом, установленным с зазором между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, первую группу элементов И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенные мультивибратор и регистр сдвига, связанный каждым своим выходом со вторым входом одноименного элемента И первой группы, выход мультивибратора подключен также к управляющему входу измерителя сопротивления, при этом оно содержит блок хранения данных, вход которого подключен к выходу мультивибратора, элемент ИЛИ, связанный каждым своим входом с выходом одноименного элемента И первой группы, вторая группа элементов И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу блока хранения данных, а вторые входы элементов И второй группы объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ, а каждый из их выходов связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием в его работе подгонки пленочных резисторов с уменьшением их сопротивлений, и низкий процент выхода годных пленочных резисторов, вызванный переподгонкой.
В основу изобретения поставлена задача расширить функциональные возможности и повысить процент выхода годных пленочных резисторов, снизив влияние переподгонки, с помощью факельных разрядов различных типов и мощностей, производя подгонку резисторов как с увеличением, так и с уменьшением их сопротивлений, используя при этом один рабочий электрод.
Данная задача решается в устройстве для подгонки толстопленочных резисторов, содержащем 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, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и генератор факельного разряда, снабженный разрядным рабочим электродом, установленным с зазором между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора, аналого-цифровой преобразователь, первую группу элементов И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу аналого-цифрового преобразователя, регистр сдвига, связанный каждым своим выходом со вторым входом одноименного элемента И первой группы, мультивибратор, блок хранения данных, первый вход которого, управляющий вход измерителя сопротивления и вход регистра сдвига объединены и подключены к выходу мультивибратора, элемент ИЛИ, связанный каждым своим входом с выходом одноименного элемента И первой группы, вторая группа элементов И, первый вход каждого из которых подключен к одноименному выходу блока хранения данных, а вторые входы элементов И второй группы объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ, а каждый из их выходов связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя, согласно изобретению в него дополнительно введены блок выделения модуля, последовательно соединенные блок анализа знаков и управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя, входы блока анализа знаков и блока выделения модуля объединены и подключены к выходу устройства сравнения, а их выходы - соответственно ко второму входу блока хранения данных и входу аналого-цифрового преобразователя.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит источник опорного напряжения 1, устройство сравнения 2, измеритель сопротивления 3, блок анализа знаков 4, блок выделения модуля 5, управляемый источник опорного напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, мультивибратор 8, регистр сдвига 9, первую группу элементов И 10-1…10-n, блок хранения данных 11, вторую группу элементов И 12-1…12-n, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, генератор факельного разряда 14, рабочий электрод 15, подгоняемый резистор 16, подложкодержатель 17, элемент ИЛИ 18.
В устройстве последовательно соединены подгоняемый резистор 16, измеритель сопротивления 3 и устройство сравнения 2, а также ЦАП 13 и генератор факельного разряда 14. Последний снабжен разрядным рабочим электродом 15, установленным с зазором между вершиной излучающего конуса и поверхностью резистора 16, который закреплен на подложкодержателе 17. Выход источника опорного напряжения 1 связан с первым входом устройства сравнения 2. Первый вход каждого из элементов И первой группы 10-1…10-n подключен к одноименному выходу АЦП 7. Вход регистра сдвига 9, управляющий вход измерителя сопротивления 3 и первый вход блока хранения данных 11 объединены и подключены к выходу мультивибратора 8. Каждый из выходов регистра сдвига 9 связан со вторым входом одноименного элемента И первой группы 10-1…10-n. Каждый из выходов блока хранения данных 11 связан с первым входом одноименного элемента И второй группы 12-1…12-n. Вторые входы элементов И второй группы 12-1…12-n объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ 18, каждый вход которого подключен к выходу одноименного элемента И первой группы 10-1…10-n. Каждый из выходов элементов И второй группы 12-1…12-n связан с одноименным входом цифроаналогового преобразователя 13.
В устройстве дополнительно введены блок выделения модуля 5, последовательно соединенные блок анализа знаков 4 и управляемый источник опорного напряжения 6, выход которого подключен к аналоговому входу ЦАП 13. Входы блока анализа знаков 4 и блока выделения модуля 5 объединены и подключены к выходу устройства сравнения 2, а их выходы - соответственно ко второму входу блока хранения данных 11 и входу АЦП 7.
Устройство позволяет подгонять толстопленочные резисторы с помощью факельных разрядов в режиме испарения и режиме отжига материала резистора 16. При испарении материала сопротивление резистора 16 увеличивается, а при отжиге - уменьшается. При этом энергии факельного разряда при отжиге требуется меньше, чем при испарении материала резистора.
В обоих режимах устройство работает по двухтактной схеме следующим образом. В течение первого такта всех циклов подгонки с помощью измерителя сопротивления 3 измеряется сопротивление подгоняемого резистора 16. 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 8. Его выходные сигналы имеют прямоугольную форму. При «нулевых» уровнях этих импульсов (первый такт) в устройстве для подгонки резисторов происходит измерение сопротивления подгоняемого резистора 16 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 16).
Выходное напряжение блока сравнения 2 поступает на входы блока анализа знаков 4 и блока выделения модуля 5. Если выходное напряжение устройства сравнения 2 имеет отрицательную полярность, то на выходе блока анализа знаков 4 формируется логическая «1», если полярность указанного напряжения положительна - логический «0».
Наличие логической «1» на выходе блока анализа знаков 4 означает, что подгонка осуществляется в режиме испарения материала резистора 16, сопротивление которого должно быть увеличено до требуемого значения. Эта логическая «1» задает уровень выходного напряжения управляемого источника опорного напряжения 6, необходимого для проведения режима испарения. Она задает также выбор цифровых кодов блока хранения данных 11 в этом режиме.
На выходе блока выделения модуля 5 формируется положительное напряжение, по модулю равное (отрицательному) выходному напряжению устройства сравнения 2. Выходное напряжение блока выделения модуля 5 поступает на вход АЦП 7, который преобразует его в цифровой код. АЦП 7 содержит n - разрядов, причем «вес» каждого последующего разряда, начиная со второго, меньше предыдущего в два раза.
В первоначальный момент работы устройства (в течение первого цикла подгонки) по команде от мультивибратора 8 на первом выходе регистра сдвига 9 формируется логическая «1», которая поступает на второй вход элемента И первой группы 10-1, пропуская тем самым на выход элемента И 10-1 сигнал, содержащийся на первом выходе АЦП 7.
Одновременно с этим также по команде от мультивибратора 8 на выходах блока хранения данных 11 формируется цифровой код, несущий информацию об энергии первого (наиболее сильного) факельного разряда. Сигнал, с каждого из выходов блока хранения данных 11, поступает на первый вход одноименного элемента И второй группы 12-1…12-n.
Если выходной сигнал элемента И первой группы 10-1 - есть логическая «1» (она поступает на первый вход элемента ИЛИ 18), то в течении второго такта на выходе элемента ИЛИ 18 поддерживается логическая «1». Она поступает на вторые входы элементов И второй группы 12-1…12-n, пропуская тем самым на выход каждого из этих элементов сигнал, содержащийся на одноименном выходе блока хранения данных 11.
Выходной сигнал каждого из элементов И второй группы 12-1…12-n поступает на одноименный вход ЦАП 13. Таким образом в течение второго такта на выходе ЦАП 13 поддерживается постоянное напряжение, пропорциональное энергии первого факельного разряда. Оно поступает на вход генератора факельного разряда 14. Между вершиной излучающего конуса рабочего электрода 15 и подгоняемым резистором 16 возникает факельный разряд, что приводит к испарению материала резистора и увеличению его сопротивления.
Если выходной сигнал элемента И 10-1 - есть логический «0» (он поступает на первый вход элемента ИЛИ 18), то в течение второго такта на выходе элемента ИЛИ 18 поддерживается логический «0». Он поступает на вторые входы элементов И второй группы 12-1…12-n, формируя на их выходах логический «0». На выходе ЦАП 13 формируется нулевое значение напряжения. При этом включение генератора факельного разряда 14 не производится.
Во время второго цикла подгонки по команде от мультивибратора 8 на втором выходе регистра сдвига 9 формируется логическая «1», которая поступает на второй вход элемента И первой группы 10-2, пропуская тем самым на выход элемента И 10-2 сигнал, содержащийся на втором выходе АЦП 7. Одновременно с этим также по команде от мультивибратора 8 на выходах блока хранения данных 11 формируется цифровой код, несущий информацию об энергии второго факельного разряда.
В целом работа устройства в течение второго цикла подгонки происходит аналогично ранее описанному.
При наличии логической «1» во втором разряде АЦП 7 факельный разряд второго цикла приводит к приращению сопротивления в два раза меньше, чем в первом цикле подгонки.
В дальнейшем цикл контроля сопротивления подгоняемого резистора 16 и испарение части его слоя многократно повторяется, каждый раз по сравнению с предыдущим циклом обеспечивается меньшее (в два раза) приращение сопротивления при наличии логической «1» в соответствующем разряде АЦП 7.
Наличие логического «0» на выходе блока анализа знаков 4 означает, что подгонка осуществляется в режиме отжига материала резистора 16, сопротивление которого должно быть уменьшено до требуемого значения. Такое возникает в тех случаях, когда в предшествующем режиме испарения произошла переподгонка или изначально сопротивление подгоняемого резистора 16 было больше требуемого. Логический «0» на выходе блока анализа знаков 4 задает уровень выходного напряжения управляемого источника опорного напряжения 6, необходимого для проведения режима отжига. Он задает также выбор цифровых кодов блока хранения данных 11 в этом режиме.
На выходе блока выделения модуля 5 формируется положительное напряжение, по модулю равное (положительному) выходному напряжению устройства сравнения 2, которое поступает на вход АЦП 7.
Работа всех блоков устройства в режиме отжига полностью совпадает с их работой в режиме испарения материала резистора 16.
При этом цикл контроля сопротивления подгоняемого резистора 16 и отжига части его слоя многократно повторяется, каждый раз по сравнению с предыдущим циклом обеспечивается меньшее (в два раза) снижение сопротивления при наличии логической «1» в соответствующем разряде АЦП 7.
Преимуществами устройства по сравнению с прототипом являются расширенные функциональные возможности и повышенный процент выхода годных пленочных резисторов. Это достигается путем введения блока анализа знаков 4 и блока выделения модуля 5, а также управляемого источника опорного напряжения 6. В этом случае устройство производит подгонку пленочных резисторов как с увеличением, так и с уменьшением их сопротивления. Оно автоматически переходит от режима испарения материала резистора 16 к режиму отжига (и обратно), используя при этом один рабочий электрод 15.