Устройство для лазерной подгонки резисторов

 

Использование: изготовление прецизионных пленочных резисторов. Цель: повышение надежности и стабильности, а также снижение уровня ЭДС шумов пленочных резисторов. Сущность изобретения: устройство содержит источник опорного напряжения 1, блок сравнения 2, измеритель сопротивления 3, АЦП 4, регистр сдвига 5, первый элемент 2 И 6, мультивибратор 7, элементы 3 И (8-1.8-N), элемент 2 ИЛИ-НЕ 9, преобразователь напряжение время 10, второй элемент 2 И 11, ключ 12, ЦАП 13, триггер 14, элемент НЕ 15, третий элемент 2 И, БВХ 17, функциональный преобразователь 18, лазер 19, система фокусировки 20, подгоняемый резистор 21, подложкодержатель 22. 1 ил.

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пленочных резисторов.

Известно устройство для лазерной подгонки пленочных элементов интегральных схем, например, резистора, содержащее лазер, блоки пространственной развертки и фокусировки лазерного луча, блок измерения сопротивления подгоняемого элемента и блок управления процессом подгонки [1] Недостатками известного устройства являются низкая надежность, ограниченная стабильность и высокий уровень ЭДС шумов из-за отсутствия в нем блоков, предназначенных для плавного снижения интенсивности излучения лазера, а также блоков, учитывающих температурные закономерности остывания резистивной пленки и корректирующих в связи с этим процесс лазерной подгонки.

Известно также устройство для лазерной подгонки пленочных элементов интегральных схем, например, резистора, содержащее лазер, системы пространственной развертки и фокусировки лазерного луча, программно-управляемый стол с подгоняемым элементом, блоки измерения величины параметра подгоняемого пленочного элемента и управления процессом подгонки [2] Недостатком устройства является низкая надежность, ограниченная стабильность и высокий уровень ЭДС шумов за счет одновременного осуществления процесса выжигания и измерения и из-за отсутствия в нем блоков, учитывающих температурные закономерности остывания резистивной пленки и корректирующих в связи с этим процесс лазерной подгонки.

В предлагаемом техническом решении решается задача повышения надежности и стабильности, а также снижения уровня ЭДС шумов пленочных резисторов. Для этого процесс выжигания и измерения разделены во времени, осуществляется контроль уровня входного напряжения лазера, пропорционального интенсивности его излучения, в соответствии с которым формируется минимально допустимый временной интервал остывания резистивной пленки.

Устройство для лазерной подгонки резисторов содержит лазер с системой фокусировки, подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему информационным входом и дополнительно введенные последовательно соединенные мультивибратор, первый элемент 2 И и регистр сдвига, также последовательно соединенные элемент 2 ИЛИ-НЕ, второй элемент 2 И, триггер, третий элемент 2 И и элемент НЕ, введены цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), функциональный преобразователь, блок выборки-хранения (БВХ), ключ и преобразователь напряжение-время, а также соединены источник опорного напряжения, блок сравнения и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), каждый из N выходов которого подключен к первому входу одноименного элемента 3И, второй вход каждого из N элементов 3 И соединен с соответствующим выходом сдвига, третьи входы N элементов 3 И объединены и подключены к выходу триггера, который связан также со вторым входом первого элемента 2 И, выход каждого элемента 3 И подключен к одноименному входу цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен ко входу лазера, цифровой вход блока выборки-хранения подключен к выходу третьего элемента 2 И, выход элемента НЕ связан со вторым входом второго элемента 2 И и цифровым входом ключа, выход преобразователя напряжение-время подключен к первому входу элемента 2 ИЛИ НЕ, ко второму входу которого подключен выход первого элемента 2 И, связанный также со вторым входом третьего элемента 2 И и тактовым входом измерителя сопротивления, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход функционального преобразователя через блок выборки-хранения и ключ соединен с преобразователем напряжение-время.

Использование в схеме источника опорного напряжения, блока сравнения, АЦП, регистра сдвига, N элементов 3 И и ЦАП позволяет сформировать последовательно во времени ряд напряжений, в соответствии с которыми лазер обеспечивает необходимую интенсивность излучения.

С помощью функционального преобразователя, БВХ, ключа и преобразователя напряжение-время по выходному сигналу ЦАП формируется минимальный временной интервал между текущим и последующим включением лазера. Присутствие в схеме элемента 2 ИЛИ-НЕ, второго и третьего элементов 2 И, триггера и элемента НЕ позволяет синхронизировать процессы измерения сопротивления и подгонки с учетом времени остывания резистивной пленки. При этом исключается процесс подгонки при недостаточном временном интервале между окончанием процесса остывания и моментом возможного включения лазера, задаваемого тактовыми импульсами мультивибратора. Исключается также лазерная подгонка при недостаточном временном интервале в случае частичного совпадения процесса остывания резистивной пленки с временем включения лазера. И в том и в другом случае обеспечивается пропуск "неполного" такта.

Такое включение блоков обеспечивает устойчивые такты измерения сопротивления и подгонки, не влияющие друг на друга, каждое последующее включение лазера происходит после остывания резистивной пленки до необходимой температуры, что исключает ее перегрев и накопление дефектов и обеспечивает повышение надежности и стабильности, а также снижение уровня ЭДС шумов пленочных резисторов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник опорного напряжения 1, блок сравнения 2, измеритель сопротивления 3, АЦП 4, регистр сдвига 5, первый элемент 2 И 6, мультивибратор 7, элементы 3 И 8-1.8-N, элемент 2 ИЛИ-НЕ 9, преобразователь напряжение-время 10, второй элемент 2 И 11, ключ 12, ЦАП 13, триггер 14, элемент НЕ 15, третий элемент 2 И 16, БВХ 17, функциональный преобразователь 18, лазер 19, система фокусировки 20, подгоняемый резистор 21, подложкодержатель 22.

Измеритель сопротивления 3 подключен информационным входом к резистору 21. В схеме последовательно соединены мультивибратор 7, первый элемент 2 И 6 и регистр сдвига 5, последовательно соединены элемент 2 ИЛИ-НЕ 9, второй элемент 2 И 11, триггер 14, третий элемент 2 И 16 и элемент НЕ 15, последовательно соединены ЦАП 13, функциональный преобразователь 18, БВХ 17, ключ 12 и преобразователь напряжение-время 10, а также последовательно соединены источник опорного напряжения 1, блок сравнения 2 и АЦП 4. Каждый из N выходов АЦП 4 подключен к первому входу соответствующего элемента 3 И (8-1.8-N). Второй вход каждого элемента 3 И соединен с соответствующим выходом регистра сдвига 5. Третьи входы элементов 3 И объединены и подключены к выходу триггера 14, который связан также со вторым входом первого элемента 2 И 6. Выход каждого элемента 3 И подключен к соответствующему входу ЦАП 13, выход которого подключен ко входу лазера 19. Цифровой вход БВХ 17 подключен к выходу третьего элемента 2 И 16. Выход элемента НЕ 15 связан со вторым входом второго элемента 2 И 11 и цифровым входом ключа 12. Выход преобразователя напряжение-время 10 подключен к первому входу элемента 2 ИЛИ-НЕ 9, ко второму входу которого подключен выход первого элемента 2 И 6, связанный также с вторым входом третьего элемента 2 И 16 и тактовым входом измерителя сопротивления 3. Выход последнего подключен ко второму входу блока сравнения 2.

Устройство работает по двухтактной схеме следующим образом. В течение первого такта с помощью измерителя сопротивления 3 измеряется сопротивление подгоняемого резистора 21, при этом измеритель 3 формирует постоянное напряжение, пропорциональное этому сопротивлению, которое сохраняется на протяжении двух тактов. Команда об измерении значения подгоняемого резистора и поддержания неизменным полученного уровня выходного напряжения измерителя сопротивления 3 подается от мультивибратора 7 через элемент 2 И 6. Выходные сигналы мультивибратора имеют прямоугольную форму. При "нулевых" уровнях импульсов (первый такт) в устройстве для подгонки резисторов происходит измерение сопротивления подгоняемого регистра 21 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 блоке 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). 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 триггер устанавливается в нулевое состояние. Путем подачи нулевого сигнала на вход элементов 3 И 8-1.8-N исключается случайное включение лазера 19 и случайное возникновение логической "1" на первом выходе регистра сдвига 5. В течение такта измерения сопротивления выходной сигнал третьего элемента 2 И 16 имеет нулевое значение, а выходной сигнал элемента НЕ 15 единичное, которое поступает на второй вход второго элемента 2 И 11. При наличии логической "1" на первом входе второго элемента 2 И 11, на его выходе формируется логическая "1", которая устанавливает логическую "1" и на выходе триггера 14. Она поступает на первый вход третьего элемента 2 И 16, третьи входы элементов 3 И 8-1.8-N и второй вход первого элемента 2 И 6. Наличие логической "1" на выходе триггера 14 означает готовность устройства осуществить подгонку в течение следующего такта.

На первом выходе регистра сдвига 5 формируется логическая "1", которая поступает на второй вход элемента 3 И 8-1, пропуская тем самым на выход элемента 3 И 8-1 сигнал, содержащий на первом выходе АЦП 4. (Логический сигнал на третьих входах элементов 8-1.8-N равен "1"). Если выходной сигнал элемента 3 И 8-1 есть логическая "1", то в течение второго такта (такта подгонки) с выхода ЦАП 13 на вход лазера 19 поступает постоянное напряжение, пропорциональное "весу" первого разряда, которое задает интенсивность излучения лазера 19 (для первого разряда наибольшее). Лазерное воздействие приводит к испарению материала резистора 21 (и увеличению его сопротивления).

В тот интервал времени, когда лазер 19 включен и обеспечивает пропорциональную выходному напряжению ЦАП 13 интенсивность излучения, на выходе функционального преобразователя 18 формируется постоянное напряжение, пропорциональное времени остывания резистивной пленки. (Амплитудная характеристика функционального преобразователя 18 сформирована с учетом изменения времени остывания резистивной пленки от интенсивности лазерного излучения). Это напряжение при наличии логической "1" на выходе третьего элемента 2 И 16 запоминается в БВХ 17. Логическая "1" на выходе третьего элемента 2 И 16 возникает в такт подгонки по окончании интервала остывания пленки. В следующий после подгонки такт измерения сопротивления подгоняемого резистора напряжение с выхода БВХ 17 через ключ 12 поступает на вход преобразователя напряжение-время 10. Таким образом, на выходе преобразователя напряжение-время 10 формируется импульсный сигнал, длительность которого равна времени остывания резистивной пленки. Этот сигнал поступает на вход элемента 2 ИЛИ-НЕ 9, на второй вход которого поступает импульсный сигнал с выхода первого элемента 2 И 6. В случае совпадения нулевых уровней входных сигналов элемента 2 ИЛИ-НЕ 9 на его выходе формируется логическая "1", в остальных случаях логический "0". (Наличие логической "1" означает совпадение такта измерения сопротивления с окончанием (спадом) интервала остывания пленки и возможность осуществления подгонки в течение следующего такта). Если выходной сигнал элемента 3 И 8-1 есть логический "0", то включение лазера 19 не производится.

Если имело включение лазера 19 с "весом" первого разряда, то при новом цикле контроля величины сопротивления подгоняемого резистора 21 на выходах АЦП 4 формируется цифровой код, пропорциональный своему новому входному напряжению, обусловленному изменением сопротивления подгоняемого резистора 21.

При наличии логической "1" на втором выходе АЦП 4 происходит включение лазера с "весом" второго разряда. (Процесс подгонки происходит аналогично ранее описанному). Если на втором выходе АЦП 4 присутствует логический"0", то включение лазера с "весом" второго разряда не происходит. Функционирование устройства для следующих разрядов происходит аналогичным образом.

В процессе подгонки резистора подложкодержатель 13 перемещается, в результате чего испарение резистивного слоя происходит на участках, примыкающих друг к другу. Длительность всех импульсов воздействия поддерживается постоянной и синхронизируется импульсами мультивибратора 7.

В дальнейшем цикл контроля сопротивления подгоняемого резистора и выжигание частиц его слоя многократно повторяется, при этом каждый раз, по сравнению с пре- дыдущим циклом, обеспечивается меньшее приращение сопротивления. В итоге значение сопротивления подгоняемого резистора 21 постепенно приближается к установочному значению.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ПОДГОНКИ РЕЗИСТОРОВ, содержащее лазер с системой фокусировки, подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора и измеритель сопротивления, подключенный к нему информационным входом, отличающееся тем, что в него дополнительно введены N элементов 3И, последовательно соединенные мультивибратор, первый элемент 2И и регистр сдвига, последовательно соединенные элемент 2ИЛИ НЕ, второй элемент 2И, триггер, третий элемент 2И и элемент НЕ, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, функциональный преобразователь, блок выборки-хранения, ключ и преобразователь напряжение время, а также последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и аналого-цифровой преобразователь, каждый из N выходов которого подключен к первому входу одноименного элемента 3И, второй вход каждого из N элементов 3И соединен с соответствующим выходом регистра сдвига, третьи входы N элементов 3И объединены и подключены к выходу триггера, который соединен также с вторым входом первого элемента 2И, выход каждого элемента 3И подключен к одноименному входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу лазера, цифровой вход блока выборки-хранения подключен к выходу третьего элемента 2И, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента 2И и цифровым входом ключа, выход преобразователя напряжение время подключен к первому входу элемента 2ИЛИ НЕ, к второму входу которого подключен выход первого элемента 2И, соединенный также с вторым входом третьего элемента 2И и тактовым входом измерителя сопротивления, выход которого подключен к второму входу блока сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1