Устройство для лазерной подгонки резисторов

 

Изобретение относится к изготовлению прецизионных пленочных резисторов. Устройство содержит цифроаналоговый преобразователь, триггеры, элементы 2 И, регистр сдвига, сумматор, два источника опорного напряжения, два компаратора, измеритель нелинейности, генератор нелинейных импульсов, преобразователь напряжение-частота, третий источник опорного напряжения, измеритель сопротивления, лазер и систему фокусировки. Устройство предназначено для расположенного на подложке резистора. Устройство обеспечивает повышение надежности и стабильности, а также снижение ЭДС шумов пленочных резисторов. 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, учитывающих закономерности окисления резисторной пленки и корректирующих в связи с этим процесс лазерной подгонки.

Известно также устройство для лазерной подгонки 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] Недостатками устройства являются низкая надежность, ограниченная стабильность, и высокий уровень ЭДС шумов из-за отсутствия в нем блоков, учитывающих закономерности окисления резистивной пленки и корректирующих в связи с этим процесс лазерной подгонки.

В предлагаемом техническом решении решается задача повышения точности и стабильности, а также уменьшения уровня ЭДС шумов пленочных резисторов. С этой целью снижается вклад окисления в процесс подгонки.

Устройство для лазерной подгонки резисторов содержит лазер с системой фокусировки, подложкодержатель для крепления подгоняемого резистора, измеритель сопротивления, подключенный к нему информационным входом, согласно изобретению в него дополнительно введены последовательно соединенные первый источник опорного напряжения, сумматор, преобразователь напряжения-частота и элемент 3 И, последовательно соединенные второй источник опорного напряжения и первый компаратор, а также третий источник опорного напряжения и второй компаратор, введены n пар элементов, состоящих из последовательно соединенных элементов 2 И и триггера, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), регистр сдвига, измеритель нелинейности и генератор прямоугольных импульсов, вход регистра сдвига, управляющий вход измерителя нелинейности и второй вход элемента 3 И объединены и подключены к входу генератора прямоугольных импульсов, первые входы каждого из n элементов 2 И объединены и подключены к выходу первого компаратора, второй вход каждого из n элементов подключен к одноименному выходу регистра сдвига, вторые (установочные) входы каждого из n триггеров объединены и подключены к общей шине, выход каждого из n триггеров соединен с одноименным входом ЦАП, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход первого компаратора подключен к выходу измерителя нелинейности, информационный вход которого связан с информационным входом измерителя сопротивления, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения-частота, выход измерителя сопротивления соединен с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с третьим входом элемента 3 И, выход элемента 3 И соединен с входом лазера.

Использование в схеме третьего источника опорного напряжения, второго компаратора и измерителя сопротивления позволяет задавать начало и конец подгонки.

С помощью ЦАП, n триггеров, n элементов 2 И, регистра сдвига, сумматора, первого источника опорного напряжения и преобразователя напряжение-частота формируется и запоминается минимально допустимый временной интервал следования лазерных импульсов. Этот интервал связан с допустимой нелинейностью подгоняемого резистора, контроль которой обеспечивают второй источник опорного напряжения, первый компаратор и измеритель нелинейности.

С помощью выходного сигнала преобразователя напряжение-частота задается чередование процессов измерения сопротивления и подгонки резистора. Общая синхронизация процессов измерения нелинейности подгоняемого резистора, формирование и запоминание минимально допустимого временного интервала следования импульсов преобразователя напряжение-частота, а также включения лазера при подгонке осуществляется с помощью выходного сигнала генератора прямоугольных импульсов.

Такое включение блоков обеспечивает оптимальное соотношение между производительностью подгонки и качеством получаемых при этом резисторов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ЦАП 1, триггеры 2-1.2-n, элементы 2 И 3-1.3-n, регистр сдвига 4, сумматор 5, первый и второй источники опорного напряжения 6 и 7, первый компаратор 8, измеритель нелинейности 9, генератор прямоугольных импульсов 10, преобразователь напряжение-частота 11, третий источник опорного напряжения 12, второй компаратор 13, измеритель сопротивления 14, элемент 3 И 15, лазер 16, система фокусировки 17, подгоняемый резистор 18, подложки 19.

В схеме последовательно соединены первый источник опорного напряжения 6, сумматор 5, преобразователь напряжение-частота 11, элемент 3 И 15, лазер 16 с системой фокусировки 17, последовательно соединены второй источник опорного напряжения 7 и первый компаратор 8, а также третий источник опорного напряжения 12 и второй компаратор 13. В схему введены n пар элементов, состоящих из последовательно соединенных элементов 2 И и триггера, соответственно 2-1.2-n и 3-1.3-n. Информационные входы измерителя сопротивления 14 и измерителя нелинейности 9 объединены и подключены к резистору 18. Вход регистра сдвига 4, управляющий вход измерителя нелинейности 9 и вход элемента 3 И 15 объединены и подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов 10. Первые входы каждого из n элементов 2 И 3-1.3-n объединены и подключены к выходу первого компаратора 8, второй вход каждого из n элементов 2 И 3-1.3-n подключен к одноименному выходу регистра сдвига 4. Вторые (установочные) входы каждого из n триггеров 2-1.2-n объединены и подключены к общей шине, выход каждого из n триггеров 2-1.2-n соединен с одноименным входом ЦАП 1, выход которого соединен со вторым входом сумматора 5. Второй вход первого компаратора 8 подключен к выходу измерителя нелинейности 9. Управляющий вход измерителя сопротивления 14 подключен к выходу преобразователя напряжение-частота 11, а его выход соединен с входом второго компаратора 13, выход которого соединен с входом элемента 3 И 15.

Устройство работает по двухтактной схеме следующим образом. В течение первого такта на выходе преобразователя напряжение-частота 11 формируется импульсный сигнал, управляющий через элемент 3 И 15 работой лазера 16. На начальной стадии подгонки выходной сигнал второго компаратора 13, поступающий на второй вход элемента 3 И 15, имеет "единичный" уровень. Кроме этого, в течении всего первого такта на выходе генератора прямоугольных импульсов 10 формируется "единичный" уровень, который поступает на третий вход элемента 3 И 15. При наличии логических "1" одновременно на втором и третьем входах элемента 3 И 15, режим включения лазера определяется выходным напряжением преобразователя напряжение-частота 11. В первоначальный момент времени частота выходного сигнала преобразователя напряжение-частота 11 пропорциональна выходному напряжению первого источника опорного напряжения 6, которое через сумматор 5 поступает на вход преобразователя 11 (Выходное напряжение ЦАП 1 первоначально равно 0).

Включение лазера 16 и подгонка резистора 18 производилась при "единичных" уровнях выходного сигнала преобразователя напряжение-частота 11. При "нулевых" уровнях выходного сигнала преобразователя 11, поступающего на управляющий вход измерителя сопротивления 14, происходит измерение сопротивления подгоняемого резистора 18. Первоначально первого резистора тест-платы. При этом измеритель 14 формирует постоянное напряжение, пропорциональное этому сопротивлению, которое сохраняется до появления следующего "нулевого" уровня выходного сигнала преобразователя напряжение-частота 11.

Второй компаратор 13 сравнивает выходное напряжение измерителя сопротивления 14 с выходным напряжением третьего источника опорного напряжения 12 (Последнее пропорционально предельному значению сопротивления подгоняемого резистора). В момент достижения выходным напряжением измерителя сопротивления 14 уровня выходного сигнала источника 12 (по достижению сопротивления подгоняемого резистора требуемого номинала) на выходе второго компаратора 13 формируется логический "0", отключающий лазер 16.

В течение второго такта на выходе генератора прямоугольных импульсов 10 формируется "нулевой" уровень, отключающий лазер 16 и поступающий на вход регистра сдвига 4 и управляющий вход измерителя нелинейности 9. Первоначально этот сигнал формирует логическую "1" на первом выходе регистра сдвига 4, который поступает на первый вход первого элемента 2 И 3-1. Одновременно блоком 9 производится измерение нелинейности сопротивления 18. На выходе измерителя нелинейности 9 формируется постоянное напряжение, пропорциональное нелинейности, которое сохраняется до появления следующего "нулевого" уровня генератора прямоугольных импульсов 10. Первый компаратор 8 сравнивает выходное напряжение измерителя нелинейности 9 с выходным напряжением второго источника опорного напряжения 7 (Последнее пропорционально минимально допустимому значению нелинейности подгоняемого резистора 18). В момент превышения выходным напряжением измерителя нелинейности 9 уровня выходного сигнала источника 7 на выходе первого компаратора 8 формируется логическая "1", которая поступает на вторые входы элементов 2 И 3-1.3-n. При наличии логической "1" на втором входе первого элемнта 2 И 3-1, на выходе этого элемента также формируется логическая "1" (при "единичном" сигнале на первом выходе регистра сдвига 4). Положительный перепад выходного напряжения первого элемента 2 И 3-1, устанавливает триггер 2-1, изначально находящийся в "нулевом" состоянии, в "единичное" состояние. Сигнал "единичного" уровня с выхода первого триггера 2-1 поступает на первый вход ЦАП 1. На выходе ЦАП 1 формируется напряжение, которое, суммируясь в сумматоре 5 с выходным напряжением первого источника опорного напряжения 6, вызывает в преобразователе напряжение-частота 11 пропорциональное ему приращение частоты.

Если в течение второго такта измеренный уровень нелинейности (выходное напряжение измерителя нелинейности 9) окажется ниже минимально допустимого уровня нелинейности (выходное напряжение второго источника опорного напряжения 7) на выходе первого компаратора 8 формируется логический "0", который сохраняет триггер 2-1 в исходном "нулевом" состоянии. Приращение частоты в преобразователе 11 в этом случае не происходит.

В течение третьего такта аналогично первому производится подгонка второго подгоняемого резистора 18 тест-платы с частотой преобразователя напряжение-частота 11, установленной в процессе второго такта (с учетом первого измерения нелинейности вклада первого разряда ЦАП 1).

В течение четвертого такта аналогично второму производится измерение нелинейности второго подгоняемого резистора 18 тест-платы. На втором выходе регистра сдвига 4 формируется логическая "1", разрешающая установку на выходе триггера 2-2 выходного сигнала первого компаратора 8.

В течение пятого такта аналогично первому производится подгонка третьего подгоняемого резистора 18 тест-платы с частотой преобразователя напряжения 11, установленной в процессе четвертого такта (с учетом двух последовательных измерений нелинейности вклада первого и второго разрядов ЦАП 1).

В течение последующих четных тактов устройство производит измерение нелинейности соответственно третьего, четвертого и т.д. n-го подгоняемых резисторов 18 тест-платы. При этом последовательно во времени с помощью триггеров 2-1.2-n формируется кодовая комбинация на входах ЦАП 1, несущая информацию о приращении частоты выходного сигнала преобразователя напряжение-частота 11.

В течение последующих нечетных тактов производится подгонка соответственно четвертого, пятого и т.д. n-го подгоняемых резисторов 18 тест-платы. При этом n-й (например, 8-й, если используется 8-ми разрядный ЦАП 1) резистор 18 тест-платы является заключительным испытательным резистором.

В дальнейшем устройство производит подгонку резисторов 18 уже на рабочей плате, используя кодовую комбинацию на входах ЦАП 1, полученную для заключительного (n-го) резистора тест-платы.

В процессе подгонки каждого из резисторов (тест-платы и рабочей платы) подложкодержатель 19 перемещается, в результате чего испарение резистивного слоя происходит на участках, примыкающих друг к другу. Длительность всех импульсов воздействия поддерживается постоянной и синхронизируется импульсами преобразователя напряжение-частота 11.

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 последовательно соединенные первый источник опорного напряжения, сумматор, преобразователь напряжение - частота и элемент 3И, последовательно соединенные второй источник опорного напряжения и первый компаратор, а также третий источник опорного напряжения и второй компаратор, введены n пар элементов, состоящих из последовательно соединенных элементов 2И и триггера, цифроаналоговый преобразователь, регистр сдвига, измеритель нелинейности и генератор прямоугольных импульсов, вход регистра сдвига, управляющий вход измерителя нелинейности и второй вход элемента 3И объединены и подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов, первые входы каждого из n элементов 2И объединены и подключены к выходу первого компаратора, второй вход каждого из n элементов 2И подключен к одноименному выходу регистра сдвига, вторые (установочные) входы каждого из n триггеров объединены и подключены к общей шине, выход каждого из триггеров соединен с одноименным входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход первого компаратора подключен к выходу измерителя нелинейности, информационный вход которого связан с информационным входом измерителя сопротивления, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя напряжение частота, выход измерителя сопротивления соединен с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с третьим входом элемента 3И, выход элемента 3И соединен с входом лазера.

РИСУНКИ

Рисунок 1