Главная  Журналы 

0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

Компактную форму имеют резисторы с А1В= 1... 2.

Для анализа погрешности сопротивления резистора с формой меандра необходимо (1.1.25) выразить через параметры 1К0Нструк-ции, которые в явном виде раскрывают влияние погрешностей производства на величину R:

- Ра. а+ 6 b

Из этого выражения

тде Rz - сопротивление z-образного звена получим уравнение погрешности в виде

Д Л Apa Aj4 , ДВ т Да

2-f-OT Д 6 "l +т b

R pQ А В 1+т I

Пример. Рассчитать геометрические размеры тонкопленочного резистора в •форме меандра, напыляемого через биметаллический трафарет, при следующих исходных данных н ограничениях: R = 50 кОм, Pq = 1 кОм, & = amin = 0,3 мм.

1. Примем В==А и по формуле (1.1.32) оценим необходимое количество .звеньев:

Г=(ттг-Г =

При п=5 условие (1.1.31) выполняется. Топология пленочного резистора с п=5 изображена на рис, 1.1.6.

2. Выделим элементы сопряжения П-образной формы, так как а = Ь. Количество элементов сопряжения равно п (с учетом двух приконтактных областей сопряжения). Коэффициент формы П-образного элемента сопряжения /Сф с=4.

Рис. 1.1.6. К примеру расчета пленочного резистора в форме меандра

3. Рассчитаем длину прямоугольного участка /„ (см. рнс. 1.1.6);

4. Определим габаритные размеры резистора:

= n(a-t-6) = 5(0,3-f 0,3) =3 мм; В= /п-Ь46= 1,8-f 4-0,3 = 3 мм.

5. Габаритная площадь резистора

Sr= ЛВ = 3.3 = 9 мм". , Принив А1В=2, получим п=7 и ту же габаритную площадь Sr=9

Конструирование и расчет подгоняемых резисторов. Различают два вида подгонки пленочных резисторов: технологическую и функциональную. При технологической подгонке сопротивления резисторов доводят до заданных полей допусков. С помощью функциональной подгонки определяющий параметр микросхемы доводят до поля допуска, изменяя сопротивление одного или несколь-

ких пленочных резисторов. Применяют плавную А* ступенчатую подг9нку сопротивлений резисторов. Плавная подгонка обеспечивает точность до сотых долей процента, ступенчатая - единицы процентов.

Плавную подгонку сопротивления резисторов осуществляют, изменяя удельное поверхностное сопротивление или форму резистивной пленки. Удельное поверхностное сопротивление изменяется при термическом, химическом или механическом воздействиях путем упорядочения структуры или окисления пленки.

Форму резистивной пленки изменяют механическим или термическим (лучом лазера) удалением части резистивного материала. Подгонку ведут в сторону увеличения сопротивления. На рис. 1.1.7 показана кривая распределения и поле рассеяния сопротивлений в процессе формирования пленочного резистора. Необходимое значение сопротивления подгоняемого резистора должно находиться в пределах поля допуска Л=1тах-<min. Подгонка сопротивления путем увеличения сопротивления резистивного слоя возможна в том случае, когда поле допуска A=i/?max-/?min лежит выше поля рассеяния A*=i?*max-/?*min (рис. 1.1.7, а). Наименьшая трудоемкость подгонки будет при предельном расположении А и А* (рис. 1.1.7, б), когда верхняя граница поля допуска совпадает с верхней границей поля рассеяния, т. е. i?max=</?*max. В этом

а) /
/ 1

Рис. 1.1.8. Конструкции плавно подгоняемых резисторов

Рис. J. 1.7. Иллюстрация возможно стей подгонки сопротивлений пленочных резисторов:

/-кривая распределения сопротивлений; 2 - область допустимых значений сопротивлений подгоняемых резисторов

случае необходимость в подстройке возникает только тогда, когда сопротивяение Ri* изготовленного резистора находится в пре-

делах R*m[n<Ri*<Rmin. При

подгонке

сопротивление

должно ♦

быть изменено на величину A/?t*~min-/?j*. Конструкции плавно» подгоняемых резисторов изображены на рис. 1.1.8.

Рассмотрим методику оценки глубины поперечного разреза в конструкции рис. 1.1.8,в, предполагая, что погрешность сопротивления обусловлена в основном разбросом удельного поверхностного сопротивления пленки. Резистор с вырезом упрощенно можно представить в виде двух последовательно соединенных резисторов трапециевидной формы с полным сопротивлением RiRi+Rz.

Для резистора трапециевидной формы (рис. 1.1.9) сопротивление участка длиной Ал: и шириной &х в сечении х определиется выражением

AR = pAxlbx, (1.1.33>

где bx = b-xtj,ll (/р -глубина разреза).

Рис. 1.1.9. Резистор трапециевидной формы

2 imn/mia

Рис. 1.1.10. График для расчета глубины разреза в плавно подгоняемом пленочном резисторе

Переходя к бесконечно малым величинам dRx и dx и осуществляя интегрирование в пределах от О до /, получаем выражение для сопротивления трапециевидного резистора:

In-

b-tr

(1,1.34)

Применив формулу (1.1.34) для участков длиной U и h резистора с разрезом (рис. 1.1.8,е), получим

ir

R = Рп lib

при /р>0, при /р = 0.

(1.1.35)

Минимальная ширина резистора в области разреза &р min = &-max выбирается такой, чтобы не было локального перегрева резистора.

Из модели рис. 1.1.9 и (1.1.33) следует, что удельная рассеиваемая мощность на участке резистора длиной Ах равна

P, = PAR/bxAx = Pplbl,

где / - ток резистора.

В конструкции подгоняемого резистора (рис. 1.1.8,в) максимальная удельная рассеиваемая мощность Ротах будет в области разреза, где &а: = &ртш:

о max

= /2

р min

\ном "р min

Из условия РотахРоФ = оСн следует

"р min

>

(1.1.36)

В вышеприведенных выражениях используетси минимальное удельное поверхностное сопротивление пленки потому, что максимальная глубина разреза ртах=&-&р min необходима в том случае, когда исходное сопротивление до подгонки равно

! = min = Pumin/6- (1.1.37)

С помощью разреза это сопротивление вгоняетси в границы поля допуска:

Из выражений (1.1.37), (1.1.38) следует ном 1

Rm!r

p max

p max

(1.1.38)

(1.1.39)

Ha рис. 1.1.10 построен график зависимости (1.1.39), позволяющий определить отношение /р тах/6 при известных У?вом и i?*min. Учитывая то, что ртах/&=1-&р min/6, МОЖНО найти необходимую ширину резистивной пленки:

* = 6р min/(l - р тах/6) •

(1.1.40)

При известном отношении tf maxlb всегда можно выбрать &р и Ь, удовлетворяющие условиям (1.1.36) и ЬЬшт, где &min - минимальная ширина резистора, определяемая возможностями технологии. Длину резистора / находят из условия

max = max = Pa„ax/*- 0.1.41)

Анализ (1.1.35) показывает, что линейность характеристики подстройки резистора dRldtj,=F{tplb) улучшается при уменьшении длины резистора I.

Пример. Рассчитать размеры толстопленочного плавно подгоняемого резистора при следующих исходных данных: У?вом=1000 Ом, 8(ARIR)-6=±2%, Р=40 мВт, М(рд)=500 Ом/П, б (Ар /р) =±20%, Ро = 20 мВт/мм", А:в=1.

1. Определим границы поля рассеяния i?*max, V?*min, учитывая, что 5(Д/?* ?*)=б* = б(Арц /рд):

тах = тах = ном (1 + б) = ЮОО (1 + 0,02) = 1020 Ом; ;in = ;ax 7 = 1020 1 = 680 Ом.

2. Определим отношение 7?вом/7?*т1п= 1000/680= 1,47 и по графику рис. 1.1.10 найдем /ртах/6 = 0,58,

3. Оценим вел.ичвну b pmin исходя т отсутствия локального перегрева:

, ( Ррашш ( 40--t00 \-

4. Из (1.1.40) находим Ьр min 0,9

;0,9 мм.

6 = -

р max

1 - 0,58

«2,1 MM>6min = 0,8 мм.

5. Из соотношения (1.1.41) определим длину резистора:

1020-2,1

л;3,6 мм.

t f f»

Ступенчатая подгонка сопротивления осуществляется удалением металлических перемычек в подгоночных секциях. В конструкциях рис. 1.1.11, а, б к сопротивлению основного резистора длиной /о добавляют сопротивления секций с постоянным (рис. I.I.1I, а) или переменным (рис. 1.1.11, б) шагом (шаг - длина

секции /с). В конструкции р(ис. 1.1.11,6 оопротивяение дополни-таиьной секции увеличивается за счет уменьшения кол-ичества шунтов. Такая конструкция приме-!нлет1ся при подгонке сопротивле--ний низкоомных резисторов.

Рассмотрим (Методику расчета ступенчато лодгоняемых резисторов 1С Постоя-нны1М и переменным шагом секций щодгонки в предположении, что погрешность сопротивления IB основном определяется разбросом удельного поверхностного сопротивления.

Рис. 1.1.11. Конструкции пленочных резисторов со ступенчатой подгонкой сопротивления

При максимальном удельном поверхностном сопротивлении pDmax сопротивление основного резистора должно быть равно

В этом случае все металлические перемычки замкнуты. Если условие (1.1.42) не выполняется, то резистор бракуется, так как подгонка осуществляется только в сторону увеличения сопротивления. Исходя из обеспечения нормального теплового режима или технологических ограничений выбирается ширина резистора b и рассчитывается необходимая длина /о-

При минимальном удельном поверхностном сопротивлении ро min заданное значение сопротивления, лежащее в пределах поля допуска A=Rmax-Rm\n, обеспсчивается суммой основного сопротивления R*ra\n И сопротивлений всех Пс последовательно включенных подгоночных секций (все перемычки разорваны):

(1.1.43)

где?

min < Pi

С min

max>

с i:

/с i - сопротивление и длина г-й секции.

Приняв суммарное сопротивление равным нижней границе допуска, получим

ci = Pn

min

"с

1=1 n D*

(1.1.44)

Если все Пс секций одинаковые, то

I г = «с min = Ра min-у-=-mln min (1.1-45)

Обозначим Ri* сопротивление основной части резистора для случайного значения paminpojpa max- Ri*, несколько

меньшем Rmin, сопротивления секций максимальные и равны

max

• Ро шах hib.

(1.1.46)

Это сопротивление не должно превышать величину поля допуска A=Rra&x-Rmin для того, чтобы при подгонкс сопротивленис резистора не превышало уровень ?тах. Из этого условия и (1.1.45), (1.1.46) следует

7 стах* Стах - min) Ь

c -

PQ max Pd max

min min mln-min Рп max

(1.1.47)

Rmax " R

(1.1.48)

Количество секций округляется до ближайшего большого целого числа.

Если исходя из технологических ограничений не выполняется условие tclmm, то длина секции выбирается равной /min и рассчитывается необходимая ширина секций из условия (1.1.47):

0 = Ро max min/(max - •min) > •

Чтобы уменьшить количество элементов подгонки, используют секции с переменным шагом. Применив закон изменения шага в виде ряда Id, /c2 = 2/ci, 1сз = 2Нс\, /cn = 2«9-4ci, соответствующего членам геометрической прогрессии с знаменателем q=2, получим

"с

шп-Яггт = Ра ш,п V l,,lb = (2"с-1) i?„(1.1.49)

£=1

где /?cimin=p Qmin/ci/b - минимальнос сопротивление самой короткой секции. Максимальное сопротивление самой короткой секции при Ri*, несколько меньшем Rmm, должно равняться допуску

clmax Pd mx W = max-mln (1.1.50)

2-113 33

0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47