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Title:
ADJUSTABLE RESISTOR ARRANGEMENT, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND ASSOCIATED ADJUSTMENT METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/059793
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an adjustable resistor arrangement (1) which is arranged as a resistive coating (2) on a substrate (3). The resistor arrangement (1) can be part of a circuit. In order to adjust the circuit, the resistor arrangement (1) comprises at least several discrete partial resistive coatings (5) which are parallel mounted. At least one partial resistive coating (5) or the electrical contacting thereof is interrupted for the adjustment process.

Inventors:
FISCHER MARTIN (DE)
HAUER JOERG (DE)
SCHATZ OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/000305
Publication Date:
August 16, 2001
Filing Date:
January 26, 2001
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
FISCHER MARTIN (DE)
HAUER JOERG (DE)
SCHATZ OLIVER (DE)
International Classes:
H01C17/23; H01C17/24; H01C17/242; (IPC1-7): H01C17/242; H01C17/23
Foreign References:
EP0795880A21997-09-17
US5530270A1996-06-25
US5262615A1993-11-16
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 095 (E - 110) 3 June 1982 (1982-06-03)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 044 (E - 050) 24 March 1981 (1981-03-24)
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Claims:
Patentansprüche
1. Abgleichbare Widerstandsanordnung (1), die als Widerstandsschicht (2) auf einem Substrat (3) ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere parallel geschaltete diskrete Teilwider standsschichten (5) die Widerstandsanordnung (1) bilden.
2. Abgleichbare Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der diskreten Teilwiderstände (6) die Widerstands schicht (2) Widerstandsmaterial freie Bereiche (4) aufweist.
3. Abgleichbare Widerstandsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wider standsmaterial freien Bereiche (4) innerhalb der Widerstandsschicht (2) liegen.
4. Abgleichbare Widerstandsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen zwei Bereichen (4) vorliegende Fläche der Teilwiderstandsschicht (5) in ihrer Grö Se in Abhängigkeit des gewünschten Widerstandswer tes gewählt ist.
5. Abgleichbare Widerstandsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Widerstands schicht (2) etwa mittig oder versetzt zur Mitte vorliegt.
6. Abgleichbare Widerstandsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (3) Keramik, Metall, Oxid oder dergleichen dient.
7. Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsan ordnung (1), insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Widerstandsschicht (2) auf einem Substrat (3) aufgebracht wird, da durch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen oder da nach mehrere Widerstandsmaterial freie Bereiche (4) innerhalb der Widerstandsschicht (2) ausgebildet werden, um parallel geschaltete diskrete Teilwider standsschichten (5) zu realisieren.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass die Widerstandsschicht (2) durch Auftra gen einer Paste auf das Substrat (3) hergestellt wird.
9. Abgleichverfahren für eine Schaltungsanordnung mit einer als Widerstandsschicht (2) auf einem Sub strat (3) vorliegenden Widerstandsanordnung (1), die mehrere parallel geschaltete Teilwiderstände (6) besitzt, insbesondere eine abgleichbare Wider standsanordnung (1) nach zumindest einem der An sprüche 1 bis 6, bei dem zum Einstellen des Gesamt widerstands der Widerstandsanordnung (1) der zu ei nem der diskreten Teilwiderstände (6) führende Strompfad oder einer der Teilwiderstände (6) selbst unterbrochen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass das Unterbrechen durch ein Material ab tragendes oder trennendes Verfahren erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Teilwiderstand (6) teilweise unterbrochen wird.
Description:
Abgleichbare Widerstandsanordnung sowie deren Her- stellverfahren und Abgleichverfahren Die Erfindung betrifft eine abgleichbare Wider- standsanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Herstellverfahren für eine Widerstandsan- ordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7. Die Er- findung betrifft ferner ein Abgleichverfahren für eine Schaltungsanordnung mit einer Widerstandsan- ordnung.

Stand der Technik Eine abgleichbare Widerstandsanordnung nach dem Stand der Technik ist in Figur 1 dargestellt. Die Widerstandsanordnung W ist als Widerstandsschicht WS aus einem Widerstandsmaterial auf einem Substrat S angeordnet. Die Widerstandsschicht WS ist über elektrische Leiterbahnen L kontaktiert. Um den ohm- schen Widerstand der Widerstandsschicht einstellen zu können, sind im Stand der Technik Abgleichver- fahren bekannt, bei denen durch einen Laserschnitt LS die wirksame Widerstandslänge der stromtragenden Flächen der Widerstandsschicht WS verändert wird.

Anstelle des Laserschnitts können beispielsweise auch das sogenannte Drahterodieren, ein mechani- scher Materialabtrag oder vergleichbare Verfahren

angewandt werden. Nachteilig bei der bekannten Wi- derstandsanordnung ist, dass während des Abgleich- vorganges, also beim Einbringen des Schnittes LS, der Widerstandswert gemessen werden muss, um zu er- mitteln, ob der gewünschte Widerstandswert erreicht wird. Durch Einbringen von Energie beim Ausbilden des Schnittes LS wird der Widerstandswert während des Abgleichs gegebenenfalls thermisch verändert.

Der Abgleichwert kann somit nach Abkühlen der Wi- derstandsschicht auf einen falschen Wert zuruckge- hen. Beim Abgleichen muss deshalb ein sogenannter Vorhalt einbezogen werden. Durch das Einbringen des Schnittes LS entstehen jedoch auch unvermeidlich Risse entlang der Schnittkante, so dass über die Lebensdauer der Widerstandsschicht hinweg ein Riss- Wachstum beispielsweise durch Temperaturwechsel, Angriff von Feuchtigkeit oder dergleichen auftreten kann, wodurch sich der Widerstandswert ebenfalls ändert.

Vorteile der Erfindung Die abgleichbare Widerstandsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass mit bekannten Abgleichverfahren, also beispielsweise Material abtragende Verfahren, die Variation beziehungsweise Einstellung des Ge- samtwiderstands der Widerstandsanordnung durch kom- plettes individuelles Abtrennen einzelner/mehrerer Widerstände erreicht wird, der Widerstandswert je- doch dauerhaft erhalten bleibt. Außerdem muss der Widerstandswert während des Abgleichs nicht zwin- gend gemessen werden. Mit der erfindungsgemäßen Wi- derstandsanordnung werden mehrere parallel geschal-

tete Teilwiderstandsschichten auf dem Substrat rea- lisiert, wobei zur Einstellung, also zum Abgleich, zumindest ein Teilwiderstand von der Parallelschal- tung der übrigen Widerstände abgetrennt wird. Somit wird mit allen herkömmlichen Analog-Abgleichver- fahren, bei denen der Widerstandswert stufenlos durch die Länge des Schnittes eingestellt wird, bei der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung ein di- gitaler Abgleich, also ein Abgleich um bestimmte, vorgebbare Widerstandswerte, ermöglicht.

Um einfach die erfindungsgemäße Widerstandsanord- nung mit mehreren Teilwiderstandsschichten reali- sieren zu können, ist in einer Weiterbildung vorge- sehen, dass die Widerstandsschicht Material freie Bereiche aufweist. Um nun einen Teilwiderstand ab- trennen zu können, kann diese Teilwiderstands- schicht einfach durchtrennt werden, wodurch sich der Gesamtwiderstand der Widerstandsanordnung ent- sprechend dem abgetrennten Widerstandswert ändert.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen die Widerstandsmaterial freien Bereiche innerhalb der Widerstandsschicht. Es werden hierfür in bevor- zugter Ausführungsform Fenster, die insbesondere rechteckig realisiert sind, hergestellt. Beim Durchtrennen einer Widerstandsteilschicht verläuft der Trennschnitt beziehungsweise die Trennlinie von einem Material freien Bereich zum nächsten. Die Rissbildung an den Schnittkanten hat hierbei kaum Einfluss auf die Stromlinien. Somit bleibt der ein- mal eingestellte Widerstandswert der Widerstandsan- ordnung sicher über einen langen Zeitraum erhalten.

Um eine genaue Einstellung des ermöglichen zu kön- nen, wird die Größe der Fläche der freien Bereiche in Abhängigkeit des gewünschten Widerstandswertes der Teilwiderstände gewählt. Es können folglich Teilwiderstände mit unterschiedlichen Widerstands- werten innerhalb einer Widerstandsschicht auf dem Substrat angeordnet sein, so dass eine lückenlose Staffelung des Abgleichbereichs erzielt werden kann. Durch Variation der Flächegröße der Teilwi- derstandsschichten zwischen den freien Bereichen werden die Strom tragenden Flächen und damit die Teilwiderstandswerte verändert.

Der Gesamtwiderstand der Widerstandsanordnung kann jedoch auch durch Variation der elektrischen Kon- taktierung der Widerstandsschicht realisiert wer- den, wobei eine elektrische Kontaktierung etwa mit- tig oder versetzt zur Mitte vorgesehen sein kann.

Dadurch lassen sich die Strom tragenden Wege in ih- rer Länge variieren, so das auch dadurch eine Wi- derstandsbeeinflussung möglich ist. Das heißt, dass mit ein und derselben Widerstandsanordnung, jedoch mit unterschiedlich räumlich angeordneter elektri- scher Kontaktierung unterschiedliche Gesamtwider- stände realisierbar sind.

Mit dem in Anspruch 7 angegebenen Herstellverfahren kann die Widerstandsanordnung mit den diskreten Teilwiderstandsschichten beziehungsweise Teilwider- ständen leicht hergestellt werden.

Bei der Herstellung der Widerstandsanordnung wird in bevorzugter Ausführungsform die Widerstands- schicht durch Auftragen einer Paste auf ein Sub-

strat hergestellt, wobei selbstverständlich die Ma- terial freien Bereiche ausgespart werden. Andere Verfahren zum Herstellen der Widerstandsschicht sind ebenfalls möglich. Es muss also nicht zwangs- läufig eine Paste verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren mit den im Anspruch 9 genannten Merkmalen bietet bei einer Schaltungsanordnung, die eine erfindungsgemäße Wi- derstandsanordnung aufweist, den Vorteil, dass der vorstehend erwähnte digitale Abgleich, also das Ab- trennen einzelner Widerstandswerte, möglich ist, wobei selbstverständlich die bekannten Trennverfah- ren verwendet werden können. Zum Einstellen des Ge- samtwiderstands der Widerstandsanordnung werden al- so der zu einem diskreten Teilwiderstand führende Strompfad oder einer der Teilwiderstände selbst un- terbrochen. Der Abgleichvorgang kann schnell ausge- führt werden, da der Widerstandswert nicht gemessen werden muss.

In bevorzugter Ausführungsform sind für das Unter- brechen der Teilwiderstände beziehungsweise des zu dem Teilwiderstand führenden Strompfads Material abtragende oder Material trennende Verfahren vorge- sehen.

Sollte es dennoch notwendig sein, eine Feineinstel- lung des Widerstandswerts vorzunehmen, kann zumin- dest ein Teilwiderstand lediglich teilweise unter- brochen werden.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter- ansprüchen.

Zeichnung Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh- rungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Widerstandsanordnung nach dem Stand der Technik, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer er- findungsgemäßen Widerstandsanordnung, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wi- derstandsanordnung, Figur 4 ein Ersatzschaltbild der Widerstandsan- ordnung nach Figur 2, Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wi- derstandsanordnung und Figur 6 ein Ersatzschaltbild der Widerstandsan- ordnung nach Figur 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Widerstandsanordnung 1, bei dem eine Widerstands- schicht 2 auf ein Substrat 3 aufgebracht ist. Die Widerstandsschicht 2 besteht aus einem mehr oder weniger leitfähigen Widerstandsmaterial. Das Sub- strat 3 kann beispielsweise als Keramik, Metall, Oxid oder dergleichen ausgebildet sein.

Die Widerstandsschicht 2 ist hier flächig in Form eines Rechtecks auf das Substrat 3 aufgebracht. In- nerhalb der Widerstandsschicht 2 sind Widerstands- material freie Bereiche 4 ausgebildet, die im we- sentlichen als Rechteck vorliegen. Zwei benachbarte Bereiche 4 weisen einen Abstand zueinander auf, so dass zwischen ihnen eine Teilwiderstandsschicht 5 vorliegt, die einen Teilwiderstand 6 bildet. Mehre- re Teilwiderstände 6 sind parallel geschaltet. Sie liegen also in parallelen Strompfaden, die von ei- nem gemeinsamen Strompfad 7'ausgehen, der über Leiterbahnen 7 elektrisch kontaktiert ist.

Durch Variation der Seitenlängen a und/oder b eines der rechteckigen Bereiche 4 kann der Widerstands- wert zweier Teilwiderstände 6 eingestellt werden, da sich je nach Länge a und/oder Breite b des Be- reichs 4 der Strom tragende Bereich der Teilwider- standsschicht 5 ändert. Die MaSe aller Bereiche können natürlich entsprechend den gewünschten Wi- derstandswerten angepasst werden.

Um den Gesamtwiderstand der Widerstandsanordnung 1 einstellen zu können, um beispielsweise einen Ab- gleich einer elektrischen Schaltung ausführen zu können, können einzelne Teilwiderstände 6 unterbro- chen werden, wie dies durch eine punktierte Trenn- linie 8 wiedergegeben ist. Je nachdem, welche und wie viele Teilwiderstände 6 aufgetrennt werden, än- dert sich der Gesamtwiderstand der Widerstandsan- ordnung 1. Werden beispielsweise die unteren Teil- widerstände 6 aufgetrennt, ergibt sich für die wei- ter oben liegenden Teilwiderstände 6 ein längerer Strompfad mit einem höheren Widerstandswert.

Selbstverständlich ist es möglich, auch in der Mit- te liegende Teilwiderstände 6 herauszutrennen und die oben und unten liegenden Widerstände zu belas- sen. Beliebige Kombinationen sind möglich.

Für die Herstellung der Trennlinie 8 können an sich bekannte Material abtragende oder Material trennen- de Verfahren angewandt werden, wie beispielsweise Laserschneiden, Drahterodieren, mechanisches Mate- rialabtragen oder dergleichen. Die Länge a und Breite b der Material freien Bereiche 4 wird bevor- zugt so gewählt, dass innerhalb dieser freien Flä- che das Schneidinstrument zuverlässig positioniert werden kann, um zu verhindern, dass benachbarte, nicht durchzutrennende Widerstände, beschädigt wer- den.

Beim Ausführungsbeispiel einer Widerstandsanordnung 1 gemäß Figur 3 ist die Widerstandsschicht 2 im we- sentlichen sechseckig ausgebildet, wobei die elekt- rische Kontaktierung über die Leiterbahnen 7 etwa mittig ausgeführt ist. Somit ergeben sich beim Durchtrennen der Teilwiderstandsschichten 5 gegen- über dem Ausführungsbeispiel der Widerstandsanord- nung 1 nach Figur 2 (Kontaktierung im Randbereich) veränderte Längen der parallelen Strompfade, so dass andere Widerstandswerte der Teilwiderstände 6 realisiert werden. Im übrigen sind in Figur 3 glei- che beziehungsweise gleich wirkende Teile wie in Figur 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.

Im in Figur 4 dargestellten Ersatzschaltbild der Widerstandsanordnung 1 wird nochmals deutlich, dass die einzelnen Teilwiderstände 6 parallel geschaltet

sind. Durch Einbringen der Trennlinie 8 in die Wi- derstandsschicht 2 werden also einzelne Wider- standszweige 9 unterbrochen, so dass sich der Ge- samtwiderstand gemäß den verbleibenden Teilwider- ständen beziehungsweise kontaktierten Teilwider- ständen 6 einstellt.

Aus Figur 4 wird jedoch auch deutlich, dass anstel- le der Material freien Bereiche 4 innerhalb der Wi- derstandsschicht 2 einzelne, separate Widerstands- schichten auf dem Substrat 3 angebracht werden kön- nen, die mit entsprechender Leiterbahnenanzahl pa- rallel geschaltet werden. Um den Gesamtwiderstand variieren zu können, kann somit entweder der Teil- widerstand 6 selbst oder die zu ihm führende Lei- terbahn durchtrennt werden, wie dies beim Bezugs- zeichen 10 in Figur 4 dargestellt ist.

Beim in Figur 5 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel einer Widerstandsanordnung 1 sind gleiche Teile wie in den übrigen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es ist jedoch ersichtlich, dass die An- zahl der freien Bereiche 4 vermindert ist. Somit wird einerseits ein digitaler Abgleich der Wider- standsanordnung 1 möglich, und zwar durch Abtrennen zumindest eines Teilwiderstands 6. Durch Weiterfuh- ren der Trennlinie 8 kann jedoch auch ein analoges beziehungsweise stufenloses Abgleichen des Gesamt- widerstands der Widerstandsanordnung 1 durchgeführt werden. Somit kann das größte Veranderungspotential des Gesamtwiderstands digital, also um bestimmte vorgebbare Widerstandswerte dargestellt werden.

Beim digitalen Abgleich ergibt sich kein Drift des Widerstandswertes. AuSerdem ist kein Messen beim

Abgleichen selbst notwendig, da die, vorzugsweise unterschiedlichen, Widerstandswerte der Teilwider- stände 6 bekannt sind oder bestimmt werden können.

Dennoch kann ein Feinabgleich zusatzlich durchge- führt werden, der wie beim Stand der Technik aus- führbar ist. Dies ist in Figur 5 mit der weiterge- führten Trennlinie 8'dargestellt. Je nach Länge dieser weitergeführten Trennlinie 8'ergibt sich ein veränderter Widerstand 6'im unbeschädigten Be- reich der Widerstandsschicht 2. Das zur Figur 5 zu- gehörige Ersatzschaltbild ist in Figur 6 darge- stellt. Im übrigen sind gleiche Teile wie in den übrigen Figuren in den Figuren 5 und 6 mit densel- ben Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf deren Beschreibung verwiesen werden kann.

Die Variation des Gesamtwiderstandes der Wider- standsanordnung 1 wird also durch komplettes und/oder teilweises Abtrennen einzelner oder mehre- re Teilwiderstände 6 erreicht. Außerdem ist-wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt-durch Variation der Anschlussgeometrie und der Veränderung der Län- ge a und Breite b innerhalb des Layouts eine lü- ckenlose Staffelung des Widerstands-Abgleichbe- reichs erzielbar. Mit den Widerstandsanordnungen 1 lassen sich hier nicht näher dargestellte beliebige Schaltungsanordnungen, wie beispielsweise Messbrü- cken, Widerstandsbeschaltungen für Operationsver- stärker und dergleichen leicht und sicher abglei- chen.