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      電阻網絡例如電阻梯形網絡及其制造方法

      發布時間:2021-06-24 08:56:22   來源:   閱讀:441次

      專利名稱:電阻網絡例如電阻梯形網絡及其制造方法

      技術領域:

      本發明涉及電阻網絡例如電阻梯形網絡,該網絡包含至少一個電阻體其中至少包含一個電阻體,該電阻體至少具有一列位于第一分接頭和第二分接頭之間的分接頭,其中在使用中,至少兩個分接頭可分別與第一和第二參考輸入電位源相連,并且其中至少一列分接頭的各分接頭可被用于通過與相關分接頭相連的接觸區域輸出輸出電位。此外,本發明涉及用于制造電阻網絡例如電阻梯形網絡的方法,包含下述步驟制造一個電阻網絡,該電阻網絡包含一個帶有至少一列分接頭的電阻體,其中所述分接頭位于第一分接頭和第二分接頭之間。

      所述電阻網絡以及所述用于制造這種電阻網絡的所述方法在實際應用中是眾所周知的。電阻網絡的分接頭可與(金屬)接觸區域相連,該解除區域與金屬連接線相連。通常,金屬極板被用于形成接觸區域。參考輸入電位源或參考電壓源可通過各自的金屬連接線與各自的接觸區域相連,所述各自接觸區域與各自的第一和第二分接頭相連。其次,輸出電位或輸出電壓可通過金屬連接線輸出,該金屬連接線與接觸區域相連,所述接觸區域與第一分接頭和第二分接頭之間的分接頭相連。這樣,所述參考輸入電位的一連串精確地分支(局部)電位可被電阻網絡產生。

      例如,所述電阻網絡可被用在A/D(模數)D/A(數模)轉換器中。為了獲得具有高度線形度的轉換器,使用具有高線形度的電阻網絡是很重要的。因此,相連的分接頭之間的電阻體部分的電阻抗必須基本上相等。電阻體的不同部分的電阻抗差被稱為電組網絡的失配或電阻網絡元件的失配。本發明的主要目標是最小化這種失配。

      有數種原因會導致此前討論的失配。第一種可能的原因是在電阻體中局部不規則的存在。這種不規則的實例為邊緣粗糙或,在半導體網絡中,摻雜濃縮中的局部斷裂。這些不規則在制造期間發生,特別是在電阻體的區域中或周邊發生。所述不規則主要具有隨機統計學特征。

      第一種遏制所述失配的方法是建立相當大物理尺寸的電阻體。因此,所述不規則的相關影響就減少了,并且所述失配也因此減少了。

      上述第一種方法的缺點是所述電阻體的物理尺寸必須增加。增加電阻體的物理尺寸與梯形網絡小型化的發展,例如半導體電阻梯形網絡的發展是相反的。大的梯形網絡需要相當多的硅材料以及其所在裝置上相當大的空間。此外,這些種類的電阻梯形會受累于寄生電容。因此,這些高精密度的梯形網絡是相對不切實際、昂貴并且運行緩慢的。

      本發明的一個目標是提供相對廉價的高精密度且物理尺寸相對較小的電阻網絡。因此,根據本發明的電阻網絡其特征為電阻體包含多個子電阻體,其中各子電阻體與一列分接頭相連,并且其中子電阻體之間唯一的電連接為通過與子電阻體相連的分接頭的電連接。這樣,電阻體區域及其周邊在保持了基本相同的物理尺寸的同時被有效地擴大了。所述區域或周邊包含了相對較大的不規則性,該部規則性是統計平均的。因此,在制造過程中不可避免的不規則性的實際影響,被有效減小了。

      失配的第二個原因是子電阻體中的電流在分接頭的附近和/或其中會受到干擾。本發明的實施例的目的是減少由于第二個原因引起的失配。因此,根據本發明的電阻網絡的實施例其特征在于各子電阻體具有至少一列分接頭,其中所述列分接頭的各分接頭是例如相關子電阻體的T形或S形突出部分的末端。對于這種結構,通過子電阻體的電流基本上不受輸出電位的影響,該輸出電位通過各自分接頭、與分接頭相連的接觸區域、以及與接觸區域相連的金屬連接線輸出。

      失配的第三個原因是由在一列分接頭的連續列位置之間的電阻體部分的不可避免的不同電阻值形成的。一列分接頭中的分接頭的列位置是由表明所述分接頭關于分接頭列的第一分接頭和第二分接頭的的位置的相對位置的(整數)值定義的。電阻體部分的電阻抗值的所述差異是分接頭放置錯誤的結果。本發明的一個目標是提供本發明的一個實施例,其中第三種原因的影響被降低了。此目標是通過根據本發明的梯形網絡改進實施例實現的,其特征在于第一個子電阻體的第一列分接頭的多個分接頭與第二個子電阻體的第二列分接頭的多個分接頭相連,其中,并且其中第二列的多個分接頭的各分接頭只與第一列的多個分接頭之一相連,并且其中第一列的各分接頭關于第二列的分接頭的列位置移動至少一個列位置,其中第二列的分接頭與第一列的分接頭相連。在制造期間,分接頭根據相應的列位置與子電阻體相連。如果所述電阻梯形網絡是半導體電路,那么上述方法能夠例如通過屏蔽技術實現。在這種情況下,分接頭在不同子電阻網絡中的放置錯誤,而不是對等的列位置,是相關的?,F在,通過連接不同子電阻體的分接頭,其中分接頭相互移動至少一個列位置,放置錯誤的影響就大大降低了。這樣,電阻網絡就獲得了高線性度。這些電阻網絡可被特別用在具有高線性度和/或高精確度的A/D(模數)D/A(數模)轉換器中。

      根據本發明的電阻網絡的一個實施例,其特征為在電阻網絡之間通過分接頭的各自連接是在電阻網絡的制造期間,在關于各自分接頭的不同任意位置處形成的。由于通過分接頭的連接處于制造位置,所以根據本發明的此實施例所述失配備進一步減小了,產生了具有相對高精確度的電阻網絡。

      根據本發明的方法,其特征是所述方法還包含下述步驟-產生多個用于形成電阻體的子電阻體,其中所述子電阻體相互電絕緣,且其中各子電阻體與至少一列分接頭相連;-將第一子電阻體的第一列分接頭的多個分接頭與第二子電阻體的第二列分接頭的多個分接頭電相連,其中第一列的多個分接頭的各分接頭只與第二列的多個分接頭的一個分接頭相連,且其中第二列的多個分接頭的各分接頭只與第一列的多個分接頭的一個分接頭相連。

      根據本發明的電阻網絡可使用這種方法制造。

      為了說明的目的,用于實現本發明的特定方式在附圖中示出

       

      1示出了根據本發明的電阻網絡的第一個實施例的一部分的示意圖;圖2示出了圖1種所示的第一實施例的一部分的示意圖;圖3示出了根據本發明的電阻網絡的第二實施例的中間階段的示意圖;圖4a示出了第二實施例的第一最終變體的示意圖;圖4b示出了第二實施例的第二最終變體的示意圖;和圖5示出了圖3和圖4所示的第二實施例的一部分的示意圖。

      1示出了形成電阻梯形網絡的電阻網絡2。所述電阻網絡2包含一個電阻體4,該電阻體包含子電阻體5.k(k1,...,4)。所述電阻網絡2還包含分接頭列6.i,(i1,...,5)。各分接頭列6.i,(i1,...,5)與所述電阻體4相連,且包含分接頭8.i.j(i1,...,5;j1,...,J)。標記i表示分接頭列6.i的號碼,標記j表示相關分接頭8.i.j在第i6.i中的列位置。因此,在此實施例中,分接頭在某種程度上位于矩陣結構中。分接頭列6.i中的分接頭位于第一分接頭8.i.1和第二分接頭8.i.J(i1,...,5)之間。此外,在此實施例中,電阻體4包含用于連接電阻體4與第一參考輸入電位的第一電源分接頭10.k(k1,...,4)以及用于連接電阻體4與第二參考輸入電位的第二電源分接頭(在圖1中未示出)。因此,電源分接頭10.k(k1,...,4)通常與相同的參考電位源相連。應該注意,所述參考輸入電位還能夠向第一分接頭和最后一個分接頭饋電。各分接頭,且特別是各分接頭8.i.j(i1,...,5;j1,...,J),可被用于輸出輸出電位。

      所述分接頭8.i.j(i1,...,5;固定j)通過金屬連接線12.j相連,這樣分接頭8.i.j(i1,...,5;固定j)就在相同的電位上。通過金屬連接線12.j,第j個輸出電位或電壓可由電阻梯形2中被輸出(j1,...,J)。金屬線12.j與各分接頭8.i.j(i1,...,5;固定j)的連接是通過金屬接觸極板14.i.j實現的,該金屬接觸極板通過3個電固定點16與分接頭8.i.j(例如圖2所示)固定。金屬極板14.i.j作為分接頭8.i.j的接觸區域。

      在圖2中,進一步明確示出了分接頭8.5.j位于子電阻體5.4旁邊距離D處,其中分接頭8.5.j根據T形突出部分排列。這樣,在分接頭8.5.j附近的子電阻體5.4中流過的不可避免的干擾電流將幾乎不會影響流過電阻體4及其子電阻體5.4的主要部分的普通電流。因此電阻體4的子電阻體的相應電位源將不會受到無謂的干擾。

      在圖1所示的實施例中,電阻體4包含多個子電阻體5.k(k1,...,4),其中各子電阻體與兩列分接頭相連,在此實施例中所述分接頭位于子電阻體的兩側。值得注意的是相鄰的子電阻體共享分接頭列。

      為了實現電阻網絡2的高線性度特征,電阻體4部分的電位與電阻體4部分的長度,即在分接頭列中連續通過的分接頭的數目成比例。因此,在圖1的此特定實施例中,理想的情況是金屬線12.j12.(j+1)之間的電阻體4的電阻抗獨立于j(j1,...,(J-1))的數值。但是,在制造期間不規則主要在電阻體的區域或周圍(表面)出現,這會在電阻體的電阻抗中引起差異/干擾。為了最小化這些差異,用大的區域實現電阻體4是合乎需要的,這樣不規則性的干擾的負面影響就被統計平均了。電阻體4的結構為電阻網絡2的子電阻體5.k(k1,...,5)之間唯一的電互聯為在這些子電阻體的分接頭8.i.j之間通過金屬極板14.i.j和金屬線12.j(I1,...,5;j1,...,J)的電連接。在圖1所示的此實施例中的電阻體4被分為四個子電阻體5.k(k1,...,4)。這樣電阻體4的表面就明顯增加了。

      3示出了根據本發明的電阻網絡2的第二實施例在中間階段的示意圖。此第二實施例為半導體電阻網絡。圖3示出了四個子電阻體5.i(i1,...,4),其中各子電阻體5.i與兩列分接頭6.i.A6.i.B(i1,...,4)相連。電阻網絡2的分接頭,為各自列6.i.A6.i.B(i1,...,4)的一部分,分別以8.i.j.A8.i.j.B(i1,...,8;j1,...,J)編號。子電阻體5.i在此中間階段還沒有互相連接,但是用于與金屬線相連的金屬接觸極板已經與分接頭8.i.j.A8.i.j.B(i1,...,8;j1,...,J)相連。在制造期間會出現各自分接頭8.i.j關于各自子電阻體5.i的不可避免的放置錯誤。這些放置錯誤在相同子電阻體的隨后的列位置之間以及子電阻體的列位置之間相互關聯。例如,這種相互關系可在位置之間發生,其中電阻網絡是半導體類型的,這種類型的電阻網絡通過使用帶有屏蔽特征放置錯誤的屏蔽制造的。分接頭的放置錯誤的一個實施例將在下面參考如圖3所示的實施例討論。

      下面,分接頭對8.i.j.A、8.i.j.B子電阻體對以及分接頭對8.i.(j+1).A、8.i.(j+1).B之間的子電阻體5.i的電阻部分(電阻抗)被稱為阻抗P(i,j)。因此阻抗以矩陣的形式表示。如果子電阻體5.1的對于固定的j(j1,...,(j-1))的第一對分接頭8.1.j.A8.1.j.B被放置得與第二對分接頭8.i.(j+1).A8.i.(j+1).B的距離太近,那么這些第一和第二對分接頭之間的子電阻體5.1部分的電阻抗P(1,j)將會相應地太小。分接頭的放置錯誤是相互關聯的。這就暗示著如果P(1,j)太小,那么阻抗P(i,j)(i2,3,4;固定j)也會比預期的小。此外,阻抗P(1,j+1)通常會比預期的大。此類知識可被用于平均分接頭的錯誤放置的影響。一種平均的方法如圖4a所示,其中第一列6.1.B的各自的分接頭相對于列6.2.A的分接頭的列位置移動至少一個列位置,等等。因此,圖4a所示的電阻網絡具有并連的子電阻體4.i(i1,...,4)的相鄰部分。例如,部分P(1,1)、P(2,2)、P(3,3)以及P(4,4)并聯。通過并聯不同子電阻體的移動的部分,所述相關放置錯誤的影響被顯著降低了。此外,示出了部分P(2,1)、P(3,1)、P(3,2)、P(3,3)、P(4,1)、P(4,2)以及P(4,3)被從網絡中移除。各自的電源連接10.i(i2,...,4)與各自子電阻體的不同位置響應連接。

      4b示出了電阻網絡2,其中與各自分接頭的各自連接是在電阻網絡的制造期間在任意位置完成的。例如,通過分接頭8.1.1.B在特定距離建立了來自于一個分接頭的末端的連接,當通過分接頭8.2.1.B在末端建立連接時。作為與分接頭連接的這些任意放置的結果,并聯子電阻體部分的不同電阻值被最大限度的平均了,生成了具有相對高精確度的電阻網絡。

      5示出了如何將電阻網絡2增強為半導體網絡的示意圖。圖5根據圖34示出的直線S-S示出了分接頭8.4.10.B8.4.11.B的橫截面。在圖5中,各自的金屬線12.712.8與各自的鈦接觸極板14.4.10.B14.4.11.B相連。所述鈦接觸極板與子電阻體5.4,通過一層匹配的阻抗物質18,例如n-摻雜硅導通。此外網絡2包含一個絕緣層24,例如硅氧化物。

      本發明已根據數個實施例描述。但是,應該注意本發明可在不背離其實質和范圍的情況下通過不同于特殊說明和描述的方法實現。根據可能的修改,電阻網絡具有附加層,所述層在于不同子電阻體的分接頭之間建立電連接。這樣,流過電阻網絡的電流就更加均勻,并且防止了不必要的電位差。這就改善了電阻網絡的性能。

      權利要求

      1.一種電阻網絡(2),例如電阻梯形網絡,至少包含一個電阻體(4),該電阻體具有位于第一分接頭和第二分接頭之間的至少一列(6)分接頭(8),其中,在使用中,至少兩個分接頭可與各自的第一和第二參考輸入電位源相連,并且其中至少一列分接頭的各分接頭可被用于通過與相關分接頭相連的接觸區域輸出輸出電位,其特征為,電阻網絡(4)包含多個子電阻體(5),其中各子電阻體與一列(6)分接頭(8)相連,并且其中子電阻體(5)之間唯一的電連接為通過與子電阻體(5)相連的分接頭(8)的電連接。

      2.如權利要求1所述的電阻網絡(2),其特征為,各子電阻體(5)具有至少一列(6)分接頭(8),其中所述列(6)分接頭(8)的各分接頭(8)是例如與相關子電阻體(5)相連的T形或S形突出部分的末端。

      3.如前述權利要求任一項所述的電阻網絡(2),其特征為,第一子電阻體的第一列(6)分接頭(8)的多個分接頭(8)與第二子電阻體的第二列分接頭的多個分接頭(8)相連,其中第一列的多個分接頭(8)的各分接頭(8)僅與第二列的多個分接頭中的一個分接頭相連,并且其中第二列的多個分接頭(8)的各分接頭(8)僅與第一列的多個分接頭中的一個分接頭相連。

      4.如權利要求3所述的電阻網絡,其特征為,第一列的各分接頭(8)相對于第二列分接頭的列位置移動至少一個列位置,其中第二列與第一列相連。

      5.如權利要求34所述的電阻網絡,其特征為,具有分接頭(8)的子電阻體之間的各自連接是在電阻網絡的制造期間,在對應于各自分接頭(8)的不同任意位置完成的。

      6.如前述權利要求任一項所述的電阻網絡(2),其特征為,電阻網絡(2)為半導體網絡,其中各子電阻體包含多個電阻層,其中各半導體電阻層包含至少兩個分接頭,并且其中半導體電阻層通過分接頭相互連接。

      7.用于基于模擬輸入信號生成數字輸出信號的模擬-數字轉換器,其特征為,該模擬-數字轉換器包含如前述權利要求任一項所述的電阻網絡(2)。

      8.用于基于數字輸入信號生成模擬輸出信號的數字-模擬轉換器,其特征為,該數字-模擬轉換器包含如權利要求1-6任一項所述的電阻網絡(2)。

      9.用于制造電阻網絡(2)例如電阻梯形網絡的方法,包含下述步驟-生成電阻網絡(2),包含帶有至少一列(6)分接頭(8)的電阻體(4),其中分接頭(8)位于第一分接頭和第二分接頭之間,其特征為,所述方法還包含下述步驟-生成多個用于構成電阻體(4)的子電阻體(5),其中所述子電阻體(5)相互電絕緣,并且其中各子電阻體(5)與至少一列(6)分接頭(8)相連;-將第一子電阻體的第一列分接頭的多個分接頭與第二子電阻體的第二列分接頭的多個分接頭電相連,其中第一列的多個分接頭的各分接頭僅與第二列的多個分接頭中的一個分接頭相連,并且其中第二列的多個分接頭的各分接頭僅與第一列的多個分接頭中的一個分接頭相連。

      10.如權利要求9所述的用于制造電阻網絡(2)的方法,其特征為,第一列的各分接頭相對于與第一列分接頭相連的第二列的列位置移動至少一個列位置。

      11.如權利要求910所述的制造電阻網絡(2)的方法,其特征為與分接頭連接在不同的任意位置完成。

      全文摘要

      本發明涉及電阻網絡(2)例如電阻梯形網絡,包含至少一個電阻體(4),該電阻體具有位于第一分接頭和第二分接頭之間的至少一列(6)分接頭(8),其中,在使用中,至少兩個分接頭可與各自的第一和第二參考輸入電位源相連,并且其中至少一列分接頭的各分接頭可被用于通過與相關分接頭相連的接觸區域輸出輸出電位,其中電阻網絡(4)包含多個子電阻體(5),其中各子電阻體(5)與一列(6)分接頭(8)相連,并且其中子電阻體(5)之間的唯一的電連接是由通過與子電阻體(5)相連的分接頭(8)的電連接建立的。此外,本發明涉及用于制造電阻網絡(2)例如電阻梯形網絡的方法。

       

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      更新日期:2019-05-07
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