JPS6032323B2 - 金属薄膜抵抗器の抵抗値調整方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属薄膜抵抗器の抵抗値を化学的に酸化膜を生
成することにより増加して所望の抵抗値を得る方法に関
するものである。

金属薄膜抵抗器の代表例としてタンタル薄膜抵抗器が考
えられるが、本出願人はこれらの金属薄膜抵抗器の抵抗
値調整方法に関する新規な発明を特願昭５２−１６０５
００（特公昭５６−３１７２７号）により提案しており
、これが本発明の基本となるものである（以下基本発明
という）。

その明細書において、従来技術およびそれらの欠点につ
いて詳細に説明してあるのでここでは省略し、基本発明
の方法とその装置の構成の概略を説明する。基本発明の
目的は高精度でしかも単純な化成による金属薄膜抵抗器
の抵抗値調整方法とその装置を提供することである。こ
の目的を達成するため、基本発明は電気化学反応により
金属薄膜の表面にその金属の酸化膜を生成させる金属薄
膜抵抗器の抵抗値調整方法において、化成電流を間欠的
に流し、抵抗値を測定するための測定電流を常時流すよ
うにしたことを特徴とするものである。第１図は基本発
明の抵抗値調整方法を実現する調整装置の構成を示す説
明図である。同図に示す化成測定部１０が設けられ、基
板１上に設けたタンタル膜２上の接地電極６と化成液４
上の電極７との間に化成用電源１１が印加される。すな
わち、化成用電源１１の負側は間欠信号発振器２４で駆
動されている化成電流スイッチング回路２３を介して電
極７に接続される。化成用電源１１の正側は化成電流制
御回路２２内の制御用トランジスタ３１と並列抵抗３２
を介して接地される。一方、ブリッジ用電源２１により
比例抵抗Ｒ，／Ｒ２、標準抵抗Ｒ３、および測定用抵抗
Ｒｘより成るブリッジ回路２５のＡ、Ｂ端子に電圧印加
し、Ｂ、Ｃ端子に対し測定抵抗として化成測定部１０の
電極５，６間の被調整抵抗Ｒｘを接続し、Ｄ、Ｃ端子間
の不平衡電圧により化成電流制御回路２２の増幅器２６
とＣＲ平滑回路２７を介してトランジスタ３１を制御す
る。ここで化成が完了すると、その時点をレベル判定回
路２８により検出し、リセットスイッチ３川こよりリセ
ット可能として回路保持装置２９を介し化成電流スイッ
チング回路２３の化成を停止するように構成される。以
下上述の構成に基く動作を説明する。測定専用の電源で
あるブリッジ用電源の正極から流れた電流はブリッジの
Ａ点で１，，１２に２分岐し、１，はブリッジ比例辺抵
抗Ｒ，，Ｒ２から接地点Ｂを経てブリッジ用電源２１の
負極に至る。１２は標準抵抗Ｒ３からＲｘ、すなわち被
調整抵抗の一方の電極５から抵抗体２を流れて他の電極
６に入り接地してブリッジ電源２１の負極に至る。

すなわち電流１，，１２は常時流れることになる。次に
化成時の動作について述べる。

化成電流スイッチング回路２３は間欠信号発振器２４の
出力のパルス電圧が印加された時だけ化成電源１１の負
極に至る回路を閉路して、その他の時間帯は開賂する。
次に、化成電流制御回路の動作を説明すると、被調整抵
抗Ｒｘの平衡がとれていない時はブリッジ端子ＤＣに表
われる電位差は第２図ａに示すように大きい。

この不平衡電圧は化成電流制御回路２２の増幅器２６で
増幅され、ＣＲ平滑回路２７を経てトランジスタ３１の
ベースに印加される。従ってトランジスタ３１のコレク
タとヱミツタ間の抵抗は上記不平衡電圧が大きい程小さ
い。それ故化成用電源１１の正極から流出した電流ｌｃ
は化成の初期にはトランジスタ３１のコレクタからェミ
ツタを経て接地し、被調整抵抗体（タンタル膜）２の電
極６に至り、被調整抵抗体２を通って化成電極７からス
イッチング回路２３に流れる。それ故スイッチング回路
２３が閉路されていれば、すなわち間欠信号発振器２４
からのパルス電圧が印加されている時のみ、上記の化成
電流は流通して化成電源１１の負極に流入することがで
きる。上記化成電流の流れた時のみ、被調整抵抗体２の
表面に酸化膜３が生成され、電極５と６との間の抵抗は
増加する。

かっこの化成電流ｌｃは明らかに測定電流１２とは逆相
となっている。次に、化成の終期の現象について述べる
。

化成が進行すると、ブリッジ様子ＤＣの不平衡電圧は第
２図ａに示すように、次第に小さくなる。そうするとト
ランジスタ３１のコレクタ、ェミツタ間の抵抗が大きく
なるので、化成電流ｌｃは次第に小さくなる。従って、
化成効果は次第に鈍化する。この場合を救済するために
、化成電流制御回路２２と並列に抵抗Ｒｐが挿入されて
いる。すなわち、抵抗Ｒｐを流れる独立の電流によって
化成は進行する。次に、被調整抵抗Ｒｘの値が増加して
ブリッジが平衡した場合、すなわち第２図ａの動作点Ｑ
に達したとき、換言するとＤＣ間の電位差が零となった
時はしベル判定回路２８の出力に初めに正電圧が表われ
て回路保持装置２９の中のサィリスタのゲートに印加さ
れる。

そうすると、サイリスタに電流が流れて回路保持装置２
９が動作し、化成電流スイッチング回路２３を開路して
、かつその状態を終結する。すなわち、化成工程は終了
する。この状態は手動によってリセットスイッチ３０を
開くまで継続する。以上前願において詳述した基本発明
の動作態様を略述した。

基本発明に基く装置による抵抗調整は高精度にしかも高
速調整が可能であり、非常に良好な結果が得られた。し
かるに、その後の研究によって低抵抗、中抵抗の範囲で
は好結果を得るが、高抵抗になると完成抵抗は多少マイ
ナス側にずれることが分った。すなわち高抵抗の調整に
おいては必ずしも満足なものとは言えない。上記の原因
を詳細に追求した結果、意外な事実を明らかにすること
ができた。

次にその概略を述べる。ブリッジ端子Ｄ，Ｃ間の電位差
を陰極線オッシログラフで観察すると、低抵抗の場合に
は勿論第２図ａのような曲線が観察される。

しかし高抵抗の場合には同図ｂのような曲線が観察され
た。すなわち、パルス電圧が印加され、または遮断され
る瞬間にＤＣ間に正常な電位に過渡的異常電圧が重畳さ
れる。基本発明の概略において説明したことから明らか
なように、この場合、パルス印加時の異常電圧の存在は
被調整抵抗の完成精度には何の影響もないことは第２図
ａからも明らかである。

すなわち、同図中の動作点のＱは変化しないからである
。しかるに、パルス遮断時の異常電圧は直接動作点に影
響する。その理由は同図ｂから明らかである。もし異常
電圧がなければ動作点‘まＱであつて、このときＲＸ＝
麓・Ｒ３ ｍ の関係が成立し、上述したように、第１図のレベル判定
回路２８、回路保持装置２９が動作し、化成電流スイッ
チング回路２３を開路して、化成工程を終結させる。

しかるに、遮断時異常電圧が第２図ｂのように加わると
、真の動作点がＱであるべきなのにＱ′点で回路保持装
置２９が動作し、化成電流スイッチング回路２３を開路
してしまうので化成工程はこの時点で終了することにな
る。

この場合物理的には化成電流の流れる時間が短縮される
のであるから酸化膜の厚みが不足であり、従って被調整
抵抗の抵抗値Ｒｘは式（１’‘こよって与えられる値よ
り４・さくなる。すなわち、調整抵抗値は低目にでてく
ることになる。次にこのパルス電圧遮断時の異常電圧の
大きさは被調整抵抗の値が大きいほど大きくなる。

第３図ａ〜ｅは第１図の被調整抵抗体２の端子ＣＢ間の
電位差を陰極線オッシログラフで観察したときの化成終
了直前の波形である。それぞれの被調整抵抗体２の調整
前および調整後の抵抗値を示すと次のとおりである。｛
ａ｝：調整しはじめの波形 （ｂ｝：７００を１０００に調整した時の波形｛ｃ’：
１．２ＫＱを１．９ＫＱ 〃 〃｛ｄ’：１０ＫＯ
を１２ＫＯ 〃 〃‘ｅ’：５０ＫＯを８０Ｋ
Ｑに調整した時の波形同図に見るように抵抗値が大にな
るほど異常電圧が大きくなることが分る。

次にこのような異常電圧をどうして生ずるかを検討して
みる。

第４図は第１図におけるブリッジ用電源２１、ブリッジ
回路２５、および化成測定部１０の模擬回路１０′を示
す。まず、この回路で、化成膜の生成によって生ずる抵
抗に相当する可変抵抗Ｒｖを図のように挿入する。

いまこの抵抗値を小さい値から大きい値に徐々に増加す
る。この場合の波形を観察すると、何れの場合も第２図
ａに示す特性が得られ、決して同図ｂに示す現象は起ら
ない。次に、第４図においてＣｘなるコンデンサを図示
のように挿入し、その値を適当にして、可変抵抗Ｒｖを
４・さし、値から大きい値にすると、第２図ｂに示す特
性が観察される。

従って、第２図ｂのような異常現象が生ずる理由は次の
ように理解される。

すなわち、第１図の化成測定部１０の薄膜抵抗４の部分
に化成の結果生じた酸化膜Ｔａ２０５はその抵抗値が極
めて大きいため、化成電極とタンタル（Ｔａ）薄膜との
間にコンデンサを形成する。このコンデソサが第２図ｂ
の特性を示す原因と考えられる。このように理解すると
、第３図の特性は容易に説明できる。

すなわち、化成の初めには容量はないから特・曲ま第３
図ａに示すようになる。次に被調整抵抗値が小である時
には化成電圧は小である故異常電圧すなわち放電電圧は
小であり、従って同図ｂの突出部は小さい。しかし、被
調整抵抗値が高くなると、化成電圧を高くするから放電
電圧は大きくなり、かつ放電回路の抵抗が大きいので同
図ｄ，ｅに示すように突出部は大きくなり、かつ放電を
完了するのに長時間を要することになる。本発明の目的
は基本発明の目的と全く同じであるが、高抵抗の調整時
における上述の現象により化成動作の中断が起ることを
防ぎ化成動作を完全に行なわせるようにした金属薄膜抵
抗器の抵抗値調整方法とその装置を提供することである
。

前記目的を達成するため、本発明の金属薄膜抵抗器の抵
抗値調整方法は電気化学反応により金属薄膜の表面にそ
の金属の酸化膜を生成させる金属薄膜抵抗器の抵抗値調
整方法において、化成電流を間欠的に流し、抵抗値を測
定するための測定電流を常時流すようにするとともに、
前記測定電流により被測定抵抗を測定する時間は前記化
成電流の切断時における過渡現象終結の直後と、次の化
成電流の流通開始直前との間の時間帯に設定することを
特徴とするものであり、さらにその装置は金属薄膜抵抗
器の金属薄膜の表面にその金属の酸化膜を生成させる化
成部と前記金属薄膜の被調整抵抗値を測定する測定部と
より成る化成測定部、前記化成部に化成電源から間欠的
化成電流を与えるように動作する化成電流スイッチング
回路、前記測定部の被調整抵抗値を測定するための測定
電流を化成電流と逆の方向に常時流し、かつ化成の進行
に従って不平衡電圧を減少するように動作する平衡形抵
抗値測定装置、該平衡形抵抗値測定装置の不平衡電圧を
前記化成電流の切断時における過渡現象を避けた時点で
一時保持するサンプルホールド回路、該サンプルホール
ド回路の不平衡電圧を入力し前記化成電流を制御する化
成電流制御回路、および前記化成部における化成工程の
終了を検出する回路を具えたことを特徴とするものであ
る。以下本発明を実施例につき詳述する。

まず本発明の原理につき説明する。

基本発明において動作点が第２図のｂに示すようにＱ′
に移る理由を考えると、第１図から明らかなように、（
１｝ 測定電流は常時流れていること‘２） 従ってレ
ベル判定器２８にはブリッジ端子ＤＣ間の電位差、すな
わち、第２図ｂのＤＣ間の電位差が常時印加されている
ことである。

このうち動作点Ｑ′による動作に直接的に関係があるの
は‘２｝項であるから、この‘２１項の動作を改善する
必要がある。従って、第２図ｂにおいて、第１図に示す
レベル判定器２８と回路保持装置２９を真の動作点Ｑに
おいて動作させるようにするには、原理的には次のよう
にすればよいことが考えられる。

すなわち、‘１１ 測定電流は常時流しておくこと。

（２’レベル判定器２８の入力は第２図ｃに示すように
、異常電圧のかかる時間帯を避けてたとえばち−ｔ２，
ら−ｔ４，ち−ｔ６・・・・・・の間に設定する。

第５図は上述の原理を実現するための本発明の実施例説
明図であり、第６図はそのタイムチャートである。同図
において、第１図のブリッジ回路２５の端子Ｃと化成電
流制御回路２２との間にたとえばサンプルホールド回路
３３を挿入したものであり、さらに間欠信号発振器２４
にはサンプリング信号発生回路を含ませるように構成さ
れる。

すなわち、化成用およびサンプリング信号発生回路２４
′における基本波を第６図ａに示す。そうすると前願に
おいて詳細に説明したように、化成用およびサンプリン
グ信号発生回路２４′における化成用信号は同図ｂのよ
うになる。一方同図ａの基本波をィンバータに入れ、そ
の出力を適当に選択して単安定マルチパイプレー夕に導
き所定のパルス幅とし、出力波形を同図ｃのようにする
ことは容易である。この電圧を新設のサンプリングホー
ルド回路３３に印加する。このとき、ら〜ｔ，≧し〜ｔ
３≦Ｌ〜上５ （２ｌとなり、ｔ，ｔ
２，Ｗ４，ｔ５Ｗま第２図ｃに示したものに相当する。

サンプリングホールド回路３３はこの時、時刻ビーこお
けるブリッジ端子Ｃの電圧、すなわち同図ｄに示す端子
Ｃの電位差のみをひろい、信号のないｔ２−ｔ３間はそ
の値を保持する。

時刻ら‘こ至って始めて新たに端子Ｃの電圧をひろう。
そして時刻Ｌ‘こおける端子Ｃの電圧をＬ−ｔ５の間保
持する。従ってサンプリングホールド回路３３の出力は
接地に対して同図ｅのレベルで示される。それ故、サン
プリングホールド回路３３の出力端子Ｌと、ブリッジ端
子Ｄとの電位差、すなわちレベル判定回路２８、化成電
流制御回路２２への入力端子Ｍとの間のＬＭ間の電位差
は同図ｆに示すようになる。この電圧が第５図に示すよ
うにレベル判定回路２８および化成電流制御回路２２の
入力として供給され化成電流の動作点の制御に用いられ
る。同図ｆの波形から明らかなように、同図ｄにおける
化成信号遮断時の過渡現象の影響は全く受けていないこ
とが分る。以上第５図におけるサンプリングホールド回
路３３に関する説明をしたが、他の構成、機能は第１図
と同じであるから省略する。

第７図は第５図の実施例の具体回路である。

図において、化成用およびサンプリング信号発生回路２
４′の構成は、マルチパイプレータ４７の出力の一方は
単安定マルチパイプレータ４８を介して化成電流スイッ
チング回路２３を制御する。以下基本発明に詳述した通
りである。

一方マルチパイプレータ４７の出力の他方はィンバータ
を介して単安定マルチパイプレータ５川こ入り、その出
力は第６図ｃのパルス幅をもたせ、サンプリングホール
ド回路３３のサンプリング信号を形成する。サンプリン
グホールド回路３３としベル判定回路２８に係る一連の
動作については前述のとおりである。なお、他の回路に
ついては構成、動作とも基本発明と同じであるから省略
する。

ただし化成電流制御回路２２に含まれるＣＲ平滑回路２
７は本発明を用いた装置においては必要ではない。その
理由は増幅器２６の入力電圧は第６図ｆから明らかなよ
うに、既に整流された直流電流が印加されるからである
。以上詳述したように、本発明は基本発明の高抵抗にお
ける精度の不足を極めて簡単な方法によって当初の目的
を完全に満足するように改善したものであり、タンタル
薄膜等の金属皮膜抵抗器の抵抗値調整を高精度で実施す
ることができる。

すなわち金属薄膜の上に化成液を塗布し、その上に電極
を固定し、化成電流を間欠的に流し、さらに測定電流を
常時流す原発明と同じ抵抗値調整方法を用い、さらに化
成電流のスイッチング時の過渡的に発生する異常電圧の
影響を完全に取去ることにより、高精度の抵抗薄膜が簡
単な構成で調整が可能となる。第８図ａ，ｂは本発明の
抵抗値調整方法による調整抵抗の精度を示す実施例であ
る。

この場合の被調整抵抗はタンタル薄膜であり、抵抗素体
は硬質アルミナ磁器で寸法は縦３肌、横１．５肌、厚さ
１伽のチップである。抵抗の両端子は金の蒸着薄膜で構
成されている。同図ａ，ｂにおいて Ｒｏ：調整前の抵抗値（被抵抗値） Ｒ３：調整後の抵抗値（目標抵抗値） ｎ：試料数 である。

機軸の抵抗値偏差は三芝Ｘ一皿％ であって、縦軸の試料数％は上記偏差区間に入ったチッ
プ抵抗の数を試料総数で割ったもので実線の分布で示さ
れる。

なお、点線で示した分布は基本発明の方法で調整したも
のである。すなわち、本発明の方法により効果的な改善
が行なわれていることを示している。第１表は同図ａの
ｎ＝８５個のチップ抵抗で５０ＫＱを７０ＫＱに調整す
る場合と、同図ｂのｎ＝６０個のチップ抵抗で１０ＫＱ
を１狐Ｑに調整する場合につき基本発明と本発明の方法
における分布を比較したものであり、同図ａ，ｂの分布
が何れも正規分布と仮定した場合の標準偏差。

と３０が示され、これによっても本発明の効果が明らか
に示される。第１表

【図面の簡単な説明】

第１図は基本発明の抵抗値調整方法の構成を示す説明図
、第２図ａ〜ｃは第１図の要部における特性を示す説明
図、第３図ａ〜ｅ、第４図は基本発明における問題点と
原因および本発明の原理説明図、第５図は本発明の実施
例の構成を示す説明図、第６図ａ〜ｆは第５図の実施例
の要部の特性を示す説明図、第７図は第５図の実施例の
具体回路例、第８図ａ，ｂは本発明の実施例を適用した
場合の効果の説明図であり、図中、１は基板、２は被調
整抵抗体（タンタル膜）、３は酸化膜、４は化成液、５
，６は陽電極、７は陰電極、１川ま化成測定部、１１は
化成用電源、２１はブリッジ用電源、２２は化成電流制
御回路、２３は化成電流スイッチング回路、２４は化成
用間欠信号発振器、２４′は化成用およびサンプリング
信号発生回路、２５はブリッジ回路、２６は増幅器、２
７はＣＲ平滑回路、２８はしベル判定回路、２９は回路
保持装置、３０はリセットスイッチ、３１はトランジス
タ、３２は並列抵抗、３３はサンプリングホールド回路
を示す。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気化学反応により金属薄膜の表面にその金属の酸
   化膜を生成させる金属薄膜抵抗器の抵抗値調整方法にお
   いて、化成電流を間欠的に流し、抵抗値を測定するため
   の測定電流を常時流すようにするとともに、前記測定電
   流により被測定抵抗を測定する時間は前記化成電流の切
   断時における過度現像終結の直後と、次の化成電流の流
   通開始直前との間の時間帯に設定することを特徴とする
   金属薄膜抵抗器の抵抗値調整方法。 ２ 前記化成電流の流れる時間が一定であり、その大き
   さは化成による酸化膜の生成の進行に従つて減少するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属薄膜抵
   抗器の抵抗値調整方法。 ３ 前記化成電流が一定の周期で断続されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の金属薄膜抵抗器の抵
   抗値調整方法。 ４ 金属薄膜抵抗器の金属薄膜の表面にその金属の酸化
   膜を生成させる化成部と前記金属薄膜の被調整抵抗値を
   測定する測定部とより成る化成測定部、前記化成部に化
   成電源から間欠的化成電流を与えるように動作する化成
   電流スイツチング回路、前記測定部の被調整抵抗値を測
   定するための測定電流を化成電流と逆の方向に常時流し
   、かつ化成の進行に従つて不平衡電圧を減少するように
   動作する平衡形抵抗値測定装置、該平衡形抵抗値測定装
   置の不平衡電圧を前記化成電流の切断時における過渡現
   象を避けた時点で一時保持するサンプルホールド回路、
   該サンプルホールド回路の不平衡電圧を入力し前記化成
   電流を制御する化成電流制御回路、および前記化成部に
   おける化成工程の終了を検出する回路を具えたことを特
   徴とする金属薄膜抵抗器の抵抗値調整装置。 ５ 前記化成電流スイツチング回路が間欠信号発振器の
   出力パルスを入力するホトカプラまたは磁電変換素子、
   これと接続するトランジスタおよびインバータより成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の金属薄膜
   抵抗器の抵抗値調整装置。 ６ 前記化成電流制御回路が前記平衡形抵抗値測定装置
   の不平衡電圧と前記サンプルホールド回路の出力電圧と
   を入力する増幅器、ＣＲ平滑回路およびこれに接続した
   化成電流を制御するトランジスタより成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の金属薄膜抵抗器の抵抗
   値調整装置。 ７ 前記化成電流制御回路と並列に抵抗を挿入し、その
   抵抗を流れる電流を５ｍＡ〜０．１ｍＡとする特許請求
   の範囲第６項記載の金属薄膜抵抗器の抵抗値調整装置。 ８ 前記化成部における化成工程の終了を検出する回路
   が前記平衡形抵抗値測定装置の不平衡電圧と前記サンプ
   ルホールド回路の出力電圧とを入力するレベル判定回路
   、これに接続する回路保持装置およびリセツトスイツチ
   より成ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   金属薄膜抵抗器の抵抗値調整装置。９ 前記回路保持装
   置が前記レベル判定器の出力電圧により駆動されるサイ
   リスタとこれに接続するホトカプラまたはトランジスタ
   を前置した磁電変換素子より成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項記載の金属薄膜抵抗器の抵抗値調整装
   置。