Die LTFLU ist eine Referenzspannungsquelle die Linear Technology für Fluke produziert. Sie geht auf eine Entwicklung von Motorola zurück (SZA263). Es handelt sich um einen sogenannten Ref-Amp, der grundsätzlich nur aus einem Transistor und einer Z-Diode besteht. Stellt man den Strom durch diese Kombination ideal ein, so geht der summierte Temperaturkoeffizient der erzeugten Referenzspannung gegen Null, wodurch im Allgemeinen auf eine aktive Temperaturregelung verzichten werden kann.
Das Gehäuse der hier vorliegende LTFLU war bereits geöffnet. Der originale Aufbau ist im Rahmen der LTFLU (Alibaba) abgebildet. Es besitzt vier Pins. Das Die wird mit fünf Bonddrähten kontaktiert. Die mittig abgehenden Bonddrähte sind beide an das Gehäuse angebunden. 14 zusätzliche Testpads ermöglichen einen Abgleich der LTFLU mit Hilfe von sogenannten fusable Links.
In der rechten oberen Ecke befinden sich die Zeichen FLU1. An der linken Kante ist ein kaum zu erkennender Copyrighthinweis aus dem Jahr 1988 in die unteren Schichten integriert.
Die SZA263 besteht nur aus einem Transistor und einer Z-Diode. Im Gegensatz dazu beinhaltet die LTFLU vier Z-Dioden und zwei große Reihen parallel geschalteter Transistoren. Die Emitterfläche des Transistors legt fest bei welchem Strom der Temperaturkoeffizient erreicht wird, den man für eine Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Z-Diode benötigt. Die einzelnen Transistoren sind in verschieden große Gruppen aufgeteilt. Acht fusable Links ermöglichen es die Transistorfläche in 256 Stufen zu variieren. Der größte Transistorblock (8*4) kann komplett abgetrennt werden.
Bei jeder einzelnen SZA263 wird der optimale Stromfluss durch individuell abgeglichene Präzisionswiderstände eingestellt. Die komplexe Konfigurierbarkeit der LTFLU lässt vermuten, dass man hier den Abgleichprozess in die Herstellung des Bausteins verschieben wollte. Stellt man die Emitterfläche dort bereits passend ein, so kann man wahrscheinlich für alle LTFLU-Bausteine allgemein gültige, ideale Widerstandswerte angeben.
Die Kontaktierung der Anode der Z-Diode erfolgt sehr massiv mit einem breiten Streifen der Metalllage, der rechts und links mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Kathoden der Z-Dioden kontaktieren mehrere Widerstände. Die Widerstände sind sicherlich sehr niederohmig, aber nicht irrelevant. Das zeigt sich bei den Widerständen, die zu den Emittern der Transistoren führen. Dort könnten alternativ niederohmigere Widerstände kontaktiert werden. Höchstwahrscheinlich optimieren die Widerstände die Stromverteilung über die vier Z-Dioden.
An der oberen und an der unteren Kante des Dies befindet sich jeweils ein breiter Widerstandstreifen. Die Streifen sind in Reihe geschaltet und führen zu zwei nicht kontaktierten Bondpads. Es scheint sich um zwei optionale Heizwiderstände zu handeln. Es ist gut denkbar, dass dieser Heizer während des Abgleichprozesses benötigt wird, schließlich muss dabei ein Temperaturdrift bestimmt und abgeglichen werden. Das bedeutet, dass Messungen bei verschiedenen Temperaturen notwendig sind. Ein direktes Heizen des Dies ist dabei schneller und effizienter als eine Heizung über die Umgebung.
Die Z-Dioden sind als längliche Elemente ausgeführt. Die Form erinnert an die Z-Diode der ADR1399. Es handelt sich um subsurface Z-Dioden, auch "buried zener" genannt.
Die Anbindung der Anoden erfolgt über mehrere breite Durchkontaktierungen die um den Umfang der Z-Diode verteilt sind. Die Kathode ist mit drei kleinen Widerständen angebunden. Die oberen zwei parallel geschalteten Widerstände führen zum Kathoden-Bondpad. Der untere Widerstand verbindet die Z-Diode mit den Emittern der Transistoren. Hier ist deutlich der parallel dazu platzierte niederohmigere Widerstand zu erkennen.
Unterhalb jeder Z-Diode befindet sich ein grünes Quadrat. Der Zweck dieses Vorhalts ist unklar. Ebenso unklar ist, für was die zwei Strukturen in der Mitte des Dies integriert wurden. Sie scheinen Transistoren darzustellen.
Oberhalb und unterhalb der vier Z-Dioden sind zwei Reihen mit Transistoren integriert. Die Reihen bestehen aus mehreren Segmenten, die wiederum bis zu vier Emitterstreifen enthalten. Das mittige Transistorelement der unteren Reihe ist so aufgebaut, dass nicht nur ganze Transistorblöcke, sondern auch kleinere Teile eines Segments abgeschaltet werden können. Normiert man die Emitterflächen auf einen einzelnen breiten Emitterstreifen, so bietet das größte Element eine Fläche von 32 (8*4), das kleinste Element liefert 1/4, insgesamt kann man auf eine Emitterfläche von 63,75 zurückgreifen.
Das Abschalten der Transistoren führt zu einer unterschiedlich starken Strombelastung der aktiven verbleibenden Transistoren. Abhängig von der Strombelastung variiert der Temperaturkoeffizient eines Transistors. Das bedeutet wiederum, dass sich bei einem konstanten Strom über die Anzahl der Transistoren der Temperaturkoeffizient des Gesamttransistors einstellen lässt. Ideal justiert kompensiert der Temperaturkoeffizient des Transistors den Temperaturkoeffizienten der Z-Diode, so dass die Referenzspannungsquelle auch ohne Heizer kaum durch Temperaturschwankungen beeinflusst wird. Ein weiterer Vorteil der Kombination ist, dass der Alterungsdrift bei beiden Elementen unterschiedlich ausfällt und sich ebenfalls zum Teil kompensiert.
Zwischen Basis und Emitter der Transistoren befindet sich eine Diode, die dafür sorgt, dass sich keine negativen Basis-Emitter-Spannungen aufbauen. Ist der Strom nicht zu hoch, so wird ein Transistor bei einem Basis-Emitter-Durchbruch nicht beschädigt. Es ist aber erwiesen, dass sich manche Kenngrößen dabei messbar ändern.
Es wurde nicht nur eine Diode direkt zwischen Basis und Emitter eingefügt. Eine zusätzliche Diode befindet sich zwischen dem Basisanschluss und den Symmetrierungswiderständen.
Die fusable Links und der Unterschied zwischen leitenden und unterbrochenen Verbindungen sind gut zu erkennen. Fusable Links können verschieden aufgebaut werden. Hier handelt es sich um eine Verjüngung einer Leitung der Metalllage. Diese Art des fusable Links wird beim Abgleich durch einen definierten, relativ hohen Strom überlastet und so unterbrochen. Über der Verjüngung befindet sich eine Aussparung in der schützenden Siliziumoxidschicht. Diese Aussparung ist notwendig, damit beim Auslösen der Fuse das verdampfende Metall den Bereich verlassen kann. Mit einer geschlossenen Passivierungsschicht bestünde die Gefahr, dass die Verbindung nicht ganz aufgetrennt wird. Außerdem könnte die Siliziumoxidschicht großflächigeren Schaden nehmen und es so zu einer Beeinflussung der benachbarten Funktionsblöcke kommen.
Es zeigt sich, dass fast keiner der Transistoren auf dem Die genutzt wird. Lediglich 5,25 Emitterstreifen sind in die Schaltung eingebunden.
Wie bei der LM399 und bei der MAC199 ist das Die auf einer Pufferschicht, einem Stück Silizium platziert. Derartige Maßnahmen reduzieren mechanische Spannungen, die auf das Die wirken, wenn sich das Gehäusematerial bei Temperaturänderungen anders ausdehnt als das Silizium.
Das Die einer weiteren LTFLU liefert keine neuen Erkenntnisse. Bei den beiden Dies handelt es sich um eine LTFLU-1CH und um eine LTFLU-1ACH. Ein funktionaler Unterschied zwischen den beiden ist nicht zu erkennen. Dass die farbliche Erscheinung eine andere ist, könnte darauf hinweisen, dass der Fertigungsprozess umgestellt wurde. Es könnte sich aber auch um einen Zufall handeln.
Es zeigt sich, dass auf diesem Die noch weniger Transistorelemente in die Schaltung eingebunden wurden. Hier sind lediglich vier halbe, also zwei der normierten Emitterstreifen aktiv.
Der Bereich um die Z-Dioden erscheint unterschiedlich. Es handelt sich aber nur um eine optische Erscheinung. Die Kontaktierung erfolgt wie bei der oberen LTFLU.
Im Betrieb leuchten die Z-Dioden auf. Die Hintergründe dieses Leuchteffekts sind zum Beispiel im Rahmen der LTZ1000 genauer beschrieben. Die hier zu sehende LTFLU stammt aus der Gruppe LTFLU (Alibaba), was allerdings hier nichts zur Sache tut. Im oberen Bild fließen 20mA, im unteren Bild fließen 50mA. Es lässt sich keinerlei Unsymmetrie bei der Stromverteilung erkennen.
Im Detail ist noch einmal deutlich zu erkennen, dass der Durchbruch der Z-Dioden an einzelnen Punkten erfolgt, die mit steigendem Strom mehr werden und sich vergrößern (10mA / 20mA).
