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Verfahren
zum Durchführen
von Testmessungen an lichtemittierenden Bauelementen
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100
24 875 ist ein Bauteilhalter zum Testen von elektronischen
Bauteilen bekannt. Der Bauteilhalter umfasst einen Träger, zumindest
einen am Träger
angeordneten Bauteilsockel, eine Gruppe von Bauteilkontakten zur
Aufnahme und Kontaktierung eines Bauteils und zumindest eine Gruppe
von Adapterkontakten, die in einer vorgegebenen Standardanordnung am
Träger
angeordnet und mit dem Bauteilkontakten verbunden sind.
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In
der US-Patentschrift 5,559,444 ist ein Verfahren zum Testen unverpackter
Halbleiterchips beschrieben. Bei dem Verfahren wird zunächst ein „Anschluss-Wafer" mit einer Mehrzahl
an Anschlussvorrichtungen hergestellt. Anschließend wird ein „Justage-Wafer" mit einer Mehrzahl
an Öffnungslöchern gebildet.
Der Anschluss-Wafer und der Justage-Wafer werden aufeinander gesetzt
und miteinander verbunden. Anschließend werden die zu testenden
Halbleiterchips auf den Anschluss-Wafer aufgesetzt, indem sie in
die Öffnungslöcher des
Justage-Wafers eingesetzt werden. Im Bereich der Öffnungslöcher sind
im Anschluss-Wafer Kontaktglieder vorgesehen, die eine elektrische
Kontaktierung des unverpackten Halbleiterchips ermöglichen.
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In
der US-Patentschrift 6,329,831 ist ein Verfahren zum Testen einer
Teststruktur innerhalb eines zu testenden integrierten Schaltkreises
beschrieben. Die Teststruktur wird im Rahmen des Testverfahrens mit
Steuersignalen angesteuert, wobei die Teststruktur während des
Tests sich ändernden
Betriebsbedingungen ausgesetzt wird. Als Steuersignale werden Gleichstromsignale
verwendet, da diese besonders störunempfindlich
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Durchführen von
Testmessungen anzugeben, das sich besonders einfach und schnell an
lichtemittierenden Bauelementen, insbesondere Leuchtdioden oder
Laserdioden, durchführen
lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
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Ein
wesentlicher Vorteil des beanspruchten Verfahrens besteht darin,
dass die Bauelemente vor Durchführung
der eigentlichen Testmessungen einem vorgegebenen Alterungsprozess
unterworfen werden. Bei diesem Alterungsprozess fallen in erster Linie
diejenigen Bauelemente heraus, die bereits bei der Herstellung Fehler
aufwiesen und schadhaft waren. Nach Abschluss dieses Alterungsprozesses – bei Lasern
bzw. Leuchtdioden auch Burn-in-Prozess genannt – sind dann
im Wesentlichen nur noch die Bauelemente übrig, die als fehlerfrei anzusehen
sind und voraussichtlich ihre zu erwartende Lebensdauer auch erreichen
werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht
darin, dass vorzugsweise alle Bauelemente gleichzeitig dem Alterungsprozess
unterworfen werden, um zu erreichen, dass der Alterungsprozess bei
den Bauelementen im Wesentlichen identisch ist. Durch das gleichzeitige Durchführen des
Alterungsprozesses bei allen Bauelementen wird eine Zeitersparnis
gegenüber
einem sequenziellen Alterungsprozess erreicht, bei dem die Bauelemente
einzeln bzw. nacheinander gealtert werden. Ein dritter wesentlicher
Vorteil des Verfahrens ist in der Verwendung der Schaltmatrix zu
sehen. Durch den Einsatz der Schaltmatrix wird nämlich konkret erreicht, dass
nach Abschluss des an allen Bauelementen gleichzeitig durchgeführten Alterungsprozesses
die Bauelemente nicht individuell kontaktiert werden müssen, da
mit Hilfe der Schaltmatrix die Bauelemente einzeln oder in Teilgruppen eingeschaltet
bzw. aktiviert werden können,
sobald an ihnen Testmessungen durchgeführt werden sollen.
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Als
vorteilhaft wird es angesehen, wenn als Trägermaterial ein Halbleitermaterial
verwendet wird. Eine Verwendung von Halbleitermaterial ermöglicht es
nämlich
in vorteilhafter Weise, dass die Schaltmatrix zumindest teilweise
durch. Halbleiterschalter gebildet werden kann, die im Halbleitermaterial
zumindest teilweise monolithisch integriert sind. Durch die monolithische
Integration der Halbleiterschalter im Halbleitermaterial lassen
sich erhebliche Kostenvorteile gegenüber einem diskreten Aufbau
von Schaltern bzw. Halbleiterschaltern auf einem Träger erreichen.
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Im
Hinblick auf Kostenerwägungen
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn Silizium als Halbleitermaterial
für den
Träger
verwendet wird.
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Die
Halbleiterschalter lassen sich in einem Halbleitermaterial vorteilhaft
durch Transistoren bilden, insbesondere durch Feldeffekttransistoren.
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Um
dabei sicherzustellen, dass die Leucht- oder Laserdioden bei der
Durchführung
des Alterungsprozesses oder bei der Durchführung der Testmessungen nicht
beschädigt
werden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn vor Durchführung des
Alterungsprozesses und/oder vor Durchführung der Testmessungen zu
den Leucht- oder Laserdioden jeweils eine Schutzdiode parallel geschaltet
wird. Eine Schutzdiode lässt
sich an eine Leucht- bzw. Laserdiode beispielsweise derart anschließen, dass
die Anode der Schutzdiode mit der Kathode der Leucht- bzw. Laserdiode
und die Kathode der Schutzdiode mit der Anode der Leucht- oder Laserdiode
verbunden wird.
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Als
vorteilhaft wird es darüber
hinaus angesehen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren an VCSEL-Lasern
(vertical cavity surface emitting laser) durchgeführt wird;
dabei werden die VCSEL-Laser vorteilhaft zunächst auf einem Silizium-Träger montiert,
der eine elektronische Schaltmatrix aufweist. Die VSEL-Laser werden
dann an diese Schaltmatrix angeschlossen; zur Durchführung des
Alterungsprozesses wird die Schaltmatrix dann so angesteuert, dass
alle VCSEL-Laser gleichzeitig altern. Nach Abschluss des Alterungsprozesses
wird die Schaltmatrix dann so umgeschaltet, dass jeder VCSEL-Laser einzeln
ausgemessen werden kann. Ein ganz wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens
besteht darin, dass die VCSEL-Laser auf dem Silizum-Träger sowohl
gealtert als auch ausgemessen werden können; ein „Umbau" der Messeinrichtung zur Durchführung der
Testmessungen nach dem Alterungsprozess ist also nicht erforderlich,
wodurch eine deutliche Zeit- und Kostenersparnis erreicht wird.
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Zur
Erläuterung
der Erfindung zeigt eine Figur ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltmatrix,
die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingesetzt werden kann.
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Die
Figur zeigt eine Schaltmatrix 10, die vier Anschlüsse aufweist,
nämlich
einen ersten Anschluss P1, einen zweiten Anschluss P2, einen dritten
Anschluss P3 und einen vierten Anschluss P4. Die Schaltmatrix 10 ist
elektrisch in Spalten und Zeilen unterteilt, was nun anhand der
Figur erläutert
werden soll unter Verwendung der Begriffe „Spalten" und „Zeilen".
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Zwischen
dem ersten und dem dritten Anschluss P1, P3 sind Spaltentransistoren
T11, T12, ... in Reihe geschaltet und bilden eine Spalte 20.
Zwischen dem zweiten Anschluss P2 und dem dritten Anschluss P4 sind
weitere Spaltentransistoren T21, T22, ... in Reihe geschaltet und
bilden eine zweite Spalte 30.
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Zwischen
den beiden Spalten 20 und 30 sind Laserarrays 100, 110 und 120 geschaltet.
Jedes Laserarray 100, 110 und 120 weist
jeweils 14 Laserdioden L auf, die jeweils mit einem Schalttransistor
T1, T2, ..., T14 in Reihe geschaltet sind. Die aus Laserdiode L
und Schalttransistor T1, T2... bzw. T14 gebildete Reihenschaltung
ist an die Spalten 20 und 30 angeschlossen.
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Elektrisch
parallel zu der aus Laserdiode L und Schalttransistor gebildeten
Reihenschaltung liegt pro Laserarray jeweils ein „Zeilen-Transistor" T31, T32, ...; die
Zeilen-Transistoren T31, T32 usw. trennen jeweils die Laserarrays 100, 110 und 120 in „Zeilen-Richtung" voneinander.
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Die
Basisanschlüsse
aller Zeilentransistoren T31, T32, ... sind untereinander elektrisch
verbunden und bilden gemeinsam einen Steueranschluss T3 der Schaltmatrix 10.
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Im Übrigen sind
alle Basisanschlüsse
der Schalttransistoren T1 jeweils untereinander verbunden und bilden
somit einen Steueranschluss S1. Das Gleiche gilt entsprechend für die Schalttransistoren T2,
deren Basisanschlüsse
untereinander verbunden sind und gemeinsam einen Steueranschluss
S2 bilden. In entsprechender Weise sind die übrigen Schalttransistoren T3-T14
der Laserarrays untereinander verbunden unter Bildung von Steueranschlüssen S3-S14.
Die Steueranschlüsse
S3 bis S14 sind in der Figur der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt.
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Zum
Schutz der Laserdioden L ist zu diesen jeweils eine Schutzdiode
LS – mit
umgekehrter Polarität – parallel
geschaltet. Die Schutzdiode LS dient dazu, eine Überspannung an der Laserdiode
L in Sperrrichtung zu verhindern.
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Mit
der Schaltmatrix 10 der Figur lassen sich Testmessungen
an den Lasern L durchführen,
wie nun erläutert
werden soll. Dabei sollen die Laser L zunächst einem Alterungsprozess
unterworfen werden. Bei diesem Alterungsprozess werden gleichzeitig
alle Bauelemente eingeschaltet und für eine vorgegebene Zeit mit
Strom beaufschlagt.
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Nach
Abschluss dieses Alterungsprozesses, der auch Burn-in-Prozess genannt wird,
werden dann die einzelnen Laser L jeweils für sich charakterisiert, indem
an die Anschlüsse
P1-P4 die entsprechenden
Testsignale angelegt werden.
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Nachfolgend
soll nun beschrieben werden, wie die Spaltentransistoren und die
Reihentransistoren in der Schaltmatrix 10 angesteuert werden
müssen,
um zum einen den Burn-in- bzw. Alterungsprozess und zum anderen
die eigentlichen Testmessungen zu ermöglichen.
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Zur
Durchführung
des Burn-in-Prozesses werden alle Laserdioden L gleichzeitig von
Strom durchflossen. Um dies zu erreichen, wird an die Anschlüsse P1 und
P4 eine positive Spannung angelegt. Gleichzeitig werden alle Spaltentransistoren T11,
T12, ... der ersten Spalte 20 sowie alle Schalttransistoren
T21, T22, ... der zweiten Spalte 30 ausgeschaltet; die
Zeilentransistoren T31, T32, ... werden über ihren Steueranschluss T3
hingegen eingeschaltet.
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Bei
dieser Beschaltung der Zeilen- und Spaltentransistoren ergibt sich
ein Stromfluss wie folgt: Zunächst
fließt
der Strom von dem ersten Kontakt P1 über das erste Laserarray 100 zur
zweiten Spalte 30. Da nun der in der Figur oberste Transistor
T21 der zweiten Spalte 30 gesperrt ist, fließt der Strom
von der zweiten Spalte 30 über den Zeilentransistor T31 zurück zur ersten
Spalte 20. Von dort aus gelangt er über das zweite Laserarray 110,
d.h. also über
alle Schalttransistoren T1-T14 und die zugehörigen Laserdioden L des zweiten
Laserarrays 110 wieder zur zweiten Spalte 30.
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Da
der Spaltentransistor T22 der zweiten Spalte 30 wiederum
ausgeschaltet ist, muss der Strom von der zweiten Spalte 30 über den
Zeilentransistor T32 wieder zur ersten Spalte 20 fließen, von
wo er über
das Laserarray 120 zurück
zur zweiten Spalte 30 fließt. Zusammengefasst fließt der Strom
also jeweils von der ersten Spalte 20 zur zweiten Spalte 30 über ein
Laserarray und von der zweiten Spalte 30 wieder zurück zur ersten
Spalte 20 über
einen Zeilentransistor; in dieser Weise wird erreicht, dass alle
Laserarrays vom Strom durchflossen werden.
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Der
Stromfluss durch die Laserarrays wird dabei so lange durchgeführt, wie
es der vorgegebene Alterungsprozess erforderlich macht. Nach Abschluss
dieses Alterungsprozesses werden die Laserdioden dann einzeln charakterisiert.
Dies erfordert eine entsprechende Ansteuerung der Spalten- und Zeilentransistoren,
die wie folgt erfolgen muss:
Soll beispielsweise die erste
Laserdiode des ersten Laserarrays 100 ausgemessen werden,
so wird der erste Steueranschluss S1 mit Spannung beaufschlagt,
was zu einem Durchschalten aller Schalttransistoren T1 führt. Die übrigen Schalttransistoren T2
bis T14 sowie die Spaltentransistoren T11, T12, ... der ersten Spalte 20 werden
ausgeschaltet, wodurch ein Stromfluss durch diese Transistoren verhindert wird.
Die Spaltentransistoren T21, T22, ... der zweiten Spalte 30 werden
hingegen eingeschaltet, um einen Stromfluss durch diese Transistoren
zu ermöglichen.
Die Zeilentransistoren T31, T32, ... werden über ihren Steueranschluss T3
in ihrer Gesamtheit ausgeschaltet.
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Aufgrund
dieser Ansteuerung der Spalten- und Zeilentransistoren wird ein
Messstrom vom ersten Anschluss P1 über den durchgeschalteten Transistor
T1 sowie über
die zugeordnete Laserdiode L zur zweiten Spalte 30 fließen. von
dort aus fließt
der Strom über
die durchgeschalteten Spaltentransistoren T21, T22, ... der zweiten
Spalte 30 zum vierten Anschluss P4 der Schaltmatrix 10 ab.
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In
entsprechender Weise können
die übrigen Transistoren
T2-T14 des ersten
Laserarrays 100 ausgemessen werden, indem die entsprechenden Schalttransistoren
T2-T14 aktiviert werden.
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In
entsprechender Weise können
auch die übrigen
Laserdioden L der übrigen
Laserarrays angesteuert werden. Soll beispielsweise die erste Laserdiode
L des zweiten Laserarrays 110 ausgemessen werden, so muss
der erste Steueranschluss S1 mit Spannung beaufschlagt werden, was
zu einem Durchschalten aller Schalttransistoren T1 führt. Außerdem wird
der erste Spaltentransistor T11 der ersten Spalte 20 durchgeschaltet.
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Die übrigen Schalttransistoren
T2 bis T14 sowie die übrigen
Spaltentransistoren T12, ... der ersten Spalte 20 müssen ausgeschaltet
werden. Von den Spaltentransistoren der zweiten Spalte 30 ist
der in der Figur oberste Spaltentransistor T21 auszuschalten, wohingegen
die übrigen
Spaltentransistoren T22, T23, usw. eingeschaltet werden müssen. Dadurch
wird erreicht, dass ein Messstrom vom ersten Anschluss P1 über den
durchgeschalteten Spaltentransistor T11 und den Schalttransistor
T1 durch die erste Laserdiode L des zweiten Laserarrays 110 fließen und
die zweite Spalte 30 der Schaltmatrix erreichen kann. Von
dort aus gelangt der Mess- bzw. Teststrom
dann zu dem vierten Anschluss P4 der Schaltmatrix 10.
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Abschließend soll
nun noch erläutert
werden, wie beispielsweise die 14. Laserdiode des zweiten Laserarrays 110 ausgemessen
werden kann. Hierzu werden zunächst
alle Schalttransistoren T14 der Laserarrays über ihren gemeinsamen Steueranschluss
S14, der in der Figur der Übersichtlichkeit halber
nicht dargestellt ist, eingeschaltet. Die übrigen Schalttransistoren T1,
T2, ..., T13 müssen
ausgeschaltet sein. Die übrige
Beschaltung der Spalten- und Zeilentransistoren ist genauso, wie
sie im Zusammenhang mit der Messung an dem ersten Transistor des
zweiten Laserarrays 110 beschrieben worden ist.
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Es
lässt sich
mit der Schaltmatrix 10 gemäß der Figur also erreichen,
dass jeder Laser L eines jeden Laserarrays einzeln angesteuert werden
kann.
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Außerdem ist
es möglich,
die Schaltmatrix 10 derart anzusteuern, dass für einen
Alterungsprozess bzw. Burn-in-Prozess
alle Laserdioden L gleichzeitig mit Strom beaufschlagt werden können.
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- 10
- Schaltmatrix
- 20
- Erste
Spalte
- 30
- Zweite
Spalte
- 100
- Erstes
Laserarray
- 110
- Zweites
Laserarray
- 120
- Drittes
Laserarray
- L
- Diode
- LS
- Schutzdiode
- P1
- Anschluss
der Schaltmatrix
- P2
- Anschluss
der Schaltmatrix
- P3
- Anschluss
der Schaltmatrix
- P4
- Anschluss
der Schaltmatrix
- S1
- Steueranschluss
- S2
- Steueranschluss
- T3
- Steueranschluss
- T11
- Spaltentransistor
der ersten Spalte
- T12
- Spaltentransistor
der ersten Spalte
- T21
- Spaltentransistor
der zweiten Spalte
- T22
- Spaltentransistor
der zweiten Spalte
- T1
- Schalttransistoren
- T2
- Schalttransistoren
- T14
- Schalttransistoren
- T31
- Zeilentransistor
- T32
- Zeilentransistor