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Die
Erfindung betrifft ein Prüfverfahren
zum Erfassen eines temperaturabhängigen
Betriebsparameters eines elektronischen Bauelementes nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Prüfvorrichtung
zum Ausführen
des Prüfverfahrens.
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Im
Folgenden wird unter dem Begriff des elektronischen Bauelementes
sowohl ein einzelnes elektronisches Element in einer Schaltung,
beispielsweise eine Diode, ein Transistor, ein Widerstand und dergleichen
Schaltungselement, als auch ein aus einer Gesamtheit von integrierten
einzelnen Schaltungselementen aufgebautes Element, beispielsweise
ein auf einem Chip angeordneter integrierter Schaltkreis, verstanden.
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Bei
zahlreichen technischen Anwendungen, in denen elektronische Schaltungen,
insbesondere Halbleiterschaltungen, eingesetzt werden, muss die Einhaltung
bestimmter Werte bzw. Wertebereiche einer Reihe von elektronischen
Betriebsparametern der eingesetzten elektronischen Bauelemente über einen
größeren Temperaturbereich
gewährleistet sein,
um einen störungsfreien
Betrieb der Schaltungen und Geräte
sicherzustellen. Damit ist eine qualitätssichernde Überprüfung der
elektronischen Bauelemente, insbesondere in Hinblick auf deren Temperaturstabilität, notwendig.
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In
der Regel ist jedoch ein fertigungsbegleitender Test der Bauelemente
unter den während
des Betriebs zu erwartenden und teilweise beträchtlich über der Raumtemperatur liegenden
Umgebungstemperaturen nicht möglich,
so dass deren Eigenschaften vor allem bei hohen Umgebungstemperaturen
durch stichprobenartige Messungen ermittelt werden müssen. Eine
serienmäßige Überwachung der
Hochtemperatureigenschaften der Bauelemen te ist bislang nur indirekt
durch Messungen bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur,
möglich.
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Zum
Sicherstellen der geforderten Qualitätsziele bei der Fertigung der
Bauelemente muss somit eine entsprechende Redundanz während der
Qualitätstests
vorgesehen werden, wobei eine hohe Restunsicherheit in Hinblick
auf die Betriebssicherheit der elektronischen Bauelemente bei den
tatsächlichen
Betriebstemperaturen bleibt. Dies ist insbesondere bei Halbleiterelementen
im hohen Leistungsbereich, der mit zum Teil beträchtlichen Betriebstemperaturen
verbunden ist, sehr nachteilig.
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Es
besteht somit die Aufgabe, ein Prüfverfahren anzugeben, das in
einfacher Weise eine Überprüfung von
Betriebsparametern elektronischer Bauelemente bei den zu erwartenden
Betriebstemperaturen ermöglicht
und im Rahmen eines seriellen Fertigungsprozesses einzusetzen ist.
Weiterhin ist eine Prüfvorrichtung
zum Ausführen
des Prüfverfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrensaspekts durch ein Prüfverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Vorrichtungsaspektes
durch eine Prüfvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche enthalten
vorteilhafte bzw. zweckmäßige Ausgestaltungen
und Erweiterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß wird das
elektronische Bauelement direkt mit elektrischer Energie beaufschlagt
und durch eine dabei entstehende Verlustleistung auf eine zu erwartende
Betriebstemperatur erwärmt
und nachfolgend ein temperaturabhängiger Betriebsparameter gemessen.
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Der
Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens
nutzt den Umstand, dass das temperaturabhängige Verhalten vieler elektronischer
Bauelemente nur durch die im Inneren des Bauele ments tatsächlich vorliegende
Temperatur und kaum durch die Umgebungstemperatur des Bauelements
bzw. einer Schaltung oder einer Leiterplatte bestimmt wird. Diese
innere Temperatur wird durch die im elektronischen Bauelement erzeugte
und in Wärme
umgesetzte Verlustleistung bestimmt und hängt zudem von der vorliegenden
Umgebungstemperatur ab. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die durch
eine Verlustleistung in dem elektronischen Bauelement erzeugte innere
Erwärmung,
um das zu prüfende Bauelement
auf die zu erwartende Betriebstemperatur zu erwärmen. Anschließend wird
ein den Betriebszustand des Bauelementes charakterisierender Betriebsparameter
vermessen. Das Verfahren ist für Raumtemperatur
geeignet.
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Das
Verfahren eignet sich speziell für
Bauelemente, Schaltungen mit hoher Eigenerwärmung, die im normalen Betriebsfall
im Pulsbetrieb arbeiten (z.B. Leistungsverstärker im Mobilfunk).
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform des
Prüfverfahrens
wird daher das elektronische Bauelement in einem Pulsbetrieb durch
Anlegen mindestens eines die Temperatur des Bauelementes auf die
zu erwartende Betriebstemperatur steigernden Testpulses erwärmt. Dieser
weist eine gemäss
der durch die thermodynamischen Eigenschaften des Bauelementes festgelegten
Zeitkonstanten für
dessen Erwärmung
ausreichende Zeitdauer auf.
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Der
Pulsbetrieb weist insbesondere ein auf die zu erwartende Betriebstemperatur
des Bauelementes abgestimmtes Puls-Pause-Verhältnis
auf. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass die thermischen Konstanten
eines elektronischen Bauelementes, insbesondere dessen Wärmekapazität, zu charakteristischen
Zeitkonstanten in der zeitabhängigen Erwärmung des
Bauelementes führen.
Eine davon abhängige
Länge eines
an das elektronische Bauelement angelegten Pulses in Verbindung
mit einem Zeitintervall für
die nachfolgende Messung der Betriebsparameter des elektronischen
Bauelementes stellt somit sicher, dass eine ausreichende innere
Erwärmung
des elektronischen Bauelementes bis auf die zu erwartende Betriebstemperatur
si chergestellt wird. Der Testimpuls ist insbesondere länger als
der im normalen Betrieb auftretende Regelpuls (Burst), um eine höhere Temperatur
des Halbleiters (Sperrschicht...) unter Fabriktestbedingungen zu
erreichen.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung des Prüfverfahrens wird die beschriebene
Erwärmung
und Vermessung des elektronischen Bauelements auf jedes in einer
Vielzahl innerhalb einer Fertigungslinie erzeugter Bauelemente angewendet.
Das Prüfverfahren
testet somit nacheinander jedes in einer Fertigungslinie hindurchlaufende
elektronische Bauelement. Die nach dem Stand der Technik üblichen Stichprobenmessungen
der gefertigten elektronischen Bauelemente entfallen vollständig und
werden durch eine lückenlose
Prüfung
jedes einzelnen elektronischen Bauelementes ersetzt.
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Zweckmäßigerweise
weist das Prüfverfahren
den nachfolgend beschriebenen Verfahrensablauf auf.
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In
einem ersten Verfahrensschritt wird das elektronische Bauelement
einer Prüfvorrichtung
zugeführt.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Kontaktieren des
elektronischen Bauelementes in einer Elektrodenanordnung. Im Anschluss
daran wird ein die innere Erwärmung
des elektronischen Bauelementes bewirkender elektrischer Strom,
insbesondere ein Testpuls über
die Elektrodenanordnung an das elektronische Bauelement angelegt.
Danach wird ein den Betriebszustand des elektronischen Bauelementes
charakterisierender Prüfparameter gemessen.
Das elektronische Bauelement wird dann dekontaktiert und schließlich in
einem letzten Schritt aus der Prüfvorrichtung
entnommen.
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Zweckmäßigerweise
kann in Verbindung mit dem Entnehmen des elektronischen Bauelementes eine
Klassifizierung des geprüften
Bauelementes, insbesondere ein Aussortieren eines schadhaften elektronischen
Bauelementes, nach den gemessenen Prüfparametern zugeordneten Qualitätskriterien ausgeführt werden.
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Der
Prüfvorgang
wird somit um eine Qualitätsselektion über die
Gesamtheit der geprüften
elektronischen Bauelemente ergänzt.
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Zweckmäßigerweise
kann in einem ersten Anwendungsbeispiel das beschriebene Prüfverfahren
zum Ermitteln einer möglichen
Maximalleistung eines Leistungsverstärkers angewendet werden. Der Leistungsverstärker, insbesondere
dessen zentraler Schaltkreis, wird entsprechend den beschriebenen Verfahrensschritten
mit einem Testpuls erwärmt,
und im Anschluss werden die den Leistungsverstärker kennzeichnenden Betriebsparameter
gemessen.
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Weiterhin
können
in einem weiteren Anwendungsbeispiel das beschriebene Prüfverfahren
und die beschriebene Prüfvorrichtung
zu einer selektiven Auswahl mehrstufiger Leistungsverstärker mit
bei Einzelexemplaren bei geringen Leistungen unterschiedlich von
der Temperatur abhängigen
Leistungsabgaben angewendet werden. Mit dieser Anwendung wird eine
Möglichkeit
geschaffen, die Funktionsfähigkeit
mehrstufiger Leistungsverstärker
unter den Bedingungen einer Betriebstemperatur zu beurteilen. Um
Bauteile zu sparen, wird angestrebt, die Leistungsregelung durch
ein gestelltes System zu ersetzen. Dazu ist die Kenntnis des Temperaturverhaltens,
insbesondere bei kleinen Leistungen (Exemplarstreuungen) notwendig.
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Eine
Prüfvorrichtung
zum Ausführen
des Prüfverfahrens
weist einen Messplatz mit einer zugeordneten Energiebeaufschlagungseinrichtung
und einer Parametermesseinrichtung und weiterhin eine die elektronischen
Bauelemente dem Messplatz zuführenden
und abführenden
Transporteinrichtung und eine den Betrieb der Prüfvorrichtung steuernde Steuereinheit
auf. Die Prüfvorrichtung
ist somit für
ein selbsttätiges
Zuführen
elektronischer Bauelemente zu dem Messplatz und einem selbsttätigen Entnehmen
der elektronischen Bauelemente von dem Messplatz ausgeführt, wobei
die Steuerung und Überwachung
des Betriebs der Prüfvorrichtung
von der Steuereinheit ausgeführt
wird.
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In
dem Messplatz ist mindestens eine das elektronische Bauelement beim
Eintritt in den Messplatz selbsttätig kontaktierende Elektrodenanordnung
vorgesehen, die elektrisch leitend mit der Energiebeaufschlagungseinrichtung
verbunden ist. Die Elektrodenanordnung bewirkt eine Fixierung des elektronischen
Bauelements in dem Messplatz und dient dem Anlegen des Testpulses
an das elektronische Bauelement.
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Zusätzlich kann
auf der Entnahmeseite des Messplatzes in der Transporteinrichtung
eine von der Steuereinrichtung geschaltete Sortierweiche angeordnet
sein, die das elektronische Bauelement in Abhängigkeit von einem festgestellten
Prüfergebnis aussondert.
Die von der Prüfvorrichtung
ausgeführte Prüfung des
elektronischen Bauelementes wird somit in vorteilhafter Weise um
eine Selektion des geprüften
Bauelementes ergänzt.
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Das
erfindungsgemäße Prüfverfahren
und die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
sollen nun anhand von Ausführungsbeispielen
unter Verwendung von Figuren näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 ein
vereinfachtes thermisches Ersatzschaltbild für ein durch eine thermische
Verlustleistung erwärmtes
elektronisches Bauelement,
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2 vergleichende
Darstellungen eines Verlustleistungs-Zeit- und eines Temperatur-Zeit-Diagramms
eines elektronischen Bauelementes in einem Burst-Betrieb und während der
Ausführung
des Prüfverfahrens
und
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3 eine
beispielhafte Ausführungsform einer
Prüfvorrichtung,
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4 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Messplatzes.
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1 zeigt
ein thermisches Ersatzschaltbild eines Halbleiterbauelementes zur
Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einer infolge einer elektrischen Verlustleistung Ptot erfolgenden
inneren Erwärmung
des elektronischen Bauelementes auf eine Temperatur T1 stellt sich
bezüglich
einer niedrigeren Umgebungstemperatur T2 ein Temperaturgefälle ein.
Dadurch wird ein Wärmefluss
vom erwärmten
Inneren des Bauelementes zu kühleren Umgebung
hervorgerufen.
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Die
thermischen Eigenschaften des elektronischen Bauelementes, insbesondere
der durch das Material des Bauelementes, bewirkte Wärmetransport
und die innerhalb des Bauelementes hervorgerufene Erwärmung, werden
im wesentlichen durch die thermische Leitfähigkeit und die Wärmekapazität des elektronischen
Bauelementes bestimmt. Diese thermodynamischen Größen hängen lokal
von verschiedenen Strukturen in dem elektronischen Bauelement ab
und können
diesen zugeordnet werden. Im einfachsten Fall sind dies elektrisch
leitende Bereiche bzw. eine diese Bereiche umgebende Isolationsschicht,
wobei der elektrisch leitende Bereich eine andere thermische Leitfähigkeit
bzw. eine andere Wärmekapazität als die
umhüllende
Isolationsschicht aufweist. Derartige Verhältnisse liegen zum Beispiel bei
einem einfachen isolierten Ohmschen Widerstand vor.
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Bei
Halbleiterbauelementen entsprechen die unterschiedlichen thermischen
Strukturen gewissen Übergangs-
bzw. Sperrschichten zwischen unterschiedlich dotierten Bereichen,
die die Betriebseigenschaften des Halbleiterelementes maßgeblich
bestimmen und deren temperaturabhängige elektronische Parameter
zu prüfen
sind.
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Die
thermische Leitfähigkeit
entspricht in dem in 1 gezeigten thermischen Ersatzschaltbild einem,
vornehmlich vom Ort innerhalb des Bauelementes abhängigen thermischen
Wider stand R, der sich als eine Reihenschaltung lokaler einzelner
thermischer Widerstände
R1, R2, ... Rcase beschreiben lässt.
Diese können
jeweils charakteristischen Bereichen des elektronischen Bauelementes
zugeordnet sein. Insbesondere sind dies die erwähnten Übergangsschichten zwischen
unterschiedlich dotierten Halbleiterbereichen bzw. elektrisch leitenden
und elektrisch isolierenden Schichten.
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Die
diesen lokalen Bereichen zugeordnete Wärmekapazität wird in dem thermischen Ersatzschaltbild
in Form von den thermischen Widerständen R1, R2, ... Rcase parallel
geschalteten lokalen thermischen Kapazitäten C1, C2, ... Ccase berücksichtigt,
die in Verbindung mit den thermischen Widerständen jeweils für die jeweiligen
Abschnitte des Halbleiterbauelements thermische charakteristische RC-Glieder
bilden.
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Unter
diesen Bedingungen gleicht sich das Temperaturgefälle zwischen
der Temperatur T1 im Inneren des elektronischen Bauelementes und
der Umgebungstemperatur T2 nach Abschalten des zur Erwärmung führenden
Vorgangs analog zu einem Entladeverhalten eines elektrischen Kondensators mit
einer durch die thermischen Parameter der thermischen RC-Glieder
festgelegten Zeitkonstante aus, wobei sich eine Reihe verschiedener
Temperaturen an den einzelnen thermischen RC-Gliedern einstellen.
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Die
Amplituden bzw. die zeitlichen Längen eines
in Form eines Testpulses angelegten elektrischen Stromflusses bzw.
einer elektrischen Spannung können
so gewählt
werden, dass die Temperaturen an den einzelnen thermischen RC-Gliedern und
insbesondere die Temperatur Tcase an dem durch Rcase und Ccase gekennzeichneten
thermischen RC-Glied hinreichend lange in einem gewissen, der zu
erwartenden Betriebstemperatur des elektronischen Bauelementes entsprechenden
Temperatur verbleiben. Während
dieses Zeitintervalls können
die elektronischen Parameter des den Betriebszustand des Bauelementes
kennzeichnenden lokalen Bereichs quasi unter einer Betriebstemperatur
vermessen und geprüft
werden.
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In
diesem Fall kann mit hinreichender Sicherheit davon ausgegangen
werden, dass die elektronischen Parameter des Bauelements, beispielsweise Ladungsträger- und
Störstellenkonzentrationen
in den betreffenden, durch Rcase und Ccase gekennzeichneten Bereichen
der Übergangs-
und Sperrschichten und die damit zusammenhängenden Durchbruchspannungen
und Strom-Spannungskennlinien
und somit dessen temperaturabhängige elektronische
Eigenschaften den unter Einsatzbedingungen vorliegenden Betriebsparametern
entsprechen.
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2 zeigt
einen beispielhaften Verlauf der zeitabhängigen Verlustleistung eines
Leistungsverstärkers,
insbesondere eines die Betriebseigenschaften des Leistungsverstärkers bestimmenden,
in 1 mit einem Rcase bzw. einem Ccase charakterisierten
Halbleiterchips, bei einem regulären
Burstbetrieb unter Einsatzbedingungen in Form eines Kurvenverlaufs
A im Vergleich mit einem Kurvenverlauf B. Letzterer zeigt den zeitlichen
Verlauf einer Verlustleistung unter Prüfbedingungen, bei denen der
Leistungsverstärker
mit dem vorher erwähnten
Testpuls erwärmt
wurde.
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Weiterhin
zeigt 2 in dem darunter angeordneten Diagramm einen
mit der durch den Leistungsverstärker
abgegebenen Verlustleistung zusammenhängenden zeitlichen Temperaturverlauf des
Halbleiterchips. Dieser Temperaturverlauf entspricht der in 1 mit
Tcase bezeichneten Temperatur.
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In
dem Temperatur-Zeit-Diagramm entspricht der Kurvenverlauf C einer
Temperaturentwicklung, die sich bei einem regulären Burstbetrieb unter Einsatzbedingungen
einstellt. Der Kurvenverlauf D ergibt sich durch das Anlegen des
vorhergehend beschriebenen Testpulses.
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Aus
Gründen
der besseren Unterscheidbarkeit sind die beiden Kurvenverlaufe A,
B bzw. C, D in Ordinatenrichtung parallel zueinander willkürlich verschoben.
Es ist jedoch ersichtlich, dass innerhalb eines in beiden Diagrammen
als "Prüfzeit" bezeichneten Zeitintervalls
sowohl die Verlustleistungen des Halbleiterchips unter den Einsatzbedingungen
des regulären
Burstbetriebs, und unter den Prüfbedingungen
des Testpulses übereinstimmen.
Die gleiche Übereinstimmung
zeigt auch die auf dem Halbleiterchip gemessene Temperatur Tcase
anhand der Kurvenverläufe
C und D. Gemäß der in
Verbindung mit 1 erfolgten Beschreibung stimmen
somit in diesem zeitlichen Intervall die elektronischen Eigenschaften
des Halbleiterchips während
des Prüfvorgangs
mit den unter Einsatzbedingungen zu erwartenden Eigenschaften überein.
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3 zeigt
in Verbindung mit 4 eine beispielhafte Ausführungsform
einer Prüfvorrichtung. Diese
weist einen Messplatz 10 auf, dem als beispielhafte Energiebeaufschlagungseinrichtung
eine Testpuls-Erzeugungseinrichtung 20 und eine Parametermesseinrichtung 30 zugeordnet
sind. Der Messplatz 10 weist im wesentlichen einen sich
in vertikaler Richtung bewegenden Kontaktierungsrahmen 11 in Verbindung
mit einer Probenhalterung 12 auf.
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Aufeinander
folgende einzelne elektronische Bauelemente 40 werden im
wesentlichen kontinuierlich mittels einer Transporteinrichtung 50 von
links kommend dem Messplatz zugeführt und auf der rechten Seite
des Messplatzes entnommen. Der Entnahmeabschnitt der Transporteinrichtung 50 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
in einen ersten Transportweg 51 und einen zweiten Transportweg 52 geteilt, die
jeweils eine erste Teilmenge 53 geprüfter elektronischer Bauelemente 40 bzw.
eine zweite Teilmenge 54 geprüfter elektronischer Bauelemente 40 abführen.
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Als
Transporteinrichtung 50 können an sich beliebige Fördereinrichtungen,
insbesondere Transportbänder,
Wagenketten, Förderschnecken
und dergleichen Vorrichtungen verwendet werden, die einen ausreichend
präzisen,
vereinzelnden und ord nenden Transport der elektronischen Bauelemente 40 ermöglichen.
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In
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Transporteinrichtung 50 durch
ein hier schematisch angedeutetes Förderband gebildet, das durch
eine schematisch angedeutete Antriebseinrichtung 55 bewegt
wird. Die konkrete Ausführungsform
der Antriebseinrichtung 55 richtet sich nach der jeweiligen
Ausführungsform
der Transporteinrichtung. Zweckmäßigerweise
ist die Antriebseinrichtung 55 jedoch so ausgebildet, dass
die Fördergeschwindigkeit
der Transporteinrichtung von einer Steuereinheit 60 geregelt
werden kann und/oder einen Schrittbetrieb erlaubt.
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Die
Steuereinheit 60 steuert den Betrieb des Messplatzes 10,
der Testpuls-Erzeugungseinrichtung 20 und der Parametermesseinrichtung 30 sowie
die Transportvorgänge
der Transporteinrichtung 50 auf der Zufuhr- und Entnahmeseite
des Messplatzes und damit insbesondere auch den Transport der elektronischen
Bauelemente auf den Transportwegen 51 und 52.
Sie gibt weiterhin Steuersignale an eine dem Messplatz nachgeschaltete
Sortierweiche 70 aus, um eine selektive Zuordnung der geprüften elektronischen
Bauelemente auf die Transportwege 51 oder 52 und
damit zu den Teilmengen 53 oder 54 zu bewirken.
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Der
Verfahrensablauf wird nachfolgend beispielhaft anhand eines Prüfvorgangs
an einem in GSM-Netzen verwendeten Halbleiterchip 41 als
Bestandteil eines Leistungsverstärkers
mit Burstbetrieb erläutert.
Durch den GSM-Mobilfunkstandard ist für einen derartigen Leistungsverstärker beispielhaft
ein Burstbetrieb für
eine Pulsdauer von 577 μs
mit einem Puls-Pause-Verhältnis von
1:8 festgelegt. Je nach Ausführungsform
des Leistungsverstärkers
und insbesondere des Chips liegen die dem thermischen Ersatzschaltbild
aus 1 entsprechenden Zeitkonstanten für eine thermische
Erwärmung
des Leistungsverstärkers
im Bereich von einigen Millisekunden.
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Eine
thermische Erwärmung
infolge der Verlustleistung des in dem Leistungsverstärker enthaltenen
Halbleiterchips kann beispielsweise unter diesen Umständen dadurch
erreicht werden, indem dieser einem Testpuls ausgesetzt wird, der
mit einem größer als
1:8 ausgeführten
Puls-Pause-Verhältnis
an den Halbleiterchip angelegt wird. Dies kann beispielsweise in
dem in 4 gezeigten Messplatz erfolgen. Der Halbleiterchip 41 wird
durch die Transporteinrichtung in den Messplatz eingeführt und
nachfolgend durch eine vertikale Abwärtsbewegung des Kontaktierungsrahmens 11 in
der Probenauflage 12 verankert. Über zweckmäßig über den Umfang des Kontaktierungsrahmens 11 verteilte
Kontaktierungsstellen wird der Halbleiterchip mit dem Testpuls beaufschlagt, wobei
die innere Erwärmung
des Halbleiterchips bewirkt wird.
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Nachfolgend
werden die elektronischen Parameter des Halbleiterchips 41 ebenfalls
unter Verwendung des Kontaktierungsrahmens 11 vermessen.
Dazu trennt die Steuereinheit 60 die Testpuls-Erzeugungseinrichtung 20 von
dem Kontaktierungsrahmen 11 nach dem zeitlichen Verstreichen
des Testpulses und verbindet den Kontaktierungsrahmen 11 mit
der Parameter-Messeinrichtung 30.
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Diese
führt eine
Messung der relevanten elektronischen Parameter des Halbleiterchips
während
der in 2 bezeichneten Prüfzeit aus, indem beispielsweise über eine
Reihe erster Kontaktierungen des Kontaktierungsrahmens 11 eine
erste elektrische Signalfolge auf die entsprechenden Eingangsanschlüsse des
Halbleiterchips 41 eingegeben und eine zweite durch den
Halbleiterchip 41 veränderte
Signalfolge über
Ausgangsanschlüsse
des Halbleiterchips und entsprechende zweite Kontaktierungen des
Kontaktierungsrahmens ausgelesen wird. Die eingegebene bzw. veränderte Signalfolge können anschließend durch
die Parametermesseinrichtung 30 insbesondere durch einen
zwischen beiden Signalen ermittelten Verstärkungsfaktor verglichen werden,
der die Qualität
des Halbleiterchips charakterisiert.
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In
Verbindung damit ist eine Ermittlung einer Maximalleistung der Leistungsverstärkung oder
eine Beurteilung der zu erwartenden Leistungsabgaben mehrstufiger
Leistungsverstärker
bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen des geprüften Halbleiterchips
auf unterschiedliche Weise möglich.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
des Prüfverfahrens
werden innerhalb der durch die 2 definierten
Prüfzeit
durch die Parametermesseinrichtung zeitlich aufeinander folgende
Eingangssignale mit jeweils zunehmender Amplitude an den Halbleiterchip
angelegt und die am Ausgang des Halbleiterchips anliegenden verstärkten Prüfsignale
registriert. Die dabei erzielten Verstärkungsverhältnisse zwischen Prüf- und Ausgangssignal
werden hinsichtlich der Linearität
zwischen der Amplitude des Prüfsignals
am Eingang des Halbleiterchips und der Amplitude des Prüfsignals
am Ausgang des Halbleiterchips beurteilt.
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Weiterhin
können
auch die von der Testpuls-Erzeugungseinrichtung generierten Testpulse
in ihrer Amplitude bzw. Dauer verändert und in Verbindung damit
die innere Erwärmung
des geprüften Halbleiterchips 41 gesteigert
werden. Der durch diese gesteigerte Erwärmung resultierende Einfluss
auf die Parametermesssignale kann somit durch die Parametermesseinrichtung
festgestellt werden.
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Bei
dieser Variante können
beispielsweise zwei oder mehrere Prüfzyklen ausgeführt werden, bei
denen jeweils ein erster, durch eine erste Amplitude und eine erste
Dauer charakterisierter Testpuls über den Kontaktierungsrahmen 11 an
den Halbleiterchip 41 angelegt und nachfolgend die elektronischen
Parameter des Halbleiterchips wie beschrieben vermessen werden.
Anschließend
wird dann ein weiterer Testpuls mit einer höheren Amplitude und/oder einer
längeren
Zeitdauer an den Halbleiterchip angelegt und der Halbleiterchip 41 erneut
vermessen.
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Da
die Länge
des Testpulses im allgemeinen im Bereich von einigen Millisekunden
liegt und die Prüfzeit
gemäß 2 für gewöhnlich in
etwa die gleiche Dauer aufweist, führen auch zahlreiche, aufeinander
folgende Prüfzyklen
zu einer maximalen Gesamtzeit von weniger als 100 ms und verlängern die Gesamtdauer
des Prüfprozesses
nur in einem durchaus vertretbaren Maß.
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Es
versteht sich, dass die Veränderung
des angelegten Testpulses mit der beschriebenen Veränderung
des Parametermesssignals in geeigneter Weise kombiniert werden kann,
wobei sich dadurch die Möglichkeit
zu einer "zweidimensionalen" Kategorisierung
der geprüften
Halbleiterchips 41 hinsichtlich einer Temperaturstabilität und einer
bei einer vorliegenden Temperatur gegebenen maximalen Leistungsverstärkung ergibt.
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Nach
Abschluss des Prüfvorgangs
wird der Kontaktierungsrahmen 11 vertikal abgehoben und der
Halbleiterchip 41 aus der Probenablage 12 freigegeben.
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Die
Gestaltung des Testpulses und der in Verbindung mit der elektronischen
Parametermessung ausgeführten
Messzyklen, insbesondere die zeitliche Länge und Amplitude des Testpulses
und die Art und Weise der an dem elektronischen Bauelement ausgeführten Messung,
wird durch die Steuereinheit 60 vorgegeben. Es ist einsichtig,
dass die Steuereinheit 60 eine Reihe von Mitteln aufweisen kann,
um die Messzyklen in einer für
die zu prüfenden
elektronischen Bauelemente geeigneten Weise abzuändern. So können beispielsweise Testpuls-
und Parametermessprogramme für
Ohmsche Widerstände,
Transistoren, Dioden, weitere Arten von Halbleiterchips und integrierten
Schaltungen und dergleichen elektronische Bauelemente vorab in der
Steuereinheit gespeichert sein. Diese Testpuls- und Parametermessprogramme
ermöglichen
eine flexible Anpassung der Betriebsweise der Prüfvorrichtung auf die jeweils
zu prüfenden
elektronischen Bauelemente.
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Die
Werte der gemessenen elektronischen Parameter werden von der Parametermesseinrichtung 30 an
die Steuereinheit 60 übermittelt
und dort mit gespeicherten Sollwerten, beispielsweise vorgegebenen
Verstärkungsfaktoren,
Ohmschen Widerstandswerten, Spannungs- oder Stromstärkewerten bzw.
Kennlinienformen und dergleichen Sollwerte verglichen. Die Steuereinheit 60 kann
zu diesem Zweck in einer Sollwertdatenbank die für die Art des jeweils geprüften elektronischen
Bauteils vorgegebenen Parameter als eine vorab gegebene Sollwertmenge
enthalten.
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Im
Ergebnis des Vergleichs zwischen den gemessenen Parametern des geprüften Bauelements
und den vorgegebenen Sollwerten gibt die Steuereinheit 60 ein
Schaltsignal an die Sortierweiche 70 aus, die aufgrund
dieses Signals das geprüfte Bauelement
auf eine der beiden Transportwege 51 bzw. 52 leitet
und somit eine Auswahl der geprüften Bauelemente
in Abhängigkeit
vom ermittelten Prüfergebnis
und eine Zuordnung der elektronischen Bauelemente zu einer der Teilmengen 53 oder 54 vornimmt.
So kann beispielsweise ein erster geprüfter Halbleiterchip aufgrund
eines unter einem vorgegebenen Sollwert liegenden Verstärkungsfaktors
der Teilmenge 54 als ein elektronisches Bauelement mit dem
Qualitätsmerkmal "fehlerhaft" zugewiesen werden
und durch den Transportweg 52 ausgesondert werden.
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Es
ist zu erwähnen,
dass die Auswahlkriterien für
den in der Steuereinheit ausgeführten Soll/Ist-Vergleich
zwischen gemessenen Bauelementeparametern und vorgegebenen Sollparametern
in jeder gewünschten
Weise, insbesondere in Verbindung mit der vorhergehend erwähnten zweidimensionalen
Beurteilung des elektronischen Bauelementes, abgestuft sein können. So
kann jede beliebige Qualitätsabstufung,
beispielsweise in ein elektronisches Bauelement mit dem Qualitätsmerkmal
einer ersten, zweiten oder dritten Wahl verwirklicht werden. In
diesem Fall ist die Sortierweiche zum Beschicken einer entsprechend
erweiterten Anzahl nachgeschalteter Transportwege ausgeführt.
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Die
Steuereinheit 60 kann über
einen steuernden Zugriff auf die Antriebseinrichtungen 55 der zu-
bzw. abführenden
Abschnitte der Transporteinrichtung 50 die Fördergeschwindigkeit
der elektronischen Bauelemente festlegen, somit flexibel auf einen
veränderten
Durchsatz der Prüfvorrichtung
reagieren und einen Stau der elektronischen Bauelemente bzw. einen
unnötigen
Leerlauf der Prüfvorrichtung
durch ein Abschalten oder Verändern
der Fördergeschwindigkeit
verhindern. Dazu können
an weitgehend beliebiger Stelle innerhalb der Prüfvorrichtung Zähleinrichtungen
oder vergleichbare, die Menge der durch die Prüfvorrichtung laufenden elektronischen
Bauelemente registrierende Sensoren vorgesehen sein, die entsprechende
Meldungen über
den momentanen Durchsatz der Prüfvorrichtung
an der zuführenden
bzw. der Entnahmeseite des Messplatzes 10 an die Steuereinheit 60 übermitteln.
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Bei
einem weiteren Anwendungsbeispiel kann das beschriebene Prüfverfahren
zum Realisieren einer Softwareleistungsregelung in einem mobilen
Endgerät
genutzt werden. Hierbei wird die vorhergehend beschrieben Apparatur
der Prüfvorrichtung durch
ein in dem mobilen Endgerät
installiertes Prüfprogramm
ersetzt.
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Das
Prüfprogramm
erzeugt bei diesem Ausführungsbeispiel
in vorab festgelegten zeitlichen Abständen oder infolge eines als
ein Defektzustand definierten Betriebszustandes des mobilen Endgerätes, beispielsweise
einer fehlenden Antwort auf ein wiederholtes Senden eines GSM-Einbuchungssignals oder
einer als unangemessen hoch beurteilten Entladungsrate des internen
Akkumulators des Endgerätes,
einen Prüfpuls,
der eine entsprechend der 1 und 2 erfolgende
innere Erwärmung
eines in dem mobilen Endgerät
angeordneten elektronischen Bauelements bewirkt. Die kann beispielsweise
ein innerhalb eines Verstärkerschaltkreises
in der Sende/Empfangskomponente des Endgerätes oder in der Spannungsregelung
der Akkumulatorkomponente lokalisiertes elektronisches Bauelement,
insbesondere ein integrierter Schaltkreis, sein. Die innere Erwärmung des
Bauelementes kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, indem durch
das Prüfprogramm
vorübergehend
eine erhöhte
Sendeleistung der Antennenkomponente eingestellt wird, die zu einer
kurzzeitig erhöhten
Verlustleistung der in der Sende/Empfangskomponente des Endgerätes lokalisierten
Bauelemente führt.
Zum Prüfen
eines der Spannungsversorgung zugeordneten elektronischen Bauelementes
kann beispielsweise der elektrische Widerstandswert eines veränderlichen
Widerstandes oder der durch einen Transistor fließende Stromfluss so
geändert
werden, dass dieser erhöhte
Stromfluss zu einer Erwärmung
des elektronischen Bauelementes führt.
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Ein
nachfolgender, durch das Prüfprogramm erzeugter
Diagnosepuls, der beispielsweise eine festgelegte Datenfolge, insbesondere
ein besonderes Sendesignal, oder ein Signal festgelegter Intensität, sein
kann, wird dann an die das elektronische Bauelement enthaltende
Komponente des Endgerätes
adressiert. Dies wird beispielhaft dadurch ausgeführt, indem
die Prüfsoftware
an die Sende/Empfangskomponente des Endgeräts eine vorab festgelegte Zeichenkette
ausgibt und die ordnungsgemäße Speicherung
der Zeichenkette nach einem Durchlaufen der Sende/Empfangskomponente überprüft.
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Im
Ergebnis einer durch das Prüfprogramm erfolgenden
Beurteilung des veränderten
Diagnosesignals kann die ordnungsgemäße Funktion des mobilen Endgerätes, bzw.
die Widerstandsfähigkeit
der betreffenden Komponente des mobilen Endgeräts gegenüber Belastungen ermittelt werden,
wobei Störungen
und Überlastungen
vermieden oder Fehlerdiagnosen ausgeführt werden können.
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Obwohl
das Prüfverfahren
und die Prüfvorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt wurden, ist zu betonen, dass das Ausführungsbeispiel
nur illustrativen, aber keinen ein schränkenden Charakter trägt. Es können im
Rahmen fachmännischen
Handelns beliebige Erweiterungen, Veränderungen oder Weglassungen
erfolgen, ohne den der Erfindung zugrundeliegenden Grundgedanken zu
verändern.
Für weitere
mögliche
ausgestaltende Merkmale wird auf die Unteransprüche verwiesen.
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- 10
- Messplatz
- 11
- Kontaktierungsrahmen
- 12
- Probenablage
- 20
- Testpuls-Erzeugungseinrichtung
- 30
- Parametermesseinrichtung
- 40
- elektronisches
Bauelement, allgemein
- 41
- beispielhafter
Halbleiterchip
- 50
- Transporteinrichtung
- 51,
52
- Transportweg
- 53,
54
- Teilmenge
geprüfter
elektronischer Bauelemente
- 55
- Antriebseinrichtung
- 60
- Steuereinheit
- 70
- Sortierweiche
- A
- Verlustleistung
bei regulärem
Burstbetrieb
- B
- Verlustleistung
bei Testpuls
- C
- Temperatur
bei regulärem
Burstbetrieb
- D
- Temperatur
bei Testpuls
- R1,
R2
- thermischer
Widerstand
- C1,
C2
- thermische
Kapazität
- T1
- innere,
höhere
Temperatur
- T2
- niedrigere
Umgebungstemperatur
- Tcase
- Temperatur
am elektronisch relevanten Bereich des
-
- Bauelements
- Rcase
- thermischer
Widerstand am elektronisch relevanten
-
- Bereich
des Bauelements
- Ccase
- thermische
Kapazität
am elektronisch relevanten
-
- Bereich
des Bauelements
- Ptot
- in
Wärme umgesetzte
Verlustleistung des Bauele
-
- ments