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Elektronische
Komponenten und Module können
auf Mehrschichtsubstraten angeordnet und mit Hilfe von in das Mehrschichtsubstrat
integrierten Verdrahtungen verschaltet oder sogar in einen Schaltkreis
mit integrierten passiven Komponenten eingebaut werden. Um eine
gute Gesamtausbeute zu erhalten, ist eine Prozesskontrolle jedes
einzelnen der zahlreichen Herstellungsschritts erforderlich.
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Im
Herstellungsprozess werden diese Tests entweder als Einhundertprozenttests,
bei denen jedes einzelne Bauelement beziehungsweise jede einzelne
Position getestet wird, oder in Stichproben durchgeführt. Bei
allen Testverfahren wird die höchstmögliche Ausbeute
natürlich
nur erhalten, wenn 100% der Bauelemente beziehungsweise 100% der Positionen
getestet werden. Wegen des dazu erforderlichen Aufwands wird jedoch
angestrebt, den Testaufwand zu begrenzen und zu optimieren, um die Kosten
des Endprodukts zu reduzieren.
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Bei
Hochfrequenzmodulen, die integrierte HF-Funktionsblöcke wie
beispielsweise Filter, Diplexer, Baluns und andere aufweisen, ist
eine hohe Qualität
schon des dafür
verwendeten keramischen Mehrschichtsubstrats besonders wichtig und
hat einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtperformance des Moduls.
Hinzu kommt, dass solche Module oft mit teuren Komponenten bestückt werden,
die im Falle eines erst am Ende des Herstellungsprozesses erkannten
Substratfehlers ebenfalls zu verwerfen wären.
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Die
häufigsten
Verfahren zum Testen unbestückter
keramischer als Modulsubstrate verwendbarer Panels sind so genannte
Open-Short Tests,
die in der Regel als Widerstandstests, Kapazitätstest oder als Kombination
aus beiden durchgeführt
werden. Auch Impedanzmessungen können
durchgeführt werden.
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Bei
der Durchführung
der Widerstandstests wird ein elektrischer Kontakt zu Anschussflächen auf Ober-
und/oder Unterseite des Panels hergestellt und die Anschlüsse paarweise
vermessen. Dabei wird geprüft,
ob die beiden Anschlussflächen
miteinander verbunden sind oder nicht (open oder short) und welchen
Widerstand die Verbindung aufweist. Herkömmliche kapazitive Messungen
können
als Einpunktmessungen durchgeführt
werden, wobei die Kapazität
zwischen der Anschlussfläche
und Masse als Referenzpotential vermessen wird.
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Nachteile
zeigen diese Tests jedoch bei HF-Modulen, die oft kapazitiv gekoppelte,
innerhalb des Mehrschichtsubstrats angeordnete Elemente und Schaltungsblöcke aufweisen,
die nicht mit diesen einfachen Verbindungstests geprüft werden
können.
Solche Schaltungsblöcke
sind Gleichstrom entkoppelt von den äußeren Anschlussflächen. Daher ist
es möglich,
dass Produktionsfehler im Inneren solcher entkoppelter Funktionsblöcke mit
den gängigen Testverfahren
nicht aufgefunden werden können,
so dass sich deren Untauglichkeit erst am fertigen Produkt herausstellt.
Ebenfalls schwierig zu vermessen sind mit Induktivitäten parallel
geschaltete bzw. überbrückte Kapazitäten. Bei
unbestückten
Panelen tritt zudem das Problem auf, dass die Anschlüsse einzelner
Schaltungsblöcke
auf unterschiedlichen Seiten des Panels angeordnet sind und dass
zur Durchführung
eines Testverfahrens diese auf unterschiedlichen Seiten liegenden
Anschlüsse
gleichzeitig kontaktiert werden müssen, was insbesondere einen Test
mit HF-Testsignalen zumindest erschwert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, Mittel anzugeben, mit denen
die Testbarkeit integrierter Mehrschichtsubstrate und Panele insbesondere
bei HF Tests verbessert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Panel nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung so wie ein Verfahren
zum Testen eines solchen Panels sind weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Es
wird vorgeschlagen, auf oder in dem Panel zumindest eine Verbindungsleitung
vorzusehen, die auftrennbar ausgebildet ist und die zwei Punkte des
oder der Schaltkreise im Panel elektrisch miteinander verbindet.
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Ein
Panel, wie es zur Bestückung
als Modulsubstrat vorgesehen ist, weist einen mehrschichtigen integrierten
Aufbau auf. Dieser umfasst eine Vielzahl von strukturierten Metallisierungsebenen,
die durch dazwischen angeordnete dielektrische Schichten voneinander
getrennt sind. In den Metallisierungsebenen sind passive Schaltungskomponenten
wie Widerstände,
Kapazitäten
und Induktivitäten
realisiert, die miteinander mittels Leiterbahnen und Durchkontaktierungen
zu einem oder mehreren Schaltkreisen verbunden sind. Einzelne Schaltungskomponenten können sich
auch über
mehrere Metallisierungsebenen erstrecken.
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Auf
der Oberseite des Panels sind Kontaktflächen zur Bestückung mit
diskreten passiven oder aktiven Bauelementen vorgesehen, während Anschlussflächen auf
der Unterseite zur späteren
Verschaltung des Moduls dienen, beispielsweise zur Montage des Moduls
in eine Schaltungsumgebung.
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Das
Panel ist großflächig ausgebildet
und umfasst eine Vielzahl von Modulabschnitten, die jeweils einem
der späteren
Module zugeordnet sind. Üblicherweise
werden auf einem Panel gleichartige Modulabschnitte vorgesehen,
die die gleichen Schaltkreise und Anschlussflächen aufweisen. Möglich ist
es jedoch auch, auf einem Panel Modulabschnitte parallel zu erzeugen,
die zu unterschiedlichen Modulen weiterverarbeitet werden. Jeder
Modulabschnitt ist von Sägelinien
begrenzt, entlang derer später
beim Vereinzeln der einzelnen Module bzw. Modulabschnitte aufgetrennt
wird.
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Mit
der Verbindungsleitung wird nun eine elektrische Verbindung zwischen
einem ersten und einem zweiten Testpunkt innerhalb eines Schaltkreises,
zwischen zwei Testpunkten in galvanisch getrennten Schaltungsblöcken oder
zwischen einem Schaltungsblock und einer mit einem Anschluss auf Ober-
oder Unterseite des Panels verbundenen Leitung hergestellt.
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In
einer Variante wird auf dem Panel ein zusätzlicher Testanschluss vorgesehen,
der elektrisch mit einem innen liegenden Testpunkt eines im Panel integrierten
Schaltkreises oder Schaltungsblocks verbunden ist.
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Dieser
Testanschluss kann ausschließlich
für Testzwecke
vorgesehen sein und wird im fertigen Modul nicht als Kontaktfläche zur
Kontaktierung von Bauelementen oder als Anschlussfläche zur
Kontaktierung des Panels in einer Schaltungsumgebung verwendet.
Mithin ist der Testanschluss so ausgestaltet, dass er die elektrische
Funktion des Panels beziehungsweise des aus dem Panel hergestellten
Moduls nicht beeinträchtigt.
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Der
zusätzliche
Testanschluss kann am Panel entweder auf dessen mit Bauelementen
zu bestückender
Oberseite oder auch auf der Unterseite als zusätzliche Anschlussfläche vorgesehen
werden. Entscheidend für
die Auswahl der Seite kann dabei sein, auf welcher der Oberflächen die
für den
Testanschluss erforderliche freie Fläche zur Verfügung steht und
ob innerhalb des Modulabschnitts der nötige Freiraum vorhanden ist,
um den Testanschluss elektrisch mit dem Testpunkt zu verbinden.
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Die
Verbindung des Testanschlusses mit dem Testpunkt gelingt über zusätzliche
Leiterabschnitte, die in der gleichen oder in verschiedenen Metallisierungsebenen
des Panels angeordnet sein können.
Die Leiterabschnitte können
untereinander und/oder mit dem Testanschluss über Durchkontaktierungen verbunden
sein.
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Der
Testanschluss kann auch außerhalb
des mit ihm verbundenen Modulabschnitts angeordnet sein. Auf diese
Weise kann die Verbindung zum Schaltkreis beim Vereinzeln der Modulabschnitte oder
der fertigen Module entlang der Sägelinien durchtrennt werden,
und der Testanschluss belegt keine zusätzliche Moduloberfläche.
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Möglich ist
es auch, den Testanschluss auf der Oberfläche eines benachbarten Modulabschnitts anzuordnen.
Auch in diesem Fall wird die Verbindung des Testanschlusses mit
dem Schaltkreis beim Vereinzeln der Modulabschnitte oder der fertigen
Module durchtrennt.
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Möglich ist
es auch, eine DC Versorgungsleitung, die eine Anschlussfläche auf
der Unterseite des Modulabschnitts direkt mit einer zur späteren Bestückung mit
einem Bauelement vorgesehenen Kontaktfläche auf der Oberseite verbindet, über eine
auftrennbare Verbindungsleitung mit einem Testpunkt zu verbinden.
Auf diese Weise kann eine normale Anschlussfläche als Testanschluss verwendet
werden. Nach Auftrennen der Verbindungsleitung im fertigen Modul
ist dennoch dessen Funktionsfähigkeit
des Moduls gewährleistet.
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Die
Verbindungsleitung ist mit zumindest einem Schaltungsblock verbunden
und verbindet diesen entweder direkt oder indirekt über einen
weiteren Schaltungsblck mit einem auf der Ober- oder Unterseite
angeordneten Anschluss, ausgewählt
aus Testanschluss, Anschlussfläche
und Kontaktfläche.
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Vorzugsweise
werden dabei Schaltungsblöcke
kaskadiert, die gleichartig oder mit der gleichen Fehlerwahrscheinlichkeit
ausgebildet sind. Die auftrennbare Verbindung gewährleistet
dabei, dass die elektrische Verbindung der Schaltblöcke, die
nur zu Testzwecken vorgesehen ist, später gelöst werden kann, um einen ungestörten Betrieb
des späteren. Moduls
zu gewährleisten.
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Die
auftrennbare Verbindungsleitung kann zwei für die Bestückung mit dem einem Bauelement vorgesehene
Kontaktflächen
verbinden und so überbrücken.
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In
allen Fällen
ist es dabei möglich,
alle Schaltungsblöcke
des Modulabschnitts durch einseitige Kontaktierung insbesondere
nur der Anschlussflächen
auf der Unterseite einem elektrischen Testverfahren zugänglich zu
machen. Eine Kontaktierung von zwei Seiten ist nun nicht mehr erforderlich.
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Die
Verbindungsleitung kann zumindest teilweise außerhalb der Modulabschnitte
geführt
sein, so dass sie beim Vereinzeln der Modulabschnitte zu Modulsubstraten
durchtrennt werden kann.
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Die
Verbindungsleitung kann auf der Ober- oder Unterseite des Panels
angeordnet sein. Dort kann sie auch innerhalb eines Modulabschnitts,
also oben oder unten auf der späteren
Modulfläche
verlaufen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Panel
beim elektrischen Testverfahren ausschließlich. von einer Seite, nämlich der
den Verbindungsleitungen gegenüber
liegenden Seite mit einem Prüfkopf
kontaktiert wird.
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Die
Verbindungsleitung kann mit einem Schaltungsblock verbunden sein,
bei einem niederfrequenten Testverfahren eine nur schwache kapazitive
Ankopplung an einen Anschluss aufweist oder der keine galvanische
Verbindung zu einer Anschlussfläche
oder einer Kontaktfläche
aufweist und daher mit einem DC Messverfahren nicht angesprochen
und auch nicht getestet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, für Testzwecke
einen solchen Schaltungsblock mit einem Anschluss auf der Ober- oder
Unterseite zu verbinden und anschließend die Verbindungsleitung
wieder aufzutrennen.
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Es
ist möglich,
dass die Verbindungsleitung zwei Kontaktflächen auf der Oberseite des
Panels elektrisch miteinander verbindet. Insbesondere können dies
zwei Kontaktflächen
sein, die im späteren bestückten Modul
von einem darauf montierten Bauelement überbrückt werden. Auf diese Weise
kann bereits mit einer oberflächlich
aufgebrachten der Verbindungsleitung eine überbrückende Ersatzverschaltung vorgenommen
werden, die ein einseitig kontaktierendes Testverfahren ermöglicht.
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Möglich ist
auch, einen Testpunkt innerhalb eines Schaltkreises über Verbindungsleitungen und/oder
Testanschlüsse
umzukontaktieren und so mit einem anderen als dem im bestückten Modul
vorgesehenen Anschluss zu verbinden. Dies hat Vorteile, wenn ein
ungünstig
gelegener oder von der Fläche
her zu kleiner Anschluss beim Kontaktieren im Testverfahren Probleme
bereitet.
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Auf
dem Panel können
parallel nebeneinander mehrere gleichartige oder auch verschiedenartige
Verbindungsleitungen realisiert sein, die innerhalb oder außerhalb
der Modulabschnitte, oben oder unten auf dem Panel oder auch im
Innern des Panel ausgebildet sind.
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Auf
dem Panel können
alle Modulabschnitte gleichartig und mit den gleichen Verbindungsleitungen
und Testanschlüssen
ausgebildet sein.
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Bei
der Herstellung des Panels können
systematische Fehler auftreten, die sich auf sämtliche auf dem Panel befindlichen
Modulabschnitte auswirken. Zum Erkennen dieser Fehler ist es daher
ausreichend, nur einige ausgewählte
Modulabschnitte auf solche Fehler zu überprüfen.
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Möglich ist
es daher, in einem Panel bei wenigen ausgewählten Modulabschnitten mehr
Verbindungsleitungen vorzusehen als bei den übrigen Modulabschnitten. Auf
dies Weise können
die ausgewählten
Modulabschnitte stellvertretend für die übrigen Modulabschnitte intensiver
getestet werden. Im Extremfall ist es sogar möglich, dass im Panel überhaupt
nur bei wenigen ausgewählten
Modulabschnitten eine Verbindungsleitung vorzusehen. Von der Funktionstüchtigkeit
dieser ausgewählte Modulabschnitte
kann dann auf die Funktionstüchtigkeit
des gesamten Panels geschlossen werden.
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Ausgewählte Modulabschnitte
können gleichmäßig über das
Panel verteilt, oder nur am Rand und/oder in der Mitte des Panels
angeordnet sein.
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Die
Auftrennbarkeit einer oberflächlich
geführten
Verbindungsleitung kann durch ein mechanisches, chemisches oder
thermisches Verfahren gegeben sein. Die Auftrennung kann selektiv
erfolgen, indem ein lokal differenzierendes Werkzeug verwendet wird.
Möglich
ist es auch, mit einer Maske zu arbeiten, die auch auf dem Panel
aufliegen kann und die nicht abzutrennende Strukturen schützt.
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Eine
selektive Auftrennung kann auch mit einem nicht ortsselektiven Verfahren
durch die Auswahl eines Materials für die Verbindungsleitung erfolgen,
welches gegenüber
dem eingesetzten Auftrennverfahren eine höhere Empfindlichkeit aufweist.
Eine solche Selektivität
kann gegenüber
chemischen, mechanischen oder thermischen Verfahren gegebene sein.
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Die
Verbindungsleitung kann aus einem lösbaren oder gegenüber einem
Agens empfindlichen Material bestehen, z. B. aus einem Leitkleber
oder Leitlack. Auch ein Laser kann zum Auftrennen verwendet werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn auch der zusätzliche Testanschluss
außerhalb
der für
das spätere
Modul vorgesehenen Paneloberfläche
und damit außerhalb des
Modulabschnitts vorgesehen wird. Auf diese Weise wird für den Testanschluss
keine zusätzliche Fläche auf
dem Modul beziehungsweise auf dem Modulabschnitt benötigt. Weiter
ist es vorteilhaft, wenn der Testanschluss über eine auftrennbare Verbindungsleitung
mit einem Testpunkt verbunden ist.
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Eine
außerhalb
des Modulabschnitts liegende Verbindungsleitung hat wie ein ebensolcher
Testanschluss den Vorteil, dass er bei der späteren Vereinzelung der Modulabschnitte
abgetrennt und somit am fertigen Modul nicht mehr vorhanden ist.
Auf diese Weise ist es möglich,
den elektrischen Einfluss des Testanschlusses oder der verbleibenden
Reste der aufgetrennten Verbindungsleitung auf die Eigenschaften
des Moduls und insbesondere des HF-Moduls zu minimieren. Damit wird
die Performance des Moduls nicht beeinflusst und die im Modul verbleibenden
zusätzlichen
Testelemente, insbesondere die Reste der elektrischen Verbindung
zwischen dem zusätzlichen
Testanschluss und dem Testpunkt im Schaltkreis können minimiert werden.
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So
ist es auch möglich,
den Testanschluss auf eine beliebige Oberfläche des Panels zu führen, insbesondere
auf die Seite, auf der die übrigen
oder zumindest die Mehrzahl der übrigen,
für das
Testverfahren zu kontaktierenden Anschlüsse angeordnet sind.
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Das
Testverfahren kann dann auch vollständig durch einseitige Kontaktierung
des Panels durchgeführt
werden. Damit wird insbesondere bei HF-Messungen ein Nachteil bekannter
Testverfahren vermieden, bei denen eine Kontaktierung auf der Oberseite
und auf der Unterseite erforderlich ist, so dass zumindest einer
der Prüfköpfe bewegt
werden muss. Eine solche Bewegung kann das Ergebnis des HF-Tests
negativ beeinflussen und zu einer Verfälschung oder größeren Ungenauigkeit
des Testverfahrens führen.
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Der
Testanschluss ist mittels im Modul verbleibender Durchkontaktierungen
und/oder über
Leiterabschnitte innerhalb einer Metallisierungsebene des Panels
mit einem Testpunkt elektrisch direkt oder indirekt über eine
auftrennbare Verbindungsleitung verbunden. Je nach Art des durchzuführenden
Tests kann diese Verbindung galvanisch oder kapazitiv gestaltet
werden. Auch die Verbindungsleitung kann mittels Durchkontaktierungen
und/oder mittels Leiterabschnitten realisiert sein, die innerhalb
einer Metallisierungsebene des Panels angeordnet sind. Die Verbindungsleitung
kann auch durch Durchkontaktierungen verbundene Leiterabschnitten
unterschiedlicher Metallisierungsebenen verbinden.
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Es
ist möglich,
bei ausgewählten
Modulabschnitten innerhalb des Panels die Anzahl der im Test kontaktierten
Anschlüsse
oder auch die Zahl der Testanschlüsse gegenüber den übrigen Modulabschnitten zu
erhöhen.
Wenn kein Hundertprozenttest, also kein Testen jedes einzelnen Modulabschnitts
erforderlich ist, so können
in einer weiteren Vereinfachung des Panels nur ausgewählte Modulabschnitte
mit auftrennbaren Verbindungsleitungen und/oder Testanschlüssen versehen
werden.
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Die
Auswahl solcher ausgewählter
Modulabschnitte kann unter mehreren Gesichtspunkten erfolgen, die
jeweils für
sich Vorteile erbringen. So ist es möglich, ausgewählte Modulabschnitte
an gut zugänglichen
Stellen innerhalb des Panels vorzusehen, insbesondere am Rand des
Panels beziehungsweise an einem oder mehreren außen gelegenen Modulabschnitten.
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Die
ausgewählten
Modulabschnitte können auch
gleichmäßig über das
Panel verteilt sein. So kann bevorzugt ein in der Mitte gelegener
Modulabschnitt mit einem Testanschluss versehen sein.
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Bei
der Herstellung des Panels können
auch systematische Fehler auftreten, die sich auf sämtliche
auf dem Panel befindlichen Modulabschnitte auswirken. Zum Erkennen
dieser Fehler ist es daher ausreichend, nur einige ausgewählte Modulabschnitte
auf solche Fehler zu überprüfen.
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Möglich ist
es jedoch auch, dass das Herstellungsverfahren systembedingt in
bestimmten Flächenbereichen
des Panels eine höhere
Toleranz zeigt, die dementsprechend mit einer höheren Fehlerwahrscheinlichkeit
behaftet ist. Wenn an solchen Stellen gelegene Modulabschnitte im
Testverfahren als fehlerfrei erkannt werden, so ist die Wahrscheinlichkeit
groß,
dass auch die übrigen
in unkritischeren Flächenbereichen
des Panels angeordneten Modulabschnitte fehlerfrei sind. Dementsprechend
kann es vorteilhaft sein, zumindest an solchen Modulabschnitten
auftrennbare Verbindungsleitungen und/oder Testanschlüsse vorzusehen,
die auf dem Panel in einem solchen Bereich erhöhter Toleranz angeordnet sind.
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Die
Testanschlüsse
und auftrennbaren Verbindungsleitungen können an solchen Stellen positioniert
werden, die eine minimale Länge
zusätzlicher Leiterabschnitte
und Durchkontaktierungen erfordern. Möglich ist auch, sämtliche
Schaltungsblöcke über die
Verbindungsleitungen ausschließlich
mit vorhandenen funktionellen Anschlüssen des Modulabschnitts zu
verbinden. Dadurch kann die Anzahl der im Testverfahren anzuschließenden Anschlüsse minimiert
werden.
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Es
ist es sinnvoll, alle zusätzlichen
Leiterbahnen und Durchkontaktierungen für die Verbindungsleitungen
und Testanschlüsse
soweit wie möglich
außerhalb
der Modulabschnitte zu positionieren, so dass deren nach der Auftrennung
im Modul substrat verbleibenden Reste bezüglich ihrer elektrischen Länge und
damit auch bezüglich
ihres elektrisch nachteiligen Einflusses auf die Funktionsweise
des fertigen Moduls minimiert sind.
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Im
Panel ist jeder Modulabschnitt von einer Sägelinie begrenzt, entlang derer
die spätere
Auftrennung der einzelnen Modulabschnitte erfolgt. Vorzugsweise
sind Verbindungsleitung und Testanschluss benachbart zur Sägelinie
aber außerhalb
eines Modulabschnitts angeordnet.
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Dabei
ist es möglich
zwischen zwei benachbarten Modulabschnitten nur eine einzige Sägelinie vorzusehen
und den Testanschluss direkt auf dieser Sägelinie so anzuordnen, dass
er beim Vereinzeln der Modulabschnitte durch einen einzigen Schnitt von
beiden benachbarten Modulabschnitten abgetrennt wird. Dies kann
beispielsweise mit einer entsprechend groß eingestellten Spur- oder
Schnittbreite des Auftrennverfahrens erreicht werden. Zum Auftrennen
kann unter anderem eine Säge
oder ein Laser verwendet werden.
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Vorteilhaft
ist es jedoch, einen zwischen zwei Modulabschnitten angeordneten
Testanschluss mittels zweier Trennschnitte entlang zweier paralleler Sägelinien
abzutrennen und dabei gleichzeitig die Verbindungsleitung aufzutrennen.
Dadurch wird vermieden, dass der Sägeschnitt durch zu viele Metallstrukturen
geführt
werden muss, die den Sägeprozess
erschweren oder das Werkzeug (z. B. ein Sägeblatt) zu schnell verschleißen oder
verschmutzen. Dabei kann es vorteilhaft sein, auf einem solchen Zwischenabschnitt,
der von den Sägelinien
zweier benachbarter Modulabschnitte begrenzt ist, Testanschlüsse für beide
benachbarten Modulabschnitte vorzusehen. Dadurch ist es möglich, die
Anzahl der Zwischen abschnitte und damit die Anzahl der erforderlichen
Sägeschnitte
zu minimieren. Dann können auf
dem Panel Zwischenabschnitte zum Beispiel nach nur jeder zweiten
Reihe von Modulabschnitten vorgesehen werden. Dann ist es auch möglich, auf Zwischenabschnitte
an den senkrecht dazu verlaufenden die Modulabschnitte begrenzenden
Sägelinien
zu verzichten.
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Im
Folgenden wird die Erfindung und das Verfahren zur Durchführung eines
solchen Tests anhand von Ausführungsbeispielen
und der dazugehörigen
Figuren näher
beschrieben. Die Figuren sind dabei rein schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, um
gegebenenfalls Details besser darstellen zu können. Den Figuren können dabei
weder absolute noch relative Maßangaben
entnommen werden.
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Es
zeigen:
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1 einen
Modulabschnitt mit schematischem Schaltkreis und einer Verbindungsleitung,
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2 einen
Modulabschnitt mit schematischem Schaltkreis samt integrierter Schaltblöcke, Verbindungsleitungen
und Testanschlüssen,
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3 eine
Draufsicht auf ein Panel mit Modulabschnitten mit unterschiedlichen
Verbindungsleitungen und Testanschlüssen,
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4 im
schematischen Querschnitt ausschnittsweise ein Panel mit einem Testanschluss
und einer Verbindungsleitung,
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5 ein
Panel im Querschnitt mit einer auftrennbaren Verbindungsleitung,
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6 das
genaue Ersatzschaltbild eines dem Modulabschnitt aus 2 entsprechenden
mit Schaltungkomponenten bestückten
Frontendmoduls.
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1 zeigt
einen Modulabschnitt MA mit schematischem Ersatzschaltbild eines
Schaltkreises, der alleine oder als einer von mehreren ähnlichen oder
unterschiedlichen Schaltungsblöcken
in einem mehrschichtigen Panel, insbesondere einer LTCC-Keramik
(LTCC = low temperature cofired ceramics) integriert sein kann.
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Der
Schaltkreis umfasst einen ersten Schaltungsblock SB1, der in Form
passiver Komponenten im Panel integriert und z. B. aus Kapazitäten C und Induktivitäten L aufgebaut
ist und in der Ausführung als
HF Modul Transmissionsleitungen umfassen kann. Die Komponenten des
Schaltkreis sind aus entsprechend strukturierten Metallisierungsebenen innerhalb
des mehrschichtigen Panels realisiert sind. Mit T1 und T2 sind die
elektrischen Anschlüsse
des Schaltkreises SK bezeichnet, die auf Ober- oder Unterseite des Panels angeordnet
sein können.
Auf dem Panel ist ein auf dieser Stufe noch virtueller Komponentenblock
KB zur späteren
Bestückung
mit diskreten aktiven oder passiven Bauelementen vorgesehen, die
dazu an die als Testpunkte TP1 und TP2 dienenden Kontaktflächen angeschlossen
werden. Mit EL ist eine weiterer Schaltungsblock oder eine Leitung
zum ersten Anschluss bezeichnet.
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Es
zeigt sich, dass Testpunkte TP1 und TP2 des Schaltkreises galvanisch
nicht verbunden sind. In einem Testverfahren müssten daher Anschlüsse sowohl
an die Anschlüsse
T1 und T1 als auch an die Testpunkte TP1 und TP2 angeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß ist daher
eine in der Figur gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung VL
vorgesehen, die die Testpunkte TP1 und TP2 elektrisch leitend verbindet.
Damit können
alle Komponenten des Modulabschnitts MA über die Anschlüsse T1 und
T2 testweise über
die Anschlüsse
T1 und T2 angesprochen bzw. kontaktiert werden.
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Die
Verbindungsleitungen ist auftrennbar, wird nach dem Testen des Panels
aufgetrennt und stört
den bestimmungsgemäßen Normalbetrieb
des späteren
fertigen Moduls nicht.
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2 zeigt
einen (unbestückten)
Modulabschnitt mit integrierten Schaltungsblöcken SB1 und SB2, die z. B.
für ein
WLAN Frontendmodul geeignet sind.
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6 zeigt
ein mögliches
Ersatzschaltbild des späteren
bestückten
Frontendmoduls in schematischer Draufsicht. Im zweiten Schaltungsblock
SB2 sind hier vier Filter angeordnet und kapazitiv oder über Baluns
an Anschlussflächen
angeschlossen. Im ersten Schaltungsblock SB1 ist ein kapazitiv an
Anschlussflächen
angeschlossener Diplexer vorgesehen. Auf den Komponentenblock KB
sind im späteren fertigen
Modul Verstärker
und Schalter montiert. Im Modulabschnitt MA bestehen die zwei Schaltungsblöcke SB1
und SB2 ausschließlich
aus in das Panel bzw. den Modulabschnitt integrierten Schaltungselementen.
Im Komponentenbereich KB sind Komponenten in Form von diskreten
Bauelementen direkt auf der Oberfläche des Modulabschnitts montiert.
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Im
noch unbestückten
Modulabschnitt von 2 sind zwei Testanschlüsse TA,
TA' vorgesehen, die
mit zwei Anschlüssen
des ersten Schaltungsblocks SB1 verbunden sind und z. B. auf der
Oberfläche
des Panels P angeordnet sind.
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Weiter
sind zwei Verbindungsleitungen VL1 und VL2 vorgesehen, die die als
Kontaktflächen
KF3 und KF4 ausgebildeten Anschlüsse
des zweiten Schaltungsblocks SB2 mit den zwei Kontaktflächen KF5
und KF6 des ersten Schaltungsblocks SB1 verbinden und somit kurzschließen. Die
Verbindungsleitungen können
auf der Oberfläche
als auftrennbare Leiterabschnitte oder innerhalb des Panels, aber
außerhalb
des Modulabschnitts und daher auftrennbar ausgebildet sein. Alle
Einheiten des Modulabschnitts MA sind nun elektrisch an Anschlussflächen angebunden
und einem elektrischen Testverfahren von der Unterseite zugänglich.
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3 zeigt
ein Panel P in der Draufsicht, wahlweise auf die Oberseite (wie
dargestellt) oder auf die Unterseite, die ähnlich ausgebildet sein kann. Das
Panel P weist eine Vielzahl von Modulabschnitten MA auf, die im
weiteren Verlauf der Herstellung nach der Bestückung mit aktiven und passiven
diskreten Bauelementen und nach Vereinzelung jeweils einem Modulsubstrat
entsprechen.
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In
jedem Modulabschnitt MA sind daher Schaltkreise integriert und hier
zumindest zum Teil mit den Anschlussflächen AF verbunden. Der Einfachheit
halber sind in der 3 verschiedene Möglichkeiten
parallel dargestellt, wie ein Verbindungsleitungen VL und Testanschlüsse TA auf
dem Panel innerhalb oder außerhalb
des Modulabschnitt angeordnet werden können.
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In
der ersten Reihe R1 von Modulabschnitten ist auf der Oberfläche eine
auftrennbare Verbindungsleitung VL angeordnet, die zwei Kontaktflächen überbrückt.
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In
der zweiten Reihe R2 von Modulabschnitten ist die auftrennbare Verbindungsleitung
VL außerhalb
des Modulabschnitts angeordnet und verbindet über Leiterabschnitte zwei innerhalb
des Panels liegende Testpunkte.
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In
der dritten Reihe R3 ist zusätzlich
zur Verbindungsleitung VL noch ein Testanschluss TAa auf der
Oberfläche
des Panels außerhalb
des Modulabschnitts angeordnet. Dargestellt sind jeweils nur ein Testanschluss
TA und eine Verbindungsleitung pro Modulabschnitt, wobei jeder Modulabschnitt
jedoch eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen und Testanschlüssen umfassen
kann. Wie dargestellt können die übrigen Kontaktflächen und
nicht dargestellten Schaltungsblöcke
der beiden Reihen R2 und R3 zueinander gespiegelt angeordnet sein.
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Zwischen
der dritten Reihe R3 und der vierten Reihe R4 ist ein Zwischenabschnitt
ZA2 angeordnet, der von den beiden zueinander weisenden Sägelinien
der beiden Reihen begrenzt ist. In diesem Zwischenabschnitt ZA2
sind hier Verbindungsleitungen und Testanschlüsse beider Reihen angeordnet
und können
mit entsprechenden Sägeschnitten
beim Vereinzeln zusammen mit dem Zwischenabschnitt ZA2 entfernt
bzw. von den Schaltungsblöcken
getrennt werden. Möglich
ist es dabei, diesen Zwischenabschnitt mit Hilfe eines einzigen
Sägeschritts
von entsprechender Schnittbreite zu entfernen. Möglich ist es jedoch auch, zur
Entfernung des Zwischenabschnitts ZA zwei Sägeschnitte entlang des den
Zwischenabschnitts ZA begrenzenden Sägelinien SL durchzuführen.
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Die
Testanschlüsse
TA sind hier zwischen zwei jeweils Modulabschnitte begrenzenden
Sägelinien
angeordnet, die zwischen sich einen Zwischenabschnitt ZA definieren,
der beim Vereinzelungsprozess ausgeschnitten und verworfen wird.
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In
der fünften
Reihe R5 von Modulabschnitten sind nur ausgewählte Modulabschnitte mit einer Verbindungsleitung
VL5 und/oder einem Testanschluss TA5, TA5' versehen. Diese ausgewählten Modulabschnitte
können
beispielsweise am Rand oder wie dargestellt in den Ecken des Panels
P angeordnet sein.
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In
allen Fällen
gelingt es mit der Verbindungsleitung VL, einen ersten und zumindest
einen zweiten Schaltkreis. SK zu verbinden und insbesondere zu kaskadieren,
wobei einer der Schaltkreise mit einem Anschluss verbunden ist.
Somit können
beim Testverfahren über
einen einzigen Kontakt des Prüfkopfs
mit dem einem Anschluss sämtliche
an diesen angeschlossene Schaltkreis auf elektrische Funktionsfähigkeit
geprüft
werden, die andernfalls über
separate Messungen über
Kontaktierung mit entsprechenden Anschlussflächen oder Kontaktflächen nur unter
erheblichem Mehraufwand durchgeführt
werden könnten.
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Die
in der 3 dargestellten Details zu Anordnung von Reihen
von Modulabschnitten, von Verbindungsleitungen und von Testanschlüssen kann natürlich auch
in anderer Weise miteinander kombiniert werden. Es muss lediglich
sichergestellt werden, dass die Verbindungsleitungen auftrennbar
bleiben und insbesondere in den Zwischenabschnitten ZA angeordnet
werden. Alternativ kann die Verbindung VL auch auf der Ober- oder
Unterseite des Modulanschnitts geführt sein. Dann ist allerdings
ein separater Verfahrensschritt zur Auftrennung dieser Verbindung
erforderlich.
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Ein
weiterer Vorteil der in den Zwischenabschnitten ZA vorgesehenen
Testanschlüsse
TA ist es, dass mit Hilfe des zusätzlichen Sägeschnitts zum Heraustrennen
der Zwischenabschnitte ZA gleichzeitig die Grundfläche der
Modulabschnitte MA reduziert werden kann. Dies ist insbesondere
dann interessant, wenn bei der Panelherstellung ein Multipunching
Tool eingesetzt wird, mit dem eine Vielzahl von Löchern gleichzeitig
in Grünfolien
gestanzt werden kann. Üblicherweise
ist ein solches Multipunching Tool auf die Größe eines Moduls bzw. ein Raster
von nebeneinander angeordneten und über das Panel gleichmäßig verteilten
Modulabschnitten festgelegt und erzeugt in jedem Modulabschnitt
ein Array von für
Durchkontaktierungen vorgesehenen Löchern. Für jede Modulgröße ist daher
im Prinzip ein separates Multipunching Tool erforderlich, was bei
den hohen Kosten dieses Tools einen teilweise erheblichen Kostenbeitrag
am fertigen Produkt ergibt.
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Mit
der Erfindung ist es nun möglich,
ein Multipunching Tool bei der Herstellung des Panels einzusetzen
und pro Modulabschnitt einen Stanzvorgang durchzuführen. Ein
Teil der im Raster des Tools für
jedes Modul vorgegebenen Fläche
kann nun als Zwischenabschnitt genutzt werden, der Löcher umfassen
kann aber nicht muss. Der Zwischenabschnitt wird dann später bei
der Vereinzelung der einzelnen Modulabschnitte entfernt, wobei sich
auch die Grundfläche
des fertigen Moduls gegenüber
dem Raster des Multipunching Tools verkleinert. Es ist dabei möglich, im
vorgegebenen Raster eine beliebige Teilfläche für die Zwischenabschnitte zu
nutzen und diese anschließend
abzutrennen und zu verwerfen, so dass die endgültige Modulgöße bei gegebenem
Raster des Multipunching Tools beliebig kleiner gewählt werden
kann.
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In 4 ist
ein Panel P ausschnittsweise und im schematischen Querschnitt dargestellt.
Im Modulabschnitt MA ist zumindest ein Schaltkreis SK realisiert,
von dem in der 4 nur eine Kapazität C dargestellt
ist, die hier durch zwei einander benachbarte und in unterschiedlichen
Metallisierungsebenen M1, M2 angeordnete Metallflächen realisiert
ist. Der Schaltkreis ist mit Kontaktflächen KF auf der Oberseite und/oder
Anschlussflächen
AF auf der Unterseite (in der Figur nicht explizit dargestellt)
elektrisch leitend verbunden.
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Im
Schaltkreis existieren Strukturen, die im Modulabschnitt MA nur
mit der Oberseite oder nur mit der Unterseite und den dort angeordneten
Anschlüssen
(Kontaktflächen
KF oder Anschlussflächen
AF) verbunden sind, oder die innerhalb des Modulabschnitts MA überhaupt
keine galvanische Verbindung zu einem entsprechenden Anschluss auf
der Oberfläche
des Panels aufweisen.
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Im
Zwischenabschnitt ZA ist daher eine Verbindungsleitung vorgesehen,
die hier zwei Leiterabschnitte LA und eine Durchkontaktierung DK1
umfasst und die zwei metallische Strukturen (hier beispielhaft die
beiden Platten der Kapazität
C), die Teil eines oder mehrerer Schaltungsblöcke im Modulabschnitt sind,
elektrisch leitend verbinden. Über
eine weitere ebenfalls im Zwischenabschnitt ZA angeordnete Durchkontaktierung
DK2 ist die Verbindungsleitung VL hier noch mit einem Testanschluss
TA verbunden, der hier auf der Unterseite des Panels liegt. Bei
einer späteren
Vereinzelung der einzelnen Modulabschnitte MA durch Einschnitte
entlang der Sägelinien
SL können
die Verbindungsleitungen aufgetrennt und die Testanschlüsse TA samt
einem Großteil
ihrer elektrischen Anschlussleitungen zum integrierten Schaltkreis
entfernt werden.
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Beim
Testen des Panels beziehungsweise der Modulabschnitte können nun
elektrische Kontakte mit einem Prüfkopf auf nur einer Seite des
Panel vorgenommen werden. Es ist somit ein Single-Sided Testbetrieb
möglich,
der einfacher und schneller durchzuführen ist als ein Testverfahren,
welches gleichzeitige Kontaktierung von Oberseite und Unterseite
des Panels erfordert. Über
die zumindest eine Verbindungsleitung kann es auch gelingen, die
Anzahl der zum Prüfkopf
herzustellenden Verbindungen zu minimieren.
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5 zeigt
eine weitere Variante, bei der innerhalb eines zwischen zwei Modulabschnitten
MA gelegenen Zwischenabschnitts ZA eine Verbindungsleitung zwischen
zwei Schaltungsstrukturen des Schaltkreises realisiert ist. Diese
elektrische Verbindung kann zwei Leiterabschnitte LA in unterschiedlichen
Metallisierungsebenen umfassen, die wie hier über eine Durchkontaktierung
DK miteinander verbunden sind. Die elektrische Verbindung kann aber
auch durch eine Leiterbahnschlaufe innerhalb einer Metallisierungsebene
realisiert sein. Wichtig ist, dass sie mit Hilfe der Sägelinie
SL beim Vereinzeln durchtrennt werden kann, wobei die beiden verbundenen
Schaltungsstrukturen (hier die Metallflächen der Kapazität C) wieder
galvanisch getrennt werden. Über
die Verbindungsleitung sind beide Platten des Kondensators C mit
einer Anschlussfläche
AF verbunden und können über diese
beim Testen elektrisch angeschlossen werden.
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Ein
Panel mit Schaltungsstrukturen, die in der oben vorgeschlagenen
Weise mit Anschlüssen verbunden
sind, kann nun in einfacher Weise auf elektrische Funktionsfähigkeit
getestet werden. Da mit der Erfindung sämtliche beim Testverfahren
zu kontaktierenden Anschlüsse
auf einer Seite des Panels vorgesehen werden können, ist eine einseitige Verbindung
mit einem elektrischen Prüfkopf
möglich.
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Das
Testverfahren selbst kann dann auf einer beliebigen Stufe des Herstellungsverfahrens durchgeführt werden, üblicherweise
unmittelbar vor dem Bestücken
oder unmittelbar nach dem Herstellen des Panels. Mit den vorgesehenen
Verbindungsleitungen gegebenenfalls in Verbindung mit den Testanschlüssen ist
ein Hundertprozenttest jedes einzelnen Modulabschnitts oder gar
jeder einzelnen Testposition möglich.
Gegenüber
einem bekannten Panel kann es mit erhöhter Prüfsicherheit und insbesondere
mit reduziertem Zeitaufwand getestet werden.
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Die
zusätzlichen
Verbindungsleitungen und Testanschlüsse sind insbesondere bei HF-Modulsubstraten
beziehungsweise diese enthaltenden Panelen vorteilhaft, die bei
herkömmlich
realisierten Anschlüssen
bekannter Panele nur schwer dem Test zugänglich sind und meist auch
kein single-side Testverfahren erlauben.
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Als
Testverfahren können
beispielsweise open-short- oder Widerstandstests, niederfrequente Wechselspannungstestver
fahren unter Messung der Kapazität
oder der Induktivität,
HF-Tests oder Kombinationen
dieser Tests durchgeführt
werden. Auch Impedanzmessungen sowie beliebige andere bekannte oder
denkbare Testverfahren oder Kombinationen mit diesen sind möglich.
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Mit
den vorgeschlagenen Maßnahmen
wird es auch möglich,
nicht funktionsfähige
Schaltkreise in einfacher Weise und schnell zu erkennen, die bei herkömmlich ausgebildeten
Panelen ohne zusätzliche
Testanschlüsse
nur schwer oder nur in zeitaufwändigen
Testverfahren oder gar nicht zu entdecken waren.
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So
wird es auch möglich,
das Panel weitaus gründlicher
und schneller zu testen, als dies bislang vor der Bestückung mit Bauelementen
möglich
war, da die Erfindung es auch ermöglicht, die vor der Bestückung des
Panels noch fehlenden Bauelemente durch leitende Verbindung zu ersetzen
und deren Anschlüsse
daher intermediär
zu überbrücken.
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Beim
Testen ist es auch möglich, über den Prüfkopf und
seine Kontakte weitere aktive und/oder passive Schaltungselemente
mit den angeschlossenen Schaltungsblöcken zu verbinden, so dass
eine Testschaltung aus weiteren (Test-)Schaltungselementen und den
angeschlossenen Schaltungsblöcken
erhalten wird. Mit der Testschaltung Weise können dann bestimmte Effekte
simuliert und die Schaltungsblöcke
dabei auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.
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Nach
der Durchführung
der Testverfahren zum Testen der Schaltkreise kann entweder das
Panel fertig gestellt werden oder das bereits fertige Panel mit
Bauelementen bestückt
werden. Dazwischen kann es noch erforderlich sein, auf der Ober-
oder Unterseite des Panels angeordnete Verbindungen zur intermediären elektrischen Überbrückung von Anschlussflächen oder
Kontaktflächen
wieder aufzutrennen. Diese Auftrennung kann mechanisch, chemisch
oder thermisch erfolgen.
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Zur
mechanischen Auftrennung kann ein entsprechend genau arbeitendes
Werkzeug verwendet werden. Bei unspezifischer mechanischer Auftrennung
können
die übrigen
Anschlüsse
gegebenenfalls durch eine Schablone oder eine Resistmaske abgedeckt
und so geschützt
werden. Eine chemische Auftrennung einer auf dem Panel vorgesehenen
intermediären
Verbindungsleitung gelingt, wenn diese aus einem Material gefertigt
wird, das sich gegenüber
einem Lösungsmittel
oder Agens anders verhält
als die übrigen
Anschlüsse
und Metallisier ungen auf der Oberfläche, so dass Letztere mit diesem Agens nicht
angegriffen werden. Möglich
ist es beispielsweise, die Verbindungsleitung aus einem Leitkleber
zu fertigen. Alternativ kann wieder eine Maske oder Schablone eingesetzt
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, die Verbindungsleitung aus einem oxidierbaren Material zu
fertigen und über
eine chemische Redoxreaktion zu entfernen oder in einen Nichtleiter
zu überführen. Entsprechendes
gilt für
das Entfernen der Verbindung über
eine Säure
oder Base, die ausschließlich das
Material der Verbindungsleitungen angreift.
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Die
Verbindung kann auch thermisch aufgetrennt werden, beispielsweise
durch thermisches Zersetzen. Eine gezielte thermische Einwirkung
kann auch über
einen Laser erfolgen, mit dem hochgenaue Schnitte zum Auftrennen
durchgeführt
werden können.
Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die Verbindungsleitung ausreichend dünn auszuführen und über einen
gezielten Stromimpuls durchzubrennen. Dazu wird an die beiden Anschlüsse, die
die Verbindung überbrückt, eine
entsprechende Spannung angelegt.
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Möglich ist
es jedoch auch, auf der Oberfläche
des Panels beliebige auch Anschlüsse überbrückende Metallstrukturen
oder überhaupt
eine speziell für
das Testverfahren strukturierte Metallisierung vorzusehen und diese
nach der Durchführung
des Testverfahrens komplett zu entfernen. Anschließend kann
die endgültige
Metallisierung in weiteren Schritten aufgedruckt und im Fall von
keramischen Panelen eingebrannt werden.
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Möglich ist
es auch, die entsprechenden Strukturen zusammen mit einer oder mehreren
keramischen Schichten, von denen eine eine Opferschicht sein kann,
abzulösen.
Auch in diesem Fall wird anschließend die endgültige Metallisierung
neu aufge bracht. Eine komplette Entfernung von Metallstrukturen
und oder Keramikschichten kann beispielsweise durch Abschleifen
erfolgen. Möglich
ist es auch, zwischen der Opferschicht und der obersten verbleibenden
Schicht des mehrschichtigen Panels eine Sollbruchstelle vorzusehen,
die mit geeigneten Mitteln aufgebrochen werden kann, sodass die oberste
Schicht abgelöst
werden kann.
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Die
Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten
Ausführungen
beschränkt
und umfasst auch Unterkombinationen der in einzelnen Ausführungen
beschriebenen Details. Ein erfindungsgemäßes Panel ist insbesondere
als Modulsubstrat für
HF-Bauelemente geeignet, kann jedoch für eine Vielzahl anderer Module
ebenfalls eingesetzt werden. Das Mehrschichtmodul kann organische,
anorganische und insbesondere keramische dielektrische Schichten
zwischen den Metallisierungsschichten umfassen. Vorzugsweise ist
das Modulsubstrat eine besonders verzugsarme Keramik, insbesondere
eine LTCC- oder HTCC-Keramik (= high temperature co-fired ceramics).
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- P
- Panel
- MA
- Modulabschnitt
- VL
- Verbindungsleitung
- KF
- Kontaktfläche, auf
der Oberseite
- AF
- Anschlussfläche, auf
der Unterseite
- TA
- Testanschluss,
mit Schaltkreis verbunden
- TP
- Testpunkt,
im Schaltkreis
- DK
- Durchkontaktierung
- LA
- Leiterabschnitt
- SB
- Schaltungsblock
- SL
- Sägelinie,
begrenzt Modulabschnitt
- C
- Kondensator
- L
- Induktivität
- T
- allgemeiner
Anschluss
- M
- Metallisierungsebene
- R
- Reihe
von Modulabschnitten