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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit mehreren Halbleiterbauteilen, eine solche Baugruppe und eine Verwendung einer solchen Baugruppe.
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Stand der Technik
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Bei der Herstellung von Baugruppen mit mehreren Halbleiterbauteilen wie beispielsweise Stromrichtern oder Invertern für elektrische Maschinen oder auch Steuergeräten werden Halbleiterbauteile wie MOSFETs oder IGBTs in elektrischen Schaltkreisen auf bzw. in Schaltungsträgern, wie z.B. sog. PCBs (Printed Circuit Bord) vorgesehen. Hierzu können solche Baugruppen verschiedene Fertigungs- bzw. Montagelinien durchlaufen.
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Um fehlerhafte bzw. nicht funktionsfähige Baugruppen aussortieren zu können, werden typischerweise sog. In-Circuit-Tests bei den Baugruppen vorgenommen, im Rahmen welcher Tests verschiedene Funktionen der Baugruppe getestet werden können. Wenn sich dabei herausstellt, dass eine Baugruppe nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird diese aussortiert, andernfalls als für in Ordnung befunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit mehreren Halbleiterbauteilen, eine Baugruppe und eine Verwendung einer Baugruppe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung geht aus von Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit mehreren Halbleiterbauteilen wie beispielsweise MOSFETs und/oder IGBTs und einer Speichereinheit, bei dem nach wenigstens einem teilweisen Zusammenbau der Baugruppe ein In-Circuit-Test der Baugruppe durchgeführt wird. Dabei werden nun während des In-Circuit-Tests Messwerte für einen oder mehrere Parameter der Baugruppe und/oder der Halbleiterbauteile ermittelt. Bei solchen Parametern kann es sich beispielsweise um eine Threshold-Spannung eines MOSFETs handeln, um einen Widerstand beispielsweise eines Shunts, eine Kapazität eines Kondensators, eine Induktivität einer Spule, einen Innenwiderstand (sog. RDSon) eines MOSFETs bzw. Halbleiterschalters und dessen Bodydiode (hier kann Messung in beide Polaritätsrichtungen erfolgen), oder aber um eine Funktion des Halbleiterbauteils (insbesondere dessen Schaltfähigkeit, d.h. wird ein Strom geleitet oder nicht). Natürlich sind auch mehrere von diesen Parametern oder alle denkbar. Die dabei ermittelten Messwerte werden dann zwischengespeichert, beispielsweise auf einer Speichereinheit eines Messgeräts oder auf einem angeschlossenen Server oder dergleichen. Danach werden die zwischengespeicherten Messwerte und/oder davon abgeleitete Werte für die Baugruppe und/oder die Halbleiterbauteile nach dem Zusammenbau der Baugruppe in der Speichereinheit der Baugruppe gespeichert.
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Letzteres kann insbesondere im Rahmen eines oder nach einem sog. Flashen bzw. Flash-Vorgang, d.h. aufspielen, einer Software wie. Z.B. Firmware auf die Speichereinheit der Baugruppe bzw. einer entsprechenden, diese Baugruppe enthaltenden elektronischen Vorrichtung erfolgen.
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Für einen möglichst optimalen Betrieb bzw. eine möglichst optimale Auslegung von Baugruppen mit Halbleiterbauteilen bzw. elektronischen Vorrichtungen oder Steuergeräten oder dergleichen, die solche Baugruppen enthalten, sollten verschiedenste Parameter dieser Baugruppe bzw. Halbleiterbauteile bekannt sein. Solche Parameter sind beispielsweise nötig, um eine voraussichtliche Lebensdauer von Baugruppen bzw. Halbleiterbauteilen zu ermitteln, insbesondere auch in Abhängigkeit von der konkreten Verwendung. Um die für ein konkretes Steuergerät bzw. eine konkrete elektronische Vorrichtung nötigen Parameter bzw. charakteristischen Werte solcher Parameter möglichst genau zu erhalten, sind typischerweise sehr zeit- und kostenintensive Vermessungen nötig.
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Das vorgeschlagene Vorgehen macht sich nun die im Rahmen der Herstellung solcher Baugruppen mit Halbleiterelementen durchgeführten In-Circuit-Tests zunutze, um solche nötigen Parameter bzw. charakteristischen Werte solcher Parameter zu erhalten bzw. zu ermitteln. Anstatt jedoch diese Tests nur hinsichtlich einer bloßen Funktionsfähigkeit durchzuführen, werden nunmehr dabei erhaltene Messwerte zwischengespeichert und nach dem Zusammenbau auf der Baugruppe hinterlegt, ggf. auch in entsprechend verarbeiteter Form. Es versteht sich, dass bei Bedarf auch weitergehende bzw. andere Messungen vorgenommen werden können, als bei standardmäßig durchgeführten In-Circuit-Tests üblich. Auf diese Weise können nicht nur besonders einfach und schnell die für die konkrete Halbleiterbaugruppe relevanten Parameter bzw. die zughörigen charakteristischen Werte erhalten und zugeordnet werden. Vielmehr geht damit auch eine erhebliche Ersparnis an Zeit und Kosten einher, da später keine oder zumindest weniger entsprechende Vermessungen durchgeführt werden müssen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn während des In-Circuit-Tests eine Temperatur der Baugruppe auf einem zumindest im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. Hierzu kann insbesondere die Temperatur der Baugruppe bereits vor dem In-Circuit-Test auf den Wert gebracht werden. Unter einem im Wesentlichen konstanten Wert ist dabei zu verstehen, dass ggf. gewisse Schwankungen der Temperatur um den betreffenden Wert von beispielsweise +/-1°C oder auch nur +/-0,1 °C zugelassen werden, sofern beispielsweise eine genauere Einstellung oder Einhaltung der Temperatur nicht möglich ist.
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Um einen solchen konstanten Wert zu erhalten, kann beispielsweise ein klimatisch kontrollierter Bereich einer Fertigungs- bzw. Montagelinie für die Baugruppe verwendet werden, beispielsweise ein Teil eines sog. Reflow-Ofens wie er typischerweise bei der Herstellung von solchen Baugruppen wie PCBs verwendet wird. Auf diese Weise können die dabei erhaltenen Messwerte eine besonders genaue Korrelation zur Temperatur der betreffenden Baugruppe bzw. des betreffenden Halbleiterbauteils erhalten, die später eine besonders genaue Vorhersage von z.B. einer zu erwartenden bzw. verbleibenden Lebensdauer der Baugruppe ermöglichen.
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In diesem Zusammenhang ist es auch besonders zweckmäßig, wenn die Messwerte und/oder die davon abgeleiteten Werte zumindest teilweise mit einem Bezug zu der Temperatur der Baugruppe in der Speichereinheit der Baugruppe gespeichert werden. Unter einem Bezug zur Temperatur der Baugruppe kann dabei insbesondere verstanden werden, dass ein Messwert bzw. ein davon abgeleiteter Wert (im Sinne eines charakteristischen Werts eines Parameters der Baugruppe bzw. eines Halbleiterbauteils) als Funktion der Temperatur ermittelt und abgespeichert wird. Dies ermöglicht später eine besonders einfache und schnelle Umrechnung auf verschiedene Temperaturen bzw. die Verwendung des Werts bei verschiedenen Temperaturen.
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Anzumerken ist, dass grundsätzlich auch denkbar ist, solche Messwerte bei zwei oder mehr verschiedenen Werten der Temperatur der Baugruppe zu erfassen, insbesondere dann, wenn dies im Rahmen eines In-Circuit-Tests in beispielsweise zwei verschiedenen Teilen eines Reflow-Ofens oder aber im Rahmen zweier oder mehrerer solcher In-Circuit-Tests möglich ist.
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Vorzugweise umfassen die (im Rahmen des In-Circuit-Tests ermittelten) Messwerte Offset-Werte wenigstens eines der Halbleiterbauteile, die durch Anlegen einer Spannung und/oder eines Stroms an die Baugruppe und/oder die Halbleiterbauteile ermittelt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Halbleiterbauteile als Sensor oder Sensoreinheit bzw. als Teil eines Sensors oder einer Sensoreinheit verwendet werden. Auf diese Weise kann später besonders einfach eine genaue Einstellung eines solchen Sensors erfolgen bzw. der Sensor liefert besonders genaue Werte.
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Zweckmäßigerweise wird der In-Circuit-Test nach einer SMT-Linie (einer Fertigungs- bzw. Montagelinie, in der sog. SMT-Bauteile aufgebracht werden, wobei SMT für „Surface Mounted Technology“ steht), nach einem Stromschienen-Zusammenbau (wie dies typischerweise für Stromrichter oder gar elektrische Maschinen bzw. Generatoren mit solchen Stromrichtern oder Invertern der Fall ist), nach einem Lötvorgang (bei dem die Halbleiterbauteile und ggf. andere Komponenten auf eine Platine gelötet bzw. mit den darauf vorhandenen Leiterbahnen verlötet werden) und/oder im Rahmen eines End-Of-Line-Tests durchgeführt.
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Sofern für die Herstellung einer bestimmten Baugruppe standardmäßig kein In-Circuit-Test vorgesehen ist, sondern nur ein End-Of-Line-Test, so kann ein In-Circuit-Test wie vorstehend beschrieben im Rahmen des End-Of-Line-Tests durchgeführt werden, womit gegenüber einer herkömmlichen Vermessung relevanter Parameter immer noch Zeit und Kosten eingespart werden.
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Das Speichern der zwischengespeicherten Messwerte bzw. der davon abgeleiteten Werte in der Speichereinheit der Baugruppe kann dabei besonders bevorzugt (direkt) nach dem Fertigstellen der betreffenden Baugruppe erfolgen, beispielsweise ebenfalls im Rahmen bzw. am Ende des End-Of-Line Tests. Die Messwerte bzw. die davon abgeleiteten Werte sind dann direkt in der gerade eben fertigstellten Baugruppe vorhanden.
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Wie schon erwähnt, umfasst die Baugruppe besonders bevorzugt einen Stromrichter, insbesondere für eine elektrische Maschine, oder einen Teil davon. Gerade dort sind bisher besonders aufwändige Vermessungen der relevanten Parameter für einen sicheren und ordnungsgemäßen Betrieb nötig.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Baugruppe mit mehreren Halbleiterbauteilen und einer Speichereinheit, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist bzw. hergestellt wurde. Bei solchen Baugruppe sind also insbesondere Messwerte und/oder davon abgeleitete Werte für die Baugruppe und/oder die Halbleiterbauteile, die wiederum insbesondere im Rahmen eines In-Circuit-Tests und ggf. anschließender Weiterverarbeitung ermittelt wurden, in der Speichereinheit vorhanden bzw. abgespeichert.
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Hinsichtlich weiterer bevorzugter Ausgestaltungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Baugruppe sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe, bei der anhand der in der Speichereinheit gespeicherten Messwerte und/oder der davon abgeleiteten Werte eine Temperatur der Baugruppe und/oder wenigstens eines der Halbleiterbauteile ermittelt wird, insbesondere mittels einer Spannungsmessung.
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Eine alternativ oder zusätzlich bevorzugte Verwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe ist eine solche, bei der anhand der in der Speichereinheit gespeicherten Messwerte und/oder der davon abgeleiteten Werte eine voraussichtliche Lebensdauer der Baugruppe und/oder wenigstens eines der Halbleiterbauteile ermittelt wird.
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Wie schon erwähnt, eigenen sich die auf diese vorgeschlagene Weise ermittelten Messwerte bzw. davon abgeleitete Werte, insbesondere charakteristische Werte von bestimmten Parametern der Baugruppe bzw. der Halbleiterelemente dazu, deren Temperatur und/oder voraussichtliche bzw. verbleibende Lebensdauer möglichst genau vorherzusagen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Baugruppe mit Halbleiterbauteilen, wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.
- 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist schematisch eine Baugruppe 100 mit mehreren Halbleiterbauteilen, wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann, dargestellt. Bei der Baugruppe 100 kann es sich insbesondere um einen Stromrichter bzw. Inverter für eine elektrische Maschine oder einen Teil davon handeln. Ebenso kommen aber andere elektronische Vorrichtungen oder Steuergeräte oder Teile davon in Betracht.
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Beispielhaft weist die Baugruppe 100 als Schaltungsträger eine Platine 110 auf, auf der beispielhaft viert Halbleiterbauteile 120 sowie eine Speichereinheit 140 aufgebracht sind. Die Halbleiterbauteile 120 und die Speichereinheit 140 sind über Leiterbahnen, von denen eine bespielhaft mit 130 bezeichnet ist, verbunden. Die Halbleiterbauteile 120 und die Speichereinheit 140 sind dabei auf die Platine 110 bzw. die Leiterbahnen 130 aufgelötet. Damit handelt es sich bei dem Schaltungsträger insbesondere um ein sog. PCB bzw. „Printed Circuit Board“.
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Es versteht sich, dass die hier gezeigte Baugruppe lediglich der Veranschaulichung dient und typischerweise verwendete bzw. hergestellte Baugruppen mitunter deutlich komplexer aufgebaut sind.
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In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der Herstellungsablauf umfasst hier beispielhaft eine sog. SMT-Linie 200, bei der Komponenten wie z.B. die Halbleiterbauteile auf die Platine aufgebracht werden, einen Stromschienen-Zusammenbau 220 bzw. eine entsprechende Fertigungs- bzw. Montagelinie sowie einen Lötvorgang 230 bzw. eine entsprechende Fertigungs- bzw. Montagelinie. Im Rahmen der SMT-Linie 200 kann beispielsweise auch ein Reflow-Vorgang 210 vorgesehen sein, im Rahmen dessen die Baugruppe durch einen Reflow-Ofen geführt wird.
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Nach dem Lötvorgang 230 wird ein In-Circuit-Test 240 durchgeführt, anschließend erfolgt ein End-Of-Line-Test 250. Wie vorstehend schon erwähnt, könnte ein solcher In-Circuit-Test 240 auch (direkt) nach der SMT-Linie 200 oder (direkt) nach dem Stromschienen-Zusammenbau 220 erfolgen. Ebenso könnte der In-Circuit-Test 240 im Rahmen des End-Of-Line-Tests 250 erfolgen, insbesondere dann, wenn standardmäßig kein In-Circuit-Test vorgesehen ist.
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Im Rahmen des In-Circuit-Tests 240 wird nun zunächst die Temperatur T der Baugruppe auf einen möglichst konstanten Wert gebracht, anschließend werden verschiedene Messungen durchgeführt, deren Messwerte M dann zwischengespeichert werden, beispielsweise auf einem geeigneten Server S.
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Nach dem (vollständigen) Zusammenbau der Baugruppe werden dann die Messwerte M und/oder davon abgeleitete Werte M' im Rahmen eines Speichervorgangs 260 auf der Speichereinheit der Baugruppe abgespeichert bzw. hinterlegt, sodass sie für spätere Anwendungen unmittelbar zur Verfügung stehen. Dieser Speichervorgang 260 kann dabei insbesondere auch Teil eines üblichen Flash-Vorgangs, bei dem eine Software auf die Baugruppe bzw. elektronische Vorrichtung aufgespielt wird, sein.
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Bei den abgeleiteten Werten M' kann es sich insbesondere um charakteristische, insbesondere temperaturabhängige, Werte für verschiedene Parameter der Baugruppe und/oder der Halbleiterbauteile handeln, wie vorstehend erwähnt. Eine etwaige Berechnung dieser abgeleiteten Werte aus den Messwerten kann beispielsweise auf dem Server erfolgen, sodass diese am Ende des Zusammenbaus zur Verfügung stehen.
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Die in der Speichereinheit gespeicherten Messwerte bzw. die davon abgeleiteten Werte können dann später - bei Verwendung der Baugruppe in einer gewünschten Anwendung - dazu verwendet werden, beispielsweise eine Temperatur der Baugruppe und/oder wenigstens eines der Halbleiterbauteile oder aber auch eine voraussichtliche Lebensdauer der Baugruppe und/oder wenigstens eines der Halbleiterbauteile zu ermitteln. Damit kann beispielsweise besonders genau und rechtzeitig eine Warnung erzeugt werden, bevor mit einem Defekt an der Baugruppe zu rechnen ist.
