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