DE2541003C3 - Festkörperschaltkreis - Google Patents

Description

Die:: Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperschallkreis gemäß dem Oberbegriff des Patentan

spruchs 1.

In den letzten Jahren sind hochintegrierte Schaltkreise entwickelt worden, die eine Vielzahl von Einzelelementen in einem einzigen Festkörperschaltkreis vereinigen. Beispielsweise sind Halbleiterspeicher bekannt geworden, die einige tausend Speicherplätze enthalten. Jeder Speicherplatz besteht wiederum aus einer Reihe von aktiven und passiven Bauelementen, die in bipolarer Technik oder in MOS-Technik hergestellt sind.

ίο Die Herstellung eines derartigen Festkörperschaltkreises in zahlreichen komplizierten Prozeßschritten ist nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht ohne Fehler möglich, die dazu führen, daß mindestens einige aus der Vielzahl der Elemente des Festkörperschaltkreises ihre Funktion nicht in der gewünschten Weise erfüllen. Es ist bekannt, daß bei wachsender Anzahl der in einem einzigen Schaltkreis zu integrierenden Elemente die Anzahl der defekten Elemente nach einer Exponentialfunktion zunimmt.

Insbesondere nach Beendigung des Herstellungsprozesses ist eine Endkontrolle vorzusehen, die eine Auswahl der noch als brauchbar anzusehenden integrierten Schaltkreise gestattet.

Zur Prüfung der Funktionsweise derartiger Schaltkreise sind aus IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, 1974, Seiten 650 bis 652 und aus ELECTRONIC LETTERS, 1971, Seiten 432 bis 433 solche Vorfahren zur optischen Prüfung von Festkörperschaltkreisen auf elektrische und thermische Eigenschäften bekannt, die insofern mit dem gattungsgemäßen Festkörperschaltkreis unmittelbar vergleichbar sind, als auch bei ihnen für die visuelle Prüfung auf die zu prüfenden Elemente eine Anzeigeschicht aufgebracht wird, deren optische Eigenschaften sich im Beispielsfall einer nematischen Flüssigkeitsschicht z. B. nach Maßgabe einer anliegenden elektrischen Potentialdifferenz ändern. Die Anwendung dieser für die Entwicklungslaboratorien bestimmten bekannten Verfahren ist für die Funktionsprüfung von Festkörperschaltkreisen bei der Herstellungsendkontrolle der Serienfertigung bereits deswegen verwirrend und deshalb unbefriedigend, weil durch sie nicht nur das bei der Serienfertigung allein interessierende Ausgangssignal der einzelnen Elemente bei deren Ansteuerung mit vorgegebenen Eingangssignalen optisch erkennbar wird, sondern zusätzlich Potentialdifferenzen und Temperaturänderungen zwischen einzelnen, nicht ausgangsseitigen Punkten der Einzelelemente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Festkörperschaltkreis visuell erkennbar zu machen, ob bei vorgegebenen Eingangssignalen die erwarteten Ausgangspotentialdifferenzen an den einzelnen Elementen auftreten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe geht aus dem Patentanspruch 1 hervor. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem gattungsgemäßen Festkörperschaltkreis mit optischen Mitteln eine Erkennung von defekten Elementen innerhalb einer Vielzahl von Elementen mit geringem Aufwand durch Überprüfung der Ausgangspotentialdifferenzen möglich ist.
Durch bloße Inaugenscheinnahme kann beispielswei-

M se einfach festgestellt werden, ob in einer regelmäßigen Anordnung einer Vielzahl von Elementen ein oder mehrere defekte Elemente vorhanden sind, wenn dafür gesorgt wird, daß die intakten Elemente entweder selbst

eine für das Auge sichtbare Strahlung aussenden oder zumindest die Aussendung einer derartigen Strahlung veranlassen, während die defekten Elemente als dunkle oder nichtstrahlende Stellen erscheinen.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 5 rp.her erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch in Aufsicht und F i g. 2 in einem Teilschnitt entlang der Linie AB von F i g. 1 einen Festkörperschaltkreis 10 mit einer Vielzahl von beispielsweise matrixförmig angeordneten Elementen 11, die mindestens einen zweipoligen Ausgang haben, von denen jeweils zwei Ausgangsanschlüsse 12, 12' auf einer alle Ausgangsanschlüsse elektrisch voneinander isolierenden Schicht 16 des Festkörperschaltkreises angeordnet sind. Diese Ausgangsanschlüsst: 12,12' sind in den Patentansprüchen und im folgenden Prüftstifte genannt. Verbindungen der Elemente U untereinander sowie weitere nach außen führende Zuleitungen zu diesen Elementen sind in der schematischen Darstellung der F i g. 1 und F i g. 2 nicht gezeigt, da sie für die Erläuterung der erfindungswesentlichen Merkmale nicht von Bedeutung sind.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Festkörperschaltkreis 10 ein hochintegrierter Halbleiterspeicher mit einer Vielzahl von Speicherelementen 11, die vorzugsweise von bistabilen Kippstufen (Flip-Flops) gebildet werden. Die Ausbildung solcher Kippstufen aus kreuzgekoppelten bipolaren Transistoren oder MOS-Transistoren ist dem Fachmann geläufig.

Erfindungsgemäß sind alle Speicherelemente 11 des Festkörperschaltkreises mit einer Schicht 16 abgedeckt, die einerseits die Elemente 11 selbst schützt, andererseits aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaft eine sichere Fixierung der zu den Elementen 11 gehörenden Prüfstifte bei gleichzeitiger galvanischer Trennung ermöglicht. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind aus jedem Element 11 des Festkörperschaltkreises 10 jeweils zwei Prüfstifte 12, 12' durch die Isolierschicht 16 hindurchgeführt, die unmittelbar über den Elementen 11 auf der den Elementen 11 abgewandten Grenzfläche der Isolierschicht 16 enden. Auf dieser Isolierschicht ist erfindungsgemäß mindestens eine weitere Schicht 17 (Fig.2) angeordnet, die mindestens jeweils die einander zugeordneten Prüfstifte aller Elemente des Festkörperschaltkreises überdeckt, und deren optische Eigenschaften selektiv, vorzugsweise im Bereich dieser Ausgangsanschlüsse, in Abhängigkeit von einer zwischen den jeweiligen Prüfstiften 12, 12' vorhandenen Potentialdifferenz veränderbar sind. Zweckmäßig wird als optisch wirksame Schicht 17 eine Flüssigkristallsubstanz verwendet, deren Lichtstreuungseigenschaften mittels einer zwischen den Prüfstiften 12,12' ausgebildeten elektrischen Potentialdifferenz beeinflußbar sind. Dies bietet den Vorteil, daß nur eine sehr geringe Energie aufgewendet werden muß, weil die optische Anzeige durch die Flüssigkristallschicht 17 fallendes Fremdlicht vermittelt wird. Zur Anzeige weiterhin geeignet ist eine Schicht 17, die bei Anregung durch die Elektroden 12,12' Elektrolumineszenz zeigt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann zu Anzeigezwecken auch die durch ein elektrisches Feld erzeugbare doppelbrechung von Flüssigkristallen ausgenützt werden, die mit Hilfe eines optischen Analysators sichtbar gemacht werden kann.

Die Funktionsprüfung eiius erfindungsgemäß ausgebildeten Festkörperschaltkreises erfolgt in der Weise, daß dem Schaltkreis neben der notwendigen Betriebsspannung auch die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch auftretenden Signalspannungen und/oder Takiimpulse zugeführt werden. An den mit charakteristischen Punktender Elemente 11 verbundenen Prüfstiften sind dabei Potentiale feststellbar, die einen eindeutigen Rückschluß auf der. Zustand des betreffenden Elements 11 zulassen. Über die Veränderung der optischen Eigenschaften der Schicht 17 wird der jeweilige Zusiand der Elemente in leicht auswertbarer Weise angezeigt.

Um eine die Darstellung der Funktionsweise des Festkörperschaltkreises verfälschende Anregung der Schicht 17 zwischen benachbarten Elementen U, insbesondere bei regelmäßig, beispielsweise matrixförmig angeordneten Elementen 11, zu verhindern, wird der Abstand zwischen den Prüfstiften benachbarter Elemente größer gewählt als der Abstand zwischen den beiden zu einem Element gehörigen Prüfstiften 12,12'.

Zweckmäßig werden die beiden Prüfstifte 12, 12' eines Elements 11 in Form von kammartig ineinandergreifenden Elektroden ausgebildet (F i g. 3). Dadurch ist eine wirksame Beeinflussung der optischen Eigenschaften der Schicht 17 möglich, die jedoch vorteilhaft nur in nächster Umgebung dieser Elektroden 12, 12' stattfindet. Dadurch wird eine gute Ablesbarkeit der Anzeige garantiert.

In einem weiteren, in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Prüfstifte 12, 12' der Elemente 11 des Festkörperschaltkreises 10 endseitig verbreitert ausgebildet und allseitig in einer elektrisch isolierenden Schicht 16 eingebettet, die stellenweise im Bereich eines jeden Ausgangsanschlusses bis zum Ausgangsanschluß reichende Vertiefungen 18 aufweist. Durch jeweils eine dieser Vertiefungen 18 sind jeweils beide Prüfstifte 12, 12' eines Elements 11 des Festkörperschaltkreises 10 endseitig freigelegt.

Die Vertiefungen 18 sind mit einer Substanz ausgefüllt, deren optische Eigenschaften, wie vorstehend beschrieben, mit Hilfe der Prüfstifte 12, 12' veränderbar sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist durch eine besonders gute Übersprechsicherheit ausgezeichnet. Das heißt, es wird verhindert, daß bei Anregung der Anzeigeschicht 17 durch die Prüfstifte 12, 12' eines Elements des Festkörperschaltkreises auch die über benachbarten Elementen angeordneten Teilbereiche der Anzeigeschicht 17 beeinflußt werden.

Zur weiteren Verringerung des »Übersprechens« ist es zweckmäßig, die der Ausgangsanschlußebene abgewandte Grenzfläche der Isolierschicht 16 mit einer im Vergleich zur Isolierschicht gut leitenden Schicht 15 zu bedecken. Vorteilhaft ist die Schicht 15 eine metallische Leiterebene, die mit einem von den Prüfstiften 12, 12' der Elemente 11 abweichenden Bezugspotential, vorzugsweise Endpotential, verbunden ist.

Unter Umständen ist es zweckmäßig, die die Anzeige vermittelnden Prüfstifte 12, 12' (Fig. 3) über eine oder mehrere zwischengeschaltete Trenn- oder Verstärkerstufen mit den zugehörigen Elementen 11 zu verbinden. Dies empfiehlt sich insbesondere in solchen Fällen, bei denen eine am Element 11 abgreifbare Potentialdifferenz zur Beeinflussung einer Anzeigeschicht 17 nicht ausreicht. Vorteilhaft können dadurch möglicherweise vorhandene Rückwirkungen zwischen den Prüfstiften 12,12' und den Elementen 11 verringert werden.

Derartige an sich bekannte Trenn- oder Verstärkerstuien werden vorteilhaft ebenfalls in integrierter Technik ausgeführt.

Ggf. ist es erwünscht, die mittels des Festkörperschaltkreises zur Anzeige gelangende Information auf einer größeren Fläche darzustellen, derart, daß eine

Betrachtung der Anzeigevorrichtung aus größerer Entfernung erleichtert wird.

Dies wird zweckmäßig erreicht durch Lichtleiter nvi sich verändernder Querschnittsfläche, beispielswe -,e kegelstumpfförmig ausgebildete Lichtlener 13 (I- ig. 5). die in der We ^ mit dem Festkömerschaltkreis 10 verbunden sind, die die kleinere Stirnfläche des jeweiligen Lichtleiters den Prüfstiften 12, 12' des Elements 11 zugewandt ist. während die größere Stirnfläche des Lichtleiters dem Betrachter zugekehrt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Festkörperschaltkreis, bestehend aus einer Vielzahl integrierter Elemente, auf die zur visuellen Funktionsprüfung eine Anzeigeschicht mit in Abhängigkeit von einer elektrischen Potentialdifferenz veränderbaren optischen Eigenschaften aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Anzeigeschicht (17) und den Festkörperschaltkreis (10) eine Isolierschicht ()6) derartiger Stärke angeordnet ist, daß die innerhalb der Elemente (U) auftretenden Potentialdifferenzen die optischen Eigenschaften der Anzeigeschicht nicht beeinflussen, daß an die Ausgänge aller Elemente Prüfstifte (12, 12') angeschlossen sind, die durch die Isolierschicht hindurch in die Oberflächenschicht so hineinragen, daß für jedes Element nur die Potentialdifferenz zwischen seinen eigenen Prüfsiiften die optischen Eigenschaften der Oberflächenschicht beeinflußt, nicht aber die Potentialdifferenz zwischen Prüfstiften verschiedener Elemente.

2. Festkörperschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (11) des Festkörperschaltkreises (10) matrixförmig angeordnet sind (F ig. 1).

3. Festkörperschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (16) in den Grenzbereichen der Elemente (11) verstärkt ausgebildet ist und daß die Anzeigeschicht nur innerhalb der hierdurch gebildeten Vertiefungen (18) angeordnet ist (F i g. 4).

4. Festkörperschaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Prüfstiftanschlußebene abgewandte Grenzfläche der Isolierschicht (16) mit einer im Vergleich zur Isolierschicht gut leitenden Schicht (15) bedeckt ist (F i g. 4).

5. Festkörperschaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Schicht (15) mit Massepotential verbunden ist.

6. Festkörperschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfstifte (12, 12') jeden Elements (11) des Festkörperschaltkreises kammartig ineinandergreifend ausgebildet sind (F i g. 3).

7. Festkörperschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgangsanschlüssen der Elemente (11) und den Prüfstiften (12, 12') Trenn- oder Verstärkerstufen angeordnet sind.

8. Festkörperschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als die Anzeigeschicht (17) eine Flüssigkristallschicht vorgesehen ist.

9. Festkörperschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Prüfstifte je eines Elementes des Festkörperschaltkreises (10) je ein kegelstumpfförmig ausgebildetes Lichtleiterstück (13) vorgesehen ist, das in der Weise mit dem Festkörperschaltkreis verbunden ist, daß die kleinere Stirnfläche des Lichtleiterstückes dem Element zugewandt ist (F i g. 5).