SÖLL CHRISTOPHER (DE)
WO2009144608A1 | 2009-12-03 |
US20160056118A1 | 2016-02-25 | |||
US5787098A | 1998-07-28 | |||
US20020125043A1 | 2002-09-12 | |||
DE102019113293A | 2019-05-20 |
Patentansprüche 1. Halbleiterbauelement (10), aufweisend - eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche (21), die lateral derart unterbrochen ausgebildet ist, dass Material der Kontaktfläche (21) wenigstens eine Ausnehmung (la, le, lf) lateral begrenzt, wobei die Kontaktfläche (21) im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauelements (10) auf einem Potential liegt, wobei wenigstens eine Ausnehmung (la) lateral als Kreisring um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche (21) ausgebildet ist, und - wobei wenigstens eine Ausnehmung (le, lf) sich lateral geradlinig durch den lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche (21) erstreckt, so dass die Kontaktfläche (21) durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der Kontaktfläche (21) verbunden sind. 2. System (100) umfassend einen Träger (20) zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, wobei - der Träger (20) einen sich lateral erstreckenden Anschlussbereich (11) aufweist, - die Kontaktfläche (21) zumindest stellenweise von einem Lotmaterial (3) zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung (la, le, lf) durch das Lotmaterial (3) bedeckt ist, - das Halbleiterbauelement (10) derart auf dem Träger (20) angeordnet ist, dass die Kontaktfläche (21) dem Anschlussbereich (11) zugewandt und durch das Lotmaterial (3) mit dem Anschlussbereich (11) verbunden ist. 3. System umfassend einen Träger (20) zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement (10), wobei - der Träger (20) eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche (21) aufweist, die lateral derart unterbrochen ausgebildet ist, dass Material der Kontaktfläche (21) wenigstens eine Ausnehmung (la, le, lf) lateral begrenzt, wobei wenigstens eine Ausnehmung (la) lateral als Kreisring um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche (21) ausgebildet ist, und wobei wenigstens eine Ausnehmung (le, lf) sich lateral geradlinig durch den lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche (21) erstreckt, so dass die Kontaktfläche (21) durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der Kontaktfläche (21) verbunden sind, - die Kontaktfläche (21) zumindest stellenweise von einem Lotmaterial (3) zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung (la, le, lf) durch das Lotmaterial (3) bedeckt ist, - das Halbleiterbauelement (10) einen Anschlussbereich (11) aufweist und derart auf dem Träger (20) angeordnet ist, dass der Anschlussbereich (11) der Kontaktfläche (21) zugewandt und durch das Lotmaterial (3) mit der Kontaktfläche (21) verbunden ist. 4. System oder Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halbleiterbauelement (10) als lichtemittierende Diode ausgebildet ist. 5. System oder Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Verhältnis zwischen einem durch Material der Kontaktfläche (21) bedeckten Bereich und einem durch Material der Kontaktfläche (21) lateral begrenztem Bereich frei von Material der Kontaktfläche (21) zwischen 1:1 und 100:1, insbesondere zwischen 2:1 und 30:1, bevorzugt zwischen 5:1 und 10:1 beträgt. 6. System oder Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kontaktfläche (21) lateral kreisförmig oder rechteckig ausgebildet ist. 7. System oder Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens eine Ausnehmung (la) lateral als Kreis oder Kreisringabschnitt um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche (21) ausgebildet ist. 8. System oder Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Größe der Kontaktfläche (21) zwischen 2,5 10-15 m2 und 2,5 10-9 m2 , insbesondere zwischen 2,5 10-11 m2 und 1 10-10 m2 beträgt. 9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 8, wobei - die Kontaktfläche (21) derart unterbrochen ist, dass die Kontaktfläche (21) wenigstens zwei Kontaktsegmente (21a, 21b) aufweist, die nicht durch Material der Kontaktfläche (21) verbunden sind, und - die Kontaktfläche (21) von dem Lotmaterial (3) zur derartigen elektrischen Verbindung der wenigstens zwei Kontaktsegmente (21a, 21b) bedeckt ist, dass die wenigstens zwei Kontaktsegmente (21a, 21b) und der Anschlussbereich (11) im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauelements (10) auf einem Potential liegen. 10. System nach Anspruch 9, wobei - wenigstens zwei Kontaktsegmente (21a, 21d) punktsymmetrisch bezüglich des lateralen Mittelpunkts der Kontaktfläche (21) ausgebildet sind und ein jeweiliges Kontaktpaar bilden, und der Träger (20) je Kontaktpaar: - eine Stromquelle (301) aufweist, die mit einem ersten Versorgungsanschluss (VI) gekoppelt und eingerichtet ist, einen vorgegebenen Strom (II) in ein erstes Kontaktsegment (21d) des jeweiligen Kontaktpaars einzuprägen, und - einen Widerstand (RI) und einen Schalter (Sl) aufweist, wobei der Widerstand (RI) mit einem zweiten Versorgungsanschluss (V2) gekoppelt und über den Schalter (Sl) steuerbar mit einem zweiten Kontaktsegment (21a) des jeweiligen Kontaktpaars koppelbar ausgebildet ist . 11. System nach Anspruch 10, wobei - die Kontaktfläche (21) zwischen einem und drei Kontaktpaare umfasst, insbesondere genau zwei Kontaktpaare . 12. Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle, bei dem ein System (100) bereitgestellt wird, das ein Halbleiterbauelement (10) und einen Träger (20) umfasst, wobei - eines der Elemente aus Halbleiterbauelement (10) und Träger (20) eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche (21) aufweist und das andere Element aus Halbleiterbauelement (10) und Träger (20) einen sich lateral erstreckenden Anschlussbereich (11) aufweist, - die Kontaktfläche (21) lateral derart unterbrochen ausgebildet ist, dass Material der Kontaktfläche (21) wenigstens eine Ausnehmung (la, le, lf) lateral begrenzt, - die Kontaktfläche (21) zumindest stellenweise von einem Lotmaterial (3) zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung (la, le, lf) durch das Lotmaterial (3) bedeckt ist, - das Halbleiterbauelement (10) derart auf dem Träger (20) angeordnet ist, dass der Anschlussbereich (11) der Kontaktfläche (21) zugewandt und durch das Lotmaterial (3) mit der Kontaktfläche (21) verbunden ist, - ein magnetisches Primärwechselfeld (Hl) schräg zu der Kontaktfläche (21) zur Induktion eines elektrischen Wirbelstroms (I ) in der Kontaktfläche (21) und dem Lotmaterial (3) erzeugt wird, - ein Sekundärfeldkennwert ermittelt wird, der repräsentativ ist für ein durch den elektrischen Wirbelstrom (I ) induziertes Sekundärwechselfeld (H2), wobei - abhängig von dem Sekundärfeldkennwert überprüft wird, ob die Kontaktfläche (21) zumindest stellenweise von einem Lotmaterial (3) so bedeckt ist, dass die wenigstens eine Ausnehmung (la, le, lf) durch das Lotmaterial (3) elektrisch überbrückt ist. 13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem - eine Erregerspule (LI) bereitgestellt wird, mittels der das magnetische Primärwechselfeld (Hl) erzeugt wird, - eine Impedanz der Erregerspule (LI) erfasst wird, und - abhängig von der Impedanz der Erregerspule (LI) der Sekundärfeldkennwert ermittelt wird. 14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem - eine Empfängerspule (L2) bereitgestellt wird, mittels der das induzierte Sekundärwechselfeld (H2) erfasst wird, und - abhängig von dem erfassten Sekundärwechselfeld (H2) der Sekundärfeldkennwert ermittelt wird. 15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 12 bis 14, bei dem - im Falle, dass der Sekundärfeldkennwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Lötstelle zwischen dem Träger (20) und dem Halbleiterbauelement (10) als hinreichend eingestuft wird, und anderenfalls als unzureichend eingestuft wird. 16. Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle, bei dem - ein System nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 oder 11 bereitgestellt wird, und sequentiell je Kontaktpaar: - die Stromquelle (301) in einen angeschalteten Zustand versetzt wird, in dem der vorgegebene Strom (II) in ein erstes Kontaktsegment (21d) des jeweiligen Kontaktpaars eingeprägt wird, wobei die jeweilige Stromquelle (302) anderer Kontaktpaare in einen ausgeschalteten Zustand versetzt wird, - der Schalter (Sl) in einen Kopplungszustand versetzt wird, in dem der zweite Versorgungsanschluss (V2) über den Widerstand (RI) mit einem zweiten Kontaktsegment (21a) des jeweiligen Kontaktpaars gekoppelt wird, wobei der jeweilige Schalter (S2) anderer Kontaktpaare jeweils in einen Entkopplungszustand versetzt wird, - ein Spannungskennwert ermittelt wird, der repräsentativ ist für eine an dem ersten und/oder zweiten Kontaktsegment (21a, 21d) des jeweiligen Kontaktpaars anliegende Spannung, und - abhängig von dem Spannungskennwert überprüft wird, ob die Kontaktfläche (21) zumindest stellenweise von Lotmaterial (3) so bedeckt ist, dass die zwei Kontaktsegmente (21a, 21d) des jeweiligen Kontaktpaars durch das Lotmaterial (3) elektrisch überbrückt sind. 17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem - eine Speichereinheit bereitgestellt wird, umfassend einen vorgegebenen logischen Speicherwert, - je Kontaktpaar abhängig von dem Spannungskennwert ein logischer Wert ermittelt wird, der repräsentativ ist dafür, dass die zwei Kontaktsegmente (21a, 21d) des jeweiligen Kontaktpaars durch das Lotmaterial (3) elektrisch überbrückt sind, - je Kontaktpaar der logische Wert logisch mit dem Speicherwert verknüpft und das Ergebnis als neuer Speicherwert in die Speichereinheit geschrieben wird, und - abhängig von dem Speicherwert überprüft wird, ob die zwei Kontaktsegmente (21a, 21d) jedes Kontaktpaars durch das Lotmaterial (3) elektrisch überbrückt sind. |
HALBLEITERBAUELEMENT, SYSTEM UND VERFAHREN ZUR ÜBERPRÜFUNG
EINER LÖTSTELLE
Es werden ein Halbleiterbauelement, ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung des Halbleiterbauelements und ein Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauelement angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019113293.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Überprüfung einer Lötverbindung zwischen einem
Halbleiterbauelement und einem Träger wie einem IC
(integrierter Schaltkreis, „Integrated Circuit"), auf dem das Halbleiterbauelement zur Kontaktierung montiert ist, stellt eine Herausforderung im Hinblick auf Zeit- und
Verdrahtungsaufwand sowie Zuverlässigkeit dar.
Es ist daher zumindest eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Halbleiterbauelement, ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung des Halbleiterbauelements und ein Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauelement anzugeben, welche (s) eine zuverlässige Überprüfung der Lötstelle ermöglicht und
zugleich beiträgt, einen hierzu erforderlichen Zeit- und Verdrahtungsaufwand gering zu halten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein
Halbleiterbauelement angegeben. Bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um eine lichtemittierende Diode („light emitting diode", LED) . Das Halbleiterbauelement kann in vereinzelter Form vorliegen oder aber Teil eines
Halbleiterverbunds sein. So kann das Halbleiterbauelement einen LED-Chip umfassen, der mit weiteren LED-Chips im
Verbund als sogenanntes Diodenarray angeordnet und
beispielhaft auf einem gemeinsamen Wafer ausgebildet ist. Die anhand des Halbleiterbauelements im Folgenden beschriebenen Merkmale können auch auf die weiteren Halbleiterbauelemente des Verbunds übertragen werden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist das Halbleiterbauelement eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche auf. Unter einer lateralen Erstreckung wird hier und im Folgenden eine Ausdehnung eines Objekts in sowohl einer ersten Richtung als auch einer schräg zu der ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung bezeichnet, wobei die erste und zweite Richtung eine Ebene aufspannen. Z.B.
verläuft die aufgespannte Ebene parallel zu einer
Haupterstreckungsebene des Halbleiterbauelements. Die
Kontaktfläche kann zumindest einen Teil der Unterseite des Halbleiterbauelements bilden. Im Falle, dass das
Halbleiterbauelement als LED ausgebildet ist, ist die
Kontaktfläche insbesondere auf einer der
Hauptabstrahlrichtung abgewandten Seite der LED angeordnet. Unabhängig von der lateralen Erstreckung weist die
Kontaktfläche überdies eine Ausdehnung in einer dritten
Richtung auf, die schräg zu der aufgespannten Ebene verläuft und eine Dicke der Kontaktfläche definiert. Die Kontaktfläche ist insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildet. Als
Kontaktfläche wird hier insbesondere eine Metallisierung bezeichnet, die zur Kontaktierung einer Epitaxie des
Halbleiterbauelements vorgesehen ist.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist die Kontaktfläche lateral derart unterbrochen
ausgebildet, dass Material der Kontaktfläche wenigstens eine Ausnehmung lateral begrenzt. Unter einer lateralen
Unterbrechung wird hier und im Folgenden eine vollständige Durchtrennung eines Objekts in der dritten Richtung
verstanden. Beispielhaft kann die Kontaktfläche hierzu zunächst vollständig auf dem Halbleiterbauelement aufgebracht und nachfolgend stellenweise abgetragen sein, beispielhaft durch Ätzen oder Schlitzen, um die wenigstens eine Ausnehmung auszubilden. Alternativ kann die Ausnehmung im Zuge der
Ausbildung der Kontaktfläche ausgebildet sein, beispielhaft mittels Maskierung.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt liegt die Kontaktfläche im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauelements auf einem Potential. Die Kontaktfläche bildet insbesondere einen Kontakt zum Betreiben des
Halbleiterbauelements. Im Falle einer LED kann es sich bei der Kontaktfläche beispielsweise um einen Anoden- oder
Kathodenkontakt handeln.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt wird ein Halbleiterbauelement angegeben, aufweisend eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche, die lateral derart unterbrochen ausgebildet ist, dass Material der Kontaktfläche wenigstens eine Ausnehmung lateral begrenzt, wobei die Kontaktfläche im bestimmungsgemäßen Betrieb des
Halbleiterbauelements auf einem Potential liegt. Das
Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Anordnung auf einem Träger sowie zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einem Träger mittels eines Lötprozesses vorgesehen. Neben der Kontaktfläche weist das Halbleiterbauelement insbesondere einen zweiten Kontakt auf, der separat zu der Kontaktfläche ausgebildet und angeordnet ist, beispielhaft zur
Kontaktierung mittels eines Drahts auf einer Oberseite des Halbleiterbauelements oder getrennt von der Kontaktfläche ebenfalls auf der Unterseite des Halbleiterbauelements. Im Falle eines Halbleiterverbunds kann der zweite Kontakt insbesondere ein gemeinsamer Kontakt, beispielhaft ein
Kathodenkontakt eines Diodenarrays sein. Durch die
Unterbrechung der Kontaktfläche kann eine Verteilung von Wirbelströmen, die bei geeigneter Anregung des auf dem Träger verlöteten Halbleiterbauelements mittels eines magnetischen Wechselfeldes in der Kontaktfläche induziert werden,
beeinflusst und insbesondere nachweisbar gestört sein. Bei hinreichender Ausbildung der Lötstelle, mit der das
Halbleiterbauelement mit dem Träger verbunden ist,
insbesondere also bei im Wesentlichen vollflächiger Bedeckung der Kontaktfläche und sämtlichen Ausnehmungen durch
Lotmaterial, kann eine im Wesentlichen ungestörte Verteilung der Wirbelströme in der Kontaktfläche und dem Lotmaterial erreicht werden, die gegenüber einer gestörten Verteilung der Wirbelströme bei unzureichender Ausbildung der Lötstelle, insbesondere also bei lediglich partieller Bedeckung der Kontaktfläche durch das Lotmaterial, überprüfbar ist. In anderen Worten kann durch geeignete Ausbildung der Lötstelle eine durch die Ausnehmung hervorgerufene Beeinträchtigung der Wirbelstromverteilung in der Kontaktfläche aufgehoben sein, so dass sich eine vollflächige Benetzung der Kontaktfläche mit Lotmaterial von einer nur partiellen Benetzung deutlich unterscheiden lässt. Insbesondere kann so beispielsweise im Rahmen eines Wafertests eine zuverlässige Bewertung der
Benetzung der Kontaktfläche ohne zusätzlichen Verdrahtungs und vergleichsweise geringem Zeitaufwand erfolgen. Im Falle eines Halbleiterverbunds können dadurch aufzuwendende Kosten bei Überprüfung der einzelnen Lötstellen gering gehalten werden, so dass insbesondere sämtliche Lötstellen überprüft werden können. Dies ermöglicht eine kontinuierliche
Prozesskontrolle in der Assemblierung des
Halbleiterbauelements, was wiederum zur Stabilität des
Herstellungsprozesses beiträgt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist wenigstens eine Ausnehmung lateral als Kreisring,
Kreisringabschnitt oder Kreis um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche ausgebildet.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt erstreckt sich wenigstens eine Ausnehmung lateral geradlinig durch den lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche, so dass die Kontaktfläche durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der
Kontaktfläche verbunden sind.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt sind mehrere Ausnehmungen vorhanden. Beispielsweise ist wenigstens eine Ausnehmung lateral als Kreisring,
Kreisringabschnitt oder Kreis um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche ausgebildet sowie erstreckt sich wenigstens eine weitere Ausnehmung lateral geradlinig durch den
lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche, so dass die
Kontaktfläche durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der Kontaktfläche verbunden sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung werden ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung eines
Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Aspekt angegeben. Bei dem Träger handelt es sich insbesondere um einen IC. Der Träger kann im Falle eines Halbleiterverbundes insbesondere zur Kontaktierung sämtlicher Halbleiterbauelemente des Verbundes eingerichtet sein.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt weist der Träger einen sich lateral erstreckenden
Anschlussbereich auf. Als Anschlussbereich ist hier ein
Kontakt des Trägers bezeichnet, der zur separaten
Kontaktierung der Kontaktfläche des Halbleiterbauelements vorgesehen ist. Im Falle eines Halbleiterverbundes kann der Träger jeweils einen Anschlussbereich zur separaten
Kontaktierung sämtlicher Halbleiterbauelemente des Verbundes aufweisen. Beispielhaft können die einzelnen Anodenkontakte eines Diodenarrays jeweils mit einem separaten
Anschlussbereich des Trägers individuell angesteuert sein.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt ist die Kontaktfläche zumindest stellenweise von einem
Lotmaterial zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung durch das Lotmaterial bedeckt. Das
Lotmaterial ist bevorzugt so aufgebracht, dass sämtliche Ausnehmungen elektrisch überbrückt bzw. galvanisch verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Lotmaterial die Kontaktfläche und sämtliche Ausnehmungen im Wesentlichen vollflächig bedeckt, um eine gleichmäßige Stromverteilung in dem Halbleiterbauelement zu erreichen. Im Rahmen der Fertigung kann es jedoch Vorkommen, dass das zur Überbrückung der Ausnehmung vorgesehene Lotmaterial lediglich partiell aufgetragen und die Lötstelle als unzureichend einzustufen ist .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt ist das Halbleiterbauelement derart auf dem Träger
angeordnet, dass die Kontaktfläche dem Anschlussbereich zugewandt und durch das Lotmaterial mit dem Anschlussbereich verbunden ist.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt wird ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Aspekt angegeben, wobei der Träger einen sich lateral erstreckenden Anschlussbereich aufweist. Die Kontaktfläche ist zumindest stellenweise von einem
Lotmaterial zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung durch das Lotmaterial bedeckt. Das
Halbleiterbauelement ist derart auf dem Träger angeordnet, dass die Kontaktfläche dem Anschlussbereich zugewandt und durch das Lotmaterial mit dem Anschlussbereich verbunden ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung werden ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung eines
Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement angegeben. Bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um eine LED. Das Halbleiterbauelement kann insbesondere in vereinzelter Form vorliegen oder aber Teil eines
Halbleiterverbunds sein. Die anhand des Halbleiterbauelements im Folgenden beschriebenen Merkmale können auch auf die weiteren Halbleiterbauelemente des Verbunds übertragen werden. Bei dem Träger handelt es sich insbesondere um einen IC. Der Träger kann im Falle eines Halbleiterverbundes insbesondere zur Kontaktierung sämtlicher
Halbleiterbauelemente des Verbundes eingerichtet sein.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt weist der Träger eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche auf. Als Kontaktfläche ist hier ein Kontakt des Trägers bezeichnet, der zur separaten Kontaktierung eines
Anschlussbereichs des Halbleiterbauelements vorgesehen ist.
Im Falle eines Halbleiterverbundes kann der Träger jeweils eine Kontaktfläche zur separaten Kontaktierung sämtlicher Halbleiterbauelemente des Verbundes aufweisen.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt ist die Kontaktfläche lateral derart unterbrochen
ausgebildet, dass Material der Kontaktfläche wenigstens eine Ausnehmung lateral begrenzt. Beispielhaft kann die
Kontaktfläche hierzu zunächst vollständig auf dem Träger aufgebracht und nachfolgend stellenweise abgetragen sein, beispielhaft durch Ätzen oder Schlitzen, um die wenigstens eine Ausnehmung auszubilden. Alternativ kann die Ausnehmung im Zuge der Ausbildung der Kontaktfläche ausgebildet sein, beispielhaft mittels Maskierung.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt ist die Kontaktfläche zumindest stellenweise von einem
Lotmaterial zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung durch das Lotmaterial bedeckt. Das
Lotmaterial ist bevorzugt so aufgebracht, dass sämtliche Ausnehmungen elektrisch überbrückt bzw. galvanisch verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Lotmaterial die Kontaktfläche und sämtliche Ausnehmungen im Wesentlichen vollflächig bedeckt, um eine gleichmäßige Stromverteilung in dem Halbleiterbauelement zu erreichen. Im Rahmen der
Fertigung kann es jedoch Vorkommen, dass das zur Überbrückung der Ausnehmung vorgesehene Lotmaterial lediglich partiell aufgetragen und die Lötstelle als unzureichend einzustufen ist .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt weist das Halbleiterbauelement einen Anschlussbereich auf und ist derart auf dem Träger angeordnet, dass der
Anschlussbereich der Kontaktfläche zugewandt und durch das Lotmaterial mit der Kontaktfläche verbunden ist. Der
Anschlussbereich ist insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildet. Als Anschlussbereich wird hier insbesondere eine Metallisierung bezeichnet, die zur Kontaktierung einer
Epitaxie des Halbleiterbauelements vorgesehen ist. Der
Anschlussbereich kann insbesondere eine Unterseite bzw. einen Teil der Unterseite des Halbleiterbauelements bilden. Im Falle, dass das Halbleiterbauelement als LED ausgebildet ist, ist der Anschlussbereich insbesondere auf einer der
Hauptabstrahlrichtung abgewandten Seite der LED angeordnet. Das Halbleiterbauelement ist insbesondere mittels des
Lotmaterials elektrisch und mechanisch mit dem Träger
verbunden. Neben dem Anschlussbereich weist das
Halbleiterbauelement insbesondere einen zweiten Anschluss auf, der separat zu dem Anschlussbereich ausgebildet und angeordnet ist, beispielhaft zur Kontaktierung mittels eines Drahts auf einer Oberseite des Halbleiterbauelements oder getrennt von dem Anschlussbereich ebenfalls auf der
Unterseite des Halbleiterbauelements. Im Falle eines
Halbleiterverbunds kann der zweite Anschluss insbesondere ein gemeinsamer Kontakt, beispielhaft ein Kathodenkontakt eines Diodenarrays sein. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt wird ein System umfassend einen Träger zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement angegeben, wobei der Träger eine sich lateral erstreckende Kontaktfläche aufweist, die lateral derart unterbrochen ausgebildet ist, dass Material der Kontaktfläche wenigstens eine Ausnehmung lateral begrenzt. Die Kontaktfläche ist zumindest stellenweise von einem Lotmaterial zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung durch das
Lotmaterial bedeckt. Das Halbleiterbauelement weist einen Anschlussbereich auf und ist derart auf dem Träger
angeordnet, dass der Anschlussbereich der Kontaktfläche zugewandt und durch das Lotmaterial mit der Kontaktfläche verbunden ist. Durch die Unterbrechung der Kontaktfläche kann eine Verteilung von Wirbelströmen, die bei geeigneter
Anregung des auf dem Träger verlöteten Halbleiterbauelements mittels eines magnetischen Wechselfeldes in der Kontaktfläche induziert werden, beeinflusst und insbesondere nachweisbar gestört sein. Insbesondere kann so beispielsweise im Rahmen eines Wafertests eine zuverlässige Bewertung der Benetzung der Kontaktfläche ohne zusätzlichen Verdrahtungs- und
vergleichsweise geringem Zeitaufwand erfolgen. Im Falle eines Halbleiterverbunds können dadurch aufzuwendende Kosten bei Überprüfung der einzelnen Lötstellen gering gehalten werden, so dass insbesondere sämtliche Lötstellen überprüft werden können. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Prozesskontrolle in der Assemblierung des Halbleiterbauelements, was wiederum zur Stabilität des Herstellungsprozesses beiträgt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt ist wenigstens eine Ausnehmung lateral als Kreisring,
Kreisringabschnitt oder Kreis um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche ausgebildet. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt erstreckt sich wenigstens eine Ausnehmung lateral geradlinig durch den lateralen Mittelpunkt der Kontaktflache, so dass die Kontaktfläche durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der
Kontaktfläche verbunden sind.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem dritten Aspekt sind mehrere Ausnehmungen vorhanden. Beispielsweise ist wenigstens eine Ausnehmung lateral als Kreisring,
Kreisringabschnitt oder Kreis um einen lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche ausgebildet sowie erstreckt sich wenigstens eine weitere Ausnehmung lateral geradlinig durch den
lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche, so dass die
Kontaktfläche durch die entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der
Kontaktfläche verbunden sind.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt ist das Halbleiterbauelement als
lichtemittierende Diode ausgebildet.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt beträgt ein Verhältnis zwischen einem durch Material der Kontaktfläche bedeckten Bereich und einem durch Material der Kontaktfläche lateral begrenztem Bereich frei von Material der Kontaktfläche zwischen 1:1 und 100:1, insbesondere zwischen 2:1 und 30:1, bevorzugt zwischen 5:1 und 10:1.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt ist die Kontaktfläche lateral kreisförmig oder rechteckig ausgebildet. In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt ist wenigstens eine Ausnehmung lateral als Kreis, Kreisring oder Kreisringabschnitt um einen
lateralen Mittelpunkt der Kontaktfläche ausgebildet.
Hierdurch ist eine Verteilung von Wirbelströmen in der
Kontaktfläche bei geeigneter Anregung durch ein magnetisches Wechselfeld besonders beeinträchtigt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt beträgt eine Größe der Kontaktfläche zwischen 2,5 10 -15 m 2 und 2,5 10 -9 m 2 , insbesondere zwischen 2,5 10 -11 m 2 und 1 IO -10 m 2 .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt ist die Kontaktfläche derart unterbrochen, dass die Kontaktfläche wenigstens zwei Kontaktsegmente aufweist, die nicht durch Material der Kontaktfläche
verbunden sind. Die Kontaktfläche ist von dem Lotmaterial zur derartigen elektrischen Verbindung der wenigstens zwei
Kontaktsegmente bedeckt, dass die wenigstens zwei
Kontaktsegmente und der Anschlussbereich im
bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauelements auf einem Potential liegen. In anderen Worten erstreckt sich wenigstens eine Ausnehmung lateral derart durch die
Kontaktfläche, dass sich wenigstens zwei vollständig
galvanisch voneinander getrennte Kontaktsegmente ergeben, die bei hinreichender Lötstelle lediglich durch das Lotmaterial elektrisch verbunden sind. Die Kontaktsegmente bilden also insbesondere einen gemeinsamen Kontakt zum Betreiben des Halbleiterbauelements. Im Rahmen der Fertigung kann es jedoch Vorkommen, dass das elektrischen Verbindung der
Kontaktsegmente vorgesehene Lotmaterial lediglich partiell aufgetragen und die Lötstelle als unzureichend einzustufen ist .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt erstreckt sich wenigstens eine Ausnehmung lateral geradlinig durch den lateralen Mittelpunkt der
Kontaktflache, so dass die Kontaktfläche durch die
entsprechende Ausnehmung in zwei Hälften geteilt ist, die nicht durch Material der Kontaktfläche verbunden sind.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung sind in zumindest einer Ausführungsform gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt wenigstens zwei Kontaktsegmente punktsymmetrisch bezüglich des lateralen Mittelpunkts der Kontaktfläche ausgebildet, wobei jeweils wenigstens zwei zueinander um 180° gespiegelte Kontaktsegmente oder jeweils wenigstens zwei zueinander punktsymmetrische Kontaktsegmente ein Kontaktpaar bilden. Somit sind z.B. wenigstens zwei Kontaktsegmente
punktsymmetrisch bezüglich des lateralen Mittelpunkts der Kontaktfläche ausgebildet und bilden ein jeweiliges
Kontaktpaar. Der Träger weist je Kontaktpaar eine Stromquelle auf, die mit einem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt und eingerichtet ist, einen vorgegebenen Strom in ein erstes Kontaktsegment des jeweiligen Kontaktpaars einzuprägen. Der Träger weist je Kontaktpaar einen Widerstand und einen
Schalter auf, wobei der Widerstand mit einem zweiten
Versorgungsanschluss gekoppelt und über den Schalter
steuerbar mit einem zweiten Kontaktsegment des jeweiligen Kontaktpaars koppelbar ausgebildet ist.
Bei dem ersten Versorgungsanschluss kann es sich
beispielsweise um einen Versorgungsspannungsanschluss handeln. Bei dem zweiten Versorgungsanschluss handelt es sich beispielhaft um einen Masseanschluss. Beispielsweise können jeweils genau zwei Kontaktsegmente ein Kontaktpaar bilden. Alternativ können auch mehrere, in radialer Richtung
bezüglich des Mittelpunkts benachbarte Kontaktsegmente ein erstes Kontaktsegment bilden und zusammen mit mehreren entgegen der radialen Richtung bezüglich des Mittelpunkts benachbarten Kontaktsegmenten, die ein zweites Kontaktsegment bilden, das z.B. bezüglich des Mittelpunkts um 180° zu dem ersten Kontaktsegment gespiegelt oder gedreht ist, ein
Kontaktpaar bilden.
Durch separate Bestromung der einzelnen Kontaktpaare und geeigneter Überprüfung, ob der am jeweils ersten
Kontaktsegment zugeführte Strom über das jeweils zweite
Kontaktsegment abfließt, kann nach erfolgter Verlötung des Halbleiterbauelements auf dem Träger, beispielhaft im Rahmen eines sogenannten „End-of-Line" (EoL) -Tests, eine
zuverlässige Bewertung der Benetzung der Kontaktfläche mit vergleichsweise geringem Verdrahtungs- und Zeitaufwand erfolgen. Im Falle eines Halbleiterverbunds können dadurch aufzuwendende Kosten bei Überprüfung der einzelnen Lötstellen gering gehalten werden, so dass insbesondere sämtliche
Lötstellen überprüft werden können. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Prozesskontrolle in der Assemblierung des Halbleiterbauelements, was wiederum zur Stabilität des
Herstellungsprozesses beiträgt.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem vierten Aspekt umfasst die Kontaktfläche zwischen einem und drei
Kontaktpaare, insbesondere genau zwei Kontaktpaare.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle angegeben. Bei dem Verfahren wird ein System gemäß dem zweiten, dritten oder vierten
Aspekt bereitgestellt. Ein magnetisches Primärwechselfeld wird schräg zu der Kontaktfläche zur Induktion eines
elektrischen Wirbelstroms in der Kontaktfläche und dem
Lotmaterial erzeugt. Ein Sekundärfeldkennwert wird ermittelt, der repräsentativ ist für ein durch den elektrischen
Wirbelstrom induziertes Sekundärwechselfeld. Abhängig von dem Sekundärfeldkennwert wird überprüft, ob die Kontaktfläche zumindest stellenweise von einem Lotmaterial so bedeckt ist, dass die wenigstens eine Ausnehmung durch das Lotmaterial elektrisch überbrückt ist.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem fünften Aspekt umfasst ein System ein Halbleiterbauelement und einen Träger. Beispielsweise weist eines der Elemente aus
Halbleiterbauelement und Träger eine sich lateral
erstreckende Kontaktfläche auf und das andere Element aus Halbleiterbauelement und Träger weist einen sich lateral erstreckenden Anschlussbereich auf. Die Kontaktfläche ist lateral derart unterbrochen ausgebildet, dass Material der Kontaktfläche wenigstens eine Ausnehmung lateral begrenzt.
Die Kontaktfläche ist zumindest stellenweise von einem
Lotmaterial zur elektrischen Überbrückung der wenigstens einen Ausnehmung durch das Lotmaterial bedeckt. Das
Halbleiterbauelement ist derart auf dem Träger angeordnet, dass der Anschlussbereich der Kontaktfläche zugewandt und durch das Lotmaterial mit der Kontaktfläche verbunden ist.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem fünften Aspekt wird eine Erregerspule bereitgestellt, mittels der das magnetische Primärwechselfeld erzeugt wird. Eine Impedanz der Erregerspule wird erfasst. Abhängig von der Impedanz der Erregerspule wird der Sekundärfeldkennwert ermittelt. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang eine Amplitude des durch die Erregerspule fließenden Stroms und/oder ein
Phasenversatz zwischen einer an der Erregerspule anliegenden Spannung und dem durch die Erregerspule fließenden Strom erfasst werden.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem fünften Aspekt wird eine Empfängerspule bereitgestellt, mittels der das induzierte Sekundärwechselfeld erfasst wird. Abhängig von dem erfassten Sekundärwechselfeld wird der Sekundärfeldkennwert ermittelt .
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem fünften Aspekt wird im Falle, dass der Sekundärfeldkennwert einen
vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Lötstelle zwischen dem Träger (20) und dem Halbleiterbauelement (10) als hinreichend eingestuft. Anderenfalls wird die Lötstelle als unzureichend eingestuft. Insbesondere wird die Lötstelle als hinreichend eingestuft, wenn der Sekundärfeldkennwert repräsentativ ist für ein vergleichsweise starkes
Sekundärwechselfeld, beispielsweise bei einer hohen erfassten Impedanz. Wenn der Sekundärfeldkennwert repräsentativ ist für ein vergleichsweise schwaches Sekundärwechselfeld kann die Lötstelle hingegen als unzureichend eingestuft werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Lötstelle angegeben. Bei dem Verfahren wird ein System gemäß dem vierten Aspekt bereitgestellt.
Sequentiell je Kontaktpaar wird:
- die Stromquelle in einen angeschalteten Zustand versetzt, in dem ein vorgegebener Strom in ein erstes Kontaktsegment des jeweiligen Kontaktpaars eingeprägt wird, wobei die jeweilige Stromquelle anderer Kontaktpaare in einen
ausgeschalteten Zustand versetzt wird.
- der Schalter in einen Kopplungszustand versetzt, in dem der zweite Versorgungsanschluss über den Widerstand mit einem zweiten Kontaktsegment des jeweiligen Kontaktpaars gekoppelt wird, wobei der jeweilige Schalter anderer Kontaktpaare jeweils in einen Entkopplungszustand versetzt wird.
- ein Spannungskennwert ermittelt, der repräsentativ ist für eine an dem ersten und/oder zweiten Kontaktsegment des jeweiligen Kontaktpaars anliegende Spannung.
- abhängig von dem Spannungskennwert überprüft, ob die
Kontaktfläche zumindest stellenweise von Lotmaterial so bedeckt ist, dass die zwei Kontaktsegmente des jeweiligen Kontaktpaars durch das Lotmaterial elektrisch überbrückt sind. Die jeweilige Stromquelle wird insbesondere erst in den angeschalteten Zustand versetzt, wenn sich alle Stromquellen der anderen Kontaktpaare in dem ausgeschalteten Zustand befinden. In dem ausgeschalteten Zustand wird kein Strom in das jeweilige Kontaktsegment eingeprägt. Der jeweilige
Schalter wird insbesondere erst in den Kopplungszustand versetzt, wenn sich alle Schalter der anderen Kontaktpaare in dem Entkopplungszustand befinden. In dem Entkopplungszustand ist der zweite Versorgungsanschluss von dem jeweiligen zweiten Kontaktsegment entkoppelt. Der Spannungskennwert wird insbesondere erst ermittelt, wenn sich alle Stromquellen und Schalter in einem vorgegebenen Zustand befinden und sich eine stabile Spannung an dem jeweiligen ersten und/oder zweiten Kontaktsegment eingestellt hat.
In zumindest einer Ausführungsform gemäß dem sechsten Aspekt wird eine Speichereinheit bereitgestellt, umfassend einen vorgegebenen logischen Speicherwert. Je Kontaktpaar wird abhängig von dem Spannungskennwert ein logischer Wert ermittelt, der repräsentativ ist dafür, dass die zwei
Kontaktsegmente des jeweiligen Kontaktpaars durch das
Lotmaterial elektrisch überbrückt sind. Je Kontaktpaar wird der logische Wert logisch mit dem Speicherwert verknüpft und das Ergebnis als neuer Speicherwert in die Speichereinheit geschrieben. Abhängig von dem Speicherwert wird überprüft, ob die zwei Kontaktsegmente jedes Kontaktpaars durch das
Lotmaterial elektrisch überbrückt sind. Der vorgegebene logische Speicherwert beträgt insbesondere logisch „1". In diesem Fall erfolgt die logische Verknüpfung mittels logisch „UND". Bei der Speichereinheit kann es sich insbesondere um ein Flipflop handeln. Durch die Verknüpfung kann insbesondere eine zuverlässige Bewertung der Benetzung der Kontaktfläche mit vergleichsweise geringem Verdrahtungs- und Zeitaufwand erfolgen, beispielhaft im Rahmen eines Selbsttests innerhalb eines EoL-Tests. Auf eine hochgenaue Widerstandsmessung außerhalb des Halbleiterbauelements kann in diesem
Zusammenhang verzichtet werden.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird ein
Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug angegeben. Bei dem
Scheinwerfer kann es sich insbesondere um eine Front-, oder Heckbeleuchtung des Kraftfahrzeugs handeln. Der Scheinwerfer umfasst ein System gemäß dem zweiten, dritten oder vierten Aspekt .
Weitere Vorteile, vorteilhafte Aus führungs formen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen: Fig. la, lb eine Anordnung zur Überprüfung einer Lötstelle und Ersatzschaltbild,
Fig. 2a, 2b Ausführungsvarianten der Kontaktfläche des
Trägers gemäß Fig. la,
Fig. 3a, 3b ein erstes Ausführungsbeispiel der
Ausführungsvarianten der Kontaktfläche gemäß Fig. 2a, 2b,
Fig. 4a, 4b beispielhaft vollflächige Benetzung der
Kontaktfläche der Ausführungsvarianten des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3a, 3b,
Fig. 5a, 5b beispielhaft partielle Benetzung der
Kontaktfläche der Ausführungsvarianten des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3a, 3b,
Fig . 6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Überprüfung der Lötstelle zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Träger mit einer Kontaktfläche gemäß Fig. 3a, 3b,
Fig . 7 Verfahren zur Überprüfung der Lötstelle durch die Anordnung gemäß Fig. 6,
Fig. 8a, 8b ein zweites Ausführungsbeispiel der
Kontaktfläche des Trägers gemäß Fig. 2a in einer ersten und zweiten Ausführungsvariante,
Fig. 8c beispielhaft vollflächige Benetzung der
Kontaktfläche der zweiten Ausführungsvariante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8b,
Fig. 8d beispielhaft partielle Benetzung der
Kontaktfläche der zweiten Ausführungsvariante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8b,
Fig . 9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Überprüfung der Lötstelle zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Träger mit einer Kontaktfläche gemäß Fig. 8a, 8b, und Fig. 10 Verfahren zur Überprüfung der Lötstelle durch die Anordnung gemäß Fig. 9.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Gestrichelt dargestellte Umrandungen deuten eine
Funktionseinheit der darin angeordneten Elemente an.
Eine Lötverbindung zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Träger wie einem IC, auf dem das Halbleiterbauelement zur Kontaktierung montiert ist, kann mittels eines optischen Verfahrens überprüft werden, etwa durch Bestrahlung mit UV- oder Röntgenstrahlung und Ermittlung eines Kontrasts
innerhalb der Kontaktstelle als Indikation über die Qualität der Lötverbindung. Ein derartiges Verfahren erfordert jedoch einen relativ hohen Zeitaufwand; im Falle, dass die
Kontaktstelle von Metall umgeben ist, ist zudem lediglich ein geringer Kontrast messbar, was die Zuverlässigkeit der
Qualitätsbewertung einschränkt.
Alternativ kann ein elektrisches Verfahren zur Überprüfung der Lötverbindung eingesetzt werden, beispielsweise eine Kelvin- bzw. Vierdrahtmessung. Fig. la zeigt eine Anordnung zur Überprüfung einer Lötstelle. Die Anordnung umfasst ein System 100. Das System 100 weist ein Halbleiterbauelement 10 mit einem Anschlussbereich 11 als Anodenkontakt und einem weiteren Anschluss 12 als Kathodenkontakt sowie einen Träger 20 mit einer Kontaktfläche 21 und einem weiteren Kontakt 22 auf. Bei dem Halbleiterbauelement 10 handelt es sich
beispielsweise um eine lichtemittierende Diode, die
vereinzelt oder im Verbund, beispielsweise in Form eines LED- Arrays, vorliegen kann. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine integrierte Schaltung, insbesondere um ein Silizium IC. Das Halbleiterbauelement 10 ist derart auf dem Träger angeordnet, dass der Anschlussbereich 11 der
Kontaktfläche 21 zugewandt ist. Über ein Lotmaterial 3 ist der Anschlussbereich 11 mit der Kontaktfläche 21 elektrisch gekoppelt und mechanisch verbunden. Der weitere Anschluss 12 und weitere Kontakt 22 sind mit einem Spannungsmessgerät 200 und einer Stromquelle 300 gekoppelt. Wie in dem
Ersatzschaltbild der Fig. lb dargestellt ist dem Lotmaterial 3 dabei ein Widerstand R_3, dem Halbleiterbauelement 10 ein Widerstand R_10 und dem Träger ein Widerstand R_20
zugeordnet, die zusammen einen Serienwiderstand bilden. Eine an dem Serienwiderstand abfallende Spannung bei Einprägung eines vorgegebenen Stroms I durch die Stromquelle 300 wird bei hochohmiger Messung durch das Spannungsmessgerät 200 (Strom Iu << I) erfasst. Insbesondere können Strom und
Spannung an dem weiteren Anschluss 12 und dem weiteren
Kontakt 22 gemessen werden, um Rückschlüsse auf den
Serienwiderstand zu ziehen. Der Serienwiderstand kann dann als Bewertungskriterium der Lötverbindung herangezogen werden. Im Gegensatz zu dem optischen Verfahren ist durch die zusätzlichen Testleitungen jedoch ein erhöhter
Verdrahtungsaufwand erforderlich, was etwa bei einer
Matrixanordnung mehrerer Halbleiterbauelemente nebeneinander zu Platzproblemen führen kann, insbesondere bei
fortschreitender Reduktion der Pixelgröße im Falle eines LED- Arrays . Insbesondere bei Assemblierung einer LED-Matrix auf einem IC in der Auflösung von zum Beispiel 320x80 Pixel, kann ein einzelner Anodenkontakt einen Durchmesser im Bereich von 10 mpi oder weniger aufweisen, während ein Kathodenkontakt vollflächig ausgeführt und damit weniger anfällig sein kann. Überdies kann eine Erhöhung des Serienwiderstandes nicht nur durch eine unzureichende Lötverbindung begründet, sondern auch auf Epitaxie oder Metallisierung zurückzuführen sein, was durch Messung des Serienwiderstands nicht eindeutig feststellbar ist und dadurch die Zuverlässigkeit der
Qualitätsbewertung einschränkt. Schließlich ist das
beschriebene Verfahren lediglich bei Teststrukturen mit niederohmigen Pfad anwendbar. Da die Lötverbindung ein besonders kritischer Punkt bei der Fertigung von aktiven Matrix LEDs ist, ist es im Zuge der Produktion notwendig die Qualität der Verbindung der beiden Lötpartner zerstörungsfrei und bei jedem Chip auf Waferlevel zu prüfen.
Anhand der Fig. 2a und 2b ist jeweils eine
Ausführungsvariante der Kontaktfläche 21 des Trägers 20 gemäß Fig. la dargestellt. Die Kontaktfläche 21 kann auch als
Lötpad bezeichnet werden und besteht aus einer durchgehenden leitenden Fläche, die z.B. rechteckig (Fig. 2a) oder rund (Fig. 2b) ausgebildet ist.
Im Folgenden wird eine Unterteilung des Lötpads auf Seiten des IC in Segmente und/oder Abschnitte bzw. Bereiche
vorgeschlagen, welche nachfolgend durch das Lotmaterial 3 aufgehoben werden soll, um eine vollflächige Benetzung der Kontaktfläche 21 von einer nur partiellen Benetzung im assemblierten Zustand der LED unterscheiden zu können.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3a und 3b jeweils eine Ausführungsvariante der Kontaktfläche 21 des Trägers 20 dargestellt, in der mehrere Ausnehmungen la, lb, lc und ld ausgebildet sind. Die Ausnehmungen la-ld weisen in diesen Ausführungsvarianten jeweils eine
Kreisringabschnittform auf und sind punktsymmetrisch um einen Mittelpunkt der Kontaktfläche 21 angeordnet und durch Stege durch den Mittelpunkt aus Material der Kontaktfläche 21 voneinander getrennt. In anderen Ausführungsvarianten können die Ausnehmungen la-ld auch eine zusammenhängende
Unterbrechung der Kontaktfläche bilden und beispielsweise kreisförmig oder kreisringförmig ausgebildet sein.
Insbesondere ist bzw. sind die Ausnehmung ( en) derart
angeordnet und geformt, dass ein Wirbelstrom I in der
Kontaktfläche 21 beeinträchtigt ist. Wie anhand der Fig. 3a, 3b schematisch verdeutlicht, ist die Kontaktfläche 21 in Stromrichtung teilweise geschlitzt, so dass sich in diesem Bereich kein Wirbelstrom ausbildet. In einem assemblierten Zustand des Halbleiterbauelements 10, also wenn dieses auf dem Träger 20 angeordnet und elektrisch wie mechanisch mittels des Lotmaterials 3 mit diesem verbunden ist, kann eine Verteilung des Lotmaterial 3 auf der Kontaktfläche 21 fertigungsbedingten Schwankungen unterliegen.
Anhand der Fig. 4a, 4b und 5a, 5b ist für die beiden
Ausführungsvarianten jeweils ein Fall der im Wesentlichen vollflächigen Benetzung der Kontaktfläche 21 durch
Lotmaterial 3 (Fig. 4a, 4b) sowie der lediglich partiellen Benetzung (Fig. 5a, 5b) dargestellt.
In den Fig. 4a, 4b benetzt das Lotmaterial 3 insbesondere auch einen durch die Ausnehmungen la-ld gebildeten
leiterfreien Bereich der Kontaktfläche 21, so dass in
Verbindung mit dem Lotmaterial 3 eine durchgehende
Leiterfläche gebildet ist, in der sich Wirbelströme I im Vergleich zu der bloßen Kontaktfläche gemäß Fig. 3a bzw. 3b messbar freier ausbreiten können. Bei schlechten oder gar fehlerhaften Lötverbindungen, insbesondere wenn das Lotmaterial 3 die Ausnehmungen la-ld nur teilweise benetzt (Fig. 5a, 5b), können sich hingegen messbar weniger
Wirbelströme I in der Kontaktfläche 21 und dem Lotmaterial 3 ausbreiten. Durch die vorgeschlagene Unterteilung des Lötpads ist eine aufwandarme und zerstörungsfreie Bewertung der
Benetzung des Lötpads des assemblierten Bauelements im Rahmen eines Wafertest möglich.
Anhand Fig. 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Anordnung 101 zur Überprüfung der Lötstelle eines
Halbleiterbauelements 10 dargestellt, welches auf einem
Träger 20 mit einer Kontaktfläche 21 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel angeordnet und elektrisch und mechanisch mittels Lotmaterial 3 verbunden ist. Die Anordnung 101 umfasst eine Erregerspule LI zur Erzeugung eines magnetischen Primärwechselfelds Hl sowie in der dargestellten
Ausführungsvariante eine Empfängerspule L2 zur Erfassung eines magnetischen Sekundärwechselfelds H2. In anderen
Ausführungsvarianten kann die Anordnung 101 statt der
Empfängerspule L2 auch eine Einrichtung zur Erfassung der Stromamplitude, des Phasenversatzes oder der Impedanz bei Betrieb der Erregerspule LI aufweisen.
Zur Überprüfung der Lötstelle wird in einem Schritt Sil (Fig. 7) zunächst die Erregerspule LI derart bezüglich des Trägers 20 mit dem assemblierten Halbleiterbauelement 10 angeordnet, dass ihre Wicklungen im Wesentlichen parallel zu einer
Haupterstreckungsebene der Kontaktfläche 21 ausgerichtet sind .
Daraufhin wird in einem Schritt S12 das magnetische
Primärwechselfeld Hl erzeugt, indem eine Wechselspannung an der Erregerspule LI angelegt und ein mittel- bis hochfrequenter Wechselstrom eingeprägt wird. Bedingt durch dieses magnetische Primärwechselfeld werden in elektrisch leitfähigen Werkstoffen entsprechend dem Induktionsgesetz Spannungen induziert die zur Ausbildung einer
Wirbelstromverteilung in der Kontaktfläche 21 und dem
Lotmaterial 3 führen. Durch den Wechselstrom der
Wirbelstromverteilung wird überdies ein magnetisches
Sekundärwechselfeld H2 generiert, das dem magnetischen
Primärwechselfeld Hl entgegenwirkt. Eine vom Lotmaterial 3 unbedeckte Ausnehmung la in der Kontaktfläche 21 führt dabei zur Störung der Wirbelstromverteilung.
In einem darauffolgenden Schritt S13 wird die Wirkung des magnetischen Sekundärwechselfeldes H2 erfasst. Gemäß der Ausführungsvariante der Fig. 6 kann das magnetische
Sekundärwechselfeldes H2 mittels der Empfängerspule L2 erfasst werden. In anderen Ausführungsvarianten wird die Stromamplitude, des Phasenversatzes oder der Impedanz im Betrieb der Erregerspule LI ermittelt. War der Lötprozess erfolgreich (Fig. 4a, 4b), sind die Ausnehmungen la-ld (Fig. 3a, 3b) überbrückt, sodass ein im Wesentlichen ungestörter Wirbelstrom I fließen kann. Bei unzureichenden Lötstellen (Fig. 5a, 5b) ist hingegen eine deutlich geringere Fläche verfügbar, die von dem magnetischen Primärwechselfeld Hl durchdrungen werden kann. Überdies ist eine Fläche, in der sich der Wirbelstrom I ausbreiten kann, reduziert, so dass das magnetische Sekundärwechselfeld H2 im Vergleich deutlich abgeschwächt bzw. eine deutlich geringere Impedanz der anregenden Spule messbar ist.
Fig. 8a zeigt eine erste Ausführungsvariante der
Kontaktfläche 21 des Trägers 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, in der mehrere durch den Mittelpunkt geradlinig verlaufende Ausnehmungen le, lf ausgebildet sind, die die Kontaktfläche 21 in vier galvanisch voneinander getrennte Kontaktsegmente 21a, 21b, 21c und 21d gleicher Größe unterteilen. Die Kontaktsegmente 21a-21d weisen in dieser Ausführungsvariante jeweils eine
Kreisringabschnittform auf und sind punktsymmetrisch um einen Mittelpunkt der Kontaktfläche 21 angeordnet.
Fig. 8b zeigt eine zweite Ausführungsvariante der
Kontaktfläche 21 des Trägers 20 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel, in der analog zu dem ersten
Ausführungsbeispiel (Fig. 3a, 3b) zusätzlich zu den
geradlinigen Ausnehmungen le, lf gemäß Fig. 8a kreis- bzw. kreisringförmige Ausnehmungen la-lc in der Kontaktfläche 21 ausgebildet sind, die die Kontaktsegmente 21a-21d gemäß Fig. 8a in weitere Unter-Kontaktsegmente 21a-l, 21a-2 unterteilen.
Anhand der Fig. 8c und 9c ist analog zu den Fig. 4a, 4b, und 5a, 5b jeweils ein Fall der im Wesentlichen vollflächigen Benetzung der Kontaktfläche 21 durch Lotmaterial 3 sowie der lediglich partiellen Benetzung dargestellt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Anordnung 102 zur Überprüfung der Lötstelle eines Halbleiterbauelements 10, welches auf einem Träger 20 mit einer Kontaktfläche 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet und elektrisch und mechanisch mittels Lotmaterial 3 verbunden ist, weist der Träger 20 (Fig. 9) einen ersten Schalter Sl, einen ersten Widerstand RI, eine erste Stromquelle 301 sowie einen
Versorgungsspannungsanschluss VI und einen Masseanschluss V2 auf. Ein erstes Kontaktsegment 21a der Kontaktfläche 21 umfasst ein erstes Unter-Kontaktsegment 21a-l und ein zweites Unter-Kontaktsegment 21a-2, die bezüglich des Mittelpunkts der Kontaktfläche 21 in radialer Richtung benachbart sind.
Ein zweites Kontaktsegment 21d ist bezüglich des Mittelpunkts der Kontaktfläche 21 um 180° punktsymmetrisch zu dem ersten Kontaktsegment 21a angeordnet und ausgebildet und bildet mit dem ersten Kontaktsegment 21a ein Kontaktpaar. Analog hierzu bilden die Kontaktsegmente 21b, 21c ein weiteres Kontaktpaar. Das erste Kontaktsegment 21a, insbesondere das in der
radialen Richtung bezüglich des Mittelpunkts der
Kontaktfläche 21 äußerste Unter-Kontaktsegment 21a-l, ist über den ersten Schalter S1 und dem ersten Widerstand RI mit dem Masseanschluss V2 steuerbar koppelbar. Das zweite
Kontaktsegment 21d, insbesondere das in der radialen Richtung bezüglich des Mittelpunkts der Kontaktfläche 21 äußerste Unter-Kontaktsegment, ist über die erste Stromquelle 301 mit dem Versorgungsspannungsanschluss VI gekoppelt, die steuerbar eingerichtet ist, einen vorgegebenen Strom II in das zweite Kontaktsegment 21d einzuprägen. Analog hierzu weist der
Träger 20 darüber hinaus einen zweiten Schalter S2, einen zweiten Widerstand R2 und eine zweite Stromquelle 302 auf, die mit dem weiteren Kontaktpaar 21b, 21c entsprechend verschaltet sind.
Zur Überprüfung der Lötstelle werden in einem Schritt S21 (Fig. 10) zunächst beide Schalter Sl, S2 und Stromquellen 301, 302 derart angesteuert, dass die Kontaktsegmente 21a,
21b von dem Masseanschluss V2 getrennt (Entkopplungszustand der Schalter Sl, S2) und kein Strom II, 12 in die
Kontaktsegmente 21c, 21d eingeprägt wird (ausgeschalteter Zustand der Stromquellen 301, 302) .
Daraufhin wird in einem Schritt S22 die erste Stromquelle 301 in einen angeschalteten Zustand versetzt, so dass der vorgegebene Strom II in das zweite Kontaktsegment 21d
eingeprägt wird. Darüber hinaus wird der erste Widerstand RI durch versetzen des ersten Schalters S1 in einen
Kopplungszustand mit dem ersten Kontaktsegment 21a verbunden. Überdeckt das Lotmaterial 3 die Ausnehmungen la-lf derart, dass das erste und zweite Kontaktsegment 21a, 21d galvanisch gekoppelt sind, so stellt sich an dem zweiten Kontaktsegment 21d Massepotential ein. Ist hingegen die Lötverbindung fehlerhaft bzw. keine galvanische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktsegment 21a, 21d vorhanden, so entspricht das Potential am zweiten Kontaktsegment 21d dem des Versorgungsspannungsanschluss VI.
In einem darauffolgenden Schritt S23 wird die an dem zweiten Kontaktsegment 21d anliegende Spannung ermittelt und abhängig von der ermittelten Spannung überprüft, ob die
Kontaktsegmente 21a, 21d galvanisch gekoppelt sind. Das
Ergebnis der Überprüfung wird beispielhaft in einer nicht näher dargestellten Speichereinheit des Trägers 20 wie einem Flipflop hinterlegt.
Anschließend wird in einem Schritt S24 der erste Schalter S1 und die erste Stromquelle 301 wieder in den Entkopplungs- bzw. ausgeschalteten Zustand versetzt.
Daraufhin wird in einem Schritt S25 analog zu dem Schritt S22 die zweite Stromquelle 302 in den angeschalteten Zustand und der zweite Schalter S2 in den Kopplungszustand versetzt.
Analog zu dem Schritt S23 wird in einem anschließenden
Schritt S26 überprüft, ob die Kontaktsegmente 21b, 21c galvanisch gekoppelt sind. Das Ergebnis der Überprüfung wird beispielhaft in der Speichereinheit des Trägers 20 hinterlegt. Insbesondere kann hierzu in einem Schritt S27 eine konjunktive Verknüpfung mit dem in Schritt S23
hinterlegten Ergebnis erfolgen, beispielhaft mittels logisch „UND", so dass das in der Speichereinheit hinterlegte
Ergebnis repräsentativ dafür ist, ob die entsprechenden
Kontaktsegmente 21a-21d beider Kontaktpaare jeweils
galvanisch gekoppelt sind. Im Rahmen eines EOL Testes kann so nachgewiesen werden, welche Ausformung die Lötverbindung aufweist .
Das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 9, 10) kann mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt kombiniert sein. Bevorzugt weist die Kontaktfläche 21 in diesem
Zusammenhang sowohl geradlinig verlaufende Ausnehmungen le, lf und kreis-, kreisring- oder kreisringabschnittförmige Ausnehmungen la-ld auf (vgl. Fig. 8b.
Alternativ oder zusätzlich zu der Kontaktfläche 21 des
Trägers 20 kann auch der Anschlussbereich 11 Ausnehmungen la- lf aufweisen. Eine Überprüfung der Lötstelle kann in diesem Fall beispielhaft mit dem Verfahren gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel analog erfolgen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
la-lf Ausnehmung
3 Lotmaterial
10 Halbleiterbauelement
11, 12 Anschlussbereich 21, 22 Kontaktfläche
2 la-2 ld Kontaktsegment
21a-l, 2 la-2 Unter-Kontaktsegment
100 System
101, 102 Anordnung
200 Spannungsmessgerät
300, 301, 302 Stromquelle
Hl, H2 Magnetfeld
I, Iu, Iw, II, 12 Strom
LI, L2 Spule
RI, R2 Widerstand
R_3 , R_10 , R_20 Widerstand
Sl, S2 Schalter
S11-S13, S21-S27 Verfahrensschritte VI, V2 Versorgungsanschluss