Richi´s Lab

DLP - Digital Light Processing

TI DLP Package

Texas Instruments produziert sogenannte DLP-Einheiten. DLP steht für Digital Light Processing. Dabei handelt es sich um ein Array aus Mikrospiegeln, die es ermöglichen das Licht einer Lampe auf eine Projektionsfläche zu leiten oder es auszublenden. Genutzt werden diese Einheiten beispielsweise in Beamern, aber auch die Lichtverteilung moderner Autoscheinwerfer lässt sich über solche Systeme kontrollieren.

Wie sich noch zeigen wird, handelt es sich bei dem enthaltenen DLP-Element und den Typ DMD1076, der 1024x768 Pixel bietet.

Das Package besitzt ein überraschend dickes Glaselement. Der silber erscheinende Rahmen stellt die Verbindung zwischen dem Deckel und dem restlichen Package dar. Die Tiefe des Deckels wird vollständig durch das Glaselement eingenommen. Auf der Unterseite befindet sich eine Beschichtung, die nur über dem Spiegelarray selbst ausgespart wurde.

 

TI DLP Package

Auf der Unterseite des Packages ist ein relativ massiver Metallblock aufgelötet, der neben einer stabilen Befestigung auch die Entwärmung des DLP-Elements ermöglicht.
Die Entwärmung ist nicht unkritisch. Das DLP-Element reflektiert das einfallende Licht mit einer Effizienz von 68%, das bedeutet, dass bis zu 32% der Lichtleistung als Wärme abgeführt werden müssen. Dabei kann es sich um mehrere Watt handeln. Gleichzeitig liegt die maximal zulässige Arbeitstemperatur bei gerade einmal 65°C.
Die Spiegel selbst arbeiten mit einer optischen Effizienz von 89,4%.

 

TI DLP Die

Die Abdeckung des Dies lässt sich mit kleineren Schäden relativ gut mechanisch entfernen.

Die und Package verbinden 216 Bonddrähte.

 

TI DLP Die

Das Spiegelarray scheint sehr empfindlich zu sein, was in Anbetracht des Aufbaus kaum überrascht. Obwohl das Die nur durch sehr kleine Bruchstücke des Glasfensters getroffen wurde sind einzelne Bereiche deutlich erkennbar beschädigt.

 

TI DLP Die Rahmen

Auf dem Die befinden sich neben dem Spiegelarray fast keine anderen Strukturen. Das Spiegelarray zeigt aber deutlich eine Art Rahmen. Das Datenblatt beschreibt Folgendes:
"The structure and qualities of the border around the active array includes a band of partially functional mirrors called the “Pond Of Mirrors” (POM). These mirrors are structurally and/or electrically prevented from tilting toward the bright or “on” state but still require an electrical bias to tilt toward “off.”"
Das Datenblatt gibt allerdings weiterhin an, dass es sich um genau sechs Spiegelelemente pro Seite handeln würde, was nicht zu dem sehr breiten, hier zu sehenden Rahmen passt. Der Rahmen enthält die gleichen Spiegelelemente wie der innere Bereich, an der Grenzfläche ist aber eine Kante zu erahnen. In der oberen rechten Ecke befindet sich ein Artefakt, dass sich nicht auf das Öffnen des Packages zurückführen lässt. Vielleicht existiert außerhalb des 6-Pixel-Bereichs ein weiterer inaktiver Bereich, der aus fertigungstechnischen Gründen notwendig ist und im Datenblatt nicht weiter beschrieben wird.

 

TI DLP Die

Ein anderes Package wurde vor dem mechanischen Öffnen thermisch behandelt. Bei diesem Die schalteten sehr viele Spiegel in einen der zwei Beharrungszustände um. Die maximal zulässige Betriebstemperatur des Chips beträgt nur 65°C. Es ist daher durchaus denkbar, dass die hohen Temperaturen die Mechanik unter den Spiegeln zerstört hat.

 

TI DLP Die

Am Rand des Dies befinden sich die Schutzstrukturen der Bondpads.

 

TI DLP Die Marking

 

TI DLP Die Marking

Die Beschriftung des Packages lässt nicht direkt auf den Typ des DLP-Elements schließen, in der oberen rechten Ecke befindet sich aber die Bezeichnung DMD1076. Das Datenblatt für das DMD1076 zeigt ein anderes Package, das Die wird aber höchstwahrscheinlich das gleiche sein.

 

TI DLP Die Marking

Das Design stammt aus dem Jahr 1998.

 

TI DLP Die Spiegel

Das Datenblatt gibt für die Spiegel eine Kantenlänge von 13,68µm an. Die Spiegel besitzen eine Ruhelage, aus der sie über die Diagonale um 11° bis 13° in die eine oder die andere Richtung gekippt werden können. Die dunklen Punkte in der Mitte der Quadrate stellen die Fixpunkte der Elemente dar.

 

TI DLP Die Spiegel

TI DLP Die Spiegel

Texas Instruments beschreibt den Aufbau relativ ausführlich: Unterhalb eines jeden Spiegels befinden sich unter anderem zwei Elektroden und mehrere Federelemente.

Die Logik arbeitet mit 3,3V. Die Elektroden zur Auslenkung der Spiegel werden mit 7,5V angesteuert. Zusätzlich gibt das Datenblatt eine Bias-/Reset-Spannung an, die sich zwischen -27V und 26,5V bewegen darf. Sie liegt an zwei Hilfselektroden an und wird benötigt, um die Umschaltung zu realisieren. Das Datenblatt gibt weiterhin an, dass der ideale Wert der positiven Spannung modellspezifisch und auf dem Package abgedruckt ist.

Unter jedem Spiegel befinden sich zwei komplementäre Speicherzellen. Das Beladen der Speicherzellen beeinflusst nicht sofort den Status der Spiegel. Erst mit Hilfe der richtigen Potentiale an den Bias-/Reset-Elektroden werden die Spiegel in die abgespeicherte Position gelenkt. Der Latch-Effekt des DLP-Elements erleichtert den Aktualisierungsvorgang.

 

TI DLP Die Dropout

TI DLP Die Dropout

In der unteren linken Ecke des Dies befindet sich ein Streifen, der mit "DROPOUT" beschriftet ist. Wahrscheinlich lässt sich darüber die Qualität der Fertigung überwachen.

 

TI DLP Die Spiegel

TI DLP Die Spiegel

TI DLP Die Spiegel

Belichtungen aus verschiedenen Winkeln zeigen den Effekt der unterschiedlich ausgerichteten Spiegel.

 

TI DLP Die Spiegel

 

TI DLP Die Spiegel

 

TI DLP Die Spiegel

 

 

Im folgenden sind REM-Aufnahmen eines anderen DLP-Chips zu sehen.
Danke an Harry!

 

TI DLP Die Spiegel REM

Auch hier fehlen einige Spiegelelemente, was aber für eine Analyse des Unterbaus sehr vorteilhaft ist.

 

TI DLP Die Spiegel REM

TI DLP Die Spiegel REM

Die Spiegelelemente dieses DLP-Chips scheinen eine Kantenlänge von 10µm aufzuweisen.

 

TI DLP Die Spiegel REM Detail

Einige der Unterkonstruktionen sind beschädigt, aber der grundsätzliche Aufbau ist gut zu erkennen. Jedes Spiegelelement ist mittig auf einem diagonalen Streifen montiert. In den Ecken ist der Streifen jeweils dreimal an den Kanten des Quadrats befestigt. Die zwei mittigen Elemente könnten Auflageflächen darstellen.

 

 

zurück