Richi´s Lab

 

Microsoft IntelliMouse Optical

 

Microsoft brachte 1999 die IntelliMouse Explorer auf den Markt. Es handelte sich um eine der ersten optischen Mäuse. Sie löst den Untergrund mit 400dpi auf. Die IntelliMouse Optical ist das Nachfolgemodell der IntelliMouse Explorer.

 

Der innere Aufbau ist recht schlicht gehalten. Als Sensor ist ein H2000 von Agilent eingesetzt. Gefertigt wurde der Sensor in der Kalenderwoche 15 des Jahres 2000.

Der Vorbesitzer hat die LEDs ausgetauscht und das USB-Kabel nach einem Kabelbruch gekürzt und mittels eines Schrumpfschlauchs verstärkt.

 

Die Weißfärbung der Leuchtdioden-Linse zeigt, dass bei den Modifikationen wahrscheinlich mit einem Kleber auf Cyanacrylatbasis (Sekundenkleber) gearbeitet wurde. Bei optischen Systemen können solche Verfärbungen schnell zu Problemen führen.

Die Linse des Sensors ist in ein großes Kunststoffelement integriert. Viele Datenblätter von Maussensoren weisen darauf hin, dass derart große Kunststoffelemente lange Isolationsstrecken darstellen müssen, um die Elektronik vor elektrostatischen Entladungen zu schützen.

 

Auf der Unterseite der Platine befinden sich einige SMT-Bauteile. Der bedrahtete Widerstand im rechten Bereich wurde im Rahmen der LED-Umrüstung eingebaut.

 

Der Sensor befindet sich in einer Art DIL-16-Gehäuse. Interessant ist, dass die gegenüberliegenden Pins versetzt angeordnet sind.

Auf der Unterseite ist ein Deckel eingeklipst, der eine Blende enthält.

 

Der Deckel lässt sich relativ gut aus dem Rahmen hebeln.

Das Sensorelement liegt im Package offen und ist über eine durchsichtige Vergussmasse vor Umwelteinflüssen geschützt, was bei einer Computermaus absolut sinnvoll ist.

 Das Die ist so platziert, dass sich das darauf befindliche Sensorelement selbst möglichst ideal mittig über der Blende befindet. Daraus ergibt sich die leicht seitliche Anordnung.
Gleichzeitig ist das folgende optische System zu beachtet. Der Abstand zwischen der Leuchtdiode, dem Fenster zur Tischoberfläche und dem Sensorelement sollte idealerweise nicht zu groß werden, um komplizierte Linsen- und Lichtleiterelemente vermeiden zu können. Entsprechend befindet sich das Die an der oberen Kante des Packages.

 

Diese zwei Bilder stellen verschiedene Belichtungen des Dies dar.

Rechts ist das Sensorelement selbst zu erkennen, das aus 18x18 Pixeln besteht.

 

Die einzelnen Pixel sind von der Metalllage eingerahmt und besitzen eine Kantenlänge von ungefähr 60µm. In den Pixelflächen lassen sich keine Strukturen erkennen. Auf irgendeine Art muss sich darin ein pn-Übergang befinden. Fällt Licht auf diese Grenzfläche, so erzeugt es freie Ladungsträger. Die freien Ladungsträger werden durch das intrinsische, elektrische Feld getrennt und erzeugen einen Stromfluss, der sich auswerten lässt.

An den Kreuzungspunkten bildet die Metalllage quadratische Blöcke aus. Der Aufbau ist typisch für einen CMOS-Sensor. Darunter, direkt neben dem eigentlichen Lichtsensor, ist die erste Verstärkerstufe platziert. Sie puffert die Signale der einzelnen Pixel, damit sie über eine gemeinsame Busleitung ausgelesen werden können. Die Abschirmung über die Metalllage ist notwendig, damit das einfallende Licht nicht die Verstärkerstufe stört.

Um das gesamte Sensorarray bildet die Metalllage einen Rahmen. Darunter befinden sich höchstwahrscheinlich die Schaltungsteile, die das Auslesen der Pixel steuern.
Das optische System und die Blende des Gehäuses dürften so gestaltet sein, dass das einfallende Licht möglichst nur auf das Sensorarray fällt und nicht auf andere Teile des Dies, wo es zu ungewollten Beeinflussungen der Schaltungen führen könnte. Der schützende Rahmen um den Sensor sorgt hierbei für eine gewisse Toleranz.

 

Oberhalb des Sensorarrays befindet sich ein größerer Bereich, der ebenfalls fast vollständig von der Metalllage bedeckt ist. Es ist davon auszugehen, dass darunter die Auswertung und Digitalisierung der Sensorsignale erfolgt. Die analogen Funktionsblöcke lassen sich leichter beeinflussen als digitale Schaltungen, weswegen eine zusätzliche Abschirmung vor Licht und elektromagnetischen Störungen durchaus sinnvoll ist.

 

Die Details des offenen Bereichs oberhalb des Sensorarrays lassen sich auf Grund der geringen Strukturgrößen nicht sauber auflösen.

Interessant ist vor allem die untere Struktur. Dort verlaufen horizontal acht Linien, unter denen eine relativ große Leitungen schleifenförmig verlegt ist. Da es sich um acht Leitungen handelt, die sich direkt neben dem Digitalteil befinden, kann man vermuten, dass es sich um den digitalen Ausgang der Sensorauswertung handelt. Der mittlere Teil der Struktur mit den vier dunklen, senkrecht angeordneten Elementen könnte eine Verstärkerkaskade darstellen.

 

Im Detail ist deutlich zu erkennen, dass sich die zwei großen Logikblöcke links des Sensorarrays stark unterscheiden. Der rechte Block besteht aus gleichmäßigen Blöcken. Dabei dürfte es sich um den im Datenblatt beschriebenen Signalprozessor handeln.

Der linke Block erscheint eher chaotisch und dürfte die Logikblöcke enthalten, die letztlich aus den aufbereiteten Sensorwerten die Ausgangssignale erzeugen. Da keine für Speicher typische, regelmäßigen Strukturen zu erkennen sind, kann man davon ausgehen, dass es sich nicht um einen Mikrocontroller handelt, sondern tatsächlich um eine schlichte Logikschaltung.

 

Vor allem im oberen Bereich des mittleren Blockes zeigt sich die Komplexität des Halbleiters. Die minimale Strukturbreite dürfte sich im Bereich von 1µm oder knapp darunter befinden. Es sind mindesten zwei, wahrscheinlich eher mehr Metalllagen integriert worden.

 

Am linken Rand befindet sich eine größere, massiver angebundene Struktur. Hierbei dürfte es sich um die Endstufe handeln, die die Leuchtdiode ansteuert.

 

Der Chip trägt die Bezeichnung "2AC4A". Es könnte sich dabei um eine interne Modellbezeichnung oder um die Bezeichnung eines Fertigungsprozess handeln.

Gerade noch zu erkennen ist ein "MADE IN USA". Entwickelt hat den Chip beziehungsweise den Maskensatz noch Hewlett Packard im Jahr 1999. Die Halbleitersparte und andere Bereiche von Hewlett Packard wurde kurz danach unter dem Namen Agilent ausgegliedert. 2005 gründete sich aus der Halbleitersparte von Agilent wiederum die Firma Avago, die mittlerweile zu Broadcom gehört.

Es sind die Bezeichnungen von neun Masken zu erkennen.

 

Der Sensor kann direkt einen PS/2-Ausgang darstellen. Für den USB-Anschluss ist ein weiterer Chip notwendig, der sich auf der Platinenunterseite befindet.

Das Logo auf dem Package gehört zu Cypress Semiconductor. Unter der Bezeichnung CP5576AMT finden sich keine weiteren Informationen. Die Zeichenfolge MSFT lässt auf eine spezielle Entwicklung oder Anpassung für Microsoft schließen. Die Zahl 99 soll vermutlich das Entwicklungsjahr darstellen. 0012 dürfte für eine Fertigung in der Kalenderwoche 12 des Jahres 2000 stehen. Das würde gut zu den Daten des Sensors passen.

Das Backend der Fertigung befand sich anscheinend auf den Philippinen.

 

Das Die hat beim Freilegen leider etwas gelitten, dennoch ist einiges zu erkennen. Zuerst einmal sind sehr viele Bondpads nicht genutzt. Die 24 Anschlüssen des Packages sind jeweils einem Pad zugeordnet. Frei bleiben daneben weitere 24 Pads. Es könnte sich um Testpads oder um eine Programmierschnittstelle handeln. Ebenfalls ist denkbar, dass der Chip in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann und dort verschiedene Bondpads genutzt werden.

Rechts ist ein großer Block zu erkennen, der in der Struktur einem Gatearray ähnelt und entsprechend eine spezielle Logik enthalten könnte.
Der große Block auf der linken Seite lässt sich nicht sauber auflösen. Er scheint so gleichmäßig strukturiert, dass es sich um einen Speicher handeln dürfte.
Die mittleren Blöcke könnten theoretisch einen einfachen Prozessor inklusive der notwendigen Peripherie darstellen. Sicher ist das allerdings keineswegs.

 

In der oberen, rechten Ecke befindet sich noch einmal das Logo, das auch auf dem Package abgebildet war und die kaum zu erkennende Bezeichnung Cypress. Der Maskensatz stammt aus dem Jahr 1999, was die Annahmen bezüglich der Beschriftung auf dem Package bestätigt. Die Ziffern darunter stellen vermutlich eine Bezeichnung des Chips oder des Fertigungsprozess dar.

 

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