Richi´s Lab

 

Logitech G9

 

Logitech G9

Die Logitech G9 ist eine kabelgebundene Maus aus dem oberen Preissegment. Sie ermöglicht eine Auflösung von 3200dpi.

 

Logitech G9 Platine

Der Aufbau der Elektronik bietet wenig Überraschungen. Im Vergleich zur Microsoft IntelliMouse Optical ist der Aufbau hier allerdings etwas komplexer. Ein Freescale-Mikrocontroller übernimmt die Steuerung und stellt die USB-Schnittstelle dar. Ein 1kBit-EEPROM ermöglicht das dauerhafte Abspeichern von Daten, zum Beispiel der aktuellen DPI-Einstellung oder die Farbe der RGB-Leuchtdioden in der DPI-Anzeige auf der Oberseite der Maus.

Während Leuchtdioden noch direkt auf die Basisplatinen gelötet werden konnten, musste anscheinend mit dem Umstieg auf Laserdioden die Anordnung soweit modifiziert werden, dass zur elektrischen Anbindung eine eigene kleine Platine und eine Zuleitung notwendig wurden.
Die Befestigung des Lasers war wohl nicht ganz unproblematisch, da er zusätzlich mit einem Klebeband fixiert wurde.

 

Logitech G9 Avago S6090

Der Laser befindet sich mit seiner Trägerplatine in einer Kunststoffhalterung.

Beim Sensor handelt es sich um einen S6090 von Avago. Produziert wurde der Chip in der Kalenderwoche 36 des Jahres 2007.

Das Package ist eine Art hohes DIL-20-Gehäuse. Anscheinend war es für die optische Auslegung notwendig etwas mehr Abstand zwischen Platine und dem eigentlichen Sensor zu schaffen.

 

Logitech G9 Avago S6090 Laser

Logitech G9 Avago S6090 Laser

Beim Laser handelt es sich um zwei Dies in einem offenen Gehäuse. Auf der Seite des Gehäuses befindet sich die Beschriftung "3AHV".

Der Laser wird ebenfalls von Avago vertrieben. Die Typbezeichnung lautet ADNV-6340. Sie charakterisiert den Laser aber nicht vollständig. Hier kommt die Beschriftung "3AHV" zum tragen. Die letzte Ziffer, in diesem Fall ein "V", markiert laut Datenblatt verschiedene Dies. Die Dies mit der Bezeichnung "A" und "V" verhalten sich gleich. Die Dies, die mit "C" gekennzeichnet sind, besitzen allerdings andere Abstrahleigenschaften. Dazu kommt, dass die Dies eines Wafers in zwei verschiedene, sogenannte Bins sortiert werden. Es existiert ein Bin "2A" und ein Bin "3A". Je nach Bin muss ein anderer Strom eingestellt werden, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erhalten.

 

Logitech G9 Avago S6090 Laser Die Oberflächenemitter

Logitech G9 Avago S6090 Laser Die Oberflächenemitter

Logitech G9 Avago S6090 Laser Die Oberflächenemitter

Das Die der Laserdiode misst auf der längeren Seite ungefähr 210µm, auf der kurzen Seite ungefähr 180µm.

Es handelt sich um einen sogenannten Oberflächenemitter, der keine hohen Leistungen abgeben kann, aber günstig herzustellen ist.
In der Lasereinheit Sony KSS-710A ist dagegen zu sehen wie ein klassischer Halbleiterlaser aufgebaut ist.
 

Es ist eine kreisförmige Struktur zu erkennen, die vermutlich den aktiven Bereich darstellt. Der dunkle Fleck dürfte das Fenster sein, über das der Laserstrahl ausgekoppelt wird.
Fraglich ist aus welchem Grund seitlich des aktiven Bereichs zwei Schlitze in die Metalllage eingebracht wurden.
Der Ball des Bonddrahts ist auffällig breitflächig aufgepresst.

 

Logitech G9 Avago S6090 Laser Überspannungsschutz Die

Das zweite Die neben der Laserdiode ist einfach strukturiert. Auf der Oberseite befindet sich ein großes Quadrat der Metallisierungslage. Darunter ist gerade noch eine Art Rahmen zu erkennen. Es ist denkbar, dass das innere Rechteck den Ausschnitt für den Bonddraht markiert und das äußere Rechteck die Begrenzung einer dotierten Wanne durchscheinen lässt, die mit dem Substrat einen pn-Übergang bildet.
Ob es sich um eine Überspannungs- oder eine Verpolschutzdiode handelt lässt sich damit nicht endgültig klären.

Auch hier ist der Ball des Bonddrahts sehr breitflächig aufgepresst.

 

Logitech G9 Avago S6090 Linsensystem

Ein Kunststoffelement stellt das Linsensystem dar, in das der Laser einkoppelt und das die reflektierte Strahlung zum Sensor leitet.

Auch hier sorgt die große Fläche dafür, dass die Elektronik vor elektrostatischen Entladungen geschützt ist.

Das Linsensystem stammt wie der Laser und der Sensor von AVAGO.

 

Logitech G9 Avago S6090 Laser Strom guard trace

Logitech G9 Avago S6090 Laser Strom guard trace

Die Stromregelung und damit die Leistungsregelung der Laserdiode erfolgt im Sensor-IC. Die Schaltung erkennt Einfachfehler, so dass ein solcher Fehler nicht zu potentiell gefährlichen Ausgangsleistungen führt.

Wichtig ist allerdings, dass der Widerstand, mit dem der Laserdioden-Strom eingestellt wird, den richtigen Wert darstellt. Zuerst ist dazu überhaupt der richtige Widerstandswert zu wählen. Die 3A-Sortierung der Laserdiode benötigt einen 12,7kOhm-Widerstand. Tauscht man die Laserdiode durch eine 2A-Sortierung aus, so muss dieser Widerstand auf 18,7kOhm erhöht werden.
Ein 12,7kOhm-Widerstand ist bereits hochohmig genug, dass Schmutz auf der Platine zu relevanten Widerstandsänderungen führen kann. Vor allem bei einer Computermaus muss man mit feuchten und leitfähigen Belägen rechnen. Im Datenblatt des Sensors ist daher ausführlich beschrieben welche zusätzlichen Maßnahmen an diesem Widerstand zu treffen sind: Die Platzierung sollte direkt am Sensor erfolgen. Entscheidet man sich gegen eine Beschichtung der Platine, so muss der Widerstand durch ein bedrahtetes Bauteil dargestellt werden, wo der Abstand der Kontakte höher ist. Um den Schaltungsknoten zwischen Widerstand und Sensor müssen Schirmstrukturen integriert werden, die an das Versorgungspotential anzubinden sind. Auf diesen Schirmstrukturen darf kein Lötstopplack aufgebracht werden. Sollte es zu Leckströmen kommen, so fließen diese nur aus dem Versorgungspotential in den geschützten Knoten und heben das Potential an, was zu einer niedrigeren Strahlleistung führt. Ohne diese Maßnahme würden Leckströme tendenziell aus dem Knoten fließen und das Potential absenken, was zu einer Erhöhung der Strahlleistung führen würde.

 

Logitech G9 Avago S6090

Auch bei diesem Package sind die gegenüber liegenden Pins gegeneinander versetzt.

 

Logitech G9 Avago S6090

Auf der Unterseite ist ebenfalls eine Blende lose in das Gehäuse eingeklipst.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die

Das relativ große Die liegt im Package offen und ist im Bezug auf die optischen Elemente ideal platziert.

Es zeigt sich, dass alle Pins des Gehäuses, auch die als "not connected" bezeichneten, mit dem Die verbunden sind.
Einige Potentiale, vor allem die Versorgung, sind über viele, parallel geschaltete Bonddrähte an das Die angebunden.

Wie sich bei der Mad Catz R.A.T. 3 zeigt befindet sich an der rechten Kante ein Bestückplatz für einen Kondensator, der hier aber anscheinend nicht notwendig war.

 

Logitech G9 Avago S6090 Fadenkreuz

Auf dem Trägergitter befindet sich ein Fadenkreuz. Ein Bonder benötigen üblicherweise keine solche Markierung. Es ist denkbar, dass über dieses Kreuz das Die platziert oder zum Ende der Produktion die Ausrichtung des Sensor geprüft wurde.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die

Rechts oben ist das Sensorelement selbst zu erkennen.

Etwas überraschend ist ein Bonddraht, der quer über das Die gespannt wurde. Es handelt sich um den Pin 5, der laut Datenblatt nicht zu beschalten ist. Der Pin hat wohl ziemlich sicher eine Funktion, ansonsten hätte man nicht den Aufwand betrieben ihn gleich an zwei voneinander weit entfernten Bondpads anzubinden.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Doppelbond

Logitech G9 Avago S6090 Die Doppelbond

Logitech G9 Avago S6090 Die Doppelbond

Die Art wie die Brücke integriert wurde überrascht noch mehr als ihre schiere Existenz. Dem Anschein nach wurde die Brücke zuerst auf das Pad gebondet und dann folgte direkt darauf der nächste Bonddraht, der das Potential mit dem zugehörigen Pin des Gehäuses verbindet. Die Bonddrähte zwischen Die und Gehäuse sind im Ball-Wedge-Verfahren aufgebracht. Es wäre demnach denkbar, dass die Brücke an dieser Stelle keinen hoch aufbauenden Ball, sondern einen viel flacheren Wedge besaß. Dagegen sprechen allerdings mehrere Punkte. Es ist absolut keine Abflachung beim von links kommenden Draht zu sehen. Abgesehen davon ist unter dem oberen, flachgepressten Ball eine runde Metallscheibe zu erkennen, die nur zu einem flachgepressten Ball passt. Dazu kommt, dass die Bondpads sehr passgenau erscheinen. Mit einem auslaufenden Wedge wären Kurzschlüsse zu befürchten. Ein Durchverbinden vom linken Pad, zum oberen Pad zum Package ist ohne Wedges nicht möglich, da der Bonder zuerst an einem Drahtende einen Ball ausformen muss, um diesen auf ein Pad bonden zu können. Auch wenn der Vorgang haarsträubend anmutet, so muss wohl auf dem passgenau bemessenen Pad der Ball des linken Drahts gebondet worden sein, um auf diesen Aufbau dann einen zweiten Ball aufzusetzen. Einen robusten Eindruck hinterlässt diese Art der Anbindung nicht.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Pixelmatrix

Der Sensor besteht aus 30x30 Pixel, wie es auch im Datenblatt angegeben ist.
Das sind sehr viel mehr als die 18x18 Pixel der Microsoft IntelliMouse Optical. Die Logitech G9 muss allerdings auch eine fast zehnmal so hohe Auflösung liefern.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Pixel

Logitech G9 Avago S6090 Die Pixel

Logitech G9 Avago S6090 Die Pixel

Das Sensorarray stellt sich etwas anders dar als bei der Microsoft IntelliMouse Optical. In der Mitte der aktiven Elemente befinden sich kleine Quadrate, die durch eine kaum mehr sichtbare Leitung kontaktiert werden. Die Leitung führt nach unten und dann nach links zu jeweils einem der Metalllagen-Quadrate, worunter der Pufferverstärker platziert ist. Den lichtsensiblen Bereich stellt üblicherweise ein pn-Übergang dar. Es ist davon auszugehen, dass das innere Quadrat invers zur Umgebung dotiert ist und sich entsprechend ein pn-Übergang an der Grenzfläche ausbildet. Warum der Aufbau der Pixel geändert wurde lässt sich nicht abschließend klären.

Abgesehen von den Quadraten der Metalllage hat ein Pixel eine Kantenlänge von 40µm und ist damit um einiges kleiner als die Pixel der Microsoft IntelliMouse Optical mit ihrer Kantenlänge von 60µm.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Doppelbond

Logitech G9 Avago S6090 Die Detail

Laut dem Datenblatt befindet sich auf dem Chip die Ausleselogik für das Sensorarray und ein digitaler Signalprozessor.
Die einzelnen Details lassen sich nicht auflösen, es scheint sich allerdings um ein sehr spezielles Schaltungskonglomerat zu handeln. Der Aufbau ähnelt weder einem Mikrocontroller, noch einem Gatearray, eher einer Mischung aus diversen Schaltungsblöcken.

Die Komplexität des Halbleiters ist enorm. Trotz der nicht unerheblichen Größe des Dies ist die Packungsdichte sehr hoch.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Detail

Der Bereich unterhalb des Sensorarrays ist fast komplett von der Metalllage abgedeckt. Auch seitlich des Sensors ist ein relativ breites Stück des Dies geschirmt. Vermutlich sollte so ein Sicherheitsbereich geschaffen werden, in dem Licht auftreffen kann, ohne dass es zu Problemen durch die Generation von Ladungsträgern kommt. Unterhalb des Dies dürften sich die analogen Schaltungsteile befinden. Im Gegensatz zu digitalen Schaltungsteilen, sind die analogen Bereiche empfindlicher gegenüber Störungen und müssen daher geschirmt werden.

Zumindest die letzten Schichten des Halbleiters scheinen während der Fertigung nicht poliert worden zu sein, da man hier über die Höhenunterschiede deutlich die darunter liegenden Strukturen erkennen kann.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Detail

Die Strukturen in den Öffnungen der Metalllage lassen keine definitiven Schlüsse auf die Funktion zu. Der rechte Block erscheint einigermaßen gleichmäßig. Es könnte sich dabei zumindest theoretisch um einen Teil des Analog-Digital-Wandlers handeln.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Detail

Der linke Block ist dagegen chaotischer, was auf Logikelemente hindeuten könnte.

 

Logitech G9 Avago S6090 Die Detail Agilent Maskensatz

In der Ecke des Sensorarrays befinden sich einige Markierungen. Demnach wurde der Sensor von Agilent gefertigt. Das Design oder zumindest der Maskensatz stammt aus dem Jahr 2004. Diese Informationen sind soweit stimmig. Erst 2005 gründete sich aus der Halbleitersparte von Agilent die Firma Avago.
Zusätzlich finden sich die Ziffernfolgen "2BVSD" und "CSM2", die sich nicht weiter zuordnen lassen.
Die erkennbaren Markierungen der Masken lassen auf einen Prozess mit mindestens neun Masken schließen.

 

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