Richi´s Lab

3"-Wafer - U840PC - Mikrocontroller

Thüringer Museum für Elektrotechnik - U840 Flyer

Die Firma Zilog, die für den weit verbreiteten Mikroprozessor Z80 bekannt ist, hatte unter der Bezeichnung Z8 auch einen Mikrocontroller im Programm. In der DDR hatte man die Baureihe U88xx entwickelt, die wie der Z8 funktionierte. Der U88xx basierte noch auf einem n-Channel-Silicon-Gate-Prozess. Daraus wurde im Funkwerk Erfurt der U840 entwickelt, der auf einem CMOS-Prozess basiert und so eine deutlich reduzierte Leistungsaufnahme hatte. Das obige Dokument stammt aus dem Thüringer Museum für Elektrotechnik (externer Link) und zeigt die grundsätzlichen Spezifikationen des U840.

 

Halbleiterbauelemente-Symposium HFO - U840 Blockschaltbild

Halbleiterbauelemente-Symposium HFO - U840 Blockschaltbild

Halbleiterbauelemente-Symposium HFO - U840 Blockschaltbild

Der U840 wurde 1989 auf dem Halbleiterbauelemente-Symposium des Halbleiterwerks Frankfurt Oder vorgestellt. In den zugehörigen Unterlagen findet sich unter anderem das obige Blockschaltbild.

 

U840 Wafer Behälter

Der hier zu sehende Behälter stammt ebenfalls aus der Sammlung des Thüringer Museums für Elektrotechnik (externer Link). Mit diesem Behälter können bis zu 25 Wafer transportiert werden. Der schwarze Knopf erlaubt es den Deckel auf das Gehäuse zu pressen und so abzudichten.

Auf einem Stück Klebeband stehen die Zahlen 3937. Dabei handelt es sich höchstwahrscheinlich um die Nummer der Charge, die hier gefertigt wurde. Die Zahlen 1-25 sind vermutlich die Nummern der 25 Wafer, die sich ursprünglich in diesem Behälter befanden.

 

U840 Wafer Behälter

Acht Wafer sind im Behälter verblieben.

 

U840 Wafer

Die meisten Schaltkreise auf den Wafern sind mit einem Farbpunkt als Ausschuss markiert. Neben den eigentlichen Schaltkreisen befinden sich 10 Testbereiche auf dem Wafer. Mit einer Kantenlänge von 7,5mm x 7,4mm ist der U840 extrem groß für einen 3"-Wafer. Darauf lassen sich lediglich 56 komplette Schaltkreise darstellen. Der U809 (5,5mm x 3,4mm) findet dagegen auf einem 3"-Wafer schon 181 mal Platz. Das alles ist kein Vergleich zum D220 (Kantenlänge 1,2mm). Sogar auf einem 2"-Wafer lässt sich dieser 1128 mal abbilden.

 

U840 Wafer Rückseite

Auf der Rückseite des Wafers ist die Zahl 3937 eingeritzt, die wie beschrieben höchstwahrscheinlich die Chargen-Nummer ist. Die 6 steht vermutlich für den sechsten Wafer der Charge.

Interessant sind die Regenbogenfarben, die sich zum Zentrum hin unregelmäßig kreisförmig wiederholen. Anscheinend ändert sich hier die Dicke der Passivierungsschicht. Abhängig von der Dicke ergeben sich für das einfallende Licht verschiedene Resonanzen und damit konstruktive oder destruktive Interferenzen. So entstehen die verschiedenen Farben. Die Farbfolgen sprechen für eine stetig fallende oder steigende Dicke der Schicht.

 

U840 Wafer Kante

Die Kanten des Wafers wurden anscheinend abgeschrägt. Sie erscheinen etwas unregelmäßig.

 

U840 Wafer Teststrukturen

Auf dem Die sind zwei große Teststrukturen integriert, die wiederum aus mehreren Blöcken bestehen. Im obigen Bild ist eine der Teststrukturen zu sehen.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Einer der Testblöcke trägt die Bezeichnung CM11 und enthält einige kleinere Funktionsblöcke.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Ein zweiter Block trägt die Bezeichnung CM10. Darunter findet sich außerdem das Datum 18 JAN 87 und die Buchstaben KH. Im Vergleich zum CM11 sind hier noch etwas komplexere Teststrukturen integriert.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

In diesem Block sind einfachere Strukturen abgebildet. An der linken und der unteren Kante befinden sich Transistoren mit verschiedenen Länge/Breite-Verhältnissen. Die Teststrukturen an der oberen Kante ermöglichen es anscheinend verschiedene Durchkontaktierungen zu vermessen. An der rechten Kante scheinen verschiedene Widerstände integriert worden zu sein. Mittig befinden sich drei Kondensatorflächen.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

In diesem Block befinden sich neben zwei großen Transistorflächen mehrere Geometrien der verschiedenen Dotierungen, aber auch kleine Dioden und Transistoren.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Unter den Blöcken der Teststruktur befinden sich auch zwei HTC04, zwei Sechsfach-Inverter.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Beim zweiten Sechsfach-Inverter fehlen die Buchstaben SC. Es scheint, dass zur SC-Variante die Strukturen verkleinert werden konnten.

 

U840 Wafer Teststrukturen

Die zweite Teststruktur enthält deutlich größere Elemente, aber auch Strukturen, die in der ersten Teststruktur schon vorhanden waren.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Viele der größeren Elemente scheinen Teststrukturen für verschiedene Durchkontaktierungen zu sein.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

In diesem Bereich finden sich dieselben unterschiedlichen Transistoren wie weiter oben. In der Mitte sind hier allerdings zwei sehr große Transistorflächen integriert.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

In diesem Block lassen sich verschiedene Kondensatorflächen vermessen. Der Streifen oben links könnte ein Ringoszillator sein, mit dem sich die Qualität der Transistoren bewerten lässt.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Der hier zu sehende Block ist sehr ähnlich einem Block in der ersten Teststruktur.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

In diesen zwei sehr großen Strukturen verlaufen lange Leitungen der Metalllage über viele tiefer liegende Streifen. Es sind keine Durchkontaktierungen zu erkennen. Vielleicht kann hier der Einfluss der Metalllage auf tiefer liegende Schichten bestimmt werden. Innerhalb der Strukturen sind einige Zeichen in altdeutscher Schrift abgebildet.

 

U840 Wafer Teststrukturen Detail

U840 Wafer Teststrukturen Detail

Im hier zu sehenden Block sind noch einmal diverse unterschiedliche Teststrukturen integriert.

 

U840 Die

U840 Die

Das Die des U840PC ist 7,5mm x 7,4mm groß. Dieses Bild ist auch in einer höheren Auflösung verfügbar (193MB). Einige Geometrien lassen sich ihrer Funktion zuordnen, wie zum Beispiel die zwei großen regelmäßigen Strukturen im rechten oberen Bereich.

 

Thüringer Museum für Elektrotechnik - U840 Metalllage

Das Thüringer Museum für Elektrotechnik (externer Link) besitzt ein Foto der Strukturen des U840. Oberflächlich findet sich kein Unterschied zu den Strukturen auf dem Wafer. Es muss sich aber um eine andere Revision handeln, da das Copyright-Zeichen anders dargestellt ist.

 

U840 Die Detail

Der Hinweis auf das Copyright des MME (VEB Mikroelektronik „Karl Marx“) findet sich unter der Bezeichnung U840.

 

U840 Package

Hier ist der U840 im PLCC-Gehäuse zu sehen. Der Datecode XD steht für eine Fertigung im Dezember 1989.

 

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