CN101256216A - 半导体元件的特性检查用夹具、特性检查装置及特性检查方法 - Google Patents

Abstract

特性检查用夹具1具有电路基板2以及可在电路基板上装卸的电极适配器3，电极适配器3上设置有光输出－电流－电压特性(LIV特性)测定用电极部3b和恒温通电测试用电极部3a。电极适配器3安装在电路基板2上，电极适配器3的电极部3a、3b与安装在电路基板2的插口2a上的各半导体激光器4相连通。进行特性检查时，LIV特性测定器的连接管脚与LIV特性测定用电极部3b的连接面接触并电气连接，进而进行测定半导体激光器4的LIV特性、在恒温炉内插入夹具1、以及将恒温通电测试用电极部3a插入插口的恒温通电测试工序，并再次使用LIV特性测定器测定LIV特性。电极部3a、3b老化后只需更换电极适配器3。

Description

半导体元件的特性检查用夹具、特性检查装置及特性检查方法

技术领域

本发明涉及一种半导体元件的特性检查用夹具、包含了该夹具的特性检查装置，以及使用该装置进行特性检查的方法。

背景技术

光输出-电流-电压特性(LIV特性)是作为一种半导体元件的半导体激光器(LD：Laser diode)的基本特性之一。具体的说，LIV特性是指表示输入半导体激光器的电流值能得到多少激光输出的光输出-电流特性(L-I特性)，和表示此时施加于半导体激光器的电压与输入电流之间关系的电压-电流特性(V-I特性)。阈值(threshold)电流、斜率效率(slope efficiency)以及串联电阻(seriesresistor)等半导体激光器的主要参数是由该LIV特性计算出的。因此，对半导体激光器进行评价时要进行该LIV特性的测定。

此外，一般来说，为了评价半导体激光器，要进行称为恒温通电测试(burnin)的老化(aging)工序。具体的说，老化工序是指通常在100-150℃的高温环境下在规定的时间内向半导体激光器输入规定电流的工序。在该老化工序的前后测定半导体激光器的LIV特性。接着，根据在该老化工序前后测定的LIV特性的变化来判断是否为合格品。由此，在同样条件下制造出的半导体激光器中，就可挑选出由于在结晶成长中产生缺陷而导致可靠性下降的半导体激光器不合格产品。

因此，为判断半导体激光器是否合格，至少要进行第一次的LIV特性测定工序和恒温通电测试工序，以及第二次的LIV特性测定工序。LIV特性测定工序是用LIV特性测定器来进行测定的，而恒温通电测试工序是使用恒温炉(burn-in oven)来进行的。这些工序均在将半导体激光器与LIV特性测定器及恒温炉电气连接的状态下进行。

并且，一般来说，同时对多个半导体激光器进行LIV特性测定及老化工序以提高作业效率。因此，如图4所示，作为半导体激光器的特性检查用夹具11使用了在可以搭载多个半导体激光器12的电路基板13(PCB：Printed CircuitBoard)上形成电极部13a的装置。这种情况下，在电路基板13上搭载了多个半导体激光器12，图未示，将电路基板13的电极部13a连接到LIV特性测定器上进行LIV特性的测定，然后，将电路基板13的电极部13a连接到恒温炉上，在恒温炉内加热电路基板13及半导体激光器12，并同时通过电极部13a向半导体激光器输入规定电流。然后，再一次将电路基板13的电极部13a连接到LIV特性测定器上进行LIV特性的测定。这样，至少要进行3个工序，每一次都要将电路基板13的电极部13a连接到LIV特性测定器或者恒温炉上。接着，在完成了1组的半导体激光器12的特性检查之后，再将下一组的半导体激光器12搭载于电路板13上，并进行如上所述的LIV特性测定、老化工序及LIV特性测定。

如上所述，由于使用同一个电路基板13进行多个半导体激光器12的特性检查，该电路基板13的电极部13a多次反复进行与LIV特性测定器或者恒温炉电气连接及断开，因此电极部13a就有可能老化(degradation)。

如图5中的放大图所示，在电极部13a的一面或两面上形成了电极端子13b，并由电路基板13的外周部向外侧突出，即所谓的卡边缘连接器(card edgeconnector)的场合较多。将卡边缘连接器插入狭缝(slit)状的插口(socket)则与LIV特性测定器或者恒温炉的连接端子接触，由狭缝状的插口拔出则断开连接。该卡边缘连接器操作性良好，但由于在各个工序中反复在插口中拔插，其在拔插时的摩擦及拔插时施加的力会导致电极端子13b易老化。特别是由于卡边缘连接器通常在插口内受两面按压而连接，电极端子13b更易老化。这样的话一旦电极端子13b老化，例如在进行LIV特性测定时就会因电极部13a的接触不良而发生测定异常的情况。图6(a)是表示在进行正常测定时的示例图，图6(b)～6(c)是表示不良测定时的示例图。在这些图中，虚线表示恒温通电测试(burn in)前(图中标注为“before BI”)的电压-电流特性(也有表示V-I特性，I-V的情况)及光输出-电流特性(也有表示L-I特性，I-L的情况)。实线表示恒温通电测试(burn in)后(图标为“after BI”)的V-I特性及L-I特性。

上图中，轻微的接触不良会引起测定值变动进而表现出测定的重复性下降。通常，由于恒温通电测试工序前后的LIV特性测定值的变化率是产品合格与否的判定标准之一，因此，该测定值重复性的下降是导致测定成品率变差的重要因素。

此外，由轻微的接触不良引起测定值的变动从而使测定的重复性下降可能是造成恒温通电测试工序前后的LIV特性测定值的变动较大的原因，也是导致测定成品率变差的重要因素。

通过以上说明，对半导体激光器的特性检查用夹具来说，电极部的老化是个大问题，因此电极部已经老化的夹具被认为不能使用。一般来说，在工厂等需要连续使用夹具的场合，使用2-3个月即500-1000小时后由电极部老化导致测定异常的情况就会经常发生，因此特性检查用夹具就不能再使用了。这种夹具的电路基板价格高，而像这样的频繁更换又是必要的，因此该工序的运行成本很高。

专利文献：日本专利申请特开2005-142216号公报

发明内容

本发明的目的在于抑制现有的电极部的老化，提供一种寿命更长的半导体元件的特性检查用夹具、包含了该工具的特性检查装置、以及使用该装置进行特性检查的方法。

本发明半导体元件的特性检查用夹具具有可搭载作为检查对象的半导体元件的电路基板和可在电路基板上装卸的电极适配器(adapter)，该电极适配器安装在电路基板上，并与设置于电极适配器上的电极部以及设置于电路基板上的半导体元件安装部电气连接。

通过这种结构，不但可以连续使用价格较高的电路基板，根据日益老化的情况还可以仅更换价格较便宜的电极适配器，从而达到了降低运行成本的目的。

优选的，可在电极适配器上设置根据特性检查工序而分开使用多个电极部。例如，作为检查对象的半导体元件可为半导体激光器，多个电极部可为光输出-电流-电压特性测定用电极部和恒温通电测试用电极部。与现有的光输出-电流-电压特性的测定和恒温通电测试工序同用一个电极部的情况相比，本发明可以抑制因各电极部的摩擦等而造成的老化，近而延长特性检查用夹具的寿命。特别是，两个电极部中的光输出-电流-电压特性测定用电极部为包括了接触连接管脚(pin)的连接面之结构，与所谓的卡边缘连接器状电极部相比，很少发生因摩擦等造成的老化。

本发明的半导体元件的特性检查装置具有上述任意一种结构的半导体元件的特性检查用夹具，以及可连接于电极适配器上并对设置于电路基板上的半导体元件进行特性检查处理的处理装置。例如，作为处理装置具有光输出-电流-电压特性测定器和恒温炉，电极适配器可选择性的连接到光输出-电流-电压特性测定器和恒温炉上。

本发明的半导体元件的特性检查方法包括：将作为检查对象的半导体元件搭载于电路基板上的步骤、将安装于电路基板上的电极适配器连接到处理装置上的步骤、以及通过处理装置对搭载于电路基板上的半导体元件进行特性检查处理的步骤，一旦电极适配器老化，就将该电极适配器从电路基板上取下，再更换新的电极适配器。

电极适配器具有多个电极部，在对半导体元件进行特性检查的处理步骤中，可使用多个处理装置对半导体元件进行多种类型处理，不同的处理装置分别连接在电极适配器内不同的电极部上。此时，作为检查对象的半导体元件可为半导体激光器，多个处理装置可包括光输出-电流-电压特性测定器和恒温炉，多个电极部可包括光输出-电流-电压特性测定用电极部和恒温通电测试用电极部。

并且，在对半导体元件进行特性检查处理的步骤中，可通过将光输出-电流-电压特性测定器的连接管脚与光输出-电流-电压特性测定用电极部相接触而进行连接，从而进行光输出-电流-电压特性测定。

根据本发明，可以抑制半导体元件检查用夹具的电极部的老化问题，因此可延长使用寿命。并且，在对多个半导体元件进行特性检查时还可以降低运行成本。

附图说明

图1，(a)是表示本发明一个实施例中的半导体激光器的特性检查用夹具的概要图，(b)是表示将该电极适配器从电路基板上取下后的状态之概要图；

图2是表示本发明一个实施例中的半导体激光器的特性检查装置的模式概要图；

图3(a)～(c)是表示图2所示的特性检查装置的LIV特性测定器的连接管脚之形状的示例放大图；

图4是表示现有技术中的半导体激光器的特性检查用夹具的概要图；

图5是表示如图4所示的现有技术中的半导体激光器的特性检查用夹具的电极部之放大图；

图6，(a)是表示现有技术中进行LIV特性测定时的正常测定结果的示例图表，(b)～(c)是表示现有技术中进行LIV特性测定时有测定异常的测定结果的示例图表。

符号说明：1半导体元件的特性检查用夹具；2电路基板；2a插口(半导体元件安装部)；2b手柄部；3电极适配器；3a恒温通电测试用电极部；3b光输出-电流-电压特性(LIV特性)测定用电极部；4半导体激光器(半导体元件)；5连接部件；6光输出-电流-电压特性测定器(LIV特性测定器)；6a连接管脚；7恒温炉；7a插口；

具体实施方式

以下，参照示意图对本发明的实施例进行说明。

图1表示了本发明一个实施例中的半导体激光器的特性检查用夹具1。该夹具1具有本体部分电路基板2和可在该电路基板上装卸的电极适配器3。在电路基板2上设置有可分别安装作为检查对象的半导体激光器4的插口部(半导体元件安装部)2a和手柄(handle)部2b。

如模式图所示，电极适配器3上设置有2种电极部3a和3b。其中一个电极部是恒温通电测试用电极部3a，另一个电极部是光输出-电流-电压特性(LIV特性)测定用电极部3b。恒温通电测试用电极部3a为与现有技术相同的卡边缘连接器，LIV特性测定用电极部3b为与后述的连接管脚6a(参照图3)相接触的连接面。

该电极适配器3安装在电路基板2上，两个电极部3a、3b通过图未示的电路线路分别与各插口2a电气连接。因此，在各插口2a上安装了半导体激光器4后，从电极部3a、3b可向该半导体激光器4供电。电极适配器3和印刷电路板1被连接部件5和螺丝8机械连接并固定。

根据本发明，多个半导体激光器4搭载于上述特性检查用夹具1上并被检查。具体来说，如图1所示，在电路基板2上安装了电极适配器3，在搭载了多个半导体激光器4的状态下，电路基板2首先与如图2所示的两个处理装置中的光输出-电流-电压特性测定器(LIV特性测定器)6连接。即通过LIV特性测定器6的连接管脚6a(参照图3)与电极适配器3的LIV特性测定用电极部3b接触，从而使LIV特性测定器6与电路基板2上的各半导体激光器4分别电气连接。并且，LIV特性测定器6在使电流和电压变化的同时还向各半导体激光器4供电，并一边测定此时的电流和电压，一边测定从半导体激光器4输出的光，所输出的光被图中未示的光电二极管(photodiode)接收后，测量其光功率(power)。这样，结束LIV特性的测定后，将连接管脚6a从电极适配器3的LIV特性测定用电极部3b上分离，从而解除连接。

通过这样，分别测定恒温通电测试工序前各半导体激光器4的LIV特性，并确认测定结果是否在允许的范围内。假如测定的LIV特性没有在允许的范围内，就判断该半导体激光器为不合格品。

然后，在如图2所示的另一个处理装置恒温炉7中插入特性检查用夹具1，并将该特性检查用夹具1的电极适配器3的恒温通电测试用电极部3a插入插口7a中。该恒温通电测试用电极部3a即所谓的卡边缘连接器，通过从插口7a的两面对恒温通电测试用电极部3a产生的按压，使图未示的电极端子与恒温通电测试用电极部3a接触。这样，在将特性检查用夹具1插入恒温炉7的同时进行电气连接。并且，将恒温炉7内的温度加热至100～150℃的高温，同时在电路基板2上的各半导体激光器4中流过特定的电流。在这个状态下，经过一定时间，将电极适配器3从插口7a拔出并解除连接，然后从恒温通电测试中取出特性检查用夹具1。

接着，如前所述，再次使LIV特性测定器6的连接管脚6a(参照图3)与电极适配器3的LIV特性测定用电极部3b接触，并将LIV特性测定器6电气连接在各半导体激光器4上。从而从LIV特性测定器6向各半导体激光器4供电，并测定电流、电压和光功率(power)。一旦完成LIV特性的测定，就将连接管脚6a从电极适配器3的LIV特性测定用电极部3b上分离，从而解除连接。

这样，分别测定了在恒温通电测试工序前的各半导体激光器4的LIV特性，并确认测定结果是否在允许的范围内。假如测定的LIV特性没有在允许的范围内，就判断该半导体激光器为不合格品。此外，将恒温通电测试工序后的LIV特性测定结果和恒温通电测试工序前的LIV特性测定结果进行比较，如果二者的差异比基准值大，即恒温通电测试工序前后的LIV特性的变动较基准值大时，判断该半导体激光器为不合格品。

通过以上说明，为了进行半导体激光器的特性检查而进行第一次的LIV特性测定工序、恒温通电测试工序、和第二次的LIV特性测定工序。

如图4所示，现有技术中的特性检查用夹具具有在LIV特性测定工序和恒温通电测试工序中共同使用单一的电极部13a之结构。并且，该单一的电极部13a是对插口拔插时会产生很大摩擦的卡边缘连接器。因此，现有技术的电极部13a在半导体激光器的特性检查的3个工序中反复进行3次插入和3次拔出的操作，所以磨损非常剧烈。其结果使电极部13a很快就老化，从而缩短特性检查用夹具11的寿命。

针对这个问题，本发明的特性检查用夹具1由分离的LIV特性测定工序用电极部3b和恒温通电测试用电极部3a形成。因此，各电极部3a、3b的老化比现有技术中慢。并且，LIV特性测定用电极部3b不是卡边缘连接器，而是与连接管脚6a相接触的接触板，所以连接和解除连接时的摩擦较小，因而不容易老化。恒温通电测试用电极部3a虽然为操作性优良的卡边缘连接器，但是由于该恒温通电测试用电极部3a只在恒温通电测试工序中使用，拔插的频率仅为现有技术中的1/3，故老化也较慢。此外，本实施例中，由于恒温通电测试用电极部3a为可节省空间的卡边缘连接器，故能将多个特性检查用夹具1插入同一个恒温炉内，进而通过同时进行恒温通电测试工序而进一步提高检查效率。

通过以上说明，本发明的特性检查用夹具1由于电极部不易老化，故寿命延长了很多。此外，特别是由于LIV特性测定用电极部3b不易老化，所以提高了LIV特性测定的可靠性和重复性。其结果是，不但不容易产生测定异常，而且还可以提高测定成品率(进行正常测定的比率)。举例说明，现有技术的测定成品率为80％以下，而本实施例中得到的测定成品率为95％以上。

并且，本发明的特性检查用夹具1的电极适配器3可装卸于电路基板2上。因此，经过长期使用的电极部3a、3b老化后，松开螺丝8，将连接部件5取下，即可将电极适配器3从电路基板2取下。然后，在电路基板上安装新的(没有老化的)电极适配器3，并将其通过螺丝8和连接部件5机械固定，同时进行不再详述的电气连接。这样，通过本发明，可持续使用同一个电路基板2，并根据老化的情况还可以仅更换价格较便宜的电极适配器3。因此，由于显著降低了价格高的电路基板的更换频率，所以能够大幅降低运行成本。举例说明，特性检查用夹具的运行成本可削减至现有技术的1/6左右。

本实施例的LIV特性测定器6的连接管脚6a前端部的形状可为如图3(a)所示的球形(椭圆形)、图3(b)中所示的球与平面的组合形状、或图3(c)所示的图章(stamp)形状。由此，可以减少连接管脚6a的前端部对LIV特性测定用电极部3b的损伤，同时还能防止接触不良。此外，还具有了能利用弹簧(spring)的反弹力而防止接触不良的结构。

此外，当图未示的半导体激光器4为具有封盖(cap)的TO-CAN封装结构时，半导体激光器4搭载在电路基板2上，在安装封盖之前的阶段就可以进行LIV特性的测定。也就是说，在恒温通电测试工序前，就可以进行安装封盖之前的半导体激光器4的LIV特性测定以及安装封盖之后的半导体激光器4的LIV特性测定。此时，因为用于1组半导体激光器4的特性检查的工序很多，所以仅在这个部分，就能十分有效地延长本发明的特性检查用夹具的寿命。

如上所述，说明了用于半导体激光器4的光学特性检查夹具、装置、以及方法，本发明所述的夹具、装置、以及方法还可用于在半导体激光器以外的半导体元件中光学特性以外的特性，例如可用于测定电气的特性。

Claims (10)

1.一种半导体元件的特性检查用夹具，其特征在于：

具有可搭载作为检查对象的半导体元件的电路基板以及可在所述电路基板上装卸的电极适配器，

所述电极适配器安装在所述电路基板上，并与设置于所述电极适配器上的电极部以及设置于所述电路基板上的半导体元件安装部电气连接。

2.如权利要求1所述半导体元件的特性检查用夹具，其特征在于：

在所述电极适配器上设置有根据特性检查工序而分开使用的多个电极部。

3.如权利要求2所述半导体元件的特性检查用夹具，其特征在于：

作为检查对象的所述半导体元件为半导体激光器，所述多个电极部为光输出-电流-电压特性测定用电极部和恒温通电测试用电极部。

4.如权利要求3所述半导体元件的特性检查用夹具，其特征在于：

所述两个电极部中的所述光输出-电流-电压特性测定用电极部包括接触连接管脚的连接面。

5.一种半导体元件的特性检查装置，包括：如权利要求1至4任意一项所述半导体元件的特性检查用夹具，以及可连接于电极适配器上并对设置于所述电路基板上的半导体元件进行特性检查处理的处理装置。

6.如权利要求5所述半导体元件的特性检查装置，其特征在于：

所述处理装置具有光输出-电流-电压特性测定器和恒温炉，所述电极适配器选择性的连接到所述光输出-电流-电压特性测定器和所述恒温炉上。

7.一种半导体元件的特性检查方法，其特征在于：

包括将作为检查对象的半导体元件搭载于电路基板上的步骤，将安装于所述电路基板上的电极适配器连接到处理装置上的步骤，通过所述处理装置对搭载于所述电路基板上的所述半导体元件进行特性检查处理的步骤，

一旦所述电极适配器老化，就将该电极适配器从所述电路基板上取下，再更换新的电极适配器。

8.如权利要求7所述半导体元件的特性检查方法，其特征在于：

所述电极适配器具有多个电极部，

在对所述半导体元件进行特性检查的处理步骤中使用多个所述处理装置对所述半导体元件进行多种类型的处理，不同的所述处理装置分别连接在所述电极适配器内不同的所述电极部上。

9.如权利要求8所述半导体元件的特性检查方法，其特征在于：

作为检查对象的所述半导体元件为半导体激光器，

多个所述处理装置包括光输出-电流-电压特性测定器和恒温炉，

多个所述电极部包括光输出-电流-电压特性测定用电极部和恒温通电测试用电极部。

10.如权利要求9所述半导体元件的特性检查方法，其特征在于：

在对所述半导体元件进行特性检查处理的步骤中，通过将所述光输出-电流-电压特性测定器的连接管脚与光输出-电流-电压特性测定用电极部相接触而进行连接，从而进行光输出-电流-电压特性测定。

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