JP2008211121A - 半導体素子の特性検査用治具、特性検査装置、特性検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命の、半導体素子の特性検査用治具を提供する。
【解決手段】特性検査用治具１が、回路基板２と、それに着脱可能な電極アダプタ３とからなり、電極アダプタ３には、光出力−電流−電圧特性（ＬＩＶ特性）測定用電極部３ｂとバーンイン用電極部３ａが設けられている。電極アダプタ３が回路基板２に装着されると、電極アダプタ３の電極部３ａ，３ｂは、回路基板２のソケット２ａに装着された各半導体レーザ４に導通する。特性検査時には、ＬＩＶ特性測定用電極部３ｂの接続面にＬＩＶ特性測定器の接続ピンを押し当てて電気接続して、半導体レーザ４のＬＩＶ特性を測定し、バーンイン・オーブン内に治具１を挿入し、ソケットにバーンイン用電極部３ａを挿入してバーンイン工程を行い、再びＬＩＶ特性測定器でＬＩＶ特性を測定する。電極部３ａ，３ｂが劣化したら電極アダプタ３のみを交換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子の特性検査用治具と、それを含む特性検査装置と、それを用いる特性検査方法に関する。

半導体素子の１種である半導体レーザ（ＬＤ：Laser diode）の基本的な特性の１つは、光出力−電流−電圧特性（ＬＩＶ特性）である。ＬＩＶ特性は、具体的には、半導体レーザに注入された電流値に対してどれだけのレーザ光出力が得られるかを示す光出力−電流特性（Ｌ−Ｉ特性）と、その際に半導体レーザにかかる電圧と注入電流の関係を示す電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）である。しきい値電流、スロープ効率、およびシリーズ抵抗など、半導体レーザの主要なパラメータが、そのＬＩＶ特性から算出される。従って、半導体レーザの評価を行う際にはこのＬＩＶ特性の測定が行われる。

また、一般的に、半導体レーザの評価のために、バーンインと呼ばれるエージング工程が行われる。バーンイン工程は、具体的には、通常１００〜１５０℃程度の高温環境下で所定の電流が所定時間流される。このバーンイン工程の前後に、半導体レーザのＬＩＶ特性を測定する。そして、バーンイン工程の前後の半導体レーザのＬＩＶ特性の変動によって、良品か不良品かの判定を行う。こうして、同様に製造した半導体レーザのうち、結晶成長中の欠陥の発生等に起因して信頼性が低くなった半導体レーザを、不良品として選別することができる。

このように、半導体レーザの良否判定のために、少なくとも、１回目のＬＩＶ特性測定工程と、バーンイン工程と、２回目のＬＩＶ特性測定工程が行われる。ＬＩＶ特性測定はＬＩＶ特性測定器によって行われ、バーンイン工程はバーンイン・オーブンを用いて行われる。これらの工程は、半導体レーザをＬＩＶ特性測定器またはバーンイン・オーブンに電気的に接続した状態で行われる。

また、一般的には、複数個の半導体レーザに対して同時に、ＬＩＶ特性測定やバーンイン工程を行って、作業効率を向上させている。そこで、図４に示すように、半導体レーザの特性検査用治具１１として、複数の半導体レーザ１２を搭載可能な回路基板１３（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）に電極部１３ａが形成されたものが用いられている。この場合、回路基板１３に複数の半導体レーザ１２を搭載し、図示しないが、回路基板１３の電極部１３ａをＬＩＶ特性測定器に接続してＬＩＶ特性の測定を行い、次に、回路基板１３の電極部１３ａをバーンイン・オーブンに接続し、バーンイン・オーブン内で回路基板１３および半導体レーザ１２を加熱するとともに、電極部１３ａを介して半導体レーザに所定の電流を流す。その後、再び、回路基板１３の電極部１３ａをＬＩＶ特性測定器に接続してＬＩＶ特性の測定を行う。このように、少なくとも３つの工程を行い、その都度、回路基板１３の電極部１３ａをＬＩＶ特性測定器またはバーンイン・オーブンに接続している。そして、１組の半導体レーザ１２の特性検査が完了したら、次の組の半導体レーザ１２を回路基板１３に搭載して、前記したのと同様に、ＬＩＶ特性測定、バーンイン工程、ＬＩＶ特性測定が行われる。
特開２００５−１４２２１６号公報

前記したように、同一の回路基板１３を用いて多数の半導体レーザ１２の特性検査が行われるが、この回路基板１３の電極部１３ａの、ＬＩＶ特性測定器またはバーンイン・オーブンへの電気的接続および解除が何度も繰り返されることによって、電極部１３ａが劣化するおそれがある。

電極部１３ａは、図５に拡大して示すように、片面または両面に電極端子１３ｂが形成され、回路基板１３の外周部から外側に突出している、いわゆるカードエッジコネクタである場合が多い。カードエッジコネクタは、スリット状のソケットに挿入されることによってＬＩＶ特性測定器またはバーンイン・オーブンの接続端子と接触し、スリット状のソケットから抜き取られることによって接続を解除される。このカードエッジコネクタは、操作性が良いが、ソケットへの抜き差しが各工程で繰り返されるため、その抜き差し時の摩擦や抜き差しのための力によって、電極端子１３ｂが劣化し易い。特に、カードエッジコネクタは、通常、ソケット内で両面から押さえ込まれて接続されるため、電極端子１３ｂは劣化しやすい。こうして電極端子１３ｂが劣化すると、例えば、ＬＩＶ特性測定時に、電極部１３ａの接触不良に起因して測定異常が生じる。図６（ａ）には正常な測定が行われた例が示され、図６（ｂ）〜６（ｃ）には測定不良の例が示されている。これらの図において、点線は、バーンイン前（図面中には「before BI」と記載）の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）および光出力−電流特性（Ｌ−Ｉ特性、Ｉ−Ｌと表す場合もある）を示している。そして、実線は、バーンイン後（図面中には「after BI」と記載）のＶ−Ｉ特性およびＬ−Ｉ特性を示している。

これらのグラフは、わずかな接触不良により測定値が変動し、測定の再現性が低下することを示している。通常、バーンイン工程前後のＬＩＶ特性測定値の変化率が合否判定規格の一つであるため、この測定再現性の低下は、測定歩留まりが悪化する大きな要因になる場合がある。

また、わずかな接触不良により測定値が変動するようになり、測定の再現性が低下する。そのことは、バーンイン工程の前後のＬＩＶ特性の測定値の変動が大きくなる原因となる可能性があり、測定歩留まりが悪化する要因になる場合がある。

以上説明した通り、半導体レーザの特性検査用の治具にとって電極部の劣化は大きな問題となるため、電極部が劣化した治具は使用不能と判断される。一般的には、工場等において連続的に使用される場合、２〜３ヶ月、すなわち５００〜１０００時間程度の使用によって、電極部が劣化して測定以上が多発するため、特性検査用治具は使用不能となる。この治具の回路基板は高価であり、このように頻繁に交換が必要であると、ランニングコストが著しく高価な工程となる。

そこで本発明の目的は、電極部の劣化が従来よりも抑えられ、寿命が長い半導体素子の特性検査用治具と、それを含む特性検査装置と、それを用いる特性検査方法を提供することにある。

本発明の半導体素子の特性検査用治具は、検査対象である半導体素子を搭載可能な回路基板と、回路基板に着脱可能な電極アダプタとを有し、電極アダプタが回路基板に装着された状態で、電極アダプタに設けられている電極部と、回路基板に設けられている半導体素子装着部とが電気的に接続されることを特徴とする。

この構成によると、比較的高価な回路基板を使い続けながら、比較的安価な電極アダプタのみを、経年劣化に応じて適宜に交換して用いることができ、ランニングコストの低下が図れる。

電極アダプタには、特性検査工程に応じて使い分けられる複数の電極部が設けられていることが好ましい。例えば、検査対象である半導体素子は半導体レーザであり、複数の電極部は、光出力−電流−電圧特性測定用電極部と、バーンイン用電極部であってもよい。その場合、従来のように光出力−電流−電圧特性の測定とバーンイン工程とを共通の電極部を用いて実施する場合に比べて、各電極部の摩擦等による劣化が抑えられる。その結果、特性検査用治具の寿命が長くなる。特に、両電極部のうち光出力−電流−電圧特性測定用電極部は、接続ピンが押し当てられる接続面を含む構成であると、いわゆるカードエッジコネクタ状の電極部に比べて、摩擦等による劣化が小さい。

本発明の半導体素子の特性検査装置は、前記したいずれかの構成の半導体素子の特性検査用治具と、電極アダプタに接続可能であり、回路基板上にセットされた半導体素子の特性検査のための処理を行う処理装置とを有することを特徴とする。例えば、処理装置として、光出力−電流−電圧特性測定器とバーンイン・オーブンとを有し、電極アダプタは、光出力−電流−電圧特性測定器とバーンイン・オーブンに選択的に接続されてもよい。

本発明の半導体素子の特性検査用方法は、検査対象である半導体素子を回路基板に搭載するステップと、回路基板に装着された電極アダプタを、処理装置に接続するステップと、処理装置によって、回路基板に搭載された半導体素子の特性検査のための処理を行うステップとを含み、電極アダプタが劣化したら、電極アダプタを回路基板から取り外して、新しい電極アダプタと交換することを特徴とする。

電極アダプタは複数の電極部を有しており、半導体素子の特性検査のための処理を行うステップにおいて、複数の処理装置を用いて、半導体素子に対して複数種類の処理を行い、異なる処理装置は、電極アダプタ内の異なる電極部にそれぞれ接続されるものであってもよい。その場合、検査対象である半導体素子は半導体レーザであり、複数の処理装置は、光出力−電流−電圧特性測定器とバーンイン・オーブンとを含み、複数の電極部は、光出力−電流−電圧特性測定用電極部とバーンイン用電極部とを含んでいてもよい。

さらに、半導体素子の特性検査のための処理を行うステップにおいて、光出力−電流−電圧特性測定器の接続ピンを光出力−電流−電圧特性測定用電極部に押し当てることによって接続して、光出力−電流−電圧特性の測定を行ってもよい。

本発明によると、半導体素子検査用治具の電極部の劣化を抑えることができ、それによって、長寿命化が図れる。さらに、多数の半導体素子の特性検査を行う際のランニングコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に本発明の一実施形態の、半導体レーザの特性検査用治具１が示されている。この治具１は、本体部分である回路基板２と、この回路基板２に着脱可能に取り付けられている電極アダプタ３を有している。回路基板２には、検査対象である半導体レーザ４をそれぞれ取り付け可能な複数のソケット（半導体素子装着部）２ａと、取っ手部２ｂが設けられている。

模式的に図示しているように、電極アダプタ３には２種類の電極部３ａ，３ｂが設けられている。一方の電極部はバーンイン用電極部３ａであり、他方の電極部は光出力−電流−電圧特性（ＬＩＶ特性）測定用電極部３ｂである。バーンイン用電極部３ａは従来同様のカードエッジコネクタであり、ＬＩＶ特性測定用電極部３ｂは、後述する接続ピン６ａ（図３参照）が押し当てられる接続面である。

この電極アダプタ３が回路基板２に取り付けられて、両電極部３ａ，３ｂは、図示しない回路配線を介してそれぞれ各ソケット２ａに電気的に接続されている。従って、各ソケット２ａに半導体レーザ４が装着されると、その半導体レーザ４に電極部３ａ，３ｂから電力を供給可能になっている。電極アダプタ３と回路基板１とは、連結部材５とねじ８とによって機械的に連結されて固定されている。

本発明によると、複数の半導体レーザ４が、前記した特性検査用治具１に搭載されて検査される。具体的には、図１に示すように回路基板２に電極アダプタ３を装着して、複数の半導体レーザ４を搭載した状態で、図２に示す２つの処理装置のうち、まず光出力−電流−電圧特性測定器（ＬＩＶ特性測定器）６に接続される。すなわち、ＬＩＶ特性測定器６の接続ピン６ａ（図３参照）が、電極アダプタ３のＬＩＶ特性測定用電極部３ｂに押し当てられることによって、ＬＩＶ特性測定器６が、回路基板２上の各半導体レーザ４にそれぞれ電気接続される。そして、ＬＩＶ特性測定器６は、電流または電圧を変化させながら各半導体レーザ４に電力を供給し、その時の電流と電圧を測定しつつ、半導体レーザ４からの出力光を、図示しないフォトダイオードによって受光して、光出力の強度（パワー）を測定する。このようにして、ＬＩＶ特性の測定が完了したら、電極アダプタ３のＬＩＶ特性測定用電極部３ｂから接続ピン６ａを離し、接続を解除する。

このようにして、バーンイン工程前の各半導体レーザ４のそれぞれのＬＩＶ特性を測定し、それが許容範囲内に入っているかどうかを確認する。万一、測定したＬＩＶ特性が許容範囲内に入っていない場合には、その半導体レーザは不良と判断する。

次に、図２に示すもう１つの処理装置であるバーンイン・オーブン７内に、特性検査用治具１を挿入し、その特性検査用治具１の電極アダプタ３のバーンイン用電極部３ａを、ソケット７ａに挿入する。このバーンイン用電極部３ａは、いわゆるカードエッジコネクタであり、ソケット７ａはこのバーンイン用電極部３ａを両面から押さえ込むことによって、図示しない電極端子をバーンイン用電極部３ａに接触させている。こうして、バーンイン・オーブン７内に特性検査用治具１を挿入するとともに、電気接続する。そして、バーンイン・オーブン７内を１００〜１５０℃の高温に加熱するとともに、回路基板２上の各半導体レーザ４に、所定の電流を流す。この状態のまま、所定の時間が経過したら、電極アダプタ３をソケット７ａから引き抜いて接続を解除し、特性検査用治具１をバーンイン・オーブン７から取り出す。

続いて、前記したのと同様に、再びＬＩＶ特性測定器６の接続ピン６ａ（図３参照）を電極アダプタ３のＬＩＶ特性測定用電極部３ｂに押し当てて、ＬＩＶ特性測定器６を各半導体レーザ４に電気接続する。そして、ＬＩＶ特性測定器６から各半導体レーザ４に電力を供給して電流と電圧と光出力の強度（パワー）を測定する。ＬＩＶ特性の測定が完了したら、電極アダプタ３のＬＩＶ特性測定用電極部３ｂから接続ピン６ａを離し、接続を解除する。

このようにして、バーンイン工程後の各半導体レーザ４のそれぞれのＬＩＶ特性を測定し、それが許容範囲内に入っているかどうかを確認する。万一、測定したＬＩＶ特性が許容範囲内に入っていない場合には、その半導体レーザは不良と判断する。また、バーンイン工程後のＬＩＶ特性測定結果と、バーンイン工程前のＬＩＶ特性測定結果とを比較して、それらの差異が基準値よりも大きい場合、すなわちバーンイン工程の前後のＬＩＶ特性の変動が基準値よりも大きい場合には、その半導体レーザは不良であると判断する。

以上説明したように、半導体レーザの特性検査を行うために、１回目のＬＩＶ特性測定工程と、バーンイン工程と、２回目のＬＩＶ特性測定を行う。

従来の特性検査用治具は、図４に示すように、単一の電極部１３ａを、ＬＩＶ特性測定工程とバーンイン工程とに共通して用いる構成であった。しかもこの単一の電極部１３ａは、ソケットへの抜き差し時に摩擦の大きいカードエッジコネクタであった。従って、従来の電極部１３ａは、半導体レーザの特性検査のための３つの工程において、ソケットへの３回の挿入と３回の抜き取りが繰り返され、摩耗が激しかった。その結果、電極部１３ａの劣化が早く、ひいては特性検査用治具１１の寿命が短かった。

これに対し、本発明の特性検査用治具１は、ＬＩＶ特性測定工程用電極部３ｂと、バーンイン用電極部３ａとを分離して形成している。従って、各電極部３ａ，３ｂの劣化は、従来よりも遅くなる。しかも、ＬＩＶ特性測定用電極部３ｂは、カードエッジコネクタではなく、接続ピン６ａが押し当てられる接続板になっているため、接続および接続解除時の摩擦が小さく、劣化しにくい。バーンイン用電極部３ａは操作性の良いカードエッジコネクタであるが、このバーンイン用電極部３ａが用いられるのはバーンイン工程のみであり、従来に比べるとその抜き差しの頻度は１／３になるので、劣化が遅くなる。なお、本実施形態では、バーンイン用電極部３ａは、省スペース化が可能なカードエッジコネクタであるため、複数枚の特性検査用治具１を同一のバーンイン・オーブン７内に挿入して、同時にバーンイン工程を行うことにより検査効率をさらに向上させることが可能である。

以上説明したとおり、本発明の特性検査用治具１は、電極部が劣化しにくいため、寿命が大幅に長くなる。また、特にＬＩＶ特性測定用電極部３ｂが劣化しにくいため、ＬＩＶ特性測定の信頼性および再現性が高くなる。その結果、測定異常が生じにくくなり、測定歩留まり（測定が正常に行われる割合）を向上させることができる。一例では、従来の測定歩留まりが８０％以下であったのに対して、本実施形態では、９５％以上の測定歩留まりが得られた。

しかも、本発明の特性検査用治具１は、電極アダプタ３が回路基板２に対して着脱可能である。従って、長期の使用によって電極部３ａ，３ｂが劣化した場合には、ねじ８を緩めて連結部材５を外し、電極アダプタ３を回路基板２から取り外す。そして、新しい（劣化していない）電極アダプタ３を回路基板２に取り付け、ねじ８と連結部材５によって機械的に固定するとともに、詳述しないが電気的に接続する。このように、本発明によると、同一の回路基板２を使い続けながら、安価な電極アダプタ３のみを劣化に応じて適宜に交換できる。従って、高価な回路基板の交換頻度が著しく低くなるため、ランニングコストを大幅に低減することができる。一例では、特性検査用治具のランニングコストは、従来に比べて１／６程度に削減することができた。

本実施形態のＬＩＶ特性測定器６の接続ピン６ａは、先端部の形状が、図３（ａ）に示す球状（楕円状）、図３（ｂ）に示す球と平面を組み合わせた形状、または、図３（ｃ）に示すスタンプ形状になっている。これによって、接続ピン６ａの先端部によるＬＩＶ特性測定用電極部３ｂへのダメージを低減させるとともに、接触不良を防ぐことができる。また、スプリングの反発力を利用し、接続ピンの接触不良を防ぐ構造とした。

なお、図示しないが、半導体レーザ４がキャップを有するＴＯ−ＣＡＮ構造である場合には、半導体レーザ４を回路基板２上に搭載し、キャップを取り付ける前の段階でも、ＬＩＶ特定の測定を行う場合がある。すなわち、バーンイン工程前に、キャップを取り付ける前の半導体レーザ４のＬＩＶ特性測定と、キャップを取り付けた後の半導体レーザ４のＬＩＶ特性測定を行うことがある。その場合、１組の半導体レーザ４の特性検査のための工程が多く、その分だけ、本発明による特性検査用治具の長寿命化の効果が特に有効である。

以上の説明では、半導体レーザ４の光学特性検査のための治具、装置、および方法について説明したが、半導体レーザ以外の半導体素子において、光学特性以外の特性、例えば電気的特性を測定するために、本発明の治具、装置、および方法を適用することも可能である。

（ａ）は本発明の一実施形態の半導体レーザの特性検査用治具の概略図、（ｂ）はその電極アダプタを回路基板から取り外した状態の概略図である。 本発明の一実施形態の半導体レーザの特性検査装置を模式的に示す概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２に示す特性検査装置のＬＩＶ特性測定器の接続ピンの形状の例を示す拡大図である。 従来の半導体レーザの特性検査用治具の概略図である。 図４に示す従来の半導体レーザの特性検査用治具の電極部を示す拡大図である。 （ａ）は、従来のＬＩＶ特性測定における正常な測定結果の例を示すグラフ、（ｂ）〜（ｃ）は、従来のＬＩＶ特性測定における測定異常を含む測定結果の例を示すグラフである。

符号の説明

１ 半導体レーザの特性検査用治具
２ 回路基板
２ａ ソケット（半導体素子装着部）
２ｂ 取っ手部
３ 電極アダプタ
３ａ バーンイン用電極部
３ｂ 光出力−電流−電圧特性（ＬＩＶ特性）測定用電極部
４ 半導体レーザ（半導体素子）
５ 連結部材
６ 光出力−電流−電圧特性測定器（ＬＩＶ特性測定器）
６ａ 接続ピン
７ バーンイン・オーブン
７ａ ソケット

Claims (10)

1. 半導体素子の特性検査用治具において、
   検査対象である半導体素子を搭載可能な回路基板と、前記回路基板に着脱可能な電極アダプタとを有し、
   前記電極アダプタが前記回路基板に装着された状態で、前記電極アダプタに設けられている電極部と、前記回路基板に設けられている半導体素子装着部とが電気的に接続される、
   ことを特徴とする半導体素子の特性検査用治具。
2. 前記電極アダプタには、特性検査工程に応じて使い分けられる複数の電極部が設けられている、請求項１に記載の半導体素子の特性検査用治具。
3. 検査対象である前記半導体素子は半導体レーザであり、前記複数の電極部は、光出力−電流−電圧特性測定用電極部と、バーンイン用電極部である、請求項２に記載の半導体素子の特性検査用治具。
4. 前記両電極部のうち前記光出力−電流−電圧特性測定用電極部は、接続ピンが押し当てられる接続面を含む、請求項３に記載の半導体素子の特性検査用治具。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体素子の特性検査用治具と、
   前記電極アダプタに接続可能であり、前記回路基板上にセットされた半導体素子の特性検査のための処理を行う処理装置と
   を有する、半導体素子の特性検査装置。
6. 前記処理装置として、光出力−電流−電圧特性測定器とバーンイン・オーブンとを有し、
   前記電極アダプタは、前記光出力−電流−電圧特性測定器と前記バーンイン・オーブンに選択的に接続される、
   請求項５に記載の半導体素子の特性検査装置。
7. 半導体素子の特性検査用方法において、
   検査対象である半導体素子を回路基板に搭載するステップと、前記回路基板に装着された電極アダプタを、処理装置に接続するステップと、前記処理装置によって、前記回路基板に搭載された前記半導体素子の特性検査のための処理を行うステップとを含み、
   前記電極アダプタが劣化したら、該電極アダプタを前記回路基板から取り外して、新しい電極アダプタと交換する、
   ことを特徴とする半導体素子の特性検査方法。
8. 前記電極アダプタは複数の電極部を有しており、
   前記半導体素子の特性検査のための処理を行うステップにおいて、複数の前記処理装置を用いて、前記半導体素子に対して複数種類の処理を行い、異なる前記処理装置は、前記電極アダプタ内の異なる前記電極部にそれぞれ接続される、
   請求項７に記載の半導体素子の特性検査方法。
9. 検査対象である前記半導体素子は半導体レーザであり、
   複数の前記処理装置は、光出力−電流−電圧特性測定器とバーンイン・オーブンとを含み、
   複数の前記電極部は、光出力−電流−電圧特性測定用電極部とバーンイン用電極部とを含む、
   請求項８に記載の半導体素子の特性検査方法。
10. 前記半導体素子の特性検査のための処理を行うステップにおいて、前記光出力−電流−電圧特性測定器の接続ピンを前記光出力−電流−電圧特性測定用電極部に押し当てることによって接続して、光出力−電流−電圧特性の測定を行う、請求項９に記載の半導体素子の特性検査方法。

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