JP2013002888A

JP2013002888A - 半導体検査治具及び半導体検査装置

Info

Publication number: JP2013002888A
Application number: JP2011132759A
Authority: JP
Inventors: Isao Hayamizu; 勲早水
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】半導体チップをサブマウント上に接合した形態の半導体装置を容易に安定して検査することを目的とする。
【解決手段】検査治具１４の蓋部１３に開口部２１を設けて半導体チップ１０の端子を露出させることにより、半導体チップ１０を損傷させることなくプローブ１５を半導体チップ１０の端子に直接接続して検査を行うことができるため、半導体チップ１０をサブマウント１１上に接合した形態の半導体装置１０Ａを容易に安定して検査することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップとサブマウントからなる半導体装置の検査に用いる検査治具及び検査装置に関する。

半導体装置、例えば半導体レーザの製造工程には、検査の一つとして高温の温度環境下で半導体レーザを駆動させながら特性の計測を行うバーンイン工程がある。このバーンイン工程では、常温よりも高温の温度環境下で半導体レーザを駆動させながら品質特性項目についての計測が行われ、このような検査には専用のバーンイン装置が用いられる。

バーンイン装置等の高温雰囲気で加速度検査を行う検査装置は、半導体レーザに通電するためのコンタクトピンと半導体レーザを設置する台座を備えたソケットと、半導体レーザから出射した光を受光し電気に変換する受光素子とその電気を計測する計測回路を備えた光測定部と、温度をある条件に保つためのヒータとその温度を制御するためのセンサー及び制御回路を備えた温度制御部とからなる。

検査装置における温度制御方式は、検査装置を収納する恒温槽内の雰囲気によって間接的に半導体レーザの温度制御を行う方式と、もう１つは温度調節部を直接電子部品に接触させて直接的に電子部品の温度制御を行う方式の２つがある。

このバーンイン検査等を行う際に、半導体レーザは、半導体レーザチップをサブマウント上に搭載した後、それらをパッケージングして半導体レーザチップの電極とバーンイン装置の電極とを接続した形態でバーンインするのが一般的であるが、パッケージングする前の工程で半導体レーザチップをサブマウント上に搭載した形態で検査する場合もあった。検査治具は、半導体レーザとサブマウントを接合したレーザ素子を、ステムと放熱部の間で着脱可能に保持し、サブマウントの電極と検査回路基板とを接続するコンタクトピンで構成されることが一般的である。また、レーザ素子の挿入部にはテーパが形成される場合もあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１５０５１３号公報

しかしながら、従来のパッケージングしない形態で検査を行う検査装置では次のような課題があった。
半導体レーザチップをサブマウント上にボンディングしただけで半導体レーザチップの電極とサブマウントをワイヤで接続していない場合、半導体レーザの上面に直接コンタクトピンを接触する必要があるが、半導体レーザにコンタクトピンを直接接続することが困難である場合があった。例えば、半導体レーザの端子をコンタクトピンに直接接触させるとその接触面積が大きく圧力が大きくなるため、電極がある上面の面積が小さく圧力ですぐに破損する半導体レーザにコンタクトピンをコンタクトさせることが困難であるという問題点があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、半導体チップをサブマウント上に接合した形態の半導体装置を容易に安定して検査することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体検査治具は、端子を備える半導体チップをサブマウントに実装した半導体素子を搭載して外部からの熱を前記半導体素子に伝熱する伝熱部と、前記半導体素子を前記伝熱部とで挟持する蓋部と、前記蓋部に設けられて前記半導体素子の前記端子を露出するプローブ用開口部とを有することを特徴とする。

また、前記半導体素子を挿抜するために、前記蓋部が前記伝熱板に対して開閉することが好ましい。
また、前記蓋部に前記半導体素子を前記伝熱板に押圧する押さえ部をさらに有することが好ましい。

また、前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面が平面であることが好ましい。
また、前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面に放熱フィンをさらに有しても良い。

また、前記蓋部に出射光用開口部をさらに有し、前記半導体素子が半導体レーザであり、前記半導体レーザからの出射光が前記出射光用開口部から出射しても良い。
さらに、本発明の半導体検査装置は、前記半導体検査治具と、前記半導体検査治具を搭載するソケットと、前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、前記プローブを介して前記半導体素子の動作の検査を行う測定部とを有することを特徴とする。

また、本発明の半導体検査装置は、前記半導体検査治具と、前記半導体検査治具を搭載するソケットと、前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面に接して前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、前記プローブを介して前記半導体素子の動作の検査を行う測定部とを有することを特徴とする。

また、本発明の半導体検査装置は、前記半導体検査治具と、前記半導体検査治具を搭載するソケットと、前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、前記出射光用開口部から出射した前記出射光を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を計測する測定部とを有することを特徴とする。

また、前記ソケットに前記半導体検査治具が勘合する機構をさらに有することが好ましい。
以上により、半導体チップをサブマウント上に接合した形態の半導体装置を容易に安定して検査することができる。

以上のように、検査治具の蓋部に開口部を設けて半導体チップの端子を露出させることにより、半導体チップを損傷させることなくプローブを半導体チップの端子に直接接続して検査を行うことができるため、半導体チップをサブマウント上に接合した形態の半導体装置を容易に安定して検査することができる。

本発明における半導体レーザの検査装置の構成を示す断面図本発明における半導体レーザの検査治具の構成を示す斜視図パッケージ前の半導体レーザの構成を示す斜視図本発明における検査治具が半導体レーザを挿抜する様子を示す斜視図本発明における伝熱部に放熱フィンを形成した検査治具の構成を例示する斜視図

以下、半導体装置の例として半導体レーザの検査に用いる検査治具及び検査装置について、図１から図５を参照しながら説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。

各図は本発明の実施の形態における半導体レーザの検査に用いる検査治具及び検査装置の構成を示す図である。図１は本発明における半導体レーザの検査装置の構成を示す断面図、図２は本発明における半導体レーザの検査治具の構成を示す斜視図、図３はパッケージ前の半導体レーザの構成を示す斜視図、図４は本発明における検査治具が半導体レーザを挿抜する様子を示す斜視図、図５は本発明における伝熱部に放熱フィンを形成した検査治具の構成を例示する斜視図である。

図１に示すように、本発明の半導体レーザの検査装置は、検査治具１４、ソケット１７、温度制御部１８及び光測定部（図示せず）で構成されている。検査治具１４は伝熱部１２と蓋部１３とを備える。伝熱部１２は半導体レーザチップ１０とサブマウント１１からなる検査対象の半導体素子である半導体レーザ１０Ａに熱を伝える構成であり、蓋部１３で半導体レーザ１０Ａを保持する。ソケット１７は半導体レーザ１０Ａに通電するための少なくとも一対のプローブ１５と、検査治具１４を搭載する台座１６を備える。温度制御部１８は半導体レーザ１０Ａの温度をある条件に保つためのヒータ（図示せず）と、その温度を制御するためのセンサー（図示せず）及び制御回路（図示せず）を備える。光測定部（図示せず）は半導体レーザ１０Ａから出射した光を受光し電気信号に変換する受光素子１９と、その電気信号を計測する計測回路（図示せず）を備える。

蓋部１３には、図２のように、開口部２１と開口部２２とが設けられている。そして、半導体レーザ１０Ａから出射した光が開口部２１を通って受光素子１９で受光される。また、開口部２２を介してソケット１７に備えているプローブ１５を半導体レーザ１０Ａの端子に直接接触させ、半導体レーザ１０Ａに通電して半導体レーザチップ１０を動作させ、発光させている。このように検査治具に開口部２２を設けることにより、コンタクトピンを用いることなく、半導体レーザチップ１０の上面の端子にプローブ１５を容易に直接接触させて半導体レーザチップ１０を発光させ、検査することが可能となる。半導体レーザチップ１０は圧力で光特性の変動や破損することが知られているが、本発明の検査治具における保持構成であれば半導体レーザチップ１０にダメージを与えることなくプロービングし安定して検査することができる。また、受光素子１９とプローブ１５を検査装置に備えることで、検査治具の構造を簡素化でき、メンテナンス及び管理が容易になる効果も期待できる。

また、従来のパッケージングしない形態での検査装置のうち、直接または間接的にペルチェ素子等の伝熱部（熱源）を半導体レーザチップに接触させて温度を制御する方式では、接触箇所の面積を確保し、接触の安定性を確保することが困難であったので、温度制御が不安定となっていた。また、半導体レーザを着脱するために挿入部にテーパを形成したとしても、半導体レーザは３００×５００μｍと小さく、且つ半導体レーザは特に発光端面が接触により破損しやすいため、操作性と、発光端面破損防止の観点から挿入部に半導体レーザを挿抜することが困難であった。

図３に示すように、半導体レーザ１０Ａはサブマウント１１の上面に半導体レーザチップ１０を搭載し、金属接合により両者を接続した形態である。この半導体レーザ１０Ａは検査治具１４の伝熱部１２上に搭載され、蓋部１３により保持、固定される。また、図４に示すように、検査治具１４は、蓋部１３が半導体レーザ１０Ａの搭載面を開放した状態で半導体レーザ１０Ａを搭載し、蓋部１３と放熱部１２とを合わせて半導体レーザ１０Ａを保持するように、蓋部１３を開閉することができる。蓋部１３が開閉することにより半導体レーザ１０Ａを交換することができる構成とすることもでき、３００×５００μｍ程度の小さい半導体レーザ１０Ａであっても容易に挿抜することができる。また、蓋部１３を開閉可能とすることにより、上方からコレット２０で半導体レーザ１０Ａをピックアップすることが可能となるため、半導体レーザチップ１０の端面にある発光部分に検査治具１４やコレット２０等が接触することがなくなり、半導体レーザチップ１０を破損させることがなく、検査歩留の向上と信頼性向上が期待でき、安定した検査を行うことができる。

検査治具１４の伝熱部１２は、半導体レーザ１０Ａを搭載する面に対する反対側の裏面が温度制御部１８と接触するように露出し、且つ平らである構造とすることができる。この構造により直接加熱方式のバーンイン装置等の熱的付加を印加しながら検査を行う検査装置においても、容易に半導体レーザ１０Ａの温度制御が可能となり、温度を精度良く安定して制御することで検査歩留の向上が期待できる。さらに、蓋部１３には半導体レーザ１０Ａを押圧して固定する押さえ部２３備えても良く、蓋部１３が閉じると半導体レーザチップ１０を保持すると共に、サブマウント１１を伝熱部１２に押圧してサブマウント１１の裏面と伝熱部１２の搭載面が密着させる構成とすることもできる。これにより温度制御部１８からの熱を伝熱部１２を介して効率的に半導体レーザ１０Ａに伝導し、安定した温度制御が可能となり検査歩留の向上が期待できる。また、上記説明ではサブマウント１１の裏面に接触面を構成した構成について説明したが、サブマウント１１の側面も含めていずれか一つ以上の面に温度制御部１８が接触する構成であれば温度制御が可能である。また、容易に半導体レーザチップをサブマウント上に接合した形態でも検査することが可能となるため、その形態で製品として出荷することも可能となる。

また伝熱部１２に図５のように放熱フィン３０を設けることで恒温槽内の空気を介して温度制御を行う間接タイプのバーンイン装置の検査装置においても、容易に電極のコンタクトを実現させながら発光端面の破壊を防止すると共に、安定して検査することが可能となる。半導体レーザ１０Ａのバーンイン検査では恒温槽の方式が一般的であるが、本発明の検査治具及び検査装置によると、既存のバーンイン設備等の検査設備にも転用することができ設備投資を抑制してコストアップを抑えることができる。

検査治具１４はソケット１７にセットされ、プロービングされるが、幅が約２００μｍ程等の小型の半導体レーザチップ１０にプロービングするためには検査治具１４の位置決め精度が必要である。

そのため、検査装置を検査治具１４とソケット１７とを勘合する構造とすることで、検査治具１４をソケット１７にセットするだけで必要な位置に搭載することができ、安定して半導体レーザチップ１０にプローブを接触させ検査することが可能となる。

本発明の検査治具と検査装置により、半導体レーザチップ１０をサブマウント上に接合した形態の半導体レーザを安定してバーンイン検査や加熱検査することが可能となる。
なお、上記説明では、半導体レーザを例に説明したが、半導体レーザチップ以外の半導体チップを搭載する半導体装置の検査に用いる検査治具あるいは検査装置でも良く、半導体レーザでない場合は蓋部１３の開口部２２は不要である。また、半導体レーザでない場合は、光測定部に代わり、プローブからの入出力信号により半導体装置の動作を検査する測定部を備える。

本発明は、半導体チップをサブマウント上に接合した形態の半導体装置を容易に安定して検査することができ、半導体チップとサブマウントからなる半導体装置の検査に用いる検査治具及び検査装置等に有用である。

１０半導体レーザチップ
１０Ａ半導体レーザ
１１サブマウント
１２伝熱部
１３蓋部
１４検査治具
１５プローブ
１６台座
１７ソケット
１８温度制御部
１９受光素子
２０コレット
２１開口部
２２開口部
２３押さえ部
３０放熱フィン

Claims

端子を備える半導体チップをサブマウントに実装した半導体素子を搭載して外部からの熱を前記半導体素子に伝熱する伝熱部と、
前記半導体素子を前記伝熱部とで挟持する蓋部と、
前記蓋部に設けられて前記半導体素子の前記端子を露出するプローブ用開口部と
を有することを特徴とする半導体検査治具。
前記半導体素子を挿抜するために、前記蓋部が前記伝熱板に対して開閉することを特徴とする請求項１記載の半導体検査治具。
前記蓋部に前記半導体素子を前記伝熱板に押圧する押さえ部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体検査治具。
前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面が平面であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体検査治具。
前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面に放熱フィンをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体検査治具。
前記蓋部に出射光用開口部をさらに有し、
前記半導体素子が半導体レーザであり、前記半導体レーザからの出射光が前記出射光用開口部から出射することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体検査治具。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体検査治具と、
前記半導体検査治具を搭載するソケットと、
前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、
前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、
前記プローブを介して前記半導体素子の動作の検査を行う測定部と
を有することを特徴とする半導体検査装置。
請求項４記載の半導体検査治具と、
前記半導体検査治具を搭載するソケットと、
前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、
前記伝熱板の前記半導体素子が搭載される面に対する裏面に接して前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、
前記プローブを介して前記半導体素子の動作の検査を行う測定部と
を有することを特徴とする半導体検査装置。
請求項６記載の半導体検査治具と、
前記半導体検査治具を搭載するソケットと、
前記ソケットに設けられて前記プローブ用開口部を通って前記端子と直接接続するプローブと、
前記半導体素子の温度制御を行う温度制御部と、
前記出射光用開口部から出射した前記出射光を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を計測する測定部と
を有することを特徴とする半導体検査装置。
前記ソケットに前記半導体検査治具が勘合する機構をさらに有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の半導体検査装置。