JPH1164453A - 測定ボードおよびその測定ボードを備えた半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＬＤ光源やその駆動回路から発生する熱による
温度上昇を避けることができる、精度の高い測定が可能
なＩ／Ｏ端子試験の測定ボードを提供する。 【解決手段】ＤＵＴ２が搭載されるプリント基板１と、
制御光に応じてスイッチング動作するフォトコンダクタ
３と、外部から導かれた制御光をプリント基板１内部を
通してフォトコンダクタ３へ導く光伝送手段（４，６）
とを有する。フォトコンダクタ３は、ＤＵＴ２のＩ／Ｏ
端子の入出力を分離するスイッチング素子として用いら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メモリ集積回路等
の被測定デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）が搭
載される測定ボードおよびその測定ボードを備える半導
体試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定デバイス（以下、ＤＵＴと称す）
のＩ／Ｏ端子の試験では、測定ボード上にＤＵＴを搭載
し、Ｉ／Ｏ切替えスイッチによりその搭載されたＤＵＴ
のＩ／Ｏ端子の入出力を切替えながら、規定の動作条件
を与えたときのＤＵＴの動作の検証が行われる。近年の
メモリ集積回路などのＩ／Ｏ端子の試験では、試験時間
の短縮を目的として、Ｉ／Ｏ端子試験を高速に行うよう
になってきている。

【０００３】通常、Ｉ／Ｏ切替えスイッチはその大きさ
の制限から測定ボード上のＤＵＴの近傍に配置すること
ができない。そのため、Ｉ／Ｏ端子の試験を高速に行う
場合には、Ｉ／Ｏ切替えスイッチとＤＵＴ間における遅
延（Round trip Delay）により入力信号と出力信号との
衝突が生じてしまい、正確な試験結果を得ることができ
ない。

【０００４】上記の問題は、例えばドライバとコンパレ
ータ等からなるピンエレクトロニクス回路を用い、ドラ
イバ（入力側）とコンパレータ（出力側）とを分離する
ことにより解決できる。最近では、高速デバイスを測定
するための高速ドライバ、高速コンパレータとして、１
ＧＨｚを超えるものまである。しかしながら、この場合
は、試験用の線路はドライバとコンパレータの両端で終
端されるため、測定できるＤＵＴは出力電流の大きなも
のに限れてしまう。そのため、例えば出力電流の小さな
ＣＭＯＳデバイスなどの試験はできなかった。

【０００５】ＣＭＯＳデバイスのＩ／Ｏ端子試験が可能
な試験装置としては、測定ボード上のＤＵＴのＩ／Ｏ端
子近傍にＦＥＴスイッチおよびバッファアンプを設けた
ものがある。この半導体試験装置では、ＦＥＴスイッチ
がＯＮとされて、ドライバからＤＵＴに入力信号が与え
られ、ＤＵＴからその入力信号に基づく出力信号が出力
されると、ＦＥＴスイッチがＯＦＦとされて、その出力
信号がバッファアンプにて増幅されてコンパレータに入
力される。しかしながら、この半導体試験装置には、Ｆ
ＥＴスイッチの寄生容量により入力信号の波形が歪んで
しまうという問題がある。加えて、Ｉ／Ｏ端子が多数有
る場合に、各Ｉ／Ｏ端子近傍にそれぞれＦＥＴスイッチ
およびバッファアンプを設けることは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ピン
エレクトロニクス回路やＦＥＴスイッチおよびバッファ
アンプを用いた回路などによりＩ／Ｏ端子の入出力を分
離する構成には、遅延（Round trip Delay）や入力信号
の波形の歪の問題があるため、Ｉ／Ｏ端子試験の高速化
に適用できない。そこで、低容量で高速スイッチングが
可能なフォトコンダクタをスイッチング素子として用い
てＩ／Ｏ端子の入出力を分離するといった技術が提案さ
れている。この場合、フォトコンダクタを用いたスイッ
チング素子はミリメータ以下の大きさに形成できること
から、Ｉ／Ｏ端子が多数有る場合にも各Ｉ／Ｏ端子の近
傍にスイッチング素子を設けることが可能である。ま
た、遅延（Round trip Delay）を小さくすることができ
るので、入力信号と出力信号の衝突を回避することがで
きる。さらには、インピーダンスマッチングを行うこと
で波形ひずみも改善される。

【０００７】上記のようにフォトコンダクタをスイッチ
ング素子として用いる場合には、フォトコンダクタとと
もにＬＤ光源やその駆動回路も測定ボード上に実装され
ることになるので、ＬＤ光源やその駆動回路から発生す
る熱が障害となることが予想される。通常、ＤＵＴのピ
ン数が５１２ピン以上の場合、スイッチング素子はその
２倍の数が必要となり、ＬＤ光源によって消費される電
力は２００Ｗ以上になる。各ＬＤ光源を駆動する回路を
含めるとキロワットオーダーの電力消費となり、これが
測定ボードへの負担を大きくする。このようなことか
ら、ＬＤ光源やその駆動回路から発生する熱に対する対
策が課題とされている。

【０００８】本発明の目的は、ＬＤ光源やその駆動回路
から発生する熱による温度上昇を避けることができる、
精度の高い測定が可能な測定ボードを提供することにあ
る。さらには、その測定ボードを用いた半導体試験装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の測定ボードは、被測定デバイスが搭載され
るプリント基板を備え、前記被測定デバイスのＩ／Ｏ端
子について試験が行われる測定ボードにおいて、半絶縁
性半導体基板上に所定幅の電極ギャップを有する電極を
形成してなり、該電極ギャップへ照射される制御光に応
じてスイッチング動作するフォトコンダクタと、外部か
ら導かれた前記制御光を前記プリント基板内部を通して
前記フォトコンダクタの電極ギャップへ導く光伝送手段
と、を有し、前記フォトコンダクタをスイッチング素子
として前記被測定デバイスのＩ／Ｏ端子の入出力ライン
に設けたことを特徴とする。

【００１０】上記の測定ボードにおいて、前記光伝送手
段は、外部から制御光を導く光ファイバと接続され、該
制御光を前記プリント基板内部へ導くための第１の光伝
送路を備えた光コネクタと、前記プリント基板内部に設
けられ、一方の端面が前記光コネクタの第１の光伝送路
に接続され、他方の端面から射出される制御光が前記フ
ォトコンダクタの電極ギャップへ照射されるよう構成さ
れた第２の光伝送路と、を有することとしてもよい。

【００１１】この場合、前記第１および第２の光伝送路
は、光ファイバまたは光導波路により構成されるもので
あってもよく、また、一体的に構成されたものであって
もよい。

【００１２】本発明の半導体試験装置は、上述のいずれ
かの測定ボードと、該測定ボード上に搭載された被測定
デバイスのＩ／Ｏ端子について試験を行う試験試験装置
本体とからなる半導体試験装置であって、前記試験装置
本体は、前記測定ボードに設けられたフォトコンダクタ
をスイッチング動作させるための制御光を発生する制御
光発生手段と、前記制御光発生手段から発生した制御光
を前記測定ボードへ導く光ファイバとを有することを特
徴とする。

【００１３】上記の半導体試験装置において、前記制御
光発生手段は、制御光を発生する光源として面発光レー
ザを備えることとしてもよい。

【００１４】（作用）上記のとおりに構成される本発明
の測定ボードにおいては、熱発生源となるＬＤ光源やそ
の駆動回路は外部に設けられるので、前述したようなＬ
Ｄ光源やその駆動回路から発生する熱による温度上昇の
問題は生じない。

【００１５】また、本発明の測定ボードでは、制御光は
測定ボードを構成するプリント基板の内部を通してフォ
トコンダクタへ導かれるように構成されているので、ボ
ード上に制御光を伝送するファイバなどを設ける必要が
なく、ボード上が煩雑になることを避けられる。

【００１６】本発明の測定ボードのうち、第１および第
２の光伝送路を一体的に構成するものにおいては、第１
および第２の光伝送路の光結合の際の損失がより小さな
ものとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
説明する。

【００１８】本形態の半導体試験装置は試験装置本体と
テストヘッドからなる。試験装置本体とテストヘッド間
はケーブルにて接続され、このケーブルを介して試験信
号などの様々な信号が電気的に送信される。テストヘッ
ドを構成する測定ボードは、低容量で高速スイッチング
が可能なフォトコンダクタをスイッチング素子として用
いて、ボード上に搭載されるＤＵＴのＩ／Ｏ端子におけ
る入出力信号の分離を行うように構成されている。試験
装置本体側には、そのスイッチング素子（フォトコンダ
クタ）を制御するための制御光源および駆動回路が設け
られている。制御光源は、例えばＬＤ光源で、必要チャ
ンネル分設けられる。これらＬＤ光源からの制御光は、
光ケーブルにより測定ボードへ導かれるようになってい
る。

【００１９】本形態では、フォトコンダクタを制御する
ため制御光を発生するＬＤ光源および駆動回路は本体側
に設けられ、ＬＤ光源および駆動回路から発生する熱に
よるテストヘッド内の温度上昇を避けられるようになっ
ている。このような形態で、例えば１０００チャンネル
以上の制御光を伝送するような装置を実現する場合に
は、以下のようなことを実現する必要がある。

【００２０】（１）高速な試験を可能にするために、各
チャンネル間の信号伝達の時間差（スキュー）を抑え
る。

【００２１】（２）１０００チャンネル以上の制御光の
伝送が必要となるため、多チャンネル（例えば１０チャ
ンネル以上）の光送信モジュールを実現する。

【００２２】（３）測定ボードの基板内部に光ケーブル
を介して制御光を入射する構成のため、制御光を入出力
する多数芯の光コネクタを実現する。

【００２３】（４）基板内部を制御光が伝搬する測定ボ
ードを実現する。

【００２４】（５）基板内部を伝搬した制御光をフォト
コンダクタへ向けて照射するような素子を実現する。

【００２５】（６）フォトコンダクタ・スイッチへ照射
された制御光をレンズを介してフォトコンダクタへ集光
する構成のため、フォトコンダクタのＯＮ抵抗に差が生
じないようにする。

【００２６】以下、上記の（１）〜（６）の項目を実現
可能な半導体試験装置の構成について図面を参照して説
明する。

【００２７】図１は本発明の一実形態の測定ボードの構
成を示す図で、（ａ）は側面からみた構成図、（ｂ）は
コネクタ部の斜視図である。

【００２８】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、この測
定ボードは、所定のプリント配線が施された、ＤＵＴ２
が実装されるプリント基板１と、プリント基板１上のＤ
ＵＴ２のＩ／Ｏ端子近傍に設けられた、半絶縁性半導体
基板上に所定幅の電極ギャップを有する電極を形成して
なるフォトコンダクタ３と、本体側に設けられた制御光
源からの制御光が導かれる光ケーブル５のコネクタ５ａ
が接続される光コネクタ部４と、プリント基板１内部に
設けられ、光コネクタ部４を介して基板内部へ導かれる
光ケーブル５からの制御光をフォトコンダクタ３の電極
ギャップへ導く光伝送路６とを有する。

【００２９】プリント基板１は、所定の配線パターンが
施された配線層と光伝送路６を構成する層とを含む多層
基板である。ここで、光伝送路６は基板内部に埋め込ま
れた光ファイバであってもよいし、高分子（ポリマー）
により形成される光導波路であってもよい。光導波路に
より制御光を導く場合は、光導波路の一部に、伝搬され
る制御光を９０度反射する部分を設け、これにより制御
光を所望の場所まで導くとともに基板上方へ射出される
ようにする。光ファイバまたは光導波路のいずれの場合
も、その射出端面がフォトコンダクタ３の電極ギャップ
へ制御光が照射されるように設けられる。

【００３０】フォトコンダクタ３は、インジウムリンな
どのIII−V族化合物半導体基板あるいはガリウム砒素や
ケイ素などの光導電性半導体基板よりなる半絶縁性半導
体基板上に所定幅の電極ギャップを有する電極を形成し
てなる。電極は既知のリフトオフプロセス、すなわち、
レジストを塗布し、ＵＶ光で所定パターンのマスクを基
に露光し、現像して露光部のレジストを除去した後に電
極となる金属を蒸着して金属膜を形成し、非露光部の金
属をレジストとともに除去（リフトオフ）するプロセス
によって形成されており、マイクロメータオーダの電極
間隔が実現可能である。このようなフォトコンダクタ３
を用いた光スイッチとしては、全体の大きさがミリメー
タ程度のもが実現可能である。このように構成されたフ
ォトコンダクタ３では、電極に所定電圧が印加され、電
極ギャップに光が照射されると、半絶縁性半導体基板内
で発生したキャリアによって導電率が増加して電極間の
抵抗値が下がり、光が照射されないと、電極間が絶縁さ
れる。このように照射入光に応じたスイッチングが可能
となっている。

【００３１】光ケーブル５には、例えば多芯テープファ
イバが使用される。ここでは、各チャンネル間の信号伝
達の時間差（スキュー）を抑えるために、ファイバの線
引き条件やプリフォームの特性を揃えたものを用いる。
なお、ファイバはシングルモード、マルチモードのいず
れのモードでも使用可能であるが、後述するように制御
光源として面発光ＬＤが使用される場合には、結合のや
りやすさから、マルチモードファイバを用いることが望
ましい。

【００３２】光ケーブル５のコネクタ５ａは、１２芯程
度のファイバを一括に接続可能なコネクタで、例えば多
芯テープ（ＭＴ）コネクタが用いられる。光コネクタ部
４は、光ケーブル５のコネクタ５ａから射出した制御光
を基板内部の光伝送路６へ結合するための光導波路また
は光ファイバを備える。光導波路により制御光を基板内
部へ導く場合には、光導波路の一部に、伝搬される制御
光を９０度反射する部分を設け、これにより制御光を基
板内部へ導くようにする。この光コネクタ部４の光導波
路または光ファイバと上述の光伝送路６を構成する光導
波路または光ファイバとは一体的に構成されるようにし
てもよい。

【００３３】試験装置本体側に設けられる制御光源とし
ては、多チャンネル化が容易な面発光レーザを用い、例
えば１０チャンネル以上の多チャンネル光源とする。面
発光レーザは、低しきい値、高効率等の特徴から、発振
遅延を小さくでき、スキューやタイミングジッターを小
さくすることが可能である。この多チャンネル光源を備
える伝送モジュール中に、面発光ＬＤを駆動するための
ドライバーＩＣを組み込んだ形状とすれば、より扱い易
いものとなるが、ＧａＡｓを用いたドライバーＩＣの場
合には、パターンに依存したジッターが大きくなるた
め、極力小さくなるように設計する必要がある。

【００３４】次に、プリント基板１とフォトコンダクタ
３の接続構造について説明する。プリント基板１のフォ
トコンダクタ３との接続部は、図２（ａ）に示すよう
に、中央部に、光伝送路６の射出端面である窓１０が形
成されている。この窓１０を挟んで、ドライバまたはコ
ンパレータ（不図示）に接続された線路１１とＤＵＴ２
のＩ／Ｏ端子に接続された線路１２が形成されており、
それぞれの線路の端部には、半田バンプパッド１１ａ，
１２ｂが形成されている。窓１０の周囲には、フォトコ
ンダクタ３を固定するための半田バンプパッド１３ａ〜
１３ｄが形成されている。フォトコンダクタ３は、図２
（ｂ）に示すように、フォトコンダクタ基板２１上に所
定幅の電極ギャップ２２を有する電極２３，２４を形成
した構成となっている。電極２３，２４はそれぞれ線路
２６，２７とワイヤーボンディングにより電気的に接続
されている。各線路２６，２７のそれぞれの端部には、
プリント基板１側に形成された半田バンプパッド１１
ａ，１２ｂと接続される半田バンプパッド２６ａ，２７
ａが形成されている。また、フォトコンダクタ基板２１
上には、プリント基板１側に形成された半田バンプパッ
ド１３ａ〜１３ｄと接続される半田バンプパッド２５ａ
〜２５ｄが形成されている。

【００３５】フォトコンダクタ３のプリント基板１への
実装は、プリント基板１の半田バンプパッド１３ａ〜１
３ｄ、半田バンプパッド１１ａ，１２ｂとフォトコンダ
クタ３の半田バンプパッド２５ａ〜２５ｄ、半田バンプ
パッド２３ａ，２４ａをそれぞれ半田バンプにより接続
することにより行われる。フォトコンダクタ３の電極ギ
ャップ２２の直下に窓１０が位置するようになってお
り、窓１０から射出した制御光が電極ギャップ２２へ照
射される。フォトコンダクタ３をプリント基板１へ実装
した状態の略断面図を図３に示す。この構成では、窓１
０から制御光が電極ギャップ２２へ照射されることによ
りフォトコンダクタ３がオン状態となり、プリント基板
１の線路１１，１２がフォトコンダクタ３を介して電気
的に接続される。

【００３６】上記のようにフォトコンダクタをプリント
基板上に半田バンプにより実装する場合は、半田バンプ
に半田の表面張力により自動的に所定の位置に素子（フ
ォトコンダクタ３）をアライメントするセルフアライメ
ント機能があることから、その精度は、パッドの位置に
対し±十数ミクロンである。フォトコンダクタ３の有効
受光エリアが１００ミクロンであることからすると、バ
ンプのパッドの位置精度を押え込むことで、もっとも調
整工数を必要とする光軸アライメントの工程を省略する
ことが可能となる。

【００３７】上述したように、本実形態の測定ボードで
は、フォトコンダクタ３はＤＵＴ２のＩ／Ｏ端子の入出
力ラインにそれぞれ設けられ、フォトコンダクタ３をス
イッチング制御することによりＩ／Ｏ端子の入出力の切
替えが行われ、搭載されたＤＵＴのＩ／Ｏ端子の試験が
行われる。

【００３８】試験装置本体側では、書込み／読出し信号
などの所定の試験パターンを発生し、該試験パターンに
基づいた入力信号がＤＵＴ２へ入力される。このとき、
試験装置本体側から制御光が導かれ、その制御光によっ
てＤＵＴ２のＩ／Ｏ端子の入力ラインに設けられたフォ
トコンダクタがオン状態、Ｉ／Ｏ端子の出力ラインに設
けられたフォトコンダクタがオフ状態となるように制御
される。試験パターンに基づく入力信号がＤＵＴ２に入
力されると、ＤＵＴ２ではその入力信号に基づいて規定
の動作が行われ、その結果が出力信号として出力ライン
に送出される。このとき、試験装置本体側からの制御光
により、ＤＵＴ２のＩ／Ｏ端子の入力ラインに設けられ
たフォトコンダクタがオフ状態、Ｉ／Ｏ端子の出力ライ
ンに設けられたフォトコンダクタがオン状態となるよう
にそれぞれ制御される。これにより、ＤＵＴ２から送出
された出力信号は、出力ラインを介して試験装置本体側
へ送出される。試験装置本体では、入力された信号と期
待値との比較が行われ、その比較結果を基にＤＵＴ２の
Ｉ／Ｏ端子の動作検証が行われる。

【００３９】（他の実施形態）図４は、本発明の他の実
施形態の測定ボードの概略構成を示す上面図である。こ
の測定ボードは、円盤状のプリント基板３０の中央にＤ
ＵＴ３１が搭載され、このＤＵＴ３１の各Ｉ／Ｏ端子の
入出力ラインのそれぞれに、前述の図１（ａ）に示した
フォトコンダクタ３と同じ構成のフォトコンダクタ３２
が形成されている。このプリント基板３０の周縁には、
各フォトコンダクタ３２をスイッチング駆動するための
制御光を導く光ファイバ３３が複数接続された光コネク
タ部３４が複数設けられている。プリント基板３０の基
板内部には、各光コネクタ部３４に接続された光ファイ
バ３３を通じて導かれた制御光を、それぞれ対応するフ
ォトコンダクタ３２へ導くための、前述の図１（ａ）に
示した光伝送路６と同様の構成の光伝送路が形成されて
いる。

【００４０】本形態の測定ボードにおいても、前述の実
施形態の場合と同様に、フォトコンダクタ３２をスイッ
チング制御することによりＩ／Ｏ端子の入出力の切替え
が行われ、搭載されたＤＵＴの動作検証が行われる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように構成される本発明に
よれば、ＬＤ光源やその駆動回路から発生する熱による
温度上昇の問題を避けられるので、精度の高い半導体試
験装置を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実形態の測定ボードの構成を示す図
で、（ａ）は側面からみた構成図、（ｂ）はコネクタ部
の斜視図である。

【図２】図１に示すプリント基板とフォトコンダクタの
接続構造を示す図で、（ａ）はプリント基板側の構造を
示す図、（ｂ）はフォトコンダクタの構造を示す図であ
る。

【図３】フォトコンダクタをプリント基板へ実装した状
態を示す略断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態の測定ボードの概略構成
を示す上面図である。

【符号の説明】

１ プリント基板 ２ ＤＵＴ ３ フォトコンダクタ ４ 光コネクタ部 ５ 光ケーブル ５ａ コネクタ ６ 光伝送路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】上記の半導体試験装置において、前記制御
光発生手段は、制御光を発生する光源として半導体レー
ザを備えることとしてもよい。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定デバイスが搭載されるプリント基
   板を備え、前記被測定デバイスのＩ／Ｏ端子について試
   験が行われる測定ボードにおいて、 半絶縁性半導体基板上に所定幅の電極ギャップを有する
   電極を形成してなり、該電極ギャップへ照射される制御
   光に応じてスイッチング動作するフォトコンダクタと、 外部から導かれた前記制御光を前記プリント基板内部を
   通して前記フォトコンダクタの電極ギャップへ導く光伝
   送手段と、を有し、 前記フォトコンダクタをスイッチング素子として前記被
   測定デバイスのＩ／Ｏ端子の入出力ラインに設けたこと
   を特徴とする測定ボード。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の測定ボードにおいて、 前記光伝送手段は、 外部から制御光を導く光ファイバと接続され、該制御光
   を前記プリント基板内部へ導くための第１の光伝送路を
   備えた光コネクタと、 前記プリント基板内部に設けられ、一方の端面が前記光
   コネクタの第１の光伝送路に接続され、他方の端面から
   射出される制御光が前記フォトコンダクタの電極ギャッ
   プへ照射されるよう構成された第２の光伝送路と、を有
   することを特徴とする測定ボード。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の測定ボードにおいて、 前記第１および第２の光伝送路は、光ファイバまたは光
   導波路により構成されていることを特徴とする測定ボー
   ド。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の測定ボードにおいて、 前記第１および第２の光伝送路は、一体的に構成されて
   いることを特徴とする測定ボード。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の測定ボードと、該測定ボード上に搭載された被測
   定デバイスのＩ／Ｏ端子について試験を行う試験装置本
   体とからなる半導体試験装置であって、 前記試験装置本体は、 前記測定ボードに設けられたフォトコンダクタをスイッ
   チング動作させるための制御光を発生する制御光発生手
   段と、 前記制御光発生手段から発生した制御光を前記測定ボー
   ドへ導く光ファイバとを有することを特徴とする半導体
   試験装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体試験装置におい
   て、 前記制御光発生手段は、制御光を発生する光源として面
   発光レーザを備えることを特徴とする半導体試験システ
   ム。