JP2009139192A - バーンイン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被試験体の温度調整レスポンスが速く、試験時間の短縮化および省エネルギ化を図ることができ、被試験体の温度を精度よくコントロールすることができることができるバーンイン装置を提供することである。
提供する。
【解決手段】 恒温プレート２０６と半導体レーザ素子１００とが直接接触させて、恒温プレート２０６の温度を第１の温度センサ２０２および第１の温度制御器２０５によって検出し、この検出した温度に基づいて第１の温度制御器２０５が恒温プレート２０６の温度を制御する。またプレート部２２６と蓋部２２７とによってプレート部２２６に保持された半導体レーザ素子１００の周囲に形成される閉鎖された空間の温度を、第２の温度センサ２０８および第２の温度制御器２１１によって検出し、この検出した温度に基づいて第２の温度制御器２１１が半導体レーザ素子１００を取り巻く気体の温度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置などの被試験体のバーンイン試験、エージング試験に用いられるバーンイン装置に関する。

従来から半導体レーザ素子の生産工程では、生産直後に発生する初期不良対策として、半導体レーザ素子を使用する通常の温度よりも温度を上昇させた状態で駆動し、測定された光出力または駆動電流の変動によって不良品選別を行うバーンイン試験が行われている。半導体レーザ素子については、数時間から数十時間にわたって指定温度でのバーンイン試験が行われている。

半導体レーザ素子の高出力化が進むにつれて、半導体レーザ素子の駆動に伴う半導体レーザ素子自身の発熱による影響によって、バーンイン試験時に用いられる恒温槽内の温度むらが発生しやすくなってしまうという問題があり、正確な温度制御が可能なバーンイン装置が求められている。

図１１は、特許文献１に記載される第１の従来の技術をもとに構成されたバーンイン装置３００の構成を示す模式図である。図１１には、バーンイン装置３００に装着された半導体レーザ素子４００についても図示している。バーンイン装置３００は、温度制御器３０１と、冷却機３０２と、ファン３０３と、半導体レーザ４００素子の出力を検知するためのフォトダイオード３０４と、温度センサ３０５と、複数のフォトダイオード３０４が設けられるフォトダイオード基板３０６と、半導体レーザ素子４００に接触して設けられる放熱プレート３０７と、カセット３０８と、コンタクト部３０９と、外部との断熱効果を有する恒温槽３１０と、半導体レーザ素子４００の光出力を一定出力状態にするため、フォトダイオード３０４からの入力値によって駆動電流を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）回路３１１と、ヒータ３１２とを有する。

恒温槽３１０内部には、ファン３０３と、フォトダイオード３０４と、温度センサ３０５と、フォトダイオード基板３０６と、放熱プレート３０７と、カセット３０８とが設けられる。カセット３０８は、複数（１００個程度）の半導体レーザ素子４００を搭載し、半導体レーザ素子４００に電源供給するための配線が形成されている。恒温槽３１０は、内部に複数（１０カセット程度）カセット３０８が搭載可能に形成されている。カセット３０８には、半導体レーザ素子４００の端子に接触するコンタクト部３０９が設けられ、コンタクト部３０９は、カセット３０８に形成される前記配線と接続されている。

バーンイン装置３００では、温度制御器３０１が温度センサ３０５によって槽内の気温を検出して、冷却機３０２およびヒータ３１２を制御して、槽内の気度をコントロールすることによって、放熱プレート３０７の温度をコントロールし、これによって間接的に半導体レーザ素子４００の温度をコントロールしている。

第２の従来の技術では、半導体レーザ素子を直接恒温プレートに接触させて温度をコントロールすることで、温度コントロールの応答性を改善し、温度バラツキを抑制している（たとえば特許文献２参照）。

実開平７−２９３３号公報 特開２００７−６４９２５号公報

しかしながらバーンイン装置３００では、半導体レーザ素子４００の温度コントロールは、冷却機３０２およびヒータ３１２によって槽内の気体温度をコントロールし、放熱プレート３０７の温度をコントロールすることによって間接的に行われるので、槽内の気体温度の変化に対する半導体レーザ素子４００の温度の変化のレスポンスが遅く、バーンイン試験時の温度上昇および温度下降に時間がかかり、バーンイン試験時間が長くなるという問題がある。また半導体レーザ素子４００のバーンイン試験は、数時間から数十時間にわたって指定温度で行われるが、バーンイン装置３００における半導体レーザ素子４００の温度制御は、冷却機３０２およびヒータ３１２によって熱伝導率の低い気体の温度をコントロールすることによって行われており、恒温状態を保つためのエネルギ消費が大きく、稼動コストが上昇するという問題がある。

また半導体レーザ素子４００の高出力化が進むに連れて、半導体レーザ素子４００の駆動に伴う半導体レーザ素子４００自身の発熱の影響で、恒温槽３１０の温風および冷風吹き出し部付近に配置された半導体レーザ４００ａと、前記吹き出し部から離れた位置に配置された半導体レーザ４００ｂとを同じ条件でバーンイン試験することが難しいという問題がある。

また第２の従来の技術では、被試験体である半導体レーザ素子が、フレーム形状で放熱部が特定された平面となっていることを前提として構成されたものである。したがって、ＣＡＮパッケージのように全面が金属のパッケージで、かつ湾曲した形状となっている半導体レーザ素子を直接恒温プレートに接触させて温度コントロールしようとする場合、半導体レーザ素子の全面を恒温プレートに接触させることは困難であるため、パッケージの特定の部分のみが恒温プレートに接触することになる。このような状態で、恒温プレートの温度をコントロールしても、パッケージのうち恒温プレートに接触していない他の部分から吸熱したり、放熱したりしてしまうので、半導体レーザ素子の温度を精度のよくコントロールすることが難しいという問題がある。

したがって本発明の目的は、被試験体の温度調整レスポンスが速く、試験時間の短縮化および省エネルギ化を図ることができ、被試験体の温度を精度よくコントロールすることができ、複数の被試験体を試験する場合であっても複数の被試験体における試験条件を揃えることができるバーンイン装置を提供することである。

本発明は、被試験体を保持可能であって、温度の調整が可能な保持部と、
前記保持部の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記保持部の温度を制御する第１の温度制御手段と、
前記保持部に保持された前記被試験体の周囲に、前記保持部とともに閉鎖された空間を形成し、前記空間の温度調整が可能な蓋部と、
前記空間の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第２の温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記空間の温度を制御する第２の温度制御手段と、
前記被試験体の特性を測定可能な測定手段とを含むことを特徴とするバーンイン装置である。

また本発明は、前記測定手段によって測定された測定結果に基づいて前記被試験体の良否を判定する判定手段をさらに含むことを特徴とする。

また本発明は、前記被試験体は、リード端子を有する電子素子であり、
前記保持部は、前記電子素子のリード端子を挿入可能な挿入部を備えることを特徴とする。

また本発明は、前記保持部は、第１のペルチェ素子を含み、
前記蓋部は、
第２のペルチェ素子と、
前記第２のペルチェ素子に設けられる吸放熱用フィンと、
前記空間の気体を循環させる気体循環用ファンとを含むことを特徴とする。

また本発明は、前記保持部は、
金属から成り、前記被試験体を保持可能な保持部本体と、
前記保持部本体のうち、前記被試験体が保持される部分、および前記ペルチェ素子が設けられる部分を除く残余の部分の外表面部を形成する第１の断熱カバー体とを含み、
前記蓋部は、
前記被試験体を保持部に押圧可能な押圧部を有する蓋部本体と、
前記蓋部本体、前記吸放熱用フィンおよび前記気体循環用ファンを、前記第２のペルチェ素子とともに覆う第２の断熱カバー体とを含むことを特徴とする。

また本発明は、前記第１の温度制御手段および前記第２の温度制御手段は、前記保持部の温度と前記空間の温度とを独立して制御することを特徴とする。

また本発明は、前記被試験体は、半導体レーザ素子であることを特徴とする。
また本発明は、前記保持部は、複数の半導体レーザ素子を保持可能であることを特徴とする。

本発明によれば、保持部に被試験体を保持させると、保持部と被試験体とが接触する。保持部の温度を第１の温度検出手段によって検出し、この検出した温度に基づいて第１の温度制御手段が保持部の温度を制御すると、保持部と被試験体とが直接接触しているので、保持部の温度の変化に伴う被試験体の温度の変化のレスポンスが早く、すなわち被試験体の温度調整レスポンスが早い。したがって、気体を介して間接的に被試験体の温度を制御する場合と比較して、試験時間の短縮化を図ることができるとともに、省エネルギ化を図ることができる。

また保持部と蓋部とによって保持部に保持された被試験体の周囲に形成される閉鎖された空間の温度を、第２の温度検出手段によって検出し、この検出した温度に基づいて第２の温度制御手段が被試験体を取り巻く気体の温度を制御することによって、被試験体の保持部と接触していない部分から不所望に吸熱したり放熱したりすることを抑制して、被試験体の温度を精度よくコントロールすることができる。これによって、測定手段によって測定された被試験体の特性の信頼性を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の一形態のバーンイン装置２００の主要部の構成を示す断面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見て示すバーンイン装置２００の断面図である。なお図１および図２には、バーンイン装置２００とともに、被試験体および電子素子である半導体レーザ素子１００をバーンイン装置２００に装着した状態で図示している。

まず、バーンイン装置２００によってバーンイン試験が行われる半導体レーザ素子１００の構成について説明しておく。以下に半導体レーザ素子１００の構成についての一例を記載するが、外形状が類似していればバーンイン装置２００を用いて試験を行うことができる。

図３は、半導体レーザ素子１００の平面図であり、図４は半導体レーザ素子１００の側面図である。半導体レーザ素子１００は、ＣＡＮパッケージを有し、半導体レーザチップ１０１と、ステム１０２と、キャップ１０３と、端子部１０４とを含んで構成される。半導体レーザチップ１０１は、特に限定されるものではないが、たとえばＣＤ（Compact Disk）用またはＤＶＤ（Digital Versatile Disk）用のものであってもよいし、単波長または２波長の光を出力する構成のものであってもよい。発光波長としては、４００μｍ〜８００μｍのものが好ましく、用いられる半導体としてはガリウム砒素系のものが好ましい。

ステム１０２は、略円柱形の基部１０２ａと、基部１０２ａの軸線方向の一表面１０２Ａから突出し、半導体レーザチップ１０１が搭載される搭載部１０２ｂとを有する。ステム１０２は、半導体レーザチップ１０１において発生する熱を放射する機能を有する。ステム１０２は、熱伝導性および導電性の高い金属によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばアルミニウムが挙げられる。基部１０２ａの軸線方向の他表面１０２Ｂから端子部１０４が突出する。端子部１０４は、半導体レーザ素子１００を駆動する電流を供給するためのプラス（＋）端子１０４ａとグランド端子１０４ｂとを有し、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえば銅などが挙げられる。プラス端子１０４ａは、ステム１０２に電気絶縁性部材１０５を介して設けられ、ステム１０２とは電気的に絶縁されている。プラス端子１０４ａおよびグランド端子１０４ｂは、ステム１０２に搭載される半導体レーザチップ１０１に電気的に接続されている。

キャップ１０３は、有底筒状に形成され、半導体レーザチップ１０１および搭載部１０２ｂを覆い、開口部が基部１０２ａの一表面１０２Ａで基部１０２ａに接合されて設けられる。キャップ１０３は、基部１０２ａの一表面１０２Ａの周縁部１０５が露出するような大きさに形成され、基部１０２ａと同軸に設けられる。キャップ１０３も、半導体レーザチップ１０１において発生する熱を放射する機能を有する。キャップ１０３は、底部分に半導体レーザチップ１０１から出射されるレーザ光を透過する透過部１０６を有し、透過部１０６を除く部分については、熱伝導性および導電性の高い金属によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばアルミニウムが挙げられる。

再び図１および図２を参照して説明する。バーンイン装置２００は、被試験体を保持可能であって、温度の調整が可能な保持部２２６と、保持部２２６に保持された半導体レーザ素子１００の周囲に、保持部２２６とともに閉鎖された空間を形成し、前記空間の温度調整が可能な蓋部２２７と、第１および第２の温度センサ２０２，２０８と、第１および第２の温度制御器２０５，２１１と、制御部２２０と、駆動回路２１７と、フォトダイオード２１３と、フォトダイオード２１３が搭載されるフォトダイオード基板２１３Ａと、出力部２５０とを含んで構成される。以下、保持部をプレート部という。

プレート部２２６は、保持部本体である恒温プレート２０６と、第１のペルチェ素子２０３と、第１の吸放熱用フィン２０４と、第１放熱ファン２０１と、コンタクト部２１９と、第１の断熱カバー体２１４を含んで構成される。

恒温プレート２０６には、半導体レーザ素子１００の端子部１０４を挿入する挿入部が設けられ、挿入部には挿入孔２３１が形成されている。恒温プレート２０６には、前記挿入孔２３１に端子部１０４を挿入した状態で、ステム１０２の基部１０２ａの他表面１０２Ｂに直接接触して半導体レーザ素子１００を保持可能な保持面２３２が設けられる。前記保持面２３２は、前記ステム１０２の基部１０２ａの他表面１０２Ｂの周縁部の全周にわたって面接触可能に形成される。このように面接触させるためには、保持面２３２およびステム１０２の基部１０２ａの他表面１０２Ｂは、ともに平面に形成されることが好ましい。以後、半導体レーザ素子１００の端子部１０４を挿入孔２３１に挿入して、ステム１０２の基部１０２ａの他表面１０２Ｂを保持面２３２に接触させた状態を、半導体レーザ素子１００が恒温プレート２０６に装着された状態という。

コンタクト部２１９は、挿入孔２３１に設けられ、半導体レーザ素子１００が恒温プレート２０６に装着された状態において、端子部１０４に接触する。コンタクト部２１９は、プラス端子１０４ａとグランド端子１０４ｂとに個別に接続され、半導体レーザ素子１００に駆動電流を供給するための電流供給配線を有する。コンタクト部２１９の、端子部１０４と接触する接触部分は、端子部１０４の外周面と面接触するように構成される。

恒温プレート２０６は、熱伝導性の高い金属によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばアルミニウム、銅が挙げられる。

第１のペルチェ素子２０３と、第１の吸放熱用フィン２０４と、第１のファン（送風機）２０１とは、恒温プレート２０６の温度を調整するために恒温プレート２０６に設けられる。第１のペルチェ素子２０３は、恒温プレート２０６の外表面に接触して設けられる。本実施の形態では、恒温プレート２０６は略直方体に形成され、第１のペルチェ素子２０３は、恒温プレート２０６の一側面に設けられる。第１の吸放熱用フィン２０４は、恒温プレート２０６との間にペルチェ素子２０３を挟むように、第１のペルチェ素子２０３に接触して設けられる。第１放熱ファン２０１は、第１のペルチェ素子２０３との間に第１の吸放熱用フィン２０４を挟むように、第１の吸放熱用フィン２０４に接触して設けられる。第１の吸放熱用フィン２０４は、熱伝導性の高い金属によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばアルミニウム、銅が挙げられる。第１の吸放熱用フィン２０４は、ヒートシンクである。第１の吸放熱用フィン２０４および第１のファン２０１を設けることによって、第１のペルチェ素子２０３からの伝導する熱を効率的に放射することができ、恒温プレート２０６の温度を効率的に調整することができる。

第１の断熱カバー体２１４は、恒温プレート２０６のうち、半導体レーザ素子１００が保持される部分、および第１のペルチェ素子２０３が設けられる部分を除く残余の部分の外表面部を覆って設けられる。第１の断熱カバー体２１４を備えることによって、外気の温度変動による恒温プレート２０６の温度への影響を抑制することができる。半導体レーザ素子１００が保持される部分は、挿入孔２３１と保持面２３２とを含む。また実際には、第１の断熱カバー体２１４には、第１の温度センサ２０２、第１のペルチェ素子２０３およびコンタクト部２１９にそれぞれ配線を接続するため、これらの配線を通過させる孔が形成されているが、これらの孔は微小であるので外気の温度変動による影響は考えなくてもよい。第１の断熱カバー体２１４は、断熱性に優れた材料によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばポリウレタン、エポキシ樹脂が挙げられる。

蓋部２２７は、保持部２２６に保持された半導体レーザ素子１００の周囲に、保持部２２６とともに閉鎖された空間を形成する閉鎖位置と、前記空間を外部に開放する開放位置とにわたって、プレート部２２６に対して相対変位可能に設けられる。蓋部２２７は、蓋部本体２３５と、第２のペルチェ素子２０９と、第２の吸放熱用フィン２２０と、気体循環用ファン２１２と、第３の吸放熱用フィン２１０と、第２のファン２０７とを備える。

蓋部本体２３５は、半導体レーザ素子１００を、プレート部２２６に押圧可能な押圧部２３６を有する。蓋部本体２３５は、恒温プレート２０６と同様の材料を用いて形成される。押圧部２３６は、半導体レーザ素子１０１のステム１０２における基部１０２ａの一表面１０２Ａの周縁部１０５に接触可能なステム接触部２１５と、ステム接触部２１５と蓋部本体２３５との間に設けられて、これらに接続される弾発性部材２１６とを含んで構成される。弾発性部材２１６は、たとえば、ばねによって実現される。ステム接触部２１５は、環状に形成され、軸線方向の一方の表面の内周部と、基部１０２ａの一表面１０２Ａの周縁部１０５とが面接触可能に構成される。このように面接触させるためには、ステム接触部２１５のステム１０２に当接する当接面およびステム１０２の基部１０２ａの一表面１０２Ａは、ともに平面に形成されることが好ましい。ステム接触部２１５は、熱伝導性の高い金属によって形成され、その構成材料としては、特に限定されるものではないが、たとえばアルミニウム、銅が挙げられる。

弾発性部材２１６は、ステム接触部２１５の軸線まわりに等しい間隔をあけて複数設けられ、本実施の形態では４個設けられる。このように弾発性部材２１６を設けることによって、蓋部２２７が閉鎖位置にあるとき、半導体レーザ素子１００のステム１０２において基部１０２ａの軸線まわりで、ステム１０２を保持面２３２側に均等に押圧することができるので、ステム１０２と保持面２３２との接触不良を抑制することができる。また基部１０２ａの他表面１０２Ｂの周縁部が軸線まわりの全周にわたって保持面２３２と接触するので、半導体レーザ素子１００における部分的な温度の偏りを抑制することができる。

図５は、バーンイン装置２００の構成を示す断面図であり、主としてプレート部２２６に蓋部２２７を装着するクランプ部２１８の構成を説明する図である。バーンイン装置２００は、プレート部２２６が固定して設けられる基台２６０と、プレート部２２６に蓋部２２７を着脱可能に固定するクランプ部２１８とをさらに含んで構成される。基台２６０は、プレート部２２６を保持する。クランプ部２１８は、基台２６０に設けられる。蓋部２２７には、後述する第２の断熱カバー体２４４の開口部２４５にクランプ片２４６が設けられている。クランプ部２１８は、複数のトグルクランプ２６１によって実現され、レバーを動かすことによって動作する動作片２６２によって、前記クランプ片２４６を基台２６０に押圧可能に設けられている。蓋部２２７を閉鎖位置に移動させ、トグルクランプ２６１のレバーを操作して動作片２６２によってクランプ片２４６を基台２６０に押圧することによって、前述した押圧部２３６によって半導体レーザ素子１００を保持面２３２に向かって押圧してステム１０２を保持面２３２に密接させることができ、さらにプレート部２２６と蓋部２２７との間に密封された空間が形成される。

再び図１を参照して、蓋部本体２３５には、フォトダイオード２１３およびフォトダイオード基板２１３Ａが設けられる。フォトダイオード２１３は、蓋部２２７が閉鎖位置にあるとき、挿入孔２３１に臨むように設けられ、恒温プレート２０６側から到来する光を受光可能に設けられている。これによって、半導体レーザ素子１００が恒温プレート２０６に装着された状態では、フォトダイオード２１３の受光面が半導体レーザ素子１００の発光面に対向して、半導体レーザ素子１００からの光を受光することができる。

第２の断熱カバー体２４４は、略有底筒状に形成され、蓋部本体２３５、第２の吸放熱用フィン２０８および気体循環用ファン２１２を、第２のペルチェ素子２０９とともに覆う。第２の断熱カバー体２４４は、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときの蓋部本体２３５の恒温プレート２０６に臨む部分、を除く残余の外表面部に接触して設けられる。また第２の断熱カバー体２４４は、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときには、その開口部２４５がプレート部２２６の第１の断熱カバー体２１４に接触する。これによって、蓋部２２７とプレート部２２６との間に密閉された空間が形成される。第２の断熱カバー体２４４は、第１の断熱カバー体２１４と同様の材料を用いて形成される。また実際には、第１の断熱カバー体２１４には、第２の温度センサ２０８、第２のペルチェ素子２０９およびフォトダイオード基板２１３Ａにそれぞれ配線を接続するため、これらの配線を通過させる孔が形成されているが、これらの孔は微小であるので外気の温度変動による影響は考えなくてもよい。第２の断熱カバー体２４４を設けることによって、蓋部２２７が閉鎖位置にあるとき、外気の温度変動による閉鎖された空間の温度への影響を抑制することができる。

第２のペルチェ素子２０９は、断熱カバー体２４４に支持されて設けられる。第２の吸放熱用フィン２０８は、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときの、第２のペルチェ素子２０９の閉鎖された空間に臨む表面に接触して設けられる。気体循環用ファン２１２は、第２のペルチェ素子２０９との間に第２の吸放熱用フィン２０８を挟むように、第２の吸放熱用フィン２０８に接触して設けられる。第３の吸放熱用フィン２１０は、第２の吸放熱用フィン２０８との間に第２のペルチェ素子２０９を挟むように、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときの、第２のペルチェ素子２０９の外部空間に臨む表面に接触して設けられる。第２のファン２０７は、第２のペルチェ素子２０９との間に第３の吸放熱用フィン２１０を挟むように、第３の吸放熱用フィン２１０に接触して設けられる。第２および第３の吸放熱用フィン２０８，２１０は、ヒートシンクである。第２および第３の吸放熱用フィン２０４および第１のファン２０１を設けることによって、第１のペルチェ素子２０３からの伝導する熱を効率的に放射することができ、閉鎖された空間の温度を効率的に調整することができる。

図２に示すように、第２のペルチェ素子２０９と、第２の吸放熱用フィン２２０と、気体循環用ファン２１２と、第３の吸放熱用フィン２１０と、第２のファン２０７とは、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときには、前記プレート部２２６に臨まない位置に設けられる。また気体循環用ファン２１２は、半導体レーザ素子１００に向かって直接送風するのではなく、第２の断熱カバー体２４４の側壁に沿って気体が循環するように送風可能な位置に設けられている。このような構成とすることによって、密閉された空間の温度を均一に保つことができ、不所望に風が吹き付けられることによって半導体レーザ素子１００の温度が低下してしまうことが抑制することができる。

第１および第２の温度センサ２０２，２０８は、たとえば熱電対によって実現される。第１の温度センサ２０２は、恒温プレート２０６に埋め込まれて設けられる。第２の温度センサ２０８は、第２の吸放熱用フィン２０８の近傍に設けられる。

図６は、第１のファン２０１、第１のペルチェ素子２０３および第１の吸放熱用フィン２０４によって温度が制御される第１の温度制御範囲２８８を示す図である。図６において、第１の温度制御範囲２８８に斜線を付して示している。第１の温度制御範囲２８８は、恒温プレート２０６が設けられている部分と一致する。

再び図１を参照して、第１の温度制御器２０５は、第１のファン２０１、第１のペルチェ素子２０３および第１の温度センサ２０２に電気的に接続されている。第１の温度制御器２０５は、第１の温度制御手段であり、また第１の温度センサ２０２とともに、第１の温度検出手段を構成する。第１の温度制御器２０５は、マイクロコンピュータによって実現され、制御部２２０から与えられる第１の温度指令に応じて、第１の温度センサ２０２によって検出される温度が、第１の温度指令に応じた温度となるように第１のファン２０１、第１のペルチェ素子２０３の動作を制御する。たとえば、温度安定時の温度コントロールでは、第１の温度制御器２０５は、第１のペルチェ素子２０３で頻繁に加熱、冷却を繰り返すように制御する。第１のペルチェ素子２０３による加熱、冷却に応じて、第１のファン２０１をコントロールして、送風したり停止したりすると温度追従性が低下するので、第１の温度制御器２０５は、常時、第１のファン２０１を稼動状態する。このような制御を行うと、加熱側の最高到達温度性能は低下するが、指令温度に対する温度精度を向上させることができる。

図７は、第２のペルチェ素子２０９と、第２の吸放熱用フィン２２０と、気体循環用ファン２１２と、第３の吸放熱用フィン２１０と、第２のファン２０７とによって温度が制御される第２の温度制御範囲２８９を示す図である。図７において、第２の温度制御範囲２８９に斜線を付して示している。第１の温度制御範囲２８９は、プレート部２２６と蓋部２２７とのよって囲まれる閉鎖された空間に一致する。

再び図１を参照して、第２の温度制御器２１１は、第２のファン２０７、第２の温度センサ２０８、第２のペルチェ素子２０９および気体循環用ファン２１２に電気的に接続されている。第２の温度制御器２１１は、第２の温度制御手段であり、また第２の温度センサ２０８とともに、第２の温度検出手段を構成する。第２の温度制御器２１１は、マイクロコンピュータによって実現され、制御部２２０から与えられる第２の温度指令に応じて、第２の温度センサ２０８によって検出される温度が、温度指令に応じた温度となるように第２のファン２０７、第２のペルチェ素子２０９、気体循環用ファン２１２の動作を制御して、第２の温度制御範囲２２９における温度ムラを抑制する。たとえば、温度安定時の温度コントロールでは、第２の温度制御器２１１は、第２のペルチェ素子２０９で頻繁に加熱、冷却を繰り返すように制御する。第２のペルチェ素子２０９による加熱、冷却に応じて、第２のファン２０７および気体循環用ファン２１２をコントロールして、送風したり停止したりすると温度追従性が低下するので、第２の温度制御器２１１は、常時、第２のファン２０７および気体循環用ファン２１２を稼動状態する。このような制御を行うと、加熱側の最高到達温度性能は低下するが、指令温度に対する温度精度を向上させることができる。

駆動回路２１７は、フォトダイオード２１３と、コンタクト部２１９と電気的に接続される。駆動回路２１７は、ＡＰＣ回路およびＡＣＣ（Auto Current Control）回路のうち、少なくともいずれか一方を含んで構成される。ＡＰＣ回路によって半導体レーザ素子１００を駆動する場合には、駆動回路２１７は、駆動回路２１７は、たとえば制御部２２０に予め設定されているバーンイン試験用の光出力値、たとえば１００ｍＷになるように半導体レーザ素子１００を発光させる。この際、半導体レーザ素子１００の光出力を一定に保つために、フォトダイオード２１３から出力される信号に基づいて、コンタクト部２１９に所定の電流を出力することによって、半導体レーザ素子１００の駆動電流を制御する。またＡＣＣ回路によって半導体レーザ素子１００を駆動する場合には、駆動回路２１７は、コンタクト部２１９に所定の電流を出力する。また駆動回路２１７は、フォトダイオード２１３およびフォトダイオード基板２１３Ａとともに半導体レーザ素子１００の特性を測定可能な測定手段として機能し、フォトダイオード２１３から出力される信号（光出力値）を測定し、測定した結果を表す測定情報を制御部２２０に与える。

制御部２２０は、マイクロコンピュータを含んで構成され、予め定める制御プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行処理することによって、第１および第２の温度制御器２０５，２１１ならびに駆動回路２１７に、第１および第２温度指令、制御指令をそれぞれ与えて、これらを制御する。制御部２２０は、この制御部２２０に予め設定されているバーンイン試験用の温度条件に応じて、第１の温度制御範囲２２８の温度と、第２の温度制御範囲２２９の温度とを独立して制御することができる。制御部２２０は、たとえば、第１の温度制御範囲２２８の温度が８０℃となり、第２の温度制御範囲２２９の温度が２５℃となるように、第１および第２温度指令を与える。また制御部２２０は、この制御部２２０に予め設定されているバーンイン試験用の動作条件に応じて、駆動回路２１７に、所定の駆動条件で半導体レーザ素子１００を駆動するように制御指令を与える。このように第１の温度制御範囲２２８の温度と、第２の温度制御範囲２２９の温度とを、第１および第２の温度制御器２０５，２１１によって独立して制御することによって、多様な試験条件を設定することができ、利便性を向上させることができる。

また制御部２２０は、駆動回路２１７によって測定された測定結果に基づいて半導体レーザ素子１００の良否を判定する判定手段として機能する。制御部２２０は、予め制御部２２０に設定されているバーンイン試験条件に従って、駆動回路２１７から与えられる測定情報を、たとえば、測定間隔を３０分とし、測定回数を２０回として取得する。そして制御部２２０は、予め設定されているバーンイン試験用の良否判定方法に従って、得られた測定情報に基づいて半導体レーザ素子１００の良否を判定する。制御部２５０は、駆動している半導体レーザ素子１００が所望の特性となっている、すなわち全測定情報において駆動電流に対して出力される光量が十分であると判定した場合には、半導体レーザ素子１００が良品であると判定し、所望の特性となっていない、全測定情報において１つでも駆動電流に対して出力される光量が十分ではないと判定した場合には、半導体レーザ素子１００が不良品であると判定する。制御部２２０は、駆動している半導体レーザ素子１００が良品であるのか不良品であるのかを判定した判定結果を出力部２５０に与える。

出力部２５０は、表示装置、プリンタ装置または発光装置などによって実現され、制御部２２０から判定結果が与えられると、判定結果を表示する。これによって、試験者は、試験している半導体レーザ素子１００が良品であるのか不良品であるのかを判断することができる。

以上のようにバーンイン装置２００では、プレート部２２６に半導体レーザ素子１００を保持させると、プレート部２２６の恒温プレート２０６と半導体レーザ素子１００のステム１０２とが接触する。恒温プレート２０６の温度を第１の温度センサ２０２および第１の温度制御器２０５によって検出し、この検出した温度に基づいて第１の温度制御器２０５が恒温プレート２０６の温度を制御すると、恒温プレート２０６と半導体レーザ素子１００とが直接接触しているので、恒温プレート２０６の温度の変化に伴う半導体レーザ素子１００の温度の変化のレスポンスが早く、すなわち半導体レーザ素子１００の温度調整レスポンスが早い。したがって、気体を介して間接的に半導体レーザ素子１００の温度を制御する場合と比較して、試験時間の短縮化を図ることができるので、試験効率を向上させることができ、また半導体レーザ素子１００の生産効率を向上させることができ、さらにバーンイン試験において省エネルギ化を図ることができる。

またプレート部２２６と蓋部２２７とによってプレート部２２６に保持された半導体レーザ素子１００の周囲に形成される閉鎖された空間の温度を、第２の温度センサ２０８および第２の温度制御器２１１によって検出し、この検出した温度に基づいて第２の温度制御器２１１が半導体レーザ素子１００を取り巻く気体の温度を制御することによって、半導体レーザ素子１００のプレート部２２６と接触していない部分から不所望に吸熱したり放熱したりすることを抑制して、半導体レーザ素子１００の温度を精度よくコントロールすることができる。これによって、駆動回路２１７によって測定された半導体レーザ素子１００の特性の信頼性を向上させることができ、制御部２２０によって判定される半導体レーザ素子１００の良否判定の信頼性を向上させることができる。

図８は、本発明の実施の他の形態のバーンイン装置２７０の主要部の構成を示す断面図であり、図９は、図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見て示すバーンイン装置２７０の断面図である。なお図８および図９には、バーンイン装置２００とともに、被試験体および電子素子である半導体レーザ素子１００をバーンイン装置２００に装着した状態で図示している。図１０は、バーンイン装置２７０の構成を示す断面図であり、主としてプレート部２２６に蓋部２２７を装着するクランプ部２１８の構成を説明する図である。

本実施の形態のバーンイン装置２７０は、前述したバーンイン装置２００に類似するので、同様の構成には同様の参照符号を付してその説明を省略する。本実施の形態のバーンイン装置２７０と、前述したバーンイン装置２００との主な相違点は、バーンイン装置２００では１個の半導体レーザ素子１００について試験を行う構成としているが、バーンイン装置２７０では複数個の半導体レーザ素子１００について試験を行うことができる構成としていることにある。バーンイン装置２７０では、４０個の半導体レーザ素子１００をマトリクス状に並べて搭載可能に構成されている。

バーンイン装置２７０と、バーンイン装置２００とは、主としてプレート部２２６と、蓋部２２７との構成が異なる。本実施の形態では、プレート部２２６には、複数の挿入孔２３１が形成される。挿入孔２３１の数は、保持可能な半導体レーザ素子１００の数に等しい。挿入孔２３１は、恒温プレート２０６の長手方向である予め定めるＸ方向に予め定める間隔をあけて１０個形成され、恒温プレート２０６の長手方向であり、前記予め定める方向Ｘに垂直な予め定めるＹ方向に予め定める間隔をあけて４個形成される。前記予め定める間隔は、相互に隣接する半導体レーザ素子１００の熱が測定に影響を与えないように選ばれる。各挿入孔２３１には、それぞれコンタクト部２１９が設けられている。各コンタクト部２１９は個別に駆動回路２１７に接続される。また各挿入孔２３１の開口部には保持面２３２がそれぞれ形成され、各保持面２３２の間における恒温プレート２０６の表面は、第１の断熱カバー体２１４によって覆われる。

また本実施の形態ではプレート部２２６は、複数の第１のペルチェ素子２０３を有する。第１のペルチェ素子２０３の数は、恒温プレート２０６の大きさおよび第１のペルチェ素子２０３の大きさに応じて決定され、ここでは２つに選ばれている。本実施の形態では、恒温プレート２０６は略直方体に形成され、第１のペルチェ素子２０３は、恒温プレート２０６の底面に設けられる。複数の半導体レーザ素子１００を保持する構成とする場合、前述の実施の形態と同様に第１のペルチェ素子２０３を恒温プレート２０６の一側面に設けると、第１のペルチェ素子２０３に近接して配置されている半導体レーザ素子１００と、第１のペルチェ素子２０３から離間して配置されている半導体レーザ素子１００とにおいて、温度のばらつきが生じるおそれがあるが、第１のペルチェ素子２０３を恒温プレート２０６の底面に設けることによって、複数の半導体レーザ素子１００における温度のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態では蓋部２２７は、複数の押圧部２３６を有する。押圧部２３６の数は、保持可能な半導体レーザ素子１００の数に等しい。各押圧部２３６は、各挿入孔２３１にそれぞれ対応して設けられる。また蓋部２２７には、前記押圧部２３６の数に等しいフォトダイオード２１３が設けられる。各フォトダイオード２１３は、半導体レーザ素子１００が恒温プレート２０６に装着された状態では、フォトダイオード２１３の受光面が半導体レーザ素子１００の発光面に対向して、半導体レーザ素子１００からの光を受光することができる。各フォトダイオード２１３は、個別に駆動回路２１７に接続される。

また本実施の形態では蓋部２２７に設けられる第２のペルチェ素子２０８は、予め定めるＸ方向の中央部に設けられ、蓋部２２７が閉鎖位置にあるときには、予め定めるＹ方向の一方で半導体レーザ素子１０１に対向しない位置に設けられる。また本実施の形態では、蓋体本体２３５は、第２の断熱カバー体２４４に臨む外表面のうち、Ｘ方向の両端部を除いて第２の断熱カバー体２４４と間隔をあけて設けられる。これによって蓋体本体２３５と、第２の断熱カバー体２４４との間に気体の流路が形成される。気体循環用ファン２１２は、半導体レーザ素子１００に向かって直接送風するのではなく、図９の矢符Ｆで示すように、前記流路と、蓋体本体２３５およびプレート部２２６との間の空間とを気体が循環するように送風可能な位置に設けられている。これによって、閉鎖された空間内における温度のばらつきを抑制することができる。

また図１０に示すように、蓋部２２７の予め定めるＸ方向の両端部にクランプ片２４６が設けられ、プレート部２２６の予め定めるＸ方向の両側で、全述した実施の形態と同様に、基台２６０に設けられるクランプ部２１８によって、蓋部２２７をプレート部２２６に押圧してプレート部２２６と蓋部２２７との間に密封された空間を形成することができる。

またバーンイン装置２７０は、図示しないが前述の実施の形態と同様に、第１および第２の温度センサ２０２，２０８と、第１および第２の温度制御器２０５，２１１と、制御部２２０と、駆動回路２１７と、出力部２５０とを含んで構成される。駆動回路２１７は、保持可能な半導体レーザ素子１００の数だけ設けられ、それぞれの駆動回路２１７からの測定情報が制御部２２０に与えられる。制御部２２０は、各駆動回路２１７から与えられる測定情報に基づいて、前述したように、各半導体レーザ素子１００が良品であるのか不良品であるのかを個別に判定する。制御部２２０は、半導体レーザ素子１００の良品であるのか不良品であるのかを判定した判定結果を、その半導体レーザ素子１００がプレート部２２６に保持されている位置を表す情報とともに出力部２５０に与える。出力部２５０が、前記判定結果と、この判定結果となった半導体レーザ素子１００が保持されている位置を表す情報とを表示することによって、試験者は、複数の半導体素子１００を同時に試験しても、どの半導体レーザ素子１００が良品であるのか不良品であるのかを判断することができる。半導体レーザ素子１００が保持されている位置を表す情報は、たとえば複数の挿入孔２３１にそれぞれ対応する番号を予め定めておき、番号によって表してもよい。

以上のようにバーンイン装置２７０では、前述したバーンイン装置２００と同様の効果を達成することができるとともに、試験条件を揃えて、複数の半導体レーザ素子１００の同時に試験することができるので、検査効率をさらに向上させることでき、半導体レーザ素子１００の生産効率をさらに向上させることができる。また、複数の半導体レーザ素子１００のバーンイン試験を行うときには、バーンイン装置２００を複数用いて試験を行う場合と比較して装置が１つでよいので、構成部品の数を抑えることができ、組み立てが容易であって、低コスト化を図ることができる。

前述した各実施形態においては、被試験体として半導体レーザ素子１００を用いているが、被試験体については、半導体レーザ素子１００に限定されるものではなく、バーンイン試験が必要なものであればよく、たとえばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの他の電子素子であってもよい。

本発明の実施の一形態のバーンイン装置２００の主要部の構成を示す断面図である。 図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見て示すバーンイン装置２００の断面図である。 半導体レーザ素子１００の平面図であり、 半導体レーザ素子１００の側面図である。 バーンイン装置２００の構成を示す断面図であり、主としてプレート部２２６に蓋部２２７を装着するクランプ部２１８の構成を説明する図である。 第１のファン２０１、第１のペルチェ素子２０３および第１の吸放熱用フィン２０４によって温度が制御される第１の温度制御範囲２８８を示す図である。 第２のペルチェ素子２０９と、第２の吸放熱用フィン２２０と、気体循環用ファン２１２と、第３の吸放熱用フィン２１０と、第２のファン２０７とによって温度が制御される第２の温度制御範囲２８９を示す図である。 本発明の実施の他の形態のバーンイン装置２７０の主要部の構成を示す断面図であり、 図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見て示すバーンイン装置２７０の断面図である。 バーンイン装置２７０の構成を示す断面図であり、主としてプレート部２２６に蓋部２２７を装着するクランプ部２１８の構成を説明する図である。 特許文献１に記載される第１の従来の技術をもとに構成されたバーンイン装置３００の構成を示す模式図である。

符号の説明

１００ 半導体レーザ
２００，２７０ バーンイン装置
２０１ 第１のファン
２０２ 第１の温度センサ
２０３ 第１のペルチェ素子
２０４ 第１の吸放熱用フィン
２０５ 第１の温度制御器
２０６ 恒温プレート
２０７ 第２のファン
２０８ 第２の温度センサ
２０９ 第２のペルチェ素子
２１０ 第２の吸放熱用フィン
２１１ 第２の温度制御器
２１２ 気体循環用ファン
２１３ フォトダイオード
２１４ 第１の断熱カバー体
２１７ 駆動回路
２１９ コンタクト部
２２０ 第３の吸放熱用フィン
２２０ 制御部
２２６ プレート部
２２７ 蓋部
２３１ 挿入孔
２３６ 押圧部
２４４ 第２の断熱カバー体

Claims (8)

1. 被試験体を保持可能であって、温度の調整が可能な保持部と、
   前記保持部の温度を検出する第１の温度検出手段と、
   前記第１の温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記保持部の温度を制御する第１の温度制御手段と、
   前記保持部に保持された前記被試験体の周囲に、前記保持部とともに閉鎖された空間を形成し、前記空間の温度調整が可能な蓋部と、
   前記空間の温度を検出する第２の温度検出手段と、
   前記第２の温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記空間の温度を制御する第２の温度制御手段と、
   前記被試験体の特性を測定可能な測定手段とを含むことを特徴とするバーンイン装置。
2. 前記測定手段によって測定された測定結果に基づいて前記被試験体の良否を判定する判定手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のバーンイン装置。
3. 前記被試験体は、リード端子を有する電子素子であり、
   前記保持部は、前記電子素子のリード端子を挿入可能な挿入部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のバーンイン装置。
4. 前記保持部は、第１のペルチェ素子を含み、
   前記蓋部は、
   第２のペルチェ素子と、
   前記第２のペルチェ素子に設けられる吸放熱用フィンと、
   前記空間の気体を循環させる気体循環用ファンとを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバーンイン装置。
5. 前記保持部は、
   金属から成り、前記被試験体を保持可能な保持部本体と、
   前記保持部本体のうち、前記被試験体が保持される部分、および前記ペルチェ素子が設けられる部分を除く残余の部分の外表面部を形成する第１の断熱カバー体とを含み、
   前記蓋部は、
   前記被試験体を保持部に押圧可能な押圧部を有する蓋部本体と、
   前記蓋部本体、前記吸放熱用フィンおよび前記気体循環用ファンを、前記第２のペルチェ素子とともに覆う第２の断熱カバー体とを含むことを特徴とする請求項４に記載のバーンイン装置。
6. 前記第１の温度制御手段および前記第２の温度制御手段は、前記保持部の温度と前記空間の温度とを独立して制御することを特徴とする請求項１〜５のいれずれか１つに記載のバーンイン装置。
7. 前記被試験体は、半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のバーンイン装置。
8. 前記保持部は、複数の半導体レーザ素子を保持可能であることを特徴とする請求項７に記載のバーンイン装置。

Images