JP2012028578A - Light receiving sensor and liquid sample analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体受光素子を用いた受光センサに関するものである。 The present invention relates to a light receiving sensor using a semiconductor light receiving element.
一般的に半導体受光素子は、周囲環境温度の影響を受けて、その分光感度特性（入射光波長と光電感度との関係）が変化したり、入射光量に対する信号電流が変化したりするという問題がある。そのため、従来の半導体受光素子を用いた光検出においては、以下のように恒温槽を用いた温度制御が行われている。 In general, a semiconductor light receiving element has a problem that its spectral sensitivity characteristic (relationship between incident light wavelength and photoelectric sensitivity) changes due to the influence of ambient temperature, and the signal current with respect to the incident light quantity changes. is there. Therefore, in light detection using a conventional semiconductor light receiving element, temperature control using a thermostatic bath is performed as follows.
具体的には、半導体受光素子を用いた受光センサを恒温槽内部に配置し、この恒温槽を一定の温度に制御するように構成している。これにより、半導体受光素子の周囲環境温度の影響をキャンセルするようにしている。 Specifically, a light receiving sensor using a semiconductor light receiving element is arranged inside a thermostat and the thermostat is controlled to a constant temperature. Thereby, the influence of the ambient temperature of the semiconductor light receiving element is canceled.
しかしながら、受光センサを恒温槽内部に配置するものでは、当該受光センサを用いた検出装置の大型化が避けられないという問題がある。また、周囲環境温度の影響を可及的に小さくするために恒温槽内部の空間を大きくすることが考えられるが、内部空間を恒温状態に制御するための温度制御用のヒータ又はクーラ等の機構を大型化する必要があり、それに伴い必要電力も多くなってしまう。このように受光センサを含む光学系の小型化が困難であり、特に可動式光学系を構成する場合には、上記の構成が大きな弊害となる。さらに、恒温槽及びその内部空間を含む系全体を空間的に温度制御しているため、半導体受光素子の温度制御の応答性が悪く、光源や受光センサ等の自己発熱による影響を改善することも困難である。 However, in the case where the light receiving sensor is disposed inside the thermostatic chamber, there is a problem that an increase in size of the detection device using the light receiving sensor is inevitable. In addition, it is conceivable to increase the space inside the thermostatic chamber in order to reduce the influence of the ambient environment temperature as much as possible, but a mechanism such as a temperature control heater or a cooler for controlling the internal space to a constant temperature state It is necessary to increase the size of the device, and the power required increases accordingly. As described above, it is difficult to reduce the size of the optical system including the light receiving sensor. In particular, when a movable optical system is configured, the above configuration is a serious adverse effect. Furthermore, since the temperature of the entire system including the thermostatic chamber and its internal space is spatially controlled, the responsiveness of the temperature control of the semiconductor light receiving element is poor, and the influence of self-heating of the light source, light receiving sensor, etc. may be improved. Have difficulty.
ここで特許文献１に示すように、加熱手段であるセラミックヒータ上に受光素子を搭載して受光素子を加熱する火災センサが考えられている。 Here, as shown in Patent Document 1, a fire sensor is considered in which a light receiving element is mounted on a ceramic heater as a heating means to heat the light receiving element.
しかしながら、受光素子の上面にアノード接続用の端子電極及びカソード接続用の端子電極が設けられ、それら端子電極にリード線を接続する構成であるため、生産過程において配線ミスが生じる恐れがある。特に受光素子が小型になればなるほど、端子電極が小さくなり、またそれら端子電極が近接する構成となることから、配線ミスを招き易くなる。 However, since a terminal electrode for anode connection and a terminal electrode for cathode connection are provided on the upper surface of the light receiving element, and lead wires are connected to these terminal electrodes, there is a risk that a wiring error may occur in the production process. In particular, the smaller the light receiving element is, the smaller the terminal electrodes are, and the closer the terminal electrodes are, the more likely to cause wiring errors.
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、恒温槽を不要として小型化を図るとともに、半導体受光素子の温度制御性の向上及び半導体受光素子の温度制御の省電力化を可能にするだけでなく、受光センサの生産性を向上させることをその主たる所期課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems all at once, and it is possible to reduce the size by eliminating the use of a thermostatic chamber, and to improve the temperature controllability of the semiconductor light receiving element and to save the temperature control of the semiconductor light receiving element. The main goal is not only to enable electric power but also to improve the productivity of the light receiving sensor.
すなわち本発明に係る受光センサは、表面に受光面及び裏面に電極面が形成された半導体受光素子と、前記半導体受光素子の電極面に対向して加熱面が設けられ、前記半導体受光素子を加熱するためのヒータ基板と、前記半導体受光素子の電極面及び前記ヒータ基板の加熱面に接触して設けられて積層構造を形成し、前記半導体受光素子の電極面に導通するとともに、前記ヒータ基板の加熱面から前記半導体受光素子に伝熱する端子伝熱基板とを有することを特徴とする。 That is, the light receiving sensor according to the present invention includes a semiconductor light receiving element having a light receiving surface on the front surface and an electrode surface on the back surface, and a heating surface facing the electrode surface of the semiconductor light receiving element, and heats the semiconductor light receiving element. A heater substrate for contact with the electrode surface of the semiconductor light-receiving element and a heating surface of the heater substrate to form a laminated structure, and conductive to the electrode surface of the semiconductor light-receiving element; And a terminal heat transfer substrate that transfers heat from the heating surface to the semiconductor light receiving element.
このようなものであれば、半導体受光素子、端子伝熱基板及びヒータ基板を積層構造とし、ヒータ基板からの熱を端子伝熱基板を介して半導体受光素子に伝えて加熱する構成としているので、恒温槽を不要とすることができる。これにより、受光センサを用いた検出装置を小型化することができる。また、ヒータ基板は、半導体受光素子を加熱する容量を有するものであれば良いので、半導体受光素子の温度制御を省電力化することができる。このとき、半導体受光素子及びヒータ基板の間に介在する基板が伝熱基板であることから、半導体受光素子の温度制御性を向上させることができる。さらに、端子伝熱基板が半導体受光素子の電極面に通電することから、この端子伝熱基板をカソード端子又はアノード端子として機能させることができ、半導体受光素子の配線を簡単化することができる。特に半導体受光素子が小型化した場合であってもカソード端子及びアノード端子の位置を明確に異ならせることが可能となり、配線ミスを防止することができ、生産性を向上させることができる。 If this is the case, the semiconductor light receiving element, the terminal heat transfer substrate and the heater substrate have a laminated structure, and the heat from the heater substrate is transferred to the semiconductor light receiving element via the terminal heat transfer substrate so as to heat it. A thermostat can be dispensed with. Thereby, the detection apparatus using a light receiving sensor can be reduced in size. Further, since the heater substrate only needs to have a capacity for heating the semiconductor light receiving element, the temperature control of the semiconductor light receiving element can be saved. At this time, since the substrate interposed between the semiconductor light receiving element and the heater substrate is a heat transfer substrate, the temperature controllability of the semiconductor light receiving element can be improved. Furthermore, since the terminal heat transfer substrate energizes the electrode surface of the semiconductor light receiving element, the terminal heat transfer substrate can function as a cathode terminal or an anode terminal, and the wiring of the semiconductor light receiving element can be simplified. In particular, even when the semiconductor light receiving element is downsized, the positions of the cathode terminal and the anode terminal can be clearly changed, wiring errors can be prevented, and productivity can be improved.
ここで、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いた半導体受光素子は、３０℃〜７０℃の温度範囲において安定した検出感度を有する。また、ヒータ基板による加熱温度は一般的に周囲環境温度（例えば２５℃）に対して１５℃〜２０℃程度である。したがって、前記半導体受光素子の半導体材料として、３０℃〜７０℃の温度範囲において安定した検出感度を有するＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いることが望ましい。 Here, a semiconductor light receiving element using Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is 30 ° C. to 70 ° C. It has stable detection sensitivity in the temperature range. The heating temperature by the heater substrate is generally about 15 ° C. to 20 ° C. with respect to the ambient environment temperature (for example, 25 ° C.). Therefore, Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ ) having a stable detection sensitivity in a temperature range of 30 ° C. to 70 ° C. as a semiconductor material of the semiconductor light receiving element. It is desirable to use y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
また、本発明に係る液体試料分析装置は、液体試料を収容する収容空間に対向して設けられ、当該収容空間内の液体試料に検査光を照射する光照射部と、前記収容空間に対向して設けられ、前記検査光が照射された液体試料から生じる散乱光又は透過光を検出する光検出部と、前記光照射部及び前記光検出部を保持するホルダと、前記ホルダを移動させることによって、前記光照射部及び前記光検出部を測定位置及び当該測定位置から離間した退避位置の間で移動させるホルダ移動機構とを有し、前記光検出部が、表面に受光面及び裏面に電極面が形成された半導体受光素子と、前記半導体受光素子の電極面に対向して加熱面が設けられ、前記半導体受光素子を加熱するためのヒータ基板と、前記半導体受光素子の電極面及び前記ヒータ基板の加熱面に接触して設けられて積層構造を形成し、前記半導体受光素子の電極面に導通するとともに、前記ヒータ基板の加熱面から前記半導体受光素子に伝熱する端子伝熱基板とを有する受光センサを用いていることを特徴とする。これならば、光照射部及び光検出部を恒温槽内に配置する必要が無く、恒温槽を不要とすることができるので、ホルダ移動機構の追加が容易となる。 In addition, the liquid sample analyzer according to the present invention is provided opposite to the storage space for storing the liquid sample, and opposed to the storage space, a light irradiation unit that irradiates the liquid sample in the storage space with inspection light. A light detection unit that detects scattered light or transmitted light generated from the liquid sample irradiated with the inspection light, a holder that holds the light irradiation unit and the light detection unit, and moves the holder A holder moving mechanism for moving the light irradiation unit and the light detection unit between a measurement position and a retracted position separated from the measurement position, and the light detection unit has a light receiving surface on the front surface and an electrode surface on the back surface. A semiconductor light-receiving element formed with a heating surface facing the electrode surface of the semiconductor light-receiving element, a heater substrate for heating the semiconductor light-receiving element, an electrode surface of the semiconductor light-receiving element, and the heater substrate A light receiving device that is provided in contact with the heating surface to form a laminated structure and has a terminal heat transfer substrate that conducts to the electrode surface of the semiconductor light receiving element and transfers heat from the heating surface of the heater substrate to the semiconductor light receiving element. It is characterized by using a sensor. In this case, it is not necessary to arrange the light irradiation part and the light detection part in the thermostat, and the thermostat can be dispensed with, so that it is easy to add a holder moving mechanism.
さらに、本発明に係る受光センサは、上面に受光面が形成され、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体受光素子と、前記半導体受光素子の下面に接触して設けられ、前記半導体受光素子を３０℃〜７０℃に加熱するためのヒータ基板とを有し、前記ヒータ基板の加熱面の面積が、前記半導体受光素子の下面の面積の０．１倍〜１００倍であることを特徴とする。これならば、３０℃〜７０℃の温度範囲で安定した検出感度を有するＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）をヒータ基板で直接３０℃〜７０℃に加熱しているので、恒温槽を不要としながらも、周囲環境温度の影響を低減することができる。これにより、受光センサを用いた検出装置を小型化することができる。また、直接半導体受光素子をヒータ基板で加熱するとともに、半導体受光素子の熱容量が小さいことから、半導体受光素子の温度制御を省電力化するとともに、半導体受光素子の温度制御性を向上させることができる。さらに、短時間で温度安定域に到達させることができ、立ち上げ時間の短縮を可能にすることができる。 Furthermore, the light receiving sensor according to the present invention has a light receiving surface formed on the upper surface, and Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and a heater substrate provided in contact with the lower surface of the semiconductor light receiving element for heating the semiconductor light receiving element to 30 ° C. to 70 ° C., and a heating surface of the heater substrate The area is 0.1 to 100 times the area of the lower surface of the semiconductor light receiving element. In this case, Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ) having stable detection sensitivity in a temperature range of 30 ° C. to 70 ° C. Since ≦ 1) is directly heated to 30 ° C. to 70 ° C. by the heater substrate, the influence of the ambient environment temperature can be reduced while eliminating the need for a thermostatic bath. Thereby, the detection apparatus using a light receiving sensor can be reduced in size. In addition, the semiconductor light receiving element is directly heated by the heater substrate, and since the heat capacity of the semiconductor light receiving element is small, the temperature control of the semiconductor light receiving element can be saved and the temperature controllability of the semiconductor light receiving element can be improved. . Furthermore, the temperature stable region can be reached in a short time, and the startup time can be shortened.
このように構成した本発明によれば、恒温槽を不要として小型化を図るとともに、半導体受光素子の温度制御を省電力化するだけでなく、受光センサの生産性を向上させることができる。 According to the present invention configured as described above, it is possible to reduce the size by eliminating the constant temperature bath, not only to save the temperature control of the semiconductor light receiving element, but also to improve the productivity of the light receiving sensor.
以下に本発明に係る受光センサを用いた液体試料分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a liquid sample analyzer using a light receiving sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る液体試料分析装置１００は、半導体製造装置又は当該装置に用いられる薬液再生装置に使用する高濃度リン酸中に含まれるシリカ濃度を例えばインライン測定するものである。 The liquid sample analyzer 100 according to the present embodiment measures, for example, in-line the silica concentration contained in high-concentration phosphoric acid used in a semiconductor manufacturing apparatus or a chemical solution regenerating apparatus used in the apparatus.
具体的にこのものは、図１に示すように、光透過性を有する測定セルＳ中のリン酸溶液に、励起光である検査光Ｌ１を照射する光照射部２と、検査光Ｌ１の照射により生じる散乱光や蛍光等の光Ｌ２を検出する第１光検出部３ａと、検査光Ｌ１の照射により生じる散乱光や蛍光等の光Ｌ２を検出する第２光検出部３ｂと、光照射部２及び光検出部３ａ、３ｂをそれらの相対位置関係が一定となるように保持するホルダ４と、ホルダ４を移動するホルダ移動機構（不図示）と、第１光検出部３の光強度信号及び第２光検出部４の光強度信号を受信して、リン酸濃度及びシリカ濃度を算出する演算装置（不図示）とを備えている。なお、測定セルＳは、半導体製造装置又は薬液再生装置等の例えば薬液槽に接続された配管上に設けられている。 Specifically, as shown in FIG. 1, the light irradiation unit 2 irradiates the phosphoric acid solution in the light-transmitting measurement cell S with the inspection light L1, which is excitation light, and the irradiation of the inspection light L1. A first light detection unit 3a for detecting light L2 such as scattered light and fluorescence generated by the light, a second light detection unit 3b for detecting light L2 such as scattered light and fluorescence generated by irradiation of the inspection light L1, and a light irradiation unit 2 and the light detection units 3a and 3b, a holder 4 that holds the relative positional relationship thereof constant, a holder moving mechanism (not shown) that moves the holder 4, and a light intensity signal of the first light detection unit 3 And an arithmetic unit (not shown) that receives the light intensity signal of the second light detection unit 4 and calculates the phosphoric acid concentration and the silica concentration. Note that the measurement cell S is provided on a pipe connected to, for example, a chemical tank such as a semiconductor manufacturing apparatus or a chemical regenerator.
以下、各部について詳述する。 Hereinafter, each part is explained in full detail.
光照射部２は、測定セルＳを流れるリン酸溶液に検査光Ｌ１である励起光を照射して、リン酸溶液中のシリカ（二酸化ケイ素）を励起させて蛍光を生じさせるものであり、本実施形態では、紫外領域（例えば波長２８５ｎｍ）の光を射出するＬＥＤを用いて構成している。そして、このＬＥＤは、測定セルＳに対向して設けられており、その光軸が測定セルＳの流路方向に略直交するように配置されている。なお、光照射部２としては、ＬＥＤの他、キセノンランプ等の光源を用いても良い。 The light irradiation unit 2 irradiates the phosphoric acid solution flowing through the measurement cell S with the excitation light that is the inspection light L1 to excite silica (silicon dioxide) in the phosphoric acid solution to generate fluorescence. In the embodiment, an LED that emits light in the ultraviolet region (for example, wavelength 285 nm) is used. And this LED is provided facing the measurement cell S, and is arrange | positioned so that the optical axis may be substantially orthogonal to the flow path direction of the measurement cell S. FIG. In addition, as the light irradiation part 2, you may use light sources, such as a xenon lamp other than LED.
第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂは、検査光Ｌ１の照射によりシリカから生じる蛍光Ｌ２やリン酸又はシリカから生じる散乱光Ｌ２を検出するものである。これら光検出部３ａ、３ｂは、散乱光検出波長域（２７０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長域）又は蛍光検出波長域（３２０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長域）の少なくとも一方の検出波長域に検出感度を有する。 The 1st light detection part 3a and the 2nd light detection part 3b detect the fluorescence L2 which arises from silica by irradiation of the test | inspection light L1, and the scattered light L2 which arises from phosphoric acid or a silica. These light detection units 3a and 3b have detection sensitivity in at least one detection wavelength region of a scattered light detection wavelength region (a wavelength region of 270 nm to 320 nm) or a fluorescence detection wavelength region (a wavelength region of 320 nm to 380 nm).
また、第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂは、前記光照射部２から射出される検査光Ｌ１の光路とは異なる位置に配置されている。具体的に第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂは、図１に示すように、迷光の影響を可及的に小さくすべく、前記検査光Ｌ１の光軸と略直交すると共に、測定セルＳを挟み込むように対向配置されている。 Further, the first light detection unit 3 a and the second light detection unit 3 b are disposed at positions different from the optical path of the inspection light L <b> 1 emitted from the light irradiation unit 2. Specifically, as shown in FIG. 1, the first light detection unit 3a and the second light detection unit 3b are substantially orthogonal to the optical axis of the inspection light L1 in order to reduce the influence of stray light as much as possible. The measurement cells S are arranged so as to face each other.
ホルダ４は、上述した光照射部２、第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂの配置となるようにそれらを保持するものである。具体的にホルダ４は、図１に示すように、平面視において概略コの字形状をなすものであり、その対向する側壁４１、４２に第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂが対向して設けられている。また、対向する側壁４１、４２の間に設けられた中間壁４３に光照射部２が設けられている。なお、側壁４１に設けられた光検出部３ｃは、光照射部２から射出される光量を制御するための光量調整用の光検出部である。 The holder 4 is for holding the light irradiation unit 2, the first light detection unit 3a, and the second light detection unit 3b described above. Specifically, as shown in FIG. 1, the holder 4 has a substantially U shape in plan view, and the first light detection unit 3 a and the second light detection unit 3 b are disposed on the opposing side walls 41 and 42. It is provided facing. Moreover, the light irradiation part 2 is provided in the intermediate wall 43 provided between the side walls 41 and 42 which oppose. The light detection unit 3 c provided on the side wall 41 is a light detection unit for adjusting the light amount for controlling the light amount emitted from the light irradiation unit 2.
ホルダ移動機構は、ホルダ４を移動させることによって、光照射部２及び光検出部３ａ、３ｂを測定位置Ｐ及び当該測定位置Ｐから離間した退避位置Ｑの間で、測定セルＳの流路方向に直交する方向に移動させるものである。ホルダ移動機構としては、例えばラックアンドピニオン機構を用いたもの、リニアガイドを用いたもの、送りねじ機構を用いたもの等種々の進退移動機構を用いることができる。 The holder moving mechanism moves the holder 4 to move the light irradiation unit 2 and the light detection units 3a and 3b between the measurement position P and the retreat position Q separated from the measurement position P. It moves in the direction orthogonal to As the holder moving mechanism, various forward / backward moving mechanisms such as a rack and pinion mechanism, a linear guide, and a feed screw mechanism can be used.
しかして第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂは、パッケージタイプのものであり、図２に示すように、受光センサ３１と、当該受光センサ３１を収容するパッケージ３２と、当該パッケージ３２の先端面に設けられた光学窓３３とを備えている。なお、パッケージ３２は概略円筒形状をなすものであり、そのベース３２１には、受光センサ３１と電気的に接続されるリードピンＰ１〜Ｐ４が設けられている。なお、光量調整用の光検出部３ｃの構成は、第１光検出部３ａ及び第２光検出部３ｂと同様である。 Accordingly, the first light detection unit 3a and the second light detection unit 3b are of the package type, and as shown in FIG. 2, the light receiving sensor 31, the package 32 that houses the light receiving sensor 31, and the package 32 And an optical window 33 provided on the front end surface. The package 32 has a substantially cylindrical shape, and the base 321 is provided with lead pins P1 to P4 that are electrically connected to the light receiving sensor 31. The configuration of the light detection unit 3c for adjusting the light amount is the same as that of the first light detection unit 3a and the second light detection unit 3b.
受光センサ３１は、パッケージ３２のベース３２１上に搭載されており、半導体受光素子３１１と端子伝熱基板３１３とヒータ基板３１２をこの順で含む積層構造を備えている。 The light receiving sensor 31 is mounted on the base 321 of the package 32, and has a laminated structure including the semiconductor light receiving element 311, the terminal heat transfer substrate 313, and the heater substrate 312 in this order.
半導体受光素子３１１は、平面視において概略矩形の平板状をなすものであり、表面に受光面３１１ａ及び裏面にカソード接続用の電極面３１１ｂが形成されている。この半導体受光素子３１１は、紫外波長域の光に対して、広い温度範囲（３０℃〜７０℃）において検出感度が安定しているものであり、その半導体材料として、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いている。このＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎは、広い温度範囲で検出感度が安定しているため、厳密な温度制御が不要であり、後述するヒータ基板３１２の加熱のみで温度影響をキャンセルすることができる。 The semiconductor light receiving element 311 has a substantially rectangular flat plate shape in plan view, and has a light receiving surface 311a on the front surface and an electrode surface 311b for cathode connection on the back surface. This semiconductor light-receiving element 311 has a stable detection sensitivity in a wide temperature range (30 ° C. to 70 ° C.) with respect to light in the ultraviolet wavelength region, and Al x In y Ga (1 ) is used as the semiconductor material. -Xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is used. Since this Al x In y Ga (1-xy) N has a stable detection sensitivity in a wide temperature range, it does not require strict temperature control, and only affects the temperature by heating the heater substrate 312 described later. Can be canceled.
また、半導体受光素子３１１の受光面３１１ａの面積を２ｍｍ２以下としている。これにより、半導体受光素子３１１の温度制御を容易にして半導体受光素子３１１の温度特性を安定化することができ、暗電流（光が照射されていない状態で流れる電流）を低減することができ、コストを低減することができる。 Further, the area of the light receiving surface 311a of the semiconductor light receiving element 311 is set to 2 mm 2 or less. Thereby, temperature control of the semiconductor light receiving element 311 can be facilitated to stabilize the temperature characteristics of the semiconductor light receiving element 311, and dark current (current that flows without being irradiated with light) can be reduced, Cost can be reduced.
半導体受光素子３１１の受光面３１１ａの一部には、アノードを接続するためのアノード端子電極が形成されている。このアノード端子電極と、パッケージ３２のベース３２１に設けられたリードピンＰ１とはアノード接続用のリード線によって接続される。 An anode terminal electrode for connecting an anode is formed on a part of the light receiving surface 311 a of the semiconductor light receiving element 311. The anode terminal electrode and the lead pin P1 provided on the base 321 of the package 32 are connected by a lead wire for anode connection.
ヒータ基板３１２は、半導体受光素子３１１を周囲環境温度に対して所定温度（例えば＋１５℃〜＋２０℃）に加熱する平板状のものであり、パッケージ３２のベース３２１上に搭載されている。このヒータ基板３１２は、半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂに対向して加熱面３１２ａが設けられて半導体受光素子３１１を加熱するものであり、上面に加熱面３１２ａが形成されている。具体的にヒータ基板３１２は、セラミックス基板３１２ｍ上に発熱抵抗体３１２ｎを搭載したものである。この発熱抵抗体３１２ｎの接続端子は、パッケージ３２のベース３２１に設けられたリードピンＰ２、Ｐ３にリード線によって接続されている。このようにヒータ基板３１２をセラミックス基板３１２ｍ上に発熱抵抗体３１２ｎを搭載して構成することにより、ヒータ基板３１２の熱を上面側に伝熱し易くし、端子伝熱基板３１３以外の部材（例えばパッケージ３２のベース３２１）への熱影響を小さくすることができる。 The heater substrate 312 is a flat plate that heats the semiconductor light receiving element 311 to a predetermined temperature (for example, + 15 ° C. to + 20 ° C.) with respect to the ambient environment temperature, and is mounted on the base 321 of the package 32. The heater substrate 312 is provided with a heating surface 312a facing the electrode surface 311b of the semiconductor light receiving element 311 to heat the semiconductor light receiving element 311, and the heating surface 312a is formed on the upper surface. Specifically, the heater substrate 312 has a heating resistor 312n mounted on a ceramic substrate 312m. The connection terminal of the heating resistor 312n is connected to lead pins P2 and P3 provided on the base 321 of the package 32 by lead wires. In this way, the heater substrate 312 is configured by mounting the heating resistor 312n on the ceramic substrate 312m, thereby making it easy to transfer the heat of the heater substrate 312 to the upper surface side, and a member other than the terminal heat transfer substrate 313 (for example, a package) The thermal influence on the 32 bases 321) can be reduced.
端子伝熱基板３１３は、半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂ及びヒータ基板３１２の加熱面３１２ａに接触して設けられて積層構造を形成するものである。この端子伝熱基板３１３は、半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂに導通するとともに、ヒータ基板３１２の加熱面３１２ａから半導体受光素子３１１に伝熱する。具体的に端子伝熱基板３１３は、平板状をなし、その上面が半導体受光素子３１１の下面に形成された電極面３１１ｂに接着されるとともに、その下面がヒータ基板３１２の下面に形成された加熱面３１２ａに接着される。 The terminal heat transfer substrate 313 is provided in contact with the electrode surface 311b of the semiconductor light receiving element 311 and the heating surface 312a of the heater substrate 312 to form a laminated structure. The terminal heat transfer substrate 313 is electrically connected to the electrode surface 311 b of the semiconductor light receiving element 311 and transfers heat from the heating surface 312 a of the heater substrate 312 to the semiconductor light receiving element 311. Specifically, the terminal heat transfer substrate 313 has a flat plate shape, and the upper surface thereof is bonded to the electrode surface 311b formed on the lower surface of the semiconductor light receiving element 311 and the lower surface thereof is heated on the lower surface of the heater substrate 312. Bonded to surface 312a.
具体的に端子伝熱基板３１３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の表面に金メッキを施すことにより形成されている。端子伝熱基板３１３を熱伝導性に非常に優れたＳｉＣを用いて構成することにより、加熱開始後、短時間で半導体受光素子３１１が安定温度域に達し、受光センサ３１の立ち上げ時間を短縮することができる。また、ＳｉＣはその熱膨張率が金属と比較して低く、結果として受光センサを熱衝撃等にも強い構造とすることができる。 Specifically, the terminal heat transfer substrate 313 is formed by performing gold plating on the surface of a silicon carbide (SiC) substrate. By configuring the terminal heat transfer substrate 313 using SiC having excellent thermal conductivity, the semiconductor light receiving element 311 reaches the stable temperature range in a short time after the start of heating, and the start-up time of the light receiving sensor 31 is shortened. can do. Further, SiC has a lower coefficient of thermal expansion than metal, and as a result, the light receiving sensor can have a structure that is resistant to thermal shock and the like.
また、端子伝熱基板３１３の平面サイズは、半導体受光素子３１１よりも大きく構成されている。そして、端子伝熱基板３１３に半導体受光素子３１１を搭載した状態で、端子伝熱基板３１３における半導体受光素子３１１が載っていない部分は、半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂから電気信号を取り出すためのカソード端子として機能する。このカソード端子は、パッケージ３２のベース３２１に設けられたリードピンＰ４にリード線によって接続されている。 Further, the planar size of the terminal heat transfer substrate 313 is larger than that of the semiconductor light receiving element 311. Then, in a state where the semiconductor light receiving element 311 is mounted on the terminal heat transfer substrate 313, a portion of the terminal heat transfer substrate 313 where the semiconductor light receiving element 311 is not mounted is used to extract an electrical signal from the electrode surface 311b of the semiconductor light receiving element 311. Functions as a cathode terminal. The cathode terminal is connected to a lead pin P4 provided on the base 321 of the package 32 by a lead wire.
さらに、端子伝熱基板３１３の上面及び半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂは銀ペーストにより接着されており、端子伝熱基板３１３の下面及びヒータ基板３１２の加熱面３１２ａも銀ペーストにより接着されている。このように銀ペーストにより接着していることから、半導体受光素子３１１及び端子伝熱基板３１３の熱膨張率の差により生じる応力、端子伝熱基板３１３及びヒータ基板３１２の熱膨張率の差により生じる応力を緩和することができる。 Further, the upper surface of the terminal heat transfer substrate 313 and the electrode surface 311b of the semiconductor light receiving element 311 are bonded by silver paste, and the lower surface of the terminal heat transfer substrate 313 and the heating surface 312a of the heater substrate 312 are also bonded by silver paste. . Since the silver paste is used for bonding, the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor light receiving element 311 and the terminal heat transfer substrate 313 and the difference in thermal expansion coefficient between the terminal heat transfer substrate 313 and the heater substrate 312 are generated. Stress can be relaxed.
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る液体試料分析装置１００によれば、半導体受光素子３１１、端子伝熱基板３１３及びヒータ基板３１２を積層構造とし、ヒータ基板３１２からの熱を端子伝熱基板３１３を介して半導体受光素子３１１に伝えて加熱する構成としているので、恒温槽を不要とすることができる。これにより、液体試料分析装置１００を小型化することができる。
<Effect of this embodiment>
According to the liquid sample analyzer 100 according to the present embodiment configured as described above, the semiconductor light receiving element 311, the terminal heat transfer substrate 313 and the heater substrate 312 have a laminated structure, and the heat from the heater substrate 312 is transferred to the terminal heat transfer substrate 313. Since it is configured to transmit to the semiconductor light receiving element 311 through the heating, a thermostatic bath can be dispensed with. Thereby, the liquid sample analyzer 100 can be reduced in size.
また、ヒータ基板３１３は、半導体受光素子３１１を加熱する容量を有するものであれば良いので、半導体受光素子３１１の温度制御を省電力化することができる。このとき、半導体受光素子３１１及びヒータ基板３１２の間に介在する基板３１３が伝熱基板であることから、半導体受光素子３１１の温度制御の応答性を向上させることができる。 Further, since the heater substrate 313 may be any substrate having a capacity for heating the semiconductor light receiving element 311, the temperature control of the semiconductor light receiving element 311 can be saved. At this time, since the substrate 313 interposed between the semiconductor light receiving element 311 and the heater substrate 312 is a heat transfer substrate, the temperature control responsiveness of the semiconductor light receiving element 311 can be improved.
さらに、端子伝熱基板３１３が半導体受光素子３１１の電極面３１１ｂに通電することから、この端子伝熱基板３１３をカソード端子として機能させることができ、半導体受光素子３１１の配線を簡単化することができる。特に半導体受光素子３１１が小型化した場合であってもカソード端子及びアノード端子の位置を明確に異ならせることができる。つまり、アノード接続用の端子が受光面３１１ａ上に形成され、カソード接続用の端子が端子伝熱基板３１３となることから両者の位置を異ならせることができる。これにより、配線ミスを防止することができ、生産性を向上させることができる。 Further, since the terminal heat transfer substrate 313 energizes the electrode surface 311b of the semiconductor light receiving element 311, the terminal heat transfer substrate 313 can function as a cathode terminal, and the wiring of the semiconductor light receiving element 311 can be simplified. it can. In particular, even when the semiconductor light receiving element 311 is downsized, the positions of the cathode terminal and the anode terminal can be clearly changed. That is, since the anode connection terminal is formed on the light receiving surface 311a and the cathode connection terminal is the terminal heat transfer substrate 313, the positions of the two can be made different. Thereby, wiring mistakes can be prevented and productivity can be improved.
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記実施形態の半導体受光素子は、半導体材料として、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いたものであったが、その他の半導体材料を用いたものであっても良い。但し、その検出感度が、ヒータ加熱温度の範囲（例えば周囲環境温度＋１５℃〜２０℃）において安定していることが好ましい。 For example, in the semiconductor light receiving element of the embodiment, Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is used as a semiconductor material. Although used, other semiconductor materials may be used. However, it is preferable that the detection sensitivity is stable in a heater heating temperature range (for example, ambient temperature + 15 ° C. to 20 ° C.).
また、端子伝熱基板としては、前記実施形態のようにＳｉＣ基板を用いたものの他、サファイア基板、シリコン基板、ガラス基板等を用いることも可能である。 Further, as the terminal heat transfer substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be used in addition to the one using the SiC substrate as in the embodiment.
その上、図３に示すように、光検出部３ａ〜３ｃのパッケージ３２内に温度検出素子３１４を内蔵し、ヒータ基板３１２の表面（加熱面３１２ａ）の温度を検出し、その検出結果を用いてヒータ基板３１２の通電、停止の制御を行うようにしても良い。なお、リードピンＰ５は温度検出信号を取り出すためのピンである。 In addition, as shown in FIG. 3, a temperature detection element 314 is built in the package 32 of the light detection units 3a to 3c, the temperature of the surface of the heater substrate 312 (heating surface 312a) is detected, and the detection result is used. The heater substrate 312 may be energized and stopped. The lead pin P5 is a pin for taking out a temperature detection signal.
加えて、図４に示すように、ヒータ基板３１２の発熱抵抗体３１２ｎ（ヒータ素子）の両端の抵抗値を検出して、印加電圧又は印加電流を制御することにより加熱温度を制御することもできる。 In addition, as shown in FIG. 4, the heating temperature can be controlled by detecting the resistance value of both ends of the heating resistor 312n (heater element) of the heater substrate 312 and controlling the applied voltage or the applied current. .
また、前記実施形態では配線ミス防止の観点から端子伝熱基板を半導体受光素子及びヒータ基板の間に介在させているが、配線ミスの恐れが無い場合等には、端子伝熱基板を省略しても良い。つまり図５に示すように、受光センサが、上面に受光面３１１ａが形成され、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体受光素子３１１と、半導体受光素子３１１の下面に接触して設けられ、半導体受光素子３１１を３０℃〜７０℃に加熱するためのヒータ基板３１２とを有するものであっても良い。この場合、半導体受光素子３１１の受光面３１１ａの一部に、アノードを接続するためのアノード端子電極及びカソードを接続するためのカソード端子電極が形成される。また、ヒータ基板３１２の加熱面３１２ａの面積としては、例えば半導体受光素子の下面の面積の０．１倍〜１００倍とすることが考えられる。 In the above embodiment, the terminal heat transfer board is interposed between the semiconductor light receiving element and the heater board from the viewpoint of preventing wiring mistakes. However, when there is no fear of wiring mistakes, the terminal heat transfer board is omitted. May be. That is, as shown in FIG. 5, the light receiving sensor has a light receiving surface 311 a formed on the upper surface, and Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and a heater substrate 312 provided in contact with the lower surface of the semiconductor light receiving element 311 and for heating the semiconductor light receiving element 311 to 30 ° C. to 70 ° C. May be. In this case, an anode terminal electrode for connecting the anode and a cathode terminal electrode for connecting the cathode are formed on a part of the light receiving surface 311a of the semiconductor light receiving element 311. Further, the area of the heating surface 312a of the heater substrate 312 may be, for example, 0.1 to 100 times the area of the lower surface of the semiconductor light receiving element.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００ ・・・液体試料分析装置
Ｓ ・・・測定セル（収容空間）
Ｌ１ ・・・検査光
２ ・・・光照射部
Ｌ２ ・・・散乱光等
３ ・・・光検出部
３１ ・・・受光センサ
３２ ・・・パッケージ
３３ ・・・透光窓
３１１ ・・・半導体受光素子
３１１ａ・・・受光面
３１１ｂ・・・電極面
３１２ ・・・ヒータ基板
３１２ａ・・・加熱面
３１３ ・・・端子伝熱基板
４ ・・・ホルダ
Ｐ ・・・測定位置
Ｑ ・・・退避位置
100: Liquid sample analyzer S: Measurement cell (accommodating space)
L1 ... inspection light 2 ... light irradiation part L2 ... scattered light, etc. 3 ... light detection part 31 ... light receiving sensor 32 ... package 33 ... translucent window 311 ... semiconductor Light receiving element 311a ... Light receiving surface 311b ... Electrode surface 312 ... Heater substrate 312a ... Heating surface 313 ... Terminal heat transfer substrate 4 ... Holder P ... Measurement position Q ... Retraction position
Claims (3)
前記半導体受光素子の電極面に対向して加熱面が設けられ、前記半導体受光素子を加熱するためのヒータ基板と、
前記半導体受光素子の電極面及び前記ヒータ基板の加熱面に接触して設けられて積層構造を形成し、前記半導体受光素子の電極面に導通するとともに、前記ヒータ基板の加熱面から前記半導体受光素子に伝熱する端子伝熱基板とを有する受光センサ。 A semiconductor light-receiving element having a light-receiving surface on the front surface and an electrode surface on the back surface;
A heating surface is provided opposite to the electrode surface of the semiconductor light receiving element, and a heater substrate for heating the semiconductor light receiving element;
Provided in contact with the electrode surface of the semiconductor light receiving element and the heating surface of the heater substrate to form a laminated structure, and conduct to the electrode surface of the semiconductor light receiving element, and from the heating surface of the heater substrate to the semiconductor light receiving element A light receiving sensor having a terminal heat transfer board for transferring heat to the substrate.
前記収容空間に対向して設けられ、前記検査光が照射された液体試料から生じる散乱光又は透過光を検出する請求項１記載の受光センサを用いた光検出部と、
前記光照射部及び前記光検出部を保持するホルダと、
前記ホルダを移動させることによって、前記光照射部及び前記光検出部を測定位置及び当該測定位置から離間した退避位置の間で移動させるホルダ移動機構とを有する液体試料分析装置。 A light irradiating unit that is provided facing a storage space for storing a liquid sample and irradiates the liquid sample in the storage space with inspection light;
The light detection unit using the light receiving sensor according to claim 1, wherein the light detection unit is provided facing the storage space and detects scattered light or transmitted light generated from the liquid sample irradiated with the inspection light.
A holder for holding the light irradiation unit and the light detection unit;
A liquid sample analyzer including a holder moving mechanism that moves the light irradiation unit and the light detection unit between a measurement position and a retracted position separated from the measurement position by moving the holder.
前記半導体受光素子の下面に接触して設けられ、前記半導体受光素子を３０℃〜７０℃に加熱するためのヒータ基板とを有し、
前記ヒータ基板の加熱面の面積が、前記半導体受光素子の下面の面積の０．１倍〜１００倍である受光センサ。 A light-receiving surface formed on the upper surface, and a semiconductor light-receiving element made of Al x In y Ga (1-xy) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1),
A heater substrate provided in contact with the lower surface of the semiconductor light receiving element, for heating the semiconductor light receiving element to 30 ° C. to 70 ° C .;
The light receiving sensor wherein the area of the heating surface of the heater substrate is 0.1 to 100 times the area of the lower surface of the semiconductor light receiving element.
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