JPH0436630A

JPH0436630A - 寿命試験装置

Info

Publication number: JPH0436630A
Application number: JP14396690A
Authority: JP
Inventors: Hironori Kusunoki; 楠　浩典; Hideo Taguchi; 英夫田口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は寿命試験装置、特に半導体レーザ装置等の光電
子装置の寿命評価試験を行う寿命試験装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置はその製品の信顛度を保証するためにも、エ
ージング等によってスクリーニングが行われている。

エージングについては、たとえば、工業調査会発行「電
子材料Ｊ　１９Ｂ４年１０月号、昭和５９年１０月１日
発行、Ｐ１７０〜Ｐ１７４に記載されている。この文献
でもわかるように、ＩＣ等の半導体装置のエージングに
あっては、配線基板からなるエージングボードに所定数
の半導体装置を取り付けた後、エージング装置（エージ
ング炉）に入れ、その後、所望温度雰囲気下で半導体装
置に所定の電圧を印加することによって行われている。

また、工業調査会発行「電子材料別冊」１９８２年１１
月１５日発行、Ｐ２１０−Ｐ２］５およびＰ２Ｏ９には
環境試験装置について記載されている。この文献には、
半導体デバイス（半導体装置）の熱衝撃試験を行う熱衝
撃試験装置として気槽法と液槽法とがあり、液槽法の場
合、使用するブライン（熱媒）には、シリコンオイルや
フロリナート（登録商標）が使用されている旨記載され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体レーザ装置の寿命試験は、従来の他の半導体デバ
イスの場合と同様に恒温槽が使用される。

たとえば、これはまだ公知とされたものではないが、本
出願人にあっては、恒温槽内に半導体レーザ装置を設置
する際、半導体レーザ装置はその放熱面をヒートシンク
に接触させた状態で恒温槽内に配設される。これにより
半導体レーザ装置の内部で発熱した熱は、ヒートシンク
を介して外部に速やかに放散される結果、半導体レーザ
の接合温度が一定に維持できることになり、正確な寿命
評価試験が行える。なお、前記半導体レーザ装置から発
光されたレーザ光は、恒温槽内に配設した受光装置で検
出する。

しかし、このような構造では、半導体レーザ装置のヒー
トシンクへの着脱に工数がかかる。すなわち、半導体レ
ーザ装置は内部で発生した熱を速やかにヒートシンクに
伝達させる必要があることから、半導体レーザ装置の放
熱面をヒートシンクに常時密着させる必要がある。この
ため、たとえば板バネを利用して半導体レーザ装置の放
熱面をヒートシンクに密着させているが、この板バネの
着脱に時間が掛かる。また、この構造では、ヒートシン
クが場所を取るため恒温槽内のスペース効率が低く製品
の多数チャージができない。

本発明の目的は、高精度の温度管理が可能となる寿命試
験装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、治具への半導体レーザ装置の着脱
が容易な寿命試験装置を提供することにある。

本発明の他の目的は処理能力が高い寿命試験装置を提供
することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔Ｒ題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明の寿命試験装置にあっては、恒温槽内にはフッ素
系不活性液体のような熱伝導性が良く電気絶縁性の優れ
た不活性液体（熱媒体）が満たされる。このフッ素系不
活性液体は温度制御装置によって温度管理される。恒温
槽内には複数のソケットを有する配線基板構造の治具が
配設され、この治具にそれぞれ試験品となり、かつ内部
にレーザ光モニター用の受光素子を有する半導体レーザ
装置が取り付けられる。そして、治具の配線部分は治具
に取り付けられた各半導体レーザ装置と恒温槽外部に配
設される制御装置とを電気的に接続する配線系を構成す
る。前記制御装置は各半導体レーザ装置を動作させかつ
各半導体レーザ装置の内部に配設された受光素子によっ
て各半導体レーザ装置のレーザ光出力をモニターするよ
うに構成されている。なお、前記寿命試験において、そ
のまま試験を行ったのでは、半導体レーザチップから発
光するレーザ光と内蔵受光素子の結合効率のバラツキか
ら受光素子のモニタ電流■５値がバラツキ、正確な光出
力判定ができない。そこで、寿命試験前に個々の半導体
レーザ装置の定格光出力に対するモニタ電流１．、値を
測定しておき、その各モニタ電流１１値を使用して個々
の半導体レーザ装置の寿命試験を行う。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の寿命試験装置にあって
は、半導体レーザ装置は熱伝導性が良く電気絶縁性の優
れた不活性液体が満された恒温槽内に収容される結果、
内部で発熱した熱は、半導体レーザ装置のパッケージの
表面から直接不活性液体に伝わる。また、この不活性液
体は常時一定の温度となるように温度管理される。した
がって、半導体レーザ装置の内部の半導体レーザチップ
における接合の温度も一定に維持されることになり、安
定したレーザ発振が行われ、高精度の寿命試験が達成で
きる。

本発明の寿命試験装置では、半導体レーザ装置は治具の
ソケットに挿脱するだけで良く、特に板バネ等は使用し
ないことから、半導体レーザ装置の着脱作業が容易とな
るとともに、着脱作業時間も短縮される。

本発明の寿命試験装置は、レーザ光出力は半導体レーザ
装置内部に配設した受光素子を使用して行うため、特に
受光装置を恒温槽内に配設する必要もなく、受光装置配
設に伴う不都合も生じない。

また、このような内蔵受光素子の使用による寿命試験で
あっても、半導体レーザチップと受光素子の光結合効率
のバラツキを考慮して、試験前に個々の半導体レーザ装
置のモニタ電流■よ値を測定し、この個々のモニタ電流
１．値を基準として個々の半導体レーザ装置の寿命試験
を行うため、正確な寿命試験が行える。

さらに、本発明の寿命試験装置は、恒温槽内にヒートシ
ンクや受光装置を配設しないことから、恒温槽内により
多数の半導体レーザ装置を配することができ、処理能力
が高くなる。

〔実施例〕

以下開面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の寿命試験装置の要部の模式的断面図、
第２図は同じく寿命試験装置の構成図、第３図は同じく
恒温槽を示す模式的斜視図、第４図は同じく恒温槽内に
配設される治具等の斜視図、第５図は半導体レーザの光
出力と内蔵ホトダイオードのモニタ電流の相関を示すグ
ラフ、第６図は寿命試験時間に対する内蔵ホトダイオー
ドのモニタ電流の変化を示すグラフ、第７図は寿命試験
に対する半導体レーザの駆動電流の変化を示すグラフで
ある。

この寿命試験装置は第２図に示されるように、大別して
恒温槽ｌと、前記恒温槽１の温度を制御する温度制御装
置２と、前記恒温槽１に収容した試験品３、具体的には
半導体レーザ装置３の寿命試験を行う制御装置（寿命試
験制御装置）４とからなっている。前記寿命試験制御装
置４は、恒温槽ｌ内に収容される各半導体レーザ装Ｎ３
を個々に測定し、個々の半導体レーザ装置３の寿命試験
を行うようになっている。

恒温槽ｌは第１図および第３図に示されるように、その
中にフッ素系不活性液体等の熱媒体５を収容する容器構
造となっている。恒温槽１の一内側壁には接続用治具（
治具）６が配設されているとともに、この接続用治具６
には着脱自在の試験品装着用治具（治具）７が複数取り
付けられている。前記試験品装着用治具７は配線板構造
となるとともに、試験品である半導体レーザ装置３が数
個並んで取り付けられている。半導体レーザ装置３は第
１図および第４図に示されるように、試験品装着用治具
７の主面から裏面に貫通状態で設けられた複数の取付孔
８に試験品３のリード９を挿入することによって試験品
装着用治具７に取り付けられる。前記各取付孔８の奥、
すなわち試験品装着用治具７の裏面側には第１図に示さ
れるように、リード９を弾力的にクランプするクランプ
端子１０が取り付けられている。このクランプ端子１０
は導電型の金属で形成されている。そして、この取付孔
８およびクランプ端子１０によってソケットが形成され
ている。また、前記試験品装着用治具７の裏面には複数
の配線層１５が設けられている。各配線層１５の一端は
第４図に示されるように、試験品装着用治具７の一端側
に接続端子１６として並び、他端は前記各クランプ端子
１０に接続される構造となっている。したがって、前記
試験品装着用治具７を接続用治具６の挿入口１７に挿入
すれば、各接続端子１６は接続用治具６の図示しない電
気端子にそれぞれ電気的に繋がり、恒温槽１の外部の寿
命試験装置４に電気的に接続されることになる。

半導体レーザ装置３は、第１図に示されるように、熱伝
導率の高い金属板からなるステム２０と、このステム２
０の主面側に気密固定されたキヤ。

プ２１とによってパッケージが形成されている。

前記ステム２０の主面の中央部には熱伝導率の高い金属
で形成されたヒートシンク２２が図示しない鑞材等で固
定されている。このヒートシンク２２の側面先端部分に
はサブマウント２３を介して半導体レーザチップ（半導
体レーザ素子）２４が固定されている。前記半導体レー
ザ光発振２４は両端、すなわち前記ヒートシンク２２の
先端面側およびステム２０の主面側からレーザ光２５を
発光するようになっている。

一方、前記ステム２０の主面には半導体レーザチップ２
４の下端から発光されるレーザ光２５（後方光）を受光
し、レーザ光２５の光出力をモニターする受光素子（ホ
トダイオード：ＰＤ）２６が固定されている。この受光
素子２６はステム２０の主面に設けられた傾斜面に図示
しない接合材を介して固定されている。これは、半導体
レーザチップ２４から発光されたレーザ光２５の受光素
子２６の受光面における反射光が、後述するキャップの
窓内に入らないようにすることによって、遠視野像の乱
れを生じさせなくするためである。

他方、前記ステム２０には３本のり一ド９が固定されて
いる。１本のリード９はステム２０の裏面に電気的およ
び機械的に固定され、他の２本のり一ド９（第１図では
１本のみ明示）はステム２０を貫通し、かつガラスのよ
うな図示しない絶縁体を介してステム２０に対し電気的
に絶縁されて固定されている。前記ステム２０の主面に
突出する２本のり一ド９の上端は、それぞれワイヤ２７
を介して半導体レーザチップ２４および受光素子２６の
各電極に接続されている。

また、前記ステム２０の主面には窓２８を有する金属製
のキャップ２１が気密的に固定され、半導体レーザチッ
プ２４およびヒートシンク２２を封止している。前記窓
２８はキャップ２１の天井部に設けた円形孔を透明なガ
ラス板２９で気密的に塞ぐことによって形成されている
。したがって、半導体レーザチップ２４の上端から出射
したレーザ光２５（前方光）は、この透明なガラス板２
９を透過してステム２０とキャップ２Ｉとによって形成
されたパッケージ外に放射される。

次に寿命試験方法について説明する。

最初に第１図および第３図に示されるように、各試験品
装着用治具７のソケット部分にそれぞれ半導体レーザ装
置３が取り付けられる。寿命試験制御装置４によって各
半導体レーザ装置３に所望の電圧が印加されて寿命試験
が行われる。寿命試験は、半導体レーザ装置３のレーザ
光発振と、この発振によって発生したレーザ光２５の後
方光をホトダイオード２６でモニタすることによって行
われる。半導体レーザの光出力と内蔵ホトダイオード（
ＰＤ）のモニタ電流とは、第５図のグラフで示されるよ
うに比例関係にある。そこで、あらかじめ、寿命試験前
に光出力Ｐ０に相当するモニタ電流Ｉ、値を半導体レー
ザ装置３ごとに測定しておく。これは、半導体レーザご
とに１．値がばらつくためである。

そして、この１、値を使用し、寿命試験を行う。

第６図は、寿命試験時間に対する内蔵ＰＤのモニタ電流
の変化を示す。この場合、半導体レーザは一定の動作電
流、すなわち上記の初期光出力Ｐ０を発する動作電流で
駆動され、時間とともに変化する光出力の変化がモニタ
電流１．で測定される。

半導体レーザの劣化量は、寿命試験前後の■５の変化量
Δ■８に相当するから、このΔＩ、にて劣化量を判定す
る。この方法は、従来の定電流動作（Ａｕｔｏｌｌａｔ
ｉｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＣＣ）法に
相当する。この例ではＡ、　Ｂなる二つの半導体レーザ
装置（半導体レーザ）の光出力Ｐ０とモニター電流１、
を示すものであり、半導体レーザＡの１．をＩ□とし、
半導体レーザＢの１．を１．□としている。したがって
、それぞれの半導体レーザの変化量Ｉ、も半導体レーザ
Ａの場合はΔ１．ｌ、半導体レーザＢの場合はΔ１、と
しである。

一方、第７図は、寿命試験時間に対する規定光出力Ｐ０
を発するための半導体レーザの駆動電流の変化を示す。

この試験では、光出力Ｐ０に相当するモニタ電流１．値
が一定になるように駆動電流Ｉ７を制御する。この半導
体レーザの劣化量は、寿命試験前後の駆動電流！、の変
化量Δ１、で表され、このΔＩｖにて劣化量を判定する
。このグラフにおいては、半導体レーザＡの駆動電流を
Ｉ４８、このＩＦＩの変化量をΔＩＦ＋とし、半導体レ
ーザＢの駆動電流をｌｒｚ、このｉｒｚの変化量をΔＩ
Ｆ２としている。この方法は、従来の定光出力（Ａｕｔ
ｏｍａｔｉｃ　Ｐｏ１ｖｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ
）法に相当する。

このように、本発明によれば、半導体レーザ装置３に内
蔵した受光素子２６によって光出力の測定を行うため、
寿命試験装置内に受光装置を設置する必要もなくなり、
恒温槽１内のスペース効率の向上が図れる。したがって
、恒温槽１の小型化あるいは処理容量の増大を図ること
ができる。

他方、この寿命試験装置にあっては、各半導体レーザ装
置３は熱媒体５で周囲を取り囲まれる。

この熱媒体５は絶縁性であるとともに、熱伝導率の優れ
た液体が選択される。この熱媒体５の一例としては、フ
ロリナート（登録商標）なる呼称のフッ素系不活性液体
がある。これは、熱伝導度が０．０７３ｃａｌ／Ｃ１５
ｅＣ０・Ｃとなり空気の５倍と優れるため、恒温槽内の
均熱性が維持できる。したがって、半導体レーザ装置３
はリードおよびパッケージの全面がこの熱媒体５に直接
接触するため、半導体レーザ装置３内で発生した熱は速
やかに外部に放散されることになり、半導体レーザのｐ
ｎ接合部の温度は一定に維持され、安定した試験が行え
ることになる。また、このフッ素系不活性液体は体積抵
抗が２．３Ｘ１０”Ω・ｃｍと電気絶縁性も高いため、
各半導体レーザ装置３間の絶縁性も充分保障されること
になる。さらに、このフッ素系不活性液体は、半導体レ
ーザ装置３をフッ素系不活性液体内から引き上げる際、
半導体レーザ装置３の表面から脱落するため、試験後に
洗浄する等の作業も不要となる実益もある。

このような寿命試験装置によれば、半導体レーザ装Ｗ３
の放熱性向上のために半導体レーザ装置３の放熱面に密
着させるヒートシンクを用意する必要もなく、したがっ
てヒートシンクに半導体レーザ装置３を密着させるため
のバネも不要となる。

この結果、ヒートシンクや板バネが不要となる分だけ恒
温槽１のスペースを有効に活用できる。また、試験品装
着用治具７への半導体レーザ装置３の着脱作業もソケッ
トへの挿入、抜き取りだけであることから作業も容易に
なる。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の寿命試験装置によれば、恒温槽内には熱
伝導度の大きい不活性液体からなる熱媒体が満たされて
いることから、半導体レーザ装置はこの熱媒体によって
速やかに冷却されるため半導体レーザは一定温度下でレ
ーザ発振することになり、正確な寿命試験が行えるとい
う効果が得られる。

（２）本発明の寿命試験装置は絶縁性液体からなる熱媒
体を使用することから、半導体レーザ装置の放熱面に密
着させるヒートシンクや密着させるために使用される板
バネは不要となるという効果が得られる。

（３）上記（２）により、本発明の寿命試験装置にあっ
ては、ヒートシンクに板バネが不要となる分だけ、恒温
槽内により多くの半導体レーザ装置を収容することが可
能となり、処理能力の増大が図れるという効果が得られ
る。

（４）上記（２）により、本発明の寿命試験装置にあっ
ては、ヒートシンクに板ハネが不要となることから、恒
温槽の小型化も可能となるという効果が得られる。

（５）本発明の寿命試験装置は、半導体レーザ装置を治
具に装着する際、半導体レーザ装置のリードを治具のソ
ケットを構成する取付孔に単に挿入し、取り外し時は単
に抜くだけで良く、板ハネを利用して半導体レーザ装置
をヒートシンクに密着させる手段に比較して、半導体レ
ーザ装置の治具への着脱作業が簡単になりかつ作業が短
時間で行えるという効果が得られる。

（６）本発明の寿命試験装置では、半導体レーザ装置の
寿命試験は半導体レーザ装置に内蔵されている受光素子
を利用して行うようになっていることから、恒温槽内の
治具構造が簡素となるという効果が得られる。

（７）上記（６）により、本発明の寿命試験装置では、
恒温槽内の治具構造が簡素となることから、恒温槽のス
ペース効率が向上するという効果が得られる。

（８）上記（６）により、本発明の寿命試験装置では、
恒温槽内の治具構造が簡素となることから、治具および
恒温槽の小型化が達成できるという効果が得られる。

（９）上記（６）により、本発明の寿命試験装置では、
恒温槽内の治具構造が簡素となることから、寿命試験装
置の低価格化が達成できるという効果が得られる。

（１０）上記（１）〜（９）により、本発明によれば、
半導体レーザ装置の寿命試験を高精度の温度管理下で精
度良くかつ高能率に行えるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、前記実施例で
は熱媒体としてフッ素系不活性液体を用いたが、絶縁性
でかつ熱伝導率が高い液体なら他の液体も同様に使用で
きることは勿論である。また、前記実施例では受光素子
内蔵の半導体レーザ装置の寿命試験を対象としたが、受
光素子を内蔵しない半導体レーザ装置の場合は、恒温槽
内に各半導体レーザ装置に対応して受光装置を配置すれ
ば前記実施例と同様に寿命試験が行える。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体レーザ装置の
寿命試験に適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではない。

本発明は少なくとも半導体レーザ装置を組み込んだ電子
機器の寿命試験には適用できる。

〔発明の効果〕本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の寿命試験装置は熱伝導率および電気抵抗の大き
い不活性液体中に入れられて寿命試験が行われるため、
高精度の温度管理下で正確な寿命試験が行われる。また
、この寿命試験装置では、レーザ光の光出力の検出は半
導体レーザ装置に内蔵した受光素子で行われること、半
導体レーザ装置が取り付けられる治具の構造もソケット
構造となることから、治具および恒温槽の構造が簡素と
なるとともに小型化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の寿命試験装置の要部の模式的断面図、第２図は同じく寿命試験装置の構成図、第３図は同じく
恒温槽を示す模式的斜視図、第４図は同じく恒温槽内に
配設される治具等の斜視図、第５図は半導体レーザの光出力と内蔵ホトダイオードの
モニタ電流の相関を示すグラフ、第６図は寿命試験時間
に対する内蔵ホトダイオードのモニタ電流の変化を示す
グラフ、第７図は寿命試験に対する半導体レーザの駆動
電流の変化を示すグラフである。１・・・恒温槽、２・・・温度制御装置、３・・・半導
体レーザ装置（試験品）、４・・・寿命試験制御装置（
制御装置）、訃・・熱媒体、６・・・接続用治具（治具
）、７・・・試験品装着用治具（治具）、８・・・取付
孔、９・・・リード、１０・・・クランプ端子、１５・
・・配線層、１６・・・接続端子、１７・・・挿入口、
２０・・・ステム、２１・・・キャップ、２２・・・ヒ
ートシンク、２３・・・サブマウント、２４・・・半導
体レーザチップ（半導体レーザ素子）、２５・・・レー
ザ光、２６・・・受光素子（ホトダイオード）、２７・
・・ワイヤ、２８・・・窓、２９・・・ガラス板。

Claims

【特許請求の範囲】１、試験品を収容する恒温槽と、前記恒温槽内に収容さ
れる絶縁性でかつ熱伝導率の高い液体からなる熱媒体と
、前記恒温槽の熱媒体の温度を制御する温度制御装置と
、前記恒温槽内に配設されかつ前記試験品が装着される
治具と、前記恒温槽外に配設される制御装置と、前記制
御装置と個々の試験品を電気的に接続する配線系とから
なる寿命試験装置。２、前記治具は受光素子を内蔵する半導体レーザ装置を
装着する構造となっているとともに、前記制御装置は各
半導体レーザ装置を動作させかつ前記受光素子によるレ
ーザ光出力をモニタするように構成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の寿命試験装置。３、前記半導体レーザ装置は寿命試験前にレーザ光出力
が測定され、それぞれの半導体レーザ装置はそれぞれの
レーザ光出力が寿命試験の基準とされることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の寿命試験装置。