JPWO2008153178A1 - 半導体レーザ用エージングボード - Google Patents

Abstract

放熱板に対するＣＡＮ型パッケージ（半導体レーザ素子）の接触、ソケットに対する電気的導通などを、簡素な構造で精度良くなすことができるエージングボードを提供する。押え部材７がＣＡＮ型パッケージ１００を押圧する弾性押圧面部１０を備えるので、スプリングや取付ネジ、ゴム製ワッシャなどの別部材が不要となり、簡素な構造で精度良く半導体レーザ素子１００を固定することができる。

Description

本発明は、例えばＣＤやＤＶＤなどの各種光ディスクに対する情報の記録、再生等に使用される半導体レーザ素子を、所定の条件下で駆動させ評価試験を行う半導体レーザ用エージングボードに関する。

多数の半導体レーザ素子を搭載し所定の条件下で駆動させて評価試験を行うエージングボードとして、例えば特許文献１，２等に記載された試験用ボード等がある。
この種試験用ボード等は、端部にエッジコンタクト部を備えた配線基板上に複数のソケットを固定し、夫々のソケットに半導体レーザ素子を装着し、試験装置のコネクタにエッジコンタクト部を接続して試験を行うようになっている。
半導体レーザ素子には各種構造のものがあるが、特許文献１，３，４等に開示されたＣＡＮ型パッケージが汎用的な半導体レーザ素子として一般に用いられている。

実開平７−２９３３号公報 特開平１０−２６０２２０号公報 特開２００６−３２４５２４号公報 特開２００６−３３８８４８号公報

ところで、ＣＡＮ型パッケージを被試験体とするエージングボードは、これに対応可能な構造であることは言うまでもない。

例えば、配線基板の一面側に、ＣＡＮ型パッケージが装着されるソケットを複数配設し、各ソケットを覆うように放熱板を設置すると共に、ソケットに装着されたＣＡＮ型パッケージがソケット上側から押えられる押え板を各ソケットごとに設けたものが知られている。押え板は、スプリングと取付ネジによりソケット又は配線基板に固定されていて、その中心部位にはＣＡＮ型パッケージの頭部（キャップ部）が遊挿される孔（中心孔）が開いており、キャップ部下端のステム部外縁を押圧するようになっている。
このような構造のエージングボードにおいては、ソケットの数（エージングボードにおける被試験体の数）だけ押え板と、各押え板ごとのスプリング、取付ネジが必要であり、組立てが面倒でコスト高になる等の問題がある。また、取付ネジの位置ずれやスプリングの弾発力に誤差が生じた場合、押え板による被試験体の押圧に偏荷重が生じ、ソケットに対する電気的導通や放熱板に対する接触が不安定になる虞れがある。

前記した問題を解消する為に、押え板の中心孔にゴムなどの弾性材からなるワッシャを介在させたものも知られているが、放熱、押え荷重等による劣化や剥離が生じ、頻繁にワッシャを交換等しなければならないという問題がある。

本発明はこのような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱板に対する被試験体（半導体レーザ素子）の接触、ソケットに対する被試験体の電気的導通などを、簡素な構造で精度良くなすことができるエージングボードを提供することにある。また本発明は、ＣＡＮ型パッケージの評価試験に好適に用いられるエージングボードの提供を目的とする。また、本発明は、被試験体（半導体レーザ素子）の設置数が多くなり、各被試験体同士の設置ピッチが狭くなった場合であっても、放熱板に対する被試験体の接触、ソケットに対する被試験体の電気的導通などを、簡素な構造で精度良くなすことができるエージングボードを提供する。さらに本発明は、放熱のための通風構造を備えたエージングボードを提供する。

以上の目的を達成するために本発明は、配線基板の一面側に、半導体レーザ素子が装着されるソケットと、該ソケットに近接して設置された放熱板を備えると共に、前記ソケットに装着された半導体レーザ素子を固定する押え部材を有し、前記半導体レーザ素子を駆動させて評価試験を行う半導体レーザ用エージングボードであって、
前記押え部材が、弾性変形可能に部分的に薄肉状とされた弾性押圧面部を有し、前記ソケットに装着された半導体レーザ素子を前記弾性押圧面部によって前記配線基板方向へ押圧するよう形成したことを特徴とする。

このような構成によれば、押え部材自体が被試験体（半導体レーザ素子）の押圧作用を発揮するので、スプリングや取付ネジ、ゴム製ワッシャなどの別部材が不要となり、簡素な構造で精度良く半導体レーザ素子を押圧することができる。

前記弾性押圧面部は、その押圧力によって、ソケットに対する半導体レーザ素子の電気的導通、及び／又は、放熱板に対する半導体レーザ素子の接触が、均等に精度良く成され、その状態が維持されるよう形成することが好ましい。

被試験体としての半導体レーザ素子がＣＡＮ型パッケージである場合、前記弾性押圧面部は、前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に凹設された凹部と、該凹部の中心に形成された半導体レーザ素子押圧片からなることが好ましい。
また、前記弾性押圧面部と前記放熱板との間に、前記半導体レーザ素子の径方向へのずれを防止する弾性部材を介在させると良く、前記凹部に前記弾性部材が収容されていると好ましい。さらに、前記弾性部材が熱伝導性に優れる材質であると良い。

また、前記弾性押圧面部が、前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に固定された板状部材に形成されていても良い。
この場合、弾性押圧面部が板状部材に形成されているので、押え部材に対する取り付け位置、大きさ、押圧強度などの自由度が増す。よって、被試験体（半導体レーザ素子）の設置数が多くなり、各被試験体同士の設置ピッチが狭くなった場合であっても、放熱板に対する被試験体の接触、ソケットに対する被試験体の電気的導通などを、簡素な構造で精度良くなすことができる。

前記板状部材の中心に半導体レーザ素子押圧片を備え、該半導体レーザ素子押圧片の周囲に、弾性変形可能に薄肉状とされた前記弾性押圧面部と、放熱用の放熱面部とが形成されていると好ましい。
この場合、板状部材が、押圧部材と放熱部材の二つの機能を有する。

前記弾性押圧面部が、前記半導体レーザ素子押圧片を中心として互いに対称となる位置に形成されていると良い。この場合、前記ソケットに対する前記半導体レーザ素子の電気的導通、及び／又は、前記放熱板に対する該半導体レーザ素子の接触のための押圧力が、該半導体レーザ素子に対し均等に働くようになる。

押え部材自体に被試験体（半導体レーザ素子）の押圧作用を発揮させるために、前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に凹部または溝部が凹設され、該凹部または溝部の中に、前記板状部材が一または複数、収容状態で取り付けられているとさらに好ましい。

放熱作用を向上させるために、前記溝部が、前記押え部材の長手方向の一端側から他端側まで貫通状に形成されていると良い。また、前記貫通状の溝部内を放熱用の通風路とするための強制通風手段を別途備えると好ましい。前記板状部材が、熱伝導性に優れる材質からなるとさらに好ましい。
さらに、この場合、弾性押圧面部と押え部材の間に伝熱性弾性部材が挟持されるように配してもよい。このようにすると、構造は少々複雑になるが、被試験体である半導体レーザ素子の発熱を放散するのに、半導体レーザ素子→弾性押圧面部→伝熱性弾性部材→押え部材と伝熱の経路が新たに追加されるため、熱の放散効率が飛躍的に向上する。したがって、特に、最近のレーザ素子の高出力化の要請に伴い、発熱量も大きくなっているので、このような高出力レーザ素子を試験する場合に、特に好ましい。

前記ソケットは、配線基板に対し一つ設けられる場合もあるし、複数設けられる場合もある。前記押え部材は、一又は複数のソケットに装着された各半導体レーザ素子の固定に対応し得るよう形成される。

本発明に係るエージングボードは、各種タイプの半導体レーザ素子に対応させて構成することができるが、特に、ＣＡＮ型パッケージの半導体レーザ素子に好適に用いることができる。

本発明に係る半導体レーザ用エージングボードは以上説明したように構成したので、放熱板に対する半導体レーザ素子の接触、ソケットに対する半導体レーザ素子の電気的導通などを、簡素な構造で精度良くなすことができ、特に、ＣＡＮ型パッケージの評価試験に好適に用いることができるなど、多くの効果を奏する。

以下、本発明の実施形態の数例を図面に基づき説明する。
図１〜図３に示す第一例のエージングボード１は、四角形状の配線基板２と、この配線基板２の上側に、ビス等の固定手段３により配線基板２との間に所定の隙間をあけて固定された放熱用の金属板４と、該金属板４の上面に縦横に配列して装着した多数のソケット５と、複数のソケット５に対応して設置された放熱板６と、各ソケット５に装着された半導体レーザ素子（ＣＡＮ型パッケージ）１００を固定する押え部材７を有し、端部に設けた接続部８に試験装置のコネクタ（不図示）を接続して、所定の条件化で半導体レーザ素子１００を駆動させ評価試験を行うよう構成されている。

本例の半導体レーザ素子１００は、例えばＣＤやＤＶＤ等に記録されたデジタル情報を読み取るＣＡＮ型パッケージとしての光レーザダイオードモジュールであって、図３中に示すように、レーザ発光素子などが搭載されたステム部１０１の上面側をキャップ１０２で覆うと共に、下面側に突出する複数の端子１０３が、ソケット５内の中継用コンタクトピン８と接触して電気的に導通するようになっている。

ソケット５は、上面に前記端子１０３の差込孔９を備えた略筒状のケース内に中継用コンタクトピン８を所要数備えたもので、各中継用コンタクトピン８は、配線基板２に形成された配線（不図示）中の所定箇所と電気的に導通するよう、配線基板２に植設されている。

放熱板６は、適宜間隔をおいて直列状に設置された複数（本例では５個）のソケット５を被覆可能な長さを備えた逆Ｕ字形のコア部６ａの左右側面にフィン６ｂを多段状に備えたもので、コア部６ａの上面に、前記差込孔９と連通する差込孔６ｃを備え、半導体レーザ素子１００のステム部１０１がコア部６ａ上面に接触して放熱がなされるようになっている。

押え部材７は、所望の金属材料などにより、前記放熱板６を上方から被覆可能な底面開放の長尺箱形状に形成され、その上面部が弾性押圧面部１０となっている。
弾性押圧面部１０は、押え部材７の上面部を弾性変形可能に部分的に薄肉状とすることで押圧力を発揮し、ソケット５に装着された半導体レーザ素子１００を配線基板２方向へ押圧して、前記端子１０３と中継用コンタクトピン８の電気的導通、及び、放熱板６に対する前記ステム部１０１の接触を確実ならしめる。
本例では、押え部材７の上面部における前記ソケットと対峙する部位に凹部１０ａを凹設して、弾性変形可能な程度の肉厚を有する薄肉面部（弾性変形面部）１０ｂを形成し、且つ、前記凹部１０ａの中心に、前記差込孔６ｃ、９と連通する通孔１０ｃを設けて、この通孔１０ｃから、ソケット５に装着された半導体レーザ素子１００のキャップ１０２が突出するようになっている。また、通孔１０ｃの開口縁は下方に延出し、ソケット５に装着された半導体レーザ素子１００のステム部１０１外周に当接する押圧片１０ｄとなっている。

押え部材７は、ビスなどの固定手段（不図示）により放熱板６に固定され、押圧片１０ｄの下端が前記ステム部１０１に当接すると共に、薄肉面部（弾性変形面部）１０ｂの弾性変形力（押圧力）が働いて、前記した如く、半導体レーザ素子１００を配線基板２方向へ押圧して、前記端子１０３と中継用コンタクトピン８の電気的導通、及び、放熱板６に対する前記ステム部１０１の接触が確実になる。

前記した凹部１０ａ、薄肉面部１０ｂの形状は、図４（ａ）に示すような円形状としても良いし、（ｂ）に示すような四角形状としても良い。

また、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、押え部材７の上面部における前記ソケットと対峙する部位に前記した凹部１０ａ、薄肉面部（弾性変形面部）１０ｂ、通孔１０ｃを設けると共に、通孔１０ｃの周囲の薄肉面部（弾性変形面部）１０ｂを、ソケット５に装着された半導体レーザ素子１００のステム部１０１外周に当接する押圧面としても良い。
この場合も、凹部１０ａ、薄肉面部１０ｂの形状は、（ｂ）に示すような円形状としても良いし、（ｃ）に示すような四角形状としても良い。

さらに、前述したそれぞれの例において、図６に示すように、薄肉面部１０ｂ又はその周囲に開口１１を形成し、薄肉面部１０ｂの弾性変形力を適宜に設定することもできる。
開口１１は、（ａ）に示すような四角形状としたり、（ｂ）に示すような放射状とするなど、任意に形成することができる。

図７〜図１０には、前記した実施形態において、弾性押圧面部１０と放熱板の間に、半導体レーザ素子１００の径方向へのずれを防止する弾性部材２０を介在させた例を示す。
すなわち、この例では、前記した放熱板６の上に板状の上側放熱板６’をさらに備えると共に、弾性押圧面部１０の凹部１０ａ内に、ステム部１０１の外周に当接して半導体レーザ素子１００の径方向へのずれを防止する板バネからなる弾性部材２０を収容している。弾性部材２０は熱伝導性に優れる材質、例えば銅合金などの金属材料からなるものが好ましい。
この例によれば、板バネ２０により、ソケット５に装着した半導体レーザ素子１００の径方向へのずれが防止され、より高精度な評価試験を行うことができ、且つ、板バネ２０によって、より効率的に放熱効果を得ることができるなど、多くの利点がある。

尚、この例のように、押え部材７を板状としたり、上側の放熱板６’として板状放熱板を採用することは適宜選択することができる。

次に、前記した弾性押圧面部１０が板状部材３０に形成されている例について説明する。

図１１、図１２に示す例の弾性押圧面部１０は、押え部材７におけるソケット５と対峙する面に固定された板状部材３０に形成されている
板状部材３０は、放熱性（熱伝導性）に優れた金属材料からなり、その一部を弾性変形可能に薄肉状とすることで押圧力を発揮し、ソケット５に装着された半導体レーザ素子１００を配線基板２方向へ押圧して、前記端子１０３と中継用コンタクトピン８の電気的導通、及び、放熱板６に対する前記ステム部１０１の接触を確実ならしめるよう形成されている。

板状部材３０の中心には、通孔１０ｆと、その開口縁に半導体レーザ素子押圧片１０ｄが形成されており、この押圧片１０ｄの周囲に、弾性変形可能に薄肉状とされた弾性押圧面部１０と、放熱用の放熱面部１０ｇなどが連続状に形成されている。

この例の弾性押圧面部１０、１０は、半導体レーザ素子押圧片１０ｄを中心として、互いに左右対称となる位置に形成されている。そして、ソケット５に対する半導体レーザ素子１００の電気的導通が確実に行われると共に、放熱板６に対する半導体レーザ素子１００の接触のための押圧力が、半導体レーザ素子１００に対し均等に働くようになっている。

弾性押圧面部１０、１０の外側には、板状部材３０を、押え部材７にビス３１で固定し一体化させるためのビス孔３２を備えた取付け面部１０ｈが連続状に形成されている。

押え部材７におけるソケット５と対峙する面には溝部４０が凹設されており、この溝部４０の中に、前記した板状部材３０が複数、適宜間隔毎に、収容状態で取り付けられている。

溝部４０は、押え部材７の長手方向の一端側から他端側まで貫通状に形成され、放熱用の通風路を構成している。
なお、図示は省略するが、貫通状の溝部４０内を放熱用通風路としてより効果的に機能させるために、強制通風手段を別途備えるとさらに好ましい。

このような構成によれば、押え部材７自体が半導体レーザ素子（被試験体）１００の押圧作用を発揮するので、前述の実施形態例と同様に、簡素な構造で精度良く半導体レーザ素子１００を押圧することができる。さらに、弾性押圧面部１０が板状部材３０に形成されているので、押え部材７に対する取り付け位置、大きさ、押圧強度などの自由度が増す。よって、半導体レーザ素子（被試験体）１００の設置数が多くなり、各被試験体１００、１００同士の設置ピッチが狭くなった場合であっても対応可能であるなどの利点がある。

さらに、この場合、図１１および図１３に示すように、弾性押圧面部１０ｄと押え部材７の間に伝熱性弾性部材５０が挟持されるように配してもよい。

このようにすると、構造は少々複雑になるが、被試験体である半導体レーザ素子１００の発熱を放散するのに、半導体レーザ素子１００→弾性押圧面部１０ｄ→伝熱性弾性部材５０→押え部材７と伝熱の経路が新たに追加されるため、熱の放散効率が飛躍的に向上する。したがって、特に、最近の半導体レーザ素子の高出力化の要請に伴い、発熱量も大きくなっているので、このような高出力レーザ素子を試験する場合に、特に好ましい。

また、この場合に、図１３に示すように、弾性押圧面部１０ｄと伝熱性弾性部材５０の間の接触および伝熱性弾性部材５０と押え板７の間の接触が面接触となり、その面がなるべく広い面積となるように伝熱性弾性部材５０の形状と配置を決定するとよい。この方が、熱伝導面積が増加するため効率がよく、また、接触面積も増加するため応力の集中も防止できる。たとえば、図１３に示すような、中央部分が円柱状の空洞を有する平たい円柱のような形状のものを、この空洞部分が通孔１０ｆと一致するように配置してもよい。

さらに、伝熱性弾性部材５０としては、素材はゴムやシリコンなどを用いることができ、市販の熱伝導シートやいわゆるゴムワッシャを用いてもよい。この場合の熱伝導性能としては、例えば、熱伝導率が５[Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ]のものなどを用いることができる。熱伝導率は高い方が望ましいが、伝熱弾性部材４０は、弾性押圧面部１０と押え部材７に挟まれて、被試験体を更に適度な圧力で確実に固定する機能も有するため、適度な弾性すなわち、クッション性を有する限度で、熱伝導率が高いものが好ましい。

なお、[発明が解決しようとする課題]のところで述べた課題について付け加えると、押え板の中心にゴムなどの弾性剤からなるワッシャを介在させたものは、放熱、押さえ荷重等による劣化や剥離が生じ、交換を頻繁に必要となるという欠点を挙げたが、これは、特に、押え板とワッシャなどとの接触面積が小さく、特に線接触に近くなると、顕著になる欠点であるが、上記のように、なるべく接触面積を多く取ることにより、克服できるものである。

図１３、図１４に前記した板状部材３０の変形例を示す。これらの例における板状部材３０’、３０”において、前述の板状部材と同様の構成部分については図中に前記と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以上、本発明の実施形態の数例を図面を参照して説明したが、本発明は図示例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係るエージングボードの実施形態の一例を示す平面図。 図１に示すエージングボードの正面図で、一部切欠して表す。 図２の要部拡大図。 押え部材の底面図で、（ａ）は凹部が円形の場合、（ｂ）は凹部が四角形の場合を示す。 押え部材の変形例を示し、（ａ）は要部の縦断面図、（ｂ）は凹部が円形の場合の底面図、（ｃ）は凹部が四角形の場合の底面図を示す。 押え部材の変形例を示し、（ａ）は凹部に四角形状の開口を設けた場合の底面図、（ｂ）は凹部に放射状の開口を設けた場合の底面図を示す。 弾性押圧面部と放熱板の間に弾性部材を介在させた例を示す要部の拡大縦断面図。 図７の要部拡大図。 図７の要部を底面側から見た斜視図で、半導体レーザ素子を省略して示す。 図７の要部を底面側から見た斜視図。 弾性押圧面部が板状部材に形成されている例の要部拡大断面図。 図１１の板状部材を底面側からみた図。 板状部材の変形例であり、あわせて伝熱性弾性部材が配された場合の状態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 板状部材の変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。

符号の説明

１：エージングボード
２：配線基板
５：ソケット
６，６’：放熱板
７：押え部材
１０：弾性押圧面部
１０ａ：凹部
１０ｂ：薄肉面部
１０ｄ：押圧片
２０：板バネ（弾性部材）
３０：板状部材
５０：伝熱性弾性部材
１０ｇ：放熱面部
１００：半導体レーザ素子（ＣＡＮ型パッケージ）
１０１：ステム部
１０２：キャップ部

Claims (16)

1. 配線基板の一面側に、半導体レーザ素子が装着されるソケットと、該ソケットに近接して設置された放熱板を備えると共に、前記ソケットに装着された半導体レーザ素子を固定する押え部材を有し、前記半導体レーザ素子を駆動させて評価試験を行う半導体レーザ用エージングボードであって、
   前記押え部材が、弾性変形可能に部分的に薄肉状とされた弾性押圧面部を有し、前記ソケットに装着された半導体レーザ素子を前記弾性押圧面部によって前記配線基板方向へ押圧するよう形成したことを特徴とする半導体レーザ用エージングボード。
2. 前記弾性押圧面部による押圧によって、前記ソケットに対する前記半導体レーザ素子の電気的導通、及び／又は、前記放熱板に対する該半導体レーザ素子の接触が維持されるよう形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ用エージングボード。
3. 前記弾性押圧面部が、前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に凹設された凹部と、該凹部の中心に形成された半導体レーザ素子押圧片からなることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ用エージングボード。
4. 前記弾性押圧面部と前記放熱板との間に、前記半導体レーザ素子の径方向へのずれを防止する弾性部材を介在させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。
5. 前記凹部に前記弾性部材が収容されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ用エージングボード。
6. 前記弾性部材が熱伝導性に優れる材質からなることを特徴とする請求項４または５記載の半導体レーザ用エージングボード。
7. 前記弾性押圧面部が、前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に固定された板状部材に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ用エージングボード。
8. 前記板状部材の中心に半導体レーザ素子押圧片を備え、該半導体レーザ素子押圧片の周囲に、弾性変形可能に薄肉状とされた前記弾性押圧面部と、放熱用の放熱面部とが形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ用エージングボード。
9. 前記弾性押圧面部が、前記半導体レーザ素子押圧片を中心として互いに対称となる位置に形成され、前記ソケットに対する前記半導体レーザ素子の電気的導通、及び／又は、前記放熱板に対する該半導体レーザ素子の接触のための押圧力が、該半導体レーザ素子に対し均等に働くよう形成したことを特徴とする請求項７または８記載の半導体レーザ用エージングボード。
10. 前記押え部材における前記ソケットと対峙する面に凹部または溝部が凹設され、該凹部または溝部の中に、前記板状部材が一または複数、収容状態で取り付けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。
11. 前記溝部は、前記押え部材の長手方向の一端側から他端側まで貫通状に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ用エージングボード。
12. 前記貫通状の溝部内を放熱用の通風路とするための強制通風手段を別途備えたことを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザ用エージングボード。
13. 前記板状部材が熱伝導性に優れる材質からなることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。
14. 前記弾性押圧面部と前記押え部材の間に伝熱性弾性部材が挟持されるように配したことを特徴とする請求項７〜１３のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。
15. 前記ソケットを複数備えると共に、前記押え部材が複数のソケットに装着された各半導体レーザ素子の固定に対応し得るよう形成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。
16. 被試験体としての半導体レーザ素子がＣＡＮ型パッケージであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか記載の半導体レーザ用エージングボード。

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