TWI808164B - 用於測試面射型雷射二極體之治具組件及具備該組件之測試設備 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件及具備該組件之測試設備，其主要包括基座、上蓋、以及閉鎖機構；其中，基座包括容置槽、及電性接觸介面，而電性接觸介面係設置於容置槽內；另外，上蓋包括本體、壓抵塊、及施壓元件，壓抵塊包括貫穿孔，且壓抵塊耦接於本體並可相對於本體滑移，施壓元件則組設於本體。又，閉鎖機構係設置於基座、及上蓋中至少一者，係可選擇地使基座和上蓋彼此接合或脫離。其中，當閉鎖機構使基座和上蓋彼此接合時，容置槽與貫穿孔形成一貫穿腔體，以供雷射二極體射出雷射。
Description
本發明係關於一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件及具備該組件之測試設備，尤指一種適用於固定測試面射型雷射二極體之治具組件，以及執行該二極體之光學測試和電性測試的測試設備。
常見的面射型雷射二極體，例如垂直共振腔面射型雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，簡稱VCSEL)，其應用層面不斷地擴張，需求也日益強勁。目前VCSEL面射型雷射市場應用已涵蓋距離感測、自動對焦、3D感測、虹膜辨識、以及空氣與水質檢測。其中，3D感測又包括了手勢辨識(Gesture Recognition)、及人臉辨識(Face Recognition)等。
再者，無論是便攜式消費電子產品還是工業應用產品，都朝向縮小電子設備體積的趨勢發展，而這也直接限制了半導體晶片及雷射二極體等電子元件的尺寸。然而，隨著元件尺寸的縮小，在測試時可用於臨時接觸的接點也變小。其中，接點佔據待測試元件表面部
分的面積，導致僅剩下小部分的表面區域可供作為熱接觸面。此外，細間距(Fine pitch)彈簧探針無法提供足夠的的力量去達成良好的熱接觸。
綜觀現有技術的技術水平，如中國實用新型專利公告第CN201974446U號、以及中國發明專利公開第CN106996990A號，都無法完全解決前述問題，仍有改善空間。進一步說明，以中國第CN201974446U號「雷射二極體晶片功率測試夾具(Test fixture for power of laser diode chip)」實用新型專利為例，其僅僅揭露在治具體上設有載體槽、及晶片槽，然後以光探測器直接逐一地對載體槽和晶片槽內的待測元件進行測試。因此，並沒有夾持待測元件的手段，無法對待測元件進行精準定位，且也無法確保待測元件與彈簧探針間的完整電性接觸。
另外，以中國第CN106996990A號「同時測試多個多針雷射器件的測試夾具(Test fixture for simultaneously testing multiple multi-pin laser devices)」專利公開文件為例，雖然揭露有夾持待測元件之手段，不過機構過於複雜，還必須透過手動轉動手柄來進行夾持，更何況也沒有揭露可提供預燒測試(burn-in test)之功能。
本發明之主要目的係在提供一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件及具備該組件之測試設備，俾能穩固地夾持雷射二極體，並對其精準定位，而能夠
接收到每一雷射二極體所發射的光束，且能確保雷射二極體所有接點能完整電性接觸彈簧探針。
本發明之另一目的係在提供一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件，俾能與連接到測試來源之適配的連接器耦接，而且治具本身可以在不同的設備間流通、處理，從而治具可提供重複處理，而非直接對待測元件。此外，因為尚未封裝的雷射二極體本身相當脆弱、容易損壞，將它們置放於治具內可以減少精密晶粒和接點與外部裝置接觸的機會。據此，雷射二極體是受到良好的保護，因為它們在其他的製程或測試中是被保存在治具中。
為達成上述目的，本發明一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其主要包括一基座、一上蓋、以及一閉鎖機構；其中，基座包括至少一容置槽、及至少一電性接觸介面，而電性接觸介面係設置於容置槽內；另外，上蓋包括一本體、一壓抵塊、及一施壓元件，壓抵塊包括一貫穿孔，且壓抵塊耦接於本體並可相對於本體滑移，施壓元件則組設於本體。又，閉鎖機構係設置於基座、及上蓋中至少一者，係可選擇地使基座和上蓋彼此接合或脫離。其中，當閉鎖機構使基座和上蓋彼此接合時，容置槽與貫穿孔形成一貫穿腔體(Cavity)。
據此，當閉鎖機構使基座和上蓋緊固接合時，透過施壓元件而施力於壓抵塊，使壓抵塊與容置槽共同夾持待測試之雷射二極體，同時對該雷射二極體進行定位。此外，進行檢測時，面射型雷射二極體所發出
的雷射得以透過容置槽與貫穿孔所形成之貫穿腔體(Cavity)射出。
為達成前述目的，本發明一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件，該面射型雷射二極體可包括一發光面、及一接點面，且發光面上包括一發光區域。本發明之治具組件主要包括一基座、一上蓋、及一閉鎖機構；基座包括至少一容置槽，其用於容設面射型雷射二極體，且容置槽內設置一電性接觸介面，其係用於電性接觸面射型雷射二極體之接點面；又，上蓋包括一本體、一壓抵塊、及一施壓元件，而本體包括一貫通槽，而壓抵塊包括一貫穿孔，且壓抵塊滑設於本體之貫通槽，施壓元件設置於本體與壓抵塊之間；再且，閉鎖機構係設置於基座、及上蓋中至少一者，係可選擇地使基座和上蓋彼此接合或脫離。其中，當閉鎖機構使基座和上蓋彼此接合時，容置槽與貫穿孔形成一貫穿腔體(Cavity)，以露出至少局部之發光區域。
為達成前述目的，本發明一種檢測設備，主要包括：電源模組、如前述之治具組件、來源量測模組、以及主控制器；其中，來源量測模組啟動面射型雷射二極體，而主控制器控制對面射型雷射二極體執行一光學測試和一電性測試。
2‧‧‧基座
21‧‧‧容置槽
211‧‧‧電性接觸介面
212‧‧‧卡止部
213‧‧‧探針
3‧‧‧上蓋
31‧‧‧本體
311‧‧‧貫通槽
32‧‧‧壓抵塊
322‧‧‧擋止塊
321‧‧‧貫穿孔
33‧‧‧施壓元件
34‧‧‧按鈕
4‧‧‧閉鎖機構
41‧‧‧閉鎖桿
411‧‧‧凹槽
42‧‧‧插槽
421‧‧‧容槽
43‧‧‧閉鎖件
431‧‧‧彈簧
432‧‧‧卡固塊
5‧‧‧溫度調控單元
51‧‧‧加熱台
C‧‧‧主控制器
Ct‧‧‧貫穿腔體
IS‧‧‧積分球
Ld‧‧‧面射型雷射二極體
Ld1‧‧‧發光面
Ld2‧‧‧接點面
Ldz‧‧‧發光區域
M‧‧‧來源量測模組
P‧‧‧電源模組
PD‧‧‧光感測器
S‧‧‧測試器
T‧‧‧治具組件
圖1係面射型雷射二極體之示意立體圖。
圖2係本發明之治具組件一較佳實施例之立體圖。
圖3係本發明之治具組件中的上蓋和基座分離時之立體圖。
圖4係本發明之治具組件中的上蓋和基座分離時之局部剖視圖。
圖5係本發明之治具組件中的上蓋和基座接合時之局部剖視圖。
圖6係本發明之檢測設備一較佳實施例之系統架構圖。
本發明用於測試面射型雷射二極體之治具組件及具備該組件之測試設備在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。
請先參閱圖1，其係面射型雷射二極體Ld之示意立體圖。一般而言，面射型雷射二極體Ld包括一發光面Ld1、及一接點面Ld2，其中發光面Ld1上包括一發光區域Ldz，即雷射由該發光區域Ldz發射。另外，接點面Ld2上則佈設有多個電性接點(圖中未示)，其作為二極體晶片與電路板間電性導通之媒介。
請再參閱圖2、及圖3，圖2係本發明之治具組件一較佳實施例之立體圖，圖3係本發明之治具組件中的上蓋和基座分離時之立體圖。如圖中所示，本實施
例所提供之治具組件主要包括一基座2、一上蓋3、以及一閉鎖機構4，而基座2上設置有多個容置槽21，其係用於容設待測之面射型雷射二極體Ld，即每一容置槽21可容納一面射型雷射二極體Ld。
請再一併參閱圖4，圖4係本發明之治具組件中的上蓋和基座分離時之局部剖視圖。每一容置槽21的底部又設置有一溫度調控單元5，其係用於對該面射型雷射二極體Ld升溫或降溫，而溫度調控單元5之環周又設置一電性接觸介面211。其中，因本實施例之治具組件係供一預燒測試(Burn-in test)用，故溫度調控單元5採用具備一溫度調控面之加熱台51。
在本實施例中，該溫度調控面為一非常堅固耐用的高導熱界面，其直接接觸面射型雷射二極體Ld，且加熱台51透過一熱通路而耦接至一溫度調控器(圖中未示)；但本發明不以此為限，其他加熱或冷卻模組均可適用於本發明。另外，本實施例之電性接觸介面211採用彈簧探針213(spring pins)，其佈設於加熱台51之四環周，並用於電性接觸面射型雷射二極體Ld之接點面Ld2上的電性接點(圖中未示)。
再者，本實施例之上蓋3包括一本體31、複數壓抵塊32、及複數施壓元件33，而本體31包括複數貫通槽311，每一貫通槽311又對應於基座2上的一容置槽21。其中，每一貫通槽311內滑設有一壓抵塊32，而每一貫通槽311內設有一卡止部212，且每一壓抵塊32包括一擋止塊322，而本實施例之施壓元件33為一壓
縮彈簧，其係容設於貫通槽311並介於卡止部212與擋止塊322之間，而該壓縮彈簧除了提供壓抵塊32滑移時的復位功能外，當該壓縮彈簧受到壓抵塊32的擠壓而壓縮時，其撐張彈力將可作為壓抵塊32之下壓力。
再如圖中所示，每一閉鎖機構4包括一閉鎖桿41、一插槽42、及一閉鎖件43，該閉鎖桿41係自基座2之上表面向上凸伸，而該插槽42係設置於該上蓋3，且貫穿該上蓋3，上蓋3之插槽42係對應於基座2之閉鎖桿41。另外，閉鎖件43包括一彈簧431、及一卡固塊432，且插槽42內設有一容槽421，而卡固塊432、及彈簧431容設於容槽421。其中，彈簧431並施予一偏壓予卡固塊432，閉鎖桿41包括一凹槽411。換言之，彈簧431可驅動卡固塊432使其滑移於容槽421與凹槽411之間。
請一併參閱圖5，圖5係本發明之治具組件中的上蓋3和基座2接合時之局部剖視圖。當該閉鎖機構4使該基座2和該上蓋3彼此接合時，彈簧431驅使該卡固塊432卡固於該容槽421與該凹槽411之間，此時閉鎖機構4緊固基座2和上蓋3，而容置槽21與貫穿孔321形成一貫穿腔體Ct。
此時，施壓元件33因受到壓縮而產生一彈簧力，其透過壓抵塊32而施力於面射型雷射二極體Ld之發光面Ld1，即壓抵塊32向下推壓面射型雷射二極體Ld，而使面射型雷射二極體Ld之接點面Ld2完整地接觸電性接觸介面211之彈簧探針213而構成電性導通。
然而，此時面射型雷射二極體Ld之發光區域Ldz即可透過壓抵塊32之貫穿孔321射出雷射。需要特別說明的是，對於測試而言，最大的光射出量是相當重要的，所以貫穿孔321之開口角度必須考慮到面射型雷射二極體Ld之最大射出角(maximum divergence angles)。
另一方面，請再度參閱圖2、及圖3，本實施例之每一閉鎖機構4又包括一按鈕34，其係設置於上蓋3，且每一按鈕34連接至一卡固塊432。故當測試完畢時，只需按壓上蓋3之按鈕34，即可推動卡固塊432，使其退出閉鎖桿41之凹槽411，以解除上蓋3與基座2間的閉鎖，接著上蓋3便可輕易脫離基座2。
請再參閱圖6，圖6係本發明之檢測設備一較佳實施例之系統架構圖。本實施例之檢測設備主要包括電源模組P、如前記實施例所述之測試面射型雷射二極體之治具組件T、來源量測模組M、測試器S、以及主控制器C，而電源模組P、測試器S、及來源量測模組M係電性連接主控制器C，且測試器S係對應於壓抵塊32之貫穿孔321。
其中，當閉鎖機構4使基座2和上蓋3彼此接合時，即面射型雷射二極體Ld之接點面Ld2上的電性接點電性接觸彈簧探針213後，來源量測模組M可供電並啟動面射型雷射二極體Ld，此時來源量測模組M亦隨即量測電壓等電性參數，即進行一電性測試；而面射型雷射二極體Ld之發光區域Ldz將發射雷射，並透過貫穿腔體Ct自上蓋3射出雷射。然而，主控制器C便控制一
測試器S測量自貫穿腔體Ct所射出之雷射，進而檢測面射型雷射二極體Ld之發光特性，其中測試器S是用於透過一積分球IS、及一光感測器PD監測或檢測光通量和光波長。綜上，本發明至少具備以下特色及優勢：
1.透過施壓元件33而施力於壓抵塊32，使壓抵塊32與容置槽21共同夾持待測試之雷射二極體，除了可對該雷射二極體進行定位外，同時可確保雷射二極體與彈簧探針213完整電性接觸外。
2.施壓元件33提供了適當的壓力及緩衝力，使壓抵塊32不致於過度重壓雷射二極體，進而導致雷射二極體破裂毀損。
3.貫穿腔體Ct完整暴露雷射二極體上之發光區域Ldz，使雷射二極體所發射之雷射可不受阻礙地從貫穿腔體Ct射出，以供量測。
4.可以透過溫度調控單元5直接接觸或透過其他流體接觸待測試之雷射二極體，並對雷射二極體升溫或降溫，故可提供高溫或低溫之測試環境。
5.操作相當容易，只要將上蓋3上的插槽42對準基座2上的閉鎖桿41，而將上蓋3與基座2直接壓合，即可完成閉鎖；完成測試時，只要按壓上蓋3上的按鈕34，即可使上蓋3脫離基座2。
6.存放於治具組件內的雷射二極體，將受到相當良好的保護，可以減少精密晶粒與外部裝置接觸的機會，進而避免受外力毀損。
7.治具組件可以在不同製程或設備間流動、處理，例如進行不同檢測項目時，雷射二極體無需移出治具，且治具組件可重複使用。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
2‧‧‧基座
3‧‧‧上蓋
31‧‧‧本體
311‧‧‧貫通槽
34‧‧‧按鈕
Claims (9)
- 一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件，包括：一基座，其包括至少一容置槽、及至少一電性接觸介面，該至少一電性接觸介面係設置於該至少一容置槽內；一上蓋，其包括一本體、至少一壓抵塊、及至少一壓縮彈簧，該上蓋之該本體包括一貫通槽，該至少一壓抵塊滑設於該貫通槽，該至少一壓抵塊包括一貫穿孔，該貫通槽內設有一卡止部，該至少一壓抵塊包括一擋止塊，該至少一壓縮彈簧係介於該卡止部與該擋止塊之間；一閉鎖機構，其係設置於該基座、及該上蓋中至少一者，係可選擇地使該基座和該上蓋彼此接合或脫離；以及其中，當該閉鎖機構使該基座和該上蓋彼此接合時，該至少一容置槽與該貫穿孔形成一貫穿腔體。
- 如請求項1之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該閉鎖機構包括至少一閉鎖桿、至少一插槽、及至少一閉鎖件，該至少一閉鎖桿係自該基座之上表面向上凸伸，該至少一插槽係設置於該上蓋，該至少一閉鎖件係組設於該至少一插槽內；當該閉鎖機構使該基座和該上蓋彼此接合時，該至少一閉鎖件緊固該至少一閉鎖桿。
- 如請求項2之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該至少一閉鎖件包括一彈簧、及一卡固塊， 該至少一插槽內設有一容槽，該卡固塊、及該彈簧容設於該容槽，該彈簧並施予一偏壓予該卡固塊，該至少一閉鎖桿包括一凹槽；當該閉鎖機構使該基座和該上蓋彼此接合時，該彈簧驅使該卡固塊卡固於該容槽與該凹槽之間。
- 如請求項1之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該基座更包括一溫度調控單元，其係設置於該至少一容置槽內，並用於對該面射型雷射二極體升溫或降溫。
- 如請求項4之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該溫度調控單元包括一加熱台，其係設置於該至少一容置槽之底部且接觸對該面射型雷射二極體之底面。
- 如請求項5之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該至少一電性接觸介面包括複數探針，其係佈設於該加熱台之環周。
- 一種用於測試面射型雷射二極體之治具組件，該面射型雷射二極體包括一發光面、及一接點面，該發光面上包括一發光區域，包括：一基座，其包括至少一容置槽，係用於容設該面射型雷射二極體，該至少一容置槽內設置一電性接觸介面，其係用於電性接觸該面射型雷射二極體之該接點面；一上蓋，其包括一本體、至少一壓抵塊、及至少一壓縮彈簧，該本體包括至少一貫通槽，該至少一壓 抵塊包括一貫穿孔，該至少一壓抵塊滑設於該本體之該貫通槽，該貫通槽內設有一卡止部，該至少一壓抵塊包括一擋止塊，該至少一壓縮彈簧係介於該卡止部與該擋止塊之間；以及一閉鎖機構，其係設置於該基座、及該上蓋中至少一者，係可選擇地使該基座和該上蓋彼此接合或脫離；其中，當該閉鎖機構使該基座和該上蓋彼此接合時，該至少一壓縮彈簧透過該至少一壓抵塊施力於該面射型雷射二極體的該發光面，該面射型雷射二極體的該接點面接觸該電性接觸介面，且該至少一壓抵塊的該貫通孔暴露出至少局部的該發光區域。
- 如請求項7之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其中，該基座更包括一溫度調控單元，其設置於該至少一容置槽內，並用於對該面射型雷射二極體升溫或降溫。
- 一種檢測設備，包括：一電源模組；一如請求項1至8中任一項所述之用於測試面射型雷射二極體之治具組件，其係用於容置該至少一面射型雷射二極體；一來源量測模組；以及一主控制器，該電源模組、及該來源量測模組係電性連接該主控制器；其中，該來源量測模組啟動該面射型雷射二極 體，該主控制器控制對該面射型雷射二極體執行一光學測試和一電性測試。
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