KR20200082699A - Vcsel을 포함하는 레이저 칩 모듈과 레이저 칩 모듈 어레이 및 기판 열처리 장치 - Google Patents

Vcsel을 포함하는 레이저 칩 모듈과 레이저 칩 모듈 어레이 및 기판 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 칩 모듈은 VCSEL을 발진하는 복수 개의 레이저 칩들이 어레이 형태로 배열되는 레이저 어레이; 및 상기 레이저 어레이 하부에 배치되어 상기 레이저 어레이를 냉각시키는 쿨링 블록을 포함한다.

Description

VCSEL을 포함하는 레이저 칩 모듈 및 레이저 칩 모듈 어레이{A laser chip module and a laser chip module array including a VCSEL}
본 발명은 VCSEL에서 조사되는 레이저를 이용하는 기판 열처리 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 복수의 VCSEL이 탑재되는 레이저 칩 모듈과 상기 레이저 칩 모듈이 어레이 형태로 배치되는 레이저 칩 모듈 어레이에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 어닐링(annealing) 공정과 같은 열처리 공정에서는 할로겐 램프를 사용하여 반도체 웨이퍼를 가열하여 열처리하는 열처리 기술이 많이 사용되고 있다. 할로겐 램프를 이용한 열처리 기술은 반도체 웨이퍼의 전면 또는 후면에 광을 조사하고 복수 개의 위치에서 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하면서 실시간으로 반도체 웨이퍼의 온도를 제어하면서 진행한다. 할로겐 램프를 이용한 열처리 장치는 반도체 웨이퍼로 조사된 후 반사되는 광을 다시 웨이퍼로 조사하기 위한 반사판 구조가 복잡하고, 반도체 웨이퍼의 온도 균일도를 증가시키기 위하여 플래시 램프의 배열 구조가 복잡해지는 측면이 있다. 또한, 상기 할로겐 램프를 이용한 어닐링 장치는 할로겐 램프의 수명이 짧아 장치의 유지 비용이 증가되는 측면이 있다.
한편, 평판 패널 디스플레이 장치는 유리 기판에 저온 다결정 실리콘 박막이 증착되는 평판 기판을 사용한다. 상기 평판 기판은 실리콘 결정화 공정, 유전층 재료 증착 공정 및 이온 주입과 액티베이션 공정에 있어서 엄격한 제어를 필요로 한다. 특히 상기 액티베이션 공정은 소스/드레인에서의 전기적 활성화와 이온이 소량 주입된 드레인을 제공하여, 실리콘 및 주입 이온의 크고 작은 범위에서 이온의 재배열을 도와준다.
상기 액티베이션 장치는 일반적으로 할로겐 램프를 이용하는 장치 또는 칸탈 열선을 이용하는 장치등이 많이 사용되고 있다. 상기 액티베이션 장치는 평판 기판을 300 ~ 600℃의 온도로 가열하면서 주입 이온을 활성화시킨다. 최근에는 평판 디스플레이 장치의 고해상도화에 따라, 액티베이션 공정에서 유발되는 평판 기판의 열 수축 또는 변형이 문제가 된다.
본 발명은 평판 기판의 열 수축 또는 변형을 감소시키고, 공정 시간을 단축시키는 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 개시는 대면적 열처리 구현이 가능한 VCSEL을 포함하는 레이저 칩 모듈 어레이를 제공하여 기판 열처리 장치의 수명을 연장시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 칩 모듈은 VCSEL을 발진하는 복수 개의 레이저 칩들이 어레이 형태로 배열되는 레이저 어레이; 및 상기 레이저 어레이 하부에 배치되어 상기 레이저 어레이를 냉각시키는 쿨링 블록을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 어레이는, 상기 복수 개의 레이저 칩들이 안착되는 지지판; 상기 지지판 하부에 배치되는 세라믹 기판; 및 상기 기판 하부에 배치되며, 상기 쿨링 블록의 상면에 접하는 접합판을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저 어레이는, 상기 지지판, 상기 세라믹 기판 및 상기 접합판을 상하로 관통하며, 내부에 원통형의 빈 공간인 관통홀이 형성되는 어레이 고정부를 포함하고, 상기 쿨링 블록은, 상기 쿨링 블록을 상하로 관통하며, 상기 어레이 고정부와 수직으로 연결되고, 평면적 관점에서 상기 관통홀과 대응되는 위치에 상기 관통홀과 연통되도록 비아홀이 형성되는 블록 고정부를 포함하며, 상기 어레이 고정부와 상기 블록 고정부는 부도체로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 블록 고정부의 내주면에는 나사산이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 칩 모듈은, 상기 관통홀과 상기 비아홀에 삽입되어 상기 어레이 고정부와 상기 블록 고정부에 고정 결합되며, 상기 레이저 어레이를 상기 쿨링 블록의 상면에 고정시키는 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 결합 부재는, 내부에 원통형의 빈 공간인 전선 통로가 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 레이저 칩들은, 와이어 의해 서로 전기적으로 연결되며, 상기 와이어는 상기 결합 부재의 상기 전선 통로를 통과하여 전력을 공급하는 전원에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 쿨링 블록은, 내부에 냉각수가 이동하는 통로인 냉각 유로를 더 포함하며, 상기 냉각 유로는, 상기 쿨링 블록의 일 측면에 상기 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 다른 일 측면에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상면에 VCSEL을 발진하는 적어도 하나의 레이저 칩이 안착되며, 하부에 상기 적어도 하나의 레이저 칩을 냉각시키는 쿨링 블록을 포함하는 복수 개의 레이저 칩 모듈이 평판 기판 또는 반도체 웨이퍼의 소정의 면적에 대응되도록 배열될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 칩 모듈 어레이를 포함하는 히팅 모듈; 및상기 평판 기판 또는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 레이저 칩 모듈 어레이와 대면하도록 안착되는 기판 지지판을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, VCSEL 소자의 하부에 냉각수가 흐르는 쿨링 블록을 포함하는 레이저 칩 모듈을 제공하여, VCSEL에서 방출되는 열을 냉각시키고, 방출되는 열에 의한 VCSEL 소자의 성능 열화를 개선시킬 수 있다. 또한, 레이저 칩 모듈을 어레이 형태로 배열하는 레이저 칩 모듈 어레이를 제공하여 평판 기판의 종류에 따라 VCSEL 소자를 보다 효율적으로 배치시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용하는 기판의 열처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 칩 모듈 어레이를 일 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 2의 레이저 칩 모듈의 확대 사시도이다.
도 4는 도 3의 레이저 칩 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'에 대한 단면도이다.
이하에서 본 개시의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
먼저 본 개시의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용하는 기판의 열처리 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용하는 기판의 열처리 장치의 개략적인 구성도이다. 도 2는 도 1의 레이저 칩 모듈 어레이를 일 방향에서 바라본 사시도이다. 도 3은 도 2의 레이저 칩 모듈의 확대 사시도이다. 도 4는 도 3의 레이저 칩 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'에 대한 단면도이다. 도 2 및 도 4에서는 편의상 와이어를 생략하고 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치(1000)는 기판 지지판(100)과 히팅 모듈(200)을 포함할 수 있다. 상기 기판 열 처리 장치(1000)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 내부가 중공이며 열처리 분위기가 형성되는 열처리 챔버를 구비하며, 열처리 챔버 내부에 상기 기판 지지판(100) 및 상기 히팅 모듈(200)이 위치할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(1000)는 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 박막 트랜지스터를 구비하는 평판 기판(2000)의 상부 또는 하부에서 소스 영역 또는 드레인 영역과 같은 액티베이션 영역에 VCSEL을 선택적으로 조사하여 액티베이션 공정과 같은 열처리 공정을 진행할 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(1000)는 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 비정질 실리콘 박막을 구비하는 평판 기판(2000)의 상부 또는 하부에서 비정질 실리콘 박막에 VCSEL을 조사하여 결정화 공정과 같은 열처리 공정을 진행할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(1000)는 면발광 레이저인 VCSEL을 평판 기판(2000)의 소정 면적에 조사하여 열처리 공정을 진행할 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(1000)는 바람직하게는 평판 기판(2000)에서 열처리가 필요한 열처리 영역의 전체 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 열처리 장치(1000)는 평판 기판(2000)에서 액티베이션 영역의 전체에 VCSEL을 조사하여 액티베이션 공정을 진행할 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(1000)는 액티베이션 영역을 전체적으로 균일하게 가열하므로 액티베이션 과정에서 평판 기판(2000)의 열 수축 또는 변형을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(1000)는 평판 기판(2000)에서 비정질 실리콘 박막이 형성된 결정화 영역의 전체에 VCSEL을 조사하여 결정화 공정을 진행할 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(1000)는 결정화 영역을 전체적으로 균일하게 가열하므로 결정화 과정에서 평판 기판(2000)의 열 수축 또는 변형을 최소화시킬 수 있다.
상기 평판 기판(2000)은 유리 기판 또는 플렉서블 기판일 수 있다. 상기 평판 기판(2000)은 평판 디스플레이 장치인 액정 디스플레이 장치 또는 유기 발광 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 또한, 상기 평판 기판(2000)은 태양 전지와 같은 장치에도 사용될 수 있다.
상기 기판 지지판(100)은 상면에 안착되는 평판 기판(2000)보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 지지판(1000)은 평판 디스플레이 장치용 평판 기판의 제조에 사용되는 일반적인 기판 지지판(1000)으로 형성될 수 있다. 상기 기판 지지판(1000)은 상면에 안착되는 평판 기판(2000)을 고정하기 위한 척킹 수단(미도시)을 구비하여 형성될 수 있다.
상기 히팅 모듈(200)은 히팅 프레임(210)과 레이저 칩 모듈 어레이(220)를 포함할 수 있다. 상기 히팅 모듈(200)은 기판 지지판(100)의 상부 또는 하부에 위치하며, 기판 지지판(100)에 안착되는 평판 기판(2000)에서 전체 열처리 영역에 레이저를 동시에 조사한다.
상기 히팅 모듈(200)은 레이저 칩 모듈 어레이(220)와 평판 기판(2000)의 상면 또는 하면이 소정의 거리로 이격되도록 위치한다. 상기 이격 거리는 레이저 칩 모듈 어레이(220)에 포함되는 레이저 칩 모듈(도 2의 223 참조)의 배열 간격과 배열 형태에 따라 평판 기판(2000)의 열처리 영역 또는 액티베이션 영역만을 가열할 수 있도록 조정된다.
상기 히팅 프레임(210)은 전체적으로 판상을 이루도록 형성되며, 평판 기판(2000)의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 갖는 원형 또는 사각 판상으로 형성될 수 있다. 상기 히팅 프레임(210)은 안착홈(211)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 안착홈(211)에는 레이저 칩 모듈 어레이(220)가 안착되어 히팅 프레임(210)에 고정 결합될 수 있다. 상기 안착홈(211)은 평판 기판(2000)의 폭 및 길이와 대응되거나 그보다 큰 폭과 길이를 갖는 원형 또는 사각 판상으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 배열판(221)과 복수개의 레이저 칩 모듈(223)을 포함할 수 있다. 상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 판상의 배열판(221) 상에 복수개의 레이저 칩 모듈(223)이 배치되어 형성될 수 있다.
상기 배열판(221)은 안착홈(211)에 안착되어 히팅 프레임(210)에 고정 결합되도록 안착홈(211)과 대응되는 형상과 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배열판(221)은 원형 또는 사각 판상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배열판(221)에는 배열홈(221a)이 포함되어 형성될 수 있다. 상기 배열홈(221a)은 히팅 프레임(210)에 결합되는 배열판(221)에서 평판 기판(2000)과 대향하는 면에 하부 또는 상부로 개방되어 형성될 수 있다. 상기 배열홈(221a)은 격자 형상으로 배열되어 형성될 수 있다. 상기 배열홈(221a)은 레이저 칩 모듈 어레이(220)가 수용되는 공간을 제공한다. 상기 배열홈(221a)은 레이저 칩 모듈 어레이(220)가 수용되는데 필요한 부피를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 배열홈(221a)은 레이저 칩 모듈 어레이(220)가 분리 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배열판(221)에는 복수 개의 배열홀(221b)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 배열홀(221b)은 배열판(221)을 상하로 관통하여 형성된다. 상기 복수 개의 배열홀(221b)은 규칙적이고 반복적인 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 평판 기판(2000)의 면적보다 큰 면적에 레이저 칩 모듈(223)이 평면 형상으로 배열되도록 형성된다. 상기 복수개의 레이저 칩 모듈(223)은 배열판(221) 상에 어레이 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 배열판(221) 상에는 복수개의 레이저 칩 모듈(223)이 행 방향과 열 방향으로 배열될 수 있다. 상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 평판 기판(2000)의 액티베이션 온도와 평판 기판(2000)의 면적에 따라 레이저 칩 모듈(223)의 배열 간격과 개수가 달라질 수 있다.
상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 평판 기판(2000)의 상면 형상에 따라 레이저 칩 모듈(223)의 배열 구조가 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 2에는 레이저 칩 모듈(223)이 사각형의 배열판(221)의 상면의 면적을 모두 덮도록 도시되었으나, 상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 평판 기판(2000)의 상면의 형상에 따라, 평판 기판(2000)의 상면에 대응되는 위치에만 레이저 칩 모듈(223)이 배치될 수 있다. 상기 레이저 칩 모듈 어레이(220)는 평판 기판(2000)의 상면과 대응되지 않는 위치에서는 레이저 칩 모듈(223)이 배치되지 않고 배열판(221)의 상면이 노출될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 레이저 칩 모듈(223)은 레이저 어레이(10), 복수 개의 레이저 칩(30), 쿨링 블록(50) 및 결합 부재(70)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 어레이(10)의 상면에는 복수 개의 레이저 칩(30)이 배치되어 VCSEL이 발산된다. 상기 쿨링 블록(50)은 레이저 어레이(10) 하부에 배치되어, 레이저 어레이(10)로부터 생성되는 열을 냉각 처리한다. 상기 결합 부재(70)는 레이저 어레이(10)와 쿨링 블록(50)에 결합되어 쿨링 블록(50) 상에 배치되는 레이저 어레이(10)를 쿨링 블록(50)에 고정시킬 수 있다. 상기 결합 부재(70)는 쿨링 블록(50)과 레이저 어레이(10)를 일체로 결합시킬 수 있다. 또한, 상기 결합 부재(70)는 배열판(221)에 결합되어 레이저 칩 모듈(223)을 배열판(221)에 고정시킬 수 있다.
상기 레이저 어레이(10)는 원형 또는 사각형의 판상 형상으로 형성될 수 있다. 상기 레이저 어레이(10)는 지지판(11), 세라믹 기판(13), 접합판(15) 및 어레이 고정부(17)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 어레이(10)는 접합판(15), 세라믹 기판(13) 및 지지판(11)이 순차로 적층되어 형성될 수 있다. 상기 레이저 어레이(10)는 어레이 고정부(17)가 지지판(11), 세라믹 기판(13) 및 접합판(15)을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 지지판(11)의 상면에 복수 개의 레이저 칩(30)이 안착될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지판은 Au, Au-Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지판(11)은 브레이징(blazing) 공정을 통해 상면에 복수 개의 레이저 칩(30)을 고정 접합할 수 있다. 또한, 상기 지지판(11)은 브레이징(blazing) 공정을 통해 세라믹 기판(13)과 고정 접합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지판(11)은 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)으로 나뉘어 형성될 수 있다. 상기 제1 영역(11a)과 상기 제2 영역(11b)은 이격되어 배치된다. 상기 제1 영역(11a)과 상기 제2 영역(11b)은 상기 지지판(11)이 이등분된 것으로, 서로 동일한 형상과 면적을 갖는다. 예를 들어, 상기 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)은 단변과 장변의 모서리를 포함하는 직사각형의 상면을 가질 수 있다.
상기 세라믹 기판(13)은 상면이 지지판(11)의 하면에 접할 수 있다. 상기 세라믹 기판(13)은 열전도성이 높은 물질로 이루어진 기판일 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판(13)은 Al2O3, AlN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접합판(15)은 상면이 세라믹 기판(13)의 하면에 접할 수 있다. 상기 접합판(15)은 세라믹 기판(13)을 쿨링 블록에 결합시킨다. 상기 접합판(15)은 브레이징(blazing) 공정을 통해 세라믹 기판(13)을 쿨링 블록(50) 상에 고정 접합할 수 있다. 상기 접합판(15)은 지지판(11)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접합판(15)은 Au, Au-Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 레이저 칩(30)은 VCSEL 소자일 수 있다. VCSEL 소자는 면발광 레이저를 발진하는 소자로 형성된다. VCSEL 소자는 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. VCSEL 소자는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저가 발진된다. VCSEL 소자는 고출력의 레이저를 발진하므로, 기존의 할로겐 램프에 대비하여 평판 기판(2000)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있으며, 수명도 상대적으로 길다.
상기 복수 개의 레이저 칩(30)이 지지판(11) 상에 어레이 형상으로 배열된다. 상기 복수 개의 레이저 칩(30)은 바람직하게는 평면상으로 사각 형상을 이루도록 배열되어 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 레이저 칩(30)이 행 방향과 열 방향으로 배열되어 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 레이저 칩(30)은 지지판(11)의 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)으로 나뉘어 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나의 레이저 칩 모듈(223)에 총 36개의 VCSEL 소자가 배열되어 형성될 수 있다. 상기 제1 영역(11a)에 18개의 VCSEL 소자가 배열되고, 상기 제2 영역(11b)에도 18 개의 VCSEL 소자가 배열될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 영역(11a)에 배치되는 복수 개의 레이저 칩(30)은 제1 영역(11a)의 일 측의 단변 모서리에 상대적으로 가깝고, 타 측의 단변 모서리에는 상대적으로 멀리 배치될 수 있다. 반면, 제2 영역(11b)에 배치되는 복수 개의 레이저 칩(30)은 제2 영역(11b)의 타 측의 단변 모서리에 상대적으로 가깝고, 일 측의 단변 모서리에 상대적으로 멀리 배치될 수 있다.
상기 레이저 어레이(10)에는 적어도 1개 이상의 어레이 고정부(17)가 포함될 수 있다. 상기 어레이 고정부(17)의 중앙에는 어레이 고정부(17)를 상하로 관통하는 관통홀(19)이 형성된다. 일 실시예에 있어서, 상기 어레이 고정부(17)는 레이저 어레이(10)에서 지지판(11)의 제1 영역(11a)에 대응하는 부분과 지지판(11)의 제2 영역(11b)에 대응하는 부분에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이 고정부(17)는 제1 영역(11a)에서 제1 영역(11a)의 타 측의 단변 모서리에 가깝게 배치되고, 제2 영역(11b)에서 제2 영역(11b)의 일 측의 단변 모서리에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 어레이 고정부(17)는 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)의 단변 모서리를 따라 일렬로 배치될 수 있다.
상기 쿨링 블록(50)은 상면이 접합판(15)의 하면과 접할 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)은 직육면체의 블록 형상일 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)은 Cu를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)은 상면과 하면의 면적이 레이저 어레이(10)의 상면과 하면의 면적과 동일하다. 상기 쿨링 블록(50)은 높이가 레이저 어레이(10)의 높이보다 2배 이상의 높이를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 쿨링 블록(50)은 냉각 유로(55)와 블록 고정부(57)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(55)는 쿨링 블록(50)의 내부에는 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(55)는 열이 발생하는 레이저 어레이(10)를 냉각시키기 위한 냉각수가 이동하는 공간이다. 상기 냉각 유로(55)의 입구와 출구는 쿨링 블록(50)의 측면들과 하면 중 적어도 일 면에 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(55)는 직선 통로와 곡선 통로가 연결되는 구불구불한 구조로 형성되어 냉각 유로(55)의 면적을 넓히고, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 도 2에서와 같이, 상기 복수 개의 레이저 칩 모듈들(223)이 인접하여 배치되는 경우에, 각각의 레이저 칩 모듈(223)에 포함되는 냉각 유로(55)들은 하부에 위치한 별도의 냉각수를 공급하는 장치와 연결될 수 있다. 또는 인접한 레이저 칩 모듈(223)에 포함되는 냉각 유로(55)와 서로 연결될 수 있다.
상기 쿨링 블록(50)에는 적어도 1개 이상의 블록 고정부(57)가 포함될 수 있다. 상기 블록 고정부(57)는 평면적 관점에서, 쿨링 블록(50)에서 어레이 고정부(17)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 블록 고정부(57)는 어레이 고정부(17)와 수직으로 연결될 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)에 형성되는 블록 고정부(57)의 개수는 상기 레이저 어레이(10)에 형성되는 어레이 고정부(17)의 개수와 동일하다.
상기 블록 고정부(57)의 중앙에는 블록 고정부(57)를 상하로 관통하는 비아홀(59)이 형성된다. 상기 비아홀(59)은 쿨링 블록(50) 상에 레이저 어레이(10)가 배치되는 경우에, 레이저 어레이(10)의 관통홀(19)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)과 레이저 어레이(10)가 결합되는 경우에 관통홀(19)과 비아홀(59)은 일체로 연통될 수 있다. 상기 쿨링 블록(50)에 형성되는 비아홀(59)의 개수는 상기 레이저 어레이(10)에 형성되는 관통홀(19)의 개수와 동일하다.
일 실시예에 있어서, 상기 블록 고정부(57)는 레이저 어레이(10)에서 지지판(11)의 제1 영역(11a)에 대응하는 부분과 지지판(11)의 제2 영역(11b)에 대응하는 부분에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 블록 고정부(57)는 제1 영역(11a)에서 제1 영역(11a)의 타 측의 단변 모서리에 가깝게 배치되고, 제2 영역(11b)에서 제2 영역(11b)의 일 측의 단변 모서리에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 블록 고정부(57)는 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)의 단변 모서리를 따라 일렬로 배치될 수 있다.
상기 결합 부재(70)는 삽입부(71)와 삽입부(71)의 상단에 배치되는 헤드부(73)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 결합 부재(70)는 도체로 이루어질 수 있다. 상기 삽입부(71)는 원통형의 형상을 가질 수 있다. 상기 삽입부(71)의 높이는 레이저 어레이(10)와 쿨링 블록(50)의 높이의 합보다 클 수 있다. 상기 삽입부(71)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 나사산은 삽입부(71) 외주면의 일부에만 형성될 수 있다. 상기 나사산은 삽입부(71) 외주면의 상부에는 형성되지 않을 수 있다. 상기 헤드부(73)는 삽입부(71)보다 넓은 직경을 가지는 원통형의 형상을 가질 수 있다. 상기 결합 부재(70)가 레이저 어레이(10)와 쿨링 블록(50)에 결합되는 경우에, 헤드부(73)의 하면이 레이저 어레이(10)의 상면에 안착될 수 있다. 상기 헤드부(73)의 높이는 삽입부(71)의 높이에 비해 상대적으로 낮다. 상기 헤드부(73)는 납작한 원반 형상을 가질 수 있다.
상기 결합 부재(70)에는 삽입부(71)와 헤드부(73)를 관통하는 전선 통로(75)가 형성될 수 있다. 상기 전선 통로(75)는 헤드부(73)의 상면으로부터 삽입부(71)의 하면까지 연장될 수 있다. 상기 전선 통로(75)는 레이저 어레이(10)의 상면에 위치하는 레이저 칩들(30)에 연결되는 와이어(35)가 통과하여 레이저 칩 모듈 어레이(220)의 하단으로 연장되는 공간일 수 있다. 상기 전선 통로(75)를 통과하는 와이어(35)에 전원이 연결되어 레이저 칩들(30)에 전력이 공급될 수 있다.
상기 결합 부재(70)는 레이저 칩 모듈(223)을 관통할 수 있다. 상기 결합 부재(70)의 헤드부(73)가 지지판(11) 상에 안착되고 결합 부재(70)가 레이저 칩 모듈(223)을 관통하여 결합 부재(70)의 하단이 레이저 칩 모듈(223)의 하면의 하방으로 돌출될 수 있다. 상기 결합 부재(70)가 레이저 칩 모듈(223)의 하면 하방으로 돌출된 부분은 배열판(221)에 결합될 수 있다. 상기 결합 부재(70)는 배열판(221)의 배열홀(221b)에 삽입될 수 있다. 상기 결합 부재(70)는 레이저 칩 모듈(223)을 배열판(221)에 결합 고정시킬 수 있다.
상기 레이저 칩들(30)은 서로 전도성을 가지는 물질로 이루어지는 와이어(35)로 연결될 수 있다. 상기 레이저 칩들(30)은 와이어(35)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 와이어(35)는 레이저 칩들(30)의 상면에 접합되며, 일 단은 어느 하나의 결합 부재(70)의 전선 통로(75)를 통과하며, 타 단은 다른 하나의 결합 부재(70)의 전선 통로를 통과할 수 있다. 상기 전선 통로(75)를 통과한 와이어(35)는 전원과 연결되어 레이저 칩들(30)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 어레이 고정부(17)는 부도체로 이루어질 수 있다. 상기 어레이 고정부(17)는 어레이 고정부(17)의 외부에 배치되는 레이저 어레이(10)와 어레이 고정부(17)의 관통홀(19)을 지나가는 와이어(35)를 절연시킬 수 있다. 상기 어레이 고정부(17)는 레이저 어레이(10)와 결합 부재(70)를 절연시킬 수 있다.
상기 블록 고정부(57)는 부도체로 이루어져, 블록 고정부(57)의 외부에 배치되는 쿨링 블록(50)과 블록 고정부(57)의 비아홀(59)을 지나가는 와이어(35)를 절연시킬 수 있다. 상기 블록 고정부(57)는 쿨링 블록(50)과 결합 부재(70)를 절연시킬 수 있다.
본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 개시의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 개시된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 레이저 어레이 11: 지지판
11a: 제1 영역 11b: 제2 영역
13: 세라믹 기판 15: 접합판
17: 어레이 고정부 19: 관통홀
30: 레이저 칩 35: 와이어
50: 쿨링 블록 55: 냉각 유로
57: 블록 고정부 59: 비아홀
70: 결합 부재 71: 삽입부
73: 헤드부 75: 전선 통로
100: 기판 지지판
200: 히팅 모듈 210: 히팅 프레임
211: 안착홈 220: 레이저 칩 모듈 어레이
221: 배열판 223: 레이저 칩 모듈

Claims (10)

  1. VCSEL을 발진하는 복수 개의 레이저 칩들이 어레이 형태로 배열되는 레이저 어레이; 및
    상기 레이저 어레이 하부에 배치되어 상기 레이저 어레이를 냉각시키는 쿨링 블록을 포함하는 레이저 칩 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 어레이는,
    상기 복수 개의 레이저 칩들이 안착되는 지지판;
    상기 지지판 하부에 배치되는 세라믹 기판; 및
    상기 기판 하부에 배치되며, 상기 쿨링 블록의 상면에 접하는 접합판을 포함하는 레이저 칩 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 어레이는,
    상기 지지판, 상기 세라믹 기판 및 상기 접합판을 상하로 관통하며, 내부에 원통형의 빈 공간인 관통홀이 형성되는 어레이 고정부를 포함하고,
    상기 쿨링 블록은,
    상기 쿨링 블록을 상하로 관통하며, 상기 어레이 고정부와 수직으로 연결되고, 평면적 관점에서 상기 관통홀과 대응되는 위치에 상기 관통홀과 연통되도록 비아홀이 형성되는 블록 고정부를 포함하며,
    상기 어레이 고정부와 상기 블록 고정부는 부도체로 이루어지는 레이저 칩 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 블록 고정부의 내주면에는 나사산이 형성되는 레이저 칩 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 칩 모듈은,
    상기 관통홀과 상기 비아홀에 삽입되어 상기 어레이 고정부와 상기 블록 고정부에 고정 결합되며, 상기 레이저 어레이를 상기 쿨링 블록의 상면에 고정시키는 결합 부재를 더 포함하는 레이저 칩 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합 부재는,
    내부에 원통형의 빈 공간인 전선 통로가 형성되는 레이저 칩 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 레이저 칩들은,
    와이어 의해 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 와이어는 상기 결합 부재의 상기 전선 통로를 통과하여 전력을 공급하는 전원에 연결되는 레이저 칩 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 블록은,
    내부에 냉각수가 이동하는 통로인 냉각 유로를 더 포함하며,
    상기 냉각 유로는,
    상기 쿨링 블록의 일 측면에 상기 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각수가 배출되는 배출구가 다른 일 측면에 형성되는 레이저 칩 모듈.
  9. 상면에 VCSEL을 발진하는 적어도 하나의 레이저 칩이 안착되며, 하부에 상기 적어도 하나의 레이저 칩을 냉각시키는 쿨링 블록을 포함하는 복수 개의 레이저 칩 모듈이 평판 기판 또는 반도체 웨이퍼의 소정의 면적에 대응되도록 배열되는 레이저 칩 모듈 어레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 칩 모듈 어레이를 포함하는 히팅 모듈; 및
    상기 평판 기판 또는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 레이저 칩 모듈 어레이와 대면하도록 안착되는 기판 지지판을 포함하는 기판 열처리 장치.
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