TWI767388B - 模組化發光二極體加熱器、發光二極體陣列及處理室 - Google Patents

模組化發光二極體加熱器、發光二極體陣列及處理室 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種模組化發光二極體加熱器及一種發光二 極體陣列。具體而言，公開一種模組化發光二極體、發光二極體陣列及處理室。模組化發光二極體加熱器包括基座，所述基座具有可使冷卻劑流體從中流過的一個或多個內部導管。基座還包括位於基座的一個側壁上的管道端口及位於基座的相對一側上的凹陷端口。這些端口被配置成使得一個模組化發光二極體加熱器的管道端口可插入到相鄰的模組化發光二極體加熱器的凹陷端口中，以形成不透流體的密封。具有多個發光二極體的印刷電路板設置在基座的前表面上。此外，在一些實施例中，基座在其側壁上包括用於將模組化發光二極體加熱器鎖定到相鄰的模組化發光二極體加熱器的一個或多個楔形夾具。可通過組裝多個這些模組化發光二極體加熱器來形成發光二極體陣列。

Description

模組化發光二極體加熱器、發光二極體陣列及 處理室
本公開的實施例涉及用於對基板進行加熱的系統，且更具體來說，涉及一種模組化發光二極體(LED)加熱器，其具有可用作LED陣列一部分的電性及管道連接件。
半導體裝置的製作涉及多個離散且複雜的工藝。在某些工藝中，對基板進行加熱可能是有利的，以使所述工藝實現所期望的結果。對基板進行加熱的一種方法是通過使用發光二極體(light emitting diode，LED)的陣列。
在一些實施例中，這些LED陣列可非常大，例如多達8,000個發光二極體。由於每一二極體具有通向印刷電路板的兩個連接件，因此要得到充分發揮功能的LED陣列總共需要8,000個發揮功能的二極體及16,000個完美的焊接連接件。然而，通常有一小部分(例如1%至2%)的LED不發揮功能。將這些陣列返工以更換有故障的LED或糾正焊接橋並非小事且是耗時的。此外， 考慮到每一陣列上所設置的LED的數目，更換整個陣列的成本很高。
另外，LED的照射輸出公差通常為±2%。因此，考慮到照射模式的變化，形成具有良好熱均勻性的陣列可能是困難的。
因此，如果存在一種更具成本效益且更可靠的LED陣列，將是有利的。如果新的LED陣列緩解了上述問題，將是有益的。
本發明公開一種模組化LED加熱器及一種LED陣列。模組化LED加熱器包括基座，所述基座具有可使冷卻劑流體從中流過的一個或多個內部導管。基座還包括位於基座的一個側壁上的管道端口(plumbing port)及位於基座的相對一側上的配合凹陷端口。這些端口被配置成使得一個模組化LED加熱器的管道端口可插入到相鄰的模組化LED加熱器的凹陷端口中，以形成不透流體的密封。具有多個LED的印刷電路板設置在基座的前表面上。此外，在一些實施例中，基座在其側壁上包括用於將模組化LED加熱器鎖定到相鄰的模組化LED加熱器的一個或多個楔形夾具。可通過組裝多個這些模組化LED加熱器來形成LED陣列。
根據一個實施例，公開一種模組化發光二極體(LED)加熱器。所述模組化LED加熱器包括：基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及凹陷端口連通；印 刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個LED；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述LED供應電力。在某些實施例中，所述印刷電路板包括金屬包覆型印刷電路板。在一些實施例中，所述導管的頂側是所述金屬包覆型印刷電路板的底表面。在某些實施例中，所述模組化LED加熱器包括柔性電路(flex circuit)，所述柔性電路設置在所述基座的背表面上並與所述電力饋通件電連通。在某些實施例中，所述多個LED被分成多個區，其中所述多個區中的每一者由專用電源供電。在某些實施例中，所述基座為六邊形的。在一些實施例中，在所述基座的至少一個側壁上設置有楔形夾具，以將所述模組化LED加熱器鎖定到相鄰的模組化LED加熱器。在再一實施例中，所述至少一個側壁包括螺釘通道，且所述楔形夾具包括：第一螺釘固持器，具有突出部及貫通孔；第二螺釘固持器，具有突出部及螺紋孔；以及螺釘，穿過所述第一螺釘固持器並旋擰到所述第二螺釘固持器中，其中擰緊所述螺釘會鎖定所述楔形夾具。在再一實施例中，所述模組化LED加熱器包括設置在所述螺釘通道中的垂直銷，其中擰緊所述螺釘會將所述突出部壓靠在所述垂直銷上，以鎖定所述楔形夾具。
根據另一實施例，公開一種LED陣列。所述LED陣列包括多個模組化LED加熱器，所述多個模組化LED加熱器被嵌套在一起，其中所述多個模組化LED加熱器中的每一者包括：基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及 凹陷端口連通；印刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個LED；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述LED供應電力；其中所述多個模組化LED加熱器中的模組化LED加熱器的所述管道端口進入相鄰的模組化LED加熱器的所述凹陷端口並形成不透流體的密封，其中所述模組化LED加熱器及所述相鄰的模組化LED加熱器形成流體路徑。在某些實施例中，所述多個模組化LED加熱器中的每一者包括設置在所述基座的至少一個側壁上的楔形夾具，以將所述多個模組化LED加熱器中的每一者鎖定到相鄰的模組化LED加熱器。在一些實施例中，所述LED陣列包括設置在所述LED陣列的後表面上的柔性電路，其中所述電力饋通件中的每一者與所述柔性電路連通。在某些實施例中，所述LED陣列包括多個流體路徑，所述多個流體路徑中的每一者包括使冷卻劑流體從中穿過的至少一個模組化LED加熱器。在一些實施例中，所述LED陣列還包括第一集管(header)及第二集管，其中所述第一集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以向所述多個流體路徑中的每一者供應冷卻劑流體，並且其中所述第二集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以從所述多個流體路徑中的每一者接收冷卻劑流體。在一些實施例中，所述多個模組化LED加熱器在尺寸及形狀上是相同的。
根據另一實施例，公開一種處理室。所述處理室包括用以固持工件的工件支撐件、設置在所述處理室中的LED陣列以及冷卻器，所述LED陣列包括多個模組化LED加熱器；其中所述多個模組化LED加熱器中的每一者包括：基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及凹陷端口連通，其中所述多個模組化LED加熱器中的模組化LED加熱器的所述管道端口進入相鄰的模組化LED加熱器的所述凹陷端口並形成不透流體的密封，其中所述模組化LED加熱器及所述相鄰的模組化LED加熱器形成流體路徑；印刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個LED；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述LED供應電力，所述冷卻器與每一所述流體路徑連通，以在所述冷卻劑流體自所述LED陣列排出時從所述冷卻劑流體移除熱量並使所述冷卻劑流體再循環。在某些實施例中，所述LED陣列還包括：第一集管，其中所述第一集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述外部管道端口與所述冷卻器連通，且所述多個內部端口中的每一者與多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以向所述多個流體路徑中的每一者供應冷卻劑流體；以及第二集管，其中所述第二集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述外部管道端口與所述冷卻器連通，且所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以從所述多個流體路徑中的每一者接收冷卻劑流體。在某些實施例中，所述處理室還包括與所述電力饋通件中的 每一者電連通的柔性電路及與所述柔性電路電連通的電力控制器，其中所述電力控制器控制供應到所述多個模組化LED加熱器中的每一者中的所述LED的電力。在一些實施例中，校準所述多個模組化LED加熱器中的每一者，且為所述多個模組化LED加熱器中的每一者產生功率輸出圖，並且所述電力控制器使用所述功率輸出圖來控制供應到所述多個模組化LED加熱器中的每一者的所述電力。在某些其他實施例中，為每一模組化LED加熱器產生多個功率輸出圖，且所述電力控制器使用所述模組化LED加熱器的溫度及所述功率輸出圖來控制供應到每一模組化LED加熱器的所述電力。
100:模組化LED加熱器
110、110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g:基座
111:前表面
112:底表面
113:側壁
115、525:垂直通道
120:管道端口
121、550:導管
125:配合凹陷端口/凹陷端口
130:對齊銷
135:對齊狹槽
140、180:螺釘通道
145:螺紋孔
150:夾緊螺釘
160a:第一螺釘固持器/螺釘固持器
160b:第二螺釘固持器/螺釘固持器
170a:銷/第一銷
170b:銷/第二銷
190:楔形夾具
200、500:LED陣列
300、520:印刷電路板
310:LED
320:電力饋通件
400、570:柔性電路
410、580:電力連接器
510a:第一集管/集管
510b:第二集管/集管
530:外部管道端口
540:內部端口
560:螺釘
600:處理室
610:工件
620:工件支撐件
650:冷卻系統
651:冷卻劑流體源
652:冷卻劑流體彙集器
653:外部冷卻器
670:電力控制器
為更好地理解本發明，參照圖式，所述圖式併入本文供參考且在圖式中：圖1A至圖1B示出可用於形成模組化LED加熱器的基座的第一實施例。
圖2示出由多個圖1A所示基座構造成的LED陣列。
圖3A示出夾具。
圖3B示出使用圖3A所示夾具的基座的第二實施例。
圖4示出由多個圖3B所示基座構造成的LED陣列。
圖5A至圖5B示出使用圖1A所示基座形成的模組化LED加熱器的視圖。
圖6示出使用圖3B所示基座形成的模組化LED加熱器。
圖7示出具有柔性電路的LED陣列。
圖8A至圖8B示出具有集管的LED陣列。
圖8C示出用於形成集管的基座。
圖9示出與圖8A所示LED陣列一起使用的柔性電路。
圖10示出使用圖8A所示LED陣列的處理室。
如上所述，使用大型LED陣列來對例如矽晶圓等工件進行加熱。LED陣列的熱均勻性是一項目標，因為熱均勻性的差異可影響半導體處理良率。
為了克服上述問題，本公開將LED陣列劃分成多個模組化LED加熱器。這些模組化LED加熱器中的每一者是獨立製作及測試的。此外，這些模組化LED加熱器中的每一者具有其各自的電性連接件。模組化LED加熱器還包括管道連接件，以使得每一模組化LED加熱器能夠由流體(例如冷卻水)冷卻。
圖1A示出根據一個實施例的模組化LED加熱器的基座110的一個實施例的第一視圖。圖1B示出從基座110後面觀看的同一實施例。基座110可為適合於嵌套的任何形狀。例如，可使用例如矩形、六邊形、八邊形等形狀。在圖1中，示出六邊形形狀。因此，在此實施例中，基座110具有前表面111、底表面112及六個側壁113。當然，其他形狀可具有不同數目的側壁。基座 110包括穿過基座內部的一個或多個導管121。例如，基座110可具有從側壁113之一向外延伸出的管道端口120。此管道端口120用於使冷卻劑流體穿過基座110中的導管121。在基座的一相對側壁上，包括配合凹陷端口125(如圖1B所示)。管道端口120及配合凹陷端口125被配置成使得當兩個基座110彼此相鄰設置時，一個基座110的管道端口120與相鄰基座110的配合凹陷端口125對齊，使得管道端口120進入凹陷端口，從而形成不透流體的連接。可例如使用單觸式接頭或孔口密封件來形成此種不透流體的連接。
在某些實施例中，包括管道端口120的側壁113還可包括一個或多個對齊銷130。在包含配合凹陷端口125的側壁113上可設置有對應的對齊狹槽135。當然，對齊銷130可設置在具有凹陷端口125的側壁113上，而對齊狹槽位於具有管道端口120的側壁113上。
另外，可存在從前表面111穿通到底表面112的一個或多個垂直通道115。這些垂直通道115可用於將電信號(例如電力及地)傳遞到設置在基座的前表面111上的印刷電路板，如下文更詳細闡述。
通過包括管道端口120及凹陷端口125，可將多個基座110以串聯方式佈置，使得冷卻劑流體流過幾個基座110的導管121。使用此種技術，可減少通向LED陣列的管道管材及連接件的數目。如圖1A至圖1B所示，在一個實施例中，導管121可以 蛇形圖案流過基座110的內部。當然，也可存在其他形狀。在某些實施例中，導管121具有介於0.1英寸與0.5英寸之間的直徑。冷卻劑流體可為水或者另一種冷卻液體或氣體。
如上所述，基座110被設計成支持相鄰基座的嵌套，使得來自一個基座110的管道連接件附接到相鄰的基座。因此，僅在多個經互連的基座的兩端處使用外部管道附件。例如，圖2示出由多個基座110構造成的LED陣列200。在此實施例中，各模組化LED加熱器100在尺寸及形狀上是相同的。當然，可使用不同尺寸及/或形狀的模組化LED加熱器100來形成LED陣列200。
在圖2所示實施例中，界定了三個流體路徑。一個流體路徑是穿過基座110a、110b。第二流體路徑是穿過基座110c、110d、110e。第三流體路徑是穿過基座110f、110g。因此，在此實施例中，存在利用外部連接件的三個管道端口120及三個配合凹陷端口125。
在一個實施例中，這三個流體流是並聯的。換句話說，存在與基座110a、110c、110f的管道端口連接的冷卻劑流體源，使得所述冷卻劑流體源直接向這些流體流中的每一者提供冷卻劑。在此實施例中，流體彙集器(fluid sink)附接到基座110b、110e、110g的凹陷端口。
在又一實施例中，各流體路徑可被連接以形成單個流體流。例如，第一外部連接器可用於連接基座110b的凹陷端口與基座110e的凹陷端口。第二外部連接器可用於連接基座110c的管道 端口120與基座110f的管道端口120。在此實施例中，僅使用一個流體彙集器，且其連接到基座110g的凹陷端口。在此實施例中，各基座110可被佈置成使得不同流體流的管道端口120以交替的方式進行定向。這樣一來，基座110b的凹陷端口將連接到基座110e的管道端口120。
存在可用於將各基座110連接在一起的各種機制。圖1A至圖1B及圖2示出第一實施例。在此實施例中，在一個或多個側壁113中形成有螺釘通道140。在某些實施例中，螺釘通道140設置在多個側壁113中。為此，螺釘通道140可設置在不同的高度處。例如，圖1B示出在兩個相鄰側壁113上設置在不同高度處的兩個螺釘通道140。每一基座110中的螺釘通道140可為半圓形通道，其中在相鄰的基座110上設置有配合的半圓形螺釘通道140。例如，參照圖2，基座110d及110f可各自包括處於相同高度的螺釘通道140，使得當基座被彼此相鄰放置時，存在可使夾緊螺釘150從中穿過的中空圓柱體。螺釘通道140的一端可包括較大半徑，以容納夾緊螺釘150的頭部。例如，圖2示出設置在多個螺釘通道140中的夾緊螺釘150。基座110還可包括一個或多個螺紋孔145。夾緊螺釘150中的每一者的遠端旋擰到對應的螺紋孔145中。這可在圖2所示基座110f上看出。
圖3A至圖3B示出可用於將各基座110附接在一起以形成陣列的基座110的另一實施例。在此實施例中，如圖3A所示，每一夾緊螺釘150存在第一螺釘固持器160a及第二螺釘固持器 160b。第一螺釘固持器160a具有空隙孔，而第二螺釘固持器160b具有螺紋孔。因此，夾緊螺釘150能夠穿過第一螺釘固持器160a並旋擰到第二螺釘固持器160b中。隨著夾緊螺釘150被擰緊，兩個螺釘固持器被拉到一起。
圖3B示出可採用圖3A所示螺釘固持器的基座110的一個實施例。在此實施例中，兩個銷170a、170b垂直設置在螺釘通道180中。螺釘通道180的尺寸使得第一螺釘固持器160a可安裝在螺釘通道180中第一銷170a的前面。類似地，螺釘通道180的尺寸使得第二螺釘固持器160b可安裝在螺釘通道180中第二銷170b的後面。相鄰的基座110具有相同的配置。螺釘固持器160a、160b各自包括突出部，所述突出部被配置成延伸到相應的銷與基座110之間的間隙中。在某些實施例中，螺釘固持器160a、160b可具有“C”或“V”形狀。
因此，為了進行組裝，將第二螺釘固持器160b在一個基座110的第二銷170b後面插入到螺釘通道180中。然後，使第二基座鄰近於第一基座，使得第二螺釘固持器160b也在第二基座的第二銷170b的後面。然後，將第一螺釘固持器160a滑入螺釘通道180中。然後，將夾緊螺釘150穿過第一螺釘固持器160a插入到第二螺釘固持器160b中。當夾緊螺釘150被擰緊時，第一螺釘固持器160a及第二螺釘固持器160b上的突出部被壓靠在其各自的銷170上，從而形成楔形夾具。
在其他實施例中，側壁113可形成為具有凹槽，螺釘固 持器的突出部被壓靠在所述凹槽上，以將楔形夾具鎖定在適當位置。
圖4示出使用楔形夾具190連接的多個基座110。如上所述，楔形夾具190包括多個螺釘固持器160a、160b及夾緊螺釘150。螺釘通道180還被配置成確保螺釘固持器160a、160b具有可被夾緊到的表面。在某些實施例中，如上所述，銷170a、170b可設置在螺釘通道180中，以提供此種表面。在其他實施例中，螺釘通道180可形成為具有此種表面。
圖1至圖4示出相鄰基座110之間的機械互連件，所述機械互連件允許流體穿過多個基座110且還允許基座110被接合以形成陣列。
圖5A示出圖1A所示模組化LED加熱器100，其中在基座110的前表面111上設置有印刷電路板300。圖5B是圖5A所示模組化LED加熱器100的剖視圖。
在某些實施例中，印刷電路板300是金屬包覆型印刷電路板。金屬包覆型印刷電路板具有設置在介電層的前側上的導電跡線。金屬層結合到介電層的背側。因此，在介電層的背側上可不設置有導電跡線。在此實施例中，印刷電路板300的背側是例如鋁或銅等金屬。在某些實施例中，印刷電路板300的背表面可使用熔點比印刷電路板300上的連接件所用焊料低的焊料焊接到基座110的前表面111。作為另一選擇，可在印刷電路板300與基座110的前表面111之間設置熱膏。在此實施例中，導管121的 頂側是印刷電路板300的背表面，這為冷卻劑流體提供了極好的熱路徑。換句話說，印刷電路板300的背表面用作導管121的壁之一。在其他實施例中，導管121可嵌置在基座110中。
在另一實施例中，基座110的前表面111可包括螺紋孔。這樣一來，印刷電路板300可例如通過使用附接到基座110的前表面111中螺紋孔的螺釘而被緊固到基座110。這可在印刷電路板300與基座110之間提供導熱性。可通過在印刷電路板的背表面與基座110的前表面之間引入熱膏或粘合劑來進一步改善導熱性。
在印刷電路板300的前表面上設置有多個LED 310。在某些實施例中，每一印刷電路板300可具有250至1000個LED 310，但LED的數目不受本公開限制。在某些實施例中，每一LED 310可為高功率LED，其發射易於被工件吸收的一種波長或多種波長的光。例如，矽在約0.4μm與1.0μm之間的波長範圍內展現出高吸收率及低透射率。矽吸收在0.5μm至1.0μm的波長範圍內發射的能量的多於50%。可使用在此波長範圍內發射光的LED。在某些實施例中，採用由GaN製成的LED。這些GaN LED發射波長為約450nm的光。在某些實施例中，採用GaP LED，其發射波長在610nm與760nm之間的光。
LED 310的尺寸可變化。在某些實施例中，每一LED 310可為1.3mm×1.7mm。在另一實施例中，每一LED 310可為1mm×1mm。當然，在本公開的範圍內也具有其他尺寸的LED。LED可為傳統的封裝式管芯、裸管芯或倒裝芯片管芯。
每一LED 310可消耗高達3W。因此，具有500個LED 310的印刷電路板300可消耗1.5kW。
在某些實施例中，LED 310可被佈置成矩形圖案，使得存在各自具有多個LED 310的數個行。除由電力饋通件引起的偏差外，給定行中任何兩個相鄰LED之間的間距可相等。另外，可存在多個列，其中每一列是一行LED 310。任何兩個相鄰列之間的間距也可相等。由於基座110可為六邊形的，因此每一行中LED 310的數目可不相等，如在圖1中可看出。
在某些實施例中，所有LED 310均連接到公共電源。這樣一來，穿過每一LED 310的電流相等。在其他實施例中，LED 310可被分成多個區，其中每一區連接到各自的電源。這樣一來，穿過不同區中的LED的電流可能不同，從而使得各區之間的照射存在差異。例如，較靠近側壁113的LED 310可位於第一區中，而較靠近印刷電路板300中心的LED 310可位於第二區中。區的數目及配置不受本公開限制。
如上所述，印刷電路板300可為金屬包覆型印刷電路板，其中印刷電路板的底表面是金屬。因此，為了電連接到介電層的前表面上的跡線，在印刷電路板300的頂表面上設置有電力饋通件320。換句話說，在印刷電路板300中可存在孔，所述孔允許導線或其他導管穿通到印刷電路板300的頂表面。每一印刷電路板300的電力饋通件320可包括公共接地饋通件及一個或多個電壓饋通件，印刷電路板300中的每一區一個電壓饋通件。如圖5B所 示，電力饋通件320從印刷電路板300穿過垂直通道115到達基座110的底表面112。
圖6示出圖3B所示基座110，其中印刷電路板300設置在基座110的頂表面上。
圖7示出模組化LED加熱器100陣列的底表面(即，與LED 310相對的一側)。柔性電路400可用於連接到電力連接器410，並將這些信號路由到多個模組化LED加熱器100的背表面。柔性電路400可具有凹式插口，以連接到每一模組化LED加熱器100中的電力饋通件320。柔性電路是具有多個跡線的薄介電材料，所述多個跡線用於將電力饋通件320連接到電力連接器410。在某些實施例中，柔性電路是柔性的，且可彎曲。
因此，可通過將多個模組化LED加熱器100組裝成多個行來形成LED陣列，其中每一行具有一個或多個模組化LED加熱器100。如上所述，在一行中相鄰的模組化LED加熱器100之間自動進行管道連接，且經由柔性電路400單獨地與每一模組化LED加熱器100進行電連接。如下所述，向每一模組化LED加熱器100獨立供應電力的能力具有額外的益處。
如上所述，每一模組化LED加熱器100具有電力饋通件320。換句話說，每一模組化LED加熱器100可與每一其他模組化LED加熱器100獨立地以某一功率電平被供電。例如，靠近LED陣列200外邊緣的模組化LED加熱器100可以比靠近LED陣列200中心的模組化LED加熱器100高的功率電平被供電。當然， 施加到每一模組化LED加熱器100的功率電平是實施方案決策，且不受本公開限制。
模組化LED加熱器100嵌套在一起，並提供有效的堆裝密度，當被正確微調時，所述堆裝密度在基板中提供均勻的熱響應。模組化LED加熱器100還提供一種應對與大批量LED生產相關聯的固有公差的方法。給定批次中的典型管芯的光輸出可變化+/-2%。設計具有數千個管芯且提供均勻光輸出的大型LED加熱器是相當麻煩的。可在積分球中校準各自具有幾百個管芯的模組化LED加熱器100。將每一模組化LED加熱器100放置在積分球中，且產生功率輸出圖，在所述功率輸出圖中，測繪輸出功率與輸入功率以及基板溫度的關係。在某些實施例中，一些模組化LED加熱器還可包括可選的熱敏電阻或電阻溫度檢測器(Resistance Temperature Detector，RTD)，以監測基板溫度。因此，在一些實施例中，為每一模組化LED加熱器形成多個功率輸出圖，其中每一功率輸出圖是在不同的基板溫度下產生。每一模組化LED加熱器100的功率輸出圖可被加載到控制軟件中，以便可為整個LED陣列200提供均勻的功率輸出。
例如，控制軟件可用於控制模組化LED加熱器100中的每一者的輸入功率。控制軟件可知曉每一模組化LED加熱器100的位置及其各自的功率輸出圖。在一個實施例中，控制軟件然後可提供每一模組化LED加熱器100的輸入功率，使得LED陣列200中每一模組化LED加熱器100的輸出功率相同。在另一實施 例中，控制軟件然後可提供每一模組化LED加熱器100的輸入功率，使得LED陣列200的輸出功率滿足某一預定義模式。
在一個實施例中，可使用未被分級(bin)的現成管芯。在此種情況中，在積分球中校準將在LED陣列200中使用的每一模組化LED加熱器100。此種校準每一模組化LED加熱器100的技術也有助於LED陣列200的維修。例如，如果模組化LED加熱器100出故障或開始出故障，可簡單地更換模組化LED加熱器100，而不是更換整個LED陣列200。當更換一個模組化LED加熱器100時，所述模組化LED加熱器100的功率輸出圖也被更換。此種過程可確保整個LED陣列200的光輸出保持均勻。
在某些實施例中，LED陣列200由相同的模組化LED加熱器100構成。然而，也可存在其他實施例。例如，在某些實施例中，LED陣列200中的某些模組化LED加熱器100中LED 310的密度可小於其他模組化LED加熱器100。例如，形成LED陣列200中心的模組化LED加熱器100可具有比靠近LED陣列200的外邊緣設置的模組化LED加熱器100低的LED密度。
在某些實施例中，可期望形成具有不能使用多個模組化LED加熱器100而形成的形狀的LED陣列200。此外，可期望將管道連接件的數目最小化。
因此，在某些實施例中，可採用第一集管及第二集管。圖8A示出包括第一集管510a及第二集管510b的LED陣列500的前表面。圖8B示出未安裝印刷電路板的LED陣列500。如圖 8B中最佳所見，LED陣列500包括五個流體路徑，其中每一流體路徑包括可變數目的模組化LED加熱器100。例如，在圖8A至圖8B中，在中心流體路徑中存在3個模組化LED加熱器100；在中心流體路徑的每一側上的流體路徑中存在2個模組化LED加熱器100；且在最外流體路徑中存在一個模組化LED加熱器100。
如在圖8A至圖8B中可看出，集管510a、510b位於流體路徑的前部及後部。此外，集管510a、510b的形狀使得其與模組化LED加熱器100無縫互連。另外，集管510a、510b還可包括具有LED 310及電力饋通件320的印刷電路板520，類似於上述印刷電路板300。用於集管510a、510b的印刷電路板520與用於模組化LED加熱器100的印刷電路板300之間的差異可為形狀。
圖8B示出集管510a、510b的基座及多個其他基座110。圖8C示出集管510b的基座。可看出，第一集管510a具有外部管道端口530及一個或多個內部端口540。當多個模組化LED加熱器100被佈置為陣列時，這些內部端口540被配置成與所述模組化LED加熱器的管道端口120或配合凹陷端口125對齊。換句話說，第一集管510a具有一個外部管道端口530及多個內部端口540，其中內部端口540的數目可等於LED陣列500中流體路徑的數目。第一集管510a還具有與外部管道端口530及內部端口540連通的導管550，以允許冷卻劑流體流過第一集管510a並到達模組化LED加熱器100。因此，第一集管510a包括導管550，以將冷卻劑流體從外部管道端口530供應到LED陣列500中流體路徑 中的每一者。
螺釘560或其他緊固件可用於將第一集管510a機械耦合到LED陣列500中的最外模組化LED加熱器100。另外，可存在從前表面穿通到底表面的一個或多個垂直通道525。這些垂直通道525可用於將電信號(例如電力及地)傳遞到設置在集管的基座的前表面上的印刷電路板。
第二集管510b幾乎與第一集管510a相同，但可具有不同的管道連接件。例如，第一集管510a可為作為內部端口540的凸式連接器，而第二集管510b可為凹式連接器。類似地，第一集管510a的外部管道端口530可為凸式連接器，且第二集管510b的外部管道端口530可為凹式連接器。第二集管510b包括與LED陣列500中的流體路徑中的每一者連通的導管，以從每一流體路徑接收冷卻劑流體，並將所述冷卻劑流體路由到外部管道端口530。
另外，當集管510a、510b用於形成LED陣列500時，柔性電路可被修改成容納集管510a、510b的電力饋通件。圖9示出具有電力連接器580的此種柔性電路570。柔性電路570具有通向每一模組化LED加熱器100及每一集管510a、510b的連接件。
圖10示出使用LED陣列500的加熱系統。加熱系統包括可用於處理工件610的處理室600。在某些實施例中，處理室600專門用於加熱工件610。在其他實施例中，也可在處理室600中執行另一半導體工藝，例如植入。
包括多個模組化LED加熱器100的LED陣列500可設置在處理室600內。如圖8A至8C所示，LED陣列500還可包括第一集管510a及第二集管510b。工件610可由工件支撐件620支撐。此工件支撐件620可為可移動的。例如，工件支撐件620可用於將工件610從真空裝載鎖(load lock)或其他端口運輸到其處理位置。在其他實施例中，工件支撐件620可能夠垂直移動。在某些實施例中，工件支撐件620可為靜止的。
LED陣列500可設置在處理室600的頂表面上或頂表面附近。在一些實施例中，LED陣列500可附裝到處理室600的頂表面。在其他實施例中，可以不同的方式支撐LED陣列500。
設置在處理室600之外的是冷卻系統650，其包括冷卻劑流體源651及冷卻劑流體彙集器652。在某些實施例中，冷卻系統包括外部冷卻器653或熱量交換器，以從自LED陣列500排出的冷卻劑流體移除熱量。自外部冷卻器653排出的冷卻劑然後可穿過LED陣列500再循環。
靠近處理室600的頂表面還設置有電力控制器670。電力控制器670包括處理單元及存儲器裝置，其中所述存儲器裝置包含包括上述控制軟件的指令。電力控制器670包括多個電力供應器，每一電力供應器適於連接到柔性電路570的電力連接器580。可使用前面所述的功率圖來確定供應到每一模組化LED加熱器100及每一集管510a、510b的電力。
本發明系統具有許多優點。首先，如上所述，當前的LED 陣列包含多達8,000個LED。所有8,000個LED均正確地發揮功能且被恰當焊接的可能性相當小。通常，至少有1%的LED是不發揮功能的。因此，可將這些陣列返工以實現熱均勻性。此外，由於所有的LED均位於單個陣列上，因此不可能僅校準這些LED的一部分來確保熱均勻性。因此，難以實現熱均勻性。對比之下，本發明系統公開一種由多個模組化LED加熱器構成的LED陣列，所述多個模組化LED加熱器被設計成嵌套在一起、鎖定在一起並共用管道連接件。這些模組化LED加熱器可被單獨測試及表徵，以使得每一模組化LED加熱器的輸入功率可針對所述加熱器被定制。這實現更好的均勻性。此外，如果模組化LED加熱器之一出故障，則更換那個模組化LED加熱器，而LED陣列中的其餘模組化LED加熱器保持在原位。這降低了修理及返工的成本。
本發明的範圍不受本文所述的具體實施例限制。實際上，通過閱讀以上說明及圖式，除本文所述實施例及潤飾外，本發明的其他各種實施例及對本發明的各種潤飾也將對所屬領域中的普通技術人員來說顯而易見。因此，這些其他實施例及潤飾均旨在落於本發明的範圍內。此外，儘管本文中已出於特定目的而在特定環境中的特定實作方式的上下文中闡述了本發明，然而所屬領域中的普通技術人員將認識到，本發明的適用性並不僅限於此且本發明可出於任意數目的目的而在任意數目的環境中有利地實作。因此，所附的發明申請專利範圍應慮及本文所闡述的本發明的全部廣度及精神來加以解釋。
110:基座
120:管道端口
150:夾緊螺釘
160a:第一螺釘固持器/螺釘固持器
160b:第二螺釘固持器/螺釘固持器
190:楔形夾具
200:LED陣列

Claims (15)

  1. 一種模組化發光二極體加熱器，包括：基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及凹陷端口連通，其中所述管道端口適於進入相鄰的模組化發光二極體加熱器的所述凹陷端口；印刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個發光二極體；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述發光二極體供應電力。
  2. 如請求項1所述的模組化發光二極體加熱器，其中所述印刷電路板包括金屬包覆型印刷電路板。
  3. 如請求項2所述的模組化發光二極體加熱器，其中所述導管的頂側是所述金屬包覆型印刷電路板的底表面。
  4. 如請求項1所述的模組化發光二極體加熱器，還包括柔性電路，所述柔性電路設置在所述基座的背表面上並與所述電力饋通件電連通。
  5. 如請求項1所述的模組化發光二極體加熱器，其中在所述基座的至少一個側壁上設置有楔形夾具，以將所述模組化發光二極體加熱器鎖定到相鄰的另一模組化發光二極體加熱器。
  6. 如請求項5所述的模組化發光二極體加熱器，其中所述至少一個側壁包括螺釘通道，且所述楔形夾具包括：第一螺釘固持器，具有突出部及貫通孔； 第二螺釘固持器，具有突出部及螺紋孔；以及螺釘，穿過所述第一螺釘固持器並旋擰到所述第二螺釘固持器中，其中擰緊所述螺釘會鎖定所述楔形夾具。
  7. 如請求項6所述的模組化發光二極體加熱器，還包括設置在所述螺釘通道中的垂直銷，其中擰緊所述螺釘會將所述第一螺釘固持器的所述突出部及所述第二螺釘固持器的所述突出部壓靠在所述垂直銷上，以鎖定所述楔形夾具。
  8. 一種發光二極體陣列，包括：多個模組化發光二極體加熱器，被嵌套在一起，其中所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者包括：基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及凹陷端口連通；印刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個發光二極體；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述發光二極體供應電力；其中所述多個模組化發光二極體加熱器中的模組化發光二極體加熱器的所述管道端口進入相鄰的模組化發光二極體加熱器的所述凹陷端口並形成不透流體的密封，其中所述模組化發光二極體加熱器及所述相鄰的模組化發光二極體加熱器形成流體路徑。
  9. 如請求項8所述的發光二極體陣列，其中所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者包括設置在所述基座的至少一 個側壁上的楔形夾具，以將所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者鎖定到相鄰的模組化發光二極體加熱器。
  10. 如請求項8所述的發光二極體陣列，還包括設置在所述發光二極體陣列的後表面上的柔性電路，其中所述電力饋通件中的每一者與所述柔性電路連通。
  11. 如請求項8所述的發光二極體陣列，其中所述發光二極體陣列包括多個流體路徑，所述多個流體路徑中的每一者包括使冷卻劑流體從中穿過的至少一個模組化發光二極體加熱器，且所述發光二極體陣列還包括第一集管及第二集管，其中所述第一集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述第一集管的所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以向所述多個流體路徑中的每一者供應冷卻劑流體，並且其中所述第二集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述第二集管的所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以從所述多個流體路徑中的每一者接收冷卻劑流體。
  12. 一種處理室，包括：工件支撐件，用以固持工件；發光二極體陣列，設置在所述處理室中，所述發光二極體陣列包括：多個模組化發光二極體加熱器；其中所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者包括： 基座，具有用於使冷卻劑流體從中穿過的導管，所述導管與管道端口及凹陷端口連通，其中所述多個模組化發光二極體加熱器中的模組化發光二極體加熱器的所述管道端口進入相鄰的模組化發光二極體加熱器的所述凹陷端口並形成不透流體的密封，其中所述模組化發光二極體加熱器及所述相鄰的模組化發光二極體加熱器形成流體路徑；印刷電路板，設置在所述基座的前表面上，包括多個發光二極體；以及電力饋通件，穿過所述基座並與所述印刷電路板連通，以向所述發光二極體供應電力；以及冷卻器，與每一所述流體路徑連通，以在所述冷卻劑流體自所述發光二極體陣列排出時從所述冷卻劑流體移除熱量並使所述冷卻劑流體再循環。
  13. 如請求項12所述的處理室，其中所述發光二極體陣列還包括：第一集管，其中所述第一集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述第一集管的所述外部管道端口與所述冷卻器連通，且所述第一集管的所述多個內部端口中的每一者與多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以向所述多個流體路徑中的每一者供應冷卻劑流體；以及第二集管，其中所述第二集管包括外部管道端口及多個內部端口，其中所述第二集管的所述外部管道端口與所述冷卻器連 通，且所述第二集管的所述多個內部端口中的每一者與所述多個流體路徑中相應的一個流體路徑連通，以從所述多個流體路徑中的每一者接收冷卻劑流體。
  14. 如請求項12所述的處理室，還包括與所述電力饋通件中的每一者電連通的柔性電路及與所述柔性電路電連通的電力控制器，其中所述電力控制器控制供應到所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者中的所述發光二極體的電力。
  15. 如請求項14所述的處理室，其中校準所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者，且為所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者產生功率輸出圖，並且所述電力控制器使用所述功率輸出圖來控制供應到所述多個模組化發光二極體加熱器中的每一者的所述電力。
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