借助表面发射半导体装置的数字热注入的制作方法_4

文档序号:8549847阅读:来源:国知局
00包含控制模块510以及阵列520及透镜布置525 (如果有必要)。阵列520可采取本文中所预期的形式中的任一者且辐照台架区530以形成辐照或目标区540。
[0081]应了解,控制模块510可采取多种形式,包含用以控制电流控制电源的智能控制器的形式,所述电流控制电源控制到表面发射装置的电流。应了解,所述控制模块可包含或控制用以向表面发射装置供应电流的构件或机构或系统。所述智能控制器可为可编程逻辑控制器、基于微处理器的控制板、计算机控制系统或嵌入式逻辑控制器。所述智能控制器具有选择性地控制来自至少两种不同装置类型的辐照的能力。所述智能控制器具有单独地控制来自至少一个窄带辐射发射装置的辐射的能力,其中所述装置经配置以向目标上的一个以上辐照区中辐照。因此,在许多形式中,控制模块510具有控制向目标的特定区域辐照多少所积累能量的能力。
[0082]阵列520可采取多种形式。然而,在至少一种形式中,所述阵列包括至少一个基于半导体的窄带辐射发射装置元件,其中所述至少一个窄带辐射发射装置操作以在匹配目标的所期望吸收特性的辐射热输出窄波长带下发射辐射且为安装式表面发射激光二极管装置。在至少一种形式中,所述装置经配置以在对应于一或多个目标的不同吸收特性的变化波长下辐照。所述至少一个窄带辐射发射装置可安装到例如电路板及/或冷却衬底的安装实体,以便相对于所述安装实体的最大平面大体正交地引导来自所述至少一个窄带辐射发射装置的辐照型式的中心轴。安装布置可经配置以定位所述至少一个窄带辐射发射二极管装置,以便将来自所述至少一个窄带辐射发射二极管装置的辐照引导到辐照区中的目标。而且,所述至少一个基于半导体的窄带辐射发射装置元件形成为一个以上表面发射激光二极管装置的阵列。在一种形式中,所述阵列包括表面发射激光二极管装置的X X Y矩阵--其中X及Y两者均大于一(I)。在一种形式中,所述阵列呈一个以上表面发射激光二极管装置的经工程设计阵列的形式,以便已在考虑所述激光二极管装置的组合的辐照输出型式的情况下确定相对几何位置以提供对待辐照的既定目标的较佳辐照。在至少一种形式中,在所述阵列中包含至少两种不同装置类型的装置,所述装置类型由以下各项中的至少一者界定:产生不同波长、由不同晶片衬底化学品制造、具有不同物理大小及不同功率输出。至少两种不同装置类型的阵列的特征可在于为三种或三种以上不同装置类型。在至少一种形式中,所述阵列中所包含的所述不同装置类型可产生至少两种不同波长,所述波长的中心彼此相距在10nm内或彼此相距150nm以上。
[0083]而且,应了解,根据本发明用于产生与目标相关联的辐射能量的辐照阵列包含半导体辐照阵列,其中装置不与其上安装所述阵列的板的任何边缘齐平地安装。在一种形式中,所述安装板配置为高热传导衬底,所述高热传导衬底具有用以传导热的至少一个层及用以传导供电电流的一个层。所述阵列由表面发射半导体激光装置构成,其中所述装置阵列的光学光子输出的轴实质上垂直于所述安装衬底的大平面。在一种形式中,所述安装板还经配置以热耦合到以下各项中的至少一者:水套冷却系统、热辐射鳍片布置、状态改变冷却器、经压缩介质冷却器及热电冷却器。
[0084]另外,所述装置可以多种方式定位于衬底上。举例来说,可提供若干装置行及列,其中所述装置全部以同一方式定向,即,所有装置的长度(或宽度)方向为平行的。行或列还可经偏移(如在图3(b)中)。此外,行及/或列中的交替装置可旋转(举例来说)90°,使得相邻装置的长度(或宽度)方向彼此正交。在至少一个应用中,交替装置的此旋转允许较均一的辐照场。
[0085]而且,所述阵列可形成于电路板或冷却衬底上,以便可在其上形成任何数目个表面发射装置。实例性阵列上将具有八(8)个表面发射装置。而且,所述阵列可为作为一单元在晶片级上制造的多个装置的集成芯片阵列。
[0086]关于如上文所提及的任选透镜布置525,将了解此透镜处理布置可采取多种形式,但在至少一种形式中,其为与相对于激光二极管应用已知的布置相比时经简化的透镜处理布置。就此来说,装置的表面发射性质允许发射表面正对着目标区,也就是说,发射正交于安装衬底的平面。此减少对复杂光学器件系统的需要。因此,在许多情况下,放置于装置前面的简单圆柱形透镜(举例来说)将足以用于透镜处理应用。就此来说,可实施用于多个装置的单个圆柱形透镜或用于每一装置的单独透镜。而且,由于表面发射装置通常具有较大的小面面积及较小的功率密度,因此可实施较不昂贵的透镜布置及材料。这些优点在其中在精确波长下发射的大的表面积为令人满意的DHI应用中成为合意的。在激光应用中通常为所期望的高能量密度在DHI应用中并非必需的。
[0087]当然,虽然可能有多种配置,但在一种形式中,出于改进其中辐照到达既定目标的点处的辐照型式的目的而在阵列与目标之间叠置透镜处理布置或反射器布置中的一者。在其它形式中,表面发射激光二极管装置的几何布置经布置使得辐照输出型式不需要在激光二极管装置与辐照目标之间叠置任何折射、衍射或反射装置。
[0088]台架区530及辐照或目标区540还可采取多种形式。在一种形式中,所述台架区包含用以将目标移动到待辐照的区540中的传送器或旋转盘。台架区530还可为固定板或其它支撑元件。在一些形式中,所述台架区可为固定的,但所述阵列(及透镜,如果包含的话)相对于目标移动。当然,配置随应用而变。
[0089]所属领域的技术人员将了解,图3的系统500可采取多种形式及实施方案。举例来说,系统500可采取用于在吹塑模制过程期间加热预成型塑料瓶的系统的形式。在另一形式中,系统500可定位于用于烘焙各种类型的食品物项的炉中。
[0090]就此来说,参考图3(b)及3 (C),图解说明图3 (a)的装置的实施方案的实例。应了解,图3(b)及3 (c)中所图解说明的装置或系统本质上仅为示范性且可采取多种其它形式。如上文所提及,图3 (c)中展示目标535。此目标可采取多种形式,包含塑料预成型瓶或例如匹萨的食品物项的形式。还应了解,目标物件的变化可需要所述系统的在研宄本发明之后应即刻明了的变化(举例来说,传送系统或台架区的改变)。
[0091]更具体来说,图3(b)图解说明阵列520的实例性形式。如图所示,阵列520具有其上所揭示的多个表面发射装置522。每一表面发射装置包含一发射表面或区,例如524处所示的发射表面或区。图3(b)中所示的阵列520图解说明可在电路板上实现实质发射表面以朝向物件发射辐射。如图所示,阵列520将允许朝向沿垂直于装置522中的每一者的长侧的方向行进的目标发射均一输出。将以多种方式布置或控制例如装置522的装置。举例来说,如图所示布置成若干列的两个或三个装置的每一集合可被视为单独的发射区且作为单独的发射区加以控制。在其它实施例中,区控制可并非是优先的,然而,配置及冷却的效率可决定型式。如上文所提及,由于例如522的装置可布置于电路板或冷却衬底上以沿垂直于发射表面的方向输出能量,因此获得经改进的性能。这些改进不可使用边缘发射激光二极管获得,如依据本文中的揭示内容应明了。
[0092]现在参考图3(c),展示阵列520呈发射表面借以朝向驻存于台架区530上加热区540内的物件535发射辐射的定向。出于此图解说明的目的,应注意,物件535的行进方向进入/离开页面,如点所指示。结合阵列520,还展示透镜或透镜布置525。透镜525可采取多种配置。然而,表面发射装置的使用允许透镜处理装置525呈现相对简单且低廉的配置。就此来说,所述透镜可为形成为经定大小以有利地散布从阵列520发射的能量的条的简单圆柱形透镜。应了解,透镜布置525仅为用于任何给定应用的任选特征。还应了解,透镜525距所述阵列的表面的相对位置可决定在输出或目标535处经历的型式。举例来说,此型式依据透镜阵列520上的装置522的布置而变。所属领域的技术人员将了解透镜可视需要而散布能量及聚焦能量的方式。在任一情况下,表面发射装置的使用都允许透镜的使用及配置的较大灵活性,因为表面发射装置的较有利的能量散布允许较接近于发射表面来放置透镜布置。此出于至少以下原因而无法使用边缘发射装置来实现:边缘发射装置可产生太多的热且在透镜上或透镜中产生将不有利于恰当性能的热点。
[0093]还展示阵列520具有冷却线路529及冷却鳍片528。冷却装置的布置的简单性图解说明使用表面发射装置借此所述装置沿垂直于发射表面及衬底或安装实体的最大平面的方向发射的又一优点。此允许如本文中所示的简化冷却布置。
[0094]还展示保护屏蔽物526。保护屏蔽物526可采取多种形式。然而,在至少一种形式中,保护屏蔽物526由将在所期望波长下为透明的但还保护阵列免受不期望的磨损的材料制成。
[0095]现在参考图3(d),展示曲线图550。在所述曲线图中,对照横跨目标的至少两个区的距离D用曲线图表示在所述目标处所经历的输出百分比。如图所示,线A图解说明利用表面发射装置的系统。就此来说,线A展示从在一区的边界或边缘处所经历的100%输出到所经历的0%输出的急剧降低。使用边缘发射装置,预期输出B。此为更加平缓倾斜的曲线。此图解说明使用表面发射装置借此输出的至少一个方向经准直一使得不经历平缓倾斜的曲线或高斯下降(例如在线B处所示的下降)的一个优点。就此来说,可预期使用表面发射装置的阵列的输出本质上为更加直线的,而边缘发射装置的辐射输出趋向于更椭圆及高斯的。以此方式,表面发射装置的使用允许对输出的较佳区控制。<此外,将了解,较高数目的较小阵列可用于针对较大阵列进行更精细的区控制,借此期望较大区或较少精确区。
[0096]参考图4,装置100 (或10)可以圆柱形配置并入以加热例如塑料瓶预成型件610的物项。在此形式中,实际实施方案可依据使物项610移动、使阵列100移动或使两者移动的设计者期望而变化。辐照源或目标的移动(通过
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