KR100770853B1

KR100770853B1 - 광 모듈

Info

Publication number: KR100770853B1
Application number: KR1020060012609A
Authority: KR
Inventors: 배유동; 윤인국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-10-26
Also published as: KR20070080987A; US20070183718A1; US7406229B2

Abstract

본 발명에 따른 광 모듈은 광신호를 생성하는 광원과, 상기 광신호를 도파시키는 도파로와, 상기 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기와, 상기 광원의 상면에 위치되며 상기 광원에서 생성된 광신호를 상기 도파로의 측면으로 반사시키는 제1 반사 미러와, 상기 광 검출기의 상면에 위치되며 상기 도파로에서 출사된 광신호를 수직 하향으로 반사시키는 제2 반사 미러와, 상기 제2 반사 미러에서 반사된 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기를 포함한다.

반사, 도파로, 광원

Description

광 모듈{OPTICAL MODULE}

도 1은 종래 광 연결 구조에 적용되는 도파로를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 모듈을 도시한 도면,

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 모듈의 제작 단계를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 모듈을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광 모듈을 도시한 도면,

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 반사 미러의 측면을 도시한 도면,

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 반사 미러의 예를 도시한 도면,

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 광 모듈에 적용 가능한 반사 미러를 도시한 도면.

본 발명은 광도파로 구조의 광 모듈에 관한 것으로서, 특히 광도파로와 전기적 인쇄회로가 집적된 광전 복합 인쇄회로 기판 또는 플렉시블 인쇄회로 기판을 이 용하는 광 모듈에 관한 발명이다.

근래 휴대용 단말기가 고기능화, 복합화됨에 따라서 화상 데이터의 전송과 같은 단거리의 고속 데이터 전송을 저전력 소형화된 구조로 이룰 수 있는 기술의 요구가 증대되고 있다. 또한, 전기적 연결시 발생하는 전자파 간섭 및 배선 공간의 확보 문제를 해결하기 위해서 송수신 모듈을 광 연결시키는 구조가 제안되고 있다.

상술한 광 연결 구조는 저전력, 저가, 고속 전송의 특성을 확보하기 위해서 수직 발광 방식의 면 발광 레이저(VCSEL)와, 수직 수광 방식의 광검출기를 통상적으로 사용하고 있다. 상술한 수직 발광 또는 수광 방식의 능동형 광 소자들은 도파로와 수평 구조로 연결되고 있다.

도 1은 종래의 광 연결 구조에 적용되는 도파로를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광 연결 구조용 도파로(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 순차적으로 적층된 하부 클래드(121a), 코어(122), 상부 클래드(121b)로 구성되며, 상기 상부 클래드(121b) 상의 일 단부에 광 검출기(130)와 같은 수광 소자가 안착된다. 상기 상부 클래드(121b) 상의 일 단부에는 상기 광 검출기(130) 이외에도 광원 또는 다양한 형태의 광 소자 등이 안착 될 수 있다.

상기 광 검출기(130)가 안착된 도파로(100)의 하부는 상기 코어(122) 내부를 진행하는 광신호를 상기 광 검출기의 수광면으로 반사시키기 위한 홈이 형성되며, 상기 홈은 상기 광신호 진행 방향에 대해서 수직한 코어 단면으로부터 경사지게 형성된 반사면(123)을 구비한다. 즉, 상기 반사면(123)은 상기 코어(122) 단면에 경사지게 형성됨으로써 상기 코어(122)로부터 입사된 광신호를 상기 광 검출기(130) 로 반사시킬 수 있다.

2004년 5월에 "Design and Development of Optoelectronic Mixed Signal System-on-Package"의, IEEE Transactions on Advanced packaging, vol. 27, no 2, 278~285에 리어(lyer) 등에 의해서 발표된 논문은 서브마운트 상에 이분기 도파로와, 광섬유, Si 미러와, 상기 Si 미러 상에 위치된 포토 다이오드로 구성된 광 모듈의 구조를 설명하고 있다.

그러나, 종래의 광모듈은 도파로에 경사진 홈을 형성하고, 형성된 홈에 반사미러를 형성해야 되는 등 공정이 복잡하고, 그로 인한 수율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 그 외에 리어 등이 제안한 광 모듈은 서브마운트에 도파로 형태의 이 분기 커플러와, 수광 및 발광 가능한 능동형 광 소자들을 집적시킴으로써 부피가 커지고, 소자 간 간격차로 인한 손실 및 그로 인한 전력 소모가 커지는 문제가 있다.

본 발명은 부피가 작고, 제작 및 소형화가 가능한 광 모듈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 광 모듈은,

일단으로 입사된 광신호를 타단으로 출사시키는 도파로 및 상기 도파로 상에 위치된 인쇄 회로 기판과;

상기 도파로를 진행하는 광신호의 경로에 수직한 방향으로 생성된 광신호를 출력하는 광원과;

상기 광원에서 생성된 광신호를 상기 도파로로 반사시키는 제1 반사 미러 및 상기 도파로에서 출사된 광신호를 상기 도파로 내부의 진행 방향에 대해서 수직하게 반사시키는 제2 반사 미러와;

상기 제2 반사 미러에서 반사된 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 모듈을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 모듈(200)은 하부 기판(230)과, 광신호를 생성하는 광원(241)과, 상기 하부 기판(230) 상에 위치되며 상기 광신호를 도파시키는 도파로(220)와, 상기 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기(242)와, 상기 광원(241)의 상면에 위치되며 상기 광원(241)에서 생성된 광신호를 상기 도파로(220)의 측면으로 반사시키는 제1 반사 미러(251)와, 상기 광 검출기(242)의 상면에 위치되며 상기 도파로(220)에서 출사된 광신호를 수직 하향으로 반사시키는 제2 반사 미러(252)와, 상기 도파로(220) 상에 위치된 인쇄 회로 기판(210), 상기 인쇄 회로 기판(210)으로부터 상기 하부 기판(230)에 이르도록 형성된 복수의 홈들을 포함한다.

도 3a 내지 3d는 도 2에 도시된 광 모듈의 제작 단계별 구조를 도시한 도면 이다. 도 3a는 하부 기판(230) 상에 상기 도파로(220)와, 상기 도파로(220) 상에 인쇄 회로 기판(210)이 형성된 상태를 나타낸다. 상기 도파로(220)는 하부 클래드(223)와, 상기 하부 클래드(223) 상에 형성되며 광신호가 도파되는 코어(222)와, 상기 코어(222) 상부에 위치된 상부 클래드(221)를 포함한다.

상기 인쇄 회로 기판(210)은 상기 광원 및 상기 광검출기를 구동시키기 위한 구동 회로 패턴들(212)이 기판(213) 상에 형성되며, 상기 인쇄 회로 기판(210) 상에는 보호층(211)이 형성될 수 있다.

도 3b는 도 3a에 도시된 상태의 광 모듈(200)에 상기 인쇄 회로 기판(210)으로부터 상기 하부 기판(230)에 이르기까지 상기 도파로(220)의 벽개면이 노출된 복수의 홈들(271,272)이 형성된 상태를 도시한 도면이다. 상기 각 홈(271,272)는 다이아몬드 블래이드(Diamond blade) 등에 의해 형성될 수 있다.

도 3c는 도 3b에 도시된 광 모듈(200)의 각 홈(271)에 상기 광원(241) 및 광 검출기(242)가 각각 안착된 상태를 도시한 도면이다. 상기 광원(241)과 상기 광 검출기(242)는 각 발광면(241a)과 수광면(242a)이 상기 각 홈(271,272)의 개방된 상부를 향하도록 위치된다. 상기 광원(241)과 광 검출기(242)는 그 하부면에 열특성을 향상시키기 위해서 세라믹 바(bar) 또는 동판(Cu plate) 등이 부착될 수 있으며, 광축 정렬은 상기 인쇄회로기판(210) 상에 키 패턴(Key pattern)을 형성해서 정렬에 이용할 수 있다. 또한, 상기 광원(241) 및 광 검출기(242) 상면에는 전극 패턴과 상기 제1 및 제2 반사 미러(251,252)의 부착을 위한 부착용 패드가 형성될 수 있다.

도 3d는 도 3c에 도시된 상기 광원(241) 상에 상기 제1 반사 미러(251)가 위치되고, 상기 광 검출기(242) 상에 상기 제2 반사 미러(252)가 위치된 상태를 도시한다. 상기 제1 반사 미러(251)는 상기 발광면(241a)과 상기 도파로(220)의 벽개면에 대면하는 일면은 기 설정된 각도로 경사지게 형성됨으로써 상기 발광면(241a)에서 출력되는 광신호를 상기 코어(222)의 측면으로 입사시킬 수 있다. 상기 제2 반사 미러(252)는 상기 수광면(242a)과 상기 코어(222)의 측면에 대면하는 일면이 기 설정된 각도로 경사지게 형성됨으로써 상기 코어(222)의 측면에서 출사되는 광신호를 상기 광 검출기(242)의 수광면(242a)로 반사시킨다.

상기 제1 및 제2 반사 미러(251,252)는 상기 광원(241) 및 광 검출기(242)의 전극과 전기적으로 연결된 전기 단자들이 형성될 수 있으며, 각 전기 단자들은 와이어(201,202,203,240)에 의해 상기 인쇄 회로 기판(210) 각각의 구동 회로 패턴들(212)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 반사 미러(251,252)는 상술한 패드 상에 솔더나 에폭시 등을 사용해서 고정될 수 있다. 상기 제1 및 제2 반사 미러(251,252)의 경사진 각도는 35~55도 사이의 각도로 필요에 따라 결정될 수 있으나, 재질 및 주변 소자들과의 필요에 따라 조정될 수 있다.

상기 각 홈(271,272)에는 굴절률 정합제(261,262)가 충진됨으로써 상기 광원 (241) 및 코어(222)와, 상기 광 검출기(242) 및 코어(222) 사이의 굴절률 차를 정합시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 연결 구조를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 모듈(300)은 하부 기판(330)과, 광신호를 생 성하는 광원(341)과, 상기 하부 기판(330) 상에 위치되며 상기 광신호를 도파시키는 도파로(320)와, 상기 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기(342)와, 상기 광 검출기(342)의 상면에 위치되며 상기 도파로(320)에서 출사된 광신호를 수직 하향으로 반사시키는 반사 미러(351)와, 상기 도파로(320) 상에 위치된 인쇄 회로 기판(310), 상기 인쇄 회로 기판(310)으로부터 상기 하부 기판(330)에 이르도록 형성된 복수의 홈들을 포함한다.

상기 도파로(320)는 하부 클래드(323)와, 코어(322), 상부 클래드(321)로 구성되며, 일측의 벽개면으로 입사된 광신호를 타측의 벽개면을 통해서 출사시킨다. 상기 인쇄 회로 기판(310)은 상기 광원(341) 및 상기 광검출기(342)를 구동시키기 위한 구동 회로 패턴들이 기판 상에 형성되며, 상기 인쇄 회로 기판(310) 상에는 보호층이 형성될 수 있다. 상기 각 구동 회로 패턴들은 와이어(301,302,303,304)에 의해 상기 광원(341) 또는 상기 반사 미러(351)와 전기적으로 연결된다.

본 실시 예에 따른 광원(341)은 활성층(341a)이 상기 코어(322)와 평행하게 위치되며, 생성된 광을 상기 코어(322)의 일측 벽개면을 통해서 직접 입사시킨다. 상기 광원(341) 및 광 검출기(342)는 해당 홈에 안착되며, 각 홈에는 굴절률 정합제(361,362)가 충진된다. 상기 광 검출기(342)는 수광면(342a)이 상기 반사 미러(351)에 대향되게 위치된다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광 연결 구조를 도시한 도면이다. 본 실시 예에 따른 광 모듈은 제1 및 제2 인쇄 회로 기판(410,430)과, 광신호를 생성하는 광원(441)과, 상기 제1 인쇄 회로 기판(410)과 상기 제2 인쇄 회로 기판(430) 의 사이에 위치되며 상기 광신호를 도파시키는 도파로(420)와, 상기 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기와(442), 상기 광원(441)의 상면에 위치되며 상기 광원(441)에서 생성된 광신호를 상기 도파로(420)의 측면으로 반사시키는 제1 반사 미러(451)와, 상기 광 검출기(442)의 상면에 위치되며 상기 도파로(420)에서 출사된 광신호를 수직 하향으로 반사시키는 제2 반사 미러(452)를 포함한다. 상기 광원(441) 및 상기 광 검출기(442)는 해당 홈의 상부 개방된 부분을 향하도록 발광면(441a)과 수광면(442a)이 위치되며, 그 둘레에는 굴절률 정합제(461,462)가 충진된다.

상기 도파로(420)는 하부 클래드(423), 코어(422), 상부 클래드(421)로 구성되며, 상기 코어(422)의 일측 벽개면으로 입사된 광신호를 타측의 벽개면으로 출사시킨다.

상기 제1 및 제2 인쇄 회로 기판(410,430)은 기판(413,440)) 상에 형성된 복수의 구동 회로 패턴들(412,433)과, 상기 구동 회로 패턴들(412,433)을 덮도록 상기 기판(413,440) 상에 형성된 보호층(411,432)을 포함한다. 상기 제2 인쇄 회로 기판(430)의 각 구동 패턴들(412,433)은 상기 광원(441) 및 광 검출기(442)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1 인쇄 회로 기판(410)의 외부의 타측 소자들과 연결될 수 있다. 상기 제1 인쇄 회로 기판(410) 및 상기 도파로(420) 사이와, 상기 도파로(420) 및 제2 인쇄 회로 기판(430)의 사이는 폴리머 층이 개재될 수 있다.

본 실시 예는 인쇄 회로 기판을 다수 적층함으로써, 별도의 와이어를 사용하지 않고도 상기 광원(441) 및 광 검출기(442)에 전류를 인가할 수 있다. 또한, 상술한 굴절률 정합제는 광신호의 퍼짐 및 경계면 반사와 같은 광학적 손실을 최소화 시키며, 에폭시 등이 사용될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 플렉시블(flexible) 인쇄 회로 기판이 사용될 수 있다.

도 6 내지 7은 본 발명에 따른 반사 미러의 측면을 도시한 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 반사 미러의 예를 도시한 도면이다. 도 6는 광신호를 반사시키기 위한 반사면(451a-1) 만을 구비한 반사 미러(451-1)를 도시한 도면이다.

도 7과 도 8a 및 도 8b 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 도시된 제1 및 제2 반사 미러 또는 반사 미러는 해당 광원 및 광검출기를 전기적으로 연결시키기 위한 전기 단자를 구비한 구조를 나타낸다.

도 7은 반사 미러를 측면에서 도시한 도면을 나타내며 상부면, 경사면, 하부면의 둘레를 둘러싸도록 형성된 반사층 및 전극(45a1-2)을 포함하는 반사 미러(451-2)를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 도시된 반사 미러 구조의 일 예를 나타내며, 도 8a는 본 발명의 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 반사 미러의 상면을 도시한 도면으로서, 도 8a는 전극들(453a, 453b)과, 상기 전극 사이의 전기적으로 이격된 영역(454)를 포함하는 반사 미러(451-3)를 나타낸다. 도 8b는 반사 미러(451-3)의 광원 또는 광 검출기에 접하는 바닥면을 도시한 도면으로서, 전극들(453a,453b)로부터 연장된 단자를 구비함을 알 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 광 모듈에 적용 가능한 다양한 형태의 반사 미러 구조의 예이다. 도 9a에 도시된 반사 미러(510)는 소형의 칩(chip) 형태 로서, 광신호를 반사시키기 위한 반사면(511)을 구비한다. 도 9b는 바(bar) 형태의 미러로서, 장축의 반사면(521)을 구비한다. 도 9b에 도시된 반사 미러(520)는 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따른 광원 및 광 검출기 등이 바 형태인 경우에 적용 가능하다. 도 9c는 반사면(531)이 경사지게 에칭된 형태의 반사 미러(530)로서, 반사면(531)은 필요에 따라서 35~55도 사이의 각도로 경사지게 설정되거나 별도의 특정 결정 방향이 없는 경우는 오목하게 파여진 구조로 식각될 수 있다.

본 발명은 공정을 단순화시키고도, 부피와 광 손실이 적은 도파로와 인쇄 회로 기판에 의해 결합된 광 송신 및 수신 가능한 광 모듈을 제공할 수 있다.

Claims

삭제
광 모듈에 있어서,

광신호를 생성하는 광원 및 상기 광신호를 검출해내기 위한 광 검출기와;

상기 광원에서 생성된 광신호를 상기 광검출기 측으로 도파시키는 도파로와;

상기 광원의 상면에 위치되며 상기 광원에서 생성된 광신호를 상기 도파로의 측면으로 반사시키는 제1 반사 미러와;

상기 광 검출기의 상면에 위치되며 상기 도파로에서 출사된 광신호를 수직 하향으로 반사시키는 제2 반사 미러와;

상기 도파로 상에 위치된 인쇄 회로 기판 및 상기 도파로 하부에 위치된 하부기판과;

상기 인쇄 회로 기판으로부터 상기 하부기판의 상면에 이르도록 형성된 복수의 홈들을 더 포함하며,

상기 광원 및 광 검출기 각각은 해당 홈에 안착되고, 상기 제1 및 제2 반사 미러는 상기 인쇄 회로 기판에 광검출기 및 광원을 전기적으로 연결시킴을 특징으로 하는 광 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 반사 미러는 광신호를 반사시키는 반사면이 입사 또는 반사되는 광신호의 진행 방향에 대해서 35 내지 55도 사이의 각도로 경사지게 형성되거나, 오목하게 형성됨을 특징으로 하는 광 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 제1 반사 미러는 상기 광원에서 출력된 광신호를 반사시키기 위한 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 입사되는 광신호에 대해서 45도로 경사지게 형성되어 상기 광원 상에 부착됨을 특징으로 하는 광 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 제2 반사 미러는 상기 도파로에서 출사되는 광신호를 상기 광 검출기로 반사시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 도파로로부터 입사되는 광신호에 대해서 45도 경사지게 형성되어 상기 광 검출기 상에 부착됨을 특징으로 하는 광 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 인쇄 회로 기판은 상기 광원 및 상기 광검출기를 구동시키기 위한 구동 회로 패턴들을 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제2 항에 있어서, 상기 광 모듈은,

상기 각 홈의 내부에 상기 제1 및 제2 반사 미러와, 상기 광원과 상기 광검출기를 둘러싸도록 충진된 굴절률 정합제를 더 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.