KR100720789B1 - Optical transmission/receiving module for bi-directional communication improved in heat-dissipating structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열구조가 개선된 양방향 광송수신 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a bidirectional optical transmission and reception module with improved heat dissipation structure.
본 발명에 따르면, 평면기판에 광도파로가 형성되고, 일측에는 상기 광도파로와 정렬되도록 광파이버가 배치되며, 상기 광도파로에 개재되는 파장분리기와, 상기 파장분리기를 분기점으로 하여 분기되는 광도파로에 광결합되는 발광소자 및 수광소자를 구비한 PLC 소자; 상기 PLC 소자가 장착되고, 상기 발광소자 및 수광소자와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판; 상기 PLC 소자와 인쇄회로기판을 패키징하는 금속 케이스; 및 상기 PLC 소자의 평면기판 표면 또는 인쇄회로기판의 표면 중 어느 한쪽, 혹은 양 기판의 표면과 상기 금속 케이스 내벽 사이에 개재되는 히트싱크;를 포함하는 양방향 광송수신 모듈이 개시된다.According to the present invention, an optical waveguide is formed on a flat substrate, and an optical fiber is disposed on one side so as to be aligned with the optical waveguide, a wavelength separator interposed in the optical waveguide, and an optical waveguide branched by using the wavelength separator as a branch point. A PLC device having a light emitting device and a light receiving device coupled thereto; A printed circuit board on which the PLC device is mounted and electrically connected to the light emitting device and the light receiving device; A metal case packaging the PLC device and a printed circuit board; And a heat sink interposed between the flat substrate surface of the PLC device or the surface of the printed circuit board, or between the surfaces of both substrates and the inner wall of the metal case.
PLC, PCB, 히트싱크, 비어홀, WDM 필터, TO-CAN PLC, PCB, Heat Sink, Beer Hole, WDM Filter, TO-CAN
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to
도 1은 종래기술에 따른 양방향 광송수신 모듈의 구성을 도시하는 측면도.1 is a side view showing the configuration of a bidirectional optical transmission module according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 양방향 광송수신 모듈의 광출력 특성을 보여주는 그래프.2 is a graph showing the light output characteristics of the bidirectional optical transmission and reception module according to the prior art.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 구성을 도시하는 측면도.Figure 3 is a side view showing the configuration of a bidirectional optical transmission and reception module according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 PLC 소자의 구성을 도시하는 평면도.4 is a plan view illustrating the configuration of the PLC device of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 광출력 특성을 보여주는 그래프.5 is a graph showing the light output characteristics of the bi-directional optical transmission and reception module according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>
100...PLC 소자 101...평면기판100 ...
102...광도파로 103...V자형 그루브102 ...
104...광파이버 105...발광소자104 ...
106...수광소자 108...파장분리기106 ...
109...인쇄회로기판 110...세라믹 기판Printed
111...금속 케이스 112...히트싱크111
113...비어홀 114...금속패드113.Beer hole 114.Metal pad
115...접착부재 116...요철구조115.Adhesive member 116.Uneven structure
본 발명은 양방향 광송수신 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광신호의 송수신을 위한 발광 및 수광 소자의 동작시 발생하는 열에 대한 방출 효율을 개선할 수 있는 방열구조를 구비한 양방향 광송신 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a bi-directional optical transmission module, and more particularly, to a bi-directional optical transmission module having a heat dissipation structure that can improve the emission efficiency for the heat generated during operation of the light emitting and receiving elements for transmitting and receiving optical signals will be.
광가입자망의 구축을 위해서는, 전기적 신호를 임의의 파장대의 광신호로 변환하여 광파이버로 전송하고, 광파이버를 통해 수신되는 임의의 파장대의 광신호를 검출하여 전기적 신호로 역변환하는 양방향 광송수신 모듈이 필수적으로 요구된다.In order to construct an optical subscriber network, a bidirectional optical transmission / reception module for converting an electrical signal into an optical signal in an arbitrary wavelength band and transmitting the optical signal to the optical fiber, and detecting an optical signal in an arbitrary wavelength band received through the optical fiber and inverting it into an electrical signal, is essential. Is required.
일반적으로 광송수신 모듈은, 전기적 신호에 응답하여 그에 상응하는 광신호를 발생시키는 레이저 다이오드(LD)와, 광파이버를 통해 수신된 광신호를 검출하여 전기적 신호로 역변환하는 포토 다이오드(PD)를 주요 요소로 하며, 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit; PLC) 기술을 통해 광신호 전송매체인 광파이버와 결합 되는 구성을 갖는다.In general, the optical transmission / reception module includes a laser diode (LD) that generates an optical signal corresponding to the electrical signal, and a photodiode (PD) that detects the optical signal received through the optical fiber and inverts the electrical signal into an electrical signal. It is configured to be combined with an optical fiber which is an optical signal transmission medium through Planar Lightwave Circuit (PLC) technology.
양방향 광송수신 모듈에 사용되는 PLC 소자는, 광도파로가 형성된 평면기판 위에 레이저 다이오드와 수신용 포토 다이오드가 상호 공간적으로 이격되도록 배치되며, 그밖에 광파이버를 통해 송수신되는 광신호를 분리하기 위한 파장분리기와, 레이저 다이오드의 동작을 모니터링 하기 위한 모니터용 포토 다이오드가 배치된 구조로 이루어진다.The PLC device used in the bidirectional optical transmission / reception module includes a laser diode and a photodiode for receiving spaced apart from each other spatially on a flat substrate on which an optical waveguide is formed, and a wavelength separator for separating optical signals transmitted and received through an optical fiber; A monitor photodiode for monitoring the operation of the laser diode is disposed.
양방향 광송수신 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 PLC 소자(10)의 평면기판에 광전송매체인 광파이버(11)가 배치되고, 세라믹 기판(12)을 매개로 PLC 소자(10)가 인쇄회로기판(PCB)(13) 위에 장착되며, 광부품과 전자부품의 보호를 위해 최종적으로 플라스틱 재질의 케이스(14)로 패키징된다.In the bidirectional optical transmission / reception module, as shown in FIG. 1, an
한편, 여타의 전자부품과 마찬가지로 레이저 다이오드에 인가되는 전류 중 일부는 열로 변환되는데, 반도체 소자의 특성상 레이저 다이오드는 동작 환경이 고온 환경일수록 열로 변환되는 비율이 높아져 광출력 특성의 저하 정도가 심화된다. 따라서, 종래의 광송수신 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드에 인가되는 구동전류(ID)를 변화시켜가면서 모니터용 포토 다이오드의 전류 IM을 측정했을 때, 고온의 동작 환경으로 갈수록 광출력이 작아지는 양상을 보이게 된다.On the other hand, as with other electronic components, some of the current applied to the laser diode is converted to heat. Due to the characteristics of the semiconductor device, the laser diode has a higher conversion rate to heat as the operating environment is a high temperature environment, thereby intensifying the degree of deterioration of the light output characteristic. Therefore, in the conventional optical transmission / reception module, when the current I M of the monitor photodiode is measured while varying the driving current I D applied to the laser diode, the optical transmit / receive module becomes light as the temperature increases. The output becomes smaller.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 광신호의 송수신을 위한 소자의 동작시 발생하는 열이 PLC 소자나 인쇄회로기판로부터 케이스 외부로 원활히 방출되도록 열저항을 낮출 수 있는 구조를 가진 양방향 광송수신 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in consideration of the above, and has a structure that can lower the thermal resistance so that the heat generated during operation of the device for transmitting and receiving the optical signal is smoothly discharged from the PLC device or the printed circuit board to the outside of the case The purpose is to provide a bidirectional optical transmission module.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 양방향 광송수신 모듈은 열방출 효율이 상대적으로 우수한 금속 케이스를 이용해 PLC 소자와 인쇄회로기판을 패키징하고, PLC 소자에 실장된 광소자에서 발생하는 열을 원활하게 흡열하여 금속 케이스로 전달하도록 히트싱크가 배치된 구조를 갖는다.In order to achieve the above object, the bidirectional optical transmission / reception module according to the present invention uses a metal case having a relatively excellent heat dissipation efficiency to package a PLC device and a printed circuit board, and to generate heat generated from an optical device mounted on the PLC device. It has a structure in which a heat sink is arranged to smoothly absorb heat and transfer it to the metal case.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈은 평면기판에 광도파로가 형성되고, 일측에는 상기 광도파로와 정렬되도록 광파이버가 배치되며, 상기 광도파로에 개재되는 파장분리기와, 상기 파장분리기를 분기점으로 하여 분기되는 광도파로에 광결합되는 발광소자 및 수광소자를 구비한 PLC 소자; 상기 PLC 소자가 장착되고, 상기 발광소자 및 수광소자와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판; 상기 PLC 소자와 인쇄회로기판을 패키징하는 금속 케이스; 및 상기 PLC 소자의 평면기판 표면 또는 인쇄회로기판의 표면 중 어느 한쪽, 혹은 양 기판의 표면과 상기 금속 케이스 내벽 사이에 개재되는 히트싱크;를 포함한다.That is, in the bidirectional optical transmission module according to the preferred embodiment of the present invention, an optical waveguide is formed on a flat substrate, and an optical fiber is disposed on one side so as to be aligned with the optical waveguide, and a wavelength separator interposed in the optical waveguide and the wavelength separator. A PLC device having a light emitting element and a light receiving element which are optically coupled to an optical waveguide branched at a branch point; A printed circuit board on which the PLC device is mounted and electrically connected to the light emitting device and the light receiving device; A metal case packaging the PLC device and a printed circuit board; And a heat sink interposed between the flat substrate surface of the PLC device or the surface of the printed circuit board, or between the surfaces of both substrates and the inner wall of the metal case.
상기 발광소자로는 레이저 다이오드가 채용되고, 상기 수광소자로는 포토 다이오드가 채용되는 것이 바람직하다.A laser diode is used as the light emitting element, and a photo diode is preferably used as the light receiving element.
부가적으로, 상기 레이저 다이오드 부근에는 상기 레이저 다이오드의 광출력을 모니터링하기 위한 모니터용 포토 다이오드가 더 배치될 수 있다.In addition, a photodiode for a monitor for monitoring the light output of the laser diode may be further disposed near the laser diode.
바람직하게, 상기 PLC 소자와 인쇄회로기판 사이에는 세라믹 기판이 개재될 수 있다.Preferably, a ceramic substrate may be interposed between the PLC device and the printed circuit board.
바람직하게, 상기 히트싱크와, 상기 히트싱크가 부착되는 기판 표면 사이에는 금속패드 및 접착부재가 개재될 수 있다.Preferably, a metal pad and an adhesive member may be interposed between the heat sink and the surface of the substrate to which the heat sink is attached.
상기 접착부재로는 열에폭시 혹은 열패드가 사용되는 것이 바람직하다.It is preferable that a thermal epoxy or a thermal pad is used as the adhesive member.
부가적으로, 상기 인쇄회로기판의 표면에는 다수의 비어홀이 형성될 수 있다.In addition, a plurality of via holes may be formed on the surface of the printed circuit board.
또한, 상기 히트싱크에는 요철구조가 포함되며, 상기 금속 케이스에는 내/외부 간의 공기 흐름을 원활히 해주도록 다수의 통공이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the heat sink includes a concave-convex structure, it is preferable that a plurality of through-holes are formed in the metal case to facilitate the flow of air between the inside / outside.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 구성을 도시하는 측면도이다.Figure 3 is a side view showing the configuration of a bidirectional optical transmission and reception module according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈 은, 광신호를 송수신 할 수 있는 PLC 소자(100)와, PLC 소자(100)의 하부에 장착되는 인쇄회로기판(109)과, PLC 소자(100)와 인쇄회로기판(109)을 패키징하는 금속 케이스(111)와, PLC 소자(100) 및/또는 인쇄회로기판(109)과 금속 케이스(111) 내벽 사이에 개재되는 히트싱크(Heatsink)(112)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a bidirectional optical transmission / reception module according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
도 4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, PLC 소자(100)는 평면기판(101) 상에 소정 패턴으로 광도파로(102)가 형성되고, 평면기판(101)의 일측에는 V자형 그루브(Groove)(103)가 형성되어 광전송매체에 해당하는 광파이버(104)가 광도파로(102)와 정렬되면서 배치된다.As shown in more detail in FIG. 4, in the
PLC 소자(100)에는 발광소자(105)와 수광소자(106)가 상호 공간적으로 이격되며 실장된다. 발광소자(105)로는 레이저 다이오드(LD)가 채용되고, 수광소자(106)로는 포토 다이오드(PD)가 채용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 그밖에 다양한 균등물이 채용될 수 있음은 물론이다.In the
부가적으로, 발광소자(105) 부근에는 발광소자(105)의 광출력을 모니터링할 수 있도록 모니터용 포토 다이오드(107)가 실장된다.Additionally, a
광파이버(104)를 통한 광신호의 양방향 송수신을 위해, 광도파로(102)에는 송신광의 파장과 수신광의 파장을 분리해 주는 파장분리기(108)가 개재된다. 이러한 파장분리기(108)로는 예컨대, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터가 채용될 수 있다.For bidirectional transmission and reception of the optical signal through the
발광소자(105)와 수광소자(106)는 파장분리기(108)를 분기점으로 하여 분기되는 광도파로(102)에 각각 광결합된다. 여기서, 파장분리기(108)는 발광소자(105) 에서 방출되는 송신광이 광파이버(104)로 진행하도록 필터링하는 한편, 광파이버(104)를 거쳐 들어오는 수신광이 수광소자(106)로 입력되도록 필터링한다.The
PLC 소자(100)는, 발광소자(105), 수광소자(106) 등에 대한 전기적 구동과 전기신호 입출력을 위한 부품들이 실장된 인쇄회로기판(109) 위에 장착된다. 이때, 인쇄회로기판(109)과 PLC 소자(100) 사이에는 열전달 효율을 높이도록 세라믹 기판(110)이 개재되는 것이 바람직하다.The
인쇄회로기판(109) 및 그에 장착된 PLC 소자(100)는 보호용 금속 케이스(111)에 의해 일괄적으로 패키징되고, 이때 인쇄회로기판(109) 및/또는 PLC 소자(100)는 히트싱크(112)를 매개로 금속 케이스(111)와 연결된다.The printed
히트싱크(112)는 PLC 소자(100)의 평면기판(101) 표면 또는 인쇄회로기판(109)의 표면 중 어느 한쪽, 혹은 양 기판의 표면과 금속 케이스(111) 내벽 사이에 개재되어 PLC 소자(100)에서 발생하는 열을 공기중으로 발산하는 동시에 금속 케이스(111)로 전달한다.The
여기서, 금속 케이스(111)의 일측에는 케이스 내/외부 간의 공기 흐름을 원활히 해주도록 다수의 통공(111a)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 히트싱크(112)에는 공기와의 접촉면적을 증대시키도록 요철구조(116)가 포함되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a plurality of through
PLC 소자(100) 및/또는 인쇄회로기판(109)과 히트싱크(112)의 고정을 위해, 기판의 표면에는 금속패드(114)와 접착부재(115)가 차례로 구비되고, 접착부재(110)를 매개로 히트싱크(112)가 부착된다. 여기서, 금속패드(114)는 열방출 특성 과 접착력을 높여주는 작용을 하게 되며, 인쇄회로기판(109)의 접지와 연결될 경우 혼선 잡음(Crosstalk noise)을 차단하는 기능도 제공한다.In order to fix the
접착부재(115)로는 열에폭시(Thermal epoxy) 혹은 열패드(Thermal pad)가 채용되는 것이 바람직하다. 특히, 열패드는 기판 표면과 히트싱크(112), 혹은 히트싱크(112)와 금속 케이스(111) 간의 틈을 메우고 완충하는 효과도 제공할 수 있다.As the
인쇄회로기판(109)에서 히트싱크(112)로의 방열효율을 높이기 위해, 인쇄회로기판(109)의 표면에는 다수의 비어홀(Via hole)(113)이 형성되는 것이 바람직하다. 비어홀(113)을 형성하게 되면 금속패드(114)로 열을 방출하는 인쇄회로기판(109)의 표면적을 늘릴 수 있으므로 방열효율이 향상된다.In order to increase the heat radiation efficiency from the printed
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈은 광신호의 송수신을 위해 발광소자(105)와 수광소자(106)가 동작됨에 따라 열이 발생할 때 PLC 소자(100)/인쇄회로기판(109), 히트싱크(112), 금속 케이스(111)의 순으로 열이 전달됨으로써 높은 효율로 방열이 이루어지게 된다.As described above, the bidirectional optical transmission / reception module according to the preferred embodiment of the present invention is a
여기서, 히트싱크(112)가 부착되는 인쇄회로기판(109)의 표면에는 비어홀(108)이 형성되므로 방열면적이 증대되고, 금속 케이스(111)에는 다수의 통공(113)이 형성되어 금속 케이스(111) 내/외부 간의 공기 흐름이 원활히 이루어지므로 보다 향상된 방열특성을 제공하게 된다.Here, the via
도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 광출력 특성이 도시되어 있다.5 is a view illustrating light output characteristics of the bidirectional optical transmission / reception module according to the preferred embodiment of the present invention.
전술한 도 2와 함께 도 5를 참조하면, 예컨대 85℃의 동작온도 환경에서, 종 래기술과 본 발명의 광출력 특성을 비교했을 때, 히트싱크(112)와 금속 케이스(111) 등 방열구조를 구비한 본 발명의 경우가 광출력 특성이 현저히 높을 뿐만 아니라 TO-CAN 타입으로 패키징된 레이저 다이오드의 광출력 특성에도 근접하게 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 together with FIG. 2, for example, in an operating temperature environment of 85 ° C., a heat dissipation structure such as a
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
본 발명에 따르면 PLC 소자 및 인쇄회로기판으로부터 케이스로 향하는 열방출 경로의 열저항이 줄어들게 되므로 고온에서의 광출력 특성 열화를 최소화 할 수 있다.According to the present invention, the heat resistance of the heat dissipation path from the PLC element and the printed circuit board to the case is reduced, thereby minimizing deterioration of light output characteristics at high temperatures.
또한, 본 발명에 따르면 인쇄회로기판에 방열면적을 증대시키기 위한 비어홀이 형성되고, 케이스가 금속재질로 구성되며 공기의 순환을 위한 통공이 형성되므로 방열효율을 보다 개선할 수 있다.In addition, according to the present invention, the via hole for increasing the heat dissipation area is formed in the printed circuit board, the case is made of a metal material and the through hole for the circulation of air can be further improved heat dissipation efficiency.
또한, PLC 소자 및 인쇄회로기판의 표면과 히트싱크 사이에는 금속패드와 열패드 등이 개재되므로 열방출 특성이 향상되고 금속 케이스에 대하여 기판을 안정적으로 완충할 수 있다.In addition, since a metal pad and a heat pad are interposed between the surface of the PLC element and the printed circuit board and the heat sink, heat dissipation characteristics are improved and the substrate can be stably buffered with respect to the metal case.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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KR1020050023392A KR100720789B1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Optical transmission/receiving module for bi-directional communication improved in heat-dissipating structure |
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