KR100331772B1 - 표면실장모듈과그제조방법 - Google Patents

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Abstract

기판(2)상에 광반도체소자(5)와 광파이버(6)를 탑재해서 제조되는 표면실장모듈(1)과 그 제조방법, 표면실장모듈(1)은, 기판(2)이 광반도체소자의 탑재위치마크(3b)와 광파이버의 위치결정부(3c)를 가지고, 정밀전사법에 의해서 형성되는 베이스부품(3)과, 베이스부품과 일체화되는 성형체(4)로 구성된다.

Description

표면실장모듈과 그 제조방법{SURFACE-MOUNTED MODULE AND A METHOD OF PRODUCING THE SAME}
광파이버통신시스템에 있어서는, 쌍방향 통신으로서 가입자(가정)쪽으로부터도 광신호를 전송가능한 시스템이 검토되고 있다. 이와 같은 광파이버통신시스템을 달성하기 위해서는, 수·발광소자와 광파이버를 결합한 표면실장모듈이 필요하고, 종래에는, 예를 들면, 이하와 같이 해서 수·발광소자와 광파이버를 결합하고 있었다.
즉 레이저다이오드(이하, 「LD」라고 함)와 광파이버를 결합하는 경우에는 실리콘기판상에 LD를 정밀도 좋게 탑재하기 위한 마크와, 이 마크와의 상대위치관계가 서브미크론정도로 설정되고, 광파이버를 위치결정하는 V홈을 형성하고, 이 기판상에서 LD와 광파이버를 결합하고 있었다.
여기서, 실리콘기판을 사용하는 것은, 이하의 이유에 의한다. 첫 번째로, 실리콘기판은, 온도팽창계수가 광파이버와 동일하고 온도변화에 의한 위치관계의 어긋남이 발생하기 어려운 것, 두 번째로 실리콘기판은 LD탑재용 마크나 광파이버를 위치결정하는 V홈을 사진석판이나 이방성에칭 등을 사용해서 고정밀도로 형성할 수있는 것, 세 번째로 실리콘기판은, 근적외광을 투과시키므로, 뒤쪽으로부터 LD나 광파이버의 탑재위치를 관찰할 수 있는 것에 의한다.
또, 종래, 단부를 열용융해서 볼록곡면으로 가공한 렌즈드파이버(lensed fiber)를 사용해서 LD와 결합하는 방법도 알려져 있다. 그러나, 상기 렌즈드파이버를 사용한 경우, LD와 렌즈드파이버와의 간격을 7∼10㎛로 세트하고, 렌즈드파이버의 광축과 직교하는 횡방향에 있어서의 LD의 허용오차를 1㎛이하로 할 필요가 있었다.
그런데, 사진석판에 의해서 실리콘기판을 고정밀도로 가공하는 경우에는, 고가의 가공장치가 필요하고, 가공공정에 있어서 기판의 취급을 신중히 행할 필요가 있다. 한편, 이방성에칭을 사용해서 가공할 경우에는 실리콘기판의 방위를 에칭용 마스크에 대해서 정밀도 좋게 위치맞춤하거나, 에칭조건을 정밀하게 제어할 필요가 있다.
이 때문에, 상기 어느 가공방법에 있어서도, 가공조건이 나쁘면, 가공된 실리콘기판에 있어서의 상기 마크나 V홈의 가공정밀도가 불균일하고, 수율이 나빠지는 결과, 제품(표면실장모듈)이 고가가 된다는 문제가 있다.
이 경우, 실리콘기판을 기계적으로 가공하는 것도 생각할 수 있으나. 생산성이 나쁘고, 가공코스트가 증가하는 결과, 가정용 표면실장모듈에 사용하기에는 고가가 된다는 문제가 있다.
한편, LD는 단위면적비에서 큰 전류를 흐르게 하기 위하여 필연적으로 발열한다. 이 경우, 실리콘기판은, 금속에 비해서 열전도성이 좋지 않기 때문에, 방열성이 나쁘다. 이 때문에 실리콘기판을 사용한 표면실장모듈에 있어서는, 낮은 전류치에서 LD의 광출력이 포화하므로, 광출력을 크게 할 수 없다는 문제도 있다.
또, 종래의 렌즈드파이버를 사용한 표면실장모듈에서는, 열팽창률이 큰 소재를 기판으로서 사용하면, 온도변화에 의해서 LD와 렌즈드파이버가 충돌해서 손상할 염려가 있었다. 또한, 상기 허용오차가 1㎛이하이므로, LD와 렌즈드파이버를 결합 할 때에 발생하는 상기 횡방향의 어긋남은, 결합효율의 불균일이 되고, 조립되는 표면실장모듈의 수율이 저하하거나, 제조코스트가 증가하는 원인이 된다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은, 높은 정밀도에서 염가에 제조할 수 있고, 또한 탑재한 광 반도체소자의 광출력을 크게 하는 것이 가능한 표면실장모듈과 그 제조방법을 제공 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는 기판상에 광반도체소자와 광파이버를 탑재해서 제조되는 표면실장모듈에 있어서, 상기 기판을 상기 광반도체 소자의 탑재위치마크와 상기 광파이버의 위치결정부에 대응하는 오목볼록을 가지고, 정밀전사법에 의해서 형성되는 베이스부품과, 상기 베이스부품과 일체화되는 성형체로 구성한 것이다.
바람직하게는, 상기 위치결정부를 V홈으로 한다.
또, 바람직하게는, 상기 성형체를 금속필러포함수지나 금속사출성형체 등을 포함한 열전도성소재로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치된 것을 사용한다.
바람직하게는, 상기 광반도체소자와 광파이버를 횡단홈을 개재해서 서로 대향 배치 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 표면실장모듈의 제조방법에 의하면, 광반도체소자의 탑재위치마크와 광파이버의 위치결정부를 가진 기판에 대해서 오목볼록이 반대로 형성된 마스터부품으로부터 정밀전사법에 의해 전사체를 형성하고, 상기 전사체를 열전도성소재에 의해서 뒷받침한 후, 상기 탑재위치마크에 의거해서 광반도체소자를 상기 위치결정부에 의해 광파이버를 각각 위치결정해서 탑재하는 구성으로 한 것이다.
여기서, 본 명세서에서 사용하는 「정밀전사법」이란, 마스터부품의 오목볼록을 서브미크론정도의 분자레벨에서 전사해서 전사체를 형성하는 수단을 말하고, 예를 들면 전기주형법이나 스퍼터링법등이 있다.
정밀전사법에 의해서 형성되는 베이스부품을 사용하면, 광반도체소자의 탑재 위치마크와 상기 광파이버의 위치결정부가 마스터부품으로부터 정밀하게 전사되고, 광반도체소자와 광파이버를 탑재한 표면실장모듈이 높은 정밀도에서 염가에 제조된다. 또, 열전도성소재로 이루어지고, 베이스부품과 일체화되는 성형체를 사용하면, 방열성이 나쁜 실리콘기판을 사용한 종래의 표면실장모듈에 비해 방열성이 향상하고, 탑재한 광반도체소자, 예를 들면 반도체레이저의 광출력을 크게 할 수 있다.
이때, 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치된 것을 사용하면, 광파이버와 광반도체소자와의 사이의 거리를 100㎛이상, 또, 광반도체소자의 광축과 직교하는 횡방향에 있어서의 광파이버의 광축의 어긋남에 관한 허용오차를 1㎛이상으로 해도 결합효율에 큰 영향은 발생하지 않는다.
본 발명은, 표면실장모듈과 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 표면실장모듈을 표시한 평면도
도 2는 도 1의 모듈의 단면도
도 3A는 도 1의 모듈을 구성하는 기판의 단면도, 도 3B는 우측면도
도 4는 도 1의 표면실장모듈에 있어서의 LD를 기판에 고정하는 상태를 표시한 사시도
도 5는 도 1의 표면실장모듈에 사용하는 광파이버의 변형예를 표시한 정면도
도 6은 도 1의 표면실장모듈의 제조에 사용하는 마스터부품의 사시도, 및
도 7A, 도 7B는 도 6의 마스터부품을 사용한 베이스부품의 제조를 표시한 공정도이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 일실시예를 도 1내지 도 7B에 의거해서 상세히 설명한다.
표면실장모듈(1)은, 도 1 및 도 2에 표시한 바와 같이, 기판(2)에 LD(5)와 광파이버(6)가 광축을 조심(調心)해서 탑재되어 있다.
기판(2)은, 베이스부품(3)과 성형체(4)로 구성되어 있다. 베이스부품(3)은 폭방향으로 형성된 횡단홈(3a)을 사이에 둔 한쪽이 약간 낮고, 한쪽에 LD(5)의 탑재위치를 표시하는 마크(3b)가, 다른 쪽에 V홈(3c)이, 각각 형성되어 있다.성형체(4)는, 열전도성소재, 예를 들면, 금속필러 포함의 합성수지, 금속필터포함의 세라믹계 접착제, 또는 금속사출성형체 등에 의해서 몰드성형되고, 도 3A, 도 3B에 표시한 바와 같이, 베이스부품(3)과 일체화된다.
LD(5)는 레이저발진특성을 개량하기 위하여 2개의 트렌치(5a)가 실장면에 형성되고, 각 트렌치(5a)의 바깥쪽에 마크(5b)(각각 도 4참조)가 활성층에 대해서 고정밀도로 위치결정해서 형성되어 있다. LD(5)는, 도 1에 표시한 바와 같이, 횡단홈(3a)을 사이에 둔 홈(3c)과 대향하는 위치에 탑재된다. 또한, 도 4에 있어서, 왼쪽의 LD(5)는 세부를 명확히 표시하기 위하여 오른쪽에 표시한 기판(2)에 비해서 상대적으로 확대해서 그려져 있다.
광파이버(6)는 V홈(3c)에 의해서 위치결정해서 베이스부품(3)에 탑재되고, 일단부에 굵은 직경의 렌즈드파이버(6a)가 타단부에 페룰(6b)이 장착되어 있다. 렌즈드파이버(6a)는 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 선단부가 볼록곡면으로 가공되어 있다. 페룰(6b)은, 광파이버(6)를 다른 광파이버와 접속하는 단심페룰이다.
이상과 같이 구성되는 표면실장모듈(1)은, 이하와 같이 해서 제조된다.
먼저, 베이스부품(3)을 작성하기 위하여, 도 6에 표시한 마스터부품(10)을 준비했다. 마스터부품(10)은 횡단홈(3a), 마크(3b) 및 V홈(3c)을 가진 베이스부품 (3)에 대해서 오목볼록이 반대의 관계로 정밀도 좋게 작성되고, 횡단홈(3a)에 대응하는 볼록부분(10a), 마크(3b)에 대응하는 오목부(10b) 및 V홈(3c)에 대응하는 릿지(10c)를 가지고 있다. 마스터부품(10)은, 실리콘 등의 비전기전도재료나 Ni, Cu등의 전기전도재료를 사용할 수 있다.
다음에, 마스터부품(10)이 비전기전도재료로 이루어진 경우에는, 니켈, 구리등을 표면에 플래시도금해서 도체화해둔다. 마스터부품(10)이 전기전도재료로 이루어진 경우에는 표면의 도체화처리는 불필요하다.
이어서, 마스터부품(10)을 음극으로 하고, 도 7A에 표시한 바와 같이, 전기주형법에 의해 마스터부품(10)의 표면에 니켈, 구리 등의 두꺼운 전기도금층(11)을 형성했다. 이때, 마스터부품(10)을 다수 배열해두면, 베이스부품(3)을 한 번에 다수 작성할 수 있다.
이 경우, 전기주형에 수일간을 요하는 경우도 생각할 수 있다. 그러나, 전기주형법은, 마스터부품(10)의 오목볼록형상을 서브미크론정도로 정밀도 좋게 재현할 수 있는데다가, 전기주형설비 및 전기주형에 요하는 비용도 염가인 이점이 있다.
다음에, 마스터부품(10)으로부터 전기도금층(11)을 벗겨내고, 도 7B에 표시한 바와 같이 횡단홈(3a), 마크(3b) 및 V홈(3c)을 가진 베이스부품(3)을 얻었다.
이어서, 얻어진 베이스부품(3)을 금형에 세트하고 금속필러포함의 합성수지나 세라믹계 접착제 등으로 이루어진 열전도성소재를 사용해서 성형체(4)를 인서트 몰드에 의해 성형하여, 기판(2)을 작성했다.
그런 다음, 도 4에 표시한 바와 같이, LD(5)를 뒤집으면서 기판(2)에 형성된 마크(3b)(3b)의 사이에 배치했다. 그리고, 기판(2)의 위쪽으로부터 근적외광을 조사하고, LD(5)를 투과하는 근적외광에 의해서 각 마크(5b)와 대응하는 마크(3b)를 현미경부착비디콘카메라에 의해서 관찰하면서 화상인식 등의 방법에 의해 1㎛정도의 정밀도에서 LD(5)를 베이스부품(3)에 대해서 위치 결정했다.
이 상태에서, 위치 결정한 LD(5)와 베이스부품(3)을 금주석합금 등의 공정합금에 의해서 본딩하고, LD(5)를 기판(2)에 고정했다.
다음에, 광파이버(6)를 베이스부품(3)의 V홈(3c)에 의해서 위치 결정하면서 접착제 등에 의해서 V홈(3c)에 고정하고, 표면실장모듈(1)을 제조했다. 이때, 광파이버(6)는, 렌즈드파이버(6a)를 횡단홈(3a)에 배치함으로써 V홈(3c)방향에 있어서의 위치결정을 행하였다.
또한, 광파이버는, 도 5에 표시한 광파이버(8)와 같이, 일단부에 동일직경의 렌즈드파이버(8a)를, 타단부에 페룰(8b)을 장착한 구조의 것이어도 된다. 광파이버(8)를 사용했을 때에는, 렌즈드파이버(8a)의 선단부를 현미경에 의해서 관찰하면서 LD(5)와의 관계를 화상인식 등에 의해서 정밀도 좋게 위치결정하고, 광파이버(8)를 V홈(3c)에 고정한다.
여기서, 상기 실시예에서는 마스터부품(10)을 사용해서 베이스부품(3)을 작성했으나, 미리 실리콘 등으로 작성한 모형을 사용하여, 상기 정밀전사법에 의해서 복제의 복제라는 2단계를 거쳐 베이스부품(3)을 고정밀도로 작성하는 것도 가능하다.
모형은 베이스부품(3)과 동일한 형상이고, 실리콘 등을 사용해서 사진석판기술에 의해 고정밀도로 작성할 수 있다. 이 베이스부품(3)과 동일한 형상으로 작성한 것을 마스터부품의 모형으로서 전기주형법, 스퍼터링법 등의 정밀전사법에 의해 마스터부품을 작성한다. 이 방법을 사용함으로써, 모형은 하나를 충분한 관리를 해서 고정밀도로 작성하고, 마스터부품을 이 모형으로부터 몇 개나 고정밀도로 작성하는 것이 가능하다. 스퍼터링법에서는 실리콘 등의 비전기전도재료도 사용가능하고, 치수정밀도가 높은 재료를 선정해서 사용할 수 있다.
또, 베이스부품(3)은, 전기주형법에 의해서 높은 정밀도로 염가에 제조할 수 있었다. 또한, 표면실장모듈(1)은, 베이스부품(3)이 금속이고 성형체(4)가 열전도성소재인 금속필러포함의 합성수지나 세라믹계접착제로 구성되어 있으므로, 기판 (2)의 방열성이 뛰어나고, 탑재한 LD((5)의 광출력을 크게 할 수 있었다.
본 발명의 표면실장모듈과 그 제조방법에 의하면, 광반도체소자, 예를 들면 반도체레이저의 탑재위치마크와 광파이버의 위치결정부를 가진 베이스부품을 정밀전사법에 의해서 마스터부품으로부터 작성하므로, 표면실장모듈을 높은 정밀도에서 염가에 제조할 수 있고, 또한 탑재한 반도체레이저의 광출력을 크게 할 수 있다.
이때, 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치된 것을 사용하므로, 광파이버와 광반도체소자와의 사이의 거리를 100㎛이상, 또, 광반도체소자의 광축과 직교하는 횡방향에 있어서의 광파이버의 광축의 어긋남에 관한 허용오차를 1㎛이상으로 할 수 있고, 구성부품의 위치결정이 용이하고, 결합효율에 큰 영향은 발생하지 않는다.

Claims (13)

  1. 기판상에 광반도체소자와 광파이버를 탑재해서 제조되는 표면실장모듈에 있어서,
    상기 기판이, 상기 광반도체소자의 탑재위치마크와 상기 광파이버의 위치결정부를 가지고, 정밀전사법에 의해서 형성되는 베이스부품과, 상기 베이스부품의 이면쪽에 일체화되는 성형체로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 위치결정부가 V홈인 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 성형체가 금속필러포함수지 또는 금속사출성형체를 포함한 열전도성소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광파이버는, 코어가 없는 등방성의 굴절률을 가지고, 일단부가 볼록곡면으로 가공된 렌즈드파이버가 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광반도체소자와 광파이버가, 횡단홈을 개재해서 서로 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 광반도체소자와 광파이버가, 횡단홈을 개재해서 서로 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 광반도체소자와 광파이버가, 횡단홈을 개재해서 서로 대향배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 광반도체소자와 광파이버가, 횡단홈을 개재해서 서로 대향배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈.
  11. 기판상에 광반도체소자와 광파이버를 탑재해서 제조하는 표면실장모듈의 제조방법에 있어서,
    광반도체소자의 탑재위치마크와 광파이버의 위치결정부를 가진 기판에 대해서 오목볼록이 반대로 형성된 마스터부품으로부터 정밀전사법에 의해 전사체를 형성하고,
    상기 전사체를 열전도성소재에 의해서 뒷받침한 후,
    상기 탑재위치마크에 의거해서 광반도체소자를 상기 위치결정부에 의해 광파이버를 각각 위치결정해서 탑재하는 것을 특징으로 하는 표면실장모듈의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 정밀전사법이 전기주형법 또는 스퍼터링법을 포함한 것을 특징으로 하는 표면실장모듈의 제조방법.
  13. 기판상에 광반도체소자와 광파이버를 탑재해서 제조되는 표면실장모듈에 있어서,
    상기 기판이 이 기판상에서 상기 광반도체소자를 탑재하는 위치를 지시하는 탑재위치마크와, 상기 광파이버를 고정해서 위치결정하는 홈으로 이루어진 위치결정부를 가지고, 정밀전사법에 의해 형성된 베이스부품과, 상기 베이스부품과 일체화된 열전도성소자로 이루어진 성형체로 구성된 것을 특징으로 하는 표면실장모듐.
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