KR100341216B1 - 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치로 구성된 광부모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나 이상의 광섬유를 적어도 하나 이상의 광소자들과 연결하는 광소자 부모듈(optical device subassemblies)과 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 광소자 부모듈은 하나의 실리콘 광학벤치와 하나의 몰드 하우징으로 구성된다. 실리콘 광학벤치는 하나 이상의 광반도체 장치들을 정렬 및 고정하는 가이드들과 하나 이상의 광섬유를 정렬 및 고정을 위한 광섬유 정렬용 브이홈, 그리고 몰드 하우징을 정렬하기 위한 가이드홈을 가진다. 몰드 하우징은 광섬유 가이드받침, 광섬유 누름판 그리고 실리콘 광학벤치의 몰드 하우징 가이드 브이홈에 삽입되는 가이드 핀을 가진다. 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치는 몰드 하우징 가이드홈과 몰드 하우징 가이드핀에 의해 정렬되어 PCB 기판 위에 고정된다. 광섬유는 몰드 하우징의 가이드 홈과 광섬유 삽입 구멍을 통해 실리콘 광학벤치 내의 광섬유 정렬용 홈에 정렬된다.

Description

몰드 하우징과 실리콘 광학벤치로 구성된 광부모듈 및 그 제조방법 {Optical device subassemblies comprising a mold housing and a silicon optical bench and method for fabricating thereof}

본 발명은 적어도 하나 이상의 광섬유를 복수의 광소자들과 연결하는 광소자 부모듈(optical device subassemblies)과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 반도체 장치와 광섬유가 광 결합된 광부모듈 및 실리콘 광학벤치와 광섬유간의 정렬 및 실리콘 광학벤치의 밀봉장치에 관한 것이다.

정보화 시대가 심화됨에 따라 음성, 영상, 그리고 디지털 데이터 등의 많은 양의 정보들의 신속한 전송이 요구되고 있다. 광통신기술은 광섬유가 갖는 초고속. 대용량의 신호전송능력을 이용하는 것으로서 앞으로 기간통신망은 물론 사무실 및 가정에 까지 침투될 것이다. 그러나 현재는 물론 장래에 있어서도 음성, 영상, 그리고 디지털 데이터 등의 정보의 생성과 처리는 전자기술에 의해 이루어질 것이다. 따라서 광전송을 위해서는 전기신호를 광신호로, 반대로 광신호를 전기신호로 변화해주는 장치를 필요로한다. 광송신 및 광수신 모듈은 각각 레이저 다이오드 및 광검출기를 전-광 및 광-전 변환소자로하는 전-광 및 광-전 변환장치이다. 광송신 및 수신모듈의 보급을 위해서는 소형이며 저가일 것이 요구된다.

광통신에 사용되는 기존의 광모듈의 구조는 크게 피크테일 형(pigtail type)과 리셉터클 형(receptacle type)의 두 가지로 나누어진다. 전자는 모듈에 pigtail 코드를 가지고 있고 커넥터에 의해 외부 광섬유와 연결된다. 후자의 경우에는 외부의 광섬유가 모듈의 본체와 어텝터를 통해 직접 연결된다. Pig tail 형은 모듈을 PCB 보드 등에 장착할 때 긴 코드로 인하여 불편하고 또한 pig tail 코드는 광소자의 조립시 광소자의 솔더링등에 장해가 되고 광부모듈(optical subassembly)을 광모듈 패키지에 조립과정에서도 역시 큰 불편을 야기 시킨다. 한편으로 리셉트클 형은 위와 같은 문제점은 없지만 외부의 광섬유를 모듈 내부의 반도체 레이저 및 광검출기 장치와 인접하여 광결합시키는 것이 대단히 어렵다. 따라서 통상적으로 렌즈를 사용하여 먼 거리에서도 광결합이 이루어지는 구조를 채택하고 있지만, 렌즈의 사용은 광모듈의 구조를 복잡하게하여 모듈의 조립 단가와 가격을 상승시키는 요인이 되고 있으며 모듈의 부피 역시 커지게 한다.

또한, 광부품들은 광소자 표면에서 광전 혹은 전광변환이 이루어지므로 표면의 오염과 대기와의 반응은 소자의 특성을 열화시키게 되므로 공기와 단절된 밀봉(hermetic sealing)이 필요하게 된다. 따라서 광소자들은 외부와 단절된 상태에서 불활성 개스 등으로 봉입한 상태로 밀봉될 것을 요구하는데 레이저 및 광검출기 등은 그 표면으로부터 공기를 통하여 빛을 전달하게 되므로 이들을 통상의 전자소자에서 사용하는 에폭시 등의 물질로 밀봉하는 것이 불가능하다.

따라서, 통상적으로 이것은 많은 수동 및 능동 전자소자들로 구성된 광모듈 패키지 전체를 밀봉함으로써 이루어지고 있지만 이것은 모듈 패키지의 단가를 상승시키는 한 요인이 되고 있다.

또한, 반도체 레이저 및 광검출기는 광섬유와의 광결합이 필요하게 되고 이것은 매우 엄격한 정렬과 견고한 고정이 필요하게 된다. 이러한 여러가지 요인에 의해 광모듈의 가격이 고가로 되는 주요한 원인이 되고 있다.

도 1은 종래의 리셉트클 형을 이용하는 광부모듈의 종단면을 나타낸 것으로서, 이는 미국특허공보(US patent) 5,617,495호에 개시되어 있다.

반도체 레이저(1)는 Au-Sn 솔더링에 의해 실리콘 기판(3)에 본딩된다. 짧은 광섬유(2)의 한 끝은 실리콘 기판(3) 상의 반도체 레이저(1)와 광결합된다. 짧은 광섬유(2)는 실리콘 기판(3) 상의 브이홈에 의해 반도체 레이저(1)와 정렬되고 솔더링에 의해 실리콘 기판(3)에 고정된다. 페룰(4)에 삽입된 광섬유(2)는 UV 레진에 의해 페룰(4)에 완전히 고정된다. 페룰(4)은 스리브(5)에 삽입되어 고정되고 다시 슬리브(5)는 모듈패키지(6) 위에 부착된다. 외부 광섬유(8)는 다른 페룰(7)에 고정되어 있고 페룰(7)은 다른 케이스(9)에 부착된다.

상기와 같은 종래의 기술은 광섬유를 직접 실리콘 기판에 부착하여야 하고, 광소자를 밀봉하는 수단을 제공하지 못하므로 모듈 전체를 밀봉하여야 하므로 모듈의 조립공정이 까다롭고 모듈의 제조단가가 고가로 되는 문제점을 가진다.

본 발명의 주된 목적은 크기가 소형이고 광섬유와 광소자의 광결합이 보다 용이하고 제조단가가 저렴한 광부모듈 및 그의 제조방법을 제공하며,

본 발명의 다른 목적은 실리콘 광학벤치에 광섬유를 간단히 그리고 정밀하게 연결하는 방법을 제공하고,

본 발명의 다른 또 다른 목적은 피그 테일(pig tail) 형의 광부모듈이 갖는 불편함을 제거하여 광모듈의 조립을 용이하게 하며,

본 발명의 또 다른 목적은 소켓(receptacle) 형의 광부모듈이 갖는 광소자와광섬유와의 광결합의 어려움을 제거하고,

본 발명의 또 다른 목적은 리셉트클형의 광모듈에서 광섬유의 정렬이 실리콘 광학벤치의 제작과정에서 광섬유 정렬용 브이홈과 동시에 형성된 브이홈을 주된 도구로 이용함으로써 광섬유와 광소자와의 광 결합 효율을 좋게하고,

본 발명의 또 다른 목적은 광부모듈 전체를 밀봉하는 데서 오는 광패키징 비용을 저감하기 위하여 광부모듈 자체만을 밀봉하는 광부모듈과 그 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 리셉트클형의 광부모듈의 종단면도,

도 2는 본 발명에 따라 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치와의 결합상태를 설명하기 위한 광부모듈의 사시도,

도 3은 본 발명의 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치로 구성된 광부모듈의 횡방향 단면도,

도 4a∼4c는 본 발명에 의한 실리콘 광학벤치의 전면도,

도 5는 본 발명의 몰드 하우징의 구조를 도시한 도면,

도 6은 도 5에서의 광섬유 가이드 받침대 및 광섬유 누름판 부위를 확대도시한 도면,

도 7a∼7e는 본 발명의 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치를 갖는 광부모듈의 조립과정을 나타낸 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광부모듈은 광소자 정렬용 브이홈, 광소자 부착용 본딩패드, 및 광소자의 와이어 본딩용 패드를 구비한 기판 위에 광소자가 부착된 실리콘 광학벤치; 상기 실리콘 광학벤치를 외부로부터 보호하고 밀봉하여 광섬유의 삽입 및 고정을 위한 몰드 하우징; 상기 실리콘 광학벤치를 부착하고 이 실리콘 광학벤치의 높이를 조절하기 위한 받침대; 및 이들을 기계적으로 지지하고 외부와의 전기적 연결을 제공하기 위한 PCB 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 실리콘 광학벤치는, 상기 몰드 하우징을 실리콘 기판과 정렬할 목적으로 상기 광섬유 정렬용 브이홈과 나란히 형성된 종방향의 몰드하우징 가이드홈; 상기 종방향의 몰드하우징 가이드홈과 광섬유 정렬용 브이홈과 수직인 횡방향의 몰드하우징 가이드홈; 및 상기 몰드 하우징을 통하여 실리콘 광학벤치의광섬유 정렬용 브이홈에 삽입된 광섬유가 브이홈의 측벽에 의하여 위로 꺽이는 것을 방지하기 위하여, 상기 브이홈의 광소자 측 끝의 일정 부분을 다이아몬드 톱 등으로 절삭한 톱날 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드 하우징은, 상기 실리콘 광학벤치와의 자동 정렬을 위하여, 상기 실리콘 광학벤치의 종방향 몰드하우징 가이드 홈 및 횡방향 몰드하우징 가이드 홈들과 각각 대응하여 삽입되는 종방향 가이드핀 및 횡방향 가이드 핀; 상기 실리콘 광학벤치내의 브이홈으로 광섬유를 가이드하고 상기 브이홈에 삽입된 광섬유를 압착하여 상기 광섬유가 상기 브이홈내에 밀착시킬 수 있는 광섬유 누름판; 외부의 광섬유가 상기 몰드 하우징 내부로 들어갈 수 있도록 가이드하기 위한 광섬유 삽입구; 및 상기 몰드 하우징의 광섬유 삽입구를 통해 삽입된 광섬유가 실리콘 광학벤치내의 광섬유 정렬용 브이홈으로 유도하기 위하여 그 중앙에 형성된 타원형의 가이드 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 몰드 하우징의 광섬유 누름판은, 상기 몰드하우징의 광섬유 삽입구와 광섬유 누름판의 가이드 홈을 통해 유도된 광섬유가 실리콘 광학벤치내의 광섬유 정렬용 브이홈에 밀착시키기 위하여, 상기 광섬유 삽입구 쪽의 폭과 깊이는 광섬유의 반경 보다 넓고 깊은 반면에 그 반대편의 폭과 깊이는 광섬유의 직경보다 약간 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 몰드 하우징의 가이드 홈은, 외부로부터 몰드 하우징으로 삽입되는 광섬유의 유도를 용이하게 하기 위하여, 몰드하우징의 광섬유 가이드받침대 중앙에 광섬유 입구 쪽의 폭과 깊이가 광섬유 출구 족의 폭과 깊이 보다넓게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광섬유 정렬용 브이홈, 광소자 부착용 본딩패드, 종방향 및 횡방향 가이드 홈을 구비하여 반도체 기판 상에 광소자가 부착된 실리콘 광학벤치; 및 몰드 하우징 가이드핀, 광섬유 삽입구, 광섬유 가이드받침대, 광섬유 가이드홈, 광섬유 누름판, 몰드 케이스로 구성된 몰드 하우징을 포함하여 구성된 광부모듈에 있어서, 상기 실리콘 광학벤치를 받침대를 사용하여 PCB 기판 위에 부착시키고 상기 실리콘 광학벤치로부터 상기 받침대 및 상기 PCB 기판으로 와이어 본딩하는 단계; 상기 실리콘 광학벤치 내의 몰드 하우징 정렬용 가이드홈에 상기 몰드 하우징의 가이드핀을 삽입하고, 상기 PCB 기판과 몰드 하우징 케이스를 접착하는 단계; 페룰에 장착된 광섬유를 몰드 하우징의 상기 광섬유 가이드홈과 광섬유 삽입구를 통하여 상기 몰드 하우징 내부로 삽입하여 상기 외부 광섬유가 상기 실리콘 광학벤치의 광섬유 정렬용 브이홈내에 상기 몰드 하우징의 광섬유 누름 누름판에 의해 밀착되어 상기 광섬유와 상기 실리콘 광학벤치 내의 광소자가 자동적으로 광결합 시키는 단계; 및 상기 몰드 하우징의 광섬유 삽입구를 밀봉함으로써 상기 몰드 하우징의 내부를 밀봉하는 단계로 이루어진 광부모듈의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 실리콘 광학벤치 및 몰드 하우징의 구조 및 각 구성 요소의 기능, 실리콘 광학벤치 및 몰드 하우징을 이용하여 광섬유를 정렬하고 밀봉하는 과정을 이하 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치를 사용한 광부모듈의 구성과 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치의 결합 방법을 나타낸 것이다. 본 발명의 광부모듈은 크게 몰드 하우징(11), 실리콘 광학벤치(12), 받침대(13), 그리고 PCB 기판(14)으로 구성된다.

실리콘 광학벤치(12)는 광섬유 정렬용 브이홈(16), 몰드 하우징(11)을 실리콘 광학벤치와 횡방향으로 정렬하기 위해 광섬유 정렬용 브이홈(16)과 수직인 방향으로 형성된 횡방향 가이드홈(15), 몰드 하우징(11)을 실리콘 광학벤치와 종방향으로 정렬하기 위해 광섬유 정렬용 브이홈(16)과 나란한 방향으로 형성된 종방향 가이드홈(18,18'), 본딩된 광소자(19), 그리고 광섬유 정렬용 브이홈(16)의 광소자 측 끝단에 형성된 톱날 홈(17), 그리고 광소자(19)와 외부와의 전기적 연결을 위한 본딩 와이어(20) 등으로 구성된다.

몰드 하우징(11)은 실리콘 광학벤치를 외부로부터 보호하고 밀봉하며, 광섬유의 삽입 및 고정을 도와준다. 몰드 하우징(11)은 실리콘 광학벤치(12)를 외부로부터 보호하기 위한 케이스(22), 외부로부터 광섬유의 삽입을 용이하게 하기 위한 광섬유 가이드받침대(23), 외부로부터 광섬유(28)를 실리콘 광학벤치(12)에 삽입할 때 광섬유(28)를 실리콘 광학벤치의 브이홈(18)으로 가이드하고 광섬유를 밀착시키기 위한 광섬유 누름판(24), 몰드 하우징(11)을 실리콘 광학벤치(12)에 정렬하기 위해 실리콘 광학벤치 내의 가이드홈(15,18,18')과 상응되게 형성된 종방향의 가이드핀(25) 및 횡방향 가이드핀(26)으로 구성된다. 광섬유 가이드받침대(23)의 중앙에는 광섬유를 몰드 하우징의 광섬유 삽입구(29)로 유도하기 위한 가이드홈(27)을 가진다.

받침대(13)는 PCB 기판(14) 표면으로부터 실리콘 광학벤치(12)의 높이를 조절하는목적을 가진다. 받침대(13)의 재료로서는 알루미나, 플라스틱, PCB 등 많은 종류가 사용될 수 있지만 실리콘 기판과 열팽창 계수가 유사하고 열전달계수가 크서 실리콘 기판으로부터 열을 효과적으로 PCB 기판으로 전달가능한 재료가 바람직하다.

PCB 기판(14)은 광부모듈을 기계적으로 지지하는 역할과 광부모듈과 외부와의 전기적 연결을 제공하고 광부모듈을 외부로부터 보호하고 밀봉하는 목적을 가진다. PCB 기판(14)은 실리콘 광학벤치(12)가 부착된 받침대(13), 와이어 본딩용 패드(21), 리드핀(31), 그리고 와이어 본딩패드(21)와 리드핀(31)을 전기적으로 연결하는 금속패턴(32)으로 구성된다. PCB 기판(14)은 와이어 본딩패드(21)를 기판 하부의 리드핀(31)과 전기적으로 연결된 쓰루홀(33)을 가진다. 또한 본 그림에 나타나지 않은 저항, 콘덴서 등의 수동 부품, 실리콘 집적회로 등의 능동 부품이 부착될 수 있고, 특히 광수신기용 광보모듈에서는 광검출기와 전단앰프 사이의 거리를 가능한 가까이 하기 위하여 PCB 기판 위에 집적하는 것이 광모듈의 성능개선을 위해서 매우 유용하다. 실리콘 기판으로부터 PCB 기판(14) 까지 직접 와이어 본딩이 가능할 때는 받침대(13)를 경유한 와이어 본딩은 생략될 수 있다. PCB 기판(14)은 또한 알루미나 등 다른 재질의 재료로 제작되어도 본 발명의 목적과 일치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 몰드 하우징(11)과 실리콘 광학벤(12)로 구성된 광부모듈의 횡방향 단면도로서 몰드 하우징(11)과 실리콘 광학벤치(12) 그리고 광섬유(15)간의 광결합 원리를 설명한다. 도 2를 참조하여 몰드 하우징(11)의 가이드핀(25,26)을 실리콘 광학벤치(12)의 가이드홈(18,15)에 삽입하여 몰드 하우징(11)을 실리콘 광학벤치(12)에 정렬한 다음에 몰드 하우징 케이스(22)와 PCB 기판(14)을 에폭시 등으로 밀봉 및 고정시킨 다음에 몰드 하우징(11)의 광섬유 삽입구(29)를 통하여 페룰(34)에 장착된 광섬유(28)를 몰드 하우징의 광섬유 가이드홈(27)을 통하여 광섬유(28)를 실리콘 광학벤치(12)의 브이홈(16)의 톱날 홈(17)의 측벽에 이르도록 삽입한다. 이때 광섬유(28)는 몰드 하우징(11)의 광섬유 누름판(24)에 의해 눌러지게 되어 광섬유 정렬용 브이홈(16)에 밀착되게 된다. 따라서 광섬유(28)는 오로지 실리콘 광학벤치 내의 광섬유 정렬용 브이홈(16)에 의해서 정렬되게 된다. 삽입된 광섬유는 몰드 하우징의 광섬유 삽입구(29)를 에폭시 등으로 밀봉시킴으로써 견고히 고정된다. 실리콘 광학벤치를 이용한 광소자와 광섬유의 수동정렬법에서는 반도체 제조공정으로 광소자의 부착을 위한 다이본딩패드 혹은 플립칩 본딩패드, 광소자의 광소자 정렬용 브이홈에 대한 상대적인 위치 정렬수단으로서 정렬마크, 그리고 광섬유 정렬용 브이홈을 형성하고 단순히 광소자를 실리콘 기판에 부착하고 광섬유를 브이홈에 삽입 고정하는 것으로 광소자와 광섬유 사이의 정밀한 정렬을 가능케 하는 기능을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 실리콘 광학벤치의 위와 같은 기능에 추가적으로 몰드 하우징을 실리콘 기판에 정렬시킬 수 있는 몰드 하우징 가이드홈(15,18)을 광섬유 정렬용 브이홈(16)의 형성과 동시에 형성함으로써 별도의 추가적인 제조 공정이나 장치의 도움없이 리셉트클형의 광부모듈을 제조할 수 있고 광모듈의 크기를 매우 적게 하며 또한 광부모듈을 독립적으로 밀봉시킬 수 있는 방법을 제공하고 있다. 상기와 같은 본 발명의 각 구성요소에 대해서 아래의 그림을 통하여 보다 상세히 설명한다.

도면 4a는 반도체 레이저 다이오드(41)와 광섬유로 구성되는 광송신기용 광부모듈의 구성을 위한 실리콘 광학벤치(42)의 전면도를 나타낸 것이다. 반도체 레이저(41)의 부착을 위한 다이본딩패드(43)와 실리콘 기판상에서의 수평적인 위치 및 높이를 맞추기 위하여 정렬마크 등을 가진다. 광학벤치의 재료로서는 (100)의 결정 방향을 가진 실리콘 기판이 사용된다. 실리콘 광학벤치는 기판에 부착된 레이저 다이오드와 연계하여 광섬유의 위치와 기판 표면으로부터 광섬유 코아의 높이를 조절하기 위한 광섬유 정렬용 브이홈(44)을 가진다. 광섬유 정렬용 브이홈(44)은 바람직하게는 이방성 습식 식각에 의해 형성되어진다. 광섬유 정렬용 브이홈(44)은 광섬유 삽입구 쪽의 폭을 반도체 레이저 다이오드(41)와 광결합하는 반대편 보다 넓게 형성하여 광섬유의 삽입을 용이하게 한다. 광섬유 정렬용 브이홈(44)의 반도체 레이저 다이오드 측의 끝에는 다이아몬드 톱 등으로 실리콘 기판의 표면으로부터 일정깊이, 보다 구체적으로는 광섬유의 두께의 약 절반 이상의 깊이로 기판을 절삭하여 형성된 톱날 홈(47)을 형성한다. 상기 톱날 홈(47)은 광섬유의 끝이 브이홈(44)의 경사면에 부딪혀서 위로 휘어지는 것을 방지하고 또한 광섬유의 끝 단면이 브이홈(44) 앞에 부착된 반도체 레이저 다이오드(41)와 항상 일정한 거리를 유지하기 위한 목적을 가진다.

반도체 레이저 다이오드(41)는 한쪽 측면, 즉 광섬유를 통하여 광을 전달하고자 하는 측면이 상기 톱날 홈(47)의 레이저(41)쪽 가장자리와 약 10 ~ 20 미크론의 간격을 가지도록 실리콘 기판 표면에 레이저의 앞면(광도파로 제조 공정이 수행된 면)이 실리콘 기판의 표면을 향하도록 하여 다이본딩 혹은 플립칩 본딩된다.. 다이본딩패드(43)로서는 Au-Sn 등이 사용되고 플립칩 본딩용 솔더 범프로서는 Pb-Sn, Pb-In 등이 사용된다. 상기 다이본딩패드(43)는 또한 반도체 레이저 다이오드(41)의 한 전극, n 혹은 p 전극과 집적 접촉하여 레이저 다이오드(41)를 실리콘 기판상의 와이어본딩패드(48)와 전기적으로 연결한다.

실리콘 광학벤치는 또한 몰드 하우징을 자신과 정렬하기 위하여, 보다 구체적으로는 제 2 도를 참조하여, 몰드 하우징(11)의 광섬유 가이드 받침대(23) 및 광섬유 누름판(24)을 실리콘 광학벤치의 광섬유 정렬용 브이홈(16)과 수평적인 위치 및 높이를 정렬하기 위하여 몰드 하우징의 종방향 정렬핀(25) 과 횡방향 정렬핀(26)을 가이드하기 위한 가이드홈(45,46)을 가진다. 가이드홈(45,46)은 광섬유 정렬홈 브이홈(44)과 나란하게 형성된 종방향 가이드홈(45,45')과 광섬유 정렬용 브이홈(44)과 수직방향으로 형성된 횡방향 가이드홈(46)으로 구성된다. 몰드 하우징 가이드홈(45,46)은 실리콘 기판 상의 광섬유 정렬용 브이홈(44)과 동시에 같은 제조공정으로 형성시킬 수 있으므로 별도의 사진전사공정에 의한 오차 요인이 없어 몰드 하우징(11)을 광섬유 정렬용 브이홈(44)과 매우 정밀히 정렬할 수 있는 이점을 가진다. 본 발명의 광송신기용 광부모듈에서는 반도체 레이저(41)의 출력을 감시 제어할 목적으로 통상적으로 사용되는 반도체 레이저 모니터용 괌검출기에 대해서는 설명을 생략하였으나 이를 포함하는 실리콘 광학벤치는 본 발명의 내용과부합된다.

도 4b는 표면수광형의 반도체 광검출기(51)와 광섬유로 구성되는 광수신기용 광부모듈의 제작을 위한 실리콘 광학벤치(58)의 전면도를 나타낸 것이다. 실리콘광학벤치(58)는 광섬유 정렬용 브이홈(52), 몰드 하우징의 가이드 핀 정렬용 종방향 가이드홈(55) 및 횡방향 가이드홈(54), 광소자 부착용 본딩패드(53), 와이어 본딩용 패드(56) 등으로 구성되어 반도체 레이저 다이오드용 광학벤치와 유사하다. 단지 광섬유 정렬용 브이홈(52)은 광섬유가 실리콘 기판 표면에 실장된 광검출기(51)의 아래로 들어갈 수 있도록 넓게 한다. 또한 이 경우에도 광섬유 삽입구 쪽의 폭을 광소자 쪽 보다 넓게 하여 광섬유의 출입을 원할하게 하도록 한다. 그리고 브이홈(52)의 광소자측 측벽에는 금속박막을 코팅하여 광반사도를 좋게 한다. 광섬유와 표면 수광형의 광검출기(51)의 광결합은 브이홈(52)에 거의 매몰된 광섬유로부터 방출된 빔이 먼저 브이홈의 측벽, 구체적으로는 (100)의 결정 방향을 가진 실리콘 기판을 이방성 식각하여 형성된 브이홈의 경우 기판의 표면과 약 54.7도의 각도를 가진 경사면에서 위로 반사되어 활성층 혹은 능동층이 실리콘 기판의 표면을 향하여 부착된 광검출기(51)의 수광영역(57)으로 진입하도록 함으로써 이루어진다.

도면 4c는 반도체 레이저 다이오드(64)와 반도체 광검출기(63), 그리고 한 쌍의 광섬유를 삽입할 수 있는 광송수신기용 광부모듈의 구성을 위한 실리콘 광학벤치(60)의 전면도를 나타낸 것이다. 상기 광학벤치는 상기 도면 (4a)와 도면 (4b)에서 제시된 레이저용 및 광검출기용의 기판 구조를 하나의 실리콘 기판 위에 구성한 것이다. 이에 따라서 광검출기용 광섬유 정렬용 브이홈(61)의 전단에도 톱날홈(65)이 형성되고 두 광섬유 중심축의 실리콘 기판 표면으로부터의 높이는 서로 다르게 된다. 즉 레이저-광섬유 결합용 광섬유의 중심은 레이저 다이오드(64)와의 광결합을 위하여 실리콘 기판 표면으로부터 수 미크론 위에 있게 되며, 광검출기-광섬유 결합용 광섬유의 중심은 광섬유 정렬용 브이홈(61)의 측벽에서의 반사를 이용하기 위하여 실리콘 기판 표면으로부터 약 50 ~ 65 미크론 아래에 위치하게 된다. 이러한 광섬유 중심축의 높이 불일치는 상기 도면 2를 참조하여 몰드 하우징의 광섬유 가이드받침대(23)와 광섬유 누름판(24)의 위치도 레이저 다이오드용과 광검출기용에 대해서 서로 다르게 설계될 것을 요구한다. 본 발명에 따른 실리콘 광학벤치는 상기 이외에도 복수의 반도체 레이저, 복수의 반도체 광검출기, 복수의 반도체 레이저 및 반도체 광검출기의 쌍을 가지는 어레이 형으로 제작하는 것은 본 발명의 구성과 작용으로서 충분히 가능하다고 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 몰드 하우징의 구조를 나타낸 전면도이다.

도 5를 참조하면, 몰드 하우징은 세라믹 혹은 금속 등으로 만들어질 수 있으나 특히, 플라스틱을 몰딩하여 만드는 것이 저가격화를 위해서 매우 효과적이다. 몰드 하우징은 하나의 금형으로부터 매우 균일한 품질을 다량으로 제작하는 것이 가능하므로 그 제작비용이 매우 저가로 될 수 있다.

상기 몰드 하우징은 실리콘 광학벤치를 외부로부터 보호하기 위한 케이스(71), 외부로부터 광섬유의 삽입을 용이하게 하기 위한 광섬유 가이드받침대(72), 외부로부터 광섬유를 실리콘 광학벤치에 삽입할 때 광섬유를 실리콘 광학벤치의 브이홈으로 가이드하고 광섬유를 밀착시키기 위한 광섬유누름판(75), 몰드 하우징을 실리콘 기판에 정렬하기 위해 실리콘 광학벤치 내의 가이드홈과 상응되게 형성된 종방향의 가이드핀(74,74') 및 횡방향 가이드핀(75)으로 구성된다.

종방향의 가이드핀(74,74')은 경우에 따라서 하나만 있어도 종방향의 정렬작용을 수행할 수 있다. 가이드핀(74,75)은 휨 등의 기계적 변형을 방지하기 위한 충분한 기계적 강도를 가질 수 있는 두께로 설계된다. 단지 가이드핀(74,75)을 실리콘 광학벤치의 가이드홈에 삽입을 용이하게 하기 위하여 그 끝에 두께가 수 십 내지 수 백 미크론에 불과한 작은 돌출부를 형성한다. 가이드핀(74,75)의 길이는 실리콘 광학벤치의 크기와 정렬 정밀도를 고려하여 적절히 설계된다. 몰드 하우징 케이스는 상기 도 2 를 참고하여, 적어도 PCB 기판(14) 위에 부착된 실리콘 광학벤치(12)와 받침대(13), 그리고 받침대와 PCB 기판 간의 본딩 와이어(76,76')가 몰드 하우징 내부에 들어갈 수 있는 내경을 가지고 또한 적어도 실리콘 광학벤치 상의 본딩 와이어(20)가 몰드 하우징(11)의 위벽에 의해 눌려서 손상되지 않을 정도의 높이를 가지도록 제작된다. 또한 몰드 하우징 케이스(22,71)는 몰드 하우징의 종방향의 가이드핀(25) 및 횡방향 가이드핀(26)을 실리콘 광학벤치(12)의 종방향 및 횡방향의 가이드홈(18,15)에 삽입한 상태에서 몰드 하우징 케이스(22,71)가 PCB 기판 표면으로부터 적어도 수 미크론 이상 떠 있는 상태가 되도록 제작된다. 이렇게 함으로써, 몰드 하우징 케이스가 PCB 기판에 닿아서 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치의 정렬을 방해하는 것을 방지한다. 몰드 하우징의 광섬유 누름판(75)은 몰드 하우징의 일 측벽과 연결되 있고 도 2와 같이 몰드 하우징의 케이스를 통과한광섬유(28)가 실리콘 광학벤치의 브이홈(16)으로 정확히 가이드되고 또한 광섬유를 실리콘 광학벤치에 밀착시키는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 보다 효과적으로 달성하기 위하여 상기 광섬유 누름판(75)은 그 중앙 부위에 제 2 가이드홈(73)을 가진다. 제 2 가이드홈은 몰드 케이스와 연결된 쪽의 폭과 깊이를 반대편에 비해 넓고 깊게 함으로써 광섬유의 유도를 보다 용이하게 한다. 몰드 하우징의 케이스(71)와 연결된 반대편의 최소한의 폭과 깊이는 광섬유가 삽입되지 않은 상태에서 실리콘 광학벤치와 정렬된 상태에서는 브이홈과 제 2 가이드홈에 의해 형성되어진 구멍이 광섬유의 직경보다는 좁고 광섬유가 삽입될 때 미는 힘에 의해 공간이 넓혀져서 광섬유 누름판(75)의 압착력에 의해 도 2의 광섬유를 실리콘 광학벤치의 광섬유 정렬홈 브이홈(16)을 향하여 누르는 힘을 갖도록 한다.

도 6은 몰드 하우징의 또 다른 부분을 보다 상세히 설명하기 위하여 상기 광섬유 가이드 받침대(72) 및 광섬유 누름판(75) 부위의 단면도를 나타낸 것이다. 광섬유 가이드 받침대(81) 와 광섬유 누름판(83) 사이의 몰드 하우징 케이스(84)에는 광섬유가 출입할 수 있는 정도의 직경을 가진 광섬유 삽입구(82)를 가진다. 광섬유 삽입구(82)의 직경은 사용하는 광섬유의 직경보다 적어도 수 미크론 이상 크게 만들어 진다. 몰드케이스 외부의 광섬유 가이드받침대(81)의 내부에 위치하는 가이드홈(85)은 광섬유 삽입구(82)측의 폭과 깊이가 그 반대편에 비해 좁고 얇게 함으로써 광섬유의 삽입을 용이하게 한다. 또한 광섬유 가이드 받침대(81)의 가이드홈(85)이 있는 표면은 아래로 향하는 경사를 가지도록 만들어 짐으로써 광섬유의 진입을 보다 효과적으로 이룰 수 있다.

이하, 도 7a 내지 7e를 참조하여, 본 발명의 몰드 하우징과 실리콘 광학벤치를 갖는 광부모듈의 조립과정을 상세히 설명한다.

먼저, 도 7a를 참조하여, 실리콘 광학벤치(91) 위에 최소한 한 개 이상의 반도체 레이저 다이오드 혹은 반도체 광검출기 혹은 반도체 레이저 다이오드와 반도체 광검출기 등의 광소자(92)를 다이본딩 혹은 플립칩 본딩한다.

이어서 도 7b를 참조하여, 상기 실리콘 광학벤치(91)를 받침대(94) 위에 에폭시 접착, 다이본딩 혹은 솔더링 등의 방법으로 견고히 부착시킨 다음에 실리콘 광학벤치(91) 상의 광소자(92)와 받침대(94)를 본딩와이어(93)로 연결하고 실리콘 광학벤치(91) 상의 와이어본딩패드(90)와 받침대의 와이어본딩패드(95)를 와이어 본딩한다.

이어서 도 7c를 참조하여, 실리콘 광학벤치(91)가 부착된 받침대(94)를 PCB 기판(98) 위의 미리 정해진 위치에 부착하고 받침대(94)의 와이어본딩패드(95)와 PCB 기판(98)의 와이어본딩패드(97)을 서로 본딩와이어(96)로 연결한다.

도 7d를 참조하면, 상기 PCB 기판(98) 상의 실리콘 광학벤치(91) 위에 횡방향 몰드 하우징 가이드핀(106) 및 종방향 몰드 하우징 가이드핀(107)을 각각 실리콘 광학벤치(91)의 종방향 가이드홈(100)및 횡방향 가이드홈(99)에 맞추어 끼운 다음에 몰드 하우징의 케이스(110)와 PCB 기판(98)을 접착시킨다. 이어서 상기 몰드 하우징의 광섬유 가이드 받침대(101) 및 .광섬유 삽임구(102)를 통하여 페룰(103)에 장착된 광섬유(104)를 삽입한다. 마지막으로 광섬유 삽입구를 에폭시 등으로 밀봉함으로써 광부모듈의 제작이 완료된다.

도 7e는 완료된 몰드 하우징(111)과 PCB 기판(112)그리고 광섬유(113)로 구성된 광부모듈을 나타낸 것이다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 않된다. 또한, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 몰드 하우징을 이용한 광부듈은, 광소자가 조립된 실리콘 광학벤치를 PCB 기판에 조립한 이후에 광섬유를 삽입하여 광섬유와 실리콘 광학벤치 사으이 광소자가 광섬유와 광결합되게 함으로써 실리콘 광학벤치의 조립공정을 용이하게 하고,

광섬유가 삽입된 실리콘 광학벤치를 몰드 하우징으로 별도로 밀봉시킬 수 있기 때문에 광모듈 전체를 밀봉하는 것에 비해 모듈 패키지의 제조단가를 크게 절감하게 할 수 있고,

광부모듈에 광섬유를 단지 삽입한 상태에서 광소자의 성능과 신뢰성을 테스트 할 수 있기 때문에 광모듈의 테스트 비용을 절감할 수 있고,

실리콘 광학벤치와 반도체 제조기술로 제조된 정밀한 실리콘 브이홈을 광섬유의 주된 정렬 수단으로 이용함으로써 수동정렬 방식으로도 광소자와 광섬유간의우수한 광결합을 얻을 수 있고,

몰드 하우징을 실리콘 광학벤치 수준으로 매우 작게 할 수 있으므로 소형인 광부모듈을 제작할 수 있고 제조단가가 저렴하며 광결합 효율이 우수한 광부모듈을 제조할 수 있게 하는 이점을 가진다.

Claims (10)

1. 광소자 정렬용 브이홈, 광소자 부착용 본딩패드, 광소자의 와이어 본딩용 패드, 및 몰드하우징 가이드핀 정렬용 브이홈을 구비한 기판 위에 광소자가 부착된 실리콘 광학벤치;

   상기 실리콘 광학벤치를 외부로부터 보호하고 밀봉하여 광섬유의 삽입 및 고정을 위한 몰드 하우징;

   상기 실리콘 광학벤치를 부착하고 이 실리콘 광학벤치의 높이를 조절하기 위한 받침대; 및

   이들을 기계적으로 지지하고 외부와의 전기적 연결을 제공하기 위한 PCB기판을 포함하여 구성된 광부모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광학벤치는,

   상기 몰드 하우징을 실리콘 기판과 정렬할 목적으로 상기 광섬유 정렬용 브이홈과 나란히 형성된 종방향의 몰드하우징 가이드홈; 및

   상기 종방향의 몰드하우징 가이드홈과 광섬유 정렬용 브이홈과 수직인 횡방향의 몰드하우징 가이드홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광부모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광학벤치는,

   상기 몰드 하우징을 통하여 실리콘 광학벤치의 광섬유 정렬용 브이홈에 삽입된 광섬유가 브이홈의 측벽에 의하여 위로 꺽이는 것을 방지하기 위하여, 상기 브이홈의 광소자 측 끝의 일정 부분을 다이아몬드 톱 등으로 절삭한 톱날 홈을 더 포함하는 것을 특징으로하는 광부모듈.
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광학벤치는,

   반도체 레이저 다이오드와 레이저 다이오드 모니터용 광검출기로 구성된 광송신부;

   반도체 광검출기로 구성된 광수신부; 및

   상기 반도체 레이저 다이오드와 광섬유의 광결합을 위한 광섬유 정렬용 브이홈과, 상기 광검출기와 광섬유의 정렬을 위한 광섬유 정렬용 브이홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광부모듈.
5. 제1 내지 제3항에 있어서, 상기 몰드 하우징은,

   상기 실리콘 광학벤치와의 자동 정렬을 위하여, 상기 실리콘 광학벤치의 종방향 몰드하우징 가이드 홈 및 횡방향 몰드하우징 가이드 홈들과 각각 대응하여 삽입되는 종방향 가이드핀 및 횡방향 가이드 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는광부모듈.
6. 제1 내지 제3항에 있어서, 상기 몰드 하우징은,

   상기 실리콘 광학벤치내의 브이홈으로 광섬유를 가이드하고 상기 브이홈에 삽입된 광섬유를 압착하여 상기 광섬유가 상기 브이홈내에 밀착시킬 수 있는 광섬유 누름판; 및

   외부의 광섬유가 상기 몰드 하우징 내부로 들어갈 수 있도록 가이드하기 위한 광섬유 삽입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광부모듈.
7. 제6에 있어서, 상기 몰드 하우징은,

   상기 몰드 하우징의 광섬유 삽입구를 통해 삽입된 광섬유가 실리콘 광학벤치내의 광섬유 정렬용 브이홈으로 유도하기 위하여 그 중앙에 형성된 타원형의 가이드홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광부모듈.
8. 제6항에 있어서, 상기 몰드 하우징의 광섬유 누름판은,

   상기 몰드하우징의 광섬유 삽입구와 광섬유 누름판의 가이드 홈을 통해 유도된 광섬유가 실리콘 광학벤치내의 광섬유 정렬용 브이홈에 밀착시키기 위하여, 상기 광섬유 삽입구 쪽의 폭과 깊이는 광섬유의 반경 보다 넓고 깊은 반면에 그 반대편의 폭과 깊이는 광섬유의 직경보다 약간 작게 형성된 것을 특징으로 하는 광부모듈.
9. 제7항에 있어서, 상기 몰드 하우징의 가이드 홈은,

   외부로부터 몰드 하우징으로 삽입되는 광섬유의 유도를 용이하게 하기 위하여, 몰드하우징의 광섬유 가이드받침대 중앙에 광섬유 입구 쪽의 폭과 깊이가 광섬유 출구 쪽의 폭과 깊이 보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 광부모듈.
10. 광섬유 정렬용 브이홈, 광소자 부착용 본딩패드, 종방향 및 횡방향 가이드 홈을 구비하여 반도체 기판 상에 광소자가 부착된 실리콘 광학벤치; 및 몰드 하우징 가이드핀, 광섬유 삽입구, 광섬유 가이드받침대, 광섬유 가이드홈, 광섬유 누름판, 몰드 케이스로 구성된 몰드 하우징을 포함하여 구성된 광부모듈 제조방법에 있어서,

    상기 실리콘 광학벤치를 받침대를 사용하여 PCB 기판 위에 부착시키고 상기 실리콘 광학벤치로부터 상기 받침대 및 상기 PCB 기판으로 와이어 본딩하는 단계;

    상기 실리콘 광학벤치 내의 몰드 하우징 정렬용 가이드홈에 상기 몰드 하우징의 가이드핀을 삽입하고, 상기 PCB 기판과 몰드 하우징 케이스를 접착하는 단계;

    페룰에 장착된 광섬유를 몰드 하우징의 상기 광섬유 가이드홈과 광섬유 삽입구를 통하여 상기 몰드 하우징 내부로 삽입하여 상기 외부 광섬유가 상기 실리콘 광학벤치의 광섬유 정렬용 브이홈내에 상기 몰드 하우징의 광섬유 누름 누름판에 의해 밀착되어 상기 광섬유와 상기 실리콘 광학벤치 내의 광소자가 자동적으로 광결합 시키는 단계; 및

    상기 몰드 하우징의 광섬유 삽입구를 밀봉함으로써 상기 몰드 하우징의 내부를 밀봉하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광부모듈의 제조방법.