KR100379389B1 - fiber structure and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
2차원 배열형 광섬유 고정용 구조물에 관한 것으로, 2차원으로 배열된 광섬유 고정용 관통공(hole)이 형성된 기판과, 광섬유 고정용 관통공에 삽입되는 광섬유를 포함하여 이루어진다. 광섬유 고정용 관통공의 일측은 기판 바깥쪽의 폭이 넓고 기판 안쪽의 폭이 좁도록 일정 각도로 경사지게 형성되어, 원 모양이나 다각형 모양으로 형성된 광섬유 고정용 관통공에 광섬유가 삽입된다. 따라서, 광섬유간의 균일도가 높고, 광섬유간 간격의 조절이 용이하다.The present invention relates to a two-dimensional array type optical fiber fixing structure, comprising a substrate having two-dimensionally arranged optical fiber fixing holes, and an optical fiber inserted into the optical fiber fixing through hole. One side of the optical fiber fixing through-hole is formed to be inclined at an angle so that the width of the outside of the substrate is wide and the width of the inside of the substrate is narrow, and the optical fiber is inserted into the optical fiber fixing through-hole formed in a circular or polygonal shape. Therefore, the uniformity between optical fibers is high, and adjustment of the space | interval between optical fibers is easy.
Description
본 발명은 광섬유에 관한 것으로, 특히 2차원 배열형 광섬유 구조물 및 그제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber, and more particularly to a two-dimensional array type optical fiber structure and a method of manufacturing the same.
1990년대 중반 이후부터 인터넷, 전자상거래 등의 보급으로 인하여 통신정보량이 폭발적으로 증가해왔다.Since the mid-1990s, the amount of communication information has exploded due to the spread of the Internet and electronic commerce.
이러한 막대한 양의 정보를 가장 효과적이고 경제적으로 통신할 수 있는 방안으로 파장분할 다중화(Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM) 광통신 시스템이 연구되어 왔으며, 최근에는 초기 형태의 시스템이 현장에 설치되고 있다.Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) optical communication systems have been studied as the most effective and economical method of communicating such a large amount of information, and recently, an early type system has been installed in the field.
이 시스템 내에서는 여러 개의 광신호를 교환할 필요가 있는데, 현재는 광신호를 전기신호로 변환한 후 전기적으로 교환한 후 다시 광신호로 변환하여 전송한다.In this system, it is necessary to exchange several optical signals. At present, the optical signals are converted into electrical signals and then electrically exchanged.
그러나, 시스템의 용량이 증가하게 되면 이러한 교환을 광전광 변환 없이 전광 스위칭(all-optical switching)할 수 있는 크로스-커넥트 스위치(cross-connect switch)가 필요하게 된다.However, as the capacity of the system increases, there is a need for a cross-connect switch capable of all-optical switching this exchange without photoelectric conversion.
이 소자는 N개의 다중 입력 광신호와 N개의 다중 입력 광신호와 N개의 다중 출력 광신호를 갖게 된다.The device has N multiple input optical signals, N multiple input optical signals, and N multiple output optical signals.
이러한 스위치와 같이 다중 입출력을 갖는 광소자에 광을 결합시키기 위해서는 2차원 배열 형태의 광섬유 고정용 구조물이 필요하다.In order to couple light to an optical device having multiple inputs and outputs, such as a switch, a structure for fixing an optical fiber in the form of a two-dimensional array is required.
도 1은 종래의 광섬유 구조물의 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a conventional optical fiber structure.
도 1에 도시한 바와 같이, 먼저, 실리콘 기판에 1차원적으로 V-홈을 형성한 후, 광섬유를 삽입하여 고정하는 방식이고, 이를 적층하여 2차원 배열형 다중 광섬유 구조물을 형성하는 방법이다.As shown in FIG. 1, first, a V-groove is formed in a silicon substrate in one dimension, and then an optical fiber is inserted and fixed, and a two-dimensional array type multi-fiber structure is formed by stacking them.
이러한 방법은 V-홈이 형성된 실리콘 기판을 이용하여 광섬유를 실장하고 에폭시로 접속 고정하여 양 광섬유 단면 접속이 이루어지도록 한 것이다.In this method, the optical fiber is mounted using a silicon substrate having a V-groove and connected and fixed with epoxy so that both optical fiber cross-section connections are made.
즉, 실리콘 기판에 V 형태의 홈(V-홈; V-groove)을 형성하여 V-홈에 광섬유를 정렬함으로써 광섬유를 기판에 고정한다.That is, the V-groove is formed in the silicon substrate to align the optical fiber with the V-groove to fix the optical fiber to the substrate.
따라서, 와이어(wire) 접합을 배제할 수 있기 때문에 전기적 특성이 우수할 뿐 아니라 패키징 작업이 간단하여 대량생산이 용이하다는 장점을 갖는다.Therefore, since wire bonding can be excluded, not only the electrical characteristics are excellent, but also the packaging work is simple and mass production is easy.
이렇게, 1차원적으로 광섬유를 고정하고, 같은 방법으로 광섬유가 V-홈에 고정된 기판을 차례로 적층함으로써, 2차원 배열형 다중 광섬유 구조물을 형성하게 된다.In this way, the optical fiber is fixed in one dimension and the substrates in which the optical fibers are fixed to the V-grooves are sequentially stacked in the same manner, thereby forming a two-dimensional array type multiple optical fiber structure.
여기서, 기판에 광섬유를 정렬하기 위한 V-홈은 정밀한 포토리소그래피 공정을 이용한 별도의 실리콘 식각공정으로 형성한다.Here, the V-groove for aligning the optical fiber to the substrate is formed by a separate silicon etching process using a precise photolithography process.
이러한 광섬유 구조물의 성능은 기판의 V-홈 위에 놓인 광섬유간의 간격(pitch) 및 높이 균일도와 관련이 있다.The performance of such optical fiber structures is related to the pitch and height uniformity between the optical fibers lying on the V-grooves of the substrate.
그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 광섬유 구조물 및 그 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the optical fiber structure and the manufacturing method according to the related art described above have the following problems.
종래의 2차원 다중 광섬유 구조물은 횡방향 1차원적으로는 포토리소그래피(photolithography)의 분해능 정도의 우수한 균일도를 얻을 수 있지만, 실리콘 기판의 두께가 고정되어 있기 때문에, 수직 방향으로는 실리콘 기판을 기계적으로 적층할 경우에는 균일도가 매우 떨어질 뿐만 아니라. 수직 방향으로의광섬유간 간격을 자유롭게 조절할 수 없다.Conventional two-dimensional multi-fiber structure can obtain excellent uniformity of resolution of photolithography in one lateral direction, but because the thickness of the silicon substrate is fixed, the silicon substrate is mechanically moved in the vertical direction. In the case of lamination, the uniformity is very poor. The spacing between the optical fibers in the vertical direction cannot be freely adjusted.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광섬유간의 균일도가 높고, 광섬유간 간격의 조절이 용이한 2차원 고밀도 다중 광섬유 구조물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a two-dimensional high-density multi-fiber structure and a method of manufacturing the same having high uniformity between optical fibers and easy adjustment of spacing between optical fibers.
도 1은 종래의 광섬유 구조물의 구조단면도.1 is a structural cross-sectional view of a conventional optical fiber structure.
도 2a는 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 투시도.2A is a perspective view of an optical fiber structure according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 단면도.2b is a sectional view of an optical fiber structure according to the present invention;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 제조공정단면도.Figure 3a to 3f is a cross-sectional view of the manufacturing process of the optical fiber structure according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 홈 모양을 나타낸 단면도.4a to 4c are cross-sectional views showing the groove shape of the optical fiber structure according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 실리콘 기판1: silicon substrate
2, 3 : 식각용 마스크2, 3: etching mask
4 : 홈4: Home
5 : 광섬유5: optical fiber
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 특징은 2차원으로 배열된 광섬유 고정용 관통공(hole)이 형성된 기판과, 광섬유 고정용 관통공에 삽입되는 광섬유를 포함하여 이루어지는 데 있다.A feature of the optical fiber structure according to the present invention for achieving the above object is to comprise a substrate formed with two-dimensional optical fiber fixing through-holes, and an optical fiber inserted into the optical fiber fixing through-holes. .
여기서, 광섬유 고정용 관통공의 일측은 기판 바깥쪽의 폭이 넓고 기판 안쪽의 폭이 좁도록 일정 각도로 경사지게 형성되어, 원 모양이나 다각형 모양으로 형성된 광섬유 고정용 관통공에 광섬유가 삽입된다.Here, one side of the optical fiber fixing through-hole is formed to be inclined at a predetermined angle so that the width of the outside of the substrate is wide and the width of the inside of the substrate is narrow, and the optical fiber is inserted into the optical fiber fixing through-hole formed in a circular or polygonal shape.
본 발명에 따른 광섬유 구조물 제조방법의 특징은 기판의 상/하부에 식각용 마스크를 형성하는 제 1단계와, 기판의 하부면이 노출되도록 기판의 하부에 형성된 마스크를 패터닝하는 제 2단계와, 기판의 하부면을 습식 식각하여 홈을 형성하는 제 3단계와, 기판의 하부면에 형성된 홈과 대응하는 위치에 기판의 상부면이 노출되도록 기판의 상부면에 형성된 마스크를 패터닝하는 제 4단계와, 기판의 상부면을 건식 식각하여 기판을 관통하는 제 5단계와, 마스크를 제거하고, 기판의 하부면에 형성된 홈을 통하여 광섬유를 삽입하는 제 6단계를 포함하여 이루어지는데 있다.Features of the method for manufacturing an optical fiber structure according to the present invention are the first step of forming an etching mask on the upper and lower portions of the substrate, the second step of patterning the mask formed on the lower portion of the substrate to expose the lower surface of the substrate, the substrate A third step of forming a groove by wet etching the bottom surface of the substrate, and a fourth step of patterning a mask formed on the top surface of the substrate to expose the top surface of the substrate at a position corresponding to the groove formed on the bottom surface of the substrate; And a fifth step of dry etching the upper surface of the substrate and penetrating the substrate, and removing the mask and inserting the optical fiber through the groove formed in the lower surface of the substrate.
여기서, 제 3단계는 비등방성 습식 식각 공정을 이용하고, 제 5단계는 깊은 반응성 이온 식각(Deep RIE) 공정을 이용한다.Here, the third step uses an anisotropic wet etching process, and the fifth step uses a deep reactive ion etching process.
본 발명에 따르면, 광섬유들 간의 간격 균일도가 매우 우수한 고정밀, 저가격, 대용량의 2차원 다중 광섬유 고정용 구조물을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a structure for fixing high-precision, low-cost, high-capacity two-dimensional multi-fiber optical fibers having excellent uniformity of spacing between optical fibers.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에 따른 광섬유 구조물 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of an optical fiber structure and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2a는 본 발명에 따른 2차원 배열형 광섬유 고정용 구조물의 투시도이다.First, Figure 2a is a perspective view of a structure for fixing a two-dimensional array type optical fiber according to the present invention.
도 2a에 도시한 바와 같이, 기판으로는 실리콘 기판이 사용되고, 기판 상에 2차원 N×N 배열 형태의 광섬유를 삽입할 수 있는 관통공이 형성되어 있다.As shown in Fig. 2A, a silicon substrate is used as the substrate, and through holes through which a two-dimensional N × N array optical fiber can be inserted are formed on the substrate.
이 때, 삽입되는 광섬유들 간의 간격은 결합될 소자의 설계에 의해 결정된다.At this time, the spacing between the optical fibers to be inserted is determined by the design of the device to be coupled.
도 2b는 도 2a의 A-A'선에 따른 실리콘 기판의 두께 방향으로의 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view in the thickness direction of the silicon substrate taken along the line AA ′ of FIG. 2A.
도 2b에 도시한 바와 같이, 기판의 뒷면은 실리콘의 비등방성 식각 특성을 이용하여 홈이 비스듬하게 형성되어 있는데, 이는 뒷면에서 광섬유를 삽입하는 것을 용이하게 해준다.As shown in FIG. 2B, the back side of the substrate has a groove formed obliquely using the anisotropic etching characteristic of silicon, which facilitates the insertion of the optical fiber from the back side.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 광섬유 구조물의 제조공정단면도이다.Figure 3a to 3f is a cross-sectional view of the manufacturing process of the optical fiber structure according to the present invention.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 상/하부에 제 1, 제2 마스크(2, 3)를 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, first and second masks 2 and 3 are formed on and under the silicon substrate 1.
도 3b에 도시한 바와 같이, 기판(1) 하부에 형성된 제 2 마스크(3)를 리소그래피(lithography) 공정을 이용하여 기판(1)의 하부가 노출되도록 패터닝한다.As shown in FIG. 3B, the second mask 3 formed under the substrate 1 is patterned to expose the lower portion of the substrate 1 by using a lithography process.
그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이, 기판(1) 하부를 실리콘의 비등방성 습식 식각 특성을 이용하여 식각함으로써, 기판(1) 하부에 V-홈(4)을 형성한다.3C, the lower portion of the substrate 1 is etched using the anisotropic wet etching characteristic of silicon to form the V-groove 4 in the lower portion of the substrate 1.
즉, V-홈(4) 형성은 KOH등 특정용액에 대하여 실리콘 결정면간에 식각 속도가 크게 다른 특성을 이용하는 실리콘의 이방성 식각 성질을 이용한다.That is, the formation of the V-groove 4 utilizes the anisotropic etching property of silicon, which uses a characteristic in which the etching rate is significantly different between silicon crystal faces with respect to a specific solution such as KOH.
그리고 난 후, 도 3d에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상부에 형성된 제 1 마스크(2)를 적외선을 이용한 뒷면(back-side) 정렬 과정을 이용하여 기판(1) 하부에 형성된 V-홈(4)과 대응하도록 패턴을 형성한다.After that, as shown in FIG. 3D, the first mask 2 formed on the substrate 1 is formed on the lower surface of the substrate 1 using a back-side alignment process using infrared rays. A pattern is formed so as to correspond to (4).
이어서, 도 3e에 도시한 바와 같이, 선택성(aspect ratio)이 우수한 건식 식각인 깊은 반응성 이온 식각(Deep RIE) 공정을 이용하여 남아있는 실리콘을 완전히 제거하여 기판(1)을 관통시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, the remaining silicon is completely removed through the substrate 1 using a deep reactive ion etching (Deep RIE) process, which is a dry etching having excellent aspect ratio.
마지막으로, 도 3f에 도시한 바와 같이, 기판 식각에 사용된 제 1, 2 마스크(2, 3)를 제거하고, 기판(1)의 하부에 형성된 넓은 V-홈(4)을 통하여 광섬유를 밀어 넣은 후, 자외선 경화 또는 열경화 에폭시 등으로 고정시킨다.Finally, as shown in FIG. 3F, the first and second masks 2 and 3 used for etching the substrate are removed, and the optical fiber is pushed through the wide V-groove 4 formed in the lower portion of the substrate 1. After the addition, it is fixed by ultraviolet curing or thermosetting epoxy or the like.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 구조물에서 실리콘 기판에 형성되는 홈의 여러 가지 모양을 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing various shapes of grooves formed in the silicon substrate in the optical fiber structure according to the present invention.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 광섬유 삽입을 위한 홈으로 사각형, 육각형, 마름모 등의 다양한 형태를 선택할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 4, as the groove for the optical fiber can be selected in various forms, such as square, hexagon, rhombus.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광섬유 구조물은 다음과 같은 효과가 있다.The optical fiber structure according to the present invention as described above has the following effects.
광섬유 고정용 관통공이 뒷면이 넓고 점점 감소하여 광섬유의 직경과 거의 동일해지기 때문에, 광섬유를 삽입하기에 매우 용이하다.It is very easy to insert the optical fiber because the through hole for fixing the optical fiber is wide and gradually decreases to be almost equal to the diameter of the optical fiber.
또한, 기판 하부의 습식 식각된 홈과 윗면의 건식 식각된 홈의 정렬이 어긋날지라도 광섬유를 일단 삽입하게 되면 리소그래피 공정으로 이용하여 건식 식각된 일직선 홈에 광섬유가 자동적으로 고정되기 때문에, 횡방향 및 종방향의 광섬유들 간의 간격 균일도가 매우 우수하고, 광섬유간 간격을 조절하는 것도 용이하다.In addition, even if the alignment of the wet etched groove in the lower part of the substrate and the dry etched groove in the upper surface is misaligned, the optical fiber is automatically fixed to the dry etched straight groove by using the lithography process once the optical fiber is inserted, so that it is transverse and longitudinal. The uniformity of spacing between the optical fibers in the direction is excellent, and it is also easy to adjust the spacing between the optical fibers.
따라서, 고정밀, 저가격, 대용량의 다중 광섬유 고정용 구조물을 제조할 수 있고, 대용량 크로스-커넥트 스위치 등에 응용함으로써, 이들의 상용화를 더욱 앞당길 수 있을 것이다.Therefore, it is possible to manufacture a structure for fixing high-precision, low-cost, large-capacity multi-fiber optical fiber, and by applying it to a large-capacity cross-connect switch and the like, it will be possible to further accelerate their commercialization.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
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KR20220140072A (en) | 2021-04-08 | 2022-10-18 | 한국전자기술연구원 | Two-dimensional optical fiber array substrate for light-cured 3D printer and manufacturing method thereof |
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