KR100408329B1 - 광전자 센서 모듈 - Google Patents

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KR100408329B1
KR100408329B1 KR10-1999-7005809A KR19997005809A KR100408329B1 KR 100408329 B1 KR100408329 B1 KR 100408329B1 KR 19997005809 A KR19997005809 A KR 19997005809A KR 100408329 B1 KR100408329 B1 KR 100408329B1
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Abstract

본 발명은, 자기 데이터 캐리어(14)상의 반사 패턴을 인식하기 위한 광전자 센서 모듈에 관한 것이다. 실리콘-서브 마운트(3)상에 또는 그 내부에는 레이저 부품(8), 레이저-방사축(19)에 대해 측면으로 변위된 적어도 하나의 제 1센서-광검출기(4, 5, 6), 도전성 접속면(20 - 25) 및 서로 전기 절연된 전기 스트립 도체(33)가 배치된다. 냉각 부재(3)에 마주 놓인 레이저-방사체 부품(8)의 측면에는 렌즈 장치(9, 10)가 제공되며, 이 렌즈 장치는 적어도 하나의 지지 바아(29, 30)에 의해서 상기 냉각 부재(3)상에 고정된다.

Description

광전자 센서 모듈 {OPTOELECTRONIC SENSOR MODULE}
처리되는 컴퓨터 프로그램의 복잡성이 증가하고, 저장될 데이터량이 점점 더 커짐으로 인해, 그만큼 더 큰 기억 용량을 갖는 기억 매체를 개발할 필요가 있다. 예를 들어 자기 기억 방식에 기초하는 공지된 플로피 디스크의 기억 용량을 높일 수 있는 한가지 가능성은, 플로피 디스크의 자기 기억 매체상에 있는 정보 저장 트랙을 더 가깝게 위치시키는데 있다.
현재 사용되는 플로피 디스크-드라이브에서 자기 기록-/판독-헤드를 기계식으로 제어할 때 기억 매체상의 트랙 간격은 약 100㎛에 달한다. 상기 간격을 예컨대 팩터 100만큼 확실하게 줄이는 것은 (그럼으로써 자기 기억 매체의 기억 용량은 100배 만큼 상승될 것임), 종래에 사용되던 자기 기계식 트래킹으로써는 불가능하다. 그러나 광기계 방식으로는 상응하게 더 정확한 트랙 가이드가 가능하며, 여러해 전부터 콤팩트-디스크(CD)-드라이브에서 성공적으로 사용되어 왔다. 상기 방식에서 레이저 빔은 관련 디스크 표면상에 포커싱되고, 상기 표면으로부터 적합한 검출기상으로 역반사된다. 디스크의 반사 특성을 상응하게 변동시키는 디스크상의 라인 패턴 또는 점 패턴에 따라, 데이터 전송 기능 이외에 트랙을 인식하고 트래킹하기 위해서도 사용될 수 있는 변조된 전기 신호가 검출기에서 형성된다. 이러한 방법으로 트랙 간격이 ㎛-범위에서 실현될 수 있다.
광학 기록 장치 및 재생 장치의 광학 기록-/판독 헤드에 사용하기 위한 반도체 소자는 예를 들어 유럽 특허 공개 199 565호에 공지되어 있다. 여기에 수신된 부품들에서는, 각각 2개의 광검출기, 말하자면 CD로부터 반사된 광학 신호를 기록하기 위한 하나의 신호 검출기 및 관련 반도체 레이저 칩의 파워 출력을 모니터링하기 위한 하나의 모니터-검출기가 하나의 실리콘-웨이퍼내에 통합되어 있다.
2개의 광검출기는, 반도체 레이저 칩의 방사 방향으로 볼 때, 앞뒤로 배치되며, 반도체 레이저 칩으로부터 방사된 레이저 빔의 빔축상에 있다. 신호 검출기 위에는 반투명 라우팅(routong) 미러가 배치되어 있으며, 이 미러는 반도체 레이저 칩으로부터 방사된 광선의 적은 부분은 모니터-검출기 쪽으로 투과시키고, 레이저 광선의 대부분은 90°만큼 반사시켜 실리콘-웨이퍼로부터 떨어진 방향으로 편향시킨다. 반사된 레이저 광선은 CD상에 입사되고, 그곳에서 CD상에 제공된 반사 패턴에 따라 반도체 레이저 부품 쪽으로 역반사되며, 반투명 라우팅 미러를 통과하여 그 아래에 배치된 신호 검출기상에 비춰진다.
그러나 상기 장치의 단점은, 첫째로는 반투명 라우팅 미러에 의해 분산된 레이저 광선이 반도체 레이저 칩으로부터 나와서 직접 신호 검출기상에 입사되어 광학 데이터 메모리로부터 반사된 광학 신호를 간섭한다는 점, 그리고 둘째로는 상기 적용을 위해 적합한 특성을 갖는 반투명 미러를 제조하는 것이 매우 어렵다는 점이다.
자기 기억 장치의 자기 기록-/판독 헤드와 광자기 트래킹을 결합시키기 위한 공지된 제안은, 반도체-레이저 칩의 형태로 된 이산 부품으로서 (직경이 약 5 mm인) 금속 TO-패킹내에 있는 레이저 소스 및 빔 형성 및 조절용 광학장치 그리고 마찬가지로 이산적인 금속 TO-패킹내에 조립된 관련 검출기를 나란히 자기 기록-/판독 헤드의 기계식으로 작동되는 캐리어 아암상에 고정하는 것이다. 그러나 자기 기록-/판독 헤드의 캐리어 아암상에 광학 소자 및 관련 검출기를 갖는 레이저 소스의 이러한 구성은 캐리어 아암이 구조적 형태 뿐만 아니라 부피도 또한 현저하게 확대시킨다. 이것은 결과적으로 2가지 결정적인 단점을 갖는다: 첫째, 아암을 동작시키기 위해 더 높은 가속력이 필요하도록 만드는 상기 아암의 더 큰 관성 질량으로 인해 아암의 동작이 제한되고 그에 따라 자기 저장 매체의 데이터-트랙에 대한 액세스 시간 및 데이터 액세스 시간이 증가된다. 둘째, 1 인치의 표준-케이스 높이에 더이상 도달될 수 없을 정도로, 반도체 레이저 칩 및 검출기의 TO-소자가 상응하는 메모리-드라이브의 전체적인 구성 치수를 증가시킨다. 그로 인해 상기 기술에 상응하게 구성된 광자기 플로피디스크-드라이브가 지금까지 사용되던 자기 플로피디스크-드라이브를 직접 대체할 수 없게 되는데, 그 이유는 광자기 플로피디스크-드라이브가 퍼스널-컴퓨터 및 크기가 더 작은 휴대용 퍼스널 컴퓨터(laptop)의 표준적인 장치내에 내장될 수 없기 때문이다.
광학 센서 모듈은 예를 들어 미국 특허 4,958,245호에 공지되어 있다. 공지된 모듈은 자기 데이터 캐리어에 대한 캐리어 헤드의 위치를 결정하기 위해서 이용되며, 별도의 하우징내에 배치된 적외선 방출 다이오드, 수광 렌즈, 라우팅 미러 및 광검출기를 이산 부품으로 포함한다. 상기 센서 모듈의 공간 필요 및 부피도 마찬가지로 비교적 크다.
본 발명은, 특히 자기 기록 장치 및/또는 재생 장치내에 있는 자기 기록-/판독-헤드내에 사용하기 위한 광전자 센서 모듈에 관한 것이다.
도 1은 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 2는 실시예의 냉각 부재의 개략적인 평면도이며,
도 3은 세부 사항으로 나누어진 실시예의 개략적인 투시도이고,
도 4는 리드 프레임상에 조립된 실시예의 개략적인 투시도이다.
본 발명의 목적은, 부피가 더 작고 공간 필요가 더 적으며 분산 레이저 광선으로 인한 간섭 발생 가능성이 감소된 광전자 센서 모듈을 개발하는 것이다. 본 발명에 의해서는 또한, 경제적인 대량 생산을 가능하게 하며 기술적으로 간단한, 상기 방식의 광전자 센서 모듈을 제조하기 위한 방법이 제공되어야 한다. 상기 센서 모듈은 종래의 조립 장치를 사용하여 조립될 수 있어야 한다.
상기 목적은 청구항 1의 장점을 갖는 광전자 센서 모듈에 의해 달성된다. 광전자 센서 모듈의 바람직한 개선예는 종속항 2 내지 7의 대상이다.
본 발명에 따라 자기 데이터 캐리어상의 반사 패턴을 인식하기 위한 광전자 센서 모듈이 제공되는데, 상기 모듈에서 냉각 부재의 제 1주표면상에는 레이저 방사축을 갖는 레이저-방사체 부품이 고정된다. 냉각 부재 내부에서는, 트랙 데이터를 판독 출력하기 위한 적어도 하나의 제 1센서-광검출기가 레이저-방사체에 인접하여 레이저-방사축에 대해 측면으로 변위되어 형성된다. 냉각 부재의 제 1주표면에는 도전성 접속면(본딩 패드)이 형성되거나 제공되며, 이 접속면은 제 1주표면에 형성되거나 또는 제공된, 서로 전기적으로 절연된 전기 스트립 도체에 의해서 레이저-방사체 부품 및 센서-광검출기의 전기 단자와 접속된다. 냉각 부재에 마주 놓인 레이저-방사체 부품의 측면에는, 적어도 하나의 지지 웨브에 의해서 냉각 부재상에 고정된 렌즈 장치가 제공된다. 레이저-방사체 부품은, 동작시 상기 레이저-방사체 부품으로부터 방출된 레이저 광선의 적어도 제 1부분이 직접 또는 반사 부재에 의한 편향 후에 렌즈 장치를 통과하여 센서 모듈로부터 분리되도록 배치된다. 분리된 레이저 광선은 적어도 부분적으로, 센서 모듈 외부에 배치된 자기 데이터 캐리어상의 반사 패턴에 의해 센서-광검출기로 역반사되고 상기 광검출기에 의해서 수신된다.
본 발명에 따른 광전자 센서 모듈에서는, 센서-광검출기, 레이저-방사체 부품, 상기 전자 부품용 스트립 도체, 접속면(본딩 패드) 및 렌즈 장치용 지지 웨브가 단 하나의 냉각 부재상에 통합 형성되거나(센서-광검출기) 또는 배치되어 최대로 좁은 공간에서 결합됨으로써, 지나치게 큰 부피 및 지나치게 큰 높이와 같은 전술한 문제들이 해결된다.
간섭성 분산 레이저 광선은, 센서-광검출기가 레이저-방사체 부품의 방사축상에 있지 않고 상기 축 측면에 위치함으로써 감소된다.
광전자 센서 모듈의 매우 바람직한 개선예에서 냉각 부재는 실제로 실리콘을 함유하는, 그 내부에 센서 광다이오드가 통합 형성된 지지 플레이트이다. 이 캐리어 플레이트상에는 절연층이 제공되며, 이 절연층상에는 접속면(본딩 패드) 및 전기 스트립 도체가 제공된다.
실리콘은 우수한 열도체이기 때문에 냉각 부재용 재료로서 매우 적합하다. 바람직하게는 광다이오드 및 광트랜지스터와 같은 광검출기가 실리콘으로 간단한방법에 의해 제조될 수 있다. 관련 기술 자체는 공지되어 있기 때문에 본 명세서에서는 자세하게 설명하지 않겠다.
전술한 광전자 센서 부품의 매우 바람직한 실시예에서, 레이저-방사체 부품은 실제로 유리로 이루어진 제 1지지 웨브와 제 2지지 웨브 사이에 배치된다. 상기 2개의 지지 웨브와 실리콘 칩 사이에는 실제로 비정질 실리콘으로 이루어진 본딩층이 각각 하나씩 배치되며, 2개의 지지 웨브는 양극 본딩에 의해서 상응하는 본딩층상에 고정된다. 이러한 구성은 바람직하게 광전자 센서 모듈의 능률적인 대량 생산을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 광전자 센서의 추가 장점 및 바람직한 개선예는 도 1 내지 도 4와 관련하여 하기에 기술된 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1에 단면으로 도시된 실시예에서 실리콘-서브 마운트(실리콘-기판)(3), 본 경우에는 냉각 부재(3)의 제 1주표면(2)상에는 흡수 끝 발광(edge emitting) 반도체 레이저 칩(8)이 고정된다. 센서의 작동 중에 반도체 레이저 칩(8)에 의해 방사된 레이저 빔(7)의 방사축(19)은 실제로 실리콘-서브 마운트(3)의 제 1주표면(2)에 대해 평행하게 진행된다. 반도체 레이저 칩(8)의 서로 마주 놓인 측면에서는 예를 들어 유리 스트립의 형태로 된 제 1지지 웨브(29) 및 제 2지지 웨브(30)가 실리콘-서브 마운트(3)상에 고정되며, 광선축(19)은 실제로 지지 웨브(29, 30)의 종방향 연장부의 방향에 대해 수직이지만, 2개의 지지 웨브(29, 30) 중에서 적어도 하나의 지지 웨브(29)를 절단한다. 지지 웨브(29)는 적어도 레이저 광선(7)이 그 위로 비춰지는 영역에서는 미러면(17)으로 형성된 미러면(15)을 포함하는데, 이 측면이 실리콘-서브 마운트(3)의 제 1주표면(2)과 실제로 45°의 각(α)을 형성하면서 상기 주표면(2)과 반향함으로써, 레이저 광선(7)은 90°만큼 실리콘-서브 마운트(3)로부터 벗어나게 된다. 미러면(17)이 반투명으로 형성됨으로써, 반도체 레이저 칩(8)으로부터 방사된 레이저 광선(7)의 전체가 아니라 레이저 광선 중에서 다만 제 1부분(12)만이 반사되며, 제 2부분(13)은 미러면(17)에서 실리콘-서브 마운트(3) 쪽으로 굴절된다.
제 1지지 웨브(29) 하부의 실리콘-서브 마운트(3) 내부에, 반도체 레이저 칩(8)에 의해 방사된 레이저 광선(7)의 파워를 모니터링하기 위한 모니터-광다이오드(11)가 통합 방식으로 형성된다. 모니터-광다이오드(11)는 미러면(17)에서 굴절된 레이저 광선(7)의 제 2부분(13)의 적어도 일부분을 수신한다. 상기 방식의 광다이오드(11)를 실리콘 웨이퍼내에 구성하고 제조하는 것은 반도체 기술에서 공지되어 있기 때문에 본 명세서에서는 자세하게 설명하지 않겠다.
실리콘-서브 마운트(3)의 거의 전체의 제 1주표면(2)상에는 절연층(31), 바람직하게는 실리콘질화물층이 제공되며, 이 절연층 위의 2개의 지지 웨브(29, 30) 사이에는 스트립 도체(33) 그리고 본딩 와이어(34) 및 반도체 레이저 칩(8)을 위한 도전성 접속면(본딩 패드)(20 - 28)이 제공된다. 바람직하게 금속화층(예컨대 Ti-Pt-Au)으로 이루어진 스트립 도체(33)는 실제로 서브 마운트(3)상에 형성되거나 또는 제공된 전자 부품의 전기 단자를 접속면(20 - 28)과 결합시킨다.
반도체 레이저 칩(8) 옆의 측면, 마찬가지로 2개의 지지 웨브(29, 30) 사이에는 서로 나란히 배치되며 바람직하게는 서로 평행하게 진행되는, 길이로 연장된 3개의 센서-광다이오드(4, 5, 6)가 실리콘-서브 마운트(3) 내부에 통합되며, 상기 광다이오드의 전기 단자들은 스트립 도체(33)에 의해서 접속면(20 - 23)과 도전 접속된다. 센서-광다이오드(4, 5, 6)의 종방향 연장부는 방사된 레이저 광선(7)의 광선축(19)에 대해 평행하게 뻗는다.
센서 모듈을 외부 접속하기 위한 본딩 와이어용의 전체 접속면(20 - 26)은 2개의 지지 웨브(29, 30) 사이에서 실리콘-서브 마운트(3)의 에지 영역에 배치된다.
3개의 센서-광다이오드(4, 5, 6)는 바람직하게 단락된 광다이오드(35) 내부에 매립된다.
지지 웨브(29, 30)와 실리콘-서브 마운트(3) 사이에는 비정질 실리콘으로 이루어진 본딩층(32)이 각각 하나씩 배치된다. 이 본딩층(32)은 유리로 이루어진 지지 웨브(29, 30)를 양극 본딩하기 위한 "표면"으로서 이용된다. 그럼으로써, 양극으로 본딩된 지지 웨브 아래에 전기적으로 활성적인 부품을 위치시킬 수 있다. 이것은 본 경우에 모니터-다이오드(11)이다.
지지 웨브(29, 30)상에는, 홀로그래픽 광학 소자(9) 및 굴절 광학 소자(10)로 이루어진 렌즈 장치가 있다. 이 렌즈 장치는, 레이저 광선(12)이 자기 기억 매체(14)(예컨대 자기 디스크)에 비춰지기전에, 90°만큼 편향된 상기 레이저 광선(12) 다수의 부분 광선으로 분할한다. 이 부분 광선은 기억 매체상에 배치된 반사 패턴, 예컨대 주기적인 라인 패턴에 부딪치고, 상기 반사 패턴에 따라 변조되어 센서-광다이오드(4, 5, 6) 쪽으로 반사된다. 그렇게 얻어진 변조 신호는 기억 매체(14) 위에서의 판독-/기록 헤드의 위치에 대한 정보를 포함한다.
실시예에 상응하게 형성된 센서 모듈은 바람직하게 리드 프레임(36)상에 고정되며 (도 4), 이 리드 프레임에 의해서 간단한 방식으로 기록-/판독 헤드의 아암에 고정될 수 있다.
흡수 끝 발광 반도체 레이저 칩(8) 대신에 표면 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL))도 또한 사용될 수 있다. 그 경우에는 미러면(17)이 생략될 수 있는데, 그 이유는 상기 레이저가 통상의 조립시 이미 원하는 방향으로 방사되기 때문이다.
표면 방출 레이저는 또한, 이 레이저가 단 하나의 광점(light spot) 뿐만 아니라 부분 광선의 원하는 수에 상응하게 2개, 3개 또는 그 이상의 광점을 방출하도록 형성될 수 있다. 그럼으로써, 부분 광선 내부로 에너지가 더 유리하게 분배되며, 기술적으로도 더 간단한 렌즈 장치가 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 자기 데이터 캐리어(14)상의 반사 패턴을 인식하기 위한 광전자 센서 모듈(1)로서,
    냉각 부재(3)의 제 1주표면(2)상에 레이저-방사축(19)에 의해 레이저-방사체 부품(8)이 고정되며,
    상기 냉각 부재(3) 내부에서 레이저-방사체 부품(8) 옆에는 레이저-방사축(19)에 대해 측면으로 변위되어 적어도 하나의 제 1센서-광검출기(4, 5, 6)가 형성되며,
    냉각 부재(3)의 제 1주표면(2)에는, 상기 제 1주표면(2)에 형성되거나 또는 제공된 서로 전기적으로 절연된 전기 스트립 도체(33)에 의해서 레이저-방사체 부품(8) 또는 센서-광다이오드(4, 5, 6)의 전기 단자와 접속된 도전성 접속면(본딩 패드)(20 - 25)이 형성되거나 제공되며,
    냉각 부재(3)에 마주 놓인 레이저-방사체 부품(8)의 측면에는, 적어도 하나의 지지 웨브(29, 30)에 의해서 냉각 부재(3)상에 고정된 렌즈 장치(9, 10)가 제공되며,
    상기 레이저-방사체 부품(8)은, 작동 중에 레이저-방사체 부품(8)에 의해 방사된 레이저 광선(7)의 적어도 제 1부분(12)이 직접 또는 반사 소자(17)에 의한 편향 후에 렌즈 장치(9, 10)를 통해서 센서 모듈(1)로부터 분리되고, 센서 모듈(1) 외부에 배치된 자기 데이터 캐리어(14)상의 반사 패턴으로부터 적어도 부분적으로 센서-광검출기(4, 5, 6) 쪽으로 역반사되어 상기 광검출기에 의해서 수신되도록 배치된, 광전자 센서 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 부재(3)는 그 내부에 센서-광검출기(4, 5, 6)가 통합적으로 형성된 실리콘 웨이퍼이며,
    상기 실리콘 웨이퍼와 접속면(본딩 패드)(20 - 25) 사이에 및 실리콘 웨이퍼와 전기 스트립 도체(33) 사이에 절연층(31)이 제공되는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저-방사체 부품(8)이 실제로 유리로 이루어진 제 1지지 웨브(29)와 제 2지지 웨브(30) 사이에 배치되며,
    상기 지지 웨브(29, 30)와 실리콘 웨이퍼 사이에 실제로 비정질 실리콘으로 이루어진 본딩층(32)이 각각 하나씩 배치되며,
    상기 2개의 지지 웨브(29, 30)가 양극 본딩에 의해서 본딩층(32)상에 고정되는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 부재(3)내에 모니터-광검출기(11)가 형성되며, 상기 광검출기 내부로는 레이저-방사체 부품(8)에 의해 방사된 레이저-광선(7)의 적어도 제 2부분(13)이 결합되는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저-방사체 부품(8)이 흡수 끝 발광체이고, 상기 발광체의 레이저-방사축(19)은 실제로 냉각 부재(3)의 제 1주표면(2)에 대해 평행하게 진행되며,
    레이저-방사체 부품(8) 뒤에는, 방사 방향으로 볼 때, 상기 레이저-방사체 부품(8)을 향해 있고 제 1주표면(2)으로부터 떨어져 있으며 방사축(19)을 약 45°의 각도로 절단하는 미러면(17)이 배치되며, 이 미러면은 작동시 레이저 광선(7)의 제 1부분(12)을 실제로 제 1주표면(12)에 대해 수직인 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
  6. 제 3항에 있어서,
    레이저-방사체 부품(8)의 방사 방향이 제 1지지 웨브(29) 쪽으로 향하며,
    레이저 광선(7)이 그 위로 비춰지는, 레이저-방사체 부품(8)을 향하는 제 1지지 웨브(29)의 측면(15)의 부분이 광선축(15)에 대해서 약 45°의 각도로 기울어져서 미러면(17)을 이루는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 미러면(17)이 반투명으로 형성되며,
    레이저 광선(7)의 제 1부분(12)이 미러면(17)으로부터 렌즈 장치(9, 10) 쪽으로 반사되고, 레이저 광선(7)의 제 2부분(13)이 미러면(17)에서 모니터-광검출기(11) 쪽으로 꺾이는 방식으로, 모니터-광검출기(11)가 제 2지지 웨브 하부에 및 레이저-방사축(19) 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전자 센서 모듈.
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