KR100413848B1

KR100413848B1 - 광모듈용 밀폐형 패키지

Info

Publication number: KR100413848B1
Application number: KR10-2001-0057039A
Authority: KR
Inventors: 유명기; 이승익; 한기우; 원동묵
Original assignee: 주식회사 래피더스
Priority date: 2001-09-15
Filing date: 2001-09-15
Publication date: 2004-01-03
Also published as: WO2003025652A1; KR20030024070A

Abstract

본 발명은 이종 재질의 접합공정이나 외부환경 또는 광모듈의 작동(on/off)에 기인하는 패키지의 열변형을 최소화시킬 수 있는 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공하기 위하여, 1) 텅스텐-구리 복합재료에 의해, 바닥판과 상기 바닥판 평면에 직교하는 벽면을 일체형으로 형성한 용기를 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지와, 2) 텅스텐-구리 복합재료에 의해, 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성된 바닥판을 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지와, 3) 텅스텐-구리 복합재료로 형성한 바닥판의 일부에 벽면을 제공하지 않고, 이 렇게 벽면이 제공되지 않은 바닥판 부위에, 리드 터미날이 제공된 세라믹을 직접 접합하는 광모듈용 밀폐형 패키지와, 4) 대향하는 두 측면 중 일부에, 리드 터미날이 제공된 세라믹을 삽입하여 접합할 수 있는 요홈부를 갖는 바닥판을 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지와, 5) Kovar 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해, 벽면에 광송수신용 파이프를 일체형으로 형성한 벽면을 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지와, Kovar 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해, 바닥판과 상기 바닥판 평면에 직교하는 벽면과 상기 벽면으로부터 돌출하는 광송수신용 파이프를 일체형으로 형성한 용기를 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공한다.

Description

광모듈용 밀폐형 패키지 {Hermetic Package for Fiber Optic Module}

본 발명은 광모듈용 밀폐형 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 텅스텐(W)-구리(Cu) 복합재료 또는 Kovar(Fe-Co-Ni) 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해 패키지 구조를 실형상화할 수 있어서 후속적인 기계가공을 필요로 하지 않거나 후속적으로 기계가공을 하더라도 이의 부담을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 패키지 제조시 요구되는 이종 물질간의 브레이징 공정을 획기적으로 감소시켜서 패키지내 소자들의 축 정렬을 유지하면서 소자로부터 발생되는 열을 효율적으로 제거하여 패키지 내부의 온도 구배를 최소화시킬 수 있는 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

텅스텐-구리 복합재료(상호 고용도가 거의 없기 때문에 'pseudoalloy'라고 부르기도 함, 미국특허 제 5,956,560호)는 전기접점(electrical contact), 전극(electrode) 및 전자 부품(device)의 열방출용 기판(heat spreader) 또는 세라믹 메탈라이징(metallizing)용 페이스트(paste) 등으로 사용되는 소재이다.

텅스텐-구리 복합재료가 상기와 같은 응용분야에 사용되는 이유는 텅스텐과 구리가 갖는 각각의 물성을 조합하여 목적하는 물성을 갖도록 설계가 가능하기 때문이다. 예를 들면, 구리의 함량을 증가시킴으로써 열 및 전기 전도도를 증가시킬 수 있고, 텅스텐의 함량을 증가시킴으로써 열팽창계수를 감소시킬 수 있다.

일반적으로 단일 금속의 경우 열 및 전기 전도도가 증가하면 이와 함께 열팽창 계수도 증가한다. 따라서 열 및 전기 전도도가 우수한 저열팽창계수를 갖는 재료는 구리와 같은 고열전도 재료와 텅스텐과 같은 저열팽창계수 재료를 복합화(composite)시켜 사용한다. 이러한 목적의 또 다른 예로서 알루미늄-실리콘 카바이드(Al-SiC)가 있다. 이의 경우 또한 열전도도가 높은 Al과 열팽창계수가 낮은 SiC를 복합화시켜 목적하는 물성을 조절할 수 있다.

이러한 텅스텐-구리 복합재료는 특히, 반도체 레이저 다이오드(optical semiconductor, Laser Diode - LD), LD를 구동시키는 드라이버 IC, LD가 구동할 때 발생되는 열을 제거하기 위한 thermo-electronic cooler(Peltier) 및 온도 조절을 위한 서미스터(thermister) 등이 장착되는 광모듈용 패키지의 바닥판 재료로 널리 사용되고 있다. 그 이유는 열팽창계수를 알루미나 또는 GaAs등의 반도체와 유사하게 조절하면서 동시에 열전도도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

도 1a 및 1b는 텅스텐-구리 복합재료를 바닥판(2)으로 하여 제조된 광모듈용 패키지의 구조를 개략적으로 제시한 것이다. 텅스텐-구리 복합재료는 열팽창계수(6 - 8ppm/℃)가 세라믹과 유사하며 열전도도(200W/mK이상)가 높아 광모듈용 패키지의 바닥판 재질로 사용된다. 도면에서와 같이 광모듈용 패키지는 내부에 상술한 소자들이 장착될 공간을 갖으면서, 수분 등 외부 환경으로부터 장착된 소자들을 보호하기 위하여 사방이 벽면(side wall 또는 frame)(1) 구조를 갖고 있으며, 광섬유(optic fiber)를 인입(insert) 시키고, 광 신호를 외부로 전송시킬 수 있는 렌즈(lens 또는 window)를 부착할 수 있는 파이프(pipe)(7)가 설치되어 있으며, 소자들을 구동하기 위해 리드 프레임(12)이 전기적 신호 터미널(terminal)(8)에 연결되어 제공된다. 일반적으로 벽면(1) 및 파이프(7)의 재질로는 Kovar(Fe-29Ni-17Co) 합금, 합금 42(Fe-42Ni) 등이 사용되는데, 전기 신호 터미널(8)들은 벽면(1) 합금과 절연이 되도록 세라믹(9) 속에 설치되어 있다.

이러한 각각의 부분품들은 이종 또는 동종의 재질로서 접합(joining, brazing 또는 soldering) 공정을 통해 내부에 공간 구조를 갖도록3차원적으로 도 1a 및 1b에서 제시된 구조로 조립되어 광모듈용 밀폐형 패키지를 구성한다.

이렇게 제조된 패키지의 내부 공간의 바닥판(2) 위에 Peltier cooler가 접합된다. 이때 Peltier cooler의 상하면은 절연 역할을 하는 재질로서 알루미나 또는 질화 알루미늄(AlN) 기판이 제공된다. 이렇게 장착된 Peltier cooler의 상부 기판 위에 회로 기판이 설치되며, 상기의 회로 기판 위에 LD, 드라이버 IC 및 서미스터가 하이브리드(hybrid) 형태 즉, 개별 부품의 형태로 제공되고 이들 각각의 소자들은 전기적으로 패키지의 벽면(1)에 제공되는 터미널(8)에 결선된다. 최종적으로 기능 소자들이 장착된 다음, 벽면(1) 상부의 Kovar 링(11)에 뚜껑을 덮어 용접하여 밀폐형 모듈(hermetic module)로 제조된다. 이러한 모듈들은 PCB(printed circuit board)에 연결되어 시스템에 장착된다. 이상의 방법으로 제조된 광모듈들은 작동시 LD로부터 발생되는 열을 Peltier cooler를 통해 텅스텐-구리 재질의 바닥판(2)으로 전달되어 방출된다.

이때 광모듈의 성능은 발광(LD) 또는 수광 소자(PD)와 광섬유(optic fiber)간의 축 정렬(axis alignment) 및 패키지의 열 방출(heat dissipation) 능력에 의해 결정된다.

패키지 재료의 열 방출 능력이 나쁘면 패키지 바닥판(2) 또는 Peltier cooler 상부면에 설치된 회로 기판(circuit board)에 대하여 열 변형(thermal deformation 또는 thermal stress-strain)을 발생시킴으로서 광모듈의 성능을 저하시키는 문제점을 일으킨다.

특히, 이와 같은 열 변형은 패키지의 바닥판(2), 벽면(1), 회로 기판, 또는 절연 재료 간에 열팽창계수 차이가 클수록 또는 열전도도가 낮을수록 심하게 발생한다. 또한 패키지 내부에 설치된 구성 디바이스들이 그 신뢰성을 확보하기 위해서는 3차원 구조의 패키지를 구성하는 이종 또는 동종 재질간의 접합 부위가 외부 환경에 대하여 내구성을 가져야 한다.

그러나, 종래의 광모듈용 패키지는 도 1a 및 1b에서 제시된 바와 같이 바닥판(2)은W-Cu 복합재료로, 벽면(1)은 Kovar 합금 또는 합금 42와 같은 Fe계 합금으로 구성되어 있으며, 이들을 상호 접합하여 밀페형 용기(hermetic container)로 사용하고 있다. 또한, 이들 용기(container)는 알루미나 또는 AlN 등과 같은 세라믹을 재질로 하는 회로 또는 절연 기판과 접합되어 있다.

따라서, 최근 패키지의 신뢰성 평가 기준인 -40℃ ∼ +125℃ 에서 이종 물질간의 열팽창계수 차이에 의한 패키지의 열 변형 문제를 해결하고자 하는 새로운 구조의 패키지들이 제안되고 있다.

예를 들면, 패키지의 바닥판을 전기 도전성 W-Cu 바닥판 대신에, 냉각 소자(electronic cooling device 또는 Peltier cooler)용 절연 기판과 동일한 재질인 세라믹 또는 AlN 바닥판으로 직접 대체하는 패키지 구조가 제안되어 있다(일본공개특허공보 제 67844/1993호). 이러한 패키지는 바닥판을 제거하기 때문에 그 외형의 높이를 그 만큼 줄일 수 있는 장점이 있어 모듈의 경박단소화(smaller 또는 thinner)에는 유리할 수 있으나, AlN과 같은 세라믹은 금속에 비하여 매우 취약하여 hole 제공을 위한 기계 가공이 어려운 단점이 있다.

또한, 패키지를 구성하고 있는 바닥판의 열 변형을 최소화시킬 수 있는 층상 구조(layer structure)의 복합재료가 제안되어 있다(미국특허 제 6,220,765호). 이 특허는 패키지의 벽면을 제 1 바닥판과 접합시키고, 제 1 바닥판보다 Young's modulus가 더 큰 제 2 바닥판을 제 1 바닥판의 하부면에 접합시키는 구조를 제공하고 있다. 상기 특허가 개시하고 있는 한 실시예를 따르면 Young's modulus가 큰 제 2 바닥판 재질로서 세라믹, AlN, 다이아몬드 및 cBN 등이 사용될 수 있으며, 상대적으로 Young's modulus가 작은 제 1 바닥판 재질로서 구리(Cu) 또는 Fe-Ni-Co 또는 Fe-Ni 합금이 사용된다. 그러나, 제 1 및 제 2 바닥판을 상호 브레이징하여 층상 구조로 결합시키기 위해서는, 제 2바닥판의 결합면에 W, Mo, Pt, Ti등을 메탈라이징하여 소위 금속층(metallization layer)를 제공하고, 그 위에 다시 Ni 또는 NiB을 도금한 다음 브레이징을 실시하여야 하는데, 이는 열 변형을 최소화시킬 수 있는 패키지용 바닥판 구조를 제공하기 위해서는 또 다른 브레이징 공정을 추가해야 함을 의미한다.

광모듈용 패키지는 상술한 바와 같이 패키지를 구성하기 위한 이종 또는 동종 재질간의 접합 공정 즉, 800℃ 이상의 고온에서 실행되는 조인닝(joining) 또는 브레이징(brazing)을 통해서 제조되는데 접합 후 상온으로 냉각되는 과정에서 발생하는 열응력에 기인하는 열변형이 최소화되어야 함과 아울러 외부 환경(예를 들면, MIL-STD, -40℃ ∼+125℃) 또는 광모듈(optic module)의 작동(on/off)시 발생되는 온도의 증감에 따른 열변형도 최소화되어야 한다.

최근 정보 통신망의 대량화 및 고속화 추세에 따라 열방출 능력이 보다 우수하면서 공정 비용을 낮출 수 있는 광모듈용 패키지에 대한 요구가 더욱 증가하고 있다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 이종 재질의 접합공정이나 외부환경 또는 광모듈의 작동(on/off)에 기인하는 패키지의 열변형을 최소화시킬 수 있는 광모듈용 밀폐형 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 및 1b는 종래의 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

도 2a 및 2b는 각각 본 발명에 따라 구리가 도금된 텅스텐 분말을 사출성형하여 브레이징 없이 제조한 상부 개방형 통공을 갖는 W-Cu 용기와, 상부 폐쇄형 통공을 갖는 W-Cu 용기를 보여준다.

도 3a 및 3b는 각각 본 발명에 따라 텅스텐 분말을 사출성형하고 고분자 결합제를 제거한 후 소결하여 텅스텐 골격구조를 만든 다음, 이에 액상 구리를 용침시켜 제조한 상부 개방형 통공을 갖는 W-Cu 용기와, 상부 폐쇄형 통공을 갖는 W-Cu 용기를 보여준다.

도 4a 및 4b는 각각 본 발명에 따라 Kovar 또는 Fe-Ni 합금 분말을 사출 성형하고, 소결하여 벽면과 파이프 사이를 브레이징이 없이 일체화시킨 상부 개방형 통공을 갖는 광모듈용 밀폐형 패키지의 벽면을 보여준다.

도 5는 도 2a및 3a에서와 같이 바닥판과 벽면이 브레이징 없이 일체화되어 있고,상부 개방형 통공을 갖는 W-Cu 용기를 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

도 6은 도 2b 및 3b에서와 같이 바닥판과 벽면이 브레이징 없이 일체화되어 있고,벽면에 상부 폐쇄형 통공을 갖는 W-Cu 용기를 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

도 7a 및 7b는 도 4a 및 4b에서와 같이 벽면과 파이프를 브레이징 없이 일체화시킨 벽면을 포함하는 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

도 8은 본 발명에 따라 바닥판과 벽면이 일체화된 W-Cu 용기를 포함하는 표면실장형 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

도 9는 W-Cu를 재질로 하는 바닥판의 좌우에 리드 터미날(lead terminal)을 갖는 세라믹을 직접 접합하여 구성되는 표면실장형 광모듈용 밀폐형 패키지의 구조를 보여준다.

본 발명은, 발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과, 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하며, 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시키는 열방산 벽면과, 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와, 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공한다.

여기서, 바람직하게 상기 벽면은 상부 개방형 통공을 포함하여 상기 통공에 상기 세라믹 부재가 설치될 수도 있고, 또한, 상기 벽면은 상부 폐쇄형 통공을 포함하여 상기 통공에 상기 세라믹 부재가 설치될 수도 있다. 아울러, 바람직하게 상기 바닥판의 일부에는 상기 벽면이 형성되지 않고, 이렇게 벽면이 형성되지 않은 바닥판 부위에 상기 세라믹 부재가 주변 벽면의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성될 수도 있고, 바람직하게 상기 바닥판의 측면부 중 일부에는 바닥판이 형성되지 않은 요홈부가 제공되고, 이렇게 바닥판이 형성되지 않은 요홈부에 상기 세라믹 부재가 주변 바닥판의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성될 수도 있다. 여기서, 더욱 바람직하게 상기 세라믹 부재는 상기 바닥판의 네 측면 중 대향하는 두 측면부에 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명은, 발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과, 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과, 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와, 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서, 상기 바닥판에는 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성된 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공한다. 여기서, 바람직하게 상기 바닥판의 상면부로부터 상기 돌출부의 상단까지의 돌출 높이는 0.3 ~ 1.0mm일 수 있다.

아울러, 본 발명은, 발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과, 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과, 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와, 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서, 상기 바닥판의 일부에는 상기 바닥판과 직교하는 벽면이 형성되지 않고, 이렇게 벽면이 형성되지 않은 바닥판 부위에 상기 세라믹 부재가 주변 벽면의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공한다.

여기서, 바람직하게는 상기 벽면은 상기 세라믹 부재가 접합되는 부위를 제외한 바닥판의 네측면 부위에 바닥판과 직교해서 패키지를 구성할 수 있도록 제공되며, 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어져서 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시킬 수도 있고, 상기 세라믹 부재가 접합되는 부위를 제외한 바닥판에는, 상기 바닥판과 다른 재질의 벽면이 접합되고, 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명은, 발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과, 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과, 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와, 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서, 상기 바닥판의 측면부 중 일부에는 바닥판이 형성되지 않은 요홈부가 제공되고, 이렇게 바닥판이 형성되지 않은 요홈부에 상기 세라믹 부재가 주변 바닥판의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 광모듈용 밀폐형 패키지를 제공한다.

여기서, 바람직하게 상기 벽면은 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어져서 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시킬 수도 있다. 또한, 바람직하게 상기 벽면은 상기 바닥판과 다른 재질의 벽면을 상기 바닥판 및 상기 세라믹 부재에 접합하여 형성될 수도 있는데, 이 때, 상기 요홈부를 제외한 바닥판에는, 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성되는 것이 더욱 바람직하며, 상기 벽면은 코바 또는 Fe-Ni 합금으로 만들어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 위 광모듈용 밀폐형 패키지 중 바닥판과 벽면의 재질이 다른 경우, 바람직하게는 상기 벽면 및 상기 파이프는 코바 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해 일체로 형성될 수 있다.

일반적으로 텅스텐-구리 복합재료는 용침(infiltration)법, 열간프레스(hot pressing)법 또는 액상소결법 등 분말야금법에 의해서 판상형으로 제조될 수 있다.

또한, 복잡한 3차원 형상의 제품을 제조하기 위해서는 분말사출성형법(powder injection molding; 한국특허 제 0215547호; 미국특허 6,049,127)을 이용하는데 이는 금속분말과 고분자 결합제를 균일 혼합하고; 상기 혼합체를 조립화하고; 상기 조립화된 입자를 원하는 형상을 갖는 몰드속으로 사출하고; 상기 사출재 속에 있는 고분자 결합제를 제거하고; 상기 탈지체를 최종적으로 원하는 치수와 형상 및 기계적인 강도를 갖도록 소결하는 단계로 구성된다.

용침법을 이용하여 3차원 구조의 텅스텐-구리 복합재료를 제조하는 방법은 텅스텐 분말에 대하여 상기에 언급한 분말사출성형법을 이용하여 텅스텐 골격구조를 만들고, 이에 대하여 액상 구리를 용침시키는 방법이다.

또한, 텅스텐과 구리상이 균일하게 분산되어 있는 미세조직(microstructure)을 갖으면서 실형상화(net shaping)시키는 소결 방법 중 액상 소결(liquid phase sintering) 방법을 이용할 경우, 구리에 대한 텅스텐의 고용도(solubility)가 매우 낮기 때문에 (V. N. Eremenko, R. V. Minakova and M. M. Churakov, Poroshk.Metall., No. 4, 1977, pp. 53-58) 소결성(sinterability)을 향상시키기 위하여 Ni, Co 등 제3원소를 첨가하거나 (미국특허 제 4,788,627호/B. Yang and R. M. German, Tungsten and Refractory Metals-1994, eds. A. Bose and R. J. Dowding, MPIF, Princeton, NJ. 1995, pp. 245-252/J. L. Johnson and R. M. German, Metall. Trans.A, vol. 24A, 1993, pp. 2369-2377/Seung-Ki Joo, Seok-Woon Lee and Tae-Hyoung Ihn, Metall. and Mater. Trans.A, vol. 25A, 1994, pp. 1575-1578), 텅스텐 분말이 충진된 성형체(compact) 내에 구리의 분산이 균일할수록 소결성이 향상된다는 점에 착안하여 텅스텐과 구리의 분산을 균일화시킬 목적으로 구리가 코팅된 텅스텐 분말을 사용하거나, 텅스텐이 코팅된 구리 분말을 사용할 수 있다 (미국특허 제 5,956,560호).

그러나, 소결 과정 중 텅스텐 고상 입자(solid tungsten particle)들의 간격이 좁아지면서 성형체의 외형이 수축(shrinkage)되는 치밀화가 국부적으로 지나치게 일어나거나, 또는 불균일하게 일어나면 액상구리가 수용될 공간 (또는 기공의 분율)이 적어져 액상 구리가 표면 밖으로 빠져나가는 현상(소위 “exude 또는 bleed out”현상이라 함)이 일어난다 (미국특허 제 5,956,560호).

전자 패키징용 바닥판 재료로서 또는 광모듈용 밀폐형 패키지의 하우징 재료로서 텅스텐-구리 복합재료를 사용하는 경우, Au등을 도금하거나 세라믹과 브레이징(brazing)을 행하는 경우가 많기 때문에 평탄도가 확보되어야 하며, 복합재료로서 물성을 만족하기 위해서는 균일한 미세조직을 가져야 한다.

본 발명에서는 도 1a 및 1b에서 제시된 것과 같은 광모듈용 용기를 별도의 브레이징 공정이 없이 텅스텐-구리 복합재료로 일체화하여 제조할 수 있다. 특히, 텅스텐 고상 입자의 치밀화가 당초 텅스텐 분말의 표면에 대하여 도금 방법으로 첨가한 목적 구리 조성을 수용할 만큼 즉, 성헝체의 외형(겉보기) 부피에 대하여 구리 상이 차지하는 부피분율을 제외한 나머지 기공도 만큼 성형체의 수축을 일으키되 불균일한 수축이 일어나지 않게 함으로써 액상 구리가 소결체의 표면 밖으로 밀려나오지 않으면서 균일한 미세조직을 갖는 텅스텐-구리 복합재료를 분말사출성형법(powder injection molding)을 이용하여 제조할 수 있다.

본 발명에서는 도 1에서 제시된 것과 같은 종래의 광모듈용 밀폐형 패키지 의 구조 중 바닥판과 벽면을 텅스텐-구리 복합재료로 브레이징 없이 분말사출성형법을 사용하여 일체화시킨 구조를 제공함으로서, Kovar 합금 또는 Fe-Ni 합금을 재질로하는 상기 벽면과의 브레이징 공정을 경험하면서 발생되는 바닥판의 열 변형의 원인을 제거하고, 패키지 용기의 열 방출 특성을 바닥판으로부터 벽면으로 확장시키고, 동시에 열 차단(heat radiation shielding) 효과가 우수한 텅스텐을 활용하기 때문에 패키지의 외부 환경으로부터 기능 소자들을 포함하고 있는 패키지의 공간 내부로 열의 유입을 방지하며, 벽면 재질로서 사용되는 기존의 Kovar 또는 Fe-Ni 합금 대신에 텅스텐-구리 복합재료(20%Cu-W의 thermal expansion coefficient : 6.7ppm/℃)를 벽면 재질로 제공하기 때문에 절연 재질로 사용하는 세라믹(96%Alumina의 thermal expansion coefficient : 6.6ppm/℃)과의 열팽창계수 차이를 1ppm/℃ 이하로 감소시킬 수 있는 구조의 광모듈용 패키지를 구성할 수 있다.

또한, 벽면의 재질을 Kovar 또는 Fe-Ni 합금으로 사용할 경우에도 광 섬유가 인입되는 pipe에 대하여 별도의 브레이징(brazing 또는 joining) 공정 없이 분말사출성형법을 이용하여 벽면과 파이프가 일체화된 부품을 이용할 수 있다. 상기와 같이 벽면과 파이프가 일체화된 부품을 이용하여 광모듈용 패키지를 구성하면 브레이징에 따른 공정 수를 감소시킬 수 있으며, 브레이징에 필요한 지그(jig) 및 브레이징 재료(대개의 경우 silver brazing material)의 소모를 줄일 수 있어 패키지의 조립에 따른 비용을 절감할 수 있다.

이하에서, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다. 도면번호 중 도 1과 같은 부위에는 같은 도면번호를 부여하였다.

도 2a 및 2b는 구리가 도금된 텅스텐 분말을 사출 성형하여 제조한 패키지 용기의 개략도를 나타낸 것이다. 종래의 패키지 구조는 도 1에서 제시된 바와 같이 바닥판이 벽면에 접합되어 용기를 구성하고 있으나 본 발명의 도 2a 및 2b는 바닥판과 벽면이 텅스텐-구리 복합재료로 일체화되어 용기를 구성하고 있다.

상기의 용기는 무전해 도금법으로 텅스텐 분말의 표면에 구리를 20 wt% 도금하고, 이렇게 얻어진 구리가 도금된 텅스텐 복합분말에 대하여 고분자 결합제를 첨가하고, 분말사출성형하여 탈지한 다음, 소결함으로서 브레이징 없이 텅스텐-구리 복합재료로 일체화되게 제조하였다.

도 2a 및 2b의 용기는 도 5 또는 도 6의 구조를 갖는 광모듈용 패키지를 구성하는데 사용된다. 도 2의 도면번호 2a와 2b는 바닥판과 벽면이 일체화된 텅스텐-구리 용기를 나타내고, 텅스텐-구리 용기2a는 상부개방형 통공 (opened lead terminal through hole)(4)을, 텅스텐-구리 용기 2b는 상부폐쇄형 통공(closed leadterminal through hole)(5)를 갖도록 고안되었다. 도면번호 6은 렌즈가 장착되고 광섬유가 인입될 Kovar 파이프(7)가 장착될 Kovar 파이프 구멍을 나타낸다.

도3a 및 3b는 도 2a 및 2b에 제시된 패키지의 용기를 텅스텐 골격구조를 제조하고, 이에 대하여 액상구리를 용침시켜 제조한 것이다. 도면번호가 표시되지 않았지만, 각 부위는 도 2a 및 2b에 똑같이 대응한다.

도4a는 도1의 패키지 구조를 구성하는 부분품 중 바닥판(2)을 제외한 벽면(1)과 파이프(7) 사이를 브레이징 없이 일체화시킨 예인데, 도면번호 4a가 파이프가 일체화된 벽면을 나타낸다. 도 4b는 바닥판(2), 벽면(1) 및 파이프(7)을 Kovar 또는 Fe-Ni 합금으로 일체화시킨 예인데, 도면번호 4b가 바닥판, 벽면 및 파이프가 일체화된 Kovar 또는 Fe-Ni 용기를 나타낸다.

도 5에서 리드 터미날(8)은 절연 물질(insulator)인 벽면 세라믹(wall ceramic)(9) 속에 설치되어 있으며, 벽면 세라믹(wall ceramic)(9)은 도 2a 및 3a에서 제시한 텅스텐-구리 용기 (W-Cu container) (2a)의 상부 개방형 통공(4)에 장착된다. 벽면 세라믹(9)의 상단이 텅스텐-구리 용기(2a)의 벽면의 상단과 높이가 일치하여 용기 벽면의 상단 테두리(10)를 구성하고, 도 2a의 Kovar 파이프(7)가 텅스텐-구리 용기(2a)의 앞측 벽면에 제공된 Kovar 파이프 구멍(6)에 장착된다. 상단 테두리 10의 상면 위에 Kovar 링(11)을 올려놓고, 상부개방형 통공(4)와 벽면 세라믹(9) 및 상단 테두리(10)와 Kovar 링(11)간에 브레이징을 실시한다. 또한 Kovar 파이프(7)를 Kovar 파이프 구멍(6)에 조립하여 브레이징 한다. 또한 벽면 세라믹(9)의 리드 터미날(8)에 리드 프레임(12)을 정렬시킨 후 브레이징 한다.

상기와 같이 구성된 광모듈용 패키지는 용기(2a)의 벽면이 세라믹(Alumina 92% 이상)과 열팽창계수 차이가 1ppm/℃ 이하인 W-20%Cu로 구성되어 있기 때문에 브레이징에 따른 패키지의 열변형이 없다.

특히 도 2 또는 3과 같이 텅스텐-구리 복합재료를 이용하여 바닥판과 벽면이 일체화된 형상으로 광모듈용 패키지의 용기를 구성하면 바닥판 뿐만 아니라 벽면의 열전도도가 200W/mK 이상이기 때문에 패키지 공간 내에 LD와 같은 열원으로부터 열이 방출될 때 패키지 공간 내부의 온도 구배(공간 내에서 온도가 가장 높은 위치와 온도가 가장 낮은 위치 사이의 온도 차이)는 벽면을 Kovar합금으로 사용할 때 보다 400% 이상 향상 된다. 예를 들어, 열원의 heat flux가 10mW/m2 일 때 도 1과 같은 구조의 패키지 공간 내의 최대 온도 구배는 32℃ 이지만, 도 2 또는 도 3으로 구성된 본 발명의 패키지 구조 도 5 또는 도 6은 패키지 공간 내의 최대 온도 구배가 8℃ 이하이다.

또한, 텅스텐은 융점이 3410℃이며 고온로(high temperature furnace)의 heat radiation shielding 재료로 사용되고 있는 대표적인 금속의 하나이다. W-20wt%Cu 복합재료는 상기와 같은 물성을 갖는 텅스텐이 매우 조밀하게 분산되어 있는 미세 조직(부피 분율로 65%) 을 갖고 있기 때문에 외부 환경의 열 대류(thermal convection)에 대한 열차폐 효과(heat radiation shielding effect)가 우수한 장점을 갖는다. 따라서 외부의 온도 변화 환경에 대하여 패키지의 신뢰성을 향상시켜 준다.

특히, 바닥판이 0.3 - 1.0mm의 두께를 갖으면서 벽면 구조가 일체화되게 분말사출성형법을 이용하여 텅스텐-구리 복합재료로 용기를 제조하기 때문에, 종래의 광모듈용 패키지 구조에서와 같이 텅스텐-구리로 이루어진 바닥판과 Kovar (Fe-29Ni-17Co) 합금으로 이루어진 벽면과의 브레이징 공정에서 발생할 수 있는 바닥판의 평탄도(flatness)를 저하시키는 열 변형 원인을 제거할 수 있다.

도 6은 벽면 세라믹(9)을 도 2b 및 3b에서 제시한 텅스텐-구리 용기(2b)의 상부 폐쇄형 통공(closed lead terminal through hole) 5에 삽입하고, 도 2b의 Kovar 파이프(7)가 텅스텐-구리 용기(2b)의 벽면에 제공된 Kovar 파이프 구멍(6)에 장착된다. 텅스텐-구리 용기의 상단 테두리(10)의 상면 위에 Kovar 링(11)을 올려놓지 않은 상태에서 상부 폐쇄형 통공(4)와 세라믹 부재(9)에 대하여 브레이징을 실시하거나, 상단 테두리(10)의 상면 위에 Kovar 링(11)을 올려놓고 상부 테두리(10)와 Kovar 링(11)간에 브레이징을 실시하여 패키지가 구성된다.

도 2에 제시된 용기에 대하여 도 5 또는 도 6의 구조로 패키지를 구성하기 위한 브레이징은 별도의 지그를 제작하여 각각의 부분품 즉, 용기, 세라믹 부재, Kovar 링, 파이프 등을 미리 정해진 위치에 고정시키고 브레이징을 실시하며, 브레이징 재료로는 Ag-Cu 합금을 사용할 수 있고, 브레이징은 1000℃ 이하에서 불활성(inert gas, i.e., Ar, N2) 또는 환원성 분위기(H2, H2 + N2 mixture gas)를 갖는 가열로에서 실시할 수 있다. 이때 브레이징 재료가 용융되어 패키지 구성 부품(container, ceramic part, Kovar ring, pipe)으로 확산(diffusion)되지 않도록 브레이징에 앞서 미리 Ni, W, Ti, Pt 등으로 코팅하여 확산 장벽을 제공한 다음 브레이징을 실시할 수 있다.

도 7a은 도 4a의 도면번호 4a로 제시된 Kovar(Fe-Ni-Co) 또는 Fe-Ni 합금 분말을 사출 성형하여 벽면과 파이프를 브레이징 없이 일체로 제조한 벽면과 파이프가 일체화된 벽면을 포함하는 광 패키지의 구조를 나타낸 것이다. 상기의 벽면(4a)는 바닥판(13)과 브레이징되어 패키지를 구성하고 있다. 이의 패키지는 바닥판(13)으로서 텅스텐-구리 복합재료를 사용한다는 점에서 도 1의 구조와 같다. 그러나, 도 7a의 벽면(4a) 구조는 파이프와의 접합을 위한 브레이징을 실시하지 않기 때문에 공정이 단순하고, 브레이징용 지그구성을 용이하게 한다. 또한 바닥판이 상기 Kovar 벽면과 접합하는 브레이징 과정에서 열 변형에 의한 평탄도의 저하를 방지할 목적으로 도 7a의 도면번호14에 제시되어 있는 바와 같이 단순한 판상(plate) 구조가 아닌 두께 0.3 - 1.0 mm 이하의 낮은 높이를 갖는 돌출부 구조을 갖고 있다. 1 mm 이하로 그 높이를 한정한 것은 Kovar 벽면을 사용하기 때문에 패키지의 전체 높이를 증가시키지 않기 위함이다.

바닥판(13)의 상부면에 도 7a의 도면번호 14와 같이 사면의 돌출부 구조를 제공하면 도 4a에서 제시된 파이프와 벽면이 일체화된 벽면과의 접합, 또는 electronic cooler (Peltier) 및 기능 소자의 장착을 위한 브레이징 및 솔더링 과정에서, 또는 광모듈의 동작시 LD에서 발생되는 열의 영향으로부터 바닥판의 평탄도가 저하되는 문제점을 나타내지 않아 광모듈용 패키지로서 신뢰성이 향상된다.

도 7b의 도면번호 4b는 도 4b에서와 같이 바닥판과 벽면 그리고 파이프가 모두 Kovar 또는 Fe-Ni 합금으로 일체화된 용기를 포함하는 광 패키지의 구조를 나타낸 것이다. 다른 도면번호들은 도 7a에 대응한다.

도 8은 바닥판과 벽면이 일체화된 Cu-W 용기를 포함하는 표면실장형 광 패키지(surface mount optic package) 구조를 나타낸 것이다. 바닥판의 높이는 0.3 - 1.0mm 이고, 패키지의 전체 높이(profile)는 4.5 - 6.5mm이다.

도 8과 같은 구조의 패키지는 도 2 또는 도 3에 제시된 일체형의 용기 또는 도 4a의 벽면을 사용하여 제공할 수 있다. 도 8에 제시된 광모듈용 패키지는 바닥판으로부터 리드 터미날의 높이가 2mm이하가 되게 구성할 수 있기 때문에 마더 보드(mother board)인 PCB 위로의 표면 실장을 가능하게 해준다. 다른 도면번호들은 도 5에 대응한다.

도 9는 텅스텐-구리 복합재료로 이루어진 바닥판 좌우 홈에 리드 터미날 제공된 세라믹(15)를 삽입하고, 직접 접합(brazing)하여 구성되는 광모듈용 패키지의 구조를 나타낸 것이다. 도 9에서 제시된 바와 같이 상기의 바닥판(2)는 세라믹(15)이 접합되는 요홈부를 제외한 벽면(16)과 일체화된 구조를 제공하거나, 또는 텅스텐-구리로 이루어진 바닥판 좌우 홈에 리드 터미날이 제공된 세라믹(15)을 직접 접합한 후, Kovar 또는 Fe-Ni 합금으로 이루어진 벽면과 파이프가 일체화된 벽면을 접합하여 표면실장형으로 광모듈용 패키지를 구성할 수 있다.

바람직한 실시예의 설명

실시예 1

평균입도 0.6 ~ 4.5 미크론의 텅스텐 분말에 대하여 도3a에 제시된 상부 개방형 통공을 갖는 구조로 사출성형하고, 고분자를 제거한 다음 1300 - 1500℃에서 소결하여 텅스텐 골격체를 만들고, 이에 대하여 액상구리를 용침하여 텅스텐-구리 복합재료로 구성된 패키지용 용기를 제조하였다.

또는 텅스텐 평균입도 0.6 - 4.5 미크론의 텅스텐 분말의 표면에 대하여 구리를 20wt%(중량비) 무전해 도금하고 고분자와 혼합하여 피드스톡을 제조한 다음, 도 2a에 제시된 상부 개방형 통공을 갖는 용기의 형상으로 사출성형하고 탈지 한 후, 1450℃에서 3시간 동안 소결을 실시하였다. 상기의 용기는 소결 밀도가 이론밀도 대비 97% 이상이었고, 표면 조도는 10미크론 이하이고, 20mm의 길이에 대하여 평탄도는 50미크론 이하로 측정되었다.

상기의 텅스텐-구리를 재질로 하는 바닥판과 벽면이 일체화된 용기에서 바닥판의 두께는 0.5mm 이고, 벽면의 두께는 1.0mm 이다. 상기와 같이 제조된 용기의 열팽창계수는 25℃ ∼ 800℃의 온도 범위에서 6.7 ~ 9.0 ppm/℃ 이었고, 열전도도는 190 - 210W/mK로 측정되었다.

상기의 물성을 갖는 용기는 리드 터미날이 설치된 세라믹을 상부 개방형 통공에 위치시켜 브레이징을 실시하기 전에, 질산 용액으로 에칭하여 표면 산화물을 제거한 후 ; 1-2 미크론의 두께로 Ni 도금을 실시하였다.

Ag-Cu를 브레이징 재질(brazing material)로 하여 상기의 세라믹 부재를 통공에 위치시켜 질소 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다.

그 후, Kovar(Fe-Co-Ni 합금) 링을 상기의 세라믹이 접합된 벽면 상단 위에 올려놓고, 동시에 Kovar pipe를 상기 벽면에 설치된 구멍에 위치시켜 브레이징을 상기의 방법으로 실시하여 패키지를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 제시된 방법으로 도 2b 같이 상부 폐쇄형 통공을 갖는 텅스텐-구리 패키지 용기(container)를 제조하였다. 상기 용기를 질산 용액으로 에칭하여 표면 산화물을 제거한 후; 1-2 미크론의 두께로 Ni 도금을 실시하였다. 통공에 리드 프레임이 설치된 세라믹을 삽입하고, Ag-Cu를 브레이징 재료로 사용하여 질소 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다.

그 후 용기 벽면에 설치된 Kovar 파이프 구멍에 Kovar 파이프를 위치시키고 브레이징하여 패키지 구조를 구성하였다.

실시예 3

실시예 1에서 제시된 방법으로 도 2b 같이 폐쇄형 통공을 갖는 텅스텐-구리 패키지 용기를 제조하였다. 상기 용기를 질산 용액으로 에칭하여 표면 산화물을 제거한 후; 1-2 미크론의 두께로 Ni 도금을 실시하였다. 통공에 리드 터미날이 설치된 세라믹을 삽입하여 Ag-Cu를 브레이징 재료로 사용하여 수소와 질소의 혼합가스 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다.

그 후 Kovar(Fe-Co-Ni 합금) 링을 상기 벽면 상단 위에 올려놓고, 또한 용기 벽면에 설치된 Kovar 파이프 구멍에 Kovar 파이프를 위치시키고 브레이징하여 패키지 구조를 구성하였다.

실시예 4

평균입도 2.0 ~ 6.5 미크론의 Kovar 합금 분말에 대하여 도4a에 제시된 벽면과 파이프가 일체화된 구조로 사출성형하고, 고분자를 제거한 다음 1200 - 1450℃에서 소결하여 패키지용 벽면을 제조하였다.

상기 Kovar 벽면을 실시예1의 방법을 이용하여 도 7의 4a에 제시된 것 처럼 1mm높이의 테두리 벽면 구조를 갖는 텅스텐-구리 복합재료로 제조된바닥판 위에 올려놓고 Ag-Cu을 브레이징 재료로 사용하여 질소 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다. 이때 사용된 바닥판의 두께는 0.5mm 이고, Kovar 벽면의 두께는 1.0mm 이다. 브레이징 과정 중 바닥판의 열변형이 없이 상호 접합되었다.

상기와 같이 제조된 용기에 대하여 Ni도금을 실시한 후, Kovar 벽면에 제공된 통공에 리드 터미날이 배치된 세라믹을 장착하고 Ag-Cu 합금을 사용하여 상호 브레이징되게 하였다. 이때 Kovar 벽면에 제공되는 통공은 상부 개방형 또는 폐쇄형으로 제공하여 사용하였다.

상부 개방형의 리드 터미날이 배치된 세라믹이 장착될 통공을 갖는 파이프가 일체화된 Kovar 벽면을 사용한 경우에는 그 상면 위에 Kovar 링을 올려놓고 상기의 Kovar 벽면과 접합되게 브레이징을 실시하였다.

상기와 같이 제조된 벽면과 파이프가 브레이징 없이 일체화된 Kovar 벽면을 포함하는 패키지 구조물에 대하여1-2 미크론의 두께로 Ni 도금을 실시하고, 2-3 미크론의 두께로 Au도금을 실시 하였다.

상기에서 제시된 Kovar 벽면 대신에 Fe-Ni(alloy 42) 혼합분말에 대하여 사출성형 및 소결하여 side wall과 pipe가 일체화된 Fe-Ni 합금 벽면을 제조한 후, 상기에서 제시된 실시 예에 따라 패키지 구조물을 제조하였다.

실시예 5

실시예 1의 방법으로 도 8에서 제시된 것 처럼 텅스텐-구리 복합재료를 재질로 하여 바닥판의 상면(top surface)에 직접 리드 터미날이 배치된 세라믹이 올려질 수 있도록 상부 개방형 통공이 제공되어 있으면서, 벽면이 바닥판과 일체화 되게 용기를 제조하였다.

상기 용기의 통공에 리드 터미날이 배치된 세라믹을 장착하고, Ag-Cu을 브레이징 재료로 사용하여 질소 분위기 또는 질소 + 수소의 혼합가스 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다.

브레이징 전 앞서의 실시 예에서와 같이 질산 용액을 사용하여 상기 용기의 표면에 존재할 수 있는 산화물을 제거하고, 1-2 미크론 두께로 Ni 도금을 실시한 다음 브레이징을 행하였다.

상기와 같이 바닥판과 벽면이 일체화된 용기의 통공에 세라믹을 접합한 후 그 상부에 Kovar 링을 올려놓고 Ag-Cu을 브레이징 재료로 하여 상호 접합되게 하여 패키지 구조물을 제조하였다.

실시예 6

실시예 1의 방법으로 도 9에서 제시된 것 처럼 텅스텐-구리 복합재료를 재질로 하여 바닥판의 좌우 두께면에 직접 리드 터미날이 배치된 세라믹이 삽입될 수 있도록 좌우 개방형의 요홈부가 제공된 바닥판를 제조하였다.

상기 바닥판의 요홈부에 리드 터미날이 배치된 세라믹을 장착하고, Ag-Cu을 브레이징 재료로 사용하여 질소 분위기 또는 질소 + 수소의 혼합가스 분위기에서, 800℃에서 20분 동안 유지하여 상호 접합되게 하였다.

브레이징 전 앞서의 실시 예에서와 같이 질산 용액을 사용하여 상기 바닥판의 표면에 존재할 수 있는 산화물을 제거하고, 1-2 미크론 두께로 Ni 도금을 실시한 다음 브레이징을 행하였다.

상기와 같이 좌우 요홈부에 세라믹이 접합된 텅스텐-구리 복합재료의 바닥판에 대하여 그 상부면에 두께 2mm, 폭 1mm의 Kovar 링을 올려놓고 Ag-Cu을 브레이징 재료로 하여 상호 접합되게 하여 패키지 구조물을 제조하였다. 이때 텅스텐-구리 바닥판의 두께는 2 ~ 3mm 두께의 세라믹과 같게 하였다.

실시예 7

상기 실시예 1 ~ 6의 접합 단계를 동시에 실시하여 각각의 실시 예에서 제시된 패키지 구조물을 제조하였다. 이의 경우 패키지 구조물을 구성하는 텅스텐-구리 복합재료 또는 Kovar 합금 또는 Fe-Ni 합금들은 상호 접합을 위한 브레이징 전에 그 표면에 대하여 Ni 도금을 실시하고, 각각의 부분품들을 위치 시킬 수 있는 지그를 만들어 물리적으로 접촉되게 한 다음 Ag-Cu를 브레이징 재료로 사용하여 동시 접합이이루어지게 하였다.

본 발명에서는 광모듈용 패키지의 구성 부품을 일체화시키고, 이종 또는 동종 재질간의 접합공정에서 의해서 구성되는 패키지의 조립 공정을 단순화시키고, 접합 재질간 열팽창계수 차이를 감소시킴으로서 접합 공정에서 발생되는 패키지의 열 변형을 기술적으로 해결할 수 있고, 접합 공정을 감소시킴으로서 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과;

상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하며, 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시키는 열방산 벽면과;

상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와;

외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 1 항에 있어서, 상기 벽면은 상부 개방형 통공을 포함하고, 상기 통공에 상기 세라믹 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 1 항에 있어서, 상기 벽면은 상부 폐쇄형 통공을 포함하고, 상기 통공에 상기 세라믹 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 1 항에 있어서, 상기 바닥판의 일부에는 상기 벽면이 형성되지 않고, 이렇게 벽면이 형성되지 않은 바닥판 부위에 상기 세라믹 부재가 주변 벽면의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 1 항에 있어서, 상기 바닥판의 측면부 중 일부에는 바닥판이 형성되지 않은 요홈부가 제공되고, 이렇게 바닥판이 형성되지 않은 요홈부에 상기 세라믹 부재가 주변 바닥판의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 부재는 상기 바닥판의 네 측면 중 대향하는 두 측면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
삭제
발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과; 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과; 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와; 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프;로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서,

상기 바닥판에는 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 8 항에 있어서, 상기 바닥판의 상면부로부터 상기 돌출부의 상단까지의 돌출 높이는 0.3 ~ 1.0mm인 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과; 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과; 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와; 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프;로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서,

상기 바닥판의 일부에는 상기 바닥판과 직교하는 벽면이 형성되지 않고, 이렇게 벽면이 형성되지 않은 바닥판 부위에 상기 세라믹 부재가 주변 벽면의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 10 항에 있어서, 상기 벽면은 상기 세라믹 부재가 접합되는 부위를 제외한 바닥판의 네측면 부위에 바닥판과 직교해서 패키지를 구성할 수 있도록 제공되며, 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어져서 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 11 항에 있어서, 상기 세라믹 부재가 접합되는 부위를 제외한 바닥판에는, 상기 바닥판과 다른 재질의 벽면이 접합되고, 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
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발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되며, 텅스텐-구리 복합재료로 만들어지고 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터 열을 패키지 저면 외부로 방출시키는 열방산 바닥판과; 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과; 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와; 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면에 설치되는 파이프;로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서,

상기 바닥판의 측면부 중 일부에는 바닥판이 형성되지 않은 요홈부가 제공되고, 이렇게 바닥판이 형성되지 않은 요홈부에 상기 세라믹 부재가 주변 바닥판의 높이와 동등하게, 상기 바닥판 및 상기 벽면에 접합되어 패키지를 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 14 항에 있어서, 상기 벽면은 텅스텐-구리 복합재료로 상기 바닥판과 일체로 만들어져서 상기 광-반도체 요소 및/또는 전자적 냉각 요소로부터의 열을 패키지 측면 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 14 항에 있어서, 상기 벽면은 상기 바닥판과 다른 재질의 벽면을 상기 바닥판 및 상기 세라믹 부재에 접합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 16 항에 있어서, 상기 요홈부를 제외한 바닥판에는, 상기 벽면이 접합되는 위치를 따라 벽면 접합용 돌출부가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 벽면은 코바 또는 Fe-Ni 합금으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
제 8 항 내지 제 10 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 16 항 및 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽면 및 상기 파이프는 코바 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.
발광소자, 수광소자 및 회로기판을 포함하는 광-반도체 요소와, 상기 광-반도체 요소를 냉각시키기 위해 상기 광-반도체 요소 아래에 설치되는 전자적 냉각 요소가 장착되는 바닥판과; 상기 바닥판과 직교해서 패키지를 구성하는 벽면과; 상기 광-반도체 요소의 구동을 위해 외부로부터 인입되는 리드 프레임으로부터 상기 벽면 및/또는 바닥판을 절연시키기 위한 세라믹 부재와; 외부로부터의 광 신호 송/수신을 위해 상기 벽면으로부터 돌출하여 설치되는 파이프;로 이루어지는 광모듈용 밀폐형 패키지에 있어서,

Kovar 합금 또는 Fe-Ni 합금에 의해, 상기 바닥판과, 상기 벽면과, 상기 파이프를 일체형으로 형성한 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈용 밀폐형 패키지.