KR100426039B1 - 칩 실장방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 광 능동면을 갖는 칩 장치를 단순화하고, 광섬유와 상기 광 능동면간의 최적의 광전송을 위해 광 소형 캡슐에 대하여 정확한 위치에 상기 칩을 실장하고자, 상기 칩(1)은, 적어도 하나의 도체(4)를 가지며 상기 박막기판 상의 정확한 칩 실장 및 상기 캡슐상의 정확한 박막기판/칩 어셈블리 실장을 위한 정렬표시 및/또는 안내 수단(8)이 구비된 박막기판(9)상에 고정된다. 박막기판상에 칩을 고정시킨 후, 상기 칩이 실장된 박막이 용이하게 캡슐에 고정될 수 있어, 이로써 상기 칩이 캡슐에 고정되게 된다. 캡슐상의 접촉 소자 안내핀과 같은 안내 수단을 사용함으로써, 박막기판/칩 어셈블리가 상기 캡슐에 대해 정확하게 실장되어, 상기 접촉 소자내의 광섬유의 단부가 상기 칩의 광 반응면과 접촉하여 이것과 마주보게 놓임으로써 최적의 광전송을 제공할 수 있다.

Description

칩 실장방법 및 장치
고속통신을 목적으로 광섬유를 이용하는 경우, 광송신기 또는 광수신기와 같은 광 부품상의 능동면과 광섬유 사이에 종종 영구적인 접속이 제공된다. 이러한 접속을 위해서는, 상기 광섬유의 단부가 광 부품상의 명확히 한정된(well-defined) 영역과 매우 정확하게 부합될 필요가 있다. 따라서, 상기 부품이 이른바 피그테일(pigtail)이라는 영구실장된 광섬유와 함께 캡슐화되어 소형의 영구실장된 광섬유가 캡슐로부터 항상 걸쳐지게 하는 것이 일반적이다. 상기 캡슐화는 금속 또는 세라믹 재로 밀봉하여 이루어질 수 있다. 이러한 부품 캡슐화 방법은 시간이 많이 소요되고 고가이면서 부피를 많이 차지하여, 일반 캡슐로 싸인 부품을 광섬유에 접속하는 것 및 광섬유로부터 접속해제하는 것을 허용하지 않는다.
US-A 5,168,537, 5,199,093, 5,230,030, 5,249,245, 5,309,537, 5,337,391, 및 5,420,954호는 어떠한 형태의 상호 접속 수단을 사용하여 광섬유를 광송신기 또는 광수신기에 접속하기 위한 기존의 공지된 방법 및 장치를 제시하는 것으로서, 여기서는, 상이한 형태의 안내 수단을 사용하여, 개별적인 광섬유 단부가 광전기 소자의 능동면에 직접 접속된다.
본 발명은, 광 소형 캡슐(miniature capsule)상에 칩을 실장하는 경우와 같이, 적어도 하나의 광 능동면(optical active surface)을 가진 칩을 유닛(unit)에 실장하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 다른 전자 소자들과 집적화될 수도 있는 광 검출기(PD), 발광 다이오드(LED), 또는 레이저 다이오드(LD)와 같은 표면 실장된 및/또는 캡슐화된 광전자 소자들은 종종 취급이 용이하도록 소형 캡슐상에 실장된다.
도 1은 공지된 기술에 따른 광 소형 캡슐 구조를 나타내는 도면.
도 2는 하나의 칩을 위한 공간(room) 및 안내핀들을 가진 본 발명에 따른 광 소형 캡슐 구조를 나타내는 도면.
도 3a는 본 발명에 따라, 광 능동면을 가진 하층 칩과 도체들을 수용하는 박막 기판(foil substrate)을 나타내는 도면.
도 3b는 도 3a에 도시된 칩 및 상층 도체를 갖는 박막기판을 나타내는 도면.
도 3c는 하층 도체를 가진 도3a에 도시된 칩과 박막 스트립(strip)을 나타내는 도면.
도 4a는 상층 도체를 갖는 본 발명의 박막실장 칩을 포함하는 광 소형 캡슐을 나타내는 도면,
도 4b는 하층 도체를 갖는 본 발명의 박막실장 칩을 포함하는 광 소형 캡슐을 나타내는 도면.
도 5a 및 5b는 본 발명의 안내 수단과 박막실장 칩을 포함하는 광 소형 캡슐을 나타내는 바, 이들 도면은 각각 위에서 본 소형 캡슐과 그 측면에서 본 소형캡슐을 나타내는 도면이다.
적어도 하나의 광 능동면을 가진 칩의 장치를 단순화하는 한편, 광섬유와 광 능동면간의 최적의 광전송을 위해 광 소형 캡슐에 대하여 정확한 위치에 상기 칩을 실장하기 위해, 상기 칩은, 적어도 하나의 도체(conductor)를 가지며 박막상의 정확한 칩 실장과 캡슐 상의 정확한 박막 및 장착 칩의 실장을 위한 정렬 마크(alignment mark) 및/또는 안내 수단이 구비된 박막(foil)에 고정된다. 박막에 칩을 고정시킨 후, 박막 및 칩의 어셈블리(assembly)가 캡슐상에 용이하게 고정될 수 있다. 안내 수단, 예를 들면, 상기 캡슐상에 정확하게 실장되어, 접촉 소자내의 광섬유의 단부가 칩의 광 능동면과 접촉하여 이것과 마주보는 상태로 놓이게 됨으로써 최적의 광전송을 제공하게 된다.
도 1은 소정의 광전기 부품(15)을 가진 공지된 모듈(module) 또는 소위 광 소형 캡슐의 구조를 나타내며, 또한 회로기판 또는 이와 유사한 장치와 같은 기판 상의 있음직한 모듈 장치를 도시하는 것이다. 다수의 상호인접한 광섬유를 가진 광학 다심-광섬유(multi-fibre) 케이블 또는 리본섬유는 안내핀을 갖는 캡슐 커넥터를 구비한다. 상기 안내핀은, 커넥터를 캡슐에 접속할 때 캡슐의 정면측에 구비된 정확히 부합하는 안내 구멍(11)에 커넥터 상의 안내핀을 삽입함으로써 상기 캡슐에 대해 정확히 커넥터를 실장하는 역할을 한다. 참조번호 '17'은 광전기 부품(15)으로부터 캡슐 하단을 향해 직선으로 연장하는 전기적 도체 경로를 나타낸다. 상기캡슐 전방부에는, 상기 부품(15)이 상기 캡슐 또는 모듈의 다른 부품에 비해 침하된 위치로 장착될 수 있도록, 얕은 함몰부(19)가 형성되어 있다. 이러한 장치는, 광 커넥터상의 안내핀들을 캡슐내의 안내 구멍에 삽입하는 경우, 광 부품의 외부 접속표면과 광 커넥터의 상응하는 표면, 보통은 광케이블의 광섬유의 단부 표면 사이에 조절가능한 간격이 얻어질 수 있도록 한다. 이로써, 광 커넥터 장착시에 가해지는 압력으로 인한 접속 표면의 손상을 방지할 수 있다. 캡슐의 전방부에는, 안내핀 수용 구멍(11)의 위치에 대하여 광 부품이 캡슐 전방에 정확히 놓일 수 있도록 하는 정렬용 십자표시(cross) 등의 형태의 마크(21)를 포함할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따라 구성되며 칩 수용 함몰부(14) 및 광섬유 커넥터용 안내핀(17)을 가진 모듈/광 소형 캡슐(10)을 나타낸다.
도 3a 내지 3c는, 소위 가요성 박막(flex foil)의 양면 또는 일면에, 바람직하게는 동박막(copper foil)인 금속박막(4)을 갖는, 폴리미드(polymide)같은 고분자 물질로 이루어진 연질 박막 기판(9)을 포함하는 모듈/소형 캡슐 전기 접속 장치를 나타낸다. 상기 동박막은 칩(1) 및 회로기판(11)의 전기 접속을 위해 회로인쇄된다. 상기 칩은 이른바 플립칩(flip chip) 기술을 사용하여, 칩의 능동면(7)이 박막기판과 마주보도록 박막기판(9)에 실장될 수 있다. 박막기판은 상기 칩의 반응면 능동면의 반대편에 놓이는 개구부(5)를 갖는다. 상기 박막기판에 대한 플립칩의 결속은 접착제(3)에 의해 더욱 강화될 수 있는데, 상기 도시된 경우는 투명 접착제이다. 상기 접착제는 박막 개구부를 부분적으로 또는 모두 채울 정도로 투여해도 무방하다. 그러나, 해당 박막기판을 통해 충분히 양호한 광전송이 얻어지는 경우에는개구부가 필요하지 않다. 박막기판 뒤쪽에는 상기 능동면에 상응하는 위치에 얇은 투명 고무막(6)을 입힐 수도 있다. 캡슐(1)상의 안내핀(17)을 수용하기 위한 구멍(8)을 갖는 박막기판은, 모듈/캡슐내의 함몰부(14)에 수용되는 칩과 함께 상기 핀 상에 놓인다. 칩 및 박막기판은 접착제(14)를 이용하여 캡슐에 부착될 수 있다(도 4 참조). 커넥터를 접속하는 경우, 얇은 투명 고무막(6)은 커넥터와 부품 사이에 에어 갭(air gap)이 형성되는 것을 방지해준다. 예컨대, 플립칩 범프(bump, 2)가 50∼75㎛ 높이인 경우, 동박막 기판(4)은 10㎛ 두께, 상기 고분자 박막(9)은 25㎛ 두께 그리고, 박막(6)은 20㎛ 두께를 각각 가져, 커넥터의 섬유와 칩 표면간의 총 거리가 100~130㎛인데, 이는 충분히 짧은 거리라 할 수 있다.
가요성 박막상의 회로기판과 칩간에 전기적 접속을 이루기 위해서는 대체로 두 가지 방법이 있는데, 양자간의 차이점은 도체(4)가 가요성 박막의 어느 쪽에 놓이는지에 달려있다. 도 3b와 같이 도체가 칩과 동일한 쪽에 놓인다면, 상기 박막기판은 회로기판(1)에 장착될 때 캡슐 아래에 놓이지 않게 "전방으로" 휘어지며(도 4a 참조), 땜납 또는 전도성 접착제(13)를 이용하여 회로기판(18)상의 도체와 접속된다. 반대로, 도 3c와 같이 상기 도체가 칩이 장착되는 쪽의 반대측에 놓이면, 도체는 상기 모듈 밑으로 휘게되며(도 4b 참조), 땜납 또는 전도성 접착제(13)를 이용하여 회로기판상에 장착된 도체와 접속하게 된다. 후자의 경우, 상기 박막기판 한쪽 면의 칩은 구멍(16)을 통해 박막기판의 다른 측의 도체에 접속된다.
칩이 박막기판상에 놓이는 때 또는 상기 박막기판이 모듈상에 장착되는 때 어느 경우에도, 모듈의 안내핀에 대하여 상기 칩의 능동면이 배치될 수 있다. 전자의 경우, 약 5㎛ 정도의 충분한 정밀도로 구멍(8)에 대해 상기 칩을 배치할 수 있는 실장기가 사용될 수 있다.
칩의 외측 단부 또는 칩에 제공된(chip-carried) 정렬 마크를 기준으로 하여 박막기판내의 구멍에 대해 이들 단부 또는 마크를 정확히 배치할 수 있는 "가시적" 시스템이 사용될 수도 있다. 이들 구멍이 상기 안내핀(17)과 동일한 직경을 가지면, 박막기판/칩 어셈블리가 상기 핀과 부합하게 될 때 상기 칩은 안내핀에 대해 정확한 위치가 될 것이다. 후자의 경우(도 5 참조), 함몰부(14)의 두 개의 단부(19, 20)가 안내핀(17)에 대해 충분한 정확도로 제공된다. 다음으로, 박막기판/칩 어셈블리를 접착하기에 앞서, 박막기판/칩 어셈블리가 안내핀에 부합하여 칩의 외측 단부가 명확히 한정된 단부(19, 20)에 압착된다. 상기 후자의 경우는, 박막기판(8)내의 구멍이 상기 안내핀의 직경보다 약간 클 필요가 있다. 모듈 함몰부의 단부를 이용하는 대신, 박막을 칩과 맞추기에 앞서 명확히 한정된 프로파일의 금속 또는 플라스틱 박막이 맞춰지는 것도 가능하다. 상기 박막 역시, 앞서 언급된 모듈 함몰부의 단부와 마찬가지로 상기 구멍에 대해 명확히 한정된 단부를 가짐으로써 박막기판/칩 어셈블리의 명확히 한정된 실장을 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 칩과, 박막기판쪽으로 또는 그 반대쪽으로 향하는 상기 칩의 능동면과의 전기 접촉을 위한 하나 이상의 도체를 포함하는 박막기판상에 상기 칩을 접착제 등으로 고정시킴으로써 광 소형 캡슐상에 칩을 실장하는 경우와 같이, 하나 이상의 광 능동면을 가진 칩을 유닛상에 상기 유닛에 대해 정확하게 실장하기 위한 칩 실장 방법에 있어서,
    상기 박막기판상에 정확히 칩을 실장하기위한 정렬 마크 및/또는 안내 수단을 박막기판에 제공하는 단계,
    상기 유닛상에 박막기판을 정확히 실장하기 위해 해당 유닛상의 안내핀 또는 유닛에 장착된 접촉소자에 부합하는 구멍을 상기 박막기판에 제공하는 단계,
    상기 유닛상에 칩을 실장할 때 칩(1)의 위치를 정하기 위한 명확히 한정된 함몰부(14)를 유닛에 제공하는 단계, 및
    상기 박막기판/칩 어셈블리를 상기 유닛에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 실장 방법.
  2. 칩과, 박막기판쪽으로 또는 그 반대쪽으로 향하는 상기 칩의 능동면과의 전기 접촉을 위한 하나 이상의 도체를 포함하는 박막기판상에 상기 칩을 고정시킴으로써 광 소형 캡슐상에 칩을 실장하는 경우와 같이, 하나 이상의 광 능동면을 가진 칩을 유닛상에 상기 유닛에 대해 정확히 실장하기 위한 칩 실장 장치에 있어서,
    상기 박막기판(9)은 해당 박막기판상에 정확히 칩(1)을 실장하기 위해 정렬마크 및/또는 안내 수단을 구비하고,
    상기 박막기판은 상기 유닛상에 정확히 박막기판을 실장하기 위해 유닛상의 안내핀(17) 또는 유닛에 장착된 접촉 소자와 부합하는 구멍(8)을 구비하며, 및
    상기 유닛은 해당 유닛상에 칩(1)을 실장할 때의 칩(1)의 위치를 정하기 이한 명확히 한정된 함몰부(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 실장 장치.
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