KR100440431B1

KR100440431B1 - opto-electronic submount for photo electric modules

Info

Publication number: KR100440431B1
Application number: KR10-2002-0071501A
Authority: KR
Inventors: 김성일; 임종원; 홍선의; 남은수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-07-14
Also published as: KR20040043282A; CN1501482A; CN1256770C

Abstract

본 발명은 고속광전모듈에 있어서, 광전소자 실장용 서브 마운트에 관한 것으로, 유전체에 CPW-G 형태로 다수의 신호선을 다층 배열시키고 비아홀을 통해 상기 신호선 중의 접지선을 상기 유전체의 내측에 마련된 접지면으로 접속하여, 상기 유전체의 소정 개소로 광전소자를 실장하는 단계에서 상기 광전소자가 접지선에 직접 접지되게 함과 동시에 상기 광전소자에서 해당 신호선으로 이어지는 와이어 본딩이 최단거리로 설정되게 함으로써, 이를 통해 상기 와이어 본딩의 주변으로 잔존하는 기생성분에 의한 데이터의 전송 손실과 반사손실을 적극적으로 저감시키고자 하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sub-mount for mounting an optoelectronic device in which a plurality of signal lines are arranged in a dielectric layer in the form of CPW-G, and the ground lines in the signal lines are connected to the ground plane provided inside the dielectric through via holes. By connecting the photoelectric element to a predetermined point of the dielectric so that the photoelectric element is directly grounded to the ground line and the wire bonding from the photoelectric element to the corresponding signal line is set to the shortest distance, thereby The purpose is to actively reduce transmission and reflection loss of data due to parasitic components remaining around the bonding.

Description

Opto-electronic submount for photo electric modules

본 발명은 광전소자에 특히 적합한 서브 마운트와 이를 이용한 실장 방법을개시하는 것으로서, 더욱 상세하게는 개량된 고속 광전 모듈의 광전소자 실장용 서브 마운트에 관한 것이다.The present invention discloses a submount particularly suitable for optoelectronic devices and a mounting method using the same, and more particularly, to an improved submount for mounting an optoelectronic device of a high speed photovoltaic module.

정보 통신 기술의 비약적 발전에 힘입어 정보 통신 서비스의 품질 향상에 대한 요구가 점증하고 있다.With the rapid development of information and communication technology, the demand for improving the quality of information and communication service is increasing.

고품질 정보 통신은 현재까지 광통신 시스템에 의해 구현되고 있는 실정이며, 초기의 전송 시스템이 2.5Gbps에서 소개된 이래로 그 기술이 꾸준히 발전하여 최근에는 10Gbps 시스템의 상용화까지 도달하고 있다. 그러나 사용자의 입장에서는 이에 만족하지 못하고 더 빠르고 더 고품질의 전송 시스템을 요구하기 마련이므로 그 기술의 발전을 위한 개발은 지속적으로 행해지고 있는 실정이다.High quality information communication has been implemented by optical communication systems up to now, and since the initial transmission system was introduced at 2.5 Gbps, the technology has been steadily developed and recently reached the commercialization of 10 Gbps system. However, from the user's point of view, they are not satisfied with this and demand a faster and higher quality transmission system. Therefore, development for the development of the technology is continuously being performed.

당 기술분야에서 최근에 시도되고 있는 파장분할방식(Wavelength Division Multiplexing)은 단위 전송속도가 2.5Gbps의 전송속도를 가진 광모듈을 이용하여 40 ~ 100Gbps 시스템에 이르는 초고속 광대역 종합 통신망의 구축까지 실현 가능한 것으로 평가되고 있다. 그러나 데이터 용량이 160 ~ 640Gbps로 증대되려면 최소한의 단위 전송속도가 10Gbps급의 광소자 및 전자소자를 이용한 광모듈이 개발되어야 하고, 더 나아가 Tbps급의 광통신을 실현하려면 20 ~ 40Gbps 수준의 광소자 및 전자소자를 이용한 초고속 광모듈이 있어야 한다.Wavelength Division Multiplexing, which has been recently tried in the art, can realize the construction of ultra-high speed broadband integrated communication networks ranging from 40 to 100 Gbps systems using optical modules having a transmission rate of 2.5 Gbps. It is evaluated. However, in order to increase data capacity from 160 to 640 Gbps, optical modules using optical devices and electronic devices with a minimum unit transmission speed of 10 Gbps should be developed. Furthermore, optical devices with 20 to 40 Gbps level are required to realize Tbps-class optical communication. There must be an ultrafast optical module using electronic devices.

그렇지만 현재 상용화되고 있는 광전 모듈은 전송속도가 10Gbps 이상인 때에 신호의 전송 신뢰도가 급격히 떨어지는 문제를 나타내고 있기 때문에 상술한 초고속 광통신 시스템의 기술 발전에 중요한 장애 요인으로 되고 있다.However, current commercially available photovoltaic modules show a problem that the transmission reliability of a signal drops sharply when the transmission speed is 10 Gbps or more, which is an important obstacle to the technical development of the above-described high speed optical communication system.

현재 상용화된 광전 모듈은 그 구성적 측면으로 보면, 발광소자 모듈(Laserdiode module)과 수광소자 모듈(Photo-receiver module)을 포함한 구성으로 되어 있고, 발광소자 모듈의 경우는 외부에서 인가되는 전기신호를 광신호로 변환하는 발고아소자(Laser diode), 이를 물리적으로 지지하는 서브 마운트, 서모 일렉트릭 쿨러를 구비하고 있고, 상기 수광소자 모듈은 광신호를 전기신호로 변환시키는 수광소자(Photo detector), 수광소자를 물리적으로 지지하여 주면서 전자소자와의 전기적 연결을 수행하는 서브 마운트, 수광소자로부터 전송되는 고아신호를 전기신호로 변환하여 증폭시키는 전치 증폭기를 구비하고 있다.The commercially available photovoltaic module is composed of a light emitting device module (Laserdiode module) and a photo-receiver module (Photo-receiver module) in terms of its configuration, in the case of the light emitting device module is an electrical signal applied from the outside It includes a laser diode (Laser diode) for converting to an optical signal, a sub-mount for supporting it physically, a thermoelectric cooler, the light receiving element module includes a photo detector, a light receiving for converting an optical signal into an electrical signal A sub-mount which physically supports the device and performs electrical connection with the electronic device, and a pre-amplifier that converts the orphan signal transmitted from the light receiving device into an electrical signal and amplifies it.

이와 같은 광전 모듈의 구성에 있어서, 특히 발광소자나 수광소자(이하 광전소자로 통칭함)를 물리적으로 지지하여 주는 서브 마운트는 소자의 안정된 지지와 동시에 전기신호 전송의 신뢰성을 충족시켜야 한다.In the construction of such a photovoltaic module, in particular, the sub-mount that physically supports the light emitting element or the light receiving element (hereinafter referred to as photoelectric element) should satisfy the stable support of the element and the reliability of electric signal transmission.

도 5는 공지된 마이크로 레이저 서브 마운트 조립 구조를 나타내는 도면으로서, 임의 수의 단자(2)가 외부로 도출되도록 배치되고 내측에 소정의 회로 패턴을 갖춘 기재(4)에는 그 상면의 회로 패턴에 맞추어 광전소자(6)를 갖춘 서브마운트(8), 그리고 전치 증폭기(10)를 소정 위치로 실장하게 되고, 이렇게 실장된 후에는 전송 통로로써 광 파이버(12)가 접속되는 메탈 케이스(14)에 의해 쉴드되는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에서 상기 광전소자(6)는 서브 마운트(8)에 실장될 때의 전기적 접속은 와이어 본딩(16)에 의존하여 장착되고 있다.Fig. 5 shows a known micro laser sub-mount assembly structure, in which any number of terminals 2 are arranged so as to be drawn outwardly and the substrate 4 having a predetermined circuit pattern therein according to the circuit pattern of the upper surface thereof. The submount 8 with the optoelectronic element 6 and the preamplifier 10 are mounted in a predetermined position. After the mounting, the metal case 14 is connected to the optical fiber 12 as a transmission path. It is configured to be shielded. In this configuration, the electrical connection when the optoelectronic element 6 is mounted on the submount 8 is mounted depending on the wire bonding 16.

이와 같이 와이어 본딩으로 전기적 통로를 형성하면 상기 본딩 와이어 주변으로 기생 성분이 잔존하게 된다는 것은 잘 알려져 있다.It is well known that when the electrical passage is formed by wire bonding, parasitic components remain around the bonding wire.

이 때 잔존하는 기생 성분은 2.5Gbps급 광 전송 모듈에서의 데이터 전송 시 별 다른 왜곡을 일으키지 않지만, 그 이상의 초고속 전송 시스템에서는 데이터의 왜곡을 일으키기 때문에 적용할 수 없는 문제를 일으킨다.At this time, the remaining parasitic components do not cause any distortion in the data transmission in the 2.5Gbps optical transmission module, but in the ultra-high speed transmission system above, it causes a problem that cannot be applied because they cause data distortion.

따라서 본 발명의 목적은 모듈과 전자소자 사이의 전기적 연결 통로 상에 기생성분이 발생하지 않는 구조로 개량된 고속 광전 모듈의 광전소자 실장용 서브마운트를 제공하여 10Gbps급 이상의 초고속 전송 시스템의 구현을 도모하고자 함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a sub-mount for mounting a photovoltaic device of a high speed photovoltaic module that is improved to a structure in which parasitic components do not occur on an electrical connection path between a module and an electronic device, thereby achieving an ultra high speed transmission system of 10Gbps or more. To be.

상기의 목적을 구현하는 본 발명은 서브 마운트를 구성하는 유전체에 CPW-G 형태로 접지선, 신호선, 바이어스선을 각각 소정 개소에 위치하도록 다층 형성하여 상기 유전체에 실장되는 광전소자가 접지선에 직접 접지되는 것에 의해 상기 광전소자에서 신호선과 바이어스선으로 이어지는 와이어 본딩의 길이가 최단거리로 설정되는 고속 광전 모듈의 광전소자 서브마운트로서, 이를 통해 상기 와이어 본딩의 주변으로 잔존하는 기생성분이 현저하게 축소되어 데이터의 전송 손실과 반사손실을 적극적으로 저감시킬 수 있게 되어 초고속 광전 모듈에 적용이 가능한 것이다.According to the present invention for realizing the above object, a photoelectric device mounted on the dielectric is directly grounded to the ground line by forming a multilayer in which a ground line, a signal line, and a bias line are respectively positioned at predetermined positions in a CPW-G form on the dielectric constituting the submount. This is an optoelectronic submount of a high speed optoelectronic module in which the length of the wire bonding from the optoelectronic device to the signal line and the bias line is set to the shortest distance, whereby the parasitic components remaining around the wire bonding are significantly reduced so that the data It is possible to actively reduce the transmission loss and the reflection loss of the high speed photoelectric module can be applied.

도 1은 본 발명에 관련된 서브 마운트의 구성을 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing the configuration of a submount according to the present invention;

도 2는 도 1의 화살표 X방향으로 본 정면도.FIG. 2 is a front view as viewed in the arrow X direction of FIG. 1; FIG.

도 3은 본 발명에 관련된 서브 마운트를 고속 광전 모듈에 적용하는 예를 되하는 분해 사시도.3 is an exploded perspective view illustrating an example in which the submount according to the present invention is applied to a high speed photoelectric module.

도 4는 본 발명에 관련된 서브 마운트의 전기적 특성을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the electrical characteristics of the sub-mount according to the present invention.

도 5는 고속 강전 모듈의 일반적 구성 예를 나타내는 분해 사시도.5 is an exploded perspective view showing a general configuration example of a high-speed power module.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

20 : 유전체 22a, 22c : 접지선20: dielectric 22a, 22c: ground wire

22b : 신호선 22d : 바이어스선22b: signal line 22d: bias line

24 : 광전소자 26 : 비아 홀24: photoelectric element 26: via hole

28 : 접지면 30 : 와이어 본딩28: ground plane 30: wire bonding

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명이 적용된 서브 마운트의 구성을 나타내는 사시도로서, 예시된 서브 마운트는 유전체(20)에 의해 소정의 형태를 이루고 있으며, 이것은 CPW-G(Co Plannar Waveguide-Ground) 형태로 배열되는 다수의 신호 연결선(22a ~ 22d)을 구비하고 있다. 더 상세하게 설명하면, 상기 유전체(20)는 대략 측면이 “L”자상의 형상으로 되고, 옆으로 연장된 면에는 상기 다수의 신호 연결선(22a ~ 22d)이 평행하게 배열되어 접지선(22a), 신호선(22b), 접지선(22c), 바이어스 선(22d)의 순으로 배열됨과 동시에 그 반대측단은 상기 유전체(20)의 후측방을 관통하여 벽면을 따라 수직으로 연장되어 통상의 광전소자(24)를 실장하기 좋게 되어 있다.1 is a perspective view showing a configuration of a sub-mount to which the present invention is applied, and the illustrated sub-mount is formed by a dielectric 20, which is arranged in the form of Co Plannar Waveguide-Ground (CPW-G). Signal connection lines 22a to 22d. In more detail, the dielectric 20 has a substantially “L” shape on its side, and the plurality of signal connection lines 22a to 22d are arranged in parallel on the side extending to the ground line 22a, The signal line 22b, the ground line 22c, and the bias line 22d are arranged in this order, and the opposite end thereof penetrates the rear side of the dielectric 20 and extends vertically along the wall, thereby providing a conventional photoelectric device 24. It is designed to be mounted.

그리고 상기 2개의 접지선(22a, 22c)은 비아 홀(26)을 경유하여 상기 유전체(20)의 전면측에 마련된 접지면(26)과 전기적으로 접속되는 구조로 배열된다.The two ground wires 22a and 22c are arranged in a structure electrically connected to the ground plane 26 provided on the front side of the dielectric 20 via the via hole 26.

상술한 구성에 의하면, 신호선(22b)과 접지선(22a, 22c) 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 전기적 특성을 최적화하기가 용이하게 된다.According to the above-described configuration, it is easy to optimize the electrical characteristics by adjusting the gap between the signal line 22b and the ground lines 22a and 22c.

그리고 접지선(22a, 22c)과 유전체(20)의 내측 접지면(26) 사이의 전기적 접속을 비아 홀(26)에 의존하는 다층기판 형태를 적용하는 한편, 상기 유전체(20)의 바닥면을 비전도성 유전체를 채택하는 것에 의해 상기 유전체(20)의 바닥면이 후술하는 모듈의 접지면과 직접 연결되지 않아도 접지 성능에 이상이 발생하지 않게 된다.And applies a multi-layered substrate type depending on the via hole 26 for electrical connection between the ground wires 22a and 22c and the inner ground plane 26 of the dielectric 20, while visioning the bottom surface of the dielectric 20. By adopting a conductive dielectric, even if the bottom surface of the dielectric 20 is not directly connected to the ground plane of the module described later, an abnormality in the grounding performance does not occur.

상기 광전소자(24)는 도 2의 도시와 같이 유전체(20)의 벽면에서 수직으로 연장된 접지선(22c)으로 직접 실장되고, 동시에 신호선(22b)과 바이어스선(22d)과의 전기적 연결만 와이어 본딩(30)에 의존하여 실장된다.The optoelectronic device 24 is directly mounted with a ground line 22c extending vertically from the wall of the dielectric 20 as shown in FIG. 2, and at the same time, only an electrical connection between the signal line 22b and the bias line 22d is wired. It is mounted depending on the bonding 30.

이와 같은 구성은 광전소자(24)의 접지면을 직접 접지시키는 것이므로 이 부분에서의 와이어 본딩이 생략되는데 더하여, 상기 신호선(22b)과 바이어스선(22d)에서 행해지는 와이어 본딩(30)의 길이도 전기신호의 전기적 기준면이 가장 짧게 근접 배치되는 것이므로 상기 와이어 본딩(30)에 의한 기생성분의 잔존을 최소화 시킬 수 있게 된다.Such a configuration is to directly ground the ground plane of the optoelectronic device 24, so wire bonding in this portion is omitted, and the length of the wire bonding 30 performed at the signal line 22b and the bias line 22d is also reduced. Since the electrical reference plane of the electrical signal is arranged closest to the shortest it is possible to minimize the remaining of the parasitic component by the wire bonding (30).

본 발명이 적용된 서브 마운트를 통상의 모듈로 연결하려면 도 3의 도시와 같이 유전체(20)를 기재(4)의 소정개소 상면에 장착하면 되는 것이며, 이 때 상기 유전체(20)는 내측에 접지면(28)을 구비하고 있음에 따라 상기 기재(4)와의 어떠한 전기적 연결을 배려하지 않고 장착하는 것이기 때문에 실장 작업이 간편 용이하게 된다. 그리고 상기 유전체(20)에 마련된 접지선(22a, 22d)과 신호선(22b) 및 바이어스선(22d)에서 상기 기재(4)의 소정 패턴 사이는 와이어 본딩 또는 리본 본딩하여 결선한다.In order to connect the sub-mount to which the present invention is applied as a normal module, as shown in FIG. 3, the dielectric 20 may be mounted on an upper surface of a predetermined portion of the base material 4. The mounting operation becomes easy because the 28 is provided without considering any electrical connection with the base 4. The wires or ribbons are connected between the predetermined lines of the substrate 4 in the ground lines 22a and 22d and the signal lines 22b and the bias lines 22d provided in the dielectric 20.

이렇게 하여 얻어지는 초고속 광전 모듈의 특성을 측정한 결과는 도 4로 도시한 그래프로 나타났다. 그래프는 광전소자로서 수광소자를 채용한 예를 보여 주고 있으며, 반사손실은 서브 마운트에 인가된 전기신호가 신호선에 잔존하고 있는 기생성분으로 말미암아 서브 마운트 종단까지 전달되지 못하고 반사되는 특성을 수치로, 그리고 전송손실은 서브 마운트의 종단까지 전기신호가 왜곡 없이 전달되는 정도를 나타내는 것이다.The results of measuring the characteristics of the ultra-high speed photoelectric module thus obtained are shown in the graph shown in FIG. The graph shows an example in which a light-receiving element is used as an optoelectronic device, and the reflection loss is a parasitic component of the electric signal applied to the submount, which is not transmitted to the end of the submount and is reflected. And the transmission loss indicates the degree to which the electric signal is transmitted to the end of the sub mount without distortion.

이에 따르면 본 발명이 적용된 초고속 광전 모듈의 특성은 20GHz 까지 반사손실이 -15dB, 전송손실은 -1dB 이상으로 측정되어 10Gbps의 고속 신호 전송에 적합함을 보여 주고 있다.According to this, the characteristics of the ultra-high speed photovoltaic module to which the present invention is applied are shown to be suitable for high-speed signal transmission of 10 Gbps by measuring return loss of -15 dB and transmission loss of -1 dB or more up to 20 GHz.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 유전체에 CPW-G 형태로 다수의 신호선을 다층 배열시켜 상기 유전체로 광전소자를 실장하는 단계에서 직접 접지되게 함과 동시에 상기 광전소자에서 해당 신호선으로 이어지는 와이어 본딩의 길이를 최단거리로 설정될 수 있게 하는 구조이므로 이를 통해 상기 와이어 본딩의 주변으로 잔존하는 기생성분이 현저하게 축소되어 데이터의 전송 손실과 반사손실을 적극적으로 저감시킬 수 있는 효과를 나타내는 것이므로 초고속 광전 모듈에 적용이 가능한 장점을 갖추고 있는 것이다.As described above, in the present invention, a plurality of signal lines in a CPW-G form are arranged in a dielectric to directly ground in the step of mounting the optoelectronic device with the dielectric, and at the same time, the length of the wire bonding from the optoelectronic device to the corresponding signal line is determined. Since the structure can be set to the shortest distance, the parasitic components remaining around the wire bonding are remarkably reduced, so that the transmission loss and reflection loss of the data can be actively reduced. This is a possible advantage.

Claims

A dielectric having a "L-shaped" shape on its side;

A ground line, a signal line, and a bias line, which are laminated by CPW-G on an upper surface of a side surface extending in this dielectric and extend along a vertical wall surface of the dielectric to mount a conventional optoelectronic device;

A ground plane disposed inside the dielectric; And

Via hole between the ground line and the ground plane

Photoelectric element submount of high speed photovoltaic module with configuration.

2. The structure of claim 1, wherein a conventional optoelectronic device is directly grounded by a ground line positioned between a signal line extending to a vertical wall surface of the dielectric and a bias line, and the signal line is electrically connected through a wire bonding between the bias lines. Optoelectronic device sub-mount of high-speed photoelectric module characterized in that.

The photoelectric device sub-mount of claim 1, wherein the bottom surface of the dielectric is formed of a non-conductive dielectric material.