KR100487973B1 - 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유를 정렬하기 위한 장치에 있어서, 광도파로를 구비한 기판과, 상기 기판상에서 가이드되는 광섬유를 가이드하기 위하여 상기 광도파로의 일단과 상응한 위치까지 형성되는 V-그루브와, 상기 기판의 V-그루브와 상응한 위치에 V-그루브가 형성되고 그 위치에 광섬유가 접착 고정되어 상기 기판의 상면에 고정되는 플레이트형 리드 및 상기 기판의 상면에 일정 간격 으로 형성되어 상기 리드의 하면을 지지하는 다수의 스토퍼를 포함하여, 상기 리드에 고정된 광섬유는 상기 스토퍼의 높이에 따라 상기 광도파로와 정밀한 정렬이 수행된다.

Description

광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF PASSIVE ALIGNMENT BETWEEN OPTICAL WAVEGUIDES AND OPTICAL FIBER}

본 발명은 평면 기판상의 광도파로와 광섬유를 정렬하는 방법에 관한 것으로서, 특히 평면 기판상에 여러 가지 기능을 하는 소자를 하나의 기판에 집적하는 하이브리드 모듈을 제작하는데 있어서 광섬유를 광도파로 또는 광반도체등에 수동으로 용이하게 정렬하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 광 전송 시스템에서, 신호는 광 방사 다이오드(LED) 유닛, 레이저 등과 같은 공급원에 의해 생성된 광 주파수 파(광)에 의해 광 섬유를 따라 전송된다. 광 섬유는 일반적으로 석영 재료로 제조되고, 광 섬유 회로가 개선됨에 따라 하나의 광 섬유를 다른 광 섬유에 결합시키거나, 광도파로를 갖는 소정의 실리콘 기판상에 적어도 하나 이상의 광섬유를 정렬시키는 방법 및 장치가 필요하게 되었으며, 좀더 간편하면서 정확한 정렬을 도모하기 위해 경주하고 있는 실정이다.

일반적으로 광섬유를 기판상의 광도파로를 정렬시키기 위해서는 상기 기판상에 광섬유를 안내하기 위한 정렬수단을 구비한다. 즉, 상기 기판 제조 공정중 적층되는 클래드층에 둘러싸여 있는 코어와 상기 광섬유의 코어를 정렬시켜 광 신호를 송수신 하게 된다. 상기 기판상의 광섬유 정렬을 위해서 V-그루브(V-groove)를 많이 사용하며, 상기 V-그루부의 홈상에 광섬유를 일부 삽입 시키고 그 상부에 접착 수단을 도포하여 고정시켰다. 더욱 상세하게는 상기 V-그루브에 안내되는 광섬유는 보호 재킷을 우선적으로 제거하고, 약 250 미크론(micron)(외경) 버퍼(buffer)가 노출된 후, 125 미크론(외경) 섬유를 노출시키도록 박피될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 기판상에 광섬유가 광도파로와 정렬되는 상태를 도시한 도면으로써, 한 끝 단에 광 반도체 소자(미도시됨)에서 광신호가 나오거나, 광 반도체 소자로 광 신호가 들어가는 경우에 광도파로(110)와 광섬유(200)를 통하여 다른 끝 단으로 신호가 전달되어 진다. 이 때 광 반도체와 광도파로(110)는 flip chip 접착을 통하여 주로 접속이 되고 다른 단의 광섬유(200)와 광도파로(110)는 광섬유(200)를 V-그루브(120)위에 실장하여 접착제(130)로 고정함으로서 접속이 이루어진다. 그러나 이 방법은 광섬유가 V-그루브 바닥에 전적으로 접촉하기 어려워 높이 방향의 편차를 가져오는 요인이 되고 있으며, 접착력이 낮아 fiber pull 실험에서 떨어지는 현상이 있다. 또한 V-그루브의 깊이와 광도파로와의 상대 거리가 정확해야 하는데 V-그루브의 over etching 또는 under etching에 의한 편차가 상대적인 거리의 편차를 가져오는 원인이 되어 수동정렬 정밀도를 떨어뜨리고 이로 인한 손실이 발생하게 된다.

미도시되었으나, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 광도파로와 V-그루브 사이에 지지단을 두어 광도파로와 광섬유의 끝 단의 상대적인 위치를 일정하게 유지하도록 하였다. 그러나 이방법 역시 접착력이 약하여 fiber pull 실험에서 떨어질 수 있는 문제를 가지고 있다.

미도시되었으나, 상판과 하판에 V 홈을 만들어 끼워 맞춤 구조를 가지고 있어 광섬유를 고정하는 힘이 보완되었으나 끼워 맞춤 정도에 따라 위치 정밀도가 변하는 문제가 여전히 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명은 광섬유의 접착력을 향상시켜 떨어지는 현상을 미연에 방지하고, 정렬 정밀도를 향상시키도록 구성되는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 etch stop을 이용한 테라스(terrace)구조를 사용함으로써 수동 정렬시 발생하는 정밀도를 향상시키도록 구성되는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 광섬유를 정렬하기 위한 장치에 있어서, 광도파로를 구비한 기판과, 상기 기판상에서 가이드되는 광섬유를 가이드하기 위하여 상기 광도파로의 일단과 상응한 위치까지 형성되는 V-그루브와, 상기 기판의 V-그루브와 상응한 위치에 V-그루브가 형성되고 그 위치에 광섬유가 접착 고정되어 상기 기판의 상면에 고정되는 플레이트형 리드 및 상기 기판의 상면에 일정 간격 으로 형성되어 상기 리드의 하면을 지지하는 다수의 스토퍼를 포함하여, 상기 리드에 고정된 광섬유는 상기 스토퍼의 높이에 따라 상기 광도파로와 정밀한 정렬이 수행됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 기판상에 광도파로를 형성하는 과정과, 상기 광도파로의 일단과 상응하는 위치에 광섬유를 가이드하기 위한 V-그루브를 길이 방향으로 형성하는 과정과, 상기 광도파로를 형성하는 과정중에 etch stop을 이용하여 일정 높이를 갖는 다수의 스토퍼를 형성하는 과정과, 상기 스토퍼의 지지를 받으면서 하면에 광섬유가 고정된 플레이트형 리드를 상기 기판상에 설치하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 과정은 상기 리드의 하면의 상기 기판상의 V-그루브와 상응하는 위치에 V-그루브를 형성시키는 과정과, 상기 형성된 V-그루브상에 광섬유를 안착시켜 소정의 접착수단에 의해 고정시키는 과정을 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 리드를 이용하여 기판상의 광도파로와 광섬유를 수동 정렬시키는 상태를 도시한 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 리드의 후면을 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 광도파로(11)와 그 한쪽 끝 단에는 광 반도체 소자(미도시)가 위치할 수 있는 단면이 형성되어 있고 다른 한 끝 단에는 V-그루브(12)가 형성되어 있으며, 그 기판 상면(13)에 etch stop 방법으로 제작된 스토퍼(stopper)(15)가 형성되어 있고, V-그루브(12)와 광도파로(11)가 만나는 부위에 식각이나 Dicing saw 등을 통하여 형성된 홈(14)이 있는 기판(10)과 그 기판의 V-그루브(12)상에는 광섬유가 접착 고정되어 있는 플레이트형 리드(lid)(20)가 놓여지며 리드(20)의 하면(23)이 상기 스토퍼(15)위에 접착제를 통하여 고정되는 구조를 가지고 있다. 상기 리드(20)는 Si의 이방성을 이용하여 정밀하게 V-그루브(도 3의 22)를 상기 기판(10)상의 V-그루브(12)와 상응하는 위치에 식각하여 제작하며 이때 Si 대신 Glass를 연마하는 방법으로 V 홈을 구성할 수도 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 리드(20)의 하면(23)에 소정의 V-그루브(22)가 형성되어 있으며, 상기 그루브(22)상에 광섬유(30)가 놓여지고 소정의 접착수단(25)에 의해 접착된 상태가 된다.

도 4는 본 발명에 따라 광섬유(30)가 고정된 리드(20)가 기판(10)에 설치된 상태를 도시한 단면도로써, 리드(20)의 하면(23)과 기판(10)의 상면(13) 사이에 광섬유(30)가 개제된 상태로 설치된다. 이 경우 etch stop방법으로 형성된 상기 스토퍼(15)의 기판으로부터의 높이 d는 상기 리드(20)의 V-그루브(22)에 일부 삽입 고정된 광섬유(30)의 외주면이 상기 기판(10)의 V-그루브(12)의 내면과 접촉되지 않는 상태가 되도록 설정될 수 있다. 즉, 광섬유(30)는 리드(20)의 V-그루브(12)에 임시 접착되어 상기 리드(10)와 함께 기판(10)의 V-그루브(12)위에 놓여지며 기판의 V-그루브(12)는 약간 over etching을 하여 광섬유(30)와 거의 접촉되지 않는 반면 상기 리드(20)와 스토퍼(15)가 접촉하여 광섬유(30)와 광도파로(도 2의 11)의 상대적 위치를 결정하는 구조이다.

도 5는 본 발명에 따라 기판상에 리드를 지지하기 위한 스토퍼를 형성하기 위한 공정도로써, 실리콘 기판상에 하부 클래드층을 적층시키고 그 상부에 코어층을 적층시킨다(a). 그후, 상기 하부 클래드층의 일부까지 V-그루브를 형성시킥 이하여 식각을 하고(b) 식각된 면의 적정 장소에 다수의 스토퍼를 형성하기 위한 etch stop를 형성한다(c). 그후 그 상면에 상부 클래드층을 적층시키고(d), 식각을 하게 되면, 전술한 etch stop 영역은 그 외의 지역보다 식각이 덜되므로 일정 높이를 갖는 스토퍼가 형성되는 것이다. 따라서, 상기 스토퍼는 코어를 형성한 직후에 만들어지기 때문에 코어와 스토퍼의 상대 위치를 정확하게 결정할 수 있는 것이다.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 광섬유가 리드에 적용된 상태를 도시한 단면도로써, 상술한 바와 같은 구성으로 리드(20')에 다수의 V-그루브(22')를 등간격으로 형성시켜 다수의 광섬유(30')를 고정시키고, 이와 상응하는 기판(10')상의 위치에 다수의 V-그루브(12')를 형성시켜 구성할 수도 있다.

미도시 되었으나, 본 발명에 의한 정렬 장치 및 방법은 광 신호를 분기, 감쇄 등을 수행하는 splitter, AWG, switch, attenuator, directional coupler 등이 사용되어 질 수 있으며 광섬유는 하나 또는 복수의 리본 광섬유가 사용되어 질 수 있다. 광도파로의 양 단에는 광섬유가 정렬 접착되어 질 수 있으며, 또한 한 단에 광 반도체 다른 한 단에 광섬유가 정렬되는 구조를 가질 수 있다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따라 광섬유와 광 도파로를 수동 정렬하는 방법은 스토퍼에 의한 정렬 정밀도를 향상시키고 리드를 사용하여 접착력을 향상시킴으로서 성능이 향상되고 신뢰성 있는 모듈을 제공하는 것이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 기판상에 광섬유가 광도파로와 정렬되는 상태를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 리드를 이용하여 기판상의 광도파로와 광섬유를 수동 정렬시키는 상태를 도시한 분리사시도;

도 3은 본 발명에 따른 리드의 후면을 도시한 사시도;

도 4는 본 발명에 따라 광섬유가 고정된 리드가 기판상에 설치된 상태를 도시한 단면도;

도 5는 본 발명에 따라 기판상에 리드를 지지하기 위한 스토퍼를 형성하기 위한 공정도; 및

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 광섬유가 리드에 적용된 상태를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10: 기판 20: 리드

Claims (6)

1. 광섬유를 정렬하기 위한 장치에 있어서,

   광도파로를 구비한 기판;

   상기 기판상에서 가이드되는 광섬유를 가이드하기 위하여 상기 광도파로의 일단과 상응한 위치까지 형성되는 V-그루브;

   상기 기판의 V-그루브와 상응한 위치에 V-그루브가 형성되고 그 위치에 광섬유가 접착 고정되어 상기 기판의 상면에 고정되는 플레이트형 리드 및;

   상기 기판의 상면에 일정 간격 으로 형성되어 상기 리드의 하면을 지지하는 다수의 스토퍼를 포함하여, 상기 리드에 고정된 광섬유는 상기 스토퍼의 높이에 따라 상기 광도파로와 정밀한 정렬이 수행됨을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스토퍼의 높이는 상기 리드에 접착 고정된 광섬유의 외주면이 상기 기판의 V-그루브 내면과 접촉하지 않을 정도의 높이로 형성시킴을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 스토퍼는 기판의 제조 공정 중 광도파로를 형성하는 과정중에 형성되어 높이가 설정됨으로써, 광도파로와 광섬유간의 정렬 정밀도를 증가시킴을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 장치.
4. 광섬유와 기판상의 광도파로를 정렬시키는 방법에 있어서,

   기판상에 광도파로를 형성하는 과정;

   상기 광도파로의 일단과 상응하는 위치에 광섬유를 가이드하기 위한 V-그루브를 길이 방향으로 형성하는 과정;

   상기 광도파로를 형성하는 과정중에 etch stop을 이용하여 일정 높이를 갖는 다수의 스토퍼를 형성하는 과정;

   상기 스토퍼의 지지를 받으면서 하면에 광섬유가 고정된 플레이트형 리드를 상기 기판상에 설치하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 리드의 하면의 상기 기판상의 V-그루브와 상응하는 위치에 V-그루브를 형성시키는 과정과,

   상기 형성된 V-그루브상에 광섬유를 안착시켜 소정의 접착수단에 의해 고정시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 방법.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 스토퍼의 높이는 상기 리드에 고정된 광섬유의 외면이 상기 기판에 형성된 V-그루브의 내면에 접촉하지 않는 높이로 형성함을 특징으로 하는 광섬유와 광도파로간의 수동 정렬 방법.