KR100551548B1 - Optical sub-assembly(osa) module with passive optical alignment and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광통신시스템의 핵심부품인 광송수신 모듈(Transceiver module) 제작에 사용되는 TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly) 및 ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly) 등과 같은 광소자에 관한 것으로, 레이저 다이오드 및 포토 다이오드 등과 같은 광소자칩이 부착되어지고 V-홈이 형성된 실리콘기판을 이용하여 기존의 능동광정렬에서 필요로 하였던 광학렌즈 및 렌즈 캡을 사용하지 않으면서 미리 정해진 위치의 V-홈에 광섬유를 삽입하는 수동정렬만을 이용하여 통합형 OSA(TOSA 및 ROSA를 통합)를 제작할 수 있는 광모듈 구조를 제공하는데 있다. 본 발명의 결과를 활용하면 OSA 제조공정이 간단해지고, 소형화할 수 있으며, 제조공정 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저가이며 신뢰성이 우수한 수동정렬 통합형 OSA 제작이 가능하다.The present invention relates to an optical device such as a transmitter optical sub-assembly (TOSA) and a receiver optical sub-assembly (ROSA), which are used to manufacture a transceiver module, which is a core component of an optical communication system, and includes a laser diode and a photodiode. By inserting an optical element such as an optical chip and a V-groove-shaped silicon substrate, the optical fiber is inserted into the V-groove at a predetermined position without using the optical lens and the lens cap, which are required for the conventional active optical alignment. It is to provide an optical module structure that can manufacture integrated OSA (integrating TOSA and ROSA) using only manual alignment. Utilizing the results of the present invention, the OSA manufacturing process can be simplified, downsized, and can shorten the manufacturing process time, and it is possible to manufacture a low-cost and reliable manual alignment integrated OSA.
광통신시스템, 송수신 모듈 Optical communication system, transmission and reception module
Description
도 1(a) 내지 도 1(e)은 종래의 TO 패키지를 이용한 OSA 어셈블리 부품 및 조립공정을 나타낸 단면도Figure 1 (a) to Figure 1 (e) is a cross-sectional view showing the OSA assembly components and assembly process using a conventional TO package
도 2는 종래의 피그테일(pigtail)형 광모듈 단면도2 is a cross-sectional view of a conventional pigtail type optical module
도 3(a) 및 도 3(b)은 본 발명에 따른 OSA의 입체도 및 평면도3 (a) and 3 (b) are a perspective view and a plan view of the OSA according to the present invention.
도 3(c) 및 도 3(d)은 본 발명에 따른 OSA를 A-A 및 B-B면으로 자른 단면도3 (c) and 3 (d) are cross-sectional views of the OSA according to the present invention taken along planes A-A and B-B.
도 4(a)는 본 발명의 실리콘기판과 리셉터클(receptacle)을 조립하기 직전의 입체도 및 단면도Figure 4 (a) is a three-dimensional view and cross-sectional view immediately before assembling the silicon substrate and the receptacle (receptacle) of the present invention
도 4(b)는 실리콘 기판의 V-홈에 광섬유를 삽입 정렬할 때 에러가 발생하는 경우의 예4 (b) shows an example in which an error occurs when the optical fiber is inserted into the V-groove of the silicon substrate.
도 4(c)는 본 발명에 따른 광섬유 정렬에러가 제거되는 원리를 보여주는 단면도Figure 4 (c) is a cross-sectional view showing the principle of eliminating the optical fiber alignment error in accordance with the present invention
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : TO 패키지 2 : 레이저다이오드 칩1: TO package 2: laser diode chip
3 : 포토다이오드 칩 4 : 렌즈3: photodiode chip 4: lens
5 : TO 두껑 6 : TO 하우징5: TO lid 6: TO housing
7, 35 : 스터브 8, 11, 34 : 광섬유7, 35:
9, 36 : 슬리브 10 : TOSA용 하우징9, 36: sleeve 10: housing for TOSA
12 : 광섬유 페룰 13 : 페룰하우징12: optical fiber ferrule 13: ferrule housing
14 : 커넥터 15 : TO 하우징14
31 : 수광용 실리콘 기판 32 : 발광용 실리콘 기판31: light-receiving silicon substrate 32: light-emitting silicon substrate
33 : L자형 메탈블록 37 : 리셉터클33: L-shaped metal block 37: Receptacle
38 : 스프링강 39 : 볼트38: spring steel 39: bolt
101 : 광소자 칩 102 : V-홈101: optical device chip 102: V-groove
본 발명은 광통신시스템의 핵심부품인 광송수신 모듈(Transceiver module) 제작에 사용되는 TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly) 및 ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly) 등과 같은 광소자에 관한 것으로, 특히 간단하고 소형, 저가이며 신뢰성이 우수한 수동정렬 통합형 OSA(TOSA와 ROSA 통합) 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
신속한 대용량의 정보교환이 필요함에 따라 광통신기술이 개발되었고 신호의 전송속도는 기가비트(Gbps) 시대를 거쳐 테라비트(Tbps) 시대로 발전하고 있다. 이러한 광통신 기술의 발전은 현재 가정에서도 광통신 할 수 있는 환경을 갖추게 되 었고, 각 가정에 광통신용 송수신 모듈을 설치하여 사용하는 FTTH(Fiber-To-The-Home)의 시대를 맞이하게 되었다. 가정에서 또는 사무실에서 광통신용 송수신 모듈을 필요로 하게 됨에 따라 저가의 보급형 광송수신 모듈(트랜시버:transceiver : TRx)이 제작되고 있는 상황이다.Optical communication technology has been developed due to the need for rapid large-capacity information exchange, and the transmission speed of signals has been developed from the gigabit (Gbps) era to the terabit (Tbps) era. The development of the optical communication technology has now become an environment that can be optical communication in the home, and the age of FTTH (Fiber-To-The-Home) to install and use the optical transmission and reception module in each home. The need for optical communication transceivers in homes or offices is creating low cost, low cost optical transceiver modules (transceivers: TRx).
광송수신 모듈(TRx로 약칭하여 용어 사용함)은 광신호를 생성하는 TOSA와 광신호를 받아서 전기신호로 변환하는 ROSA, 전기신호를 생성하고 처리하는 전자회로 등으로 구성되며 일반적으로 규약에 의해 크기 및 입출력단이 규격화 된다.Optical transmitting / receiving module (abbreviated as TRx) is composed of TOSA for generating optical signal, ROSA for receiving optical signal and converting it into electric signal, and electronic circuit for generating and processing electric signal. The input and output terminals are standardized.
따라서 TRx에 있어서 TOSA 및 ROSA가 가장 핵심적인 역할을 하게 되며 TRx의 가격을 좌우하는 중요한 요소이다.Therefore, TOSA and ROSA play a key role in TRx, and it is an important factor that determines the price of TRx.
TOSA 및 ROSA의 구조 및 제작방법에 관한 종래의 기술을 살펴보면 TO-CAN이라 불리우는 패키지 위에 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 칩 또는 포토 다이오드(Photodidoe, PD) 칩을 전기 및 열전도성이 좋은 물질로 부착하고 TO-CAN 상에 렌즈가 부착된 두껑(Cap)을 부착한 후 광섬유를 정렬하여 부착하여 제작하는데 이 과정을 도 1을 이용하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Looking at the conventional technology of the structure and manufacturing method of TOSA and ROSA, a laser diode (LD) chip or a photodiode (PD) chip is attached to a package called TO-CAN as a good electrical and thermally conductive material. After attaching the cap (Cap) attached to the lens on the TO-CAN and then to align and attach the optical fiber, this process will be described in detail with reference to Figure 1 as follows.
도 1(a) 내지 도 1(e)은 종래의 TOSA 제작방법을 나타낸 것이다.1 (a) to 1 (e) show a conventional TOSA manufacturing method.
먼저, 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 TO 패키지(1) 상에 LD칩(2)과 LD 칩(2)으로부터의 광출력을 감시하기 위한 PD 칩(3)을 부착하고, LD칩(2)으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 렌즈(4)가 부착된 TO-두껑(Cap, 5)을 조립 접합시킨다.First, as shown in Figs. 1A and 1B, a
이어서, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 조립된 TO-CAN을 광섬유와 정렬하고 부 착하기 위해 금속으로 제작된 TO-하우징(TO-housing, 6) 내에 고정시킨다.Subsequently, the assembled TO-CAN as shown in FIG. 1 (c) is fixed in a TO-
마지막으로, 도 1(d) 및 도 1(e)에 나타낸 바와 같이 스터브(stub, 7), 광섬유(8), 슬리브(sleeve, 9) 및 금속의 TOSA용 하우징(10)으로 구성된 리셉터클(receptacle)과 도 1(c)의 TO-CAN을 고정시킨 TO-하우징(TO-housing, 6)을 정밀 능동정렬한 후 레이저 용접기로 용접한다.Finally, a receptacle consisting of a
능동광정렬은 TO 패키지(1)에 부착되어 있는 LD 칩(2)에 전류를 인가하여 광신호를 방출시키면 방출되는 광신호가 렌즈를 통하여 일정한 거리에서 상이 맺히게 되고, 이 곳에 광섬유가 삽입되어 있는 부품(receptacle : 도 1(e))을 정렬하게 되면 정렬 정도에 따라서 광섬유로 들어가는 광신호의 양이 달리 검출되게 되며 검출된 광신호 값이 가장 클 때를 찾아내는 광정렬 방법을 말하는 것으로 대개의 광섬유-광소자 간의 정렬 및 패키징에서 사용하는 방법이다.In active light alignment, when a current is applied to the
ROSA의 경우에는 광섬유가 삽입된 리셉터클(receptacle)과 PD를 정렬하는 것으로 조립공정은 TOSA와 매우 유사하다.In the case of ROSA, the alignment process is very similar to that of TOSA by aligning the PD with the receptacle inserted into the optical fiber.
이와 같이 레이저 다이오드 혹은 포토 다이오드 등의 소자를 직접 구동시키고 광섬유와의 정렬정도를 실시간으로 감지하여 최적의 정렬도를 얻어내는 능동 광정렬 방법에 있어서는 제작공정에 많은 시간과 고가의 조립장비가 필요하다.As such, an active optical alignment method that directly drives an element such as a laser diode or a photodiode and detects an alignment with an optical fiber in real time to obtain an optimal alignment degree requires a lot of time and expensive assembly equipment in the manufacturing process. .
도 2는 종래의 TOSA의 다른 실시 예를 나타낸 것으로 광섬유의 부착 및 분리가 자유로운 리셉터클 대신 광섬유를 영구 부착한 형태의 TOSA를 나타내고 있으며 제조 과정은 도 1과 유사하다. 즉, 도 1(a)부터 도 1(c)까지와 같은 요령으로 조립하되 도 2에서는 TO 하우징(광섬유 부착용, 15)이 도 1(c)과 형태가 약간 다르다. 다음에는 광섬유 페룰(ferrule, 12)을 페룰 하우징(13)에 삽입한 채로 능동 광정렬을 수행하고 최적의 위치에서 레이저 웰딩을 수행하여 각 부품을 녹여 붙여서 광섬유 부착형 TOSA를 제작한다.FIG. 2 illustrates another embodiment of the conventional TOSA, and illustrates a TOSA in which a fiber is permanently attached instead of a receptacle free to attach and detach an optical fiber, and a manufacturing process is similar to that of FIG. 1. That is, the assembly is carried out in the same manner as in Fig. 1 (a) to Fig. 1 (c), but in Fig. 2, the TO housing (for optical fiber attachment) 15 is slightly different from Fig. 1 (c). Next, active optical alignment is performed while the
능동광정렬 방법이 실시간으로 광출력 또는 광전류를 검출하면서 레이저 용접에 의해 광모듈(Optical device module)을 제조하는데 반해, 수동광정렬 방법은 광소자를 직접 구동시키지 않고 정렬하는 방법으로 단지 미리 정해진 위치정보만을 이용하여 로보트를 이용하던지, 작업자가 현미경을 보면서 부품을 조립하는 기술을 말하며 대량생산에 매우 유리한 방법이다.Whereas active light sorting method manufactures an optical device module by laser welding while detecting light output or photocurrent in real time, passive light sorting method is a method of aligning without directly driving an optical device. It is a technique that assembles parts by using a robot by using a bay or a worker by looking at a microscope, which is very advantageous for mass production.
수동광정렬방법에 관한 종래의 기술은 플립칩 본더(flip chip bonder)라는 고가의 로봇(robot)장비를 필요로 하였으며 플립칩 본더를 사용한 조립공정의 경우 광섬유 스터브(stub)가 부착된 신뢰성 있는 TOSA/ROSA 어셈블리 부품 제작을 할 수 없었고, 단지 광섬유를 영구 부착하는 피그테일(pigtail) 형의 광모듈을 제작하는 수준에 머무를 수밖에 없었다.Conventional techniques for passive optical alignment require expensive robotic equipment, called flip chip bonders, and reliable TOSA with fiber stubs for the assembly process using flip chip bonders. / ROSA assembly parts could not be manufactured, but only to produce a pigtail type optical module that permanently attaches optical fibers.
이와 같이 수동광정렬방법이 진보하지 못한 가장 큰 이유는 광섬유의 부착 및 탈착을 자유로이 할 수 있는 리셉터클형의 TOSA 및 ROSA의 제작이 종래의 방법으로는 매우 어려웠기 때문이다.The main reason why the passive optical alignment method has not advanced is that fabrication of the receptacle type TOSA and ROSA capable of freely attaching and detaching optical fibers has been very difficult in the conventional method.
따라서 생산단가가 매우 저렴하고 대량생산에 유리한 수동광정렬방법에 의한 TOSA 및 ROSA의 새로운 구조 창출 및 제작방법에 관한 기술이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a technique for creating and manufacturing a new structure of TOSA and ROSA by a passive light alignment method which is very inexpensive and advantageous for mass production.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 실리콘 브이- 홈(V-groove)이 새겨진 실리콘 기판 위에 부착되어 있는 레이저 다이오드 및 포토 다이오드 등의 광소자와 receptacle 부품을 결합하되 추가의 렌즈 및 렌즈 캡을 사용하지 않으면서 수동광정렬방법을 이용하여 신속하고 간편하게 TOSA 및 ROSA 어셈블리 부품을 제작하기 위한 것으로 새로운 TOSA 및 ROSA의 구조를 제시하고 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention devised to solve the above problems is to combine optical elements such as a laser diode and a photo diode and a receptacle component attached to a silicon substrate engraved with a silicon V-groove, but additional lenses And to manufacture TOSA and ROSA assembly parts quickly and easily by using a manual light alignment method without using a lens cap, and presenting a new TOSA and ROSA structure and providing a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수동정렬 통합형 오에스에이(Optical Sub-Assembly, OSA) 모듈은 수광소자 칩이 부착되고 광섬유를 삽입 부착할 수 있는 V-홈이 새겨진 수광용 실리콘 기판과; 발광소자 칩이 부착되고 광섬유를 삽입 부착할 수 있는 V-홈이 새겨진 발광용 실리콘 기판과; 광섬유를 둘러싼 스터브와; 상기 스터브를 둘러싼 슬리브의 조립으로 이루어지는 두개의 리셉터클과; 상기 실리콘 기판이 각각 위치할 수 있고 각각의 실리콘 기판에 대응되는 리셉터클이 위치할 수 있도록 가공된 L자형 메탈블럭; 및 상기 광섬유를 V-홈에 밀착시키기 위한 스프링강과 볼트;로 구성됨을 특징으로 한다.Manual sub-assembly (OSA) module of the present invention for achieving the above object is a photosensitive silicon substrate engraved V-groove is attached to the light-receiving element chip and can be attached to the optical fiber; A light emitting silicon substrate on which a light emitting device chip is attached and engraved with a V-groove for inserting and attaching an optical fiber; A stub surrounding the optical fiber; Two receptacles comprising assembly of a sleeve surrounding the stub; An L-shaped metal block fabricated so that the silicon substrates can be located respectively and a receptacle corresponding to each silicon substrate can be located; And a spring steel and a bolt for tightly attaching the optical fiber to the V-groove.
상기 L자형 메탈블록은 실리콘 기판의 V-홈과 리셉터클의 광섬유 밑면과의 거리가 0.01~0.5mm 정도로 조절하는 것을 특징으로 한다.The L-shaped metal block is characterized in that the distance between the V-groove of the silicon substrate and the optical fiber bottom of the receptacle is adjusted to about 0.01 ~ 0.5mm.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수동정렬 통합형 오에스에이(Optical Sub-Assembly, OSA) 모듈 제조방법은 광섬유가 일정한 길이만큼 튀어 나올 수 있도록 스터브에 삽입한 후 슬리브와 함께 리셉터클로 조립하는 제1단계와; 상기 리셉터클을 L자형 메탈블록에 삽입하여 OSA 본체를 조립하는 제2단계와; 상기 OSA 본체상에 수광소자 칩이 부착되고 광섬유를 삽입 부착할 수 있는 V-홈이 새겨진 수광용 실리콘 기판과, 발광소자 칩이 부착되고 광섬유를 삽입 부착할 수 있는 V-홈이 새겨진 발광용 실리콘 기판의 밑 부분에 접착제를 바른 후 광섬유가 실리콘 V-홈에 삽입되도록 위치시키는 제3단계와; 상기 광섬유 위에 스프링강을 올려놓고 볼트로 눌러서 광섬유가 V-홈에 밀착되도록 하여 수광용 및 발광용 실리콘 기판을 동시에 정렬하는 제 4단계와; 상기 볼트에 접착제를 추가하여 볼트를 고정시키는 제 5단계; 및 상기 광섬유의 끝단과 V-홈이 만나는 곳에 투명 에폭시를 첨가하는 제 6 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, a method for manufacturing an optical sub-assembly (OSA) module for the purpose of achieving the above object is inserted into the stub so that the optical fiber is protruded by a certain length and then assembled into a receptacle together with the sleeve. Steps; Inserting the receptacle into an L-shaped metal block to assemble an OSA body; Light-receiving silicon substrate with a V-groove to which the light-receiving device chip is attached and the optical fiber can be inserted and attached to the OSA main body, and the light-emitting silicon with the V-groove to which the light emitting device chip is attached and the optical fiber can be inserted and attached. Applying an adhesive to the bottom of the substrate and positioning the optical fiber to be inserted into the silicon V-groove; Placing a spring steel on the optical fiber and pressing the bolt with the bolt to bring the optical fiber into close contact with the V-groove, thereby simultaneously aligning the light-receiving and light-emitting silicon substrates; A fifth step of fixing the bolt by adding an adhesive to the bolt; And a sixth step of adding a transparent epoxy where the end of the optical fiber and the V-groove meet.
상기 광섬유가 1~10mm 길이만큼 튀어 나올 수 있도록 스터브에 삽입하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the optical fiber is inserted into the stub to protrude by 1 ~ 10mm length.
상기 L자형 메탈블록은 V-홈과 리셉터클의 광섬유 밑면과의 거리가 0.01~0.5mm 정도로 조립되도록 가공하는 것을 특징으로 한다.The L-shaped metal block is processed to be assembled so that the distance between the V-groove and the bottom surface of the optical fiber of the receptacle is about 0.01 ~ 0.5mm.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다. 동일한 구성 및 동일한 작용을 갖는 부분에는 동일한 부호를 부여한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Parts having the same structure and the same action are given the same reference numerals.
도 3(a)은 본 발명의 OSA의 전체 모습을 입체도로 나타낸 것이며, 도 3(b)은 OSA의 평면도, 도 3(c)은 본 발명의 OSA를 A-A면으로 자른 단면도를 3(d)은 OSA를 B-B면으로 자른 단면도를 나타낸 것이다.Figure 3 (a) is a three-dimensional view of the overall appearance of the OSA of the present invention, Figure 3 (b) is a plan view of the OSA, Figure 3 (c) is a cross-sectional view taken in AA plane of the OSA of the present invention 3 (d) Is a cross-sectional view of the OSA taken along the BB plane.
도 3(a) 내지 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 수동정렬 통합형 OSA는 일부 영역에 광소자 칩이 부착되고 다른 일부영역에는 광섬유를 삽입 부착할 수 있는 V-홈(V-groove, 102)이 새겨진 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)과, 상 기 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)을 위치시키면 광섬유(34) 밑면과 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)과의 사이가 0.01~0.5mm 정도 떨어지게끔 리셉터클(receptacle, 37)이 조립되도록 가공된 L자형 메탈블럭(33)과, 광섬유(34)를 둘러싼 스터브(35)와 스터브(35)를 둘러싼 슬리브(36)의 조립으로 이루어지는 리셉터클(37), 그리고 광섬유(34)를 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)의 V-홈(102)에 밀착시키기 위한 스프링강(38)과 볼트(39)로 구성되는 것을 특징으로 한다.As shown in Figs. 3 (a) to 3 (d), the passive alignment integrated OSA of the present invention has a V-groove in which an optical device chip is attached to a part of the region and an optical fiber is inserted into the other part of the region. The light-receiving and light-emitting
도 3(a) 내지 도 3(d)을 참고하여 본 발명이 적용된 수동정렬 통합형 오에스에이(Optical Sub-Assembly, OSA) 모듈을 제작하는 과정을 기술하면 다음과 같다.Referring to Figure 3 (a) to Figure 3 (d) describes a process of manufacturing a manual sub-assembly (OSA) module to which the present invention is applied as follows.
우선 광섬유(34)가 일정거리, 바람직하게는 1~10mm 사이가 나올 수 있도록 스터브(35)에 삽입한 후 슬리브(36)와 함께 리셉터클(37)로 조립한다. 제작된 리셉터클(37)을 L자형 메탈블록(33)에 삽입하여 OSA 본체를 완성한다.First, the
일부 영역에 수광소자 칩이 부착되고 다른 일부영역에는 광섬유(34)를 삽입 부착할 수 있는 V-홈(102)이 새겨진 수광용 실리콘 기판(31)과, 일부 영역에 발광소자 칩이 부착되고 다른 일부영역에는 광섬유(34)를 삽입부착할 수 있는 V-홈(102)이 새겨진 발광용 실리콘 기판(32)의 밑 부분에 접착제를 바른 후 광섬유(34)가 실리콘 V-홈(102)에 삽입되도록 위치시킨다.The light-receiving
광섬유(34)위에 스프링강(38)을 올려놓고 볼트(39)로 눌러서 광섬유(34)가 실리콘 V-홈(102)에 밀착되도록 하여 수광용 실리콘 기판(31)과 발광용 실리콘 기판(32)을 동시에 정렬하고 볼트(39)에 접착제를 추가하여 움직이지 않도록 고정 한다.The
마지막으로, 광섬유(34)의 끝단과 실리콘 V-홈(102)이 만나는 곳에 투명 에폭시를 첨가하여 광섬유(34) 끝단에서의 반사를 줄이는 것으로 수동정렬 통합형 오에스에이(Optical Sub-Assembly, OSA) 모듈을 완성한다.Finally, the optical sub-assembly (OSA) module is incorporated by adding a transparent epoxy at the end of the
상기의 본 발명에서 광소자 칩이 부착되고 V-홈(102)이 새겨진 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)에 광섬유(34)를 스프링강(38)과 볼트(39)로 눌러서 기계적으로 접촉시키는 방법은 수광용 실리콘 기판(31)과 발광용 실리콘 기판(32)을 동시에 고정시킬 수 있다는 공정단순화와 OSA 조립후에 수동광정렬에 대해 기계적인 안정성을 주도록 하여 OSA 모듈의 신뢰성을 매우 높일 수 있는 장점을 갖는다.In the present invention, the
도 4(a)는 본 발명의 실리콘 기판에 광섬유를 삽입하기 직전의 입체도 및 단면도, 도 4(b)는 실리콘 기판의 V-홈에 광섬유를 삽입 정렬할 때 에러가 발생하는 경우의 예, 도 4(c)는 본 발명에 따른 광섬유 정렬에러가 제거되는 원리를 보여주는 단면도를 나타낸 것이다.Figure 4 (a) is a three-dimensional view and a cross-sectional view immediately before inserting the optical fiber to the silicon substrate of the present invention, Figure 4 (b) is an example of an error occurs when the optical fiber is inserted into the alignment of the V-groove of the silicon substrate, Figure 4 (c) is a cross-sectional view showing the principle of eliminating the optical fiber alignment error in accordance with the present invention.
본 발명의 특징을 자세히 설명하기 위해 도 4를 예시하여 설명하면, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32) 상의 V-홈(102)에 광섬유(34)를 삽입하여 광섬유(34) 코아와 광소자 칩(101) 사이의 광정렬을 이루는데 있어서 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)과 광섬유(34)가 평행하게 위치할 경우 약간의 높이차이만 있어도 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 광섬유(34)의 끝이 위로 뜨는 현상이 발생하여 광소자 칩(101)과 광섬유(34) 사이의 광결합을 이루기 어려우며 이를 제어하기 위해서 V-홈(102) 위에 광섬유(34)를 눌러 주는 뚜껑 등을 사용하기도 한다. 이 때 뚜껑을 수광용 실리콘 기판(31)과 접착제로 접착하지만 광 섬유(34)의 탄력이 위로 향하기 때문에 온도변화 등에 의해 기계적 스트레스를 받게 되어 신뢰성 확보가 어렵고 수율이 떨어질 수 있는 단점을 갖는다.To illustrate the features of the present invention in detail with reference to Figure 4, as shown in Figure 4 (a), the
이에 반해, 본 발명에서와 같이 광섬유를 V-홈(102)에서 위로 살짝 떨어지도록 부품을 가공하고 스프링강(38)을 사용하여 광섬유(34)를 눌러줄 경우 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 스프링강(38)의 복원력이 광섬유(34)의 끝을 V-홈(102)의 바닥 방향으로 밀게 되어 적당히 기계적인 힘을 받게 되고 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)상의 V-홈(102)의 깊이의 조절에 의해 광소자-광섬유의 광결합이 자동으로 이루어지게 되며, V-홈(102)의 깊이 조절은 매우 잘 알려진 쉬운 기술이므로 신뢰성 향상 및 양산성이 매우 뛰어나도록 설계 단계에서 조절할 수 있다.On the contrary, in the case of processing the component so that the optical fiber is slightly dropped upward from the V-
상기의 본 발명에서 사용하는 리셉터클(37)에 있어서 광섬유(34)는 스터브(35) 밖으로 수 밀리미터 튀어 나오게 되는데 그 이유는 수광용 및 발광용 실리콘 기판(31, 32)에 미리 정의된 V-홈(102)에 삽입하여 수동정렬하기 위한 것이고, 종래의 기술에서는 렌즈를 사용하기 때문에 도 1(d)에서 예시한 바와 같이 광섬유가 스터브(35) 밖으로 튀어나올 필요가 없다.In the
상기의 본 발명에서 스터브(35) 밖으로 튀어 나오는 광섬유(34)의 길이는 1~10mm 내외가 적당하다.In the present invention described above, the length of the
상기와 같이 본 발명의 수동정렬 통합형 OSA(TOSA/ROSA 통합)는 실리콘 V-홈에 광섬유를 삽입하는 수동정렬형의 방법을 이용하는 구조를 갖기 때문에 능동정렬형 OSA에서 필요로 하는 추가의 렌즈 및 렌즈캡이 불필요하고 고가의 장치도 필요 로 하지 않으며, 제작공정이 매우 단순하여 능동정렬형에 비해 양산성이 크게 증가하며, 단위 OSA 조립시간도 크게 단축된다. 또한, 능동정렬형 OSA를 제작하기 위해서는 고가의 장비가 필요할 뿐만 아니라 고가의 장비를 다루는 숙련공이 필요한 반면, 본 발명에서의 OSA를 제작하는 데는 간단한 기본적인 교육만으로도 OSA의 제작이 가능하므로 매우 경제적이라 할 수 있다. 특히 본 발명에서의 수동정렬 통합형 OSA 구조에 있어서 실리콘 기판의 V-홈에 위치한 광섬유를 스프링강으로 눌러주므로 해서 광섬유 끝단의 들림 현상을 제거할 수 있을 뿐 아니라 수광(수신)용 실리콘 기판과 발광용 실리콘 기판위의 광섬유 2 개를 동시에 눌러주기 때문에 생산성 및 신뢰성이 매우 뛰어난 구조를 갖게 된다.As described above, the passive alignment integrated OSA of the present invention (TOSA / ROSA integration) has a structure using a passive alignment method of inserting an optical fiber into the silicon V-groove, so that additional lenses and lenses required by the active alignment OSA are required. No caps are required, no expensive equipment is required, and the manufacturing process is very simple, greatly increasing the productivity compared to the active alignment type, and significantly reducing the unit OSA assembly time. In addition, in order to produce an active alignment OSA, not only expensive equipment is required, but also skilled workers dealing with expensive equipment, while in the present invention, OSA can be manufactured with a simple basic education, which is very economical. Can be. In particular, in the passive alignment integrated OSA structure of the present invention, by pressing the optical fiber located in the V-groove of the silicon substrate with the spring steel, the lifting phenomenon of the optical fiber ends can be eliminated as well as the light-receiving (receiving) silicon substrate and the light emitting device. Simultaneously pressing two optical fibers on a silicon substrate results in a highly productive and reliable structure.
또한, 종래에는 TOSA와 ROSA를 별도로 제작하여 사용하였으므로 상대적으로 부피가 크고, 납땜을 수행해야 하는 광모듈 제작공정도 복잡한 반면 본 발명에서는 TOSA와 ROSA를 통합하여 하나의 OSA로 제작하여 부피를 줄이고 모듈 조립공정 시간도 대폭 줄일 수 있는 장점을 갖는다.In addition, in the prior art, since TOSA and ROSA were manufactured and used separately, the optical module manufacturing process that requires relatively large volume and soldering is complicated, while in the present invention, the TOSA and ROSA are integrated into a single OSA to reduce volume and reduce modules. The assembly process time can also be significantly reduced.
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