KR100631189B1

KR100631189B1 - 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법

Info

Publication number: KR100631189B1
Application number: KR1020040101387A
Authority: KR
Inventors: 이형만; 김명진; 김회경
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-10-04
Also published as: KR20060062523A

Abstract

본 발명은 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법에 관한 것으로, 성형가공에 의해 정형 및 정량화된 솔더 프리폼을 홀더에 가압하여 장착하고 고주파 가열을 이용하여 솔더를 용융시켜 홀더와 광소자를 본딩함으로써, 광학 부품 패키징 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하여 생산성 증대, 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻는 효과가 있다.

또한, 솔더프리폼을 고주파 가열하여 솔더프리폼 전면에 균일한 온도 전달을 할 수 있고, 본딩되는 영역에만 국부적으로 열전달이 가능하므로 솔더링 영역을 제외한 영역에 대한 열변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

광학, 부품, 패키징, 안착부, 솔더프리폼, 광소자, 기능

Description

광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법 { Optical device for optical communication and method for packaging the same }

도 1은 종래 기술에 따른 광통신용 광학필터 부품이 패키징된 상태를 도시한 개략도

도 2는 종래 기술에 따른 다른 광통신용 필터 부품의 구성도

도 3a 내지 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하는 개략적인 단면도

도 4는 본 발명에 따라 홀더의 안착부에 솔더프리폼을 고정시키는 방법을 설명하는 개략적인 단면도

도 5a와 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 홀더의 개략적인 단면도

도 6a 내지 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 홀더의 개략적인 단면도

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 하우징 홀더와 홀더가 본딩되어 있는 상태의 개략적인 단면도

도 8은 본 발명의 제 3과 4 실시예에 따라 광통신용 광학 부품의 일례를 도시한 개략적인 단면도

도 9는 본 발명에 따라 광소자가 홀더에 본딩되는 일례를 도시한 개략적인 단면도

도 10a와 10b는 본 발명에 적용된 광소자의 일례를 도시한 개략적인 단면도

도 11은 본 발명에 따른 광학부품을 패키징하는 장비를 제어하기 위한 개략적인 블록도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110,120,210a,210b,210c : 홀더 113,123 : 관통홀

114,115a,115b,124,125 : 안착부 150,320 : 광기능 소자

151 : 에폭시 160,160a,160b,160c : 솔더프리폼

171 : 지지부 172 : 가압수단

201,202 : 광소자 그립퍼(Gripper) 207 : 홀더 그립퍼

210,250 : 광소자 211 : 광소자 홀더

215 : 피그테일(Pigtail) 216,216a,216b : 파이버

217 : 그린렌즈(Grin lens) 225a,225b : 광 콜리메이터

230,420 : 고주파 가열기 300 : 하우징 홀더

310,310a,310b,310c : 개방부 350 : 광모듈

401,404 : 포토 다이오드 402 : 광간섭 소자

403 : 광파워 분할 소자 410 : 프로그램 컨트롤러

430 : 정렬 수단 440 : 써모커플(Thermo-Couple)

450 : 냉각 유체 공급부

본 발명은 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔더 프리폼을 홀더에 가압하여 장착하고 고주파 가열을 이용하여 솔더를 용융시켜 홀더와 광소자를 본딩함으로써, 광학 부품 패키징 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하여 생산성 증대, 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻을 수 있는 광통신용 광학 부품 패키징 방법에 관한 것이다.

최근, 정보 통신 기술은 급변한 발전으로, 지역 및 국가사이에는 고속 통신망이 구축되었고, 이들 상호간에는 많은 양의 데이터가 고속으로 송수신되고 있으며, 광섬유를 이용한 광통신은 더욱 많은 양의 데이터를 고속으로 전송할 수 있게 하였다.

현재까지도, 광통신분야에서는 대용량 신호들을 초고속으로 전송하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있고, 이러한 초고속으로 대용량 신호들을 전송하는 기술중의 하나가 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing, 이하 'WDM'이라 칭함.) 전송기술이다.

이 WDM 광신호 전송방식은 다른 파장을 가지는 광신호들을 분할하거나 병합하여 초고속으로 전송할 수 있다는 것에 기술적인 특징이 있고, 데이터의 상호 교환 및 CATV 산업 등에 적용되고 있으며, 계속적으로 그 이용되는 범위가 확대되고 있다.

이러한 WDM 전송 기술에 사용되는 핵심 광부품은 생산 단가가 낮고, 우수한 광 특성과 신뢰성을 갖고 있어야 한다.

WDM 기능을 하는 광부품의 일종인 WDM 광필터는 제 1 광 섬유 콜리메이터( Collimator)에 부착된 광학필터로 이루어진 광소자와 상기 광소자에 광학적으로 정렬되는 제 2 광 섬유 콜리메이터로 이루어진다.

그러므로, WDM 광필터는 제 1 광 섬유 콜리메이터로 입력되는 다른 파장을 가지는 광 신호들을 분할하거나 병합하여 제 2 광 섬유 콜리메이터로 전송한다.

이러한, WDM 광필터는 콜리메이터를 정렬하여 제작하는 기술에 따라 성능과 신뢰성이 좌우되며, 후 공정인 패키징 기술에 따라 소자의 특성이 가변된다.

한편, 광통신용 제품 수요가 급증하고, 이에 따른 생산업체가 증가함에 따라, 최근, 원가 경쟁력을 높이기 위한 패키징 기술에 대한 투자 및 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

그 중에서도 자동화를 적용하여 생산성과 품질의 균일성을 획득하기 위한 노력이 계속되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광통신용 광학필터 부품이 패키징된 상태를 도시한 개략도로써, 이 광통신용 광학필터 부품은 미국특허 US 6,167,175호에 개시된 WDM 이다.

광통신용 광학필터 부품을 패키징하려면, 외부하우징(20)으로 감싸여지고 분기되어 형성된 3개의 연통관 중심에, 내부에 필터(14)를 갖는 필터홀더(15)를 에폭시를 접착시켜 고정시킨다.

그 후, 3개의 연통관 각각을 제 1 내지 3 포트(21,22,23)로 정의하면, 상기 제 1 포트(21)에 제 1 콜리메이터(10)를 삽입시켜 정렬한 후, 열 경화형 에폭시(16)로 외부 하우징(20)에 접착시켜 고정시킨다.

마찬가지로, 제 2 포트(22)에는 제 2 콜리메이터(11)를 삽입시켜 정렬하고, 제 3 포트(23)에는 제 3 콜리메이터(12)를 삽입시켜 정렬한 다음, 외부 하우징(20)에 형성된 각각의 홀(24,25)을 통하여 솔더(17)를 접착시켜 고정시키고, 광 특성을 검사하고 패키징을 완료한다.

이렇게 패키징된 종래의 WDM은 제 1 광섬유(31)로 제 1 파장( λ₁)의 광과 제 2 파장( λ₂)의 광이 결합된 광이 입력되면, 광학필터(14)에서 반사된 제 1 파장( λ₁)의 광은 제 2 콜리메이터(11)를 통하여 제 2 광섬유(32)로 전송되고, 상기 광학필터(14)를 투과한 제 2 파장( λ₂)의 광은 제 3 광섬유(33)로 전송된다.

그러므로, 상기 WDM은 상호 다른 2개의 파장을 갖는 광을 분리하게 된다.

이러한 종래 기술에 따른 WDM은 패키징시, 패키징 사이즈가 커지는 단점을 갖고 있다.

또한, 솔더를 외부하우징에 가공된 홀을 통해 투입하여 콜리메이터와 외부하 우징을 고정함으로써, 솔더를 홀을 통해 주입하여 고정할 경우, 가열시간이 길어서 전체 부품에 열변형을 야기하며, 이로 인해 광특성 저하를 가져오는 문제점이 있었다.

보다 상세히 설명하면, 가열시간이 길어지면, 솔더링시 발생하는 220~250℃의 고온이 전체부품에 전달되어 열팽창계수의 차이에 따른 열변형이 발생하게 되고, 고온에서 발생한 열변형은 솔더링이 완료된 후 냉각될 때 수축을 하게되며, 이로 인해 WDM의 최적 정렬 상태가 변하게 된다.

더불어, 에폭시를 적용하여 콜리메이터를 외부 하우징과 고정시 강도 및 열변형에 취약하므로, 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

도 2는 종래 기술에 따른 다른 광통신용 필터 부품의 구성도로써, 제 1과 2 광섬유(61,62)를 제 1 캐필러리(Capillary)(51)로 고정시키고, 선단에 필터(53)가 고정된 제 1 그린렌즈(52)와 상기 제 1과 2 광섬유(61,62)를 정렬시킨다.

그리고, 제 3 광섬유(63)가 고정된 제 2 캐필러리(55)와 제 2 그린렌즈(54)를 정렬하고, 상기 제 2 그린렌즈(54)와 상기 필터(53)를 정렬시키고, 각각의 단위 소자를 에폭시로 접합하여 고정시킴으로써, 완성된다.

이런 광통신용 광학필터 부품은 제 1 광섬유(61)로 제 1 파장( λ₁)의 광이 입력되고, 제 2 광섬유(62)로 제 2 파장( λ₂)의 광이 입력되면, 제 1 그린렌즈(52)를 통하여 필터(53)에서 합해져 제 2 그린렌즈(54)를 통하여 제 3 광섬유(63)로 전송된다.

이런 광통신용 광학필터 부품을 패키징하는 경우에, 필터와 그린렌즈를 에폭시로 직접 접합하므로, 온도에 따른 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다.

또 다른 문제점은 단심 콜리메이터와 외부 하우징을 고정하는 열경화 에폭시는 챔버에서 가열을 통하여 경화 공정이 완료되기 때문에, 후 공정으로 자동화 장비에 부품을 재 장착하여 광학필터 및 단심 콜리메이터와 정렬해야 하는 단점을 갖고 있다.

그러므로, 자동화 공정 적용시 연속적인 작업이 불가능하고, 작업자를 필요로 하는 반 자동화공정을 수행하여야 하며, 광 부품 패키징시 최적 정렬위치를 찾기 위해 광 손실 측정이 필수적이며, 이를 위해 광파이버 절단, 세척, 접속 및 기타 복잡한 처리를 필요로 한다.

따라서, 반자동화 공정 구성시 인력 투입이 불가피하며, 부품 제조 단가가 증가하는 문제점을 야기시킨다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 홀더에 솔더프리폼 안착부를 형성하여 솔더프리폼의 용융 및 본딩을 용이하게 할 수 있는 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 성형가공에 의해 정형 및 정량화된 솔더 프리폼을 홀더에 가압하여 장착하고 고주파 가열을 이용하여 솔더를 용융시켜 홀더와 광소자를 본딩함으로써, 광학 부품 패키징 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하여 생산성 증대, 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻을 수 있는 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 솔더프리폼을 고주파 가열하여 솔더프리폼 전면에 균일한 온도 전달을 할 수 있고, 본딩되는 영역에만 국부적으로 열전달이 가능하므로 솔더링 영역을 제외한 영역에 대한 열변형을 최소화할 수 있는 광통신용 광학 부품 및 그의 패키징 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는, 일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 제거된 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더와;

상기 홀더의 제 1 안착부 상부에 고정된 광기능 소자와;

상기 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 삽입되어 솔더에 의해 본딩되어 있는 광소자를 포함하여 구성된 광통신용 광학 부품이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는, 일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 제거된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더와;

상기 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 삽입되어 솔더에 의해 본딩되어 있 는 광소자와;

일면에 개방부가 형성되어 있고, 적어도 하나 이상의 광기능 소자를 포함하는 광모듈이 내장되어 있으며, 상기 제 1 안착부가 형성되어진 홀더 외주면이 상기 개방부에 삽입되어서 본딩되어 있는 하우징 홀더를 포함하여 구성된 광통신용 광학 부품이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는, 일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면과 타면에는 각각의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 제거된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

상기 홀더의 제 1 안착부 상부에 광기능 소자를 고정시키고, 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 고정시키는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계 후의 홀더에 있는 일면과 타면의 관통홀 내부 각각에 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 3 단계와;

상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩하는 제 4 단계로 이루어진 광통신용 광학 부품 패키징 방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 제 4 양태(樣態)는, 일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 제거된 제 2 안착부가 형성 되어 있는 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

상기 제 2 단계 후의 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 3 단계와;

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 제 5 양태(樣態)는, 일면에 개방부가 형성되어 있고, 적어도 하나 이상의 광기능 소자를 포함하는 광모듈이 내장되어 있는 하우징 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 제거된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더를 준비하는 제 2 단계와;

상기 하우징 홀더의 개방부에, 상기 제 1 안착부가 형성되어 있는 홀더의 외주면을 삽입시켜 상기 하우징 홀더와 홀더를 본딩하는 제 3 단계와;

상기 홀더의 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 고정시키는 제 4 단계와;

상기 제 4 단계 후의 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 5 단계와;

상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩하는 제 6 단계로 이루어진 광통신용 광학 부품 패키징 방법이 제공된다.

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

도 3a 내지 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 먼저, 일면(111)에서 타면(112)으로 관통되는 관통홀(113)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(113)과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부(114)가 형성되어 있고, 상기 일면(111)과 타면(112)에는 각각의 표면 일부 영역(111a,112a)에서 관통홀(113)까지 일면(111)과 타면(112) 각각의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부(115a,115b)가 형성되어 있는 홀더(110)를 준비한다.(도 3a)

그 후, 상기 홀더(110)의 제 1 안착부(114) 상부에 광기능 소자(150)를 에폭시(151)를 이용하여 본딩한다.(도 3b)

그 다음, 상기 홀더(110)의 제 2 안착부(115a,115b)에 솔더 프리폼(160)을 고정시킨다.(도 3c)

여기서, 상기 솔더 프리폼(160)은 가압수단으로 가압하여 상기 홀더(110)에 고정시키는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 홀더(110) 일면(111)의 제 2 안착부(115a)에 솔더 프리폼(160a)을 올려놓고, 가압수단으로 솔더 프리폼(160a)을 가압하여 고정시킨 후, 지지부(171)로 고정된 솔더 프리폼(160a)을 보호시킨 다음, 상기 홀더(110) 타면(112)의 제 2 안착부(115b)에 솔더 프리폼(160b)을 가압수단(172)로 가압하여 고정시킨다.

연이어, 상기 홀더(110)에 있는 일면(111)과 타면(112)의 관통홀(113) 내부 각각에 광소자(210,250)를 삽입시켜 위치시킨다.(도 3d)

이 때, 상기 광소자(210,250)는 상기 홀더(110)의 제 1 안착부(114)에 본딩되어 있는 광기능 소자(150)와 광학적으로 정렬되어 있다.

그리고, 상기 광소자(210,250)는 도 3d와 같이, 광소자 그립퍼(201,202)로 잡아서 정렬시키고, 상기 홀더(110)는 홀더 그립퍼(207)로 잡아서 정렬시킨다.

즉, 도 3d에 도시되지 않은 다축 전동모터에 상기 광소자 그립퍼(201,202)와 홀더 그립퍼(207)가 연결되어 있어, 그립퍼로 미세 조정하여 정렬할 수 있다.

마지막으로, 상기 솔더 프리폼(160)을 가열하여 용융시켜 상기 홀더(110)와 광소자(210,250)를 본딩한다.(도 3e)

여기서, 상기 솔더 프리폼(160)을 가열하는 것은, 도 3e와 같이, 고주파 가열기(230)를 이용한다.

그러므로, 도 3d의 공정에서는 소자들의 광학적인 정렬뿐 만아니라, 솔더 프리폼(160)이 상기 고주파 가열기(230)의 열전달 영역에 위치되어야 한다.

전술된 바와 같이, 고주파 가열기(230)을 이용하여 예열, 열확산과 솔더 용융과정을 거쳐 자연 냉각시킴으로써, 상기 솔더 프리폼(160)을 최적의 온도 프로파일(Profile)로 솔더링하여 본딩을 수행하게 된다.

이 때, 컴퓨터를 이용하여 고주파 가열기(230)에 동작을 제어한다.

즉, 상기 고주파 가열기(230)는 솔더 프리폼(160)의 외주면과 대향되어 위치되어 있어 솔더 프리폼(160)을 국부적으로 가열하고, 자연 또는 급속 냉각시켜 솔 더 접합을 완료할 수 있는 것이다.

여기서, 솔더 접합 후, 미세한 정렬 손실은 하부의 스테이지(미도시)를 구동하여 재정렬한다.

한편, 상기 홀더 그립퍼(207) 내부에는 유로가 형성되어 있고, 상기 솔더 프리폼(160)이 용융된 후, 상기 홀더 그립퍼(207)의 유로에 냉각수, 냉각기체, 상온수 또는 상온기체 등과 같은 냉각 유체를 공급하여 상기 홀더(110)를 냉각시킴과 동시에 용융된 솔더 프리폼(160)을 냉각시킨다.

그러므로, 본 발명은 상기 솔더 프리폼(160)을 가열하기 위한 열이 상기 홀더(110)에 전달되어서, 상기 홀더(110)에 장착된 광기능 소자와 안착부에서 열변형이 발생할 수 있는데, 이를 홀더 그립퍼(207)의 유로에 냉각 유체를 공급하여 홀더(110)를 냉각시킴으로써, 상기 홀더(110)에는 고주파 가열기(230)에서 발생되는 열 전달을 줄일 수 있게 된다.

결과적으로, 본 발명은 광부품을 패키징하는 공정에서 열변형을 최소로 할 수 있으므로, 열변형으로 인하여 제조되는 광부품의 특성 저하를 방지할 수 있다.

도 5a와 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 홀더의 개략적인 단면도로서, 도 5a와 같이, 일면(121)에서 타면(122)으로 관통되는 관통홀(123)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(123)과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면(122)의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부(124)가 형성되어 있고, 상기 일면(121)의 표면 일부 영역(121a)에서 관통홀(123)까지 일면(121)의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부(125)가 형성되어 있는 홀더(120)를 준비한다.

그 후, 상기 홀더(120)의 제 1 안착부(124) 상부에 광기능 소자(150)를 고정시키고, 제 2 안착부(125)에 솔더 프리폼(160)을 고정시킨다.(도 5b)

계속하여, 전술된 도 3d 및 도 3e와 동일하게, 상기 도 5b 후의 홀더(120)에 있는 일면의 관통홀(123) 내부로 광소자를 삽입시켜 위치시키고, 상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩한다.

도 6a 내지 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 홀더의 개략적인 단면도로서, 우선, 일면(301)에 개방부(310)가 형성되어 있고, 적어도 하나 이상의 광기능 소자(320)를 포함하는 광모듈(350)이 내장되어 있는 하우징 홀더(300)를 준비한다.(도 6a)

그리고, 도 6b와 같이, 일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부(124)가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더(120)를 준비하고, 그 다음, 상기 하우징 홀더(300)의 개방부(310)에, 상기 제 1 안착부(124)가 형성되어 있는 홀더(120)의 외주면을 삽입시켜 상기 하우징 홀더(300)와 홀더(120)를 본딩한다.

그 후, 상기 홀더(120)의 제 2 안착부에 솔더 프리폼(160)을 고정시킨다.(도 6c)

연이어, 상기 도 6c 공정 후의 홀더(120)에 있는 일면의 관통홀 내부로 광소자(210)를 삽입시켜 위치시킨다.(도 6d)

마지막으로, 상기 솔더 프리폼(160)을 가열하여 용융시켜 상기 홀더(120)와 광소자(210)를 본딩한다.(도 6e)

이 때, 상기 솔더 프리폼(160)을 가열하는 것은, 솔더 프리폼(160)의 외주면과 이격되어 위치되어 있는 고주파 가열기(230)에 의하여 가열되는 것이 바람직하다.

상기 하우징 홀더(300)와 홀더(120)는 브레이징(Brazing) 공정을 수행하여 본딩하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광통신용 광학 부품 패키징 공정을 설명하기 위한 하우징 홀더와 홀더가 본딩되어 있는 상태의 개략적인 단면도로서, 제 4 실시예에서는 제 3 실시예의 하우징 홀더(300)를 이용하는 것으로, 상기 하우징 홀더(300)의 일면(301)에 상호 이격된 복수개의 개방부(310a,310b,310c)들이 형성되어 있고, 상기 복수개의 개방부(310a,310b,310c) 각각에 도 6d와 같은 홀더(120a,120b,120c)가 삽입되어 본딩되어 있고, 용융된 솔더 프리폼(160a,160b,160c)에 의해서, 상기 각각의 홀더(120a,120b,120c)와 광소자들(210a,210b,210c)가 본딩되어 패키징되는 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1 내지 4 실시예에 적용된 광기능 소자는,입사되는 광의 특성을 변화시키는 기능, 입사되는 광을 투과시키는 기능과 입사되는 광을 반사시키는 기능 중 어느 하나를 수행하는 소자인 것이 바람직하다.

즉, 상기 광기능 소자는 광파장 필터, 광파워 필터, 광편광 필터, 복굴절 소자, 미러, 광간섭 소자, 발광 소자와 수광 소자 중 어느 하나 또는 이들이 적어도 2개 이상 포함되어 형성된 모듈이다.

또한, 광소자는, 파이버를 이용하여 광을 전달하는 소자가 바람직하다.

즉, 상기 광소자는 광콜리메이터, 파이버 어레이와 빔 스팟 조절 파이버 중 어느 하나 또는 이들이 적어도 2개 이상 포함되어 형성된 모듈이다.

더불어, 본 발명의 제 3과 4 실시예에 적용된 광 모듈은 광 파장 잠금 장치가 구비된 모듈, 광 아이솔레이터의 모듈, 광 간섭 모듈, 광 써큘레이터 모듈, 광스위치 모듈, 광감쇄기 모듈, 발광 모듈과 수광 모듈 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

게다가, 본 발명의 제 3 및 4 실시예에서는 상기 하우징 홀더(300)의 일면(301)에 형성된 개방부와 대칭적으로 하우징 홀더(300)의 타면에도 개방부가 형성되어 있고, 그 개방부에 홀더가 삽입되어서 본딩되어 있고, 홀더에 광소자가 삽입되어서 본딩되어 있는 것도 가능하다.

도 8은 본 발명의 제 3과 4 실시예에 따라 광통신용 광학 부품의 일례를 도시한 개략적인 단면도로서, 하우징 홀더에 내장되어 있는 광 모듈 중, 광 파장 잠금 장치가 구비된 모듈을 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 포토다이오드(401), 광 간섭 소자(402)와 광 파워 분할 소자(403)를 동일 광축상으로 순차적으로 정렬시키고, 상기 광 파워 분할 소자(402)에서 반사되는 광을 수광할 수 있도록 제 2 포토다이오드(404)를 정렬시켜 광 파장 잠금 장치가 구비된 모듈을 하우징 홀더(300) 내부에 내장시킨다.

그리고, 상기 하우징 홀더(300)의 개방부(310)에 홀더(120)가 본딩되어 있 고, 상기 광 간섭 소자(402)는 홀더(120)에 본딩되어 있는 광소자(210)의 광축과 일치시킨다.

여기서, 상기 제 1과 2 포토다이오드(401,404)는 광 기능 소자이다.

이렇게 구성되면, 광원(미도시)에서 상기 홀더(120)에 본딩되어 있는 광소자(210)를 통하여 전달되는 광이 하우징 홀더(300)의 광 파워 분할 소자(402)로 입사되고, 상기 광 파워 분할 소자(402)에서 광 파워가 분할되어, 반사된 광은 제 2 포토다이오드(404)에서 수광되고, 투과된 광은 광 간섭 소자(402)로 전달된다.

그 후, 상기 광 간섭 소자(402)은 입사된 광을 주기적으로 보강 및 소멸되는 광 패턴을 형성하고, 상기 제 1 포토다이오드(401)는 상기 광 간섭 소자(402)에서 투과된 광을 수광한다.

그 다음, 상기 제 1과 2 포토다이오드(401,404)에서 수광된 광들을 비교하여 일치되지 않은 경우, 상기 광원의 광을 제어하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 제 3 및 4 실시예의 광통신용 광학 부품은 파이버를 이용하여 광을 전달하는 광소자(210)를 홀더(120)를 이용하여 상기의 광모듈이 내장된 하우징 홀더(300)에 본딩시켜 구현하는 것이다.

도 9는 본 발명에 따라 광소자가 홀더에 본딩되는 일례를 도시한 개략적인 단면도로서, 홀더(120)에 본딩되는 광소자(210)는 광소자 홀더(211)에 삽입되어 있고, 광소자 홀더(211)의 외주면에는 금속 코팅막(212)이 형성되어 있으면, 솔더 프리폼(160)과 본딩을 용이하게 할 수 있다.

도 10a와 10b는 본 발명에 적용된 광소자의 일례를 도시한 개략적인 단면도 로서, 먼저, 도 10a에서는 하나의 파이버(216)가 내장된 피그테일(Pigtail)(215)과, 상기 피그테일(215)과 이격되어 있는 그린렌즈(Grin lens)(217)와, 상기 피그테일(215) 및 그린렌즈(217)가 삽입되어 있고, 외주면에 금속 코팅막(212)이 형성되어 있는 광소자 홀더(211)로 구성되는 단심 광 콜리메이터(225a)를 도시한 것이다.

그리고, 도 10b는 피그테일(215)에는 두 개의 파이버(216a,216b)가 내장되어 있는 이심 광 콜리메이터(225b)를 도시한 것이다.

상기 단심 및 이심 광 콜리메이터(225a,225b)는 본 발명에 적용된 광소자의 일종이다.

도 11은 본 발명에 따른 광학부품을 패키징하는 장비를 제어하기 위한 개략적인 블록도로써, 프로그램 컨트롤러(410)는 홀더와 광소자를 정렬하는 그립퍼(Gripper)와 같은 정렬 수단(430)을 제어하고, 써모커플(440)로부터 측정된 솔더프리폼의 온도를 피드백 받아, 고주파 가열기(420)에서 가열되는 온도를 제어하고, 냉각 유체 공급부(450)에서 냉각 유체를 공급시키는 것을 제어함으로써, 자동적으로 광학부품을 패키징할 수 있다.

그러므로, 본 발명은 솔더링시 최적 조건에 맞는 고주파 장비의 출력과 주파수를 결정하기 위해 써모 커플(Thermo-Couple)을 적용한 온도 측정 시스템을 적용하였다.

이 때, 솔더프리폼의 형상에 따라 솔더링 최적 온도 프로파일(Profile)을 설정하고, 솔더프리폼의 예열, 열확산, 용융과 냉각을 각각의 구간으로 구분하여 목 표 온도 및 기울기를 설정한다.

최적의 온도 프로파일을 갖는 고주파 가열은 DAQ 또는 전압 소스(Voltage Source)를 사용하여 고주파 장비의 출력세기를 다단계로 변화를 줌으로써 가능하다.

실제 적용된 고주파 장비의 출력세기에 의해 얻어진 가열조건이 최적 온도 프로파일과 동일한 조건을 갖는지를 확인하기 위해, 써모 커플과 NI Instrument사(社)의 온도 측정 시스템을 사용하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀더에 솔더프리폼의 안착부를 형성하여 솔더프리폼의 용융 및 본딩을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 성형가공에 의해 정형 및 정량화된 솔더 프리폼을 홀더에 가압하여 장착하고 고주파 가열을 이용하여 솔더를 용융시켜 홀더와 광소자를 본딩함으로써, 광학 부품 패키징 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하여 생산성 증대, 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면과 타면에는 각각의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면과 타면 각각의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더와;

상기 홀더의 제 1 안착부 상부에 고정된 광기능 소자와;

상기 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 삽입되어 솔더에 의해 본딩되어 있는 광소자를 포함하여 구성된 광통신용 광학 부품.
일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더와;

상기 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 삽입되어 솔더에 의해 본딩되어 있는 광소자와;

일면에 개방부가 형성되어 있고, 적어도 하나 이상의 광기능 소자를 포함하는 광모듈이 내장되어 있으며, 상기 제 1 안착부가 형성되어진 홀더 외주면이 상기 개방부에 삽입되어서 본딩되어 있는 하우징 홀더를 포함하여 구성된 광통신용 광학 부품.
제 2 항에 있어서,

상기 홀더는 복수개이고,

상기 하우징 홀더의 일면에는 개방부가 상호 이격되어 복수개로 형성되어 있고,

상기 하우징 홀더 각각의 개방부에는 상기 홀더들이 각각 삽입되어 본딩되어 있고,

상기 각각의 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 삽입되어 솔더에 의해 광소자가 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 하우징 홀더의 일면에 형성된 개방부와 대칭적으로, 하우징 홀더의 타면에도 개방부가 형성되어 있고, 그 개방부에 홀더가 삽입되어서 본딩되어 있고, 그 홀더에 광소자가 삽입되어서 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광기능 소자는,

광파장 필터, 광파워 필터, 광편광 필터, 복굴절 소자, 미러, 광간섭 소자, 발광 소자와 수광 소자 중 어느 하나 또는 이들이 적어도 2개 이상 포함되어 형성된 모듈인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광소자는,

광콜리메이터, 파이버 어레이와 빔 스팟 조절 파이버 중 어느 하나 또는 이들이 적어도 2개 이상 포함되어 형성된 모듈인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 광 모듈은,

광 파장 잠금 장치가 구비된 모듈, 광 아이솔레이터의 모듈, 광 간섭 모듈, 광 써큘레이터 모듈, 광스위치 모듈, 광감쇄기 모듈, 발광 모듈과 수광 모듈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품.
일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면과 타면에는 각각의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면과 타면 각각의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

상기 홀더의 제 1 안착부 상부에 광기능 소자를 고정시키고, 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 고정시키는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계 후의 홀더에 있는 일면과 타면의 관통홀 내부 각각에 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 3 단계와;

상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩하는 제 4 단계로 이루어진 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

상기 홀더의 제 1 안착부 상부에 광기능 소자를 고정시키고, 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 고정시키는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계 후의 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 3 단계와;

상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩하는 제 4 단계로 이루어진 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
일면에 개방부가 형성되어 있고, 적어도 하나 이상의 광기능 소자를 포함하는 광모듈이 내장되어 있는 하우징 홀더를 준비하는 제 1 단계와;

일면에서 타면으로 관통되는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀과 연통되도록 내측이 개방되고 상기 타면의 관통홀 내부면으로부터 돌출되어진 제 1 안착부가 형성되어 있고, 상기 일면의 표면 일부 영역에서 관통홀까지 일면의 일부가 제거되어 형성된 제 2 안착부가 형성되어 있는 홀더를 준비하는 제 2 단계와;

상기 하우징 홀더의 개방부에, 상기 제 1 안착부가 형성되어 있는 홀더의 외주면을 삽입시켜 상기 하우징 홀더와 홀더를 본딩하는 제 3 단계와;

상기 홀더의 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 고정시키는 제 4 단계와;

상기 제 4 단계 후의 홀더에 있는 일면의 관통홀 내부로 광소자를 삽입시켜 위치시키는 제 5 단계와;

상기 솔더 프리폼을 가열하여 용융시켜 상기 홀더와 광소자를 본딩하는 제 6 단계로 이루어진 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 단계에서, 상기 하우징 홀더의 일면에는 개방부가 상호 이격되어 복수개로 형성되어 있고,

상기 제 2 단계에서, 상기 홀더는 복수개이고,

상기 제 3 단계에서, 상기 하우징 홀더 각각의 개방부에 상기 홀더를 각각 삽입시켜 위치시키는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광기능 소자는,

입사되는 광의 특성을 변화시키는 기능, 입사되는 광을 투과시키는 기능과 입사되는 광을 반사시키는 기능 중 어느 하나를 수행하는 소자인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광소자는,

파이버를 이용하여 광을 전달하는 소자인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 솔더 프리폼을 용융시키는 것은,

고주파 가열기를 이용하는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 솔더 프리폼이 홀더의 제 2 안착부에 고정되는 것은,

상기 홀더의 제 2 안착부에 솔더 프리폼을 올려놓고, 가압수단으로 솔더 프리폼을 가압하여 상기 홀더에 고정시키는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 솔더 프리폼을 용융시키는 것은, 상기 솔더 프리폼의 외주면과 대향되어 고주파 가열기가 위치되어 있어 솔더 프리폼을 국부적으로 가열하는 것이고,

상기 홀더는 홀더 그립퍼가 잡고 있고, 상기 홀더 그립퍼 내부에는 유로가 형성되어 있고, 상기 솔더 프리폼이 용융된 후, 상기 홀더 그립퍼의 유로에 냉각 유체를 공급하여 상기 홀더를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광소자는,

광소자 홀더에 삽입되어 있고, 광소자 홀더의 외주면에는 금속 코팅막이 형성되어 있으며, 상기 금속 코팅막과 상기 홀더를 솔더 프리폼을 용융시켜 본딩하는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 광 모듈은,

광 파장 잠금 장치가 구비된 모듈, 광 아이솔레이터의 모듈, 광 간섭 모듈, 광 써큘레이터 모듈, 광스위치 모듈, 광감쇄기 모듈, 발광 모듈과 수광 모듈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광통신용 광학 부품 패키징 방법.