KR100635375B1 - 트랜시버 모듈 및 수동정렬을 위한 광학 벤치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광입출력단부분에 광섬유의 직경과 동일한 형상의 렌즈를 부착한 광컬리메이터를 사용함으로 광학부품의 사용을 최소화할 수 있는 트랜시버 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 트랜시버 모듈은, 송신용 광신호를 생성하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드를 통제하기 위한 제1 포토다이오드, 입력된 광신호 중에서 제1 파장 및 제2 파장의 광신호를 각각 수신하는 제2 및 제3 포토다이오드 및 광입출력단에 마련되며 광섬유 형태의 렌즈가 광 진행방향으로 부착된 광컬리메이터를 포함한다.
트랜시버, 광컬리메이터, 실리콘벤치, 수동정렬

Description

트랜시버 모듈 및 수동정렬을 위한 광학 벤치{The transceiver module and optical bench for passive alignment}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈(100)의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈(100)의 측면을 보여주는 도 1의 A-A' 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈에서 각 소자들이 고정되기 전의 하부 실리콘벤치(120)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 B-B' 부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈의 상부 실리콘벤치(150)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 C-C' 부분의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트리플렉스(Triplexer) 형태의 트랜시버 모듈(200)의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜시버 모듈에서 각 소자들이 고정되기 전의 하부 실리콘벤치(220)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 9는 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 고정 되는 서브마운트(236)의 형상을 보여주는 사시도이다.
도 10은 서브마운트(236)에 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 접합된 형상을 보여주는 사시도이다.
본 발명은 트랜시버 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학벤치를 사용하여 수동 정렬방식으로 패키징한 트랜시버 모듈 및 이 트랜시버 모듈에 이용되는 광학벤치에 관한 것이다.
최근에는 영상, 데이터, 음성 등의 정보의 교환이 점차 대용량화되고, 인터넷통신이 널리 보급됨에 따라 국가간, 지역간에 고속으로 정보를 송수신하기 위하여 광화이버를 이용한 초고속 정보통신망이 급격하게 확산되고 있다.
이러한 광통신망의 구축에 기본을 이루는 구성부품으로서는 광신호를 전달하느 매개체인 광파이버, 광신호를 전기신호로 변환하고 역으로 전기신호를 광신호로 변환하는 광트랜시버 모듈, 신호를 분배, 증폭, 변조하는 기능 소자들 등이 있다. 이중에서 광통신 시스템 구축에 있어서 중요한 역할을 차지하는 소자는 광트랜시버 모듈이다.
이러한 광트랜시버 모듈은 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 광화이버 등과 같은 소자들이 마이크론 이하의 정밀도로 정렬되어 형성된다. 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 광화이버 등의 소자를 정렬하는 방법은 크게 능동정렬(active alignment) 방식과 수동정렬(passive alignment) 방식이 있다.
능동정렬 방식은 레이저 다이오드를 구동하면서 광화이버에 입사되는 광량이 최대가 되는 위치에서 용접 또는 에폭시 접착제 등으로 고정하는 방식이다. 수동정렬 방식은 레이저 다이오드를 구동하지 않고 고정시키는 방식으로 화상처리장치로 레이저 다이오드와 광화이버의 위치를 인식하면서 정렬하는 방식, 용융금속의 표면장력이 최소화되는 현상을 이용한 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 방식, 반도체기판 인쇄기술(photolithography)을 이용하여 실리콘벤치(silicon bench)를 3차원형태로 미세가공하여 각각 다른 기능을 갖는 광소자들을 하나의 실리콘벤치 위에 실장하는 방법 등이 있다.
이와 같은 광트랜시버 모듈은 광화이버와 레이저 다이오드 등을 마이크론 이하의 정밀도로 정렬하는 데 따르는 기술적인 어려움과 이를 양산화 하는데 필요한 설비에 대해 대규모 투자를 필요로 하기 때문에 가격이 비싸며 광통신망을 저렴하게 확산하는 데 비용면에서 제약을 주고 있다.
따라서 제작공정이 용이하며 광학부품의 수를 줄여 저비용으로 대량생산이 가능한 트랜시버 모듈이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광입출력단부분에 광섬유의 직경과 동일한 형상의 렌즈를 부착한 광컬리메이터(optical collimator)를 사용함으로 광학부품의 사용을 최소화할 수 있는 트랜시버 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 수동정렬 방식을 사용하여 각 소자들을 고정함으로써 보다 쉽게 제작할 수 있는 트랜시버 모듈 및 이에 사용되는 광학벤치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 트랜시버 모듈은
송신용 광신호를 생성하는 레이저 다이오드;
상기 레이저 다이오드를 통제하기 위한 제1 포토다이오드;
입력된 광신호 중에서 제1 파장의 광신호를 수신하는 제2 포토다이오드; 및
광입출력단에 마련되며 광섬유 형태의 렌즈가 광 진행방향으로 부착된 광컬리메이터를 포함한다.
또한 상기 트랜시버 모듈은 입력된 광신호 중에서 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광신호를 수신하는 제3 포토다이오드;
상기 제1 파장이 포함되는 제1 파장대역의 광신호를 상기 제2 포토다이오드에 전달하는 제1 필터; 및
상기 제2 파장이 포함되는 제2 파장대역의 광신호를 상기 제3 포토다이오드에 전달하는 제2 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 파장대역은 1540∼1560㎚이고 상기 제2 파장대역은 1480∼1500㎚일 수 있고, 다르게는 상기 제1 파장대역은 1300∼1500㎚이고 상기 제2 파장대역은 1300∼1320㎚일 수 있다.
상기 제1 필터 및 제2 필터 각각은 광축과 45도를 이루도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 트랜시버 모듈은,
송신용 광신호를 생성하는 레이저 다이오드;
상기 레이저 다이오드를 통제하기 위한 제1 포토다이오드;
상기 레이저 다이오드에서 생성된 광신호를 평행한 광신호로 변화시켜주는 볼렌즈;
입력된 광신호 중에서 제1 파장의 광신호를 수신하는 제2 포토다이오드;
입력된 광신호 중에서 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광신호를 수신하는 제3 포토다이오드;
상기 제1 파장이 포함되는 제1 파장대역의 광신호를 상기 제2 포토다이오드에 전달하는 제1 필터;
상기 제2 파장이 포함되는 제2 파장대역의 광신호를 상기 제3 포토다이오드에 전달하는 제2 필터;
광입출력단에 마련되는 광소자;
상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드, 제1 및 제2 필터가 정렬되어 고정되는 제1 벤치; 및
상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드, 제1 및 제2 필터를 보호하기 위한 공간이 구비되며 상기 제1 벤치와 밀봉되는 제2 벤치를 포함한다.
여기서, 상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드는 상기 제1 벤치에 플립칩 본딩 방식으로 수동 정렬될 수 있다.
상기 제1 벤치는, 상기 제1 파장대역의 광신호가 상기 제2 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제1 경사면; 상기 제2 파장대역의 광신호가 상기 제3 포토다이 오드에 입사되도록 형성된 제2 경사면; 상기 볼렌즈가 정렬되기 위한 제1 공간; 광의 통로가 되는 제2 공간; 상기 제2 공간 내에 마련되며 상기 제1 및 제2 필터가 정렬되기 위한 제3 공간; 및 상기 광소자가 정렬되기 위한 제1 홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 벤치는, 상기 볼렌즈를 통과한 빛이 원활하게 진행되도록 하는 제4 공간을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 벤치 및 상기 제2 벤치 각각의 가장자리에는 서로 대응되는 위치에 밀봉을 위한 고분자 또는 솔더라인을 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 벤치는 실리콘 기판을 이용하여 형성된 실리콘벤치일 수 있고, 다르게는 상기 제1 및 제2 벤치는 금속 치공구를 이용하여 사출 또는 스탬핑 방법으로 제작된 광학 벤치일 수 있다.
상기 광입출력단에 마련된 광소자는 광섬유의 직경과 동일한 원기둥 형태의 광컬리메이터일 수 있다.
상기 제2 및 제3 포토다이오드는 각각 서브마운트에 고정된 상태에서 상기 제1 벤치에 수동 정렬될 수 있다.
여기서 상기 서브마운트는, 상기 제2 또는 제3 포토다이오드를 고정하기 위한 패드; 및 고정된 상기 제2 또는 제3 포토다이오드의 전극과 연결되는 금속배선을 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 트랜시버 모듈의 제작에 사용되는 광학 벤치는,
송신되기 위해 생성된 광신호를 평행한 광신호로 변화시켜주는 볼렌즈가 정렬될 제1 공간;
수신된 광신호 중에서 제1 파장대역의 광신호가 제1 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제1 경사면;
수신된 광신호 중에서 제2 파장대역의 광신호가 제2 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제2 경사면;
광의 통로가 되는 제2 공간;
상기 제1 파장대역 및 상기 제2 파장대역의 광신호를 필터링하는 필터가 정렬되기 위한 공간으로 상기 제2 공간 내에 마련되는 제3 공간; 및
광입출력을 위한 광컬리메이트가 정렬되기 위한 제1 홈을 포함한다.
상기 광학 벤치는 실리콘 기판에 식각공정을 이용하여 형성된 실리콘 벤치일 수 있고, 다르게는 상기 광학 벤치는 금속 치공구를 제작하고 사출 혹은 스탬핑 공정으로 형성될 수 있다.
상기 제3 공간은 상기 필터를 수직방향으로 세울 수 있도록 형성된 공간일 수 있다.
상기 제1 홈은 V자 홈일 수 있고, 상기 제1 공간은 피라미드 모양의 공간일 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈(100)의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈(100)의 측면을 보여주는 도 1의 A-A' 부분의 단면도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 트랜시버 모듈(100)은 2개의 수신용 광학소자(포토다이오드)와 1개의 송신용 광학소자(레이저 다이오드)를 포함하는 트리플렉스(Triplexer) 형태이며 각 소자들이 고정된 하부 실리콘벤치(120)와 상부 실리콘벤치(150)가 고분자 혹은 솔더 라인(129)을 통하여 밀봉되어 형성된다.
도 1에서, 트랜시버 모듈(100)은 아날로그 포토다이오드(111), 디지털 포토다이오드(112), 레이저 다이오드(113), 모니터 포토다이오드(114), 볼렌즈(115), 광컬리메이터(116), 필터(117) 및 필터(118)를 포함한다.
여기서 아날로그 포토다이오드(111)는 표면입사형이고 와이어본딩(111a)을 통하여 전극(111b)에 연결된다. 디지털 포토다이오드(112)는 표면입사형이고 와이어본딩(112a)을 통하여 전극(112b)에 연결된다.
모니터 포토다이오드(114)는 레이저 다이오드(113)를 통제하기 위한 다이오드이며, 레이저 다이오드(113) 및 모니터 포토다이오드(114)는 와이어본딩(113a, 114a)을 통하여 전극(114b)에 각각 연결된다.
볼렌즈(115)는 레이저 다이오드(113)에서 생성된 광을 평행광으로 변화시켜 전달한다. 필터(117)는 디지털 포토 다이오드(112)에 전송할 광신호 파장을 반사하는 필터이고 필터(118)는 아날로그 포토다이오드(111)에 전송할 광신호 파장을 반사하는 필터이다. 두 개의 필터(117, 118)는 광축과 45도 방향으로 에폭시를 사용하여 고정된다. 광컬리메이터(116)는 직경 125㎛의 광섬유와 동일한 원기둥 형태의 렌즈가 광 진행 방향으로 부착된 것으로서, 볼렌즈(115)를 통과한 광은 필터(117, 118)를 통과한 후에 광컬리메이터(116)를 통하여 외부로 전달된다.
트랜시버 모듈에 입출력되는 광은 대략 5-6㎜정도의 자유공간를 통과하여야 한다. 광컬리메이터(116)는 이렇게 광이 자유공간을 통과할 때 발생할 수 있는 손실을 최소화하고 인접한 광소자와의 광학적 혼선(optical crosstalk)을 방지한다.
한편, 광컬리메이터의 굵기가 광섬유와 동일하지 않으면, 다른 볼렌즈나 원기둥형태의 렌즈를 더 사용하여야만 하므로 소자의 수가 증가할 수 있다. 이에 더하여 광컬리메이터의 굵기가 광섬유와 동일하지 않아 사용되는 렌즈의 직경이 광섬유의 굵기에 비해 많이 큰 경우, 광섬유와 렌즈 간에 광축을 정렬하기 위해서는 광학 벤치에 또 다른 크기의 정밀한 공간(cavity)이 마련되어야 한다. 따라서 광섬유와 동일한 직경을 갖는 원기둥 형태의 렌즈가 광 진행방향으로 부착된 광컬리메이터를 사용함으로써 트랜시버 모듈에 사용되는 광학부품의 수를 줄일 수 있으며 정렬을 위한 별도의 공간이 필요하지 않으므로 제작이 보다 용이해 질 수 있다.
이와 같은 아날로그 포토다이오드(111), 디지털 포토다이오드(112), 레이저 다이오드(113), 모니터 포토다이오드(114), 볼렌즈(115), 광컬리메이터(116), 필터(117) 및 필터(118)는 하부 실리콘벤치(120) 상에 고정된다.
여기서, 광파장 필터(117, 118)는 두께가 약 0.5㎜인 유리판 위에 형성되며 매우 정교한 소잉(Sawing)을 통하여 직육면체 모양의 필터(117, 118)의 표면과 측면이 90도를 유지하도록 제작한다. 또한, 광파장 필터(117, 118)는 다음의 두 가지 경우로 구성될 수 있다. 첫 번째 경우로서 아날로그 포토다이오드(111)를 위한 광파장 필터(118)는 1540∼1560㎚의 파장대역을 반사하도록 제작되고 디지털 포토다이오드(112)을 위한 광파장 필터(117)는 1480∼1500nm의 파장대역을 반사하도록 제작될 수 있다. 두 번째 경우로는 아날로그 포토다이오드(111)를 위한 광파장 필터(118)는 1300∼1500㎚의 파장대역을 통과시키도록 제작되고 디지털 포토다이오드(112)를 위한 광파장 필터(117)는 1300∼1320nm의 파장대역을 통과시키도록 제작될 수 있다.
1490㎚파장의 광신호를 수신하기 위한 디지털 포토다이오드(112) 및 1550㎚ 파장의 광신호를 수신하기 위한 아날로그 포토다이오드(111)는 표면 광입사형 소자로서 소자의 두 전극이 감광부분과 같은 면에 위치한 경우 플립칩 공정으로 실리콘벤치(120) 위에 고정되는 동시에 포토다이오드(111, 112)의 두 전극은 플립칩 공정을 통하여 실리콘벤치(120) 표면에 형성된 금속배선(111b, 112b)과 연결된다. 그러나 포토다이오드(111, 112)의 두 전극이 각 포토다이오드(111, 112)의 표면과 뒷면에 각각 위치한 경우에는 포토다이오드(111, 112)의 감광부분에 위치한 전극은 플립칩 공정을 통하여 실리콘벤치(120) 상에 형성된 금속 배선(111b, 112b)과 연결되 며 나머지 다른 전극은 와이어 본딩(111a, 112a)을 통하여 실리콘벤치(120) 표면의 금속배선(111b, 112b)과 연결된다. 그리고 디지털 포토다이오드 또는 아날로그 포토다이오드(111, 112)는 정렬 공차를 크게 하기 위하여 감지 면적의 직경이 약 80㎛ 이상인 것으로 선정할 수 있다.
1310㎚의 파장의 광신호를 생성하는 레이저 다이오드(113)는 실리콘벤치(120) 상의 정확한 위치에 고정되어야 하므로 공차 1㎛ 이내의 플립칩 공정을 사용하여 고정하고, 레이져 다이오드(113)에서 출사되는 광은 가능한 한 많은 양이 광컬리메이터(116)로 전달되게 하기 위하여 볼렌즈(115)가 에폭시를 사용하여 고정된다. 또한 레이져 다이오드(113)의 동작을 감지하기 위하여 약 15도 경사지게 모니터 포토다이오드(114)가 고정되고 구동을 위한 전극이 와이어 본딩(114b)으로 연결된다.
이와 같이 각 소자들이 고정된 하부 실리콘벤치(120) 상에는 도 2에서와 같이 상부 실리콘벤치(150)가 접합된다. 도 2에서와 같이 도 1의 A-A' 단면을 나타낸 것으로서 광컬리메이터(116), 필터(117, 118) 및 볼렌즈(115)가 실리콘벤치(120)상에 고정된 형상이다. 상부 실리콘벤치(150)는 하부 실리콘벤치(120) 상에 고정된 각 소자들을 보호하기 위한 자유공간(151)을 포함한다. 하부 실리콘벤치(120)와 상부 실리콘벤치(150)가 각 벤치의 가장자리에 배치되는 고분자 또는 솔더라인(129)에 의해 밀봉됨으로써 트랜시버 모듈(100)이 완성된다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈(100)의 실리콘벤치(120, 150)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈에서 각 소자들이 고정되기 전의 하부 실리콘벤치(120)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이고 도 4는 도 3의 B-B' 부분의 단면도이다.
도 3 및 도 4에서와 같이, 실리콘벤치(120)는 입력된 광신호가 아날로그 포토다이오드(111)에 입사되도록 하는 경사면(121), 입력된 광신호가 디지털 포토다이오드(112)에 입사되도록 하는 경사면(122), 볼렌즈(115)를 통과한 빛이 원활하게 진행되도록 형성되는 공간(124), 볼렌즈(115)를 수동 정렬하기 위한 공간(125), 광컬리메이터(116)를 수동정렬하기 위한 V자 홈(126), 필터(117, 118)를 수동 정렬하기 위한 공간(127) 및 광의 통로가 되는 자유공간(128)을 구비한다.
또한 실리콘벤치(120)는 아날로그 포토다이오드(111)를 고정하기 위한 플립칩패드(111c), 아날로그 포토다이오드(111)를 구동하기 위한 전극(111b), 디지털 포토다이오드(112)를 고정하기 위한 플립칩패드(112c), 아날로그 포토다이오드(112)를 구동하기 위한 전극(112b), 레이저 다이오드(113)를 고정하기 위한 플립칩패드(113c), 모니터 포토다이오드(114)를 고정하기 위한 플립칩패드(114c) 및 레이저 다이오드(113)와 모니터 포토다이오드(114)를 구동하기 위한 전극(114b)을 포함한다.
실리콘벤치(120)에 마련되는 광의 입출력을 위한 광컬리메이터(116)가 위치하는 V자 홈(126)은 습식식각 공정으로 형성하고, 입출력되는 광이 자유롭게 통과할수 있는 자유공간(128) 및 자유공간(128)을 통과한 빛을 반사 혹은 투과하는 필터(117, 118)를 고정하기 위한 공간(127)은 건식식각 공정으로 형성되며 필터를 세 워서 정렬할 수 있도록 직육면체 형상으로 형성된다. 필터(117, 118)를 통하여 반사된 광이 통과하는 경사면(121, 122)은 습식공정을 사용하여 형성된다. 볼렌즈(115)를 고정하기 위한 공간(125)이 실리콘벤치(120)에 형성된다. 레이져 다이오드(113)와 이를 통제하기 위한 모니터 다이오드(114)는 플립칩 공정을 사용하여 플립칩 패드들(113c, 114c) 위에 각각 고정되고, 아날로그 포토다이오드(111), 디지털 포토다이오드(112)는 플립칩패드(111c, 112c) 위에 각각 고정된다. 또한 실리콘벤치(120)위의 일정한 높이에 레이저 다이오드(113), 모니터 다이오드(114)를 고정하기 위하여 기둥모양의 스탠드오프(Stand-off)가 실리콘벤치(120) 위에 형성된다. 실리콘벤치(120) 상에 고정되는 각종의 광소자를 외부의 환경 조건으로부터 보호하기 위한 상부 실리콘벤치(150)와 밀봉하기 위한 고분자 혹은 솔더 라인(129)이 실리콘벤치(120)의 가장자리에 형성된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜시버 모듈의 상부 실리콘벤치(150)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이고 도 6은 도 5의 C-C' 부분의 단면도이다.
도 5 및 도 6에서와 같이, 트랜시버 모듈(100)의 제작에 사용된 각종 광학 부품들을 외부 환경 조건으로부터 보호하기 위한 상부 실리콘벤치(150)는 가장자리 부분에 밀봉을 위한 고분자 혹은 솔더 라인(159)이 형성되고 광입출력단으로 사용되는 광컬리메이터(116)를 정확한 위치에 고정하고 밀봉하기 위한 V자 홈(156)이 형성되며 밀봉 시에 하부 실리콘벤치(120)에 배치된 각종 광소자 및 필터 등을 안전하게 보호하기 위하여 공간(151)이 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에서는 실리콘벤치(120)에 습식식각 공정을 이용하여 광컬이메이터(116)를 위한 V자 홈(126) 및 광의 자유로운 이동을 위한 자유공간(128) 그리고 볼렌즈(115) 고정을 위한 피라미드 모양의 공간(125)을 형성하고, 건식식각 공정인 Deep RIE(Reactive Ion Etching)를 이용하여 광파장 필터(117, 118)를 고정하기 위한 공간(127)을 형성하는 경우에 대하여 설명하였다. 이와 같이 실리콘벤치의 제작을 위하여 습식 및 건식 식각 공정과 금속 패턴을 형성하는 공정이 모두 사용되므로 공정 간에 간섭이 일어나지 않도록 공정을 설계하여야 한다.
한편, 각 소자들이 정확히 정렬되는 검증된 실리콘벤치를 참조하여 금속 치공구를 제작한 후 EMC(Epoxy Molding Compound)를 사용하여 사출 혹은 스탬핑(Stamping) 방법으로 제작된 광학벤치를 사용할 수도 있다. 이러한 광학벤치는 또한 광컬리메이터로부터 출사되는 광이 평행광을 유지하는 거리 내에서 최대 광결합효율을 달성하여야 하므로 광학벤치는 최단거리의 광경로를 갖도록 설계 및 제작되어야 한다. 또한 이러한 광학벤치의 제작을 위하여 공정 오차를 고려한 정밀 치공구가 설계 및 제작되어야 한다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 실리콘벤치 혹은 광학벤치에 수동정렬 방식을 사용하여 각 소자들을 고정함으로써 트리플렉서 형태의 트랜시버 모듈을 보다 쉽게 제작할 수 있다. 그리고 일반적으로 광섬유와 연결되는 광입출력단부분에 광섬유의 직경과 동일한 형상의 렌즈를 부착한 광컬리메이터를 사용함으로, 광학부품의 사용을 줄일 수 있으며 광학부품의 수가 감소함에 따라 광학벤치의 형성이 보다 간편해 질 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
결국 수동정렬방식을 사용함으로 최소의 부품 및 공정비용으로 패키징이 구현됨으로 트랜시버 모듈의 대량생산이 매우 유리하게 될 수 있다.
다음은 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜시버 모듈에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트리플렉스(Triplexer) 형태의 트랜시버 모듈(200)의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 트래플렉스(Triplexer) 형태의 트랜시버 모듈(200)은 표면입사형 아날로그 포토다이오드(211) 및 디지털 포토다이오드(212)가 실리콘벤치(220)에 직접 접합되지 않고 아날로그 포토다이오드(211) 및 디지털 포토다이오드(212)를 각각 서브마운트에 1차로 접합한 후에 이 서브마운트를 실리콘벤치(220)에 고정한다는 점이 본 발명의 제1 실시예와 다르다. 이하에서는 본 발명의 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 지시번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7에서와 같이, 트랜시버 모듈(200)은 아날로그 포토다이오드(211), 디지털 포토다이오드(212), 레이저 다이오드(113), 모니터 포토다이오드(114), 볼렌즈(115), 광컬리메이터(116), 필터(117) 및 필터(118)를 포함한다. 레이저 다이오드(113), 모니터 포토다이오드(114), 볼렌즈(115), 광컬리메이터(116), 필터(117) 및 필터(118)의 구성 및 연결관계는 제1 실시예와 동일하다.
아날로그 포토다이오드(211)는 서브마운트(236)의 일측에 다이본딩 공정으로 고정되어 와이어본딩(211d, 211a)을 통하여 전극(211b)에 연결된다. 디지털 포 토다이오드(212)는 서브마운트(236)의 일측에 고정되어 와이어본딩(212d, 212a)을 통하여 전극(212b)에 연결된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜시버 모듈에서 각 소자들이 고정되기 전의 하부 실리콘벤치(220)의 형상을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 8에서와 같이, 실리콘벤치(220)는 아날로그 포토다이오드(211)가 고정되는 서브마운트(236)가 고정되는 패드(211c), 디지털 포토다이오드(212)가 고정되는 서브마운트(236)가 고정되는 패드(212c), 볼렌즈(115)를 수동 정렬하기 위한 공간(125), 광컬리메이터(116)가 고정되는 V자 홈(126), 필터(117, 118)를 수동 정렬하기 위한 공간(127) 및 광의 통로가 되는 자유공간(228)을 구비한다. 광의 통로가 되는 자유공간(228)은 제1 실시예에서보다 더 넓어 볼렌즈(115)를 수동 정렬하기 위한 공간(125)이 광의 통로가 되는 자유공간(228) 내에 마련된다. 또한 실리콘벤치(220)는 아날로그 포토다이오드(211)를 구동하기 위한 전극(211b), 아날로그 포토다이오드(212)를 구동하기 위한 전극(212b)을 포함한다.
도 9는 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 고정되는 서브마운트(236)의 형상을 보여주는 사시도이고, 도 10은 서브마운트(236)에 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 접합된 형상을 보여주는 사시도이다.
아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 고정되는 서브마운트(236)를 정확한 위치에 고정하기 위하여, 실리콘벤치(220)와 서브마운트(236)의 아랫면에는 일정한 모양의 정렬 마크가 형성된다. 또한 서브마운트(236)에 는 포토다이오드를 고정하기 위한 다이본딩용 패드(237) 및 고정된 포토다이오드의 뒷면에 형성된 전극에 연결하는 금속배선(238)이 마련된다. 그리고 제2 실시예에서도 제1 실시예와 마찬가지로 디지털 포토다이오드 또는 아나로그 포토다이오드(211, 212)는 정렬 공차를 크게 하기 위하여 감지 면적의 직경이 약 80㎛ 이상인 것으로 선정할 수 있다.
도 10에서와 같이, 다이본딩용 패드(237)에 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 고정되고 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)와 금속배선(38)은 와이어본딩(211d)을 통하여 연결된다.
이렇게 아날로그 포토다이오드(211) 또는 디지털 포토다이오드(212)가 고정된 서브마운트(236)가 실리콘벤치(220)에 고정된다. 구체적으로 아날로그 포토다이오드(211)가 고정된 서브마운트(236)는 실리콘벤치(220)상에 정렬되고 서브마운트(236)의 금속 배선(238)과 실리콘벤치(220)의 금속 배선(211b)은 와이어 본딩(211a) 공정으로 연결된다. 디지털 포토다이오드(212)가 고정된 서브마운트(236)는 실리콘벤치(220)상에 정렬되고 서브마운트(236)의 금속 배선(238)과 실리콘벤치(220)의 금속 배선(212b)은 와이어 본딩(212a) 공정으로 연결된다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 서브마운트를 이용하여 포토다이오드를 고정하고 포토다이오드가 고정된 서브마운트를 실리콘벤치에 고정함으로써 트리플렉서 형태의 트랜시버 모듈을 보다 쉽게 제작할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 실리콘벤치 혹은 광학벤치에 수동정렬 방식을 사용하여 각 소자들을 고정함으로써 트리플렉서 형태의 트랜시버 모듈을 보다 쉽게 제작할 수 있다. 그리고 광섬유와 연결되는 광입출력단부분에 광섬유의 직경과 동일한 형상의 렌즈를 부착한 광컬리메이터를 사용함으로 광학부품의 사용을 최소화할 수 있다. 결국 수동정렬방식을 사용함으로 부품 수를 줄일 수 있으며 낮은 공정비용으로 패키징이 구현됨으로 트랜시버 모듈의 대량생산이 매우 유리하게 될 수 있다.

Claims (21)

  1. 트랜시버 모듈에 있어서,
    송신용 광신호를 생성하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드의 동작을 감지하기 위한 제1 포토다이오드;
    입력된 광신호 중에서 제1 파장의 광신호를 수신하는 제2 포토다이오드; 및
    광입출력단에 마련되며 광섬유 형태의 렌즈가 광 진행방향으로 부착된 광컬리메이터를 포함하는 트랜시버 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    입력된 광신호 중에서 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광신호를 수신하는 제3 포토다이오드;
    상기 제1 파장이 포함되는 제1 파장대역의 광신호를 상기 제2 포토다이오드에 전달하는 제1 필터; 및
    상기 제2 파장이 포함되는 제2 파장대역의 광신호를 상기 제3 포토다이오드에 전달하는 제2 필터
    를 더 포함하는 트랜시버 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파장대역은 1540∼1560㎚이고 상기 제2 파장대역은 1480∼1500㎚인 트랜시버 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파장대역은 1300∼1500㎚이고 상기 제2 파장대역은 1300∼1320㎚인 트랜시버 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 필터 및 제2 필터 각각은 광축과 45도를 이루도록 배치되는 트랜시버 모듈.
  6. 송신용 광신호를 생성하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드의 동작을 감지하기 위한 제1 포토다이오드;
    상기 레이저 다이오드에서 생성된 광신호를 평행한 광신호로 변화시켜주는 볼렌즈;
    입력된 광신호 중에서 제1 파장의 광신호를 수신하는 제2 포토다이오드;
    입력된 광신호 중에서 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광신호를 수신하는 제3 포토다이오드;
    상기 제1 파장이 포함되는 제1 파장대역의 광신호를 상기 제2 포토다이오드에 전달하는 제1 필터;
    상기 제2 파장이 포함되는 제2 파장대역의 광신호를 상기 제3 포토다이오드에 전달하는 제2 필터;
    광입출력단에 마련되는 광소자;
    상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드, 제1 및 제2 필터가 정렬되어 고정되는 제1 벤치; 및
    상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드, 제1 및 제2 필터를 보호하기 위한 공간이 구비되며 상기 제1 벤치와 밀봉되는 제2 벤치
    를 포함하는 트랜시버 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드, 제1 내지 제3 포토다이오드는 상기 제1 벤치에 플립칩 본딩 방식으로 수동 정렬되는 트랜시버 모듈.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 벤치는
    상기 제1 파장대역의 광신호가 상기 제2 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제1 경사면;
    상기 제2 파장대역의 광신호가 상기 제3 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제2 경사면;
    상기 볼렌즈가 정렬되기 위한 제1 공간;
    광의 통로가 되는 제2 공간;
    상기 제2 공간 내에 마련되며 상기 제1 및 제2 필터가 정렬되기 위한 제3 공간; 및
    상기 광소자가 정렬되기 위한 제1 홈
    을 포함하는 트랜시버 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 벤치는
    상기 볼렌즈를 통과한 빛이 원활하게 진행되도록 하는 제4 공간을 더 포함하는 트랜시버 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 벤치 및 상기 제2 벤치 각각의 가장자리에는 서로 대응되는 위치에 밀봉을 위한 고분자 또는 솔더라인을 형성하는 트랜시버 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 벤치는 실리콘 기판을 이용하여 형성된 실리콘벤치인 트랜시버 모듈.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 벤치는 금속 치공구를 이용하여 사출 또는 스탬핑 방법으로 제작된 광학 벤치인 트랜시버 모듈.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 광입출력단에 마련된 광소자는 광섬유의 직경과 동일한 원기둥 형태의 광컬리메이터인 트랜시버 모듈.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 포토다이오드는 각각 서브마운트에 고정된 상태에서 상기 제1 벤치에 수동 정렬되는 트랜시버 모듈.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 서브마운트는,
    상기 제2 또는 제3 포토다이오드를 고정하기 위한 패드; 및
    고정된 상기 제2 또는 제3 포토다이오드의 전극과 연결되는 금속배선을 구비하는 트랜시버 모듈.
  16. 트랜시버 모듈의 제작에 사용되는 광학 벤치에 있어서,
    송신되기 위해 생성된 광신호를 평행한 광신호로 변화시켜주는 볼렌즈가 정렬될 제1 공간;
    수신된 광신호 중에서 제1 파장대역의 광신호가 제1 포토다이오드에 입사되 도록 형성된 제1 경사면;
    수신된 광신호 중에서 제2 파장대역의 광신호가 제2 포토다이오드에 입사되도록 형성된 제2 경사면;
    광의 통로가 되는 제2 공간;
    상기 제1 파장대역 및 상기 제2 파장대역의 광신호를 필터링하는 필터가 정렬되기 위한 공간으로 상기 제2 공간 내에 마련되는 제3 공간; 및
    광입출력을 위한 광컬리메이트가 정렬되기 위한 제1 홈
    을 포함하는 광학 벤치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광학 벤치는 실리콘 기판에 식각공정을 이용하여 형성된 실리콘 벤치인 광학 벤치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 광학 벤치는 금속 치공구를 제작하고 사출 혹은 스탬핑 공정으로 형성된 광학 벤치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 공간은 상기 필터를 수직방향으로 세울 수 있도록 형성된 공간인 광학 벤치.
  20. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 홈은 V자 홈인 광학 벤치.
  21. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공간은 피라미드 모양의 공간인 광학 벤치.
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