KR100694294B1 - 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리 및 이를 이용한광송수신 집적 모듈 - Google Patents

실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리 및 이를 이용한광송수신 집적 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA) 및 이를 이용한 광송수신 집적 모듈에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 광 벤치형 광 서브 에셈블리는, 내부에 광섬유를 갖는 광섬유 페룰; 광신호를 전기신호 또는 전기신호를 광신호로 변환하기 위한 광소자 칩과, 상기 광소자 칩에 상기 광소자 페룰의 광섬유가 광학적으로 연결될 수 있도록 상기 광섬유를 배열하기 위한 홈을 갖는 실리콘 광 벤치형 광 소자; 상기 페룰과 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자를 각각 실장하기 위한 오목한 실장부를 갖는 지지대; 및 상기 지지대에 연결되고, 외부 광섬유를 고정하여 상기 페룰의 광섬유와 광학적으로 연결하기 위한 광 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실리콘 광 벤치, 광송수신 집적 모듈, TOSA, ROSA

Description

실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리 및 이를 이용한 광송수신 집적 모듈{OPTICAP SUB ASSEMBLY BASED ON SILICON OPTICAL BENCHES AND OPTICAL TRANSCEIVER USING THE SAME}
도 1은 종래의 광송수신 모듈의 개략적 구성도.
도 2는 종래의 티오 캔(TO-CAN) 형태로 패키징된 발광 및 수광 소자와 광학적 인터페이스 구성을 위한 광 서브 어셈블리 구조도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 서브 어셈블리의 분해도 및 연결 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 광 벤치형 광 소자의 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 페룰(ferrule)의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)를 이용한 광송수신 집적 모듈의 구성도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 케이스와 T형 메탈 케이스 덮개의 측면도.
본 발명은 광송수신 집적 모듈(Optical transceiver)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(Transmitter Optical Sub Assembly Receiver, Optical Sub Assembly:TOSA, ROSA) 및 이를 이용한 광송수신 집적 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 광송수신 모듈이란 광전송 시스템에 적용되는 것으로서, 발광 소자로부터 출사된 광신호를 광섬유를 통해 전송하고, 광섬유로부터 수신되는 광신호를 수광 소자로 검출하는 모듈를 말한다.
도 1은 종래의 광송수신 모듈의 개략적 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광송수신 모듈(10)은 기본적으로 티오-캔(TO-CAN) 형태로 패키징된 발광 소자(11) 및 수광 소자(12)와, 상기 발광 소자(11)를 구동하고 상기 수광 소자(12)의 검출 신호가 입력되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board:PCB)(13)과, 상기 발광, 수광 소자(11,12)와 인쇄회로기판(PCB)(13)이 실장되는 케이스(14) 및 전기 신호 접속용 핀 커넥터(15)등을 포함하여 구성된다.
도 2는 종래의 티오 캔(TO-CAN) 형태로 패키징된 발광 및 수광 소자와 광학적 인터페이스 구성을 위한 광 서브 어셈블리 구조도이다.
도 2(a)는 도 1에 도시된 종래의 광송수신 모듈(10)에 적용되는 발광 소자(11)에 대한 광 서브 어셈블리(21)의 구조도이며, 도 2(b)는 수광 소자(12)에 대한 광 서브 어셈블리(22)의 구조도이다. 도 2(a)(b)에 도시된 바와 같이 상기 발광 소 자(11) 및 수광 소자(12)는 각각 광선로와의 광학적 인터페이스로서 취급이 용이한 리셉터클 형태의 광 서브 어셈블리(21, 22) 내부에 구성되며, 금속 재질의 티오-캔(TO-CAN)(23,24)으로 패키징된다. 상기 광 서브 어셈블리(21,22)에 연결된 다수의 핀(25,26)은 각각 상기 발광 소자(11) 및 수광 소자(12) 내부에 구성되는 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드의 애노드(anode) 및 캐쏘드(cathode)와 연결된다.
이와 같이 종래의 광송수신 집적 모듈(10)은 발광 및 수광 소자(11,12)가 티오-캔(TO-CAN)(23,24)이라는 금속 패키지 내부에 구성된다. 그러나 티오-캔(TO-CAN)(23,24) 패키지를 제작하기 위해서는 캡 웰더라는 고가의 장비가 필요할 뿐 아니라, 광섬유와의 접속을 위해서는 추가적으로 고가의 레이저 용접(레이저 웰더) 장비가 요구된다. 이처럼 고가의 장비를 사용하여 광송수신 집적 모듈(10)을 제작할 경우 공정 진행 비용이 비싸므로 완제품의 가격 또한 비싸지는 단점이 있다. 또한 레이저 용접 장비를 이용해 광섬유와의 접속을 할 경우 능동 정렬 방식을 채택하므로 공정이 어렵고 제작 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.
또한 종래의 광송수신 집적 모듈(10)은 티오-캔(TO-CAN)(23,24) 전단의 광커넥터와 광학적으로 연결되는 부분에서, 양질의 광신호 송수신을 위해 빛의 경로를 조정해 주는 렌즈 캡과 같은 특별한 구조의 광학계가 추가로 필요하기 때문에 비용이 추가되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 종래의 티오-캔 (TO-CAN) 형태로 패키징된 발광 및 수광소자와 같이 고가의 능동 정렬 장비를 사용하지 않고서도, 소형으로 용이하게 제작할 수 있는 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA) 및 이를 이용한 광송수신 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 광 벤치형 광 서브 에셈블리는, 내부에 광섬유를 갖는 광섬유 페룰; 광신호를 전기신호 또는 전기신호를 광신호로 변환하기 위한 광소자 칩과, 상기 광소자 칩에 상기 광소자 페룰의 광섬유가 광학적으로 연결될 수 있도록 상기 광섬유를 배열하기 위한 홈을 갖는 실리콘 광 벤치형 광 소자; 상기 광섬유 페룰의 광섬유와 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자를 광학적으로 연결하여 실장하기 위한 오목한 실장부를 양측에 형성하고 에폭시 수지를 이용하여 상기 실리콘 광 벤치형 광소자를 부착하는 지지대; 및 상기 지지대에 연결되고, 외부 광섬유를 고정하여 상기 광섬유의 패룰과 광학적으로 연결하기 위한 광 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 에셈블리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광송수신 집적 모듈은, 상기 광 서브 어셈블리; 상기 광 서브 어셈블리에 연결되어, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자에 대하여 전기적인 신호의 구동, 증폭 또는 식별 기능을 하는 인쇄회로기판(PCB); 상기 인쇄회로기판(PCB)에 연결되어, 외부 장치와의 인터페이스 기능을 하는 핀형 전기커넥터; 및 상기 광 서브 어셈블리와, 상기 인쇄회로기판(PCB) 및 상기 핀형 전기 커넥터가 실장되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 서브 어셈블리의 분해도 및 연결 구성도이다.
먼저 도 3(a)는 본 발명에 따른 광 서브 어셈블리(300)의 분해도이며, 도 3(b)는 상기 광 서브 어셈블리(300)의 연결 구성도이다. 도 3(a)(b)를 참조하면, 광 서브 어셈블리(300)는 발광 소자(310) 또는 수광 소자(320)로 이루어지는 실리콘 벤치형 광소자와, 광섬유 페룰(ferrule)(330)과, 지지대(340) 및 광 어댑터 단자(350)를 포함한다.
상기 발광 소자(310)는 전기적 신호를 광신호로 변환하는 기능을 한다. 상기 발광 소자(310)는, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 실리콘 광 벤치(311) 상에 레이저 다이오드(Laser Diode:LD)(312) 및 파워 모니터링용 포토 다이오드(Photo Diode:PD)(313)과 같은 광소자 칩과, 상기 광소자 칩(312,313)의 애노드(anode)와 캐쏘드(cathode) 단자(315) 및 광섬유를 수동으로 정렬하기 위한 V자 형의 오목한 홈(V-groove)(316)이 형성된다. 상기 레이저 다이오드(LD)(312)는 입력되는 전기 신호에 따라서 대응하는 광신호를 출력한다. 그리고 상기 포토 다이오드(PD)(313)는 상기 레이저 다이오드(LD)(312)로부터 출력되는 빛의 일부를 검출한 후, 궤환회 로에 의하여 상기 레이저 다이오드(LD)(312)의 광출력 세기를 조절하는 기능을 한다. 여기서 상기 레이저 다이오드(LD)(312)와, 포토 다이오드(PD)(313)는 솔더 범프를 사용하여 상기 실리콘 광 벤치(311) 위에 플립 칩 본딩방식으로 본딩된다. 그리고 상기 광섬유 페룰(330)에 연결된 광섬유가 상기 실리콘 광 벤치(311) 위에 형성된 V 홈(316) 내에 수동 정렬 방식으로 삽입되어, 상기 레이저 다이오드(LD)(312)와 광학적으로 결합 및 정렬된다. 그리고 상기 광섬유 페룰(330)에 연결된 광섬유는 자외선 경화 에폭시 수지를 이용하여 상기 실리콘 광 벤치(311)와 결합된다.
또한 상기 수광 소자(320)는 광신호를 전기적 신호로 변환하는 기능을 한다. 상기 수광 소자(320)는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 광 벤치(321) 상에 광신호 수신용 포토 다이오드(PD)(322)와, 상기 포토 다이오드(PD)(322)의 애노드(anode) 및 캐쏘드(cathode) 단자(323)와, 광섬유를 수동으로 정렬하기 위한 V자 형의 오목한 홈(324)이 형성된다. 상기 포토 다이오드(PD)(322)는 외부에서 입사된 광신호를 대응하는 전기 신호로 변환하는 기능을 한다. 상기 포토 다이오드(PD)(322)는 역시 솔더 범프를 사용하여 상기 실리콘 광 벤치(321) 위에 플립 칩 본딩방식으로 본딩된다. 그리고 상기 페룰(330)에 연결된 광섬유가 상기 실리콘 광 벤치(321) 위에 형성된 V 홈(324) 내에 수동 정렬 방식으로 삽입되어, 상기 포토 다이오드(PD)(322)와 광학적으로 결합 및 정렬된다. 그리고 상기 광섬유 페룰(330)에 연결된 광섬유는 자외선 경화 에폭시 수지를 이용하여 상기 실리콘 광 벤치(311)와 결합된다. 또한 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자(310,320)는 실리콘 젤 또 는 캡슐제 등에 의하여 도포됨으로써, 외부환경으로부터 보호될 수 있다.
상기 광섬유 페룰(330)은 내부에 광섬유(331)가 구성되어, 발광 소자(320) 또는 수광 소자(320) 상에 구성되는 레이저 다이오드(LD)(312) 또는 포토 다이오드(PD)(313,323)와 같은 능동 광소자 칩과 리셉터클(receptacle) 형태로서 광학적으로 연결됨으로써, 광선로 사이의 광학적 결합을 용이하게 달성할 수 있다. 상기 광섬유 페룰(330)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 스터브(332) 내부에 형성된 홀(hole)을 통하여 광섬유(331)가 배열된다. 상기 스터브(332)는 상기 광섬유(331)를 고정하는 기능을 한다. 또한 상기 스터브(332)는 외부 원통(333)에 의하여 보호된다. 상기 외부 원통(333)은 상기 광섬유 페룰(330)에 대하여 기계적 강도를 보강하기 위한 것으로서, 상기 스터브(332)를 둘러싸는 구조를 갖는다.
광섬유 페룰(330)은 능동 광소자 칩과 광커넥터를 광학적으로 용이하게 결합시켜 주는 역할을 한다. 상기 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 소자(310,320)는 수동 정렬 방식을 사용하므로 상기의 광섬유 페룰(330)의 구성과 위치가 매우 중요하다. 상기 광섬유 페룰(330)이 금속 지지대(340) 위에 얼마나 정확하게 위치하는가가 광송수신 집적 모듈의 성능을 크게 좌우한다. 광섬유 페룰(330)은 임의의 길이를 갖는 광섬유(331)와, 스터브(332) 및 외부 원통(333)의 조합을 통해 구현되며, 구현 시 상기의 구성 요소(331,332,333)들이 최소의 공간적인 오차를 가지고 결합되어야만 광송수신 집적 모듈의 광 결합 특성이 좋아지게 된다. 광섬유 페룰(330)을 구성하는 각각의 요소들(331,332,333)은 기계적으로나 열적으로 안정된 성능을 가져야 하므로 동일한 특성을 갖는 세라믹 계열의 재료로 이루어져야 하며, 이들간 의 결합 공정 또한 오차가 최소가 되도록 매우 세심한 주의를 기울여야 한다.
상기 지지대(340)는 실리콘 광 벤치형 광소자(310,320)가 실장되는 블록으로서 광송수신 집적 모듈(300) 구성에 있어서 가장 중요한 블록 중 하나이다. 상기 지지대(340)의 일측 상면에는 상기 실리콘 광 벤치형 광소자(310,320)를 실장하기 위한 오목한 실장부(341)가 형성된다. 또한 상기 지지대(340)의 타측 상면에는 상기 광섬유 페룰(330)을 실장하기 위한 오목한 실장부(342)가 더 형성된다. 따라서 상기 실리콘 광 벤치형 광소자(310,320)와 광섬유 페룰(330)은 상기 오목한 실장부(341,342) 내부에 삽입되어, 서로 광선로 사이의 광학적 결합을 용이하게 달성할 수 있도록 리셉터클(receptacle) 형태로 배열될 수 있다. 상기 지지대(340)는 금속 재질로 이루어져서 전자기적 간섭 및 초고주파 간섭 현상에 따른 광소자의 특성 저하를 방지할 수 있으며, 또한 실리콘 광 벤치형 광소자(310,320)와 실리콘 광 벤치(340)의 기계적 강도에 대한 결함을 보완해 주는 기능을 한다.
상기 광 어댑터 단자(350)는 상기 지지대(340)에 결합되어, 상기 광섬유 페룰(330)과 외부 광섬유(미도시) 사이에 광학적 연결을 이룰 수 있도록, 상기 광섬유 페룰(330)과 상기 외부 광섬유를 고정 및 배열하는 기능을 한다. 상기 광 어댑터 단자(350) 내부로 상기 광섬유 페룰(330)의 외부 원통(333)이 삽입되고, 이와 대향하는 방향에서는 상기 외부 광섬유가 고정되어 직접 상기 광섬유 페룰(330)과 정렬될 수 있도록, 상기 외부 광섬유가 물릴 수 있는 구조를 갖는다.
상기 본 발명에 따른 광 서브 어셈블리(300)는 다음과 같이 제조될 수 있다.
먼저 금속 지지대(340) 위에 광섬유 페룰(330)을 결합 시킨 후 실리콘 광 벤 치형 발광 및 수광 소자(310,320)를 금속 지지대(340) 위의 실장부(341)에 위치시킨다. 이 때 페룰(330) 내 존재하는 광섬유(330)와 발광 및 수광소자(310,320) 간의 광학적 결합은 실리콘 광 벤치(340) 위에 존재하는 V 홈(331)을 통해 수동 정렬 방식으로 이루어진다. 수동 정렬이 끝나면 상기의 두 요소인 실리콘 광 벤치형 광소자(421)와 광섬유 페룰(330)을 금속 지지대 블록(340) 위에 자외선 경화 에폭시 수지 등을 사용해 기계적인 강도를 갖도록 고정시킨다. 위와 같은 과정들이 끝나면, 광 어댑터 단자(350)를 상기 지지대(340) 일측에 끼워 넣어서, 금속 지지대(340)와 결합시킨다.
이와 같이 본 발명에 따른 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 소자(310,320)는 광섬유와의 결합을 위해 실리콘 광 벤치(311,321) 위에 제작된 V 홈(316,324)을 사용함으로써 수동 방식으로 정렬이 가능하므로, 능동 정렬을 위한 레이저 웰더 등의 고가 장비를 사용하지 않아도 된다. 또한 상기 발광 및 수광 소자(310,320)는 모두 저가의 실리콘 광 벤치(311,321) 위에 표면 실장되므로 종래의 티오-캔(TO-CAN) 형태로 패키징 되는 방식에 비해서 가격경쟁력을 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)를 이용한 광송수신 집적 모듈의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광송수신 집적 모듈(600)은, 전기 신호와 광신호의 변환 기능을 하는 실리콘 광 벤치형 발광 소자(310) 및 수광 소자(320)를 갖는 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)(301,302)와, 상기 발광 및 수광 소자(310,320)와 전기적으로 접속되고 전기적인 신호의 구동, 증폭 또는 식별 기능을 가지는 인쇄회로기판(PCB)(610), 상기 인쇄회로기판(PCB)(610)에 연결된 핀형 전기커넥터(620) 및 상기 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 소자(310,320)와 인쇄회로기판(PCB)(610)을 전자기적 간섭과 초고주파 간섭으로부터 격리시키기 위한 금속 재질의 케이스(또는 메탈 케이스)(630)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(PCB)(610)은 발광 및 수광 소자(310,320)와 전기적으로 접속되고 신호의 구동, 증폭 또는 식별 기능을 갖는다. 상기 인쇄회로기판(PCB)(610)은 광송신부와 광수신부로 나뉘어져 구성되며, 광송신부의 경우 일반적인 레이저 다이오드 드라이버 집적회로(IC)로 이루어 진다. 레이저 다이오드 드라이버는 데이터 신호와 레이저 다이오드의 바이어스 신호를 결합하여 레이저 다이오드를 구동하는 역할을 수행한다. 광수신부도 광송신부와 마찬가지로 기존의 광수신기와 동일한 기능을 수행하는 증폭기 IC류로 구성되며, 보다 상세하게는 트랜스임피던스 증폭기(Trans Impedence Amplifier:TIA)와 제한 증폭기(Limiting Amplifier:LA)로 이루어진다. 하지만 일반적인 종래의 광수신기와는 달리, 실리콘 광 벤치형 수광 소자(320)는 트랜스임피던스 증폭기와는 분리되어 위치한다. 또한 상기 수광 소자(320)와 트랜스임피던스 증폭기는 외부로부터의 전자기적 간섭 현상이나 초고주파 간섭 현상 등에 매우 민감하게 반응하므로 인쇄회로기판(PCB)(610) 구성 시에 보다 세심한 주의를 기울일 필요가 있다. 왜냐 하면, 종래의 광수신기의 경우에는 티오-캔(TO-CAN) 형태의 금속 패키지를 사용하기 때문에, 금속 패키지 자체가 광수신기 내부에 있는 소자들(PD 및 TIA)은 전자기적인 간섭과 초고조파 간섭으로부터 효과적으로 보호될 수 있었다. 그러나 본 발명에 따른, 실리콘 광 벤치형 의 광소자들(310,320)은 위와 같은 금속 패키지를 이용하지 않으므로 외부로부터의 전자기적 간섭 현상이나 초고주파 간섭 현상 등에 노출되어있다. 일반적으로, 상기 전자기적 간섭 현상 또는 초고주파 간섭 현상은 특히 광수신기의 감도에 큰 영향을 미치는 문제가 있다. 이와 같이 간섭에 따른 문제를 해결하기 위해서는 인쇄회로기판(PCB) 제작 시 인쇄회로기판(PCB)의 접지 처리를 확실하게 해주어야하며, 메탈 케이스와도 접지를 확실하게 공유하여야 한다. 또한 수신기 구동에 사용되는 전원 잡음을 최소화시켜야 하며, 특정 주파수 대역에서의 동작 성능의 보장을 위해서는 추가적으로 적절한 값을 갖는 전기적 수동 소자(인덕터와 캐패시터)들을 증폭기 IC류들 사이의 적재 적소에 추가적으로 배치해야 한다.
또한 광송신부와 광수신부는 동일한 인쇄회로기판(PCB)(610)을 사용한다고 할지라도 접지 단자는 완벽하게 분리되어 있어야 할 뿐만 아니라 공간적으로도 완전히 분리되어 있어야만 한다. 접지의 경우, 핀형 전기커넥터(620)로부터 인쇄회로기판(PCB)(610)에 이르는 모든 신호 경로상에서 송신부와 수신부간의 접지 분리가 완벽하게 이루어져야 한다. 또한, 메탈 케이스(630) 내의 공간을 통한 전자기적 간섭 현상에 의한 수신부 성능 저하를 방지하기 위해서는, 인쇄회로기판(PCB)(610) 상의 송신부와 수신부를 도 6에 도시된 바와 같이 일정 구간에서 공간적으로 거리를 두고 배치될 수 있도록 이격 공간(611)이 형성되는 것이 바람직하다.
핀형 전기커넥터(620)는 인쇄회로기판(PCB)(610)과 전기적으로 결합되며 외부 장치와의 인터페이스 기능을 한다. 상기 핀형 전기커넥터(620)는 전자기적 간섭의 억제를 위해, 결합 시 다수개의 핀들 중 접지 핀들은 인쇄회로기판(PCB)(610) 상의 접지 단자 및 케이스(630)와 연결되어야 한다.
발광 소자(310)와 인쇄회로기판(PCB)(610), 그리고 수광 소자(320)와 인쇄회로기판(PCB)(610)은 와이어 본딩에 의하여 연결된다. 상기 발광 소자(310) 및 수광 소자(320)와 인쇄회로기판(PCB)(610)은 하나의 와이어에 의해서 연결될 수 있다. 그러나, 실리콘 광 벤치형의 상기 발광 소자(310) 및 수광 소자(320)와 인쇄회로기판(PCB)(610)을 연결 해 주는 와이어는 전자기적 간섭 현상에 의한 성능 저하를 방지하기 위해 인덕턴스를 줄 일 수 있도록 다중 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 부분 확대도(M)에 도시된 바와 같이, 수광 소자(320) 상에 형성된 포토 다이오드(PD)(322)의 애노드(anode) 및 캐쏘드(cathode) 단자(323)와, 인쇄회로기판(630)에 형성된 본딩 패드(631) 사이에 복수개의 와이어를 이용하여 다중연결하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제작되는 광송수신 모듈(600)은 전자기적 간섭 현상에 관계 없이 넓은 온도 범위에서 동작하기 위해서는 용접 밀폐가 필요하다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 메탈 케이스(630)는 금속 재질의 메탈 케이스 덮개(640)에 의하여 덮혀진다. 또한 상기 메탈 케이스(630)와 상기 메탈 케이스 덮개(640)는 스크류형 나사(641) 등을 이용해 확실하게 용접 밀착되어야 한다. 상기 메탈 케이스 덮개(640)는 상기 메탈 케이스(630)와 결합 시, 인쇄회로기판(PCB)(610)의 광송신부 및 광수신부 사이에 전자기적 간섭 현상을 방지하기 위하여, 인쇄회로기판(PCB)(610)의 이격공간(611)으로 삽입되어 상기 광송신부와 광수신부를 격리하기 위하여 돌출된 격리부(642)를 갖는 T 형의 메탈 케이스 덮개(640)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 메탈 케이스(640) 내부에 존재하는 실리콘 광 벤치형 광소자들(310,320)은 실리콘 젤 또는 캡슐제 등에 의하여 도포됨으로써 외부의 환경 변화로부터 보호될 수 있다. 그리고 도 7에서 상기 메탈 케이스(630)에는 외부 광섬유가 삽입되기 위한 삽입홀(650)이 형성된다.
본 발명에 따라 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)를 이용한 광송수신 집적 모듈은 다음과 같은 순서로 제조될 수 있다.
먼저, 핀형 전기커넥터(620)가 결합된 인쇄회로기판(PCB)(610)을 메탈 케이스(630) 내에 나사 등을 이용해 고정시킨다. 인쇄회로기판(PCB)(610)이 메탈 케이스(630) 내에 고정되면, 메탈 케이스(630) 내에 본 발명에 따라 발광 및 수광 소자(310,320)가 장착된 광 서브 어셈블리(301,302)를 위치시킨 후, 기계적으로 고정 시킨다. 그 후 상기 발광 및 수광 소자(310,320)를 인쇄회로기판(PCB)(610)과 와이어 본딩 방법을 사용하여 연결한다. 그리고 메탈 케이스(640) 내부에 존재하는 실리콘 광 벤치형 광소자들(310,320)은 외부 환경 변화로부터 보호하기 위하여 실리콘 젤 또는 캡슐제 등을 이용하여 도포한다. 마지막으로, 상기 메탈 케이스(630)위에 T 형의 메탈 케이스 덮개(640)을 스크류형 나사(641) 등을 이용하여 덮는다.
이러한 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)를 이용한 광송수신 집적 모듈(600)의 광송신기는 전기적인 신호를 레이저 다이오드(312)에서 빛으로 변환하여 광섬유를 통해서 빛의 신호로 외부에 전달하며, 레이저 다이오드(312)로부터 나오는 일부 세기의 빛은 레이저 다이오드(312)의 옆에 부착된 모니터링용 포토 다이오드(313)에 의해서 검출된 후 궤환회로에 의해서 레이저 다이오드 (312)의 광출력 세기를 조절한다. 광수신기에서는 외부에서 광섬유로 입사된 빛의 신호를 수신기용 포토 다이오드(322)가 빛의 신호로 변환시켜 준다. 본 발명에 따른 실리콘 광 벤치형 발광 및 수광소자(310,320)를 이용한 광송수신 집적 모듈(600)은 그 크기가 작아서 기가비트 인터페이스 컨버터, 스몰 폼 팩터, 스몰 폼 플러거블등의 다양한 형태의 광송수신 모듈에 적용이 가능하다
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 실리콘 광 벤치 형태의 광소자를 사용하여 수동 정렬 방식으로 광섬유와 접속함으로써, 발광 및 수광 서브 어셈블리(TOSA, ROSA)를 소형으로 용이하게 제작할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 광송수신 집적 모듈은 그 크기가 작고, 고속의 전송 속도로 광신호 변복조가 가능하므로 기가비트 인터페이스 컨버터, 스몰 폼 팩터, 스몰 폼 플러거블 등의 다양한 형태의 광송수신 모듈에 적용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (15)

  1. 내부에 광섬유를 갖는 광섬유 페룰;
    광신호를 전기신호 또는 전기신호를 광신호로 변환하기 위한 광소자 칩과, 상기 광소자 칩에 상기 광소자 페룰의 광섬유가 광학적으로 연결될 수 있도록 상기 광섬유를 배열하기 위한 홈을 갖는 실리콘 광 벤치형 광 소자;
    상기 광섬유 페룰의 광섬유와 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자를 광학적으로 연결하여 실장하기 위한 오목한 실장부를 양측에 형성하고 에폭시 수지를 이용하여 상기 실리콘 광 벤치형 광소자를 부착하는 지지대; 및
    상기 지지대에 연결되고, 외부 광섬유를 고정하여 상기 광섬유의 패룰과 광학적으로 연결하기 위한 광 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 에셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자는 실리콘 젤 또는 캡슐제에 의하여 도포되는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 페룰은 내부에 광섬유가 배열되는 스터브; 및
    상기 스터브와 동일 재질로 형성되며, 상기 스터브를 둘러싸는 외부 원통을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스터브 및 상기 외부 원통은 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자는,
    레이저 다이오드; 및
    상기 레이저 다이오드로부터 출력되는 빛의 일부를 검출한 후, 궤환회로에 의하여 상기 레이저 다이오드의 광출력 세기를 조절하기 위한 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레이저 다이오드 및 상기 포토 다이오드는 솔더 범프를 사용하여 상기 실리콘 광 벤치 위에 플립 칩 본딩 방식으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자는 외부에서 입사된 광신호를 전기 신호로 변환하기 위한 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자 및 상기 광섬유 페룰은 리셉터클(receptacle) 형태로서 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 실리콘 광 벤치형 광 서브 어셈블리.
  10. 제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 광 서브 어셈블리;
    상기 광 서브 어셈블리에 연결되어, 상기 실리콘 광 벤치형 광 소자에 대하여 전기적인 신호의 구동, 증폭 또는 식별 기능을 하는 인쇄회로기판(PCB);
    상기 인쇄회로기판(PCB)에 연결되어, 외부 장치와의 인터페이스 기능을 하는 핀형 전기커넥터; 및
    상기 광 서브 어셈블리와, 상기 인쇄회로기판(PCB) 및 상기 핀형 전기 커넥터가 실장되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광 서브 어셈블리 내의 광소자와, 상기 인쇄회로기판(PCB)는 복수의 와이어에 의하여 다중연결되는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인쇄회로기판(PCB)는 전자기적 간섭 현상에 의한 수신부의 성능 저하를 방지하기 위하여, 송신부와 수신부가 사이에 이격 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 케이스를 밀폐하기 위한 메탈 케이스 덮개를 더 포함하며, 상기 메탈 케이스 덮개는 상기 인쇄회로기판(PCB)의 이격 공간에 삽입되어, 상기 광송신부와 상기 광수신부를 격리하기 위한 격리부를 갖는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
  14. 제10항에 있어서, 상기 핀형 전기커넥터의 접지핀은, 상기 인쇄회로기판(PCB) 상의 접지 단자 및 상기 케이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
  15. 제10항에 있어서, 상기 케이스는 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광송수신 집적 모듈.
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