KR100724880B1 - 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광소자 모듈 패키지에 있어서, 일면에 솔더가 형성되어 있는 광회로 기판; 상기 솔더를 통해 상기 기판 상에 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)되어 있는 광소자; 및 상기 광소자가 플립-칩 본딩된 후, 상기 솔더를 감싸는 상태로 경화된 에폭시 수지를 포함하는 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법을 개시한다. 상기와 같이 구성된 광소자 모듈 패키지는 에폭시 수지로 광회로 기판 상에 장착된 광소자를 도포할 필요가 없으므로 에폭시 수지 경화 과정에서 광소자가 유동하는 것을 방지할 수 있고, 광소자의 상부 전극에 와이어 본딩을 실시하는 동안 에폭시 수지의 접착력은 솔더의 접착력을 보완하여 광소자가 유동하거나, 광회로 기판으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.

광소자, 기판, 패키지, 솔더, 에폭시

Description

광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법 {OPTICAL MODULE PACKAGE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광소자 모듈 패키지를 나타내는 분리 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 광소자의 하면을 나타내는 사시도,

도 3은 도 1에 도시된 광소자 모듈 패키지를 나타내는 조립 사시도,

도 4는 도 1에 도시된 광소자 모듈 패키지를 나타내는 측면 구성도,

도 5는 도 1에 도시된 광소자 모듈 패키지의 제작 방법을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명>

100 : 광소자 모듈 패키지 101 : 광회로 기판

102 : 광소자 113 : 광도파회로

125 : 하부 전극 131 : 솔더 베이스

141 : 솔더 143 : 에폭시 수지

본 발명은 광소자 모듈에 관한 것으로서 특히, 광회로 기판 상에 광소자 모듈이 장착된 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적인 유, 무선 통신망에 비교할 때 광통신망은 대용량의 정보를 고속으로 전송할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이러한 광통신망을 활용하기 위해서는 전기신호를 광신호로 변환하여 전송하거나, 수신된 광신호를 전기신호로 변환하기 위한 광소자들이 요구되며, 광통신망 상에서도 전송 중인 광신호의 증폭, 다중화/역다중화, 분기/결합 등의 과정이 요구된다.

광신호와 전기신호 간의 변환 또는 광신호 증폭을 실시하는 소자들을 능동소자라 칭하며, 이러한 능동소자로는 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 발광 다이오드, 반도체형 광신호 증폭기 등이 있다.

광신호의 다중화/역다중화, 광신호의 분기/결합 등을 실시하는 소자들을 수동소자라 칭하며, 이러한 수동소자로는 도파로열 격자, 광필터, 스플릿터 등이 있다.

한편, 상기와 같은 능동소자는 평면 광도파로 소자와 같은 광회로 기판에 장착하여 패키지화하여, 광회로 기판 상에 형성된 광도파회로를 통해 광신호를 전송하거나, 광도파회로를 통해 광신호를 입력받게 된다. 이러한 광도파회로는 앞서 언급한 도파로열 격자, 광필터 등의 수동소자로 구성된다.

광회로 기판에 능동소자를 장착한 후, 능동소자의 보호, 절연 등의 목적으로 에폭시 수지를 도포하게 되는데, 이러한 에폭시 수지는 경화되는 과정에서 능동소자에 힘을 가하여 정렬 상태를 저하시키는 문제점을 발생시킨다. 더욱이, 능동소자의 광신호 입력 또는 출력단과, 그에 광축 정렬된 광도파회로의 출력 또는 입력단 사이는 10~20mm 정도 이격된 상태인데, 이들 사이에 유입된 에폭시 수지 내에 버블(bubble) 등이 발생하여 광손실의 원인을 제공하고 있다.

또한, 광회로 기판 상에 능동소자를 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)에 의해 장착하고, 능동소자의 상부에 와이어 본딩을 실시하게 되는데, 광회로 기판과 능동소자 사이의 솔더가 충분한 접착력을 제공하지 못하여 와이어 본딩 과정에서 능동소자가 광회로 기판으로부터 분리되거나 능동소자의 유동을 유발하여 광축 정렬 상태를 저하시키는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 에폭시 수지의 사용을 최소화 함으로써 정렬된 상태의 능동소자가 유동하는 것을 방지할 수 있는 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 능동소자와 광도파회로 사이에 에폭시 수지가 개재되어 광손실을 유발하는 것을 방지할 수 있는 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 능동소자를 플립-칩 본딩에 의해 장착한 후 접착력을 보강함으로써, 와이어 본딩 과정에서 능동소자가 광회로 기판으로부터 분리되 거나 유동하는 것을 방지할 수 있는 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 광소자 모듈 패키지에 있어서,

일면에 솔더가 형성되어 있는 광회로 기판;

상기 솔더를 통해 상기 기판 상에 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)되어 있는 광소자; 및

상기 광소자가 플립-칩 본딩된 후, 상기 솔더를 감싸는 상태로 경화된 에폭시 수지를 포함하는 광소자 모듈 패키지를 개시한다.

또한, 본 발명은 광소자 모듈 패키지 제작 방법에 있어서,

광회로 기판 상에 광소자를 솔더에 의해 플립-칩 본딩시키는 결합 단계;

상기 광회로 기판 상에 광소자가 플립-칩 본딩된 상태에서, 상기 솔더를 감싸도록 상기 광회로 기판과 광소자 사이에 에폭시 수지를 주입, 경화시키는 고정 단계;

상기 광회로 기판 상의 회로패턴과 광소자 상의 전극 패드를 연결시키는 와이어 본딩 단계를 포함하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법을 개시한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광소자 모듈 패키지(100)는 광회로 기판(101) 상에 플립-칩 본딩에 의해 광소자(102)를 장착시킨 구성이다.

상기 광회로 기판(101)은 일면에 광도파회로(111)와, 상기 광소자(102) 장착을 위한 구조물들이 형성되어 있다. 상기 광도파회로(111)는 광신호가 진행하는 광도파로(113)와 그를 둘러싸는 클래드로 구성된 도파로열 격자, 광필터, 스플릿터 등의 수동소자를 의미한다. 상기 광소자(102) 장착을 위한 구조물들을 살펴보면, 정렬 홈(137), 솔더 베이스(131), 회로 패턴(133, 135), 에폭시 주입 홈(139) 등으로 구성되어 있다.

상기 정렬 홈(137)은 상기 광소자(102)의 위치를 결정하기 위한 홈들로서, 그 형상들을 구체적으로 살펴보면, 십자가 형상의 홈들이 한 쌍, 사각형 형상의 홈들이 네 쌍으로 각각 배치되어 있음을 알 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 광소자(102)의 하면에는 상기 정렬 홈(137)들과 상응하는 형상의 정렬 키(127)들이 형성되어 있다. 상기 정렬 홈(137)들에 상기 정렬 키(127)들이 각각 맞물림으로써, 상기 광소자(102)가 상기 광회로 기판(101) 상에 형성된 광도파로(113)와 광축 정렬되는 것이다.

상기 솔더 베이스(131)는 상기 정렬 홈(137)들 사이에 위치된다. 상기 솔더 베이스(131)는 상기 광소자(102)의 플립-칩 본딩을 위한 기반을 제공하면서, 상기 광소자(102)의 하부 전극(125)에 전원을 인가하는 전극 패드 기능을 수행하게 된다. 상기 솔더 베이스(131)의 일측으로는 전원 인가를 위한 회로 패턴(133)이 연장되어 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 광소자(102)의 하면에는 상기 솔더 베이스(131)와 대면하는 하부 전극(125)이 설치되어 있다. 상기 솔더 베이스(131) 상에 솔더 범프(solder bump)를 형성한 상태에서 상기 광소자(102)를 장착하는 플립-칩 본딩을 실시함과 동시에, 상기 하부 전극(125)은 상기 솔더(141; 도 4에 도시됨)를 통해 상기 솔더 베이스(131)에 전기적으로 연결되는 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 광소자(102)의 플립-칩 본딩이 완료된 후, 상기 솔더(141)는 에폭시 수지(143)에 의해 감싸지게 됨을 알 수 있다. 상기 에폭시 수지(143)를 주입하기 위하여, 상기 광회로 기판(101) 상에는 에폭시 주입 홈(139)이 형성되어 있다. 상기 에폭시 주입 홈(139)에 주입된 에폭시 수지는 상기 솔더(141)를 감싸면서 상기 솔더 베이스(131)와 광소자(102)의 하면에 점착된 상태에서 경화된다.

상기 에폭시 수지(143)가 상기 솔더(141)를 감싸는 상태에서 상기 솔더 베이스(131)와 광소자(102)의 하면에 점착된 상태에서 경화되므로, 상기 광소자(102)는 상기 광회로 기판(101) 상에 견고하게 고정된다. 또한, 상기 에폭시 수지(143) 경화 과정에서 상기 광소자(102)가 상기 광회로 기판(101)에 더 밀착되어 상기 광소자(102)와 광회로 기판(101) 상의 광도파로(113)의 광축 정렬이 더욱 정밀해진다.

상기 에폭시 수지(143)가 완전히 경화된 후, 상기 광소자(102)의 상부 전극 (123)과 상기 광회로 기판(101) 상에 형성된 회로 패턴(135)을 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결시키게 된다. 이때, 상기 솔더(141)와 에폭시 수지(143)에 의해 상기 광소자(102)는 상기 광회로 기판(101) 상에 견고하게 고정된 상태이므로, 상기 광소자(102)가 상기 광회로 기판(101)으로부터 분리되거나 유동하는 것이 방지된다.

상기 광소자(102)를 상기 광회로 기판(101) 상에 장착한 후, 상기 상부 전극(123)과 상기 광회로 기판(101) 상의 회로 패턴(135)을 와이어 본딩으로 연결시키면 상기 광소자 모듈 패키지(100)가 완성된다. 완성된 광소자 모듈 패키지(100)는 전기회로 기판 등에 장착한 후, 상기 하부 전극(125)과 상부 전극(123)이 연결된 회로 패턴(133, 135)을 전기회로 기판에 전기적으로 연결시켜 상기 광소자(102)를 동작시키게 된다. 이때, 상기 광회로 기판(101)의 회로 패턴(133, 135)과 전기회로 기판에 연결하는 배선은 와이어 본딩 방법으로 할 수 있다.

상기 광소자(102)는 상기 광회로 기판(101) 상에 장착되어 전기 신호를 광신호로 전환하거나, 입력받은 광신호를 증폭 또는 전기신호로 전환하는 능동소자로서, 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 발광 다이오드, 반도체 광신호 증폭기 등이 있다.

이하에서는 상기 광소자 모듈 패키지(100) 제작 방법(10)을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광소자 모듈 패키지(100) 제작 방법(10)은 식각 단계(11), 결합 단계(12), 고정 단계(13), 배선 단계(14) 및 와이어 본딩 단계(15)로 구성된다.

상기 식각 단계(11)는 광도파회로(111), 정렬 홈(137), 솔더 베이스(131), 회로 패턴(133, 135) 등이 형성된 상기 광회로 기판(111) 상에 에폭시 주입 홈(139)을 형성하는 단계이다. 상기 광회로 기판(101) 상에 광소자가 장착된 후, 상기 에폭시 주입 홈(139)을 통해 에폭시 수지를 주입하게 되므로, 상기 에폭시 주입 홈(139)의 일부분은 상기 솔더 베이스(131)로부터 일측으로 연장되어 상기 광소자(102)가 장착된 후에도 외부에 노출되어야 한다.

상기 결합 단계(12)는 상기 광소자(102)를 플립-칩 본딩에 의해 상기 광회로 기판(101) 상에 장착시키는 단계이다. 상기 정렬 홈(137)들과 정렬 키(127)들의 결합에 의해 상기 광소자(102)의 위치가 정렬되며, 상기 솔더(141)에 의한 플립-칩 본딩에 의해 상기 광회로 기판(101)과 광소자(102)의 결합이 이루어진다. 따라서, 상기 결합 단계(12)에서 상기 광회로 기판(101)과 광소자(102)의 결합과 동시에, 상기 광소자(102)와 상기 광도파로(113)의 광축 정렬도 이루어지게 된다. 또한, 상기 광소자(102)의 하부 전극(125)이 상기 솔더(141)를 통해 상기 솔더 베이스(131)에 전기적으로 접속되며, 결국 상기 광회로 기판(101) 상의 회로 패턴(133)에 연결된다.

상기 고정 단계(13)는 상기 에폭시 주입 홈(139)에 에폭시 수지를 주입, 경화시켜, 상기 광회로 기판(101) 상에 결합된 광소자(102)의 유동을 방지하고, 상부 전극(123)의 와이어 본딩 과정에서 상기 광소자(102)가 상기 광회로 기판(101)으로부터 분리되는 것을 방지하는 단계이다. 상기 에폭시 주입 홈(139)으로 주입된 에폭시 수지는 상기 솔더(141)를 감싸면서, 상기 솔더 베이스(131)와 광소자(102)의 하면에 점착된 상태로 경화된다. 따라서, 상기 광소자(102)는 상기 솔더(141) 및 에폭시 수지(143)에 의해 상기 광회로 기판(101)에 더욱 견고하게 고정됨으로써, 유동하거나 와이어 본딩 과정에서 상기 광회로 기판(101)으로부터 분리되는 것이 방지된다.

상기 배선 단계(14)는 상기 광회로 기판(101)을 전기회로 기판 상에 장착하고, 상기 광회로 기판(101)의 회로 패턴(133, 135)을 상기 전기회로 기판에 전기적으로 접속시키는 단계로서 와이어 본딩에 의해 이루어질 수 있다.

상기 와이어 본딩 단계(15)는 상기 광소자(102)의 상부 전극(123)을 상기 광회로 기판(101) 상의 회로 패턴(135)에 전기적으로 연결시키는 단계이다. 이로써, 상기 광소자(102)는 외부로부터 전원을 인가받아 광신호를 발생, 증폭시키거나, 입력받은 광신호를 전기신호로 변환하여 상기 광회로 기판(101)의 회로 패턴(133, 135)을 통해 상기 전기회로 기판으로 전달하게 된다.

한편, 상기 배선 단계(14)는 상기 광소자 모듈 패키지(100)의 다른 제작 단계와 독립적으로 진행시킬 수 있다. 즉, 상기 광소자 모듈 패키지(101)만을 제작하는 공정에서는 상기 배선 단계(14) 없이 상기 제작 단계들을 진행하게 되며, 최종적으로 완성된 광소자 모듈 패키지(100)를 전기회로 기판에 장착하면서 배선 단계(14)를 진행할 수 있는 것이다.

또한, 상기 식각 단계(11)를 진행한 다음 광소자(102)를 광회로 기판(101)에 장착하기 전에 배선 단계(14)를 실시할 수 있다. 이 경우에는, 상기 광회로 기판(101)이 상기 전기회로 기판 상에 장착된 상태에서 상기한 제작 단계들을 진행하게 될 것이다.

본 실시 예에 따른 광소자 모듈 패키지(100)의 제작 방법에서는 광소자(102)를 광회로 기판(101) 상에 장착하고 에폭시 수지를 주입, 경화시킴으로써, 광소자(102)의 결합 강도를 확보한 후 와이어 본딩을 실시 함으로써, 광소자(102)의 상부 전극(123)에 와이어 본딩을 실시하는 동안 광소자(102)가 유동하거나 광회로 기판(101)으로부터 이탈하는 것을 방지하는 것이 중요하다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광소자 모듈 패키지 및 그 제작 방법은 광회로 기판 상에 광소자를 플립-칩 본딩 방법에 의해 장착한 후, 에폭시 수지로 솔더를 감싸면서 광회로 기판의 솔더 베이스와 광소자를 견고하게 접착시킴으로써, 광소자 상부 전극에 와이어 본딩을 실시하는 동안 광소자가 유동하거나 광회로 기판으로부터 분리되는 것을 방지하게 되었다. 또한, 광소자가 장착된 광회로 기판 상에 에폭시 수지를 도포하지 않고, 광소자와 광회로 기판 사이에만 에폭시 수지를 주입함으로써 에폭시 수지의 경화 과정에서 광소자가 유동하여 광축 정렬 상태가 저하되는 것을 방지하게 된다. 결과적으로, 이는 광소자 모듈 패키지 제작 수율을 향상시키면서, 제작된 광소자 모듈 패키지의 품질을 향상시키는 장점을 갖게 된다. 또한, 광소자와 광회로 기판의 광도파로 사이에 에폭시 수지가 개지되지 않으므로, 버블 등에 의한 광손실을 방지하게 된다.

Claims (13)

1. 광소자 모듈 패키지에 있어서,

   일면에 솔더가 형성되어 있는 광회로 기판;

   상기 솔더를 통해 상기 기판 상에 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)되어 있는 광소자; 및

   상기 광소자가 플립-칩 본딩된 후, 상기 솔더를 감싸는 상태로 경화된 에폭시 수지를 포함함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 에폭시 수지 주입을 위하여 상기 광회로 기판 상에 형성된 에폭시 주입 홈을 더 구비함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 에폭시 주입 홈의 깊이는 상기 솔더의 높이에 상응함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 광소자의 하면에 돌출 형성된 정렬 키; 및

   상기 기판 상에 형성되어 상기 정렬 키와 맞물리는 정렬 홈을 더 구비함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 기판 상에는 상기 광소자로의 신호 전송 및 솔더 접착과, 와이어 본딩을 위한 회로 패턴이 더 형성됨을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 광회로 기판 상에 형성된 광도파회로를 더 구비하고, 상기 광소자는 상기 광도파회로의 광도파로와 광축 정렬됨을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 광도파회로는 도파로열 격자, 광필터, 스플릿터를 포함하는 수동소자임을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 광소자는 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 발광 다이오드, 반도체형 광신호 증폭기를 포함하는 능동소자임을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지.
9. 광소자 모듈 패키지 제작 방법에 있어서,

   광회로 기판 상에 광소자를 솔더에 의해 플립-칩 본딩시키는 결합 단계;

   상기 광회로 기판 상에 광소자가 플립-칩 본딩된 상태에서, 상기 솔더를 감싸도록 상기 광회로 기판과 광소자 사이에 에폭시 수지를 주입, 경화시키는 고정 단계;

   상기 광회로 기판 상의 회로패턴과 광소자 상의 전극 패드를 연결시키는 와이어 본딩 단계를 포함함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 와이어 본딩 단계를 실시하기 이전에, 상기 광회로 기판을 전기회로 기판 상에 장착하고, 상기 회로패턴을 상기 전기회로 기판에 전기적으로 연결시키는 배선 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법.
11. 제9 항에 있어서,

    상기 결합 단계에서는 상기 광회로 기판 상에 형성된 광도파회로와 상기 광소자의 광축을 정렬시킴을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법.
12. 제11 항에 있어서,

    광도파회로와 광소자의 광축 정렬은 상기 광소자에 돌출 형성된 적어도 하나의 정렬 키와, 상기 광회로 기판 상에 형성되어 상기 정렬 키와 맞물리는 정렬 홈에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법.
13. 제9 항에 있어서,

    상기 결합단계를 실시하기 전, 상기 광회로 기판 상에 에폭시 주입을 위한 홈을 형성하는 식각 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 광소자 모듈 패키지 제작 방법.

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