KR100746259B1

KR100746259B1 - 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클과그 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR100746259B1
Application number: KR1020070009208A
Authority: KR
Inventors: 노태영
Original assignee: (주)디나옵틱스
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-08-03

Abstract

본 발명은 광통신 시스템의 광송수신 모듈(트랜시버; transceiver)을 구성하는 광송신 서브어셈블리(TOSA) 또는 광수신 서브어셈블리(ROSA)의 리셉터클(receptacle) 및 이 리셉터클을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은, 광원과, 상기 광원으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 볼렌즈를 구비한 광송신/수신 패키지와, 상기 광송신/수신 패키지와 정렬되어 결합되는 리셉터클로 구성된 광송수신 모듈용 광송신/수신 서브어셈블리에 있어서, 상기 리셉터클은, 양단이 관통되게 형성된 중공의 홀더와; 상기 홀더의 내측에 결합되며, 양단이 관통되게 형성된 중공의 슬리브와; 상기 슬리브의 내주면에 가열에 의해 융착되어 고정되는 저융점 글라스로 된 렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클을 제공한다.

이러한 본 발명에 따르면, 저융점 글라스로 된 렌즈가 리셉터클의 슬리브 내측에 일체로 융착되어 고정되므로 리셉터클의 능동 정렬이 용이하게 이루어지며, 정렬 정확도가 향상되는 효과가 있다.

광송수신 모듈, 트랜시버, 광수신 서브 어셈블리, 광송신 서브 어셈블리

Description

광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클과 그 제조장치 및 제조방법{Receptacle for Transmitter/Receiver Optical Sub Assembly of Transceiver, and Apparatus and Method for Manufacturing the Same}

도 1은 종래의 광송수신 모듈의 광송신 서브어셈블리(TOSA)의 구조를 개략적으로 나타낸 요부 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리셉터클이 적용된 광송수신 모듈의 광송신 서브어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 요부 단면도

도 3은 도 2의 리셉터클을 제조하는 방법을 순차적으로 설명하는 플로우챠트

도 4a 내지 도 4e는 도 3의 리셉터클을 제조하는 장치와 방법을 순차적으로 나타낸 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : TO-CAN 패키지 11 : 스템

12 : 출력단자 13 : 레이저다이오드칩

20 : 캡 30 : 볼렌즈

40 : 가이드슬리브 50 : 리셉터클

51 : 홀더 52 : 슬리브

53 : (저융점 글라스) 렌즈 101 : 하부 금형

102 : 상부 금형 102c : 렌즈형성홈

103: 가이드부싱 104 : 배기공

105 : 가열장치 106 : 히트플레이트

107 : 푸셔 G : 저융점 글라스

본 발명은 광송수신 모듈의 리셉터클 및 그 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광통신 시스템의 광송수신 모듈(트랜시버; transceiver)을 구성하는 광송신 서브어셈블리 또는 광수신 서브어셈블리의 리셉터클(receptacle) 및 이 리셉터클을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에 영상, 데이터, 음성 등의 정보 교환이 점차 대용량화되고, 인터넷 통신이 널리 보급됨에 따라 국가간, 지역간에 고속으로 정보를 송수신하기 위하여 광파이버(optical fiber)를 이용한 초고속 정보통신망이 급격하게 확산되고 있다.

이러한 광통신망의 구축에 기본을 이루는 구성부품으로서는 광신호를 전달하는 매개체인 광파이버, 광신호를 전기신호로 변환하고 역으로 전기신호를 광신호로 변환하는 광송수신 모듈(transceiver: TRx), 신호를 분배, 증폭, 변조하는 기능 소자 등이 있다. 이중 광통신 시스템 구축에 있어서 중요한 역할을 차지하는 것이 광송수신 모듈이다.

광송수신 모듈은 광신호를 생성하는 광송신 서브어셈블리(TOSA; Transmitter Optical Sub Assembly)와, 광신호를 받아서 전기신호로 변환하는 광수신 서브어셈블리(ROSA: Receiver Optical Sub Assembly), 전기신호를 생성하고 처리하는 전자회로 등으로 구성되며, 일반적으로 규약에 의해 크기 및 입출력단이 규격화된다.

상기 광송신 서브어셈블리(TOSA) 및 광수신 서브어셈블리(ROSA)는 TO-CAN 이라고 하는 패키지 위에 레이저 다이오드(LD: Laser Diode) 칩 또는 포토 다이오드(PD: Photo Diode)칩을 전기 또는 열전도성이 좋은 물질로 부착하고, 상기 TO-CAN 상에 볼렌즈(ball lens)가 부착된 캡(cap)을 부착한 후 광파이버를 정렬하여 부착함으로써 제작된다.

첨부된 도면을 참조하여 종래에 사용되고 있는 일반적인 광송수신 모듈용 광송신 서브어셈블리(TOSA)를 제작하는 과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 광송수신 모듈용 광송신 서브어셈블리(TOSA)를 나타낸 것으로, 출력단자(1b)가 형성된 스템(1a) 상에 광신호를 생성하는 레이저다이오드칩(1c)이 부착된 TO-CAN 패키지(1)와, 상기 레이저다이오드칩(1c)으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 볼렌즈(3)가 부착된 캡(2)을 장착한다.

이어서, 조립된 TO-CAN 패키지(1)을 광파이버(5d)와 정렬하고 조립하기 위해 캡(2)을 가이드슬리브(4)의 내측에 고정시킨다. 그리고, 홀더(5a)와, 슬리브(5b)(sleeve), 스터브(5c)(stub) 및 광파이버(5d)로 구성된 리셉터클(5)을 상기 가이드슬리브(4) 상에서 능동 정렬(active alignmnet) 방식으로 정렬하고 레이저 용접기로 용접하여 고정시킨다. 여기서, 능동 정렬 방식이라 함은 상기 스템(1a)에 부착되어 있는 레이저다이오드칩(1c)에 전류를 인가하여 광신호를 방출시키면, 방출되는 신호가 볼렌즈(3)를 통하여 일정한 거리에서 상이 맺히게 되고, 상기 광파이버(5d)가 중앙에 삽입된 스터브(5c)를 상기 상이 맺히는 위치에 정렬되도록 하면, 정렬도에 따라 페룰(9)로부터 광파이버(5d)로 전달되는 광신호의 양이 달리 검출되는데, 이 때 검출된 광신호의 출력값이 가장 클 때를 찾아내어 정렬하는 방법을 말한다. 이러한 능동 정렬 방식은 통상적인 광파이버와 광소자 간의 정렬 및 패키징에 사용하는 방식이다.

광수신 서브어셈블리(ROSA)의 경우에는 광파이버가 삽입된 리셉터클과 포토다이오드를 정렬하여 조립하게 되며, 조립 공정은 광송신 서브어셈블리의 조립 공정과 대동소이하다.

전술한 것과 같이, 광수신 서브어셈블리의 조립시 레이저다이오드칩(1c)에서 생성된 광신호가 볼렌즈(3)를 거쳐서 상이 맺히는 지점에 상기 광파이버(5d)의 중심이 정확하게 일치해야 광정렬이 쉽고 광효율이 좋아진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 광송수신 모듈용 광송신 서브어셈블리 또는 광수신 서브어셈블리는 상기 광파이버(5d)를 고정하고 있는 스터브(5c)의 가공정도, 스터브(5c)와 슬리브(5b) 간의 공차 및 가공축의 어긋남, 가이드슬리브(4)와 스터브(5c)의 가공오차와 축의 어긋남 등의 요인에 의해 그 정렬도가 달라지게 되므로, 정렬이 어렵고, 정렬 후 정확도를 보장하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기 존의 광파이버가 내삽된 스터브를 사용하지 않고, 리셉터클과 TO-CAN 간의 정렬이 용이하고 정확하게 이루어질 수 있는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클과 그 제조장치 및 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 광원과, 상기 광원으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 볼렌즈를 구비한 광송신/수신 패키지와, 상기 광송신/수신 패키지와 정렬되어 결합되는 리셉터클로 구성된 광송수신 모듈용 광송신/수신 서브어셈블리에 있어서, 상기 리셉터클은, 양단이 관통되게 형성된 중공의 홀더와; 상기 홀더의 내측에 결합되며, 양단이 관통되게 형성된 중공의 슬리브와; 상기 슬리브의 내주면에 가열에 의해 융착되어 고정되는 저융점 글라스로 된 렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클이 제공된다.

본 발명의 다른 한 관점에 따르면, 내측에 저융점 글라스가 삽입된 슬리브가 삽입되어 지지되는 하부 금형과; 일단부에 상기 렌즈 형상과 상응하는 형상의 렌즈형성홈이 형성되며, 상기 하부 금형의 일측에 결합되어, 가열에 의해 용융된 저융점 글라스를 가압하여 렌즈를 성형하고 슬리브 내측에 융착시키는 상부 금형과; 상기 하부 금형 및 상부 금형이 투입되며, 상기 저융점 글라스를 그의 융점 온도 이상으로 가열하는 가열장치를 포함하여 구성된, 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 한 관점에 따르면, 하부 금형에 슬리브와 저융점 글라스 를 삽입하는 단계; 렌즈와 상응하는 렌즈형성홈이 슬리브 내의 저융점 글라스와 연접하도록 상부 금형을 하부 금형의 일측에 안착시키는 단계; 하부 금형과 상부 금형을 가열장치에 투입하고, 가열장치 내에서 저융점 글라스를 융점 온도 이상으로 가열하는 단계; 상부 금형을 가압하여 저융점 글라스를 렌즈 형태로 성형하고 슬리브 내면에 융착시키는 단계; 하부 금형과 상부 금형을 가열장치에서 인출하고 분리시키는 단계를 포함하여 구성된, 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클과 이 리셉터클을 제조하는 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이해를 명확히 할 수 있도록 하기 위하여, 이하에서는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클에 대한 실시예로서 광송신 서브어셈블리(TOSA)에 적용되는 리셉터클을 예시하지만, 본 발명은 광수신 서브어셈블리(ROSA)의 리셉터클에도 동일 또는 유사하게 적용할 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 광송신 서브어셈블리를 나타낸 것으로, 본 발명의 광송신 서브어셈블리(TOSA)는, 출력단자(12)가 형성된 스템(11) 상에 광신호를 생성하는 레이저다이오드칩(13)이 부착되어 구성된 TO-CAN 패키지(10)와, 상기 레이저다이오드칩(13)으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 볼렌즈(30)가 부착된 캡(20)과, 상기 캡(20)이 삽입되어 고정되는 가이드슬리브(40)와, 상기 가이드슬리브(40)의 타측에 정렬되어 고정되는 리셉터클(50)을 포함하여 구성된다.

상기 리셉터클(50)은 양단이 관통되게 형성된 중공의 원통형 형상의 홀더(51)와, 상기 홀더(51)의 내측에 결합되며 양단이 관통되게 형성된 중공의 슬리브(52)와, 상기 슬리브(52)의 내주면에 가열에 의해 융착되어 고정되는 저융점 글라스로 된 렌즈(53)로 구성된다.

상기 렌즈(53)는 일면이 대략 반구형으로 형성되며, 상기 레이저다이오드칩(13)에서 발생한 광신호가 볼렌즈(30)를 통하여 상이 맺히는 지점에 정렬된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 광송신 서브어셈블리는 다음과 같이 조립된다.

먼저, 상기 레이저다이오드칩(13)을 스템(11)에 부착하고, 상기 볼렌즈(30)가 부착된 캡(20)을 상기 스템(11)에 정렬하여 부착한다. 이어서, 상기 캡(20)을 가이드슬리브(52)의 일단부 내측으로 삽입하여 고정시킨다. 그리고, 상기 렌즈(53)가 부착된 리셉터클(50)을 상기 가이드슬리브(52)의 타측에 능동 정렬한 다음 레이저 용접 등의 방식으로 고정시킨다.

여기서, 상기 리셉터클(50)을 능동 정렬하는 방식은 다음과 같다.

상기 레이저다이오드칩(13)으로부터 발생된 광신호는 볼렌즈(30)를 통해 상 기 렌즈(53)에 집광된다. 이 때, 페룰(9)을 통해 상기 렌즈(53) 쪽으로 광신호가 전달되고, 렌즈(53)의 위치를 미세하게 조정하면서 상기 페룰(9)에서 전달되는 광신호를 측정하여 광출력값이 최대가 되는 위치에서 렌즈(53)의 위치를 정렬한다.

한편, 상기 리셉터클(50)의 슬리브(52)에 고정되는 렌즈(53)는 대략 400~600℃ 의 융점 온도를 갖는 저융점 글라스로 제작된다. 도 3과 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 상기 렌즈(53)가 슬리브(52)에 일체로 형성되는 과정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a에 도시된 것과 같이, 슬리브(52)와 저융점 글라스(G)를 하부 금형(101)에 삽입한다(도 3에서 단계 S1). 이어서, 도 4b에 도시된 것처럼 상기 하부 금형(101)을 가이드부싱(103)의 내측으로 삽입한다(도 3에서 단계 S2). 여기서, 상기 단계 S2와 단계 S1은 역순으로 수행될 수도 있다. 즉, 가이드부싱(103)에 하부 금형(101)을 삽입한 다음, 하부 금형(101)에 슬리브(52)와 저융점 글라스(G)를 삽입할 수도 있을 것이다. 또한, 상기 가이드부싱(103)과 하부 금형(101)은 개별체로 형성되지만, 일체로 형성될 수도 있다.

상기 가이드부싱(103)에는 성형 과정에서 발생하는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기공(104)이 형성됨이 바람직하다. 상기 배기공(104)은 0.1㎜ ~1.0㎜의 크기로 형성됨이 바람직하다.

이어서, 도 4c에 도시된 것처럼, 상기 가이드부싱(103)의 상측 개구부를 통해 상부 금형(102)을 삽입하여 하부 금형(101)의 상측에 상부 금형(102)을 안착시킨다(도 3에서 단계 S3). 상기 상부 금형(102)은 그 외주면이 상기 가이드부 싱(103)의 내주면에 연접하여 안내되는 가동부(102a)와 상기 가동부(102a)의 중앙에서 하측으로 연장되어 하부 금형(101)의 내측, 엄밀히 말하면 슬리브(52) 내측으로 삽입되는 성형부(102b)로 이루어지며, 상기 성형부(102b)에는 렌즈(53)(도 2참조)를 성형하기 위한 반구형의 렌즈형성홈(102c)이 오목하게 형성된다.

상기와 같이, 하부 금형(101)과 가이드부싱(103) 및 상부 금형(102)이 결합되면, 도 4d에 도시된 것과 같이 상기 하부 금형(101)과 가이드부싱(103) 및 상부 금형(102)을 가열장치(105) 내부로 투입한다(도 3에서 단계 S4).

상기 가열장치(105) 내부로 투입된 하부 금형(101)과 가이드부싱(103) 및 상부 금형(102)은 히트플레이트(106) 상에 안착되고, 이 히트플레이트(106)를 통해서 하부 금형(101)으로 열이 전달되어 하부 금형(101) 내의 저융점 글라스(G)를 융점 온도 이상으로 가열하여 용융시킨다. 이 때, 도 4e에 도시된 것과 같이, 상부 금형(102)의 상측에서 푸셔(107)가 하강하여 상부 금형(102)을 아래쪽으로 가압하게 되면, 상부 금형(102)의 성형부(102b)가 용융된 저융점 글라스를 가압하게 되고, 저융점 글라스는 렌즈형성홈(102c)에 의해 렌즈(53)형태로 성형됨과 동시에 슬리브(52)의 내측에 틈새없이 밀착되면서 융착된다(도 3에서 단계 S5). 이 때, 저융점 글라스 렌즈(53)를 성형하는 과정에서 연소가스가 발생할 수 있는데, 발생된 연소가스는 가이드부싱(103)의 배기공(104)을 통해서 배출되면서 금형의 수명 저하를 방지하고, 렌즈(53) 면이 균일하게 유지되도록 한다.

성형이 완료되면, 하부 금형(101)과 가이드부싱(103) 및 상부 금형(102)은 가열장치(105)에서 인출되고, 성형된 저융점 글라스 렌즈(53)는 상온에서 냉각되면 서 성형된 형태를 유지함과 동시에 슬리브(52) 내주면에 견고하게 융착되어 고정된다(도 3에서 단계 S6).

이로써 저융점 글라스 렌즈(53)가 슬리브(52) 내측에 일체로 고정되고, 상기 슬리브(52)가 리셉터클(50)의 홀더(51) 내측에 결합됨으로써 리셉터클(50)의 제작이 완료된다.

상기와 같이 저융점 글라스 렌즈(53)를 가열, 압착하는 과정에서 저융점 글라스가 상부 금형(102)과 하부 금형(101)의 표면에 융착되는 것을 방지하고, 금형 수명을 연장하기 위하여, 하부 금형(101)과 상부 금형(102), 엄밀히 말하면 상부 금형(102)의 렌즈형성홈(102c) 표면은 특수코팅 처리됨이 바람직하다.

상술한 것과 같이, 저융점 글라스 렌즈(53)가 리셉터클(50)의 슬리브(52) 내에 융착되어 일체로 고정되면, 종래에 비하여 TO-CAN 패키지(10)에 대한 리셉터클(50)의 정렬이 용이해지며, 정렬 정확도가 향상되는 이점을 얻을 수 있다.

즉, 종래에는 광파이버(5d)(도 1참조)가 내삽된 스터브(5c)(도 1참조)를 이용하여 리셉터클(5)을 능동 정렬하였는 바, 스터브(5c)와 슬리브(5b)(도 1참조) 간에 공차가 있거나 축이 어긋나게 되면 정렬이 어려울 뿐만 아니라 정렬의 정확도가 저하되었다.

하지만, 본 발명과 같이 렌즈(53)가 슬리브(52) 내측에 일체로 고정되어 능동 정렬을 수행하게 되면, 공차 등에 의한 정렬 정확도 저하 문제가 없어지게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 저융점 글라스로 된 렌즈가 리셉터클의 슬리브 내측에 일체로 융착되어 고정되므로 리셉터클의 능동 정렬이 용이하게 이루어지며, 정렬 정확도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 리셉터클의 부품수를 줄일 수 있어 생산 원가를 절감할 수 있는 효과도 있다.

Claims

광원과, 상기 광원으로부터 전해지는 광신호를 모으기 위한 볼렌즈를 구비한 광송신/수신 패키지와, 상기 광송신/수신 패키지와 정렬되어 결합되는 리셉터클로 구성된 광송수신 모듈용 광송신/수신 서브어셈블리에 있어서,

상기 리셉터클은,

양단이 관통되게 형성된 중공의 홀더와;

상기 홀더의 내측에 결합되며, 양단이 관통되게 형성된 중공의 슬리브와;

상기 슬리브의 내주면에 가열에 의해 융착되어 고정되는 저융점 글라스로 된 렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클.
내측에 저융점 글라스가 삽입된 슬리브가 삽입되어 지지되는 하부 금형과;

일단부에 상기 렌즈 형상과 상응하는 형상의 렌즈형성홈이 형성되며, 상기 하부 금형의 일측에 결합되어, 가열에 의해 용융된 저융점 글라스를 가압하여 렌즈를 성형하고 슬리브 내측에 융착시키는 상부 금형과;

상기 하부 금형 및 상부 금형이 투입되며, 상기 저융점 글라스를 그의 융점 온도 이상으로 가열하는 가열장치를 포함하여 구성된, 제 1항의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클을 제조하는 장치.
제 2항에 있어서, 상기 상부 금형이 하부 금형 쪽으로 이동하여 저융점 글라스를 가압할 때, 상부 금형의 이동을 안내하는 가이드부싱을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조장치.
제 2항에 있어서, 상기 가열장치 내에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 상기 상부 금형을 상측에서 가압하는 푸셔를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조장치.
제 3항에 있어서, 상기 가이드부싱에는 렌즈의 성형시 발생하는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기공이 형성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조장치.
하부 금형에 슬리브와 저융점 글라스를 삽입하는 단계;

렌즈와 상응하는 렌즈형성홈이 슬리브 내의 저융점 글라스와 연접하도록 상부 금형을 하부 금형의 일측에 안착시키는 단계;

하부 금형과 상부 금형을 가열장치에 투입하고, 가열장치 내에서 저융점 글라스를 융점 온도 이상으로 가열하는 단계;

상부 금형을 가압하여 저융점 글라스를 렌즈 형태로 성형하고 슬리브 내면에 융착시키는 단계;

하부 금형과 상부 금형을 가열장치에서 인출하여 저융점 글라스 렌즈를 냉각시킨 후 분리시키는 단계를 포함하여 구성된, 제 2항의 제조장치를 이용하여 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클을 제조하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 상부 금형을 하부 금형에 안착하기 전에 하부 금형에 가이드부싱을 결합시키는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈의 광송신/수신 서브어셈블리용 리셉터클의 제조방법.