KR100834648B1 - 광전 복합 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

광전 복합 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광전 복합 기판은 광도파로와, 상기 광도파로 상에 형성된 인쇄회로 기판과, 상기 광도파로의 하부에 밀착되게 형성된 적어도 하나의 보강재를 포함한다.
도파로, 인쇄회로 기판, 코어

Description

광전 복합 기판 및 그 제조 방법{OPTICAL AND ELECTRICAL HYBRID BOARD AND FABRICATING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광전 복합 기판의 단면을 도시한 도면,
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 광전 복합 기판의 제조 단계별 단면을 도시한 도면,
도 3a와 도 3b는 종래의 광전 복합 기판과 본 발명에 따른 광전 복합 기판의 수축 및 편차를 비교하기 위한 그래프.
본 발명은 회로 기판에 관한 발명으로서, 특히 광 도파로와 인쇄 회로 기판이 복합된 광전 복합 기판에 관한 발명이다.
휴대용 통신 단말기 또는 디지털 기기들의 고기능화 및 복합 기능을 구비한 형태로 개발됨에 따라서, 화상 데이터 전송 등 단거리 고속 데이터 전송 수단에 대한 요구가 증대되고 있다.
일반적인 데이터 전송 수단은 인쇄회로 기판 등을 이용한 전기적 연결 방법이 사용되고 있으나, 상술한 전기적 방식에 의한 데이터 전송은 고속 전송시 전자파 간섭(EMI; Electro-Magnetic Interference) 문제를 유발할 수 있다. 고속 전송시 전자파 간섭 등의 문제를 해결하기 위한 고속의 데이터 전송 수단으로는 광도파로와 인쇄회로 기판이 결합된 광전 복합 기판이 제시되고 있다.
통상의 광전 복합 기판은 광도파로와, 광도파로 상에 안착된 인쇄회로 기판과, 상기 인쇄회로 기판 상에 발광면 또는 수광면이 광도파로 측을 향하도록 안착된 광 소자를 포함해서 구성될 수 있다. 즉, 광 소자는 전기적 데이터 신호를 광신호로 변환시켜서 광도파로를 통해서 타 측의 광 소자로 전달하며, 광신호를 전달받은 광 소자는 광신호에서 데이터를 검출해낼 수 있다.
그러나, 광 도파로와 인쇄회로 기판이 복합된 광전 복합 기판은 광 도파로와 인쇄회로 기판의 형성 과정 중에, 열팽창 계수의 차로 인해서 광도파로에 불규칙적인 수축이 발생 될 수 있다. 더욱이 광도파로의 불규칙적인 수축으로 인해서 광 소자의 수동 정렬 방식에 의한 표면 실장 공정 적용이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 광도파로와 인쇄회로 기판의 결합에 있어서 광도파로의 불규칙적인 수축 발생을 억제해서 광소자의 수동 정렬이 가능한 광전 복합 기판을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 광전 복합 기판은,
광도파로와;
상기 광도파로 상에 형성된 인쇄회로 기판과;
상기 광도파로의 하부에 밀착되게 형성된 적어도 하나의 보강재를 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광전 복합 기판의 단면을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광전 복합 기판(100)은 광도파로(110)와, 상기 광도파로(110) 상에 형성된 인쇄회로 기판(120)과, 상기 광도파로(120)의 하부에 밀착되게 형성된 적어도 하나의 보강재(Stiffener; 140)와, 상기 인쇄회로 기판(120) 상에 안착된 광 소자들(131,132)을 포함한다.
상기 광 소자들(131,132)은 광이 출사되는 발광 면 또는 수광 면이 상기 인쇄회로 기판(120)에 대면하게 상기 인쇄회로 기판(120) 상에 안착된다. 즉, 상기 광 소자(131,132) 중 발광 가능한 광 소자(131)의 발광 면은 상기 인쇄회로 기판(120)의 상면에 대면하게 위치되고, 수광 가능한 광 소자(132)의 수광 면 역시 상기 인쇄회로 기판(120) 상면에 대면하게 위치된다.
즉, 상기 광 소자들(131,132)은 상기 광전 복합 기판(100)의 장축에 대해서 수직한 방향으로 광의 입사 및 출사가 가능하게 위치된다.
상기 광도파로(110)는 하부 클래드(lower clad; 112c)와, 상기 하부 클래드 (112)내에 상면이 노출되도록 매몰된 코어(core; 113)와, 상기 하부 클래드(112) 상에 상기 코어(113)의 노출된 상면을 덮도록 성장된 상부 클래드(upper clad; 114)를 포함한다. 상기 코어(113)는 양측 면이 상기 광도파로(110)의 장축에 대해서 경사지게 형성되며, 경사진 양측 면에 반사층(reflective layer; 113a, 113b)이 형성된다.
상기 코어(113)는 상기 하부 클래드(112) 내에 매몰되게 형성되며, 그 상면이 상기 상부 클래드(114) 하부 면의 일 부분과 접하게 위치된다. 또한, 상기 코어(113)는 광 도파의 경계 조건을 충족시키기 위해서, 상기 하부 및 상부 클래드(114, 112)보다 높은 굴절률의 재질로 구성될 수 있다.
즉, 상기 코어(113)는 상기 광 소자(131)에서 출사된 후 그(코어; 113) 내부에 결합된 광을 상기 상부 및 하부 클래드(114, 112)와의 경계에서 전반사 시키며 도파 시킬 수 있다.
상기 반사 층(113a, 113b)은 상기 코어(113) 양측의 경사진 면에 형성됨으로써, 상기 인쇄회로 기판(120)의 상면에 발광 면이 대면하게 위치된 광 소자(131)에서 출사된 광이 상기 코어(113)의 장축을 따라 진행할 수 있도록 반사시킨다. 상기 코어(113)를 따라 도파된 광은 타 측의 반사층(113b)에서 수광 면이 상기 인쇄회로 기판(120)의 상면에 대면하게 위치된 광 소자(132) 측으로 반사된다. 즉, 상기 반사 층들(113a, 113b)은 상기 광 소자(131)로부터 입사된 광을 상기 코어(113) 내부에서 도파될 수 있게 반사시키거나, 상기 코어(113) 내부에서 도파된 광이 해당 광 소자(132)로 출사될 수 있도록 반사시킨다.
상기 코어(113) 양측 면의 기울기는 상기 광 소자들(131,132)에서 광이 출사 및 입사되는 경로와, 상기 코어(113)에서 도파되는 광의 경로에 의해서 결정될 수 있다.
상기 인쇄회로 기판(120)은 상기 광도파로(110) 상에 위치된 절연층(121)과, 상기 절연층(121) 상에 형성된 도전성 패턴층(123)과, 상기 도전성 패턴층(123)을 덮도록 상기 절연층(121) 상에 형성된 솔더 레지스터 층(solder resist layer;122)을 포함한다.
상기 절연층(121)은 상기 광도파로(110)의 상부 클래드(114)에 접하게 형성되며, 그 상면에 상기 도전성 패턴층(122)이 형성된다. 상기 도전성 패턴층(123)의 일부는 상기 광 소자들(131,132)에 전기적 접점을 제공한다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 광전 복합 기판(100)의 제조 단계별 단면 구조를 도시한 도면이다. 도 2a는 서브 마운트(Sub-mount; 101) 상에 도전성 패턴층(123)이 형성되고, 상기 도전성 패턴층(123) 상에 절연층(121)이 형성된 인쇄회로 기판(110)의 단면을 도시한 도면이다.
상기 도전성 패턴층(123)은 구리(Cu)와 같은 도전 재질의 물질이 상기 서브 마운트(101) 상에 성장된 후, 전기 회로의 패턴(pattern)으로 식각에 의해 형성될 수 있다.
도 2b는 상기 절연층(121) 상면에 상부 클래드(114)가 성장되고, 상기 상부 클래드(114) 상면에 코어 층(113)이 성장된 단면 구조를 도시한 도면으로서, 상기 코어(113)의 양측 끝 단부에는 상기 코어(113)의 양 끝 단부을 식각시키기 위한 마스크들(Masks; 102a, 102b)이 형성된다.
도 2c는 상기 코어(113)가 매몰되도록 상기 상부 클래드(114) 상에 하부 클래드(112)가 성장된 구조를 도시한 단면으로서, 도 2a와 도 2b에 도시된 상기 서브마운트(101)는 제거된 상태이다.
도 2c에 도시된 코어(113)는 식각에 의해 양측 끝 단부가 제거된 상태로서, 양측 면은 경사지게 형성된다. 또한, 상기 코어의 양측 면에는 반사층들(113a, 113b)이 형성된다.
도 2d는 도 2c가 반전된 상태에서, 상기 도전성 패턴층(123)을 덮는 솔더 레지스터층(122)이 형성된 구조의 단면을 도시한 도면이다. 상기 솔더 레지스터층(122)은 상기 광 소자들(131,132)에 전기적 접점을 제공하기 위한 도전성 패턴층(123)의 일부분이 노출되도록 해당 부분이 식각에 의해 제거될 수 있다.
도 2d의 광전 복합 기판(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 광도파로(110)의 하부에 보강재들(140)이 부착되고, 상기 인쇄회로 기판(120)의 상부에 광 소자들(131,132)이 안착된 구조로 완성될 수 있다.
도 3a와 도 3b는 종래의 광전 복합 기판과 본 발명에 따른 광전 복합 기판의 수축 및 편차를 비교하기 위한 그래프이다. 도 3a와 도 3b의 x축은 광전 복합 기판의 수축 정도(수축량)를 의미하고, y축은 광전 복합 기판의 길이에 따른 수축 편차를 의미한다.
도 3a에 있어서, 점선(upper line)은 광전 복합 기판 상부의 수축을 의미하 고, 실선(bottom)은 광전 복합 기판 하부의 수축을 의미한다. 도 3a에 있어서 광전 복합 기판의 80~100㎜ 사이에서의 상부 및 하부에서의 수축 편차가 단절됨을 알 수 있다.
도 3b에서 실선은 종래 기술에 따른 광전 복합 기판의 수축량에 따른 수축 편차의 변화를 나타내고, 점선은 본 발명에 따른 광전 복합 기판의 수축 편차를 나타내는 그래프이다.
도 3b의 점선을 참조하면 광전 복합 기판의 전체 길이 방향에 대해서 수축 편차는 일정하고, 실선의 수축 편차가 적음을 알 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광전 복합 기판의 수축량이 100~150㎜ 일 경우의 인쇄회로 기판의 수축 편차(◆)는 0.01~0.02㎜ 범위의 사이에 분포되나, 완성된 상태의 수축 편차는 점선에 도시된 바와 같이 0.01㎜ 이하에서 분포됨을 알 수 있다.
반면에, 종래 광전 복합 기판의 수축 편차(
Figure 112007016036838-pat00001
,
Figure 112007016036838-pat00002
)는 다수에 걸쳐 측정한 ㄱ그래프로서, 광전 복합 기판의 수축량에 따른 수축 편차의 기울기가 본원 발명에 비해서 크게 나타남을 알 수 있다.
본 발명에 따른 광전 복합 기판(100)은 길이 방향에서 불규칙하게 발생하는 수축 편차를 최소화시킴으로써 광축 정렬 후 발생 가능한 광축의 틀어짐과 같은 문제를 최소화시킬 수 있다.
이종 물질의 접합은 열을 가하는 공정을 수반하며, 이는 냉각과 가열을 과정이 반복되는 중에 수축을 유발한다. 본 발명에 따른 광전 복합 기판(100)은 제조 공정 중에 서브 마운트(101)를 부착함으로써, 열경화에 의한 열수축 패창에 의한 변위들을 최소화시킬 수 있다. 즉, 상기 서브 마운트(101)는 광전 복합 기판(100)의 제조 중의 가열에 의해서 제조 단계별 구성 품들의 수축을 억제하므로, 전체 공정의 완료 후에 수축 편차가 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 광전 복합 기판은 광도파로 하부에 보강재를 형성함으로써, 광축 정렬시 수축으로 인한 오차를 최소화시킬 수 있다. 또한, 광전 복합 기판의 위치에 따른 수축의 표준 편차를 최소화시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명은 열팽창 계수가 광도파로와 인쇄회로 기판에 비해서 큰 서브 마운트를 사용하고, 광도파로와 인쇄회로 기판이 접합된 공정 이후에 서브 마운트를 제거함으로써 공정 중에 발생 가능한 불규칙 수축을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 수축 편차가 작은 광전 복합 기판을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광전 복합 기판에 있어서,
    광도파로와;
    상기 광도파로 상에 형성된 인쇄회로 기판과;
    상기 광도파로의 하부에 밀착되게 형성된 적어도 하나의 보강재를 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 광도파로는,
    코어와;
    상기 코어의 상부 및 하부에 성장된 상부 및 하부 클래드를 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 광도파로는,
    상기 코어의 장축에 수직한 측면에 형성된 반사 층을 더 포함하며,
    상기 반사 층이 형성된 상기 코어의 양 측면은 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 광전 복합 기판.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판은,
    상기 광도파로 상에 위치된 절연층과;
    상기 절연층 상에 형성된 도전성 패턴층과;
    상기 도전성 패턴층을 덮도록 상기 절연 층 상에 형성된 솔더 레지스터 층을 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 광전 복합 기판은,
    수광 및 발광 면이 상기 광도파로에 대향되도록 상기 인쇄회로 기판 상에 안착된 광 소자들을 더 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판.
  6. 광전 복합 기판의 제조 방법에 있어서,
    서브 마운트 상에 도전성 패턴층과 절연층을 순차적으로 적층된 인쇄회로 기판 형성 과정과;
    상기 절연층 상에 광도파로를 형성하는 과정과;
    상기 서브 마운트을 제거하는 과정과;
    상기 인쇄회로 기판 상에 상기 도전성 패턴층을 덮는 솔더 레지스터 층을 형성하는 과정과;
    상기 광도파로의 하부에 보강재를 부착하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 광도파로는,
    상부 클래드와 코어를 상기 절연 층 상에 순차적으로 적층하는 과정과;
    상기 코어의 양 끝단에 마스크들을 형성해서 상기 코어의 양 끝단을 제거하고 경사면을 형성하는 과정과;
    상기 상부 클래드 상에 상기 코어를 덮는 하부 클래드를 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 광전 복합 기판의 제조 방법.
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