KR100861063B1 - 광 변조기 모듈 패키지 - Google Patents

광 변조기 모듈 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 광이 출입할 수 있는 관통 홀이 형성되고, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있는 기판, 관통 홀에 수용되며, 광 변조기 소자로 입사되는 입사광과 광 변조기로부터 출사되는 회절광을 통과시키는 광 투과성 덮개, 기판의 일면에 부착되어 광 변조기 소자와 드라이버 집적회로를 기판에 실장하기 위한 금속 접속부를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지가 제시된다. 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자와 일정 간격으로 이격되어 설치되는 광 투과성 덮개를 임베디드 형식으로 기판내에 수용함으로써, 모듈 패키지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
광 변조기, 기판, 관통 홀, 광 투과

Description

광 변조기 모듈 패키지{Optical modulator module package}
도 1은 종래 기술에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 분해 사시도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.
도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.
도 2e는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지와 종래 기 술에 따른 광 변조기 모듈 패키지를 비교한 비교도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 기판
220, 240 : 드라이버 집적회로
230 : 광 변조기 소자
250 : 광 투과성 덮개
본 발명은 광변조기에 관한 것으로, 특히 광 변조기 모듈 패키지에 관한 것이다.
광변조기는 광섬유 또는 광주파수대(光周波數帶)의 자유공간을 전송매체로 하는 경우에 송신기에서 신호를 빛에 싣는(광변조) 회로 또는 장치이다. 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 현재 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 광변조기는 멤스 기술과 관련되는데, 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)는 반도체 제조기술을 이용해 실리콘 기판 위에 3차원의 구조물을 형성하는 기술이다. 이러한 멤스의 응용 분야는 매우 다양하며, 예를 들면, 차량용 각종 센서, 잉크젯 프린터 헤드, HDD 자기헤드 및 소형화 및 고기능화가 급진전되고 있는 휴대형 통신기기 등을 들 수 있다. 멤스 소자는 기계적인 동작을 하기 위해서 기판상에서 요동 가능하도록 부상된 부분을 가진다. 멤스는 초소형 전기기계시스템 또는 소자라고 부를 수 있는데, 그 응용의 하나로서 광학분야에 응용되고 있다. 마이크로머시닝 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다. 별도로 제작한 반도체 레이저를 미리 마이크로머시닝 기술로 제작한 고정대에 장착하고 마이크로 프레넬 렌즈, 빔스플리터, 45ㅀ반사미러를 마이크로머시닝 기술로 제작하여 조립할 수 있다. 기존의 광학시스템은 크고 무거운 광학대 위에 미러, 렌즈 등을 조립기구를 이용하여 시스템을 구성한다. 또한, 레이저의 크기도 크다. 이렇게 구성한 광학시스템의 성능을 얻기 위해서는 정밀한 스테이지를 이용하여 광축 및 반사각, 반사면 등을 꽤 많은 노력을 거쳐서 정렬해야 하는 문제점이 있다.
현재, 초소형 광시스템은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 정보통신장치, 정보 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다. 예를 들면, 마이크로 미러, 마이크로렌즈, 광섬유고정대 등의 마이크로 광학부품은 정보저장기록장치, 대형화상 표시장치, 광통신소자, 적응광학에 응용할 수 있다.
여기에서, 마이크로 미러는 상하방향, 회전방향, 미끄러지는 방향 등의 방향과 동적 및 정적인 운동에 따라 여러가지로 응용된다. 상하방향의 운동은 위상보정기나 회절기 등으로 응용되고, 기울어지는 방향의 운동은 스캐너나 스위치, 광신호 분배기, 광신호감쇠기, 광원어레이 등으로, 미끄러지는 방향의 운동은 광차폐기나 스위치 광신호 분배기 등으로 응용된다.
마이크로 미러의 크기는 10∼1000㎛ 정도이고, 미러의 개수는 1∼106 개 정도가 제작되어 응용되고 있다. 대형화상표시장치는 크기가 10∼50㎛ 정도로 작지만 미러수가 화소수만큼 필요하기 때문에 백 만 개 정도의 미러가 필요하다. 그러나, 적응광학이나 광신호분배기의 경우에는 미러의 크기는 수백 ㎛정도로 다소 커지나, 개수는 줄어서 수백 개 정도가 필요하다. 스캐너나 광학 픽업장치의 경우, 미러는 수 mm정도로 커지고 1개로도 응용이 충분하다. 이와 같이 응용에 따라 크기와 개수가 매우 다르며, 동작 방향 및 동적 또는 정적인 동작에 따라서 응용이 달라진다. 물론 그에 따른 마이크로 미러의 제작방법도 달라진다. 대형 화상표시장치의 미러는 크기가 수십 ㎛정도인데 응답시간은 수십 ㎲정도로 상당히 빠르고, 적응광학이나 광신호 분배기의 미러는 크기가 수백 ㎛정도이고 수백 ㎲정도이다. 크기가 수 mm 정도인 미러는 스캐너 등에 쓰이는데 응답시간은 수 ㎲정도이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 분해 사시도이다. 도 1a를 참조하면, 광 변조기 모듈 패키지(100)는 기판(110), 광 투과성 기판(120), 광 변조기 소자(130), 드라이버 집적회로(140a 내지 140d), 열방출판(150) 및 커넥터(160)를 포함한다. 여기서, 광 투과성 기판(120)은 파일 피치(fine-pitch) 배선과 범프 어레이(bump array) 제작이 가능한 기판으로서 인쇄회로기판뿐만 아니라, 유리기판, 실리콘기판, LTCC 기판, multi-layer PCB 등이 될 수 있다.
기판(110)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 광 투과성 기판(120)은 하면이 기판(110) 상에 부착된다. 그리고 기판(110)에 형성된 구멍에 대응하여 광 변조기 소자(130)가 광 투과성 기판(120)의 상면에 부착된다.
광 변조기 소자(130)는 기판(110)의 구멍을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사한다. 광 변조기 소자(130)는 광 투과성 기판(120) 상에 플립칩 접속되어 있다. 주위에 접착제 등이 형성되어 있어 외부 환경으로부터 밀봉이 제공되고, 광 투과성 기판(120)의 표면을 따라 형성된 전기 배선에 의하여 전기적 접속이 유지된다.
드라이버 집적회로(140a 내지 140d)는 광 투과성 기판(120)이 부착된 광 변조기 소자(130)의 주변에 플립칩 접속되어 있으며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 광 변조기 소자(130)에 구동전압을 제공하는 역할을 한다.
열방출판(150)은 광 변조기 소자(130)와 드라이버 집적회로(140a 내지 140d)에서 발생된 열을 방출하기 위하여 구비되며 열을 잘 방출하는 금속성 물질이 사용된다.
도 1a에 도시된 광 변조기 모듈 패키지(100)의 제조방법은 기판(110)에 커넥터(160)를 부착하는 단계, 광 투과성 기판(120)에 광 변조기 소자(130) 및 드라이버 집적회로(140a 내지 140d)를 부착시키는 단계, 방열판(150)을 제공하는 단계, 기판(110)에 광 투과성 기판(120)를 적층하고 와이어 본딩을 수행하는 단계, 광 변조기 소자(130) 및 드라이버 집적회로(140a 내지 140d)에 열방출판(150)을 부착하는 단계 및 광 변조기 소자(130) 및 드라이버 집적회로(140a 내지 140d)를 실장하여 광 변조기 모듈 패키지(100)를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1a에 도시된 광 변조기 모듈 패키지(100)는 구성 부품이 매우 많은 편이며, 따라서 다수의 부품을 적정 공간에 실장해야 하므로, 모듈 패키지를 최소화하는데 한계가 있다. 또한, 광 변조기 소자(130)를 광 투과성 기판(120)에 직접 실장하기 위해서 광 투과성 기판(120)에 전기적/광학적 특성이 집중화 되며, 이를 구현하기 위한 광 투과성 기판(120)의 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 광 변조기 소자(130)가 광 투과성 기판(120)에 직접 실장됨으로써, 광 변조기 소자(130)와 광 투과성 기판(120) 간의 좁은 간격에 따라 이물 영향이 확대되는 문제점이 있다. 또한, 광 변조기 소자(130)를 광 투과성 기판(120)에 직접 실장하는 공정 중에 이물에 의한 오염의 문제, 스크래치가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 광 변조기 소자와 일정 간격으로 이격되어 설치되는 광 투과성 덮개를 임베디드 형식으로 기판내에 수용함으로써, 모듈 패키지를 최소화할 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기 소자를 광 투과성 덮개에 직접 실장하지 않음으로써 광 투과성 덮개에 전기적/광학적 특성이 집중되지 않는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 투과성 덮개에 전기적/광학적 특성이 집중되지 않으며, 표준 반도체 공정을 이용함으로써, 광 투과성 기판의 제작 비용이 저렴한 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 광 변조기 소자와 광 투과성 덮개 간의 이물 영향을 줄일 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 광 변조기 소자를 광 투과성 기판에 직접 실장하는 공정 중 발생하는 이물에 의한 오염의 문제를 줄일 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 변조기 소자가 표준 반도체 공정으로 제작된 실리콘 기판 위에 실장됨으로써 파인 피치(fine pitch) 응용에 보다 더 용이한 가능한 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 광 투과성 기판을 광변조기 소자에 대해 틸팅(tilting) 할 수 있음으로써 광학 노이즈를 줄일 수 있는 광 변조기 모듈 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광이 출입할 수 있는 관통 홀이 형성되고, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있는 기판, 관통 홀에 수용되며, 광 변조기 소자로 입사되는 입사광과 광 변조기로부터 출사되는 회절광을 통과시키는 광 투과성 덮개, 기판의 일면에 부착되어 광 변조기 소자와 드라이버 집적회로를 기판에 실장하기 위한 금속 접속부를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제시할 수 있다.
여기서, 관통 홀의 단면은 '□' 또는 '凸' 형상이며, 상기 광 투과성 덮개는 상기 관통 홀 중 상기 광 변조기 소자에 대향하여 수용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 기판의 관통 홀에 대응하여 기판에 실장되며, 기판의 관통 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사하는 광 변조기 소자, 광 변조기 소자의 주변에서 기판에 실장되며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 광 변조기 소자에 구동전압을 제공하는 적어도 하나의 드라이버 집적회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 광 투과성 덮개는 관통 홀에 미리 설정된 각도로 기울어져 수용될 수 있다.
여기서, 광 투과성 덮개의 기울기는 수평을 기준으로 4도일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광이 출입할 수 있는 제1 관통 홀이 형성되고, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있는 기판, 기판 상에 위치하며, 제1 관통 홀의 개방면을 포함하는 제2 관통 홀이 형성된 하우징, 제2 관통 홀에 수용되며, 광 변조기 소자로 입사되는 입사광과 광 변조기로부터 출사되는 회절광을 통과시키는 광 투과성 덮개, 기판의 일면에 부착되어 광 변조기 소자와 드라이버 집적회로를 기판에 실장하기 위한 금속 접속부를 포함하는 광 변조기 모듈 패키지를 제시할 수 있다.
여기서, 제2 관통 홀의 단면은 '□' 또는 '凸' 형상이며, 광 투과성 덮개는 제2 관통 홀 중 상기 광 변조기 소자에 대향하여 수용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 기판의 제1 관통 홀에 대응하여 기판에 실장되며, 기판의 제1 관통 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사하는 광 변조기 소자, 광 변조기 소자의 주변에서 기판에 실장되며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 광 변조기 소자에 구동전압을 제공하는 적어도 하나의 드라이버 집적회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 광 변조기 소자 및 드라이버 집적회로는 기판에 플립칩 접속될 수 있다.
또한, 광 변조기 소자는 에폭시 수지에 의해 사이드 실링될 수 있다.
여기서, 금속 접속부는 금속 범프 또는 금속 패드일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 일반적으로 외부로 신호를 전송하거나 외부로부터 신호를 수신하기 위한 멤스 패키지에 적용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 멤스 패키지 중 광 변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
미국특허번호 제5,311,360 호에 개시된 정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반 사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.
먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.
리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본 (제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
도 2a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광 변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(215), 절연층(225), 희생층(235), 리본 구조물(245) 및 압전체(255)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다.
기판(215)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(225)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(225) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(225(a), 225(b))이 형성될 수 있다.
희생층(235)은 리본 구조물이 절연층(225)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(245)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.
리본 구조물(245)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(245)의 형태는 상술한 바와 같이 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(255)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(245)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(225(a), 225(b))은 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b), 245(d))에 대응하여 형성된다.
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 어떠한 전압도 인가되지 않거나 또는 소정의 전압이 인가된 상태에서 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 nλ/2(n은 자연수)와 같다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))에서 반사된 광과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.
또한, 상기 인가된 전압과 다른 적정 전압이 압전체(255)에 인가될 때, 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 (2n+1)λ/4(n은 자연수)와 같게 된다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2 와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다.
이상에서는, 리본 구조물(245)과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격이 nλ/2 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.
이하에서는, 상술한 도 2a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다.
도 2c를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개 의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.
본 실시예에서 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(245(b)-1)로 인하여 리본 구조물(245) 상부에는 3개의 상부 반사층(245(a)-1)이 형성된다. 절연층(225)에는 2개의 홀(245(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(225)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(245(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 2a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.
수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(275)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(285-1, 285-2, 285-3, 285-4, …, 285-(k-3), 285-(k-2), 285-(k-1), 285-k)이 도시된다. 광 스캔 장치에서 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 다른 방향(예를 들면, 그 역 방향)으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.
여기서 본 발명에 따르면 광 변조기 소자와 이를 구동하기 위한 드라이버 집적회로는 기판에 실장되고, 광 변조기 소자에 입/출사되는 입사광 및 회절광을 투과하는 광 투과성 덮개는 광 변조기 소자와 일정 간격만큼 이격되어 마련된다.
이상에서 광 변조기 소자를 일반적으로 도시한 단면도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예는 크게 다음과 같이 3가지로 구분된다. 이하에서 차례대로 설명한다.
도 2e는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도이다. 도 2e를 참조하면, 광 변조기 모듈 패키지는 기판(210), 드라이버 집적 회로(220, 240), 광 변조기 소자(230), 광 투과성 덮개(250)를 포함한다.
기판(210)은 광 변조기 소자(230)에 입사광이 입사되거나 회절광이 출사될 수 있도록 관통 홀이 형성되어 있으며, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있다. 따라서 기판(210)은 드라이버 집적 회로(220, 240)에 외부 제어회로로부터 입력받은 제어신호를 전달한다. 여기서, 드라이버 집적 회로(220, 240)와 전기적 접속은 플립칩 본딩을 통하여 이루어질 수 있다. 여기서, 기판(210)은 그 일면에 부착되어 광 변조기 소자와 드라이버 집적회로를 기판에 실장하기 위한 금속 범프(또는 패드 : 금속 범프 및 패드를 통칭하여 금속 접속부로 칭할 수 있음)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 금속 범프와 금속 패드는 통상 사용되는 정도의 크기 차이를 가질 수 있다. 따라서 기판(210)에 형성된 금속 범프는 광 변조기 소자 또는 드라이버 집적회로에 형성된 금속 패드와 플립칩 접속을 할 수 있다. 또는 기판(210)에 형성된 금속 패드는 광 변조기 소자 또는 드라이버 집적회로에 형성된 금속 범프와 플립칩 접속을 할 수 있다. 여기서, 기판(210)은 파인 피치 공정이 가능한 반도체 실리콘 기판, 저온 동시 숙성 세라믹(LTCC : Low Temperature Cofired Ceramic) 또는 고온 동시 숙성 세라믹(HTCC : High Temperature Cofired Ceramic)으로 형성될 수 있다.
광 변조기 소자(230)는 기판(210)의 구멍에 대응하는 광 투과성 덮개(250)의 상면에 형성되어 있으며, 기판(210)에 형성된 관통 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사하는 역할을 한다. 여기서, 광 변조기 소자(230)는 기판(210)에 플립칩 접속될 수 있다.
또한, 광 변조기 소자(230)는 광 투과성 덮개(250)에 대응하여 기판(210)에 플립칩 접속되어 있으며, 단면이 장방형으로 한쪽 방향이 상대적으로 더 길게 형성되어 있다. 또한, 광 변조기 소자(230)는 주위에 접착제 등이 형성되어 있어 외부 환경으로부터 밀봉이 제공된다. 여기서, 밀봉을 위해서는 광 변조기 소자(230)의 주위에 댐을 형성하여 미리 설정된 디스펜싱(dispensing) 액을 이용하여 밀봉할 수 도 있다.
또한, 광 변조기 소자(230)는 에폭시 수지에 의해 사이드 실링(side sealing)될 수 있다. 즉, 광 변조기 소자(230)의 주변에 에폭시 수지를 부착시켜서 광 변조기 소자(230)를 보호할 수 있다. 즉 에폭시 수지는 일반적으로 경화 수지의 기계적 성질이 우수할 뿐만 아니라 치수 안정성이 매우 좋으며, 기계 가공성이 좋으므로, 이를 이용하여 광 변조기 소자(230)를 보호할 수 있다.
드라이버 집적회로(220, 240)는 광 투과성 덮개(250)가 부착된 광 변조기 소자(230)의 주변에 플립칩 접속되어 있으며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 광 변조기 소자(230)에 구동전압을 제공하는 역할을 한다. 또한, 드라이버 집적회로(220, 240)는 단면이 장방형이며, 광 변조기 소자(230)의 크기에 상응하여 필요에 따라 그 숫자는 증감될 수 있다. 즉, 도 2e를 참조하면, 드라이버 집적회로(220, 240)는 두개가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 여기서, 광 변조기 소자(230) 및 드라이버 집적회로(220, 240)가 광 투과성 덮개(250)에 직접 실장되지 않음으로써 파인 피치(fine pitch)가 가능하다. 즉, 일반적으로 유리와 같은 광 투과성 덮개(250) 보다 실리콘 기판과 같은 기판(210)에 회로 패턴을 형성하는 경우 미세한 회로 패턴 형성에 유리하다.
광 투과성 덮개(250)는 하면이 기판(210)에 형성된 관통 홀에 수용되며, 입사광 및 회절광이 양호하게 통과할 수 있도록 하기 위하여 양질의 광투과성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 광 투과성 덮개(250)는 유리가 될 수 있다. 또한, 광 투과성 덮개(250)의 일정 영역에는 광을 흡수하여 입사하는 광을 상면에 서 입사광 및 회절광의 투과를 효율적으로 하기 위해서 입사광 및 회절광이 투과되지 않는 영역에 흡수막 코팅 또는 난반사 구조로 제작될 수 있으며, 원치 않은 반사(radiation) 및 반사도 감소를 위하여 일면 또는 양면에 무반사코팅될 수 있다. 여기서 흡수막은 검은색의 금속이 사용될 수 있다. 또한, 기판(210)에 형성된 관통 홀의 단면은 '凸' 형상이며, 광 투과성 덮개(250)는 관통 홀 중 상기 광 변조기 소자(230)와 대향하여 즉, 관통 홀의 단면의 형상 중 넓게 개방된 부분에 위치할 수 있다. 따라서 광 투과성 덮개(250)는 관통 홀 중 좁게 개방된 부분에 형성된 기판(210)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 다른 실시예에 의하면, 기판(210)에 형성된 관통 홀의 단면은 '□' 형상이며, 광 투과성 덮개(250)는 관통 홀 중 광 변조기 소자에 대향하여 수용될 수 있다. 여기서, 소정의 접착제를 이용하여 광 투과성 덮개(250)를 관통 홀에 수용하여 고정시킬 수 있다.
여기서, 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 파인 피치(fine pitch)가 가능하다. 일반적으로, 유리기판에도 파인 피치 배선 제작 공정이 가능하지만, 파인 피치 배선을 제작하기 위해서는 드라이 에칭(dry-etching) 공정이 필요하다. 그러나, 유리기판에는 투과율 향상을 위해 무반사코팅(anti-reflection coating : AR coating) 을 하는 경우가 일반적이므로, 드라이 에칭 공정시 무반사코팅 막이 손상 받을 가능성이 크며, 유리기판에 전기적/광학적/기계적 특성이 집중됨으로써 가공이 어려워지고 단가가 올라가는 단점이 있다. 따라서 본 발명과 같이 실리콘기판을 사용함으로써 광투과성 기판의 여러 기능 중 전기/기계적 특성은 실리콘 기판이 담당하고 유리기판은 광학적 특성만 담당하는 것이 제작 면이나 가격면이나 성능 면에서 유리하다. 실리콘 기판을 사용할 경우에는 반도체 공정을 그대로 이용할 수 있기 때문에 파인 피치 배선 제작 가능하며 막의 접착력도 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 광 변조기 모듈 패키지는 기판(310), 드라이버 집적 회로(320, 340), 광 변조기 소자(330), 광 투과성 덮개(350)를 포함한다. 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
광 투과성 덮개(350)는 미리 설정된 각도만큼 기울어져서 기판(310)내에 수용된다. 즉, 기판(310)에 형성된 관통 홀의 형상을 광 투과성 덮개(350)가 기울어져서 장착될 수 있도록 제조한다. 여기서 광 투과성 덮개(350)가 기울이진 미리 설정된 각도는 입사광 및 회절광이 광 투과성 덮개(350)에서 반사되는 양이 최소한이 되는 각도이면, 그 값에 제한이 없음은 당연한다. 따라서 이러한 각도는 실험에 의해 설정될 수 있으며, 바람직하게는 기울기가 수평을 기준으로 4도 정도 되는 경우 반사 로스를 줄일 수 있다. 여기서, 광통신 소자의 경우 4도 정도 경사를 주어 광신호 반사 로스를 줄이는 방향으로 사용된다. 즉, 광 투과성 덮개(350)는 광 변조기 소자(330)와 평행인 경우보다 서로 일정 각도로 기울어진 경우 입사광 및 회절광이 광 투과성 덮개(350)에서 반사되는 양이 작아질 수 있으므로, 이러한 성질을 이용하여 광 투과성 덮개(350)를 일정한 각도만큼 기울여 기판(310)내에 수용한다.
여기서, 광 투과성 덮개(350)가 기판(310)에 형성된 관통 홀에 수용되는 형 태는 다양하게 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(310)에 형성된 관통 홀의 단면은 '凸' 형상이며, 광 투과성 덮개(350)는 관통 홀 중 넓게 개방된 부분에 위치할 수 있다. 여기서, 기판(310)에 형성된 관통 홀이 '凸' 형상에서 한쪽으로 기울어져서 광 투과성 덮개(350)는 광 변조기 소자(330)와 일정한 각도를 형성한다. 이 경우 광 투과성 덮개(350)는 기판(310)에 접착제에 의해 부착될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 의하면, 기판(310)에 형성된 관통 홀의 단면은 '+' 형상이며, 가운데 캐비티(cavity)에 광 투과성 덮개(350)를 수용할 수 있다. 이 경우 기판(310)을 제조하는 공정에 광 투과성 덮개(350)을 수용하는 공정이 추가될 수 있다. 또한, 광 투과성 덮개(350)가 기판(310)에 형성된 관통 홀에 의해 갇히게 되므로, 광 투과성 덮개(350)를 기판(310)에 부착하기 위한 별도의 접착제는 필요하지 않게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지의 단면도이다. 도 4을 참조하면, 광 변조기 모듈 패키지는 기판(410), 드라이버 집적 회로(420, 440), 광 변조기 소자(430), 광 투과성 덮개(450) 및 하우징(460)을 포함한다. 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
하우징(460)은 기판(410)의 일면에 부착되며, 기판(410)에 형성된 제1 관통 홀에 상응하는 제2 관통 홀이 형성된다. 따라서, 기판(410)을 제조하는 과정 중에 제1 관통 홀을 형성하고, 하우징(460)을 제조하는 과정 중에 제1 관통 홀의 개방면보다 더 큰 개방면을 가지는 제2 관통 홀을 형성한다. 이후 제1 관통 홀의 개방면 보다는 크고, 제2 관통 홀의 개방면보다는 작은 폭을 가지는 광 투과성 덮개(450)를 기판(410) 상에 증착한다. 따라서 제3 실시예에 따르면, 기판(410)에 제1 관통 홀을 형성하는 공정이 간단하고 단순하게 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지와 종래 기술에 따른 광 변조기 모듈 패키지를 비교한 비교도이다. 도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 광 변조기 모듈 패키지(a) 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지(b)가 도시된다. 종래 기술에 따른 광 변조기 모듈 패키지(a)는 광 투과성 기판(510) 및 광 변조기 소자(520)를 포함하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 변조기 모듈 패키지(b)는 기판(530), 광 투과성 덮개(550) 및 광 변조기 소자(540)를 포함한다.
광 투과성 덮개(550) 및 광 변조기 소자(540)간의 거리는 광 투과성 기판(510) 및 광 변조기 소자(520)간의 거리보다 크다. 따라서 본 발명에 따르면, 광 투과성 덮개(550) 및 광 변조기 소자(540)간에 게재될 수 있는 이물에 대한 영향이 작게 된다. 예를 들면, 광 투과성 덮개(550) 위에 부착된 이물 또는 스크래치 등에 의해 입사되는 입사광 또는 출사되는 회절광이 회절 또는 산란하는 경우 광 투과성 덮개(550) 및 광 변조기 소자(540)간의 거리가 크면 클수록 이러한 회절 또는 산란에 의한 영향은 작게 된다. 따라서 본 발명에 따르면, 광 투과성 덮개(550) 및 광 변조기 소자(540)간에 게재될 수 있는 이물에 대한 영향이 작아 질 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자와 일정 간격으로 이격되어 설치되는 광 투과성 덮개를 임베디드 형식으로 기판내에 수용함으로써, 모듈 패키지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자를 광 투과성 덮개에 직접 실장하지 않음으로써 광 투과성 덮개에 전기적/광학적 특성이 집중되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 투과성 덮개에 전기적/광학적 특성이 집중되지 않음으로써 광 투과성 기판의 제작 비용이 저렴한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 광 변조기 소자와 광 투과성 덮개 간의 이물 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 광 변조기 소자를 광 투과성 기판에 직접 실장하는 공정 중 발생하는 이물에 의한 오염의 문제를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변조기 모듈 패키지는 광 변조기 소자가 광 투과성 덮개에 직접 실장되지 않음으로써 파인 피치(fine pitch)가 가능한 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 광이 출입할 수 있는 관통 홀이 형성되고, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있는 기판;
    상기 관통 홀에 수용되며, 광 변조기 소자로 입사되는 입사광과 상기 광 변조기로부터 출사되는 회절광을 통과시키는 광 투과성 덮개;
    상기 기판의 일면 중 상기 관통홀의 면적을 커버하도록 상기 기판에 제 1 금속접속부를 통해 부착된 광 변조기 소자; 및
    상기 일면 중 상기 관통홀의 면적을 제외한 나머지 면적에 제 2금속접속부를 통해 부착된 드라이버 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속접속부 및 제2금속접속부는 금속 범프 또는 금속 패드인 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀의 단면은 '□' 또는 '凸' 형상이며, 상기 광 투과성 덮개는 상기 관통 홀 중 상기 광 변조기 소자에 대향하여 수용되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광변조기는 상기 기판의 관통 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사하고,
    상기 드라이버 집적회로는 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 광 변조기 소자에 구동전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과성 덮개는 상기 관통 홀에 미리 설정된 각도로 기울어져 수용되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과성 덮개는 수평을 기준으로 4도 기운 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀의 내부는 다단으로 형성되어 상기 광투과성 덮개를 지지하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지 광 변조기 모듈 패키지.
  8. 광이 출입할 수 있는 제1 관통 홀이 형성되고, 내부 또는 외면 중 적어도 하나에 회로가 형성되어 있는 기판;
    상기 기판 상에 위치하며, 상기 제1 관통 홀의 개방면을 포함하는 제2 관통 홀이 형성된 하우징;
    상기 제2 관통 홀에 수용되며, 광 변조기 소자로 입사되는 입사광과 상기 광 변조기로부터 출사되는 회절광을 통과시키는 광 투과성 덮개; 및
    상기 기판의 일면에 부착되어 광 변조기 소자와 드라이버 집적회로를 상기 기판에 각각 실장하기 위한 제1금속 접속부 및 제2금속 접속부를 포함하되,
    상기 광변조기는 상기 기판의 일면 중 상기 제1 관통 홀의 면적을 커버하도록 제1금속 접속부를 통해 부착되고, 상기 드라이버 집적회로는 상기 일면 중 상기 제1 관통 홀의 면적을 제외한 나머지 면적에 제2금속 접속부를 통해 부착된 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1금속 접속부 및 제2금속 접속부는 금속 범프 또는 금속 패드인 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀의 단면은 '□' 또는 '凸' 형상이며, 상기 광 투과성 덮개는 상기 제2 관통 홀 중 상기 광 변조기 소자에 대향하여 수용되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 제1 관통 홀에 대응하여 상기 기판에 실장되며, 상기 기판의 제1 관통 홀을 통하여 입사되는 입사광을 변조하여 회절광을 출사하는 광 변조기 소자; 및
    상기 광 변조기 소자의 주변에서 상기 기판에 실장되며, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 광 변조기 소자에 구동전압을 제공하는 적어도 하나의 드라이버 집적회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  12. 제4항 또는 제11항에 있어서,
    상기 광 변조기 소자 및 상기 드라이버 집적회로는 상기 기판에 플립칩 접속되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
  13. 제4항 또는 제11항에 있어서,
    상기 광 변조기 소자는 에폭시 수지에 의해 사이드 실링되는 것을 특징으로 하는 광 변조기 모듈 패키지.
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