KR100902433B1 - 수동 정렬을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저비용의 섬유 어레이 액세스 구성요소에 대한 정밀 및 수동 정렬 기술과 같은 정밀 및 수동 정렬을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 레이저 캐리어는 복제된 캐리어상의 정렬 구조를 사용하여 MT-인터페이스에 수동 정렬된다. 레이저 캐리어는 플래너 중합체 도파관을 갖는 실리콘 기판상에 장착된 플립-칩, 자기-정렬 반도체 레이저에 기초한다. 본 발명에 따르는 정렬에 대한 개념이 중합체 캐리어(5)상에 장착된 레이저 캐리어(1)의 정면도로서 도 1에 도시되어 있다.

Description

수동 정렬을 위한 방법 및 장치{NETHOD AND DEVICE FOR PASSIVE ALIGNMENT}

본 발명은 저비용 섬유 어레이 액세스 구성요소에 대한 정밀(precision) 및 수동 정렬 기술과 같은 정밀 및 수동 정렬을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

실리콘 및 중합체(polymer)에 대한 마이크로 구조 결합 기술은 MT-인터페이스를 갖는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 도파관(waveguide) FTTF 어레이 구성요소를 제조하기 위해 사용되었다. 수동 정렬 구조는 모든 레이저 어레이, 다이오드 및 광 인터페이스를 위해 사용되어 왔다.

도 1은 본 발명에 따라 정렬의 개념을 갖는 중합체 캐리어상에 장착된 레이저 캐리어의 정면도.

도 2는 본 발명에 따라 캐리어 구조에 적응되는 정렬 트랜치(trenches)를 갖는 레이저 캐리어의 평면도.

도 3은 몰드(mould) 삽입체 및 형성된 중합체 캐리어에서 정렬 구조를 도시하는 본 발명에 따르는 중합체 캐리어의 정면도.

광대역 사회는 전기 통신 네트워크의 증가된 용량을 요구한다. 오늘날, 최종 사용자에게 광 단일 모드 섬유를 배치하는데 있어 구성요소에 대한 비용은 수용하기 어려울 정도로 고가이다. 비용을 감소시키기 위해, 어레이 기술, 수동 정렬 및 플라스틱 캡슐화(encapsulation)에 노력이 집중되어야 한다.

규정된 조합과 시퀀스의 기술은 후술되는 저 비용 FTTH를 실현하기 위한 선결조건이다: 실리콘 마이크로 매칭(silicon micromachining), 인화인듐(indiumphosfide, InP) 레이저 다이오드 어레이 기술, 벤조사이클로 부텐(BCB) 도파관, 자기 정렬(self-aligning) 땝납 범프(bumps)에 의한 도파관에 대한 레이저 다이오드 어레이의 수동 정렬, 광 MT 인터페이스에 대한 도파관의 수동 정렬-마이크로 복제 기술 및 플라스틱 캡슐화.

레이저 캐리어(carrier)는 저비용의 복제된 캐리어상의 정렬 구조를 사용하여 MT-인터페이스에 수동 정렬된다. 레이저 캐리어는 플래너(planar) 중합체 도파관을 갖는 실리콘 기판상에 장착되는 플립-칩(flip-chip), 자기 정렬 반도체 레이저에 기초한다. 본 발명에 따르는 정렬에 대한 개념은 중합체 캐리어상에 장착되는 레이저 캐리어의 정면도인 도 1에 도시되어 있다.

따라서, 저비용 어레이 레이저 구성요소에 대한 신규한 개념이 평가받게 되었다. 레이저 및 도파관 사이와 도파관 및 광 MT 인터페이스 사이에서 수동 정렬 기술이 형성될 수 있다. 발견된 프로세스 및 발견된 프로세스 시퀀스가 장차 양호한 광 특성을 갖는 비용 효율적인 상업용 구성요소를 제조하는 요건을 충족시켜서 작용할 수 있다.

본 발명이 지금부터 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 2를 참조하면, 레이저 캐리어(1)는 AuSn 땝납 범프를 사용하여 캐리어상의 도파관(3)에 수동 정렬된 가장자리-방출(edge-emitting) SM 레이저 어레이(2)를 포함한다. 참조 번호 /1/ 및 /2/를 참조하면, 이 정렬 방법은 정밀 단일 모드(single mode precision)를 제공하기 위해 사전에 도시되어 있다. 정렬은 용해 단계(melted phase)에서 범프가 생성되는 표면 장력(tension)에 의해 달성된다. 참조 번호 /3/을 참조하면, 예를 들어, 실리콘 기판상의 BCB의 플래너 도파관(3)은 레이저 어레이(2)로부터의 광을 캐리어(1)의 가장자리로 전도하여서, 접속용 도선 접속이 없이 나중에 통합될 도파관 기능을 갖는 레이저 구성요소를 가능하게 한다. 도 2를 참조하면, MT-인터페이스에 캐리어(1)를 정렬시키기 위해, 정렬 트랜치(4)가 바람직하게는 실리콘으로 제조된 캐리어(1)의 바깥부분으로 에칭(etched)된다.

이어서, 도 1을 참조하면, 레이저 캐리어(1)는 중합체 캐리어(5)상에 뒤집혀(upside down) 위치되고, 레이저 캐리어상의 정렬 트랜치(4)를 수직 정렬 구조(6)에 피팅(fitting)하고 도파관(3)을 중합체 캐리어상의 수평 정렬 구조(7)에 피팅함으로써 MT-인터페이스에 수동적으로 위치된다. 도 3 및 참조 번호 /4/를 참조하면, 중합체 캐리어는 바람직하게는 몰드 삽입체(insert)(8)로서 마이크로 구조(micro structured) 실리콘을 갖는 전사 몰딩(transfer moluding)에 기초하는, 복제 기술을 사용함으로써 만들어진다. 몰드 삽입체은 MT-인터페이스에 대한 상이한 크기의 V-홈을 포함하고, 중합체 캐리어에서 수직 정렬 구조(6) 및 수평 정렬 구조(7)를 나중에 생성시키기 위해선 수직 정렬 및 수평 정렬되어야 한다. 레이저 어레이를 위한 공간을 만들기 위해, 캐비티(cavity)가 중합체 캐리어의 정렬 구조 뒤에 형성될 수 있다. 이것은 몰드 삽입체상에서 접합된 빌딩 블록을 사용하여 행해지는 것이 바람직하다. 참조 번호 /4/ 및 /5/를 참조하면, 복제된 구조의 치수 제어 및 낮은 열 팽창을 달성하기 위해 수정으로 채워진 에폭시(Quartz filled epoxy)가 중합체로서 사용된다. 도 1을 참조하면, 복제된 캐리어의 MT 유도 홀(9)은 복제 단계 동안 몰드 삽입체상에 MT 유도 핀(10)을 위치시킴으로써 만들어진다.

이어서, 리드 프레임(lead frame)이 레이저 캐리어의 배면(backside)상에 장착되고 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전극에 접속된다. 이것은 레이저 캐리어가 중합체 캐리어에 접착하여 고정되기 전에 행해진다. 최종적으로, 이러한 패키지는 전사 몰딩을 사용하여 캡슐화되고 도파관 가장자리에서 옵티컬 피니시(optical finish)를 달성하기 위해 폴리싱(polished)된다.

레이저 어레이는 4개의 레이저 채널을 가질 수 있고, 여기에서, 단일 전극이 에피택셜(epitaxial) 측면에 나타날 수 있고, 레이저 어레이가 플립-칩 장착될 때, 캐리어에 접속될 수 있다. 접지 전극은 레이저 캐리어에 결합된 와이어이다.

레이저 캐리어는 실리콘상에서 건식 에칭 및 리소그래피(litography)를 갖는 표준 마이크로 구조 기술을 사용하여 제조된다. 전극은 리프트-오프(lift-off) 기술 및 Ti/Pt/Ni/Au의 e-빔 증발(e-beam evaporation)에 의해 만들어진다. 이어서, 금 및 주석은 땜납 범프로서 포토레지스트 마스크(photoresist mask)를 통해 전기 도금된다. 참조 번호 /3/을 참조하면, 플래너 BCB 도파관은 도파관 코어 사이에서, 하부 층 및 오버클래딩(overcladding) 층에 의해 조립된다. 이런 모든 층은 스핀닝증착 (spinning deposition)에 의해 실리콘 기판상에 증착되고, 도파관 코어의 패턴은 리소그래피 단계에서 만들어진다. 도파관의 단부 표면은 또한 건식 에칭되어서, 도파관의 날카로운 가장자리를 생성시킨다. 이것은 레이저로부터 도파관 코어로의 양호한 결합 효율을 얻기 위해 행해진다. 최종적으로, 정렬 트랜치는 마스킹 물질로서 산화물에 의해 DRIE(Deep Reactive Ion Etching, 깊은 반응성 이온 에칭)을 이용하여 기판에 에칭된다.

(100) 방향성의 실리콘 웨이퍼는 몰드 삽입체를 제조하기 위해서 KOH(30 vol.%)로 이방성적으로(anisotropically) 에칭된다. MT-유도 핀을 위한 v-홈이 두 개의 레벨로 이루어지기 때문에, 두 개의 다른 리소그래피 단계가 Si 산화물 및 Si 질화물과 함께 사용된다. 먼저, 더 큰 MT-구조가 마스킹 물질로서 질화물로 에칭된다. 질화물을 제거한 이후에, 나머지 구조는 밑에 있는 산화물 마스크로 에칭된다. 빌딩 블록을 생성시키기 위해, 또 다른 실리콘 웨이퍼가 이러한 웨이퍼의 상부에 융해 결합된다. 이어서, 빌딩 블록 구조는 이러한 접착된 웨이퍼로부터 외부로 에칭된다. 참조 번호 /4/를 참조하면, 몰드 삽입체의 모든 구조는 중합체 물질의 0.629%의 치수적 수축율 (dimensional shrinkage)이 보상된다.

레이저 모듈의 광 특성은 적분구(integrating sphere)로 테스트될 수 있고 IP-커브는 각각의 개별 채널에 대해 기록될 수 있다.

전사 몰딩 이후의 복제된 구조의 전체 수축율은 조도계(profilometer)를 사용하여 몰드 삽입체뿐만 아니라 복제된 캐리어상에서 구조를 측정할 때, 약 0.69%로 발견된다.

본 발명은 전술되고 설명된 예시적인 본 발명의 실시예에 제한되지 않고, 변경물이 아래의 청구항의 범위 내에서 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

참조

Claims (5)

1. 섬유 어레이 액세스 구성요소에 대해 고정밀 수동 정렬 기술을 이용하여 정밀 수동 정렬하는 방법에 있어서:

   레이저 캐리어(laser carrier)에 정렬 트랜치(trenche)(4)를 제공하는 단계로서, 상기 레이저 캐리어는 레이저 어레이(2)를 포함하는, 정렬 트랜치 제공 단계;

   중합체(polymeric) 캐리어상에 수직 정렬 구조(6), 수평 정렬 구조(7), 및 캐비티를 제공하는 단계; 및

   상기 중합체 캐리어상에 상기 레이저 캐리어를 배치하는 단계를 포함하며,

   상리 레이저 캐리어의 상기 정렬 트랜치는 상기 중합체 캐리어의 상기 수직 정렬 구조와 일치하고, 상기 레이저 캐리어가 상기 중합체 캐리어상에 배치될 때, 상기 레이저 캐리어(1)의 도파관(3)은 상기 중합체 캐리어(5)의 상기 수평 정렬 구조에 정렬되고 상기 중합체 캐리어 내의 상기 캐비티가 상기 레이저 어레이를 위한 공간을 만드는 것을 특징으로 하는 정밀 수동 정렬 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 어레이(2)는 AuSn 땜납 벌프을 사용하여 상기 레이저 캐리어(1) 상의 도파관(3)과 수동적으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 정밀 수동 정렬 방법.
3. 섬유 어레이 액세스 구성요소에 대해 고정밀 수동 정렬 기술을 이용하여 정밀 수동 정렬하는 장치에 있어서:

   레이저 캐리어(1)는 정렬 트랜치(4)를 가지고, 상기 레이저 캐리어는 레이저 어레이(2)를 포함하며;

   중합체 캐리어(5)는 수직 정렬 구조(6) 및 수평 정렬 구조(7), 뿐만 아니라, 캐비티를 가지며;

   상기 레이저 캐리어의 상기 정렬 트랜치는 상기 중합체 캐리어의 상기 수직 정렬 구조와 일치되도록 위해 제공되고, 상기 레이저 캐리어가 상기 중합체 캐리어상에 위치될 때, 상기 레이저 캐리어의 도파관이 상기 중합체 캐리어의 상기 수평 정렬 구조와 정렬되도록 제공되고 상기 중합체 캐리어 내의 캐비티가 상기 레이저 어레이를 위한 공간을 만들도록 제공되는 것을 특징으로 하는 정밀 수동 정렬 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 레이저 어레이는 가장자리-방출 SM 레이저 어레이인 것을 특징으로 하는 정밀 수동 정렬 장치.
5. 제 3 항 또는 4 항에 있어서,

   레이저 어레이 채널이 상기 레이저 어레이의 에피택셜 측면 상의 단일 전극을 통하여 상리 레이저 캐리어에 접속되는 것을 특징으로 하는 정밀 수동 정렬 장치.