KR100941763B1 - 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법 - Google Patents

광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법에 관한 것으로 광결합 구조를 이용하여 최소의 미러면으로 다양한 형태의 광결합이 가능하도록 하고, 동시에 광인쇄회로기판의 기계적 안정성을 확보한다. 또한, 종래의 인쇄회로기판 제작 기술을 그대로 적용하여 제작과정을 단순화시키고 공정 오차를 최소화함에 따라 비용을 절감시키며, 대량 생산을 가능하게 하였다. 또한, 내부에 광도파로와 전기배선을 포함하는 광인쇄회로기판은 노트북, 핸드폰, PDA, 카메라 등의 휴대 단말기에 적용할 수 있다.
광도파로, 광인쇄회로기판, 휴대단말기, V형 홈

Description

광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법{optically and eletrically wired module device and its manufacture method}
도 1 은 종래의 광인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전배선 모듈 장치를 나타낸 단면도.
도 3 은 종래의 칩 보호용 물질이 없는 경우의 광경로를 나타낸 도면.
도 4a, 도 4b, 도 4c 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전배선 모듈 장치의 제작 방법을 나타낸 단면도.
도 5a 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 광전배선 모듈 장치를 나타낸 도면.
도 5b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 광전배선 모듈 장치를 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광도파로 110 : 광원
120 : 송신칩 130, 140 : 미러
150 : 광검출기 160 : 수신칩
170 : 칩 보호용 물질 180 : 전기배선
200 : 제1경성회로기판 210 : 연성회로기판
220 : 제2경성회로기판 230, 240 : V형태의 홈
250 : 광소자 260 : 커넥터
400 : 블래이드 410 : 레이저
420 : 분포마스크 500 : 키패드용 광도파로
510 : 후면광원
본 발명은 기존의 전기배선으로 이루어진 인쇄회로기판의 내부에 광도파로를 삽입하여 광인쇄회로기판을 형성한 후, 상기 광인쇄회로기판의 경성회로기판 부분에 V형의 홈을 형성하고, 상기 홈의 일면에 미러를 설치하여 상기 미러의 상하부에 광소자를 배치하여 광신호 또는 전기적 신호를 효율적으로 송수신하는 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법에 관한 것이다.
종래에는 45도 광도파로를 광인쇄회로기판에 매립시킨 구조를 사용(도 1 참조)하는 것으로서 광원에서 수직 아래로 빛이 발산되면, 45도 미러를 가진 광도파로에서 빛이 반사되고 난 후 광도파로를 따라 빛이 전파되어 다른 한쪽의 45도 미러면에서 반사되어 광검출기로 광결합이 이루어진다.
상기 45도 광도파로를 매립한 광인쇄회로기판에서는 정확한 위치에 45도 미러면을 형성하고 또한 정확한 위치에 매립해야 한다. 이때, 위치는 15마이크론 이하의 정밀도를 요구한다.
또한, 광도파로가 매립되지 않은 부분에서 인쇄회로기판이 형성될 경우에는 내부 물질의 비균일성 때문에 기판 두께의 차이가 발생하며, 특히 45도 미러면 주위의 두께 차이에 따라 기계적 안전성에 불안한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 내부에 광도파로와 전기배선을 포함하는 광인쇄회로기판의 경성부분에 V형태의 홈을 포함하고, 상기 홈의 일면에 미러를 형성하여, 상기 미러의 상부에 광원 또는 광검출기를 설치함에 따라, 45도 광도파로 매립형 인쇄회로기판의 위치 정밀도를 보완하고, 광도파로의 매립과 비매립에 따른 비균일성 문제를 해결하는 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 V형태의 홈의 일면에 형성된 미러의 하부에 광소자를 형성하고, 광인쇄회로기판의 양 측면에 커넥터를 형성함에 따라 많은 광경로를 제공하여 자원 활용률을 증가시키는 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광전배선 모듈 장치 및 그의 제작 방법에 있어서, 내부에 광도파로와 전기배선을 포함하는 광인쇄회로기판의 경성인쇄회로기판에 V형 홈을 형성하고, 상기 홈의 일면에 미러를 부착하여 위치 정밀도를 향상시키며, 상기 미러의 하부에 광소자를 형성하여 효율적인 광결합 구조를 형성하고 넓은 광경로를 제공한다.
본 발명에서 제1경성회로기판, 연성회로기판 및 제2경성회로기판이 순차적으로 연결되고, 내부에 광도파로와 전기배선이 삽입되는 광인쇄회로기판에 있어서, 상기 제1경성회로기판의 상부에 형성되어, 광신호를 송신하는 광원을 포함하고, 상기 제1경성회로기판의 상부에 형성되고, 상기 광원과 전기적으로 연결되어 상기 광원을 구동시키는 송신칩을 포함하며, 상기 제2경성회로기판의 상부에 형성되고, 수신되는 신호를 광전변환시키는 광검출기를 포함한다. 그리고, 제2경성회로기판의 상부에 형성되고, 상기 광검출기와 전기적으로 연결되어 신호를 증폭시키는 수신칩을 포함하며, 상기 광원 및 상기 광검출기의 하부에 생성되고, 일면에 미러가 부착되는 V형태의 홈을 포함하고, 상기 광원 및 상기 광검출기를 내부에 포함하며, 상기 홈을 충진시키는 칩 보호용 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 칩 보호용 물질의 굴절률은 상기 광도파로의 코어 물질의 굴절률은 하기의 식을 포함하는 것이 바람직하다.
Figure 112007041823830-pat00001
(N은 칩보호용 물질의 굴절률, M은 코어물질의 굴절률)
본 발명에서 상기 홈의 각도는 45도 이상 90도 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 홈은 V형 블래이드 및 레이저에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 송신칩은 와이어 본딩 또는 솔더링을 통해 상기 광원과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 수신칩은 와이어 본딩 또는 솔더링 방법을 통해 상기 광검출기와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 미러는 구리, 금 또는 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 광원의 하부에 설치되는 미러와 상기 광검출기 하부에 설치되는 미러는 서로 마주보는 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 미러의 하부에 설치되는 광소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제1경성회로기판과 상기 제2경성회로기판의 일단에 형성되는 커넥터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제1경성회로기판, 연성회로기판 및 제2경성회로기판이 순차적으로 연결된 인쇄회로기판에 있어서,내부에 광도파로 및 구리배선 층을 형성하는 단계를 포함하고, 블래이드 및 레이저를 사용하여 제1경성회로기판과 제2경성회로기 판에 V형태의 홈을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 V형태의 홈의 일면에 미러를 부착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 홈의 상부에 광원 및 광검출기를 형성되는 단계를 포함하고, 상기 광원과 송신칩이 전기적으로 연결되고, 상기 광검출기와 수신칩이 전기적으로 연결되는 단계를 포함한다. 그리고 상기 광원을 포함하며, 홈의 내부가 칩 보호용 물질로 충진되는 단계를 포함하고, 상기 광검출기를 포함하며, 홈의 내부가 칩 보호용 물질로 충진되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 미러를 부착하는 단계에서는 미러의 후면에 광소자가 형성되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제1경성회로기판과 상기 제2경성회로기판의 일단에 커넥터가 형성되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전배선 모듈 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2 를 참조하면, 제1경성회로기판(200), 연성회로기판(210), 제2경성회로기판(220), 광도파로(100), 광원(110), 송신칩(120), V형태 홈(230,240), 미러(130, 140), 광검출기(150), 수신칩(160), 칩 보호용 물질(170), 전기배선(180), 광소자(250) 및 커넥터(260)를 포함한다.
상기 광전배선 모듈은 상기 제1경성회로기판(200), 연성회로기판(210) 및 제 2경성회로기판(220)은 순차적으로 연결되며, 내부에 상기 전기배선(180)이 형성되고, 광도파로(100)를 포함한다.
상기 광원(110)은 상기 제1경성회로기판(200)의 상부에 형성되며, 광신호를 생성하는 것으로, 상기 송신칩(120)에 의해 구동된다.
상기 송신칩(120)은 와이어 본딩 또는 솔더링의 방법을 통해 제1경성회로기판(200)의 상부에 형성되어 상기 광원(110)과 전기적으로 연결된다.
상기 V형태의 홈(230, 240)은 상기 광원(100) 및 상기 광검출기(150) 하부에 형성되며, 45도 이상 90도 이하의 각도를 이루며, 상기 V형태의 홈(230, 240)의 일면에 상기 미러(130, 140)가 부착된다.
상기 광원(100)의 하부에 형성된 상기 V형태의 홈(230) 일면에 부착된 상기 미러(130)와 상기 광검출기(150)의 하부에 형성된 상기 V형태의 홈(240) 일면에 부착된 상기 미러(140)는 45도 각도를 유지하며 서로 마주보는 방향으로 형성되어, 상기 광원(100)에서 발생한 신호가 상기 미러(130)에 의해 반사되어 광도파로를 이동한 후 상기 미러(140)에 의해 다시 반사되어 상기 광검출기(150)에 수신된다.
이때, 상기 미러(130, 140)는 구리, 금, 알루미늄 등의 금속박막형 미러를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광검출기(150)는 상기 광도파로(100)에 의해 송신되어 상기 미러(140)면에서 반사된 광신호를 전기신호로 변환하는 것으로, 상기 제2경성인쇄회로기판(220)의 상부에 형성된다.
상기 수신칩(160)은 와이어 본딩 또는 솔더링을 통해 상기 제2경성인쇄회로기판(220)의 상부에 형성되며, 상기 광검출기(150)에 의해 광전변화 된 신호를 증폭한다.
상기 칩 보호용 물질(170)의 상기 광원(110) 및 상기 광검출기(150)를 감싸며 형성하며, 상기 광원(110) 또는 상기 광검출기(150) 하부에 형성되는 V형태의 홈(230, 240)을 충진한다.
상기 칩 보호용 물질(170)의 굴절률은 상기 광도파로(100)의 코어 물질의 굴절률과 비슷하며, 광투과 특성이 우수하고, 광원(110) 및 광검출기(150) 등의 광소자칩을 보호한다.
Figure 112007041823830-pat00002
(N은 칩보호용 물질의 굴절률, M은 코어물질의 굴절률)
그리고, 상기 칩 보호용 물질(170)은 광경로를 상기 45도 미러(130, 140)에서 반사시키고, 상기 광도파로(100)가 놓여 진 방향과 수평하게 광이 진행하도록 한다. 이때, 칩 보호용 물질(170)이 없는 경우에는 본 발명의 V형태의 홈(230, 240)을 가진 상기 광도파로(100)는 빛을 효율적으로 전달하지 못하고 코어의 밖으 로 광신호가 손실된다.(도 3참조)
또한, 수신측에서는 상기 광도파로(100) 코어에서 수신되는 광신호가 굴절률이 비슷한 상기 칩 보호용 물질(170)과 접하여 수평 방향의 광 진행 경로를 그대로 유지하고, 45도 상기 미러(140)면에서 수직으로 반사되어 상기 광검출기(150)로 인입된다.
상기 광소자(250)는 상기 미러(130, 140)면의 하부에 형성되어 광인쇄회로기판의 뒷면에 실장되는 것으로, 광원, 광검출기 등의 능동소자뿐만 아니라, 광도파로, 광섬유, 렌즈, 필터 등의 광수동소자를 포함한다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 광소자를 상기 광인쇄회로기판의 뒷면에 실장함에 따라 하나의 미러면을 사용하여 두 개의 서로 다른 방향으로 광신호를 송수신하며, 이에 따라 양방향 및 다방향 광경로를 구성할 수 있다.
상기 커넥터(260)는 상기 제1경성회로기판(200) 및 상기 제2경성회로기판(220)의 일단에 형성되어 상기 광전배선 모듈의 병렬 광연결이 구현이 가능하다.
또한, 상기 커넥터(260)는 광과 전기가 혼합된 것으로 현재 휴대단말기에서 24핀 충전 및 데이터 전송용 커넥터를 대신하여 고속으로 데이터 신호 및 전원신호를 외부기기와 연결할 수 있도록 하며 상기 광전배선 모듈 일체형으로 구성할 수 있다.
도 2 에서는 단방향의 광연결을 단면도로 나타냈지만, 광원과 광검출기의 배치를 다양하게 하여 양방향 및 다방향 광경로 구조로 제작이 가능하며, 광원 및 광검출기를 단채널 칩을 사용할 뿐만 아니라 다채널 어래이 칩을 사용하여 병렬 광연 결 모듈 구현이 가능하다.
본 발명에 의하면, 종래의 경성 및 연성 인쇄회로기판 제작공정을 그대로 적용하여 광인쇄회로기판 제작함에 따라 양산화 저가화의 효과가 있다.
도 4a, 도 4b, 도 4c및 도 4d 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광전배선 모듈 장치의 제작 방법을 나타낸 단면도이다.
도 4a 및 도 4b 를 참조하면, 평면의 광도파로(100)를 인쇄회로기판 내부에 한 장의 회로기판으로 생각하고 적층하고, 구리배선을 사용하여 전기적인 배선(190)을 형성하여 광인쇄회로기판을 제작한다.
상기와 같이 제작된 광인쇄회로기판에서 광원(110) 및 광검출기(150)가 형성될 위치인 제1경성회로기판(200)의 상부와 제2경성회로기판(220)의 상부에 V형 블래이드(400) 및 레이저(410)를 사용하여 V 형태의 홈(230,240)을 형성한다.
상기 블래이드(400)는 10 마이크로 이하의 정밀도로 형성한다.
상기 레이저(410)는 상기 홈(230, 240)을 형성할 위치에 분포 마스크(420)를 형성한 후, 그의 상부에서 레이저(410)를 작동시킨다.
상기 분포 마스크(420)는 중심에는 빛의 투과력을 강하게 하여 빛이 잘 통과하도록 하며, 중심에서 밖으로 퍼져갈수록 빛의 투과력이 줄어들도록 하여 상기 레이저(410)에서 광원이 방출될 때, 빛의 투과력의 차이에 의해 V형태의 홈(230,240)을 형성한다.
종래에는 45도미러 형성된 광도파로를 정밀한 위치에 매립하였다 하더라도 인쇄회로기판을 라미네이션(Lamination)하는 과정에서 길이가 압력에 의해 늘어나 거나 열에 의해 수축하는 등의 치수변형이 발생하였다.
그러나, 본 발명은 라미네이션 후에 가공이 이루어지기 때문에 치수변형이 없고, 위치 정밀도도 광원 및 광검출기의 위치를 기준으로 가공이 이루어지기 때문에 우수한 정밀도를 갖는다.
도 4c를 참조하면, 상기 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 형성된 V형태의 홈의 일면에 미러를 부착함에 따라 상기 미러는 45도의 각도를 형성한다.
그리고, 도 4c에서 형성된 광인쇄회로기판의 상부에 도 4d와 같이 광원(110)과 광검출기(150) 칩을 본딩하고 칩 보호용 물질(170)을 충진한다. 또한, 송신칩(120), 수신칩(160)을 전기적으로 연결하고 커넥터(260) 및 후면 광소자(250)를 실장하여 광전배선 모듈을 완성한다.
본 발명에 의하면, 상기의 과정을 거친 광인쇄회로기판은 얇은 층의 광도파로가 전 영역에 걸쳐 존재함으로 두께의 단차가 존재하지 않기 때문에, 기계적 안정성을 증가시킨다.
도 5a 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 광전배선 모듈 장치를 나타낸 도면이고, 도 5b 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 광전배선 모듈 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5a 및 도 5b 를 참조하면, 광전배선 모듈 장치를 휴대 단말기에 설치한 것으로 연성회로기판을 사이에 둔 광원 및 광검출기 소자는 제1경성인쇄기판과 제2경성인쇄회로기판 사이의 고속 및 대용량의 신호를 주고 받기 위해 배치한다.
그리고, 제1경성인쇄회로기판의 후면에 위치한 후면광원(510)은 키패드에 불 을 밝히기 위한 광원으로 다채널 분기된 키패드용 광도파로(500)와 결합하여 사용할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 최소의 미러면을 사용하여 다양한 형태로 광결합이 가능하며 많은 광경로를 제공함으로써 자원 활용률을 증가시키고 제작 비용을 절감시키는 효과가 있다
또한, 종래의 인쇄회로기판의 제작 방법을 사용하여 광인쇄회로기판을 구성함으로써 제작 과정을 단순화하며 공정오차를 최소화하여 대량생산이 가능한 효과가 있다.
그리고, 경성인쇄회로기판과 연성회로기판 모두에 광도파로를 포함함으로써 기판의 두께 차이에 따른 비균일성을 극복하고, 기계의 안전성을 확보하는 효과가 있다.
게다가, 노트북, 핸드폰, PDA, 카메라 등의 휴대 단말기에 적용 가능한 효과가 있다.

Claims (16)

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  3. 제1경성회로기판, 연성회로기판 및 제2경성회로기판이 순차적으로 연결되고, 내부에 광도파로와 전기배선이 삽입되는 광인쇄회로기판에 있어서,
    상기 제1경성회로기판의 상부에 형성되어, 광신호를 송신하는 광원;
    상기 제1경성회로기판의 상부에 형성되고, 상기 광원과 전기적으로 연결되어 상기 광원을 구동시키는 송신칩;
    상기 제2경성회로기판의 상부에 형성되고, 수신되는 신호를 광전변환시키는 광검출기;
    제2경성회로기판의 상부에 형성되고, 상기 광검출기와 전기적으로 연결되어 신호를 증폭시키는 수신칩;
    상기 광원 및 상기 광검출기의 하부에 생성되고, 일면에 미러가 부착되며, 45도 이상 90도 이하의 각도를 나타내는 V형태의 홈; 및
    상기 광원 및 상기 광검출기를 내부에 포함하며, 상기 홈을 충진시키며, 상기 광도파로의 코어 물질의 굴절률과의 차이가 ±0.1이내의 굴절률로 이루어진 칩 보호용 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 홈은 V형 블래이드 및 레이저에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 송신칩은 와이어 본딩 또는 솔더링을 통해 상기 광원과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신칩은 와이어 본딩 또는 솔더링 방법을 통해 상기 광검출기와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 미러는 구리, 금 또는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원의 하부에 설치되는 미러와 상기 광검출기 하부에 설치되는 미러는 서로 마주보는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 미러의 하부에 설치되는 광소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광소자는 광원, 광검출기, 광도파로, 광섬유, 렌즈 및 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1경성회로기판과 상기 제2경성회로기판의 일단에 형성되는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 커넥터는 광과 전기가 혼합된 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 장치.
  13. 제1경성회로기판, 연성회로기판 및 제2경성회로기판이 순차적으로 연결된 인쇄회로기판에 있어서,
    내부에 광도파로 및 구리배선 층을 형성하는 단계;
    블래이드 및 레이저를 사용하여 제1경성회로기판과 제2경성회로기판에 V형태의 홈을 형성하는 단계; 및
    상기 V형태의 홈의 일면에 미러를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈 제작방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 홈의 상부에 광원 및 광검출기를 형성되는 단계;
    상기 광원과 송신칩이 전기적으로 연결되고, 상기 광검출기와 수신칩이 전기적으로 연결되는 단계;
    상기 광원을 포함하며, 홈의 내부가 칩 보호용 물질로 충진되는 단계; 및
    상기 광검출기를 포함하며, 홈의 내부가 칩 보호용 물질로 충진되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈의 제작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 미러를 부착하는 단계에서는 미러의 후면에 광소자가 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈의 제작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1경성회로기판과 상기 제2경성회로기판의 일단에 커넥터가 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선 모듈의 제작 방법.
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