KR100957338B1 - 광섬유 엔진 제조 방법 - Google Patents

광섬유 엔진 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100957338B1
KR100957338B1 KR1020030004083A KR20030004083A KR100957338B1 KR 100957338 B1 KR100957338 B1 KR 100957338B1 KR 1020030004083 A KR1020030004083 A KR 1020030004083A KR 20030004083 A KR20030004083 A KR 20030004083A KR 100957338 B1 KR100957338 B1 KR 100957338B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
substrate
providing
integrated circuits
optoelectronic devices
Prior art date
Application number
KR1020030004083A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030063235A (ko
Inventor
카네시로로날드
텡와이맨
헤이딩거매튜
Original Assignee
아바고 테크놀로지스 파이버 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아바고 테크놀로지스 파이버 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드 filed Critical 아바고 테크놀로지스 파이버 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
Publication of KR20030063235A publication Critical patent/KR20030063235A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100957338B1 publication Critical patent/KR100957338B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4239—Adhesive bonding; Encapsulation with polymer material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

광학 기판(30) 및 광학체(36)를 갖는 광학 소자(12)(102)를 구비한 광섬유 엔진(10)(100) 및 그에 대한 제조 방법이 제공된다. 광 신호와 전기 신호 간을 변환하는 광 전자 소자(16)(106)는 광학 기판(30)에 고정되고 광학체(36)에 수동적으로 정렬된다. 광 전자 소자(16)(106)를 제어하는 집적 회로(14)(104)는 광학 기판(30)에 고정된다. 전기 기판(18)은 광학 소자(12)(102)에 고정된다.

Description

광섬유 엔진 제조 방법{PASSIVELY ALIGNED FIBER OPTICAL ENGINE FOR PARALLEL OPTICS INTERCONNECT DEVICES}
도 1은 본 발명의 광섬유 엔진의 최종 조립된 형태의 등측도,
도 2는 본 발명의 광학적 소자의 등측도,
도 3은 본 발명에 따른 조립의 중간 단계의 구성 요소도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 결합되도록 배열된 구성 요소도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에서 결합되도록 배열된 구성 요소의 또 다른 도,
도 6은 본 발명의 조립된 광섬유 엔진의 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 광섬유 엔진의 최종 조립된 형태의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
14 : 집적 회로 15 : 모니터 다이오드 어레이
16 : 광전자 소자 22 : 광 경로
32 : 투명 광학 기판 34 : 하부 수평 표면
52 : 집적 회로 트레이스 66 : 접착물 스트립
본 발명은 일반적으로 병렬 광학 상호 연결 장치(parallel optics interconnect devices)에 관한 것으로 좀 더 구체적으로 광섬유 엔진(fiber optical engines)에 관한 것이다.
광섬유에 의한 신호 전송에 있어서, 빛 또는 광자(photons)로 구성되는 광 신호를 전기적 신호로 또한 전기적 신호를 광신호로 변환하는 것이 필요하다.
오늘날의 시장에 있어서 광신호와 전기 신호 간의 변환을 달성하는 대다수의 제품은 이산 소자(discrete components)들의 결합을 사용한다. 이산 소자는 능동 및 수동 소자를 포함한다. 송신기용 능동 소자는 발광 다이오드 또는 레이저일 수 있는 이산 발광 장치를 사용하여 전기적 신호를 광신호로 변환한다. 흔히, 레이저는 엣지 방출(edge emitting) 또는 표면 방출(surface emitting) 특성(nature)을 가진 반도체 레이저이다. 수신기용 능동 소자는 광검출기를 사용하여 광신호를 역으로 전기적 신호로 변환하다. 수동 소자는 종래의 굴절 또는 회절 광학을 포함할 수 있는 이산 렌스 소자이다. 광섬유에 있어서, 렌스 소자는 컴퓨터를 사용하여 생성되는 매우 정교한 특성을 가지고 있고, 전형적으로 "컴퓨터-생성(computer-generated)" 광학으로 불린다. 또한, 역시 능동 및 수동 소자를 갖는 대개 집적 회로 형태의 정교한 전자 장치가 요구된다.
현재의 설계는 이산 소자의 응집(conglomeration)이기 때문에, 다양한 소자를 포함하는 다수의 패키지가 존재한다. 이것은 패키지에 의해 발생되는 기생 인덕턴스 및 캐패시턴스라는 또 다른 문제를 야기하며, 이로 인해 성능이 제한된다.
모든 소자들은 매우 정확한 방식으로 모듈로 조립되어야 한다. 전형적으로, 대량 제조 환경에서 모든 소자들은 수 미크론 정확도(several microns accuracy) 보다 개선되도록 정렬 및 배치될 필요가 있다. 그러므로, 이들 모듈의 설계뿐만 아니라 제조도 극히 어렵고 낮은 수율 뿐만 아니라 시간도 소비한다.
오늘날 광섬유 장치에 대한 첨단 기술은 단일 직렬 채널에서 초당 10 기가비트이다. 그것은 고가이고 색다른 설계를 요구하며 대량 생산에는 적합하지 않다.
최근에, 새로운 시장이 개발되어 왔는데, 이것은 단일 광섬유 모듈이 다수 채널의 광학 경로를 포함하는 병렬 광학이라 불린다. 현 제품 모두는 단일 모듈내에서 단일 채널로 수신만, 송신만 또는 수신-및-송신을 한다. 새로운 병렬 광학은 단일 채널 모듈과 동일한 물리적 공간에 12개의 채널까지 요구한다. 이것은 중대한 장애를 제시하는데 그 이유는 종래의 설계 및 제조 기술이 임의의 상당한 정도의 제조력을 유지하면서 물리적 공간 도전(challenges)을 만족시키기에 부적절하다고 밝혀졌기 때문이다. 수율이 낮다는 것은 최종 제품 비용이 극히 높다는 것을 의미한다.
이들 문제에 대한 해결책을 오랫동안 모색해 왔으나, 당업자는 오랫동안 찾 아내지를 못했다.
본 발명은 광학 기판 및 광학체를 갖는 광학 소자를 구비한 광섬유 엔진 및 그에 대한 제조 방법을 제공한다. 광신호와 전자 신호 간을 변환하는 광전자 소자는 광학 기판에 고정되고 광학체에 수동적으로 정렬된다. 광전자 소자를 제어하는 집적 회로는 광학 기판에 고정된다. 전기 기판은 광학 소자에 고정된다. 광섬유 엔진은 높은 기가-헤르쯔(GHz) 주파수 동작을 할 수 있는 동시에 상업적으로 이용가능한 물질, 장비 및 대량 생산 프로세스를 이용하여 제조될 수 있다. 그것은 또한 종래의 시스템에서보다 작게 제조될 수 있으며 적은 정렬 작업을 필요로 한다.
본 발명의 소정의 실시예는 위에서 언급했던 것 외의 또 다른 장점을 가지고 있다. 첨부 도면을 참조하는 후속하는 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게는 장점들이 분명해질 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 광섬유 엔진(10)의 최종 조립 형상의 등측도가 도시되어 있다. 광섬유 엔진(10)은 광학 소자(12), 집적 회로, 송신기, 수신기 또는 송수신기,(14), 광전자 소자(16), 전기 기판(18) 및 열 기판(20)을 포함한다. 광학 소자(12), 집적 회로(14) 및 광전자 소자(16)는 "수동적으로 정렬"되며, 이것은 구성 요소들이 조립 동안 정렬되어 광섬유 엔진(10)의 다양한 구성 요소들 간에 적절히 정렬된 광 경로(22 내지 26)를 제공한다는 것을 의미한다. "수동적으로 정렬"이라는 용어는 구성 요소들이 조립 후에 기계적으로 또는 전기적으로 정렬되는 "능동적으로 정렬"이라는 용어와 대조를 이룬다.
조립된 바와 같이, 광 경로(22 내지 26)는 광 전자 소자(16)에서 광학 소자(12)로 이어지는 광전자의 경로를 나타내는 광학 경로를 정의한다. 빔은 두 개의 경로(23 및 24)로 나뉘어 들어가는데, 하나는 광전자 소자(16)를 타격하고 다른 하나는 반사되어 집적 회로(14)를 타격한다. 이것은 완벽한 광학 경로를 형성하게 해주며, 집적 회로(14)가 광전자 소자(16)의 행동을 제어할 수 있게 해주며, 이것은 종래의 설계 및 제조 접근 방법으로는 불가능하다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 광학 소자(12)의 등측도가 도시되어 있다. 광학 소자(12)는 각각 상부 및 하부 수평 표면(32 및 34)을 갖는 투명 광학 기판(30)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "수평(horizontal)"이라는 용어는 기판의 배향(orientation)과는 무관하게, 투명 광학 기판(30)의 종래의 평면 또는 표면과 유사한 평면으로서 정의된다. "수직(vertical)"이라는 용어는 수평과 직각을 이루는 방향으로 지칭된다. "온(on)", "측면(side)", "상위(higher)", "하위(lower)", "오버(over)" 및 "아래(under)"라는 용어는 기판의 배향과는 무관하게, 투명 광학 기판(30)의 상부 표면에 존재하는 종래의 평면 또는 표면에 관련하여 정의된다. 이해를 쉽게 하기 위해, 비록 각 실시예가 본 발명의 독립적인 예라는 것이 이해될 것이지만, 상이한 실시예에서의 유사한 구조는 동일한 번호를 가진다.
투명 광학 기판(30)의 상부 수평 표면(32) 상에는 광학체(36) 및 상부 거울(38)이 존재한다. 하부 수평 표면(34)에는 하부 거울(40)이 존재한다. 또한 하부 수평 표면(34) 상에는 공융 땜납 범프(eutectic solder bumps)(42 내지 47)가 존재한다. 땜납 범프(43 및 44)는 도전성 집적 회로 트레이스(conductive integrated circuit trace)(50)에 의해 접속되고 땜납 범프(45 내지 47)는 도전성 집적 회로 트레이스(52)에 의해 연결된다.
투명 광학 기판(30)은 예를 들어, 유리, 석영, 사파이어 또는 실리콘과 같이, 광섬유 엔진(10)이 동작하게 될 빛의 파장에 투과성이 있는(transparent) 물질일 수 있다. 상부 및 하부 거울(38 및 40)을 반도체 웨이퍼 공정과 유사한 공정을 이용하여 에칭 또는 증착할 수 있다. 이와 유사하게, 광학체(36)를 투명 광학 기판(30) 상에 또는 내에 에칭 또는 증착할 수 있다. 거울 및 광학체를 형성하는 다양한 기술이 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 굴절 및 회절 렌즈 및 렌즈의 스택을 상부 및 하부 수평 표면(32 및 34) 상에 형성할 수 있다. 또한, 상부 및 하부 거울(38 및 40)을 굴절 렌즈로서 형성하여 광 경로(22)에 대해 개선된 제어를 제공할 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 어셈블리의 중간 단계의 다수 구성 요소가 도시되어 있다. 광학 소자(12)는 하부 수평 표면(34)이 위를 바라보게 도시되어 있다.
광전자 소자(16)는 땜납 범프(42 및 43)에 접착될 수 있는 위치에 있다. 광전자 소자(16)는 광학 섬유 엔진(10)에 대한 응용에 따라 여러가지 다른 유형이 될 수 있다. 광 전자 소자(16)는 광 전송 장치 또는 광 수신 장치일 수 있거나 두 가지 모두가 될 수도 있다. 기능들(functions)은 광 전자 소자(16)의 발광 장치(54) 및 광 수신 장치(56)로서 개략적으로 도시되어 있다. 발광 장치(54)는 발광 다이오드 또는 표면 방출 혹은 엣지 방출 고체-상태 레이저(surface emitting or edge emitting solid-state lasers)로 이루어진 어레이일 수 있다. 광-수신 장치(56)는 P/N 접합물과 같은 광다이오드일 수 있다. 본질적으로, 발광 장치(54)는 송신기 부분에서 전기 신호를 광신호로 변환하고 광 수신 장치(56)는 수신기 부분에서 광 신호를 전기 신호로 변환한다.
이와 유사하게, 집적 회로(14)는 투명 광학 기판(30) 상의 땜납 범프(44 내지 47)에 접착될 수 있도록 위치된다. 집적 회로(14)는 수신기, 송신기 및/또는 제어기로 구성된 반도체 집적 회로일 수 있다. 집적 회로(14)의 상측면에는 P/N 접합물과 같이 광에 민감하고 광자를 전자로 변환시키는 모니터 다이오드 어레이(15)(도 1에 도시됨)가 있다.
광학체(36)는 특별히 설계된 회절 광학 소자이나, 당업계에 잘 알려져 있다. 광학체(36)는 주 경로를 통해 하나의 빔을 분할시키는 회절 광학 소자이다. 적은 비율의 그 에너지는 다시 기판으로 되돌려진다. 그것은 거울을 통해 반사된다. 그것은 두 번 이상 반사할 수 있다. 또한, 상부 및 하부 거울(38 및 40)은 투명 광학 기판(30)을 통해 빔이 가로지르지는 경우와 같이 확산되는 것을 방지하는 포커싱 렌즈를 자기 자신에 통합 할 수 있다. 마지막으로, 빔은 집적 회로(14)에 통합된 P/N 접합물일 수 있는 모니터 다이오드 어레이(15)로 향하고, 그 지점에서, 광 전자는 전자로 변환된다. 그 정보는 송신기 또는 발광 장치(54)의 동작(behavior)을 제어하는 데 사용된다. 이러한 피드백 루프로 인해 광전자의 모니터링된 밀도 또는 광학 에너지에 따라, 구동 신호 진폭, 그것의 주기 또한 진폭이 변경을 허용한다.
모니터 다이오드 어레이(15)는 도시된 바와 같이 집적 회로(14)에 통합될 수 있고 또는 자기 자신의 집적 회로 트레이스와 더불어 가진 투명 광학 기판(30)에 별도로 접착될 수 있는 별개의 소자일 수 있다.
위의 실시예에서 광전자 소자(16) 및 집적 회로(14)를 광학 소자(12)에 접합시키는 것은 구성 요소 상의 콘택트 패드(contact pad)와 투명 광학 기판 상의 공정 땜납 범프와의 자기-정렬(self-alignment)을 통해 달성된다. 초기에는 매우 정확한 정렬이 필요하지 않다. 땜납 범프(42 내지 47)가 그들의 용융 점 위로 상승되는 리플로우 오븐(reflow oven)에 어셈블리가 놓여질 경우, 녹은 땜납의 표면 장력은 광 전자 소자(16) 및 집적 회로(14)를 끌어 당겨 투명 광학 기판(30)과 정확한 정렬이 되게 한다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 접착을 위한 위치에 있는 구성 요소가 도시되어 있다. ACA(anisotropically conductive adhesive) 층이 투명 광학 기판(30) 상에 형성된다. ACA는 천공 막(punched film)으로서 제공되거나 또는 등사(stenciled)되어 광전자 소자(16)의 형태에서 땜납 범프(42 및 43) 사이에 배치되거나, 또는 집적 회로(14)의 윤곽에서 땜납 범프(44 내지 47) 사이에 배치되는 ACA(48 및 49)를 형성할 수 있다. 그리고 난 후 특정 ACA 물질 유 형에 따라 ACA(48 및 49)는 열 또는 자외선에 노출됨으로써 경화된다. 다양한 구성 요소의 상이한 열 확장 계수 때문에 실내 온도 경화가 열 경화 보다 광학적 오정렬을 적게 야기하기 때문에 자외선 경화가 바람직하다.
이 실시예에서의 정렬은 정렬될 구성 요소의 표면 상에 놓여지는 기점(fiducials)(도시되어 있지 않은 종래의 반도체 정렬 구조)에 의해 달성된다. ACA(48 및 49)가 경화되는 동안 부하가 인가된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서 접착되도록 배열되는 구성 요소가 도시되어 있다. 광학 소자(12'), 집적 회로(14') 및 광 전자 소자(16')가 도시되어 있다.
집적 회로(14') 및 광 전자 소자(16')는 자기 자신의 근접한 측면에 존재하는 광학 소자 상에 형성되는 와이어 범프(60 내지 63)를 갖는다. 와이어 범프(60 내지 63)는 볼 본드(ball bond)로부터 테일 와이어(tail wires)를 취하고, 테일 와이어를 절단하고, 테일 와이어를 평탄하게 하여 와이어 범프를 형성하는 프로세스에 의해 형성된다.
투명 광학 기판(30)의 하부 수평 면(34) 상에, 자외선 또는 열-경화 접착물 층이 인가된다. 접착물 층은 접착물 스트립(66), 집적 회로 트레이스(50)의 한쪽 종단 상의 접착물 스트립(68), 집적 회로 트레이스(50)의 다른쪽 종단 상 및 집적 회로 트레이스(53) 상의 접착물 벽(70)으로 구성된다.
제조 프로세스 동안, 집적 회로(14) 및 광-전자 소자(16)는 투명 광학 기판(30) 상에 플립 칩(flip chip) 부착되고 또한 부하로서 유지된다. 투명 광학 기판(03)에 대한 집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16)의 정렬은 기준 정렬 마크(fiducials alignment marks) 또는 결합 표면(mating surfaces) 상의 구조를 이용함으로써 성취된다. 접착물 스트립(66 및 68) 및 접착물 벽(70)의 경화는 구성 요소가 함께 유지되고 있는 동안 발생한다. 경화시 접착물이 축소되면 와이어 범프가 투명 광학 기판(30) 상의 집적 회로 트레이스와 접촉하도록 강제된다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 도 1의 조립된 광섬유 엔진(10)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16)가 접착된 광학 소자(12)는 도전성 트레이스(72)가 프린트된 가요성 테이프일 수 있는 전기 기판(18)에 고정된다. 광학 소자(12)는 광학 소자(12)의 주변 아래에 존재하도록 전기 기판(18) 상에서 패턴화된 경화가능 이방성 도전 접착물(74)에 의해 전기 기판(18)에 고정된다.
열 기판(20)은 생성되는 열 및 냉 구성 요소를 제거하기 위해 집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16) 모두와 접촉하는 전기 기판(18)에 고정된다.
동작에 있어서, 신호는 도전성 트레이스(72) 상에서 수신되고 이방성 도전 접착물 또는 땜납 범프(74)를 통해 집적 회로 트레이스(52)에 전달된다. 그런 다음 신호는 집적 회로 트레이스(52)를 통해 다양한 땜납 범프(45 내지 47)를 통해 집적 회로(14)에 전달된다. 이 신호들은 집적 회로(14)에서 처리되고 땜남 범프(44), 집적 회로 트레이스(50) 및 땜납 범프(43)를 통해 송신기로서 동작할 경우 투명 광학 기판(30)의 광 경로(22)를 따라 전기 신호를 광 신호로 변환하는 광 전자 소자(16)에 제공된다.
광학체(36)에서, 대부분의 빛은 광 경로(23)를 따라 흐르고 작은 부분만이 광 경로(24)를 따라 하부 거울(40)에 반사된다. 하부 거울(40)은 광 경로(25)를 따라 상부 거울(38)에 빛을 반사하고, 이 상부 거울은 빛을 광 경로(26)를 따라 집적 회로(14)의 모니터 다이오드 어레이(15)에 반사한다. 모니터 다이오드 어레이(15)는 광 전자 소자(16)의 집적 회로(14)에 의한 피드백 제어를 허용한다.
광섬유 케이블에서 광섬유 엔진(10)으로 인입되는 빛은 광학체(36)를 통해 입력될 것이고, 이 빛은 광학 경로(22)를 따라 광 전자 소자(16)로 이어지고 이 광 전자 소자(16)는 수신기로서 작용하여 광 신호를 전기 신호로 변환하여 땜납 범프(43), 집적 회로 트레이스(50) 및 땜납 범프(44)에 전달한다. 이 신호들은 집적 회로(14)에서 처리되고 땜납 범프(45 내지 47)를 통해 집적 회로 트레이스(52)로 보내진다. 집적 회로 트레이스(52)로부터, 이방성 도전 접착물(74)은 신호를 전기 기판(18) 상의 도전성 트레이스(72)에 전송한다.
집적 회로(14)는 광 전자 소자(16)의 복수의 채널로부터 출력된 빛을 모니터 다이오드 어레이(15)를 통해 지속적으로 조정한다. 투명 광학 기판(30)의 상부 및 하부 거울(38 및 40)을 사용하면 광 전자 소자(16)로부터 모니터 다이오드 어레이(15) 상으로의 미세한 광 빔의 재방향 설정에 의한 신호 피드백을 용이하게 한다.
당업자에게 분명하겠지만, 접착 와이어 대신 땜납 범프에 의해 제공되는 보다 짧은 상호 접속은 접착 와이어들 간의 기생 캐패시턴스를 감소시키고 광섬유 엔진이 높은 기가헤르쯔 속도로 동작하도록 해주는데, 즉 접착 와이어가 존재하지 않는 경우에 전자기 방사가 억제된다.
본 발명의 주된 장점은 모든 핵심 구성 요소의 정렬이 수동적으로 성취될 수 있다는 것이다. 모든 장비 및 물질은 상업적으로 이용가능하다. 이와 유사하게 어셈블리 프로세스는 폭넓게 사용된다.
또한 당업자에게 분명하겠지만, 광 전자 소자(16) 및 집적 회로(14)는 웨이퍼 크기의 투명 광학 기판(30) 상에서 실행될 수 있다. 제조 동안 이 웨이퍼 스케일 제조는 보다 높은 처리량을 제공할 수 있다.
끝으로, 보다 저렴한 비용의 최종 제품은 웨이퍼 레벨 동안 광섬유 엔진(10)의 예비 검사(pretestability)를 통해 얻어진다. 광섬유 엔진(10)의 번인(burn-in)이 발생할 수 있고 오직 양호한 유닛만이 최종 광섬유 제품을 제조하는데 사용될 수 있다.
삭제
일 실시예에 대한 제조 환경에 있어서, 부품들은 광학 소자(12)에서 시작하여 열 기판(20)을 끝으로 순차적으로 부착된다.
첫째로, 소위 언더-필링 프로세스 또는 글루-다운 프로세스는 폴리머 기반 접착물이 집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16)의 가장 자리를 따라 분배되어 그것을 광학 소자(12) 상에 고정시키는데 사용된다.
둘째로, 집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16)는 플립 칩 프로세스에 의해 결합되거나 광학 소자(12) 상으로 다이 부착된다(die attached).
셋째로, 집적 회로(14), 광-전자 소자(16) 및 광학 소자(12)의 복합 구조는 이방성 도전 접착물(74)을 이용하여 PC 보드, 가요성 적층물, 세라믹 물질일 수 있는 기판이거나, 또는 도전성 트레이스가 배치되어 전자를 복합 구조체에서 바깥으로 전달할 수 있는 임의의 기판일 수 있는 전기 기판(18) 상으로 다이 부착된다.
넷째로, 열 기판(20)은 집적 회로(14) 및 광 전자 소자(16)에 열 관리 수단으로서 부착된다.
기존 접근 방식에 대한 본 발명의 장점은 1) 고 효율성; 2) 훨씬 작은 부피 점유; 3) 두 소자만의 정렬; 즉, 이루어질 필요가 있는 광학 정렬 단계, 다시 말해 광 전자 소자(16)를 광학 소자(12) 상에 조립하는 단계이고, 이것은 집적 회로(14)의 조립 또는 다이 부착에 의해 이루어진다. 이것은 모두 궁극적으로 매우 낮은 비용을 이끌어 내는 매우 높은 배치 정확도를 야기하는 미크론 레벨의 정확도로 이루어진다.
광 전자 소자(16)는 발광 장치의 선형 어레이뿐만 아니라 다-차원 어레이일 수 있고, 동일한 또는 상이한 주파수에서 동작할 수 있다.
어셈블리는 웨이퍼 스케일 레벨로 이루어질 수 있다. 즉, 웨이퍼 크기의 광학 소자(12)가 사용되고, 반도체 구성 요소를 웨이퍼 레벨로 다이 부착하고, 그것을 캡슐화하고, 그것을 웨이퍼 레벨에서 테스트하고, 열악한 위치를 잉크하고, 그런 다음 그것을 표준 웨이퍼와 같이 다루며, 싱귤레이트하며(singulate), 순차적인 조립 단계에 넘어간다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예의 광섬유 엔진(100)의 최종 조립된 형태의 단면도가 도시되어 있다. 광섬유 엔진(100)은 광학 소자(102), 집적 회로 소자(104), 광 전자 소자(106), 회로 기판(112), 전기 기판(18) 및 열 기판(120)을 포함한다. 회로 기판(112), 집적 회로(104) 및 광 전자 소자(106)는 "수동적으로 정렬" 되고, 이것은 구성 요소가 조립 동안 광학 소자(102)와 정렬되는 경우 광섬유 엔진(100)의 다양한 구성 요소 사이에 적절하게 정렬된 광 경로(22 내지 26)를 제공할 수 있도록 정렬된다는 것을 의미한다.
회로 기판(112)은 실리콘, 사파이어 또는 세라믹으로 구성될 수 있다. 회로 기판(112)은 광 경로(22 내지 26)의 광 파장에 투과성이 있는 전기 트레이스를 포함한다. 회로 기판 물질(112)이 광 경로(22 내지 26)의 광 파장에 투과성이 없을 경우, 선택적 개구(optional openings)(113)는 기계적 프로세스 또는 화학적 습식 또는 건식 에칭 프로세스의 수단에 의해 회로 기판(112)에 걸쳐 생성된다. 집적 회로(104) 및 광 전자 소자(106)와 예를 들어 수동 소자인 다른 구성 요소(114)가 회로 기판(112) 상에 조립된다. 그런 다음 투명 광학 기판(30)은 회로 기판(112)에 대해 정렬 및 접착된다. 이 접근 방식에서의 한가지 장점은 투명 광학 기판(30)의 제조 설계가 훨씬 간단해진다는 것인데 그 이유는 도 3 내지 도 5에 도시된 땜납 범프(42 내지 47) 및 집적 회로 트레이스(50 내지 52)가 더 이상 필요하지 않기 때문이다.
회로 기판(112)은 부착 패드와 더불어, 다수의 상호 연결 층, 능동 소자 및 수동 소자, 소자 집적 회로(element integrated circuit)(104)를 제공할 표준 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 예를 들어, 필터, 전하 펌프, 전압 조정기 등은 회로 기판(112)을 사용하여 공통 전기 기판으로서 통합될 수 있다. 그 결과, 광섬유 엔진(100)은 기능면에서 자급식(self-sufficient)이고 웨이퍼 스케일 레벨에서 제조될 수 있는 완벽한 광섬유 시스템이다.
광 전자 소자(106)(송신기, 수신기 및/또는 송수신기)는 표면 발광 소스 대신에 엣지 발광 소스(108)인 송신기를 사용할 수 있다. 엣지 발광 소스(108)는 표면 소자와 동일한 방식으로 부착될 것이나 훨씬 폭넓고 다양한 발광 장치가 사용되도록 해주는 90도 각에서 빔을 굴절시키는 프리즘(prism) 또는 거울(110)을 사용한다. 거울(110)은 폴리머이거나 또는 투명 광학 기판(30) 또는 회로 기판(112) 상에 직접 에칭되는 거울일 수 있다.
또한, 이동가능한 및/또는 튜닝가능한 거울과 같은 마이크로 기계 소자(micro mechanical elements)(116)는 회로 기판(112)안으로 또는 상으로 통합될 수 있어서, 광 경로(22)의 능동적인 이동이 광학 피드백을 사용하여 실시간으로 정렬을 변경하거나 또는 광섬유에 대한 광의 임의의 오정렬을 보상할 수 있게 해 주거나, 또는 전기적으로 튜닝되거나 이동된 거울이 광을 광섬유에서 광섬유로 이동시키는 데 사용될 수 있어서 그 결과 광섬유 엔진(100)이 또한 스위치로서 사용될 수 있다.
본 발명이 특정 최상의 모드에 관련하여 설명되었지만, 다수의 대안, 수정 및 변경이 앞선 설명에 비추어 당업자에게 분명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항의 정신 및 범주에 들어가는 모든 대안들, 수정 및 변경을 포함하려 한다. 본 명세서에서 설명되거나 또는 첨부한 도면에 도시된 모든 예들은 예시적으로 또한 비- 제한적 의미로 해석되어야 한다.
본 발명은 광섬유 엔진 및 그에 대한 제조 방법을 제공하는데, 이 광섬유 엔진은 높은 기가-헤르쯔(GHz) 주파수 동작을 할 수 있는 동시에 상업적으로 이용가능한 물질, 장비 및 대량 생산 프로세스를 이용하여 제조될 수 있다. 그것은 또한 종래의 시스템에서보다 소형으로 제조될 수 있으며 정렬 작업을 적게 필요로 한다.

Claims (10)

  1. 광섬유 엔진(fiber optical engine)(10)(100)을 제조하는 방법에 있어서,
    광학 기판(optical substrate)(30) 및 광학체(optics)(36)를 포함한 광학 소자(12)(102)를 제공하는 단계와,
    광 신호와 전자 신호 간을 변환하는 광 전자 소자(16)(106)를 제공하는 단계와,
    상기 광 전자 소자(16)(106)를 제어하는 집적 회로(14)(104)를 제공하는 단계 - 상기 집적 회로(14)(104)를 제공하는 단계는 상기 광 전자 소자(16)(106)를 제어하는 피드백을 제공하는 감광성 장치(photosensitive devices)(15)를 제공하는 단계를 포함함 - 와,
    광의 광 경로(22)의 능동적인 이동이 광의 정렬을 변경하거나 또는 상기 광의 임의의 오정렬을 보상하도록 하는 마이크로 기계(micromechanical) 소자(116)를 제공하는 단계와,
    상기 광 전자 소자(16)(106)를 상기 광학체(36)와 수동적으로 정렬하는 단계와,
    상기 광 전자 소자(16)(106)를 상기 광학 기판(30)에 고정시키는 단계와,
    상기 집적 회로(14)(104)를 상기 광학 기판(30)에 고정시키는 단계와,
    전기 기판(18)을 제공하는 단계와,
    상기 전기 기판(18)과 상기 광학 소자(12)(102)를 고정시키는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집적 회로(14)(104)를 상기 광학체(36)와 수동적으로 정렬하는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자(12)(102)를 제공하는 단계는 상기 광학 기판(30)에 상기 광학체(36)와 정렬된 거울(110)을 제공하는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자(12)(102)를 제공하는 단계는 상기 전기 기판(18) 상에 도전성 트레이스(50)(52)(72) 및 범프(bump)(44 내지 47)를 형성하여 상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)를 수동 정렬로 상기 광학 소자(12)(102)에 접속하는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전자 소자(16)(106)를 제공하는 단계는 상기 광 전자 소자 상에 와이어 범프(60)를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 집적 회로(14)(104)를 제공하는 단계는 상기 집적 회로 상에 범프를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광학 소자(12)(102)를 제공하는 단계는 상기 광학 기판(30) 상에 도전성 트레이스(72)를 형성하여 상기 광학 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)를 상기 광학 소자(12)(102)에 수동 정렬로 접속하는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)를 상기 광학 기판(30)에 고정시키는 단계는,
    이방성 도전 자외선(anisotropically conductive ultra-violet) 또는 열 경화가능 접착물(heat curable adhesive)을 상기 광학 기판(30) 상에 증착하는 단계와,
    상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)를 조립을 위해 상기 광학 기판(30)에 배치시키는 단계와,
    상기 이방성 도전 자외선 또는 열 경화가능 접착물(66)(68)(70)(74)을 경화시키는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 기판(18)을 제공하는 단계는 상기 광학 소자(12)(102)보다 긴 상기 전기 기판(18)을 제공하는 단계와, 상기 광학 소자(12)(102)가 상기 전기 기판(18)에 고정되는 경우 상기 광학 소자(12)(102) 넘어 연장하는 도전성 트레이스(72)를 상기 전기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 전기 기판(18)과 상기 광학 소자(12)(102)를 고정시키는 단계는,
    자외선 또는 열 경화가능 접착물을 상기 광학 기판(30) 상에 증착하는 단계와,
    상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)를 조립을 위해 상기 광학 소자(12)(102)에 배치하는 단계와,
    상기 자외선 또는 열 경화 가능 접착물(66)(68)(70)(74)을 경화시키는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)와 접촉하는(in contact with) 열 기판(20)(120)을 제공하는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전자 소자(16)(106) 및 상기 집적 회로(14)(104)와 접촉하는 회로 기판(112)을 제공하고, 도전성 트레이스(50)(52)(72), 필터, 전하 펌프, 전압 조정기, 거울(110), 프리즘, 마이크로 기계 소자, 능동 소자, 수동 소자 및 그들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 소자를 상기 회로 기판(112)과 연관시키는 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자(12)(102)를 제공하는 단계는 상기 광학 기판(30)을 웨이퍼로서 제공하고,
    상기 광 전자 소자(16)(106)와 상기 집적 회로(14)(104)를 고정시키는 단계는 복수의 광 전자 소자(16)(106)와 복수의 집적 회로(14)(104)를 웨이퍼로서의 상기 광학 기판(30)에 고정시키는 단계를 포함하며,
    상기 광섬유 엔진 제조 방법은,
    상기 복수의 광 전자 소자(16)(106)와 상기 복수의 집적 회로(14)(104)를 웨이퍼로서의 상기 광학 기판(30) 상에서 테스트하는 단계와,
    상기 광학 기판(30)을 싱귤레이트하는(singulating) 단계를 포함하는
    광섬유 엔진 제조 방법.
KR1020030004083A 2002-01-22 2003-01-21 광섬유 엔진 제조 방법 KR100957338B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/056,099 US6754406B2 (en) 2002-01-22 2002-01-22 Passively aligned fiber optical engine for parallel optics interconnect devices
US10/056,099 2002-01-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030063235A KR20030063235A (ko) 2003-07-28
KR100957338B1 true KR100957338B1 (ko) 2010-05-12

Family

ID=22002135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030004083A KR100957338B1 (ko) 2002-01-22 2003-01-21 광섬유 엔진 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6754406B2 (ko)
EP (1) EP1329755B1 (ko)
JP (1) JP4643891B2 (ko)
KR (1) KR100957338B1 (ko)
DE (1) DE60223783T2 (ko)
TW (1) TW561288B (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2834833B1 (fr) * 2002-01-14 2004-02-20 Seb Sa Ensemble emetteur-recepteur pour un dispositif de surveillance des bebes
US7215886B2 (en) * 2002-02-04 2007-05-08 Hitachi, Ltd. Optical communication module
US7717627B2 (en) * 2003-12-29 2010-05-18 Finisar Corporation Electrical component connector with misalignment compensation
EP2229574A2 (en) * 2007-11-29 2010-09-22 Nxp B.V. Method of and device for determining and controlling the distance between an integrated circuit and a substrate
US8123577B2 (en) * 2008-07-09 2012-02-28 Argopower, Llc Autonomous vehicle with fuel cell and autonomous flushing system
TWI490580B (zh) * 2010-11-24 2015-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 光纖連接器
JP2013167750A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Hitachi Cable Ltd 光電気複合配線モジュール
US9104039B2 (en) 2012-05-08 2015-08-11 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods and systems for performing vision-aided passive alignment during the assembly of an optical communications module
CN104395796A (zh) 2012-07-30 2015-03-04 惠普发展公司，有限责任合伙企业 光波导
US9551845B1 (en) 2013-10-01 2017-01-24 Microsemi Storage Solutions (U.S.), Inc. Method for manufacturing optical engine packages and apparatus from which optical engine packages are manufactured
US9423581B2 (en) 2014-08-22 2016-08-23 Laxense Inc. Parallel optical system with integrated monitoring photodetectors
US10209464B2 (en) * 2014-10-17 2019-02-19 Cisco Technology, Inc. Direct printed circuit routing to stacked opto-electrical IC packages
US20160274316A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Samtec, Inc. Active-optical ic-package socket
US10725254B2 (en) 2017-09-20 2020-07-28 Aayuna Inc. High density opto-electronic interconnection configuration utilizing passive alignment
JP2021044437A (ja) * 2019-09-12 2021-03-18 住友電気工業株式会社 受光装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923796A (en) 1991-11-05 1999-07-13 Mcnc Microelectronic module having optical and electrical interconnects
US5997185A (en) 1996-01-09 1999-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Optoelectronic transmit module

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02165684A (ja) * 1988-12-20 1990-06-26 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
US5061027A (en) * 1990-09-04 1991-10-29 Motorola, Inc. Solder-bump attached optical interconnect structure utilizing holographic elements and method of making same
JPH06202537A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Toshiba Lighting & Technol Corp 照明装置および除電装置
US5369529A (en) * 1993-07-19 1994-11-29 Motorola, Inc. Reflective optoelectronic interface device and method of making
EP0653654B1 (en) * 1993-11-09 2001-09-26 Agilent Technologies Inc. a Delaware Corporation Optical detectors and sources with merged holographic optical elements suitable for optoelectronic interconnects
WO1997025638A2 (de) * 1996-01-09 1997-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum optischen ankoppeln eines lichtaussendenden elementes an ein lichtempfangendes element
JP3517700B2 (ja) * 1996-10-30 2004-04-12 日本航空電子工業株式会社 面型光素子およびその製造方法
US6203212B1 (en) * 1998-08-24 2001-03-20 Agilent Technologies, Inc. Optical subassembly for use in fiber optic data transmission and reception
US6164837A (en) * 1998-12-30 2000-12-26 Mcdonnell Douglas Corporation Integrated microelectromechanical alignment and locking apparatus and method for fiber optic module manufacturing
US6516104B1 (en) * 1999-06-25 2003-02-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical wiring device
JP3728147B2 (ja) * 1999-07-16 2005-12-21 キヤノン株式会社 光電気混載配線基板
US6821027B2 (en) * 2000-10-16 2004-11-23 Opti Japan Corporation Miniaturized parallel optical transmitter and receiver module
US6738538B2 (en) * 2000-10-25 2004-05-18 Patrick R. Antaki Method to construct optical infrastructure on a wafer
US6522798B2 (en) * 2001-01-27 2003-02-18 Stratalynx Corporation Modular optoelectric array transducer
US6635866B2 (en) * 2001-04-19 2003-10-21 Internation Business Machines Corporation Multi-functional fiber optic coupler
US6796725B2 (en) * 2001-10-05 2004-09-28 Kyocera America, Inc. Opto-electronic package for integrated sealing of optical fibers
US6574399B2 (en) * 2001-11-02 2003-06-03 Corning Incorporated Ceramic waferboard for integration of optical/optoelectronic/electronic components

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923796A (en) 1991-11-05 1999-07-13 Mcnc Microelectronic module having optical and electrical interconnects
US5997185A (en) 1996-01-09 1999-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Optoelectronic transmit module

Also Published As

Publication number Publication date
TW561288B (en) 2003-11-11
KR20030063235A (ko) 2003-07-28
US20030138186A1 (en) 2003-07-24
JP4643891B2 (ja) 2011-03-02
JP2003218447A (ja) 2003-07-31
DE60223783T2 (de) 2008-10-30
DE60223783D1 (de) 2008-01-10
EP1329755A3 (en) 2004-07-21
EP1329755B1 (en) 2007-11-28
US6754406B2 (en) 2004-06-22
EP1329755A2 (en) 2003-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6869229B2 (en) Coupled optical and optoelectronic devices, and method of making the same
CN107040318B (zh) 用于通信的方法和系统
US8692276B2 (en) Parallel optical transceiver module
US6900509B2 (en) Optical receiver package
KR100957338B1 (ko) 광섬유 엔진 제조 방법
EP1556723B1 (en) Optoelectronic package and fabrication method
US6907151B2 (en) Optical coupling for a flip chip optoelectronic assembly
CN111051940A (zh) 在硅衬底上具有聚合物波导的光学互连模块
US20100151614A1 (en) Wafer level method of forming side fiber insertion optoelectronic packages
JP4060023B2 (ja) 光導波路送受信モジュール
JP3800135B2 (ja) 光通信モジュール、光通信モジュールの製造方法および電子機器
Ambrosy et al. Silicon motherboards for multichannel optical modules
US9297967B2 (en) Device for converting signal
EP3674759A1 (en) Integration of active component on photonics platform
Beranek et al. Passive alignment optical subassemblies for military/aerospace fiber-optic transmitter/receiver modules
US20210223691A1 (en) Substrate of an optical electrical module
KR100351418B1 (ko) 광송수신 모듈 구조 및 그 제조 방법과 그 패키지 구조
US7021835B1 (en) Alignment of optical components in an optical subassembly
KR100317397B1 (ko) 자유공간 광연결 모듈 구조
US20230106911A1 (en) Optical coupling of light source and photonic integrated circuit
Wang et al. A simple passive-alignment packaging technique for laser diode modules
JPH04349674A (ja) 光半導体素子および実装方法
JPH11145487A (ja) 光モジュールの製造方法及び製造装置
Mikawa et al. Active interposer technology for high-speed and low-cost chip-to-chip optical interconnects

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130419

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140422

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150504

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee