KR101110362B1 - 광인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 적어도 1 이상의 내층과 상기 내층을 전기적으로 연결하는 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판과 광송신부와 광도파로로 연결되는 광수신부로 형성되는 일체형 광연결모듈, 그리고 상기 일체형 광연결모듈에 장착되는 송수신모듈을 포함하되, 특히 상기 일체형광연결모듈 및 송수신모듈이 상기 인쇄회로기판의 내부에 매립형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 송수신모듈과 일체형광연결모듈을 인쇄회로기판 내에 매립형으로 실장함으로써, 완성된 인쇄회로기판에서는 와이어본딩 또는 플립칩본딩, 솔더링 등의 공정을 통해 전기적 접속만을 통하여 광 인쇄회로기판의 구현이 가능해지며, 인쇄회로기판 내부에 송수신모듈을 포함한 일체형광연결모듈이 들어가 있음으로 인해, 기계적인 신뢰성과 접속 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

광인쇄회로기판, 일체형광연결모듈

Description

광인쇄회로기판 및 그 제조방법{Optical Printed Circuit Board and Fabricating method of the same}

본 발명은 광인쇄회로기판의 구조 및 이의 제조방법에 관한 것이다

통상 이용되고 있는 인쇄회로기판(PCB)은 전기적 PCB로 구리박막 회로가 구현된 기판을 코팅 처리하여 각종 부품을 꽂아 전기 신호 전송에 의해 이용된다. 이와 같은 기존의 전기적 PCB는 전기 소자인 부품의 처리능력 보다 기판의 전기적 신호 전송능력이 따라가지 못하여 신호 전송에 문제가 있다. 특히 이러한 전기신호는 외부환경에 민감하고 잡음현상이 발생되어 고정밀을 요구하는 전자제품에 커다란 장애가 된다. 이에 대한 보완으로 전기적 PCB의 구리와 같은 금속성 회로 대신, 광도파로가 이용한 광PCB가 개발되어, 전파방해, 잡음현상 등에 더욱 안정적인 고정밀 첨단장비의 생산이 가능해 졌다.

도 1은 종래의 광인쇄회로기판의 구조를 도시한 개념도이다. 이를 참조하면, 종래의 광인쇄회로기판은, 광연결을 위해서 능동형 광소자(5)를 비롯한 수동형 광소자(6), 광연결 블록(1), 광 도파로(10) 형성한다.

특히 광 송신 및 수신 소자들(5,6,7,8)을 장착하기 위한 별도의 인쇄회로기 판(3)이 형성되며, 광연결 블록(1)과 광인쇄뢰로기판(4), 발광소자 및 수광소자(5,6)의 연결은 가이드 핀(2)에 의해 연결하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 구조에서는 별도의 인쇄회로기판(3)과 광 인쇄회로기판(4) 사이의 전기적 신호를 연결하는 라인에서 노이즈가 발생할 수 있으며, 광 인쇄회로기판(4)을 제조하여 광연결 블록(1)에 연결하는 과정에서 발광소자(5), 수광소자(6)와 광연결 블록(101) 간 또는 광연결 블록(1)과 광 인쇄회로기판(4) 내 광 도파로(210) 간에 정렬 오차가 필연적으로 발생하여 광 손실이 발생하는 단점이 있다. 또한, 가이드 핀(202)을 사용함에 따라 사용시 진동이나 온도 변화에 따른 이탈 또는 변형의 문제점이 발생하게 된다. 또한, 송수신 모듈인 광 송신 및 수신 소자들(5,6,7,8)을 기판의 외부로 노출시켜야 하는바, 재료의 제한 및 기계적 강도에 취약한 문제도 아울러 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 송수신모듈과 일체형광연결모듈을 인쇄회로기판 내에 매립형으로 실장함으로써, 완성된 인쇄회로기판에서는 와이어본딩 또는 플립칩본딩, 솔더링 등의 공정을 통해 전기적 접속만을 통하여 광 인쇄회로기판의 구현이 가능해지며, 인쇄회로기판 내부에 송수신모듈을 포함한 일체형광연결모듈이 들어가 있음으로 인해, 기계적인 강도와 접속 신뢰성을 향상시킨 광인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다.

구체적으로, 본 발명에 따른 광인쇄회로기판은, 적어도 1 이상의 내층과 상기 내층을 전기적으로 연결하는 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판; 광송신부와 광도파로로 연결되는 광수신부로 형성되는 일체형 광연결모듈; 상기 일체형 광연결모듈에 장착되는 송수신모듈;을 포함하되, 상기 일체형광연결모듈 및 송수신모듈이 상기 인쇄회로기판의 내부에 매립형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 일체형광연결모듈과 송수신모듈이 모두 인쇄회로기판 내부에 삽입되는 구조로 형성시키는 구조를 형성시키는 경우, 상기 송수신모듈 및 일체형광연결모듈의 상부에는 적어도 1이상의 내층이 형성되며, 상기 송수신모듈은 외부 제 어회로부(Control IC)와 도전통로를 통해 연결되도록 함이 바람직하다. 이 경우, 본 발명에 따른 상기 송수신모듈은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함한다.

광인쇄회로기판 내부에 매립되는 본 발명의 송수신모듈과 연결되는 상기 제어회로부(Control IC)는 상기 도전통로와 와이어본딩 또는 플립칩 본딩으로 연결되는 구조로 형성될 수 있다.

상술한 구조의 본 발명에 따른 광인쇄회로기판은 다음과 같은 제조공정을 통해 제조될 수 있다.

구체적으로는, 본 발명에 따른 광인쇄회로기판은, 절연층상에 회로패턴이 형성된 베이스 내층을 형성하는 1 단계; 상기 내층을 가공하여 형성된 매립패턴에 일체형광연결모듈을 매립하는 2단계; 상기 일체형광연결모듈에 송수신모듈을 장착하는 3단계; 상기 일체형광연결모듈 및 송수신 모듈의 형성층의 상부에 전기적으로 연결되는 내층을 적어도 1 이상 형성하는 4단계; 를 포함하여 이루어진다.

특히, 상술한 제조단계 중 상기 2단계는, 상기 베이스내층을 기계적가공 또는 포토리소그라피를 이용한 패턴 형성법을 이용하여 매립패턴을 형성하는 단계로 구성할 수 있다.

또한, 상술한 제조공정에 있어서, 상기 3단계는, 3a) 일체형광연결모듈 이외영역에 절연층을 적층하는 단계; 3b) 상기 절연층을 기계적 또는 화학적 가공하여 어라인패턴영역을 형성하는 단계; 3c) 상기 어라인패턴영역에 송수신모듈을 자동어 라인하여 장착하는 단계;를 포함하여 이루어지도록 형성할 수 있다. 즉, 일체형광연결모듈의 매립패턴을 형성하고, 이 상부에 송수신모듈을 어라인 시키기 위한 단차를 가진 패턴영역을 구성하여 별도의 어라인 없이 단차 내부로 송수신모듈을 장착하는 단계로 구성이 가능하다.

또는, 이러한 구성과는 달리, 상기 3단계를 형성함에 있어, 상기 일체형광연결모듈에 송수신모듈을 어라인하여 장착하고, 상기 일체형광연결도듈 및 송수신모듈을 제외한 영역에 절연층을 도포하는 단계로 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 제조공정 중 상기 4단계는, 상기 내층 중 최외각의 내층의 형성은 상기 일체형광연결모듈의 수직높이 이상이 되도록 형성하고, 회로패턴을 형성한 후, 이를 기계적 또는 화학적 가공을 통해 외부회로와 연결되는 도전통로를 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 4단계 이후에, 상기 송수신모듈과 연결되는 도전통로의 상부면과 외부 제어회로부가 와이어본딩 또는 플립칩 본딩으로 연결되도록 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 송수신모듈과 일체형광연결모듈을 인쇄회로기판 내에 매립형으로 실장함으로써, 완성된 인쇄회로기판에서는 와이어본딩 또는 플립칩본딩, 솔더링 등의 공정을 통해 전기적 접속만을 통하여 광 인쇄회로기판의 구현이 가능해지며, 인쇄회로기판 내부에 송수신모듈을 포함한 일체형광연결모듈이 들어가 있음으로 인해, 기계적인 신뢰성과 접속 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 광인쇄회로기판을 구성하는 광연결모듈을 일체형으로 구성하고, 이 일체형 광연결모듈과 송수신모듈이 인쇄회로기판 내에 매립형으로 형성되도록 형성하여 전체적인 광연결시스템의 기계적 안정성을 확보하고 송수신 노이즈를 제거하는 기술제공을 그 요지로 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 광인쇄회로기판의 내부 구성을 도시한 바람직한 일 실시예의 단면도이다.

본 발명에 따른 광인쇄회로기판(P)은 적어도 1 이상의 내층(110,120,130)과 상기 내층을 전기적으로 연결하는 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판을 기본으로 하여, 이러한 인쇄회로기판의 내부에 매립되는 광송신부(Tx)와 광도파로(F)로 연결되는 광수신부(Tr)로 형성되는 일체형 광연결모듈(100), 상기 인쇄회로기판 내부에 매립형으로 배치되며, 일체형광연결모듈(100)의 광송신부와 광수신부 상부에 장착 되는 송수신모듈(200)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 상기 일체형 광연결모듈(100)과 상기 송수신모듈(200)을 배치함에 있어, 상기 광인쇄회로기판(P)의 내부에 매립형으로 형성하는 것을 그 요지로 한다.

구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 광인쇄회로기판을 구성하는 상기 내층은 단층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 복수의 층을 구비한 구조를 예를 들어 설명하기로 한다.

각각의 내층은 베이스내층(110)과 그 상하부에 적어도 1 이상의 내층이 전기적으로 도통하는 도통홀(112) 또는 범프(122) 등을 통해 연결되는 구조를 구비하며, 이러한 베이스내층(110)과 다른 내층에는 일체형광연결모듈(100)이 형성된다. 상기 일체형광연결모듈(100)은 광송신부(Tx)와 광수신부(Tr), 그리고 광송신부와 광수신부를 연결하는 광도파로(F)가 일체형으로 연결된 구조로 형성되며, 지지부재와 같은 외부 부재로 광도파로의 외부를 보호할 수 있도록 형성함이 바람직하다. 상기 광도파로는 광신호를 전달할 수 있는 광섬유가 이용될 수 있다. 특히, 상기 일체형광연결모듈의 말단부를 구성하는 광송신부와 광수신부에는 송수신모듈(200)이 장착되며, 일체형광연결모듈과 송수신모듈은 모두 광인쇄회로기판의 내부로 매립되는 구조로 형성된다. 상기 송수신모듈(200)은 송수신모듈의 상부에 적층된 내층과 도전범프를 통해 외부 제어회로부와 전기적으로 연결하게 된다.

즉, 본 발명은 광인쇄회로기판(OPCB)의 내부에 일체형광연결모듈의 송수신 부위와 광 섬유, 그리고 송수신 부위 위에 결합이되는 E/O, O/E convertor등의 송 수신모듈을 일체화시켜서 PCB내부에 매립(Embedding) 시킴으로써 광 PCB가 완료된 상태에서는 전기적(Electrical) 접속만을 행하는 일반적인 PCB와 동일한 구조로 구현이 가능하게 된다.

일체형광연결모듈과 그 상부에 조립되는 송수신모듈을 일체형으로 광 PCB 내부에 임베딩(Embedding) 함으로 인하여 접속 신뢰성을 향상시킬 수가 있으며, 광 PCB의 제작 완료 후에 사용자의 입장에서는 광의 송수신과 관계된 어셈블리가 필요없이 기존의 일반적인 PCB와 동일한 전기적인 어셈블리만을 실행함으로써 광 연결이 가능해 진다. 본 발명에 따른 이러한 구조의 광 PCB는 송수신 부위가 PCB외부로 노출된 구조에 비하여 PCB 내부에 들어가 있음으로 기계적인 신뢰성의 향상이 가능하게 된다.

즉, 종래에는 인쇄회로기판의 표면과 동일한 높이나 그 상부에 송수신모듈을 장착하기 때문에, 가이드핀을 고정하기 위한 핀홀정렬이 불가피하게 필요하며, 이는 어라인 미스 등의 불량으로 인해 제조공정의 지연 및 가이드핀만으로 고정되는 점때문에 발생하는 고정되는 송수신모듈의 고정력의 약화로 인한 기계적강도의 하락 등의 문제가 지속적으로 발생하게 되었다. 본 발명에서의 상술한 이러한 문제를 해결하여 어라인의 편의성과 기계적강도를 동시에 확보할 수 있게 되는 장점이 구현되게 되는 것이다.

이하에서는 이러한 구조의 본 발명에 따른 광인쇄회로기판의 제조공정을 설명하기로 한다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이는 각각 이는 각각 본 발명에 따른 광인쇄회로기판의 제조공정을 나타낸 순서도와 공정개념도를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 광인쇄회로기판을 제조하는 공정은 크게 절연층상에 회로패턴이 형성된 베이스 내층을 형성하는 1 단계와 상기 내층을 가공하여 형성된 매립패턴에 일체형광연결모듈을 매립하는 2단계, 그리고 상기 일체형광연결모듈에 송수신모듈을 장착하는 3단계, 상기 일체형광연결모듈 및 송수신 모듈의 형성층의 상부에 전기적으로 연결되는 내층을 적어도 1 이상 형성하는 4단계;를 포함하여 구성된다.

우선, S 1단계로, 코어층을 형성하는 베이스내층(110)을 형성한다. 상기 베이스내층(110)은 다른 내층과 전기적연결을 위한 도통홀(112)가 형성되며, 회로패턴(111)이 형성된다.

이후, S 2단계로, 상기 베이스내층(110)을 기계적 또는 화학적 가공을 통해 일체형광연결모듈(100)을 매립한다. 상기 일체형광연결모듈(100)은 광송신부와 광수신부가 광도파로로 일체형으로 연결된 구조로 형성되며, 외부에는 지지유닛으롯의 케이스를 형성하는 구조로 매립될 수 있다. 또한, 기계적 가공은 레이저드릴을 이용한 드릴링 등의 가공법이, 화학적 가공은 포토리소그라피를 이용한 패터닝 방식이 적용될 수 있다.

다음으로, S 3단계에서는 상기 일체형연결모듈(100)의 광송신부 및 광수신부 상에 송수신모듈(200)을 장착하는 단계가 수행된다. 상기 송수신 모듈은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 것으로, 이후 광인쇄회로기판의 외부의 외부 제어회로부(Control IC)와 도전통로를 통해 연결되게 된다. 상기 송수신모듈을 장착하는 방법은 다음과 같은 단 계로 수행될 수 있다.

구체적으로는 우선, 베이스 내층(110)에 형성된 일체형광연결모듈 이외 영역에 절연층(120)을 적층하고, 절연층(120)을 기계적 또는 화학적 가공하여 어라인패턴영역을 형성한다. 상기 어라인패턴영역은 절연층을 가공하여 일체형광연결모듈(100)의 광송신부(Tx)와 광수신부(Tr)의 표면이 노출되는 단계까지 가공을 수행하여 형성된 단차를 가진 오목패턴을 의미한다. 이후 상기 어라인패턴영역에 송수신모듈을 삽입하여 장착하게 되는데, 오목패턴을 가진 단차 영역에 송수신 모듈을 별도의 어라인 과정없이 바로 삽입하면 되는바, 자동적으로 어라인이 되는 편의성을 도모할 수 있는 장점이 있다.

이와는 다른 공정으로도 상기 송수신 모듈의 장착 방법이 가능한데, 이는 상기 일체형광연결모듈(100)에 송수신모듈(200)을 어라인하여 장착하고, 그 이후에 상기 일체형광연결모듈 및 송수신모듈을 제외한 영역에 절연층(120)을 도포하는 단계로 구성하는 것도 가능하다.

상기 절연층(120)의 상면에는 소정의 회로패턴(122)과 상부에 적층될 내층 및 하부의 베이스 내층과 전기적으로 도통할 도전범프(122)가 형성된다.

이후, S 4단계에서는 최외각 내층을 형성하기 위한 절연층(130)과 그 상부에 형성된 회로패턴, 회로패턴 보호를 위한 솔더레지스트층이 형성될 수 있다. 특히, 상기 회로패턴 중 적어도 하나 이상에는 상기 송수신모듈과 전기적으로 연결되는 도전범프(131)가 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 내층 중 최외각의 내층의 형성은 상기 일체형광연결모듈(100)과 송수신모듈(200)의 수직높이 이상이 되도록 형성하고, 이후에 절연층의 적층, 그리고 절연층 상에 회로패턴을 형성한 후, 이를 기계적 또는 화학적 가공을 통해 외부회로와 연결되는 도전통로를 형성하게 된다.

상기 4단계 이후에는 상기 송수신모듈(200)과 연결되는 도전통로(131)의 상부면과 외부 제어회로부가 와이어본딩 또는 플립칩 본딩으로 연결되도록 형성하여 광인쇄회로기판을 완성한다.

상기 제어회로부가 장착된 구조는 도 3c에 도시되어 있으며, 도시된 것처럼, S 5 단계의 도면은 도전통로(121)의 상부면에 와이어(150)를 통해 외부제어회로부(300)과 접속하는 구조를 도시하고 있으며, S 5'는 솔더볼(160) 등의 접속 매개 물질을 이용해 외부제어회로부(300)과 플립칩본딩으로 연결된 구조를 도시하고 있다.

어느 경우이던, 상술한 제조공정에 따른 광인쇄회로기판의 공정은 송수신모듈과 일체형광연결모듈을 인쇄회로기판 내에 매립형으로 실장함으로써, 완성된 인쇄회로기판에서는 와이어본딩 또는 플립칩본딩, 솔더링 등의 공정을 통해 전기적 접속만을 통하여 광 인쇄회로기판의 구현이 가능해지며, 인쇄회로기판 내부에 송수신모듈을 포함한 일체형광연결모듈이 들어가 있음으로 인해, 기계적인 신뢰성과 접속 신뢰성이 향상된 구조를 제공할 수 있게 된다. 아울러 광연결모듈과 송수신모듈이 매립형으로 형성되어 외부 충격에 의한 파손이나 이탈의 문제를 해소할 수 있게 됨과 동시에, 신호전달시 노이즈 문제를 해소할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설 명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래 광연결시스템이 구현된 인쇄회로기판의 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광인쇄회로기판의 요부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광인쇄회로기판의 제조공정을 도시한 것이다.

도 3c는 본 발명에 따른 광인쇄회로기판에 외부제어회로부를 형성한 것을 도시한 것이다.

Claims (10)

1. 적어도 1 이상의 내층과 상기 내층을 전기적으로 연결하는 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판;

   상기 인쇄회로기판의 내부에 매립되며, 광송신부, 광수신부 및 광도파로가 일체형으로 형성된 일체형 광연결모듈;

   상기 일체형 광연결모듈에 장착되는 송수신모듈;을 포함하되,

   상기 인쇄회로기판은 상기 일체형광연결모듈 이외영역에 적층된 절연층과,

   상기 절연층을 기계적 또는 화학적 가공하여 상기 광연결모듈의 광송신부와 광수신부의 표면이 노출되도록 형성된 단차 형상의 어라인패턴영역과,

   상기 어라인패턴영역이 속한 상기 절연층의 상부에 적층되며 그 상부에 외부 제어회로부(Control IC)가 형성된 적어도 1이상의 내층을 포함하며,

   상기 송수신모듈은 상기 어라인패턴 영역에 삽입되어 장착되며,

   상기 내층에는 상기 송수신모듈과 상기 외부 제어회로부를 전기적으로 연결하는 도전통로가 형성되며,

   상기 외부 제어회로부는 상기 도전통로와 와이어본딩 또는 플립칩 본딩으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 송수신모듈은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
4. 삭제
5. 절연층상에 회로패턴이 형성된 베이스 내층을 형성하는 1 단계;

   상기 베이스 내층을 가공하여 형성된 매립패턴에 일체형광연결모듈을 매립하는 2단계;

   상기 일체형광연결모듈 이외영역에 절연층을 적층하는 3단계;

   상기 절연층을 기계적 또는 화학적 가공하여 상기 광연결모듈의 광송신부와 광수신부의 표면이 노출되도록 단차 형상의 어라인패턴영역을 형성하는 4단계;

   상기 어라인패턴영역에 송수신모듈을 삽입하여 장착하는 5단계;

   상기 어라인패턴영역이 속한 상기 절연층의 상부에 적층되는 내층으로서, 그 상부에 외부 제어회로부(Control IC)가 형성되고 그 내부에 상기 송수신모듈과 상기 외부 제어회로부를 전기적으로 연결하는 도전통로가 형성된 내층을 적어도 1이상 형성하는 6단계;

   상기 송수신모듈과 연결되는 도전통로의 상부면과 외부 제어회로부를 와이어본딩 또는 플립칩 본딩으로 연결하는 7단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 2단계는,

   상기 베이스내층을 기계적가공 또는 포토리소그라피를 이용한 패턴 형성법을 이용하여 매립패턴을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판의 제조 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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