KR101114075B1 - 광 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연부재와, 상기 절연부재의 내부에 배치되며 광시그널을 통과시키는 광파이버(optical fiber), 및 상기 광파이버의 단부가 상기 절연부재의 일면에 위치하도록 상기 광파이버의 단부를 지지하는 지지부재를 포함하고, 상기 지지부재는 상기 광시그널이 전반사될 수 있는 각도로 상기 광파이버가 절곡되는 것을 가이드하는 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 광시그널의 전송 환경을 최적화시킴과 아울러 보다 슬림한 두께의 구현할 수 있는 구조의 광 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.

Description

광 인쇄회로기판 및 그 제조방법{OPTICAL PRINTED CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 광파이버(optical fiber)를 적용한 광 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)은 배선이 집적되어 다양한 소자들이 실장 되거나 소자 간의 전기적 연결이 가능하도록 구성되는 부품이다. 기술의 발전에 따라 다양한 형태와 다양한 기능을 갖는 인쇄회로기판이 제조되고 있으며, 이들의 일 예로서 램(Ram), 메인보드, 랜 카드 등을 들 수 있다.
최근, 정보통신의 급속한 발전으로 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터 등의 전자기기에서 신호의 전달속도가 중요한 파라미터가 되었다. 이에 따라, 인쇄회로기판에 있어서의 부품과 배선 간의 임피던스의 정합이 중요하게 고려되고 있다.
일반적으로 인쇄회로기판은 절연부재에 도전층이 적층된 구조를 갖는 동박 적층판에 의해 제조된다. 인쇄회로기판은 동박 적층판에 회로 패턴을 형성함으로써 제조될 수 있으며, 이를 전기 인쇄회로기판이라 한다. 전기 인쇄회로기판은 신호의 전달 매체로서 구리 등의 도전성 금속을 전기 배선으로 이용하기 때문에 초고속, 대용량의 데이터를 전송하는데 한계가 있다.
이를 극복하기 위한 방법으로서, 최근 절연부재 상에 광도파로를 형성시키는 광 인쇄회로기판 기술이 개발되었다. 이러한 광 인쇄회로기판에서 빛이 통과하는 광도파로를 구현하기 위하여 고분자 중합체(Polymer)와 유리 섬유(Glass fiber) 등을 이용한 광파이버(optical fiber)가 적용되고 있다.
최근에는 전자기기의 소형화, 경량화에 따라, 광 인쇄회로기판을 보다 슬림화할 수 있는 새로운 구조에 대한 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 광파이버를 적용한 광 인쇄회로기판에 있어서, 광시그널의 전송 환경을 최적화시킴과 아울러 보다 슬림한 두께의 구현할 수 있는 구조의 광 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 절연부재와, 상기 절연부재의 내부에 배치되며 광시그널을 통과시키는 광파이버(optical fiber), 및 상기 광파이버의 단부가 상기 절연부재의 일면에 위치하도록 상기 광파이버의 단부를 지지하는 지지부재를 포함하고, 상기 지지부재는 상기 광시그널이 전반사될 수 있는 각도로 상기 광파이버가 절곡되는 것을 가이드하는 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판을 개시한다.
상기 가이드부는 상기 지지부재를 관통하도록 형성되는 가이드홀로서 구현될 수 있으며, 상기 가이드홀은 상기 절연부재의 주면(principal surface)에 대하여 일정 각도 경사지게 형성될 수 있다.
상기 지지부재는 상기 광파이버의 일단과 타단을 각각 지지하는 제1 및 제2지지부재를 포함할 수 있다.
상기 광파이버는 상기 절연부재의 주면과 평행하게 배치되며, 상기 제1 및 제2지지부재에 의해 일단과 타단이 일정 각도로 절곡될 수 있다.
상기 제1지지부재에는 상기 광파이버에 광시그널을 입력하는 송신모듈이 장 착될 수 있으며, 상기 제2지지부재에는 상기 광파이버를 통과한 광시그널을 수신하는 수신모듈이 장착될 수 있다.
한편, 본 발명은 제1절연부재에 광파이버 배치 영역을 마련하는 단계와, 상기 광파이버 배치 영역에 광파이버의 단부를 지지하는 지지부재를 장착하는 단계, 및 제2절연부재로 상기 광파이버 배치 영역을 덮는 단계를 포함하고, 상기 지지부재는 상기 광시그널이 전반사될 수 있는 각도로 상기 광파이버가 절곡되는 것을 가이드하는 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조방법을 개시한다.
상기 제2절연부재는 가압 성형에 의하여 상기 제1절연부재에 적층될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 지지부재에 광파이버의 절곡을 가이드하는 가이드부를 구비함으로써, 광파이버의 양단을 통과하는 광시그널이 전반사될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 광파이버를 절연부재에 고정시키는 구조를 간단한 구조를 통하여 구현함으로써 광 인쇄회로기판의 두께를 슬림화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 광 인쇄회로기판의 두께를 슬림화시킴으로써, 절연부재에 배치되는 회로패턴 또는 전자소자의 밀집도, 및 회로구성의 자유도를 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 관련된 인쇄회로기판의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도면에 나타내어진 구성요소들은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되어 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광 인쇄회로기판의 단면도이다.
광 인쇄회로기판은 절연부재(110)와, 절연부재(110)의 내부에 배치되는 광파이버(120), 및 광파이버(120)의 단부를 지지하는 지지부재(130,140)를 포함한다.
절연부재(110)는 광 인쇄회로기판의 외관을 형성하며, 광 인쇄회로기판에 내구력을 제공하는 기초부재로서의 기능을 한다. 절연부재(110)는 유리 섬유가 포함된 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 재질로 형성될 수 있다.
절연부재(110)에는 광시그널이 통과하는 광파이버(120) 뿐만 아니라 도전성 금속(예를 들면, 구리) 재질의 회로패턴(150)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 절연부재(110)는 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 복수의 층들 각각에 회로패턴(150)이 형성될 수 있다.
절연부재(110)에는 서로 다른 층에 배치된 회로패턴들의 도통을 위한 비아홀(151)로 형성될 수 있다. 비아홀(151)의 내면에는 도전성 재질의 금속에 의해 도금 처리된다.
광파이버(120)는 광시그널을 전달하기 위한 가느다란 섬유로서, 광파이버(120)는 0.02~0.05㎛의 지름을 갖는다. 광파이버(120)는 절연부재(110)의 내부에 복수의 다발로 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ의 단면을 나타내는 사시도 및 광파이버의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2와 같이 광파이버(120)는 절연부재(110)의 내부에 복수의 다발로 배치되나, 나머지 도면에서는 편의상 하나의 선으로 도시하였다.
도 2를 참조하면, 광파이버(120)는 빛을 전달하는 매개체인 코어(121)와, 코어(122)에서 다른 코어(121)로 새어나오는 혼신을 막는 클래딩(122)을 포함한다. 코어(121)는 석영계 유리, 실리카계 유리, 고분자 화합물 등으로 형성될 수 있다. 클래딩(122)은 코어(121)보다 낮은 굴절률을 가지며, 코어(121)의 외주면에 코팅되어 형성된다. 클래딩(122)의 외주면에는 외부로부터의 충격 보호를 위한 피복이 추가적으로 코팅될 수 있다.
도 2의 도시와 같이, 광파이버(120)의 일단에서 입사한 빛은 코어(121)와 클래딩(122)간의 전반사가 연속적으로 일어남으로써 광파이버(120)의 타단까지 진행하게 된다.
지지부재(130,140)는 절연부재(110)의 내부에 위치한 광파이버(120)의 단부가 절연부재(110)의 일면에 위치하도록 광파이버(120)의 단부를 지지하기 위한 것으로서, 광파이버(120)의 양단에 배치되는 제1지지부재(130)과 제2지지부재(140)를 포함한다.
제1 및 제2지지부재(130,140)는 절연부재(110)의 일면에 형성된 제1 및 제2장착홈(130a,140b, 도 6 참조) 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2지지부재(130,140)는 상면이 절연부재(110)의 일면과 실질적으로 동일 평면을 이루도록 배치될 수 있다.
광파이버(120)는 절연부재(110)의 주면과 평행하게 배치될 수 있으며, 절연부재(110)의 내부에 매립되도록 배치된다. 광파이버(120)는 제1 및 제2지지부재(130,140)에 의하여 광파이버(120)의 양단이 일정 각도로 절곡된다.
제1지지부재(130)의 상면에는 광파이버(120)에 광시그널을 입력하는 송신모듈(160)이 장착된다. 송신모듈(160)은 회로패턴(150)을 통해 입력된 전기 시그널을 광시그널로 변환시킨다. 송신모듈(160)에는 광시그널을 조사하는 광원소자인 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,161)가 장착된다. VCSEL(161)은 레이저 빔을 절연부재(110)의 표면에 수직으로 조사하는 방식으로 광원 시그널을 전송하거나 증폭시키는 광원 소자이다.
제2지지부재(140)의 상면에는 광파이버(120)를 통과한 광시그널을 수신하는 수신모듈(170)이 장착된다. 수신모듈(170)은 광파이버(120)로부터 수신된 광시그널을 전기 시그널로 변환시키는 기능을 한다. 수신모듈(170)에는 광시그널을 검출하는 소자인 PD(Photo detector,171)가 장착된다.
송신모듈(160)의 VCSEL(161)에서 나온 광시그널은 광파이버(120)를 통과한 후 수신모듈(170)의 PD(171)에 도달하게 된다. 광시그널이 광파이버(120)를 통과하는 과정에서 전반사됨으로써 광시그널의 전송이 최적화될 수 있다. 여기서, 광파이버(120)의 양단은 절연부재(110)의 상면에 위치되는 바, 광파이버(120)는 양단이 절곡되도록 배치되며, 광파이버(120)의 양단은 제1 및 제2지지부재(130,140)에 의하여 전반사 가능한 각도로 절곡되도록 구성된다.
도 3은 도 1에 도시된 제1지지부재의 사시도이고, 도 4는 광파이버가 장착된 제1 및 제2지지부재의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1지지부재(130)의 외관은 제1장착홈(130a)에 대응되는 형태로 형성되며, 도면의 도시와 같이 직육면체의 형태를 가질 수 있다.
제1지지부재(130)는 광시그널이 전반사될 수 있는 각도로 절곡되는 것을 가이드하는 가이드부를 구비하며, 가이드부는 제1지지부재(130)를 관통하는 가이드홀(131)로서 구현될 수 있다.
가이드홀(131)은 절연부재(110)의 주면(principal surface)에 대하여 일정 각도만큼 경사지게 형성되는 경사부(132)를 구비한다. 본 실시예에 의한 가이드홀(131)은 하면이 상면보다 넓은 면적을 갖는 원뿔대의 형태로 형성되나, 상면과 하면이 동일한 면적을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. 즉, 가이드홀(131)은 광파이버(120)의 절곡을 가이드할 수 있는 구성이라면 어떠한 형태든지 가능하다.
제2지지부재(140) 또한 제1지지부재(130)와 동일한 형태로 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 앞선 설명에 갈음하기로 한다.
도 4를 참조하면, 광파이버(120)는 다발의 형태로서 제1 및 제2지지부재(130,140)의 가이드홀(131,141)의 내부에 삽입된다. 광파이버(120)의 양단은 제1 및 제2지지부재(130,140)의 상면과 실질적으로 동일 평면을 이루도록 배치될 수 있다.
광파이버(120)가 장착된 제1 및 제2지지부재(130,140)는 도 1과 같이 광파이버(120)가 절연부재(110)의 내부에 위치하도록 절연부재(110)에 장착된다.
상기와 같은 구조에 따라, 본 발명의 광 인쇄회로기판은 광파이버(120)가 제 1 및 제2지지부재(130,140)에 의하여 전반사 가능한 각도로 절곡되는 구조를 가짐으로써, 광시그널의 전송이 최적화된 구조를 갖는다.
또한, 광파이버(120)를 절연부재(110)의 내부에 매립시킴으로써 광파이버(120)를 절연부재(110)에 고정시키기 위한 별도의 구조를 구비하지 않아도 되므로 보다 슬림한 두께의 광 인쇄회로기판을 구현할 수 있다.
즉, 본 발명의 광 인쇄회로기판의 경우, 도 1의 절연부재의 두께(A)를 감소시킬 수 있다. 일반적으로 비아홀(151)의 도금시 절연부재(110)의 두께(A)에 대한 비아홀(151)의 지름(B)의 비율, 즉, B/A의 값이 일정 이상이 될 것이 요구된다. 이러한 B/A의 값은 장비 혹은 도금 처리를 위한 화학 물질의 종류에 의하여 결정된다.
절연부재(110)의 두께(A)를 감소시키는 경우, 비아홀(151)의 지름(B) 또한 감소시킬 수 있다. 이에 따라 절연부재(110)의 상면 또는 하면에 배치되는 회로 패턴 또는 전자 소자의 밀집도를 증가시킬 수 있으며, 회로 구성의 자유도 또한 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명과 관련된 광 인쇄회로기판의 제조방법에 대하여 살펴본다.
도 5 내지 9는 광 인쇄회로기판의 제조방법을 순차적으로 나타낸 광 인쇄회로기판의 단면도들이다.
도 5와 같이 제1절연부재(111)에 광파이버의 배치를 위한 광파이버 배치 영역(113)을 형성시킨다. 광파이버 배치 영역(113)은 평판 형태의 제1절연부재(111) 를 에칭함으로써 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 지지부재(130,140)의 장착을 위한 장착홈(130a,140b)을 형성시킨다. 광파이버 배치 영역(113)의 단부에는 제1 및 제2지지부재(130,140)가 각각 장착되기 위한 제1 및 제2장착홈(130a,140b)이 형성될 수 있으며, 이들은 리소그라피(lithography), 드릴링 등에 의해 형성될 수 있다.
도 7과 같이, 광파이버(120)가 장착된 제1 및 제2지지부재(130,140)를 제1 및 제2장착홈(130a,140b)에 장착시킨다. 여기서, 광파이버(120)의 양단은 제1 및 제2지지부재(130,140)의 가이드홀들(131,141)에 의하여 일정 각도로 절곡된 상태가 유지된다.
다음으로, 도 8과 같이 제2절연부재(112)로 광파이버 배치 영역(113)을 덮는다. 제2절연부재(112)는 가압성형에 의하여 제1절연부재(111)에 적층된다. 제1 및 제2절연부재(111,112)에 열과 압력이 가해짐에 따라 제1 및 제2절연부재(111.112)는 점착성 재질로 용융된 상태가 된다. 이 과정에서 광파이버(120)는 고온 상태에 있는 제2절연부재(112)의 유동으로 인하여 자유 곡선을 그리며 운동하게 된다.
제1 및 제2절연부재(111,112)가 냉각됨에 따라, 제1 및 제2절연부재(111,112)는 다시 경화되게 되며, 제2절연부재(112)는 제1절연부재(111)에 접착되게 된다. 여기서, 제1 및 제2절연부재(111,112)는 일체로 형성되어 절연부재(110)을 이룰 수 있다. 광파이버(120)는 냉각 과정에서 제1 및 제2절연부재(111,112)의 사이에서 그 위치가 고정되게 된다.
이에 따라, 광파이버(120)을 절연부재 내에 매립시키는 공정이 완료되게 되 며, 도 9의 상태에서 회로패턴(150)을 형성시키는 공정, 다른 절연부재를 적층시키는 공정, 송신모듈(160) 및 수신모듈(170)을 실장시키는 공정, 및 비아홀(151)을 형성시키는 공정 등이 추가로 수행될 수 있다.
상기와 같이 설명된 광 인쇄회로기판의 제조과정은 상기 설명된 각 단계를 순차적으로 수행하여 제조되어야만 하는 것이 아니라 설계 사양에 따라 상기 각 공정의 단계가 선택적으로 혼용되어 수행될 수도 있다. 따라서, 상기 공정들이 혼용되어 수행되는 과정을 통해 제조될 수 있는 광 인쇄회로기판의 구성들 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광 인쇄회로기판의 단면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ의 단면을 나타내는 사시도, 및 광파이버의 단면을 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 제1지지부재의 사시도.
도 4는 광파이버가 장착된 제1 및 제2지지부재의 단면도.
도 5 내지 9는 광 인쇄회로기판의 제조방법을 순차적으로 나타낸 광 인쇄회로기판의 단면도들.

Claims (12)

  1. 절연부재;
    상기 절연부재의 내부에 배치되며, 광시그널을 통과시키는 광파이버(optical fiber); 및
    상기 광파이버의 일단 및 타단이 상기 절연부재의 일면에 위치하도록 상기 광파이버의 일단 및 타단을 지지하는 지지부재를 포함하고,
    상기 지지부재는 상기 광시그널이 전반사될 수 있는 각도로 상기 광파이버가 절곡되는 것을 가이드하는 가이드홀을 포함하며, 상기 가이드홀은 상기 일단 및 타단측의 개구부의 면적이 상기 광파이버가 절곡되는 영역측의 개구부보다 작은 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 절연부재의 일면에 형성된 장착홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드홀은 상기 절연부재의 주면(principal surface)에 대하여 일정 각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 광파이버의 일단과 타단을 각각 지지하는 제1 및 제2지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광파이버는 상기 절연부재의 주면과 평행하게 배치되며, 상기 제1 및 제2지지부재에 의해 일단과 타단이 일정 각도로 절곡되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1지지부재에는 상기 광파이버에 광시그널을 입력하는 송신모듈이 장착되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2지지부재에는 상기 광파이버를 통과한 광시그널을 수신하는 수신모듈이 장착되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  9. 제1절연부재에 광파이버 배치 영역을 마련하는 단계;
    상기 광파이버의 일단 및 타단에 가이드홀을 가지는 지지부재를 결합하여 절곡된 상기 광파이버를 형성하는 단계;
    상기 광파이버 배치 영역에 광파이버의 일단 및 타단을 지지하는 상기 지지부재를 장착하는 단계; 및
    제2절연부재로 상기 광파이버 배치 영역을 덮는 단계를 포함하고,
    상기 지지부재의 상기 가이드홀은 상기 광파이버의 일단 및 타단측의 개구부가 상기 광파이버의 절곡된 영역의 개구부보다 작은 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광파이버 배치 영역에 상기 지지부재를 장착하기 위한 장착홀을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2절연부재는 가압 성형에 의하여 상기 제1절연부재에 적층되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가이드홀은 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조방법.
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