KR101164952B1 - 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 상기 인쇄회로기판의 내부에 매립되는 광송신부와 광도파로로 연결되는 광수신부로 형성되는 일체형 광연결모듈을 포함하되, 상기 일체형광연결모듈은 광도파로 형성부위를 지지하는 지지유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일체형광연결모듈을 구성하는 광도파로 부위를 지지할수 있는 지지유닛을 구비하여, 매립형으로 인쇄회로기판 내에 삽입장착되도록 하여, 열과 압력이 가해지는 PCB공정 내에서 광도파로를 안정적으로 보호할 수 있도록 하는 효과가 있다.

광인쇄회로기판, 일체형광연결모듈, 지지유닛

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 인쇄회로기판(3)이 형성되며, 광연결 블록(1)과 광인쇄회로기판(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(1) 간 또는 광연결 블록(1)과 광 인쇄회로기판(4) 내 광 도파로(10) 간에 정렬 오차가 필연적으로 발생하여 광 손실이 발생하는 단점이 있다. 또한, 가이드 핀(2)을 사용함에 따라 사용시 진동이나 온도 변화에 따른 이탈 또는 변형의 문제점이 발생하게 된다. 특히, 각 광연결블록간을 연결하는 광섬유 등의 광도파로를 통한 연결구조에서는 PCB 제조공정에서 광연결블록을 인쇄회로기판 내에 삽입하는 경우에 광섬유의 연성으로 인해 손상이 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일체형광연결모듈을 구성하는 광도파로 부위를 지지할 수 있는 지지유닛을 구비하여, 매립형으로 인쇄회로기판 내에 삽입장착되도록 하여, 열과 압력이 가해지는 PCB공정 내에서 광도파로를 안정적으로 보호할 수 있는 광인쇄회로기판의 제공과 각각의 모듈의 기계적 결합안정성을 도모할 수 있는 인쇄회로기판의 구조를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 1이상의 내층과 상기 내층을 전기적으로 연결하는 회로패턴을 구비하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 내부에 매립되는 광송신부와 광도파로로 연결되는 광수신부로 형성되는 일체형 광연결모듈;을 포함하되, 상기 일체형광연결모듈은 광도파로 형성부위를 지지하는 지지유닛;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 특히, 상술한 상기 지지유닛은, 상기 광도파로를 지지유닛의 상부면에 배치하거나 내부에 수용하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지지유닛을 구비한 일체형광연결모듈은 인쇄회로기판에 매립되는 구조로 형성되되, 특히 상기 광인쇄회로기판의 표면에는 상기 일체형 광연결모듈의 일부영역이 노출되는 단차구조의 어라인 패턴영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판으로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 지지유닛을 구비한 일체형광연결모듈은 인쇄회로기판에 매립되는 구조로 형성되되, 상기 일체형 광연결모듈은 상기 인쇄회로기판의 내층에 전체가 매립되는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판으로 구성할 수도 있다. 이 경우에는 상기 일체형 광연결모듈은 송수신단에 어라인되어 장착되되, 역시 인쇄회로기판에 매립형으로 장착되는 송수신모듈을 더 포함할 수 있다.

상술한 지지유닛을 구비한 일체형광연결모듈을 구비한 광인쇄회로기판이 어라인패턴을 구비하는 구조를 형성하는 경우에는, 상기 어라인 패턴영역은, 상기 인쇄회로기판의 최외각표면의 수평면보다 낮은 적어도 1 이상의 단차구조로 형성됨이 바람직하며, 나아가 상기 인쇄회로기판의 최외각표면층을 기준으로 인쇄회로기판의 최외각 내층의 두께를 한도로 하는 깊이를 가질 수 있다.

상술한 지지유닛을 구비한 일체형광연결모듈을 구비한 광인쇄회로기판이 어라인패턴을 구비하는 구조를 형성하는 경우 상기 어라인 패턴영역에 삽입되어 상기 일체형 광연결모듈과 자동 어라인되어 장착되는 송수신모듈을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 송수신모듈과 상기 일체형 광연결모듈은 가이드핀을 통해 2차 어라인되는 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 송수신모듈은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 송수신모듈은 상기 인쇄회로기판의 표면보다 낮게 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 일체형광연결모듈을 구성하는 광도파로 부위를 지지할수 있는 지지유닛을 구비하여, 매립형으로 인쇄회로기판 내에 삽입장착되도록 하여, 열과 압력이 가해지는 PCB공정 내에서 광도파로를 안정적으로 보호할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 광인쇄회로기판에 매립형(embedding)으로 형성되는 일체형 광연결모듈의 특정영역이 노출되는 어라인패턴영역을 구비하되, 어라인패턴영역이 인쇄회로기판의 표면보다 낮은 단차를 구비하도록 형성하여, 상기 어라인패턴영역을 통해 자동적으로 어라인되는 송수신모듈의 장착을 용이하게 하여 광연결모듈과 송수신모듈간의 어라인의 정밀도를 높일 수 있으며, 어라인 작업의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

특히, 어라인패턴영역이 가지는 단차 내에 송수신모듈이 매립형으로 장착되는 구조를 구비할 수 있도록 하여 광연결모듈과 송수신모듈간의 결합력의 기계적강도를 높일 수 있는 장점을 구현할 수있는 효과도 있다.

또한, 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 구체적 으로 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, 특히 PCB제조공정에서의 광도파로의 파손위험성을 제거하여 구조적인 안정성을 확보하여 지지유닛을 포함하는 것을 그 요지로 한다. 나아가 상기 지지유닛을 포함하는 일체형 광연결모듈이 인쇄회로기판 내에 매립형으로 배치됨과 동시에 광연결모듈의 노출부위가 인쇄회로기판면보다 낮도록 형성하여 전체적인 광연결시스템의 기계적 안정성을 확보하고 송수신 노이즈를 제거하거나, 일체형광연결모듈 및 송수신모듈 전체가 매립되는 구조를 제공할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 일체형광연결모듈의 내부 구성을 도시한 바람직한 일 실시예의 단면도이다.

본 발명에 따른 일체형광연결모듈은 광송신부(Tx)와 광도파로(F)로 연결되는 광수신부(Tr)가 일체형으로 연결되는 구조를 구비한다. 상기 광송신부(Tx)는 광신호를 송출할 수 있는 광송신소자, 예를 들면 반도체 레이저 등이 이에 해당하며, 상기 광수신부(Tr)는 상기 광송신부에서 송출된 광신호를 광도파로를 통해 전달받는 포토다이오드 등의 광수신소자를 포함하는 구성이다. 각각의 광송신부와 광수신부는 이러한 소자와 광도파로를 보호하는 블럭구조로 형성될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 지지유닛(S)은 상기 광도파로(F)를 지지하는 구조물로, 광송/수신 블럭을 지지함과 동시에 광도파로 아랫부분에서 광도파로를 지지하는 구조로 형성되거나(도 2a), 또는 도 2b에 도시된 것처럼 지지유닛의 내부를 광도파로가 통과하도록 이를 수용할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이러한 지지유닛은 일체형으로 형성되는 일체형광연결모듈에 PCB제조공정시 가해지는 열과 압력으로부터 상대적으로 취약한 광도파로를 보호하는 역할을 수행할 수 있게 된다. 또한, 상기 지지유닛 또는 광송/수신부의 블럭구조물의 내부에는 에폭시 등의 열경화성 수지를 충진하여 구조적 안정성을 증진할 수 있다.

도 3a는 상기 지지유닛을 포함하는 일체형광연결모듈을 포함하는 바람직한 일실시예로서의 광인쇄회로기판의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.

본 발명에 따른 광인쇄회로기판(P) 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), 그리고 광도파로와 광송신부 및 광수신부를 지지하는 지지유닛으로 구성되는 지지유닛을 포함하는 일체형 광연결모듈(100)을 포함한다.

나아가, 상기 광인쇄회로기판은 매립형으로 형성되는 상기 일체형 광연결모듈(100)의 일부영역이 노출되는 어라인패턴영역(X)을 구비한다. 특히, 본 발명은 상기 일체형 광연결모듈(100)을 배치함에 있어, 상기 광인쇄회로기판(P)의 표면보다 낮은 패턴영역을 구비한 어라인패턴영역(X)에 일부면이 노출되는 구조로 형성하는 것을 요지로 한다. 따라서 상기 어라인패턴영역(X) 일반적으로 광인쇄회로기판 의 표면보다는 낮은 오목한 패턴의 단차를 가진 구조로 형성됨이 바람직하다.

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. 특히, 상기 일체형광연결모듈의 말단부를 구성하는 광송신부와 광수신부의 표면은 광인쇄회로기판의 외부로 노출되는 구조로 형성된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 일체형 광연결모듈(100)은 상기 광인쇄회로기판(P)의 표면보다 낮은 패턴영역을 구비한 어라인패턴영역(X)를 구비함이 바람직하며, 상기 어라인패턴영역(X) 일반적으로 광인쇄회로기판의 표면보다는 낮은 오목한 패턴의 단차를 가진 구조로 형성됨이 바람직하다.

아울러 상기 어라인패턴영역(X)는 상기 광인쇄회로기판 내부에 매립형으로 장착된 일체형광연결모듈의 양말단부에 형성되는 광송신 및 광수신부의 표면이 노출되도록 오목한 공간으로 구성되며, 이는 상기 광인쇄회로기판의 최외각표면(140)을 기준으로 인쇄회로기판의 최외각 내층(130)의 두께를 한도로 하는 깊이(Y)를 가 지도록 함이 바람직하다.

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 어라인패턴영역(X)의 존재는 상기 광송신부 및 광수신부에 송수신모듈을 장착하는 경우, 어라인의 편의성과 기계적강도를 동시에 확보할 수 있게 되는 장점이 구현된다. 즉 상기 어라인패턴영역(X)의 단차로 인해 상기 송수신모듈 역시 광인쇄회로기판의 표면보다 낮게 매립형으로 장착될 수 있으며, 경우에 따라서는 송수신모듈의 일부만이 매립형으로 장착될 수도 있다.

어느 경우이던, 상기 어라인패턴영역의 단차 영역에 별도의 어라인없이도 자동적으로 삽입되는 형상으로 장착이 이루어지게 되며, 2차적으로 가이드핀을 통해 다시 한번 상기 일체형광연결모듈과 연결이 이루어질 수 있게 된다. 이러한 어라인패턴영역(X)의 존재는 상기 광송신부 및 광수신부에 송수신모듈을 장착하는 경우, 별도의 어라인이 필요로 하지 않고, 상기 오목한 오픈영역인 어라인패턴영역에 바로 삽입하는 자동 어라인 기능을 구현할 수 있는바, 어라인의 노력이 매우 절감되며, 가이드핀만을 이용하는 결합보다 어라인패턴영역에 매립형으로 송수신모듈이 매립되는 구조로 결합이 가능한바, 결합력의 강해져 기계적 강도를 확보할 수 있게 된다.

도 3b는 본 발명에 따른 지지유닛을 구비한 일체형광연결모듈과 송수신모듈이 전체적으로 인쇄회로기판 내에 매립되는 구조로 형성되는 다른 실시예를 도시한 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서는 광인쇄회로기판 내에 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), 그리고 이들을 지지하는 지지유닛을 포함하여 구성되는 일체형 광연결모듈(100)이 상기 인쇄회로기판 내부에 매립형으로 배치되는 점에서 차이가 있다. 또한, 상기 일체형광연결모듈(100)의 광송신부와 광수신부 상부에는 송수신모듈(도시 생략)을 더 포함하여 구성되되, 상기 송수신모듈 역시 인쇄회로기판 내부에 매립되는 구조로 형성한다. 상기 송수신모듈은 송수신모듈의 상부에 적층된 내층과 도전범프(160)와 와이어(150)를 통해 외부 제어회로부(300)와 전기적으로 연결하게 된다.

도 3c는 동일한 구성에서 상기 송수신모듈이, 송수신모듈의 상부에 적층된 내층과 도전범프와 플립칩 본딩을 통해 외부 제어회로부(300)와 전기적으로 연결하는 다른 적용례를 도시한 것이다.

위 도 3a 및 도 3b의 실시예에서의 본 발명은 지지유닛의 존재로 인해 일체형 광연결모듈의 광도파로의 파손을 방지할 수 있음은 물론이며, 나아가 광인쇄회로기판(OPCB)의 내부에 일체형광연결모듈의 송수신 부위와 광 섬유, 그리고 송수신 부위 위에 결합이되는 E/O, O/E convertor등의 송수신모듈을 일체화시켜서 PCB내부 에 매립(Embedding) 시킴으로써 광 PCB가 완료된 상태에서는 전기적(Electrical) 접속만을 행하는 일반적인 PCB와 동일한 구조로 구현이 가능하게 된다.

특히, 상기 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.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 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 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 지지유닛의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 지지유닛을 포함하는 일체형광연결모듈을 적용한 광인쇄회로기판의 단면도를 도시한 것이다.

Claims (11)

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

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

   상기 일체형광연결모듈은 광도파로 형성부위를 지지하는 지지유닛;을 포함하여 이루어지며,

   상기 인쇄회로기판의 표면에는 상기 일체형 광연결모듈의 광송신부 및 광수신부가 노출되며, 송수신 모듈이 장착되는 단차구조의 어라인 패턴영역이 형성되며,

   상기 어라인 패턴영역은 상기 인쇄회로기판의 최외각 표면의 수평면보다 낮도록 형성되며,

   상기 지지유닛은 상기 광도파로를 지지유닛의 상부면에 배치하거나 내부에 수용하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 일체형 광연결모듈은 상기 인쇄회로기판의 내층에 전체가 매립되는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 어라인 패턴영역은,

   상기 인쇄회로기판의 최외각표면층을 기준으로 인쇄회로기판의 최외각 내층의 두께를 한도로 하는 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 어라인 패턴영역에 삽입되어 상기 일체형 광연결모듈과 자동 어라인되어 장착되는 송수신모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 송수신모듈과 상기 일체형 광연결모듈은 가이드핀을 통해 2차 어라인되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 송수신모듈은 E/O 컨버터(Electro optical convertor) 또는 O/E 컨버터(Opticla Electro Convertor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 송수신모듈은 상기 인쇄회로기판의 표면보다 낮게 장착되는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.
11. 청구항 4에 있어서,

    상기 일체형 광연결모듈은 송수신단에 어라인되어 장착되는 송수신모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광인쇄회로기판.

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