KR101262909B1

KR101262909B1 - 광연결 구조물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101262909B1
Application number: KR1020080039079A
Authority: KR
Inventors: 이용탁; 송영민; 민은경
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2008-04-26
Filing date: 2008-04-26
Publication date: 2013-05-09
Also published as: EP2112536A3; JP5054724B2; US8165429B2; JP2009265677A; US20090269010A1; EP2112536A2; KR20090113146A; EP2112536B1

Abstract

본 발명은 광연결 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 일정 영역을 관통하는 홀이 형성되는 기판과, 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물을 구비하되, 광가이드물과 기판은 금속 산화물에 의해 고정된 광연결 구조물을 제공한다. 본 발명에 의하면, 광신호를 송수신하는 능동광전소자와 광도파로간의 광접속을 용이하게 할 수는 광연결 구조물을 제공할 수 있게 됨에 따라 열 방출 효율을 높이고, 동작속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

광연결, 알루미늄 양극산화, 광도파로

Description

광연결 구조물 및 그 제조방법{Optical Connection Structure And Method For manufacturing The same}

본 발명은 광연결 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 기판을 양극산화 하여 광섬유를 자기 정렬시키고, 광신호를 송수신하는 능동광전소자와 광도파로층간의 광접속을 용이하게 하는 광연결 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기배선 시스템은 전송속도의 한계, 전기선로 간의 높은 누화 및 배선밀도의 제약, 전자기 간섭 등의 영향으로 인하여 대용량 고속전송의 한계를 가지고 있는 반면, 광연결 시스템은 전자기 간섭이 적고, 장거리 전송 시 소비전력이 낮고, 데이터 전송의 대역폭이 넓으며, 신호 간 간섭이 적기 때문에 배선밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 전송용량이 수 내지 수백 Gbps 이상인 시스템에서는 광연결을 적용하여 데이터를 전송하는 것이 바람직하다.

이러한 광연결 기술은 광섬유 리본을 이용한 방식, 자유공간을 통한 광연결 방식, 평면 광도파로를 이용한 방식 등이 있으며 평면 광도파로를 이용한 방식에서는 대부분 기존 PCB 기판을 변형하여 제작이 이루어지고 있다.

이러한 경우, 대부분의 광연결 기술은 능동 광전소자를 렌즈나 프리즘이 장착된 광 PCB 기판에 집적하거나, 광 PCB 기판에 광도파로나 광섬유를 집적한 후, 비아홈을 형성하여 광연결 블록이나 광 연결봉 등을 삽입하는 방식을 이용하게 된다.

하지만, 광 PCB 기판으로 주로 이용되는 FR4는 열특성이 좋지 못하고, 유전율이 높아서 고속 동작에 적합하지 않으며 대량생산이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속기판(바람직하게, 알루미늄) 기판을 사용함으로써 높은 열전도 특성으로 열방출을 높이고, 낮은 유전율과 높은 주파수에서의 낮은 절연손실로 인한 고속 동작이 용이한 광연결 구조물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 알루미늄을 양극산화하기 위한 비아홈의 형성, 광섬유의 자기정렬, 안착홈의 형성, 광도파로의 형성 및 45ㅀ미러 면을 형성하는 등의 과정에서 웨이퍼 레벨의 반도체 공정을 가능하게 하여 대량 생산이 가능하며 수율을 대폭 향상시킬 수 있는 광연결 구조물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 일정 영역을 관통하는 홀이 형성되는 기판; 및 상기 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물을 구비하되, 상기 광가이드물과 상기 기판은 금속 산화물에 의해 고정된 광연결 구조물을 제공한다.

본 발명의 제2 측면은 일정 영역을 관통하는 홀과 상기 홀 측벽은 금속층이 형성되는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물을 배치하는 단계; 및 상기 금속층을 산화시켜 금속산화물을 형성함으로써, 상기 광가이드 물과 상기 기판이 금속 산화물에 의해 고정되는 광연결 구조물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제3 측면은 금속기판; 상기 금속기판의 일정 영역을 수직 관통하여 형성되며, 상기 금속기판의 양극산화에 의해 형성된 금속산화막에 의해 고정된 광가이드물; 및 상기 산화막을 포함한 금속기판의 하부면에 형성되며, 하부 클레딩층, 코어층 및 상부 클레딩층이 적층되어 형성된 광도파로를 구비하는 광연결 구조물을 제공하는 것이다.

바람직하게는, 광가이드물과 대응하는 상기 광도파로의 일정 영역에 미러를 더 구비한다.

상기 광가이드물의 상부에는 광소자가 더 구비될 수 있고, 상기 금속기판의 일정 영역 상부에는 광소자와 배선들이 안착가능한 안착홈을 더 구비된다.

본 발명의 제3 측면은 (a) 금속기판을 준비하는 단계; (b) 상기 금속기판 상의 일정 영역에 상기 금속기판을 수직으로 관통하는 홀을 형성하는 단계; (c) 상기 비아 홀을 통해 광가이드물을 삽입한 후, 상기 금속기판의 양극산화에 의한 산화막을 형성하여 상기 광가이드물을 상기 홀 내부에 고정하는 단계; 및 (d) 상기 산화막을 포함한 금속기판의 상부 및 하부면에 돌출된 상기 광가이드물의 말단부위를 제거한 후, 상기 산화막을 포함한 금속기판의 하부면에 하부 클레딩층, 코어층 및 상부 클레딩층을 순차적으로 적층하여 제2 광도파로를 형성하는 단계를 포함하는 광연결 구조물의 제조방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 알루미늄 기판을 양극산화 하여 광가이드물(예컨대 광섬유)을 자기정렬시키고, 광신호를 송수신하는 능동광전소자와 광도파로간의 광접속을 용이하게 함에 따라 열 방출 효율을 높이고, 동작속도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 알루미늄 기판을 이용함으로써 광연결 구조의 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 알루미늄을 양극산화하기 위한 홀의 형성, 광섬유의 자기정렬, 안착홈의 형성, 광도파로의 형성 및 45ㅀ미러면을 형성하는 등의 과정에서 웨이퍼 레벨의 반도체 공정을 가능하게 하여 대량 생산이 가능하며 수율을 대폭 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광연결 구조물를 설명하기 위한 단면도 이다.

도 1의 광연결 구조물은 일정 영역을 관통하는 홀(10-1)이 형성되는 기판(10)과 기판(10)의 홀(10-1) 내부에 고정된 광가이드물(20)을 구비한다. 광가이드물(20)과 기판(10)은 금속 산화물(30)에 의해 고정된다.

기판(10)은 금속 기판을 사용하는 것이 바람직하나, 기판의 일부가 금속으로 된 경우도 가능하다. 즉, 본 실시예는 기판(10)의 홀(10-1) 내부의 금속이 산화물로 되면서 광가이드물(20)을 고정시키는 역할을 수행한다. 기판(10)으로 금속기판을 사용하는 경우, 산화가 용이한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 알루미늄은 산화가 용이하게 산화공정이 비교적 단순하여 널리 사용될 수 있다.

기판(10)에 홀(10-1)을 형성하는 방식은 특별히 한정되지 않은 다양한 방식이 가능하면, 예컨대 드릴링 공정을 통해 홀(10-1)을 형성할 수도 있고, 상기 홀(10-1)은 레이저 드릴링 방법 등으로 이루어 질 수 있고, 원형 또는 사각형 등의 형태로 제작될 수 있다. 광가이드물(20)이란 광섬유 등 광이 가이드되는 구조물을 의미하는 것이다.

도 2 a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 광연결 구조물의 제작방법을 설명하기 위한 단면도이다.

먼저 도 2a를 참조하면, 산화가 용이한 금속기판(이하, 알루미늄 기판으로 설명한다)(10)에 일반적인 드릴링 공정을 통해 홀(10-1)을 형성한다.

도 2b에서와 같이 광섬유(20)를 홀(10-1)에 삽입한 후 알루미늄 기판(10)을 양극 산화(30)하여 광섬유를 자기 정렬 시킨 후 블레이드(40)로 광섬유의 끝단을 제거한다. 상기 광섬유(20)는 광전달에서 광손실이 적고, 열적, 화학적 안정성이 우수한 실리카 광섬유, 플라스틱 광섬유, 유리, 플라스틱 소재 등과 같은 재료를 사용할 수 있다. 상기 산화층(30)은 알루미늄 기판을 예컨대, 황산, 수산, 크롬산, 인산, 붕산 등의 전해액에 담은 후, 알루미늄 기판(10)에 양극을 인가하고 전해액에 음극을 인가함으로써, 알루미늄기판(10) 상에 산화층(30)을 성장시킨다.

여기서 전극을 주기 위해 사용하는 정류기는 직류법, 교류법, 직류 중첩법 등을 사용할 수 있고, 전류의 양, 용액의 온도, 전해질의 농도 등을 조절하여 산화층(30)의 두께, 피막의 투명도 등을 조절할 수 있다.

이후, 도 2c에서는 산화층(30) 상에 리소그라피(lithography) 공정을 통하여 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 산화층(30)을 식각하여 안착홈(50)을 형성한다. 여기서, 상기 식각은 산화층(30)외에도 사용목적 및 필요에 따라 알루미늄기판(10)의 일정깊이까지 식각될 수도 있고, 마름모형, 사각형, 다각형 등의 만들 수 있는 모든 형태로 이루어 질 수도 있다.

이후, 도 2d에서와 같이 식각된 안착홈(50)에 레이저 다이오드 구동 드라이버(60) 또는 포토 다이오드 리시버(150)를 에폭시 수지 등의 접착제로 접착 및 고정한 후 보호막(70) 및 전기배선(80)을 형성한다.

보호막(70)은 레이저 다이오드 구동 드라이버(60) 또는 포토 다이오드 리시버(150)들이 접착된 산화층(30) 또는 알루미늄 기판(10)위의 전면에 스핀코팅 공정을 이용하여 액상의 고분자막을 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다. 상기 전기배 선(80)은 Ti/Au등의 금속막으로 구성될 수 있다.

이후, 도 2e에서와 같이 광도파로 형성을 위해 하부 클래딩(90), 코어층(100), 상부 클래딩(110)을 순차적으로 적층한다. 이 때, 상기 클래딩(90,110) 및 코어층(100)을 형성하는 물질로는 광 파장에서 광도파 손실이 적고, 열적, 화학적 안정성이 우수한 폴리머 또는 비정질 Si₃N₄, SiO₂-TiO₂ 등과 같은 실리카를 사용할 수 있다. 폴리머의 경우 반도체 공정에서 사용하는 포토리소그라피, RIE, 몰딩, 핫 엠보싱, UV 패터닝, Laser direct writing 등의 방법을 사용할 수 있다. 상기 실리카의 경우 산화방법, 화학기상증착 방법, 스퍼터링 방법, 화염가수 분해 방법, 졸-겔 방법등이 이용될 수 있다.

이후, 도 2f에서와 같이 예컨대 45도 미러(120)를 형성한다. 상기 미러 면(120)은 다이아몬드 블레이드를 이용한 다이싱, 레이저 가공, 식각기를 이용한 습식 또는 건식 식각, 포토리소그라피, 핫 엠보싱, 몰딩 등의 방법으로 만들어질 수 있으며, 반사효율을 증대시키기 위해 Ag, Au, Al 등과 같은 금속 박막이나 고반사율 박막으로 코팅할 수 있다.

이후, 도 2g에서와 같이 솔더 범프(130)을 이용하여 레이저 다이오드(140), 포토 다이오드(150) 등을 각각 부착한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광연결 구조물를 설명하기 위한 단면도이다.

Claims

일정 영역을 관통하는 홀이 형성되는 금속 기판; 및

상기 금속 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물을 구비하되,

상기 광가이드물과 상기 금속 기판은, 상기 금속 기판이 양극산화되어 형성된 금속 산화물에 의해 자기 정렬로 고정되는 광연결 구조물.
일정 영역을 관통하는 홀이 형성되는 기판;

상기 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물; 및

상기 기판과 상기 광가이드물 사이에는 금속층을 구비하고,

상기 광가이드물과 상기 기판은 상기 금속층이 양극산화되어 형성된 금속산화물에 의해 자기 정렬로 고정되는 광연결 구조물.
제1 항에 있어서,

상기 기판은 금속기판이고, 상기 금속산화물은 알루미늄산화물인 광연결 구조물.
일정 영역을 관통하는 홀과 상기 홀 측벽은 금속층이 형성되는 기판을 준비하는 단계;

상기 기판의 홀 내부에 고정된 광가이드물을 배치하는 단계; 및

상기 금속층을 산화시켜 금속산화물을 형성함으로써, 상기 광가이드물과 상기 기판이 금속 산화물에 의해 고정되는 광연결 구조물의 제조방법.
제4 항에 있어서,

상기 기판은 금속기판인 광연결 구조물의 제조방법.
금속기판;

상기 금속기판의 일정 영역을 수직 관통하여 형성되며, 상기 금속기판의 양극산화에 의해 형성된 금속 산화막에 의해 자기정렬로 고정된 광가이드물; 및

상기 금속 산화막을 포함한 금속기판의 하부면에 형성되며, 하부 클레딩층, 코어층 및 상부 클레딩층이 적층되어 형성된 광도파로를 구비하는 광연결 구조물.
제6 항에 있어서,

상기 광가이드물과 대응하는 상기 광도파로의 일정 영역에 미러를 더 구비하는 광연결 구조물.
제6 항에 있어서,

상기 광가이드물은 광섬유인 것을 특징으로 하는 광연결 구조물.
제6 항에 있어서,

상기 광가이드물의 상부에는 제1 광소자가 더 구비되는 광연결 구조물.
제6 항에 있어서,

상기 금속기판의 일정 영역 상부에는 광소자와 배선들이 안착가능한 안착홈을 더 구비하는 광연결 구조물.
(a) 금속기판을 준비하는 단계;

(b) 상기 금속기판 상의 일정 영역에 상기 금속기판을 수직으로 관통하는 홀을 형성하는 단계;

(c) 상기 홀을 통해 광가이드물을 삽입한 후, 상기 금속기판의 양극산화에 의한 금속 산화막을 형성하여 자기정렬로 상기 광가이드물을 상기 홀 내부에 고정하는 단계; 및

(d) 상기 금속 산화막을 포함한 금속기판의 상부 및 하부면에 돌출된 상기 광가이드물의 말단부위를 제거한 후, 상기 금속 산화막을 포함한 금속기판의 하부면에 하부 클레딩층, 코어층 및 상부 클레딩층을 순차적으로 적층하여 광도파로를 형성하는 단계를 포함하는 광연결 구조물의 제조방법.
제11 항에 있어서,

상기 광가이드물과 대응하는 상기 광도파로의 일정영역에 미러를 형성하는 단계를 더 포함하는 광연결 구조물의 제조방법.
제11 항에 있어서,

상기 단계 (c)에서, 상기 금속 산화막은 상기 금속기판을 황산, 수산, 크롬산, 인산 또는 붕산 중 선택된 어느 하나의 전해액에 담근 후, 상기 금속기판에 양극을 인가하고 상기 전해액에 음극을 인가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광연결 구조물의 제조방법.
제11 항에 있어서,

상기 단계 (c)이후,

(c-1) 상기 금속 산화막 상에 리소그라피 공정을 통해 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 마스크로 상기 금속기판이 노출되도록 식각하여 안착홈을 형성하는 단계;

(c-2) 상기 안착홈 내의 노출된 상기 금속기판 상에 레이저 다이오드 구동 드라이버 또는 포토 다이오드 리시버를 접착제를 이용하여 접착 및 고정하는 단계; 및

(c-3) 상기 안착홈 내에 상기 레이저 다이오드 구동 드라이버 또는 포토 다이오드 리시버의 사이를 보호 및 지지하는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광연결 구조물의 제조방법.
제11 항에 있어서,

상기 단계 (d)에서, 상기 광도파로는 포토리소그라피, 이온반응식각(RIE), 몰딩, 핫 엠보싱, UV패터닝, 레이저직접묘화, 산화, 화학기상증착, 스퍼터링, 화염가수분해 또는 졸-겔 방법 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광연결 구조물의 제조방법.
제12 항에 있어서,

상기 미러는 다이아몬드 블레이드를 이용한 다이싱, 레이저 가공, 습식 식각, 건식 식각, 포토리소그라피, 핫 엠보싱 또는 몰딩 방법 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광연결 구조물의 제조방법.
제12 항에 있어서,

상기 미러의 반사면에 Ag, Au 또는 Al 중 선택된 어느 하나의 금속박막으로 코팅하거나, 고반사율 박막으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광연결 구조물의 제조방법.