KR101367595B1 - 광모듈용 연결구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 제1홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하되, 상기 광부품이 안착될 때 상기 제1홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 상기 광부품이 안내되는 광모듈용 연결구조물을 제공한다.

Description

광모듈용 연결구조물 및 그 제조방법{COUPLING STRUCTURE FOR OPTICAL MODULE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 광모듈용 연결구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 광섬유 또는 구렌즈(ball lens)를 광섬유, 구렌즈, 광도파로, 레이저다이오드, 포토다이오드, 발광다이오드, 반사거울 등의 광부품들에 서로 광학적으로 정렬ㆍ접속하기 위한 광모듈용 연결구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광도파로를 포함하는 평판형 광모듈에서 광섬유를 접속하는 방법은 일반적으로 능동접속법과 수동접속법으로 나눌 수 있다. 능동접속법이란 광모듈이 절단ㆍ연마되어 단면이 노출된 광도파로열(또는 광도파로)에 '광섬유블록'(또는 광섬유)을 근접시켜 광학적으로 정렬하고, 광섬유를 통해 광모듈의 광도파로에 광을 통과시키면서, 광섬유블록(또는 광섬유)의 위치를 조정하여 광도파로를 통과해 나오는 광의 세기가 최대인 위치에서 광섬유블록(또는 광섬유)을 광모듈에 고정ㆍ접착시킴으로서 광도파로와 광섬유 간에 광학적인 정렬ㆍ고정을 이루는 방법이다. 여기서 광섬유블록이란, V자형의 홈 구조물(이하, 'V-구'라 함)들이 일렬로 배열ㆍ가공된 평판과 또 다른 평판 사이에 광섬유들을 홈에 일렬로 정렬ㆍ고정하여 그 끝을 절단ㆍ연마한 뭉치를 말한다.

이에 반해서, 수동접속법이란 광섬유블록과 같은 별도의 기구물을 사용하지 않고서, 광섬유를 정렬ㆍ고정하기 위한 긴 홈(groove)과 같은 구조물을 광모듈의 몸체에 직접 가공하여 만들고, 이 홈에 광섬유를 삽입ㆍ고정함으로서 광모듈 자체에 만들어진 물리적인 정렬 구조물을 사용하여 광도파로와 광섬유 간의 광학적인 정렬ㆍ고정을 이루는 방법이다.

종래의 광도파로에 대한 광섬유의 정렬결합에서는 주로 능동접속법을 사용하고 있다. 왜냐하면 수동접속법의 정렬정밀도는 아직까지 수 ㎛ 내외로 커서, 1㎛ 이하의 (광섬유 코어직경이 약 9㎛임에 비해서 요구되는 정렬정밀도임) 충분한 정렬정밀도를 제공하지 못하고 있는데 반해서, 능동접속법은 광도파로를 지나오는 광의 세기를 측정하여 최적의 위치에서 광섬유를 광모듈에 고정하게 되므로 충분한 정렬정밀도를 보장해주기 때문이다. 그러나 이러한 능동접속법은 매 소자마다 값비싼 광섬유블록을 써야 하고, 고가의 정렬장비를 사용하여 매 소자마다 광섬유블록을 정렬ㆍ고정해야 하므로 광모듈의 제조시간이 오래 걸리고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

광섬유블록을 쓰는 능동접속법의 단점을 해결하기 위하여, 몇몇의 수동접속법들이 제시되었다. 일본특허번호 제 2982861호는 '실리콘' 기판을 사용하는 '실리카' 광도파로 광모듈에 대한 광섬유의 수동접속구조에 관한 것이다. 동 특허는 실리콘 기판에 실리카 광도파로를 제조하고, 이와 함께 동 기판 상에서 실리콘 결정의 비등방식각을 이용하여 실리카 광도파로에 정렬되는 광섬유를 고정하는 V-구(V-groove)를 만드는 방법이다. 이 방법을 사용하면 광섬유를 수동접속하기 위한 홈 구조를 광모듈 기판에 비교적 쉽게 제조할 수 있다. 그러나 아직, 이 방법은 여러 이유로 인하여 정렬구조물의 가공에 있어서 1㎛ 이하의 충분한 정밀도를 확보하지 못하여 실용화에는 이르지 못하고 있는 실정이다. 또한, 동 방법을 적용하려면 꼭 사용하여야 하는 실리콘 기판은 그 열팽창계수가 3×10^-6/℃로서 광도파로를 이루는 실리카재료의 열팽창계수(0.5×10^-6/℃)와 큰 차이가 있고, 이로 인하여 광모듈의 광도파로에는 응력이 작용하여 광도파로에 복굴절을 일으키고 (즉, 빛의 편광방향이 기판에 수평한가 또는 수직한가에 따라 도파재료의 굴절률이 약 0.0005~0.001 정도가 달라지는 현상), 그 결과, 광모듈의 특성이 입력되는 광의 편광상태에 따라서 달라지는 특성, 즉 편광의존손실(PDL; Polarization Dependent Loss) 등을 일으킨다. 따라서 근래에는 실리콘이 아닌 실리카 기판에 광도파로를 제조하는 경우가 크게 늘어나고 있으며, 이와 같은 예로서는 흔히 FTTH(fiber-to-the-home) 망이라 하는 가입자 광통신망에 사용되는 광분배기의 경우가 그러하다. 이 발명에서는 종래의 방법으로는 기판에 V-구를 제조하기가 어려운, 실리카와 같은 용융석영 기판 등의 비정질 유전체기판에 광도파로를 제작할 경우에, 어떻게 광섬유 고정홈을 광모듈 기판에 광도파로와 함께 제조하여 광섬유를 수동접속 할 것인가에 관한 것이다.

먼저 종래의 광섬유블록의 V-구 제조법을 광모듈 기판 상의 홈 제조에 사용할 수 있는지 살펴본다. 종래의 광섬유블록의 제조에는 실리콘이나 실리카 기판 모두를 사용할 수 있다. 먼저, 실리콘 광섬유블록의 경우는, 반도체 포토공정으로 홈이 파여질 실리콘의 (100) 기판 면에 긴 사각홈의 패턴을 [110] 방향으로 만들고 이를 KOH 식각용액에 담그어, 사각 홈 패턴의 식각이 (111)면에서 정지되는 실리콘 결정기판의 특성을 이용하여 제조된다.(이하, 이를 '비등방 식각'이라 함) 따라서 이 방법을 쓰면 실리콘 기판에 실리카 광도파로와 V-구를 동시에 용이하게 제조할 수 있다.

그러나 기판이 실리카일 경우는, 실리카가 비정질이므로 비등방식각법을 써서 V-구를 만들 수는 없다. 따라서 실리카 광섬유블록을 제조할 경우에는 V-자 모양의 날을 갖는 회전연삭기구로 실리카 기판의 표면을 연삭하여 V-구를 만드는 방법을 사용한다. 그러나 이 방법은 V-구와 광도파로의 동시 제조에는 적용할 수가 없다. 왜냐하면, 회전연삭 공구는 일정한 반지름을 갖고서 V-구의 진행방향으로 움직여가며 회전가공하게 되므로, V-구와 정렬될 목적으로 V-구의 연장선상에 있게 되는 광도파로는 회전공구에 의해 연삭되어 없어지게 되기 때문이다.

회전연삭 기구에 의한 정렬 홈 제작법의 대안으로서, 반도체 포토공정에 의한 실리카 기판의 건식식각법을 고려해 볼 수가 있다. 한국특허출원 10-2005-0023238호 '광도파로와 광섬유간의 수동정렬이 가능한 광모듈의 제조방법'은 광도파로 코어패턴과 광섬유 정렬홈 패턴이 동일한 마스크 상에서 정렬되어 있도록 하여 광도파로 코어를 형성할 때 광섬유 정렬홈이 동일한 공정과정으로 생성되도록 함으로서 광도파로와 광섬유 정렬홈이 기판 면에서 자동으로 정렬되도록 한 방법이다.

이 발명에서는 정렬 홈으로서 U-구를 사용하고 있으며, U-구의 내부에 삽입되는 광섬유가 U-구의 좌ㆍ우 및 하면의 3점에서 접촉되도록 하여 광섬유를 역학적으로 고정하는 구조이다. 그러나, 광섬유의 직경공차는 보통 ±1㎛이며, 따라서 이 방법에서는 광섬유가 U-홈 내에서 상하 및 좌우로 직경공차만큼의 정렬오차가 생기게 된다. 또한 광섬유가 U-구에 삽입되려면 U-구의 폭은 광섬유의 직경 보다 반드시 커야 하므로 U-구는 일정한 광섬유 허용공차를 가져야 한다.

뿐만 아니라, 상기 발명의 방법에서는 광도파로와 광섬유 간의 수직방향 정렬이 U-구의 식각깊이로 결정되어, U-구의 식각 시에 기판에서 식각의 균일도가 2％인 매우 정밀한 식각장비를 사용한다고 가정한다고 하더라도 최소 2㎛이라는 식각공차가 생기게 된다.(보통 광섬유의 직경이 125㎛이고 광도파로의 상부덮개층이 30㎛이므로 상기 발명의 U-구는 약 100㎛ 깊이로 식각해야 한다.) 따라서 U-홈 내에서 광섬유의 정렬오차는 광섬유의 직경공차와 U-구 삽입 허용공차 및 식각균일도에 의한 식각공차를 합한 값만큼의 수직 및 수평으로 정렬오차가 생기게 된다.

또한 이 발명의 방법에서 U-구의 깊이를 화학기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition)이나 건식식각법으로 막을 덧 증착하거나 식각하여 U-구의 깊이를 보정할 경우에도, U-홈의 양 측벽에 CVD 막이 증착되어 U-구의 폭이 좁아지거나 U-홈의 양 측벽이 일정각으로 기울어지며 식각되어 U-구의 폭이 넓어지게 되는 단점이 있다. 즉, 비등방증착과정(conformal deposition)이나 식각 언더컷(etch undercut)에 의하여 U-홈의 폭이 U-홈의 깊이에 의해 영향을 받게 되며 이러한 영향이 고스란히 광섬유의 정렬오차로 전달되는 단점이 있다. 또 다른 특허출원으로서 PCT/KR2002/002484호의 발명 취지 역시 상기한 발명의 취지와 유사하다고 할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평판형의 유전체 기판에 제조되는 광모듈에 대하여, 광섬유 또는 구렌즈(ball lens)를 광섬유, 구렌즈, 광도파로 등의 광부품들에 광학적으로 정렬ㆍ접속하기 위한 광모듈용 연결구조물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광도파로를 포함하는 실리카 기판의 광모듈에 광섬유를 접속할 때에, 생산성이 우수하고 생산비용이 저렴한 광모듈을 제작하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광도파로에 대해 광섬유가 기판에서 자동으로 수평방향 광정렬이 이루어지도록 하되, 기판에서 수평방향 정렬과는 독립적인, 식각이나 증착 등의 공정조건에 의한 수직방향 정렬방법을 고안함으로서 생산수율 및 공정유연성을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정렬 홈에 광섬유를 삽입할 때 홈 구조물에 가해지는 압력이나 충격을 잘 견디는 구조를 고안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정렬홈 내부에 상부클래드 막의 증착을 방지하여 수직정렬을 위해서 식각해야 하는 홈의 깊이를 최소화함으로서 식각공정의 경제성을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광섬유 또는 구렌즈를 레이저다이오드, 포토다이오드, 발광다이오드, 반사거울 등의 광연결요소들에 광학적으로 정렬ㆍ접속하기 위한 광모듈의 접속구조와 동 접속구조의 제작방법을 고안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구렌즈를 정렬홈에 고정할 때에 에폭시를 사용하지 않음으로서 에폭시에 의한 구렌즈 면의 오염을 방지하는 구렌즈 접착방법을 제공하기 위함이다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 측면은 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 상기 제1홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하되, 광부품이 안착될 때 제1홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 상기 광부품이 안내되는 광모듈용 연결구조물을 제공한다.

여기서 '광모듈'이라 함은 광섬유 또는 구렌즈를 포함하며, 광통신이나 광연결 혹은 광센서 등에 사용되는 광소자들이 단수 또는 복수개 다른 구조물과 같이 배치된 구조물을 의미한다.

여기서, '광부품'이라 함은 광학적으로 정렬되어 광모듈을 구성하는 요소로서 단위 광소자 또는 단위 광소자들의 조합으로 이루어진 개념으로 이해되어야 하며, 본 명세서의 광섬유, 구렌즈, 광도파로, 레이저다이오드, 포토다이오드, 발광다이오드, 구렌즈, 반사면 등을 포함하는 개념이다. 광부품은 기판 상에 일체화되어 제작될 수도 있고, 기판과는 별도 부품으로 제작되어 기판에 고정될 수도 있다.

'광도파로'라 함은 광도파로 코어가 반도체포토공정으로 제조되는 광도파로를 의미하며 코어의 단면은 사각형, 둔덕형(ridge), 원형 또는 타원형 등의 여러 가지 모양을 가질 수 있다. 또한 그 양각패턴으로(positive pattern) 식각하여 기판 면에서 광도파로가 볼록하게 돌출된 양각도파로일 수도 있고, 하부클래드에 광도파로 코어를 음각패턴으로(negative pattern) 식각하여 코어막을 음각패턴 내부에 형성함으로서 기판 면에서 광도파로가 오목하게 함몰된 구조인 음각도파로일 수도 있다.

'기판'이라 함은 반도체기판, 유전체기판, 유리기판, 고분자기판, 결정기판, 이들 기판들의 복합기판 등이 될 수 있으며, 본 발명의 취지에서 특히 실리카기판에 대하여 유용하게 적용된다.

상기 제1홈은 적어도 하나의 '모서리 선' 또는 '모서리 점'을 가지며, 상기 모서리 선 또는 모서리 점은 상기 제2홈 내부 하면에 위치하여 광섬유 또는 구렌즈 를 지지ㆍ고정함으로서 광부품에 대한 광섬유 또는 구렌즈의 정렬위치를 제공하는 이중 홈을 갖는 기계적 구조이다.

광섬유의 정렬을 목적으로 하는 홈의 경우에는 U-홈 내부에 U-홈이 있는 구조가(이하 이중 U-홈) 된다. 광섬유를 지지하는 데에는 통상 이중 U-홈 내부의 두 개의 모서리 선을 쓰나, 모서리 선을 하나만 써서 지지하는 경우에는 광섬유를 지지하는 고정 면 한 개가 더 필요하다. 상기 고정 면은 기판에 보통 수직이나, 일정 각도로 기울어질 수도 있다.

구렌즈의 정렬을 목적으로 하는 홈의 경우에는 통상 세 개의 모서리선 또는 모서리 점이 사용되나, 한 개 혹은 두 개의 모서리점 또는 모서리선을 쓰는 경우에는 두 개 또는 한 개의 고정 면이 추가로 더 필요하다. 상기 고정면은 기판에 수직이나 일정각 기울어질 수도 있다.

제1홈 및/또는 제2홈은 가공 방식에는 한정되지 않고 반도체 포토ㆍ식각공정, 레이저가공, 프레스금형 등으로 다양하게 제조될 수 있는 구조물을 의미한다.

상기 제2홈은 기판 면으로부터 상기 제1홈 모서리 선 또는 모서리 점의 깊이를 결정한다. 또한, 상기 제2홈은 광섬유 또는 구렌즈를 수용하는 최소한의 공간을 제공한다.

상기 광모듈은 제1 홈 또는 제2 홈의 모서리 선에 연결된 적어도 하나의 요철홈을 추가로 가질 수도 있다. 요철홈은 제1홈 및 제2홈과 상호 연결되어 일체화된 구조물이 될 수도 있다. 요철홈은 상기 광부품들, 특히, 광부품이 광섬유일 경우에, 광섬유에 붙은 먼지나 오물들을 제거하여 광섬유가 모서리선에 잘 밀착되도록 돕고, 제1홈과 제2홈 간에 에폭시의 유통경로가 되어 홈 내부에 에폭시가 잘 스며들고 배출되게 하여 최소량의 에폭시 사용으로 광섬유의 정렬·고정을 돕는다.

본 발명의 제2 측면은 기판 상에 제1 광부품 연결부와 제2 광부품 연결부가 형성되고, 각 광부품 연결부는 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 상기 제1홈이 내장되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하되, 광부품이 안착될 때 제1홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 광부품이 안내되도록 구성되고, 상기 제1 광부품 연결부와 상기 제2 광부품 연결부는 서로 정렬되는 구조를 갖는 광모듈용 연결구조물을 제공한다.

광모듈용 연결구조물에는 다른 광부품과 결합될 수 있는 지지대를 더 구비할 수 있다. 예로서, 광모듈용 연결구조물에 포토다이오드나 레이저다이오드가 결합될 수 있도록 지지대를 더 구비할 수도 있다. 일반적으로 지지대는 기판면을 가공하여 기판상에서 기판과 일체화가 되도록 구비된다.

본 발명의 제3 측면은 기판 상에 광부품 접속부와 소정 경사면을 갖는 V 홈을 기지고, 상기 광부품 접속부는 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 제1홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하되, 상기 광부품이 안착될 때 상기 제1 홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 상기 광부품이 안내되고, 상기 V홈은 광부품 접속부에 안착되는 광부품과 광 접속을 위하여 경사면을 가지고 형성되는 광모듈용 연결구조물을 제공한다.

바람직하게는, 제1홈 또는 제2홈은 반도체 포토 및 식각공정, 레이저가공 또는 프레스금형으로 다양하게 제조되고, 제1홈 또는 제2홈의 폭은 기판 위에서 아래로 바라볼 때 일정하거나, 계단형 또는 테이퍼형으로 변하거나, 삼각형, 사각형 또는 파동형의 톱니모양으로 연속적 또는 단속적으로 변하는 구조이다. 즉, 홈의 지지구조물이 광섬유일 경우에 상기 제1홈 내지 제2홈은 보통 일정 길이의 직선 홈이 된다. 그러나 이 홈들은 지지되는 광소자의 모양에 따라 지지구조물의 모양이 달라질 수가 있으며, 예를 들면, 구렌즈의 경우는 삼각형을 구성하는 각 변의 일정부가 지지구조물이 된다.

본 발명의 제4 측면은 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 제1 홈을 형성하는 단계; 상기 제1 홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2 홈을 형성하는 단계를 포함하되, 광부품이 안착될 때 상기 제1 홈의 모서리에 상기 광부품이 안내되는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 광부품과 상기 광도파로 사이에 제3 홈을 형성하는 단계를 더 포함하되, 제1홈과 제2홈의 형성단계에서 제3홈이 동시에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

제1 홈의 모서리에 길이방향으로 요철홈을 구비하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제3 홈은 광도파로와 광섬유 고정홈 사이 경계에 형성되기 쉬운 광섬유 지지구조에 방해가 되는 구조를 제거하여, 광섬유의 끝이 광부품 또는 광도파로 측에 최대한으로 근접될 수 있도록 보장해준다. 또한 상기 제3 홈은 에폭시의 주요 공급경로가 되어 상기 요철홈과 더불어 에폭시의 공급을 돕는다. 물론 에폭시는 제2홈의 기판 상부에서 주입할 수도 있으나, 기판 상부에서 다량의 에폭시가 광섬유나 구렌즈를 덮게 되면 광학경로가 에폭시에 의해 오염되거나 광섬유 또는 구렌즈의 정렬위치에 뒤틀림을 줄 수도 있으므로 상기 제3홈과 요철홈을 통해 계면접착(surface wetting)과 표면장력(surface tension)으로 최소량의 에폭시를 공급해 사용할 필요가 있다.

본 발명의 제5 측면은 기판 상에 광도파로 코어막을 이용하여 광도파로부의 상기 광도파로 코어와 광부품 접속부의 제1 홈을 형성하기 위한 마스크를 형성하는 단계;

상기 마스크를 이용하여 제1 홈을 식각하는 단계;

적어도 상기 광도파로 상부에 상부클래드를 형성하는 단계;

상기 제1 홈을 내부에 포함하는 구조로 제2 홈을 형성하는 단계를 구비하는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 광도파로부와 상기 광부품 접속부 사이에 제3 홈을 형성하는 단계를 더 구비한다.

한편, 제1 홈을 형성하기 위한 마스크를 형성하는 단계에서, 상기 마스크에 상기 제1 홈의 모서리에 길이방향으로 요철홈을 구비할 수도 있다.

본 발명의 제6 측면은 기판 상에 광도파로부의 코어 형성용 패턴과 광부품 접속부의 제1 홈 형성용 패턴을 음각으로 형성하는 단계; 상기 제1 홈 형성용 패턴을 이용하여 식각하는 단계; 상기 전체 구조에 광도파로 코어 물질을 형성하여 적어도 상기 코어 형성용 패턴을 채우는 단계; 상기 제1 홈을 내부에 포함하는 구조로 제2 홈을 형성하는 단계; 및 적어도 상기 광도파로의 코어 상부에 상부 클래드를 형성하는 단계를 구비하는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

한편, 상기 전체 구조에 광도파로 코어 물질을 형성하여 적어도 상기 코어 형성용 패턴을 채우는 단계에서, 상기 제1 홈의 가장자리 일부도 채워지는 것이 바람직하다.

본 발명의 제7 측면은 기판 상에 광도파로 코어막을 이용하여 광도파로부의 상기 광도파로 코어와 광부품 접속부의 제1 홈을 형성하기 위한 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크를 이용하여 제1 홈을 식각하는 단계; 적어도 상기 광도파로 상부에 상부클래드를 형성하는 단계; 상기 제1 홈을 내부에 포함하는 구조로 제2 홈을 형성하는 단계를 구비하는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제8 측면은 광모듈용 연결구조물의 제조방법에 있어서, 제1 광부품 연결부와 제2 광부품 연결부를 일체로 형성하는 단계를 구비하되, 각 광부품 연결부는 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 상기 제1홈이 내장되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하고 광부품이 안착될 때 제1홈의 모서리 선 또는 점에 광부품이 안내되도록 구성되고, 상기 제1 광부품 연결부와 상기 제2 광부품 연결부는 각 홈들의 식각 깊이에 따라 서로 정렬되는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제9 측면은 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 제1 홈을 형성하는 단계; 상기 제1 홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2 홈을 형성하는 단계; 및 광부품 접속부와 소정각을 갖는 V 홈을 기지고, 상기 광부품 접속부는 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈과 제1홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈을 구비하되,

상기 광부품이 안착될 때 상기 제1 홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 상기 광부품이 안내되고, 상기 V홈은 광부품 접속부에 안착되는 광부품과 광 접속을 위하여 경사면을 가지고 형성되는 광모듈용 연결구조물의 제조방법을 제공한다.

상기한 제작단계는 본 발명의 사상을 구현하기 위해 필요한 최소한의 공정단계를 예로 기술하며, 본 발명의 각 측면의 취지에서 벗어나지 않는다면, 상기한 공정은 그 순서가 바뀔 수도 있다.

상기 제1, 제2, 제3홈은 건식 식각, 습식 식각, 레이저가공, 프레스 금형가공, 기계적 가공 등을 모두 포함하는 것으로 이해 되어야한다. 바람직하게는, 제1 및 제2홈은 플라즈마에 의한 건식식각이 가장 효과적이고, 제3홈은 회전연삭에 의한 기계가공이나 레이저가공 또는 건식식각으로 가장 잘 구현이 된다. 여기서 레이저가공이라 함은 고출력 펄스레이저로 기판을 조각 가공하는 방법을 말한다.

상기 제1, 제2, 제3홈이 건식 식각, 습식 식각, 기계적 가공 등의 방법으로 제조될 경우에 상기한 모서리 선은 일반적으로 날카로운 모서리가 된다. 따라서 삽입된 광섬유를 모서리 선에 잘 접촉시키고자 기판상면에서 광섬유에 약간의 압력을 가하면 모서리 턱이 쉽게 부서지게 되므로, 제2홈 형성 시에 등방성(isotropic) 플라즈마 식각을 추가로 사용하거나, 광도파로 상부클래드 형성에 화학기상증착법을 사용함으로서 모서리 선을 둥글게 바꿀 수가 있다. 모서리 선의 이와 같은 변환공정은 본 제2 측면에서 기술하는 공정에 새로이 추가하거나, 본 제2측면의 공정들과 동시에 이루어지도록 실시될 수도 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명에 따르면, 광섬유블록을 사용하지 않고서 광섬유를 광모듈에 직접 접속하게 되므로 생산비가 절감된다.

(2) 본 발명을 사용하면, 이중 홈 내부의 두개의 고정선에 의하여 광섬유가 고정되므로 안정된 광섬유접속을 할 수 있다.

(3) 본 발명을 사용하면, 이중 홈 내부의 복수개의 고정선 또는 고정점에 의하여 구렌즈가 고정되므로 안정된 구렌즈의 정렬을 할 수 있다.

(4) 또한, 본 발명의 고정선 또는 고정점은 둥근 곡면으로 변환할 수 있으므로 광섬유 또는 구렌즈의 삽입 시 가해지는 고정선 또는 고정점에 대한 압착력에 의해 정렬구조물의 파손 가능성을 줄일 수 있다.

(5) 본 발명을 사용하면, 기판에 대해 수평한 방향으로의 광섬유 또는 구렌즈의 정렬은 자동으로 이루어지고, 기판에 수직방향으로는 수평방향과는 독립적으로 광섬유 또는 구렌즈의 높이를 조절할 수 있다. 즉, 정렬홈 내부에 CVD막을 쌓음으로서 광섬유 또는 구렌즈의 높이를 올리거나, 정렬홈을 건식식각함으로서 광섬유 또는 구렌즈의 높이를 낮출 수 있다.

(6) 본 발명을 사용하면, 광섬유 또는 구렌즈의 정렬홈 내에 광도파로 상부클래드막의 증착을 방지할 수 있어서, 광섬유 또는 구렌즈의 정렬홈의 식각시간을 줄일 수 있다.

(6) 본 발명을 사용하면, 에폭시를 사용하지 않고서도 CVD 방법에 의하여 구렌즈 정렬홈 내에 구렌즈를 고정 접합시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 제1 내지 3 실시예에 따른 광분배기 광모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물을 나타내는 사시도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물을 나타내는 사시도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 사시도들이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 사시도이다. 광모듈용 연결구조물은 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈(A)과 상기 제1홈이 내장되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈(B)을 구비하되, 광부품이 안착될 때 제1홈(A)의 모서리에 광부품이 안내되도록 한다. 광부품이 안착될 때 제2홈(B)의 모서리에 의해 광부품이 안내되도록 함으로써 광도파로의 코어(102)와 정렬을 효과적으로 할 수 있다.

한편, 광모듈용 연결구조물은 제1 홈(A)과 제2 홈을 구비하는 구조의 광섬유 접속부에 추가하여 광도파부(20)를 일체형으로 제작하는 것이 효과적이다. 광도파로부(20) 광섬유 접속부(30)는 그 경계에서 턱(409)이 생기기 쉽고, 이 턱(도 2d의 409)은 광섬유를 광도파로에 최대한으로 근접시키는데 방해가 된다. 따라서, 광도파부(20)와 광섬유 접속부(30)의 경계를 따라 예컨대 회전톱(dicing saw)으로 기판표면을 일정 깊이로 연삭하여 제3 홈(501)을 만들 수 있다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제1 단계 공정을 나타내는 사시도이다.

도 2a를 참조하면, 먼저 기판(10)에 광도파로 코어막(102와 103을 포함하는 기판 전체를 덮는 막; 이후 편의상 103이라 함)을 씌운다. 이 실시예에서는 실리카 기판을 사용한 경우를 예로 들었으며, 실리카 기판은 광도파로의 하부클래드로 사용된다. 실리콘을 기판으로 사용하는 경우에는 실리콘 기판 면을 약 10㎛ 두께로 산화시켜 기판 표면을 실리카 막으로 변환하거나 기판에 실리카 하부클래드 막을 씌우고, 그 위에 광도파로 코어막(103)을 씌워서 사용할 수도 있다.

다음으로, 광도파로 코어막(103) 위에 식각마스크층(미도시)을 증착한다. 본 발명의 실시예에서는 적어도 수십 ㎛ 이상의 실리카 기판을 건식 식각하여야 한다. 따라서 실리카 홈 구조물의 식각이 끝날 때까지 플라즈마 이온에 의해 식각마스크가 닳아 없어지지 않도록 식각마스크의 식각선택비가 커야 한다. 바람직한 식각마스크로는 크롬, 텅스텐, 탄탈륨 등의 금속막이 주로 사용되며, 여기서는 크롬을 식각마스크로 사용하는 경우를 예시한다.

식각마스크층은 광도파부(20)에 양각의 코어패턴이 있고 광부품접속부(30)에 음각의 제1홈 패턴이 있는 마스크로 포토공정을 실시하여 PR(photoresist) 패턴을 만든 다음에 이 패턴을 크롬 식각마스크 층에 전사하고, 식각마스크 층을 이용해 코어막을 식각함으로서 광도파로 코어(102)와 제1 홈 패턴(104)을 만든다.

도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제2단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제2단계에서는 광부품접속부(30)를 제외한 기판의 광도파부(20)에 식각마스크를 덧씌우고 광부품접속부(30)의 제1 홈(A)을 건식 식각한다. 광도파부(20)에만 식각마스크를 덧씌우는 방법으로는, 기판 전체에 식각마스크를 씌우고 포토공정으로 광부품접속부(30)의 식각마스크 만을 제거하거나, 리프트오프(Lift-off)공정으로 광도파부(20)에만 식각마스크 층을 씌우는 방법이 있다. 이 과정에서 광부품접속부(30)의 제1 홈(A)이 형성된다. 그런 다음, 기판에 남아있는 모든 식각마스크를 제거한다.

도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제3단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제3단계에서는 CVD로 광도파로 코어(102) 위에 상부클래드막(302)을 씌운다. 이 과정에서 상부클래드막(302)은 광부품접속부(30)에도 씌워지며, 제1홈(A)의 양측 모서리 턱(305)은 둥근 곡면이 되며, 차후 광섬유 등의 광부품을 지지ㆍ고정하는 턱으로 사용된다.

도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제4단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제4단계에서는 다시 크롬 식각마스크 층을 증착하고 포토공정을 써서 제2홈 식각마스크 패턴을 만든 다음, 일정 깊이로 식각하여 제2 홈(B)을 형성한다. 제2 홈(B)의 건식식각 마스크를 만드는 방법은, 상기한 제1홈 패턴의 건식식각 마스크를 만드는 방법과 동일하다. 제1 홈(A)은 제2 홈(B)의 내부에 있으므로, 제2홈(B) 패턴의 식각 시에 제1 홈(A)은 모양이 그대로 유지되면서 기판 면 아래로 하강하면서 이중 홈 구조가 만들어진다.

도 2e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제5단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제4 단계 공정을 끝낸 기판은 광도파부(20)와 광부품접속부(30)의 경계에서 턱(409)이 생기기 쉽고, 이 턱(409)은 광부품을 광도파로에 최대한으로 근접시키는데 방해가 된다. 따라서, 제5단계에서는 광도파부(20)와 광부품접속부(30)의 경계를 따라 회전톱(dicing saw)으로 기판 표면을 일정 깊이로 연삭하여 제 3홈(501)을 만든다. 여기서 회전톱이라 함은 반도체기판을 자르는데 보통 사용되는 다이아몬드 입자가 붙어있는 절단톱 또는 연삭톱이 될 수 있다.

도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제6단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제6 단계 공정은 이중 U-홈(A, B)에 광섬유(60)를 삽입ㆍ정렬하고 에폭시로 광섬유(60)를 홈에 경화ㆍ고정하는 단계이다. 광섬유는 진공홀더(vacuum holder)와 같은 수단을 써서 이중 홈 안에 삽입되며, 기판에 수직한 방향으로 광섬유에 압력을 가하여 이중 홈의 모서리 턱에 광섬유가 물리적으로 잘 접촉되도록 하면서 에폭시가 제1, 2, 3홈(A,B,501)을 따라 잘 스며들게 한 다음에, 자외선으로 에폭시를 경화시켜 광섬유(60)가 이중 홈의 모서리 선에 고정되도록 한다.

(제2 실시예)

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 사시도이다. 제1 실시예와의 차이점을 위주로 기술하면, 제2 실시예의 광모듈용 연결구조물은 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1 홈(C)과 상기 제1홈이 내장되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2 홈(D)을 구비하되, 상기 광부품이 안착될 때 광도파로의 코어(702)와 정렬하기 위해서 제1 홈(C)의 모서리에 광부품이 안내되도록 하는데, 그 모서리에 에폭시가 잘 유입 또는 배출되어 광부품이 효과적으로 제1홈(C)의 모서리에 안내, 고정되도록 제1홈(C)의 모서리에 길이방향으로 요철홈들(도 4c의 708)을 형성한다.

제2 실시예의 광모듈용 연결구조물을 제작하는 일예를 설명하면, 제1 내지 3홈(C,D,707)을 건식식각으로 형성하고, 제1 내지 3홈을 제외한 기판 표면에 광도파로의 상부클래드를 선택적으로 덧씌우는 방법을 설명한다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제1단계 공정을 나타내는 사시도이다. 먼저 기판(10)에 광도파로 코어막(703)을 씌우고, 코어막 위에 식각마스크층을 증착한다. 다음으로, 광도파부(20)에 양각의 광도파로 패턴(702)이 있고 광부품접속부(30)에는 음각의 제1홈 형성용 패턴(703)이 있는 마스크로 포토공정을 하여 식각마스크 패턴을 만들고, 이를 크롬 식각마스크 층에 전사한다. 이어서, 코어막을 건식 식각하여 광도파로 코어(702)와 제1홈 형성용 패턴(703)을 만든다. 이 실시예에서는 제1 홈 형성용 패턴(703)을 만들 때 제1 홈이 형성되는 모서리의 길이방향으로 별도의 요철홈들(705)이 추가로 형성되어 제1 및 2홈에 에폭시가 잘 유입 또는 배출되며 광부품(예컨대 광섬유)이 이중 홈의 모서리 턱에 잘 정렬되도록 도와준다.

도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제2단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제2단계에서는 광도파부(20)에 식각마스크를 덧씌워 보호하고, 광부품접속부(30)에 있는 제1홈 형성용 패턴(703)을 추가로 건식 식각한다. 이 과정에서 광부품접속부(30)의 제1홈 형성용 패턴(703)는 식각마스크로 보호되며, 제3홈(707)과 제1홈(C)은 함께 식각된다.

도 4c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제3단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제3단계에서는 제2단계에서 사용했던 식각마스크를 제거하고 새로운 식각마스크층을 증착한 다음에, 그 위에 포토공정으로 식각마스크 패턴을 만들고 이를 식각마스크층에 전사하여 제2홈(D) 제작을 위한 식각마스크를 만든다. 이어서 제작된 식각마스크로 제2홈의 양 어깨(703)와 광도파부(20)를 보호하면서 제2홈(D)과 제3홈(707)을 일정 깊이로 식각한다. 이 과정에서 제1홈(C)은 제2홈(D)의 내부에 있으므로 그 모양이 유지되며 제2홈(D)과 함께 기판 면에서 아래로 내려간다. 식각이 끝나면 식각마스크를 제거한다.

도 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제4 단계 공정을 나타내는 단면도이다. 제4단계 공정은 이미 제작된 제1 내지 3홈(C,D,707)을 보호하면서 기판의 상면에만 상부클래드 막을 씌우는 공정이다.

도 4d에서 (a)는 제3 단계 공정을 기판의 광부품접속부(30) 측에서 본 단면이다. 먼저 기판에 SU-8이나 포토레지스트와 같은 감광성폴리머 재료(1003)를 코팅한다((b)단계). 다음으로, 기판에 노광하고 현상하여 이중 홈 내부를 제외한 기판면 근처의 감광폴리머를 제거한다((c) 단계). 이 과정에서는 노광시간을 조절하여, 이중 홈 내부에는 감광폴리머(1003)가 충분히 남아있도록 하는 것이 중요하다. 이어서, 화염가수분해증착법(FHD; flame hydrolysis deposition) 또는 저온 플라즈마 화학기상증착법으로(PECVD; plasma enhanced chemical vapor deposition) 상부클래드 실리카막(1007)을 증착한다((d) 단계).

이때, 증착온도는 120~250℃가 적당하며 증착온도가 너무 높으면 감광폴리머의 제거가 어려워진다. 다음으로, 기판을 가열하고 냉각시켜 감광폴리머의 팽창ㆍ수축에 의해 상부클래드 막(1007)을 균열시키고, 열탕의 포토레지스트 제거용액에 담구어 이중 홈 내부의 폴리머와 그 상부의 실리카 막을 제거한다((e) 단계).

상기에서는 감광성폴리머를 사용하여 홈 내부를 보호하는 경우를 예시하였다. 감광성폴리머를 예시한 것은 감광성폴리머를 사용하면 기판 상의 홈 외부의 폴리머를 노광에 의해 편리하게 폴리머를 제거할 수 있기 때문이며 본 발명의 취지에서는 반드시 감광성폴리머를 사용할 필요는 없다. 즉, 감광성폴리머보다 더 높은 온도에서 잘 견디는 폴리머 재료로 기판을 코팅하고 기판상의 홈 외부의 폴리머는 플라즈마로 제거하는 방법을 대신 사용할 수도 있다.

상술한 공정에 의하여 홈 내부에는 상부클래드 막이 쌓이지 않게 하면서 선택적으로 기판 표면에만 광도파로의 상부클래드 막을 쌓을 수가 있다. 상부클래드의 두께는 보통 20㎛ 이상이다. 제2 실시예에 비하여 제1 실시예는 이중 홈 내부에도 상부클래드를 쌓이게 하므로 광섬유를 광도파로 코어에 정렬하기 위해서는 제1~2홈을 상부클래드 두께만큼 더 식각해아 한다. 따라서 제2 실시예의 방법을 쓰면 제2홈의 식각깊이를 줄일 수 있다.

도 4e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제5 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 여기서 제2 홈(D) 모서리의 깊이는 기판에 수직한 방향으로의 광도파로 코어에 대한 광섬유의 정렬을 결정하며 효율적인 광결합을 위해서는 매우 중요한 공정변수가 된다. 따라서 제5 단계에서는 3차원 측정기와 같은 계측기로 제2 홈(D)의 깊이를 측정한 다음에, 제2 홈(D)의 깊이를 미세조정하게 된다. 홈을 더 깊게 하려면 등방성(isotropic) 플라즈마로 건식식각을 하면 되고, 제2 홈(D)을 더 얇게 하려면 화학기상 증착법으로 실리카막을 등방성(conformal deposition) 증착하면 된다. 이 과정에서 이중 홈 내부의 광섬유 고정용 모서리 선은 제1 실시예에서와 마찬가지로 둥글게 된다.

도 4f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제6단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제6단계 공정에서는 이중 U-홈에 광섬유(60)를 장착하여 제1 실시예와 마찬가지로 에폭시로 고정한다. 이때, 제1, 2홈(C,D)에 부가되어 식각 제작된 요철홈(708)은 에폭시의 유입을 도와줌으로서 에폭시의 사용을 최소화하도록 도와준다.

(제3 실시예)

제3 실시예에서는 광도파로와 이중 U-홈을 음각으로 제조하여 광도파로 음각 홈에 광도파로 코어를 화염가수 분해 증착법으로 형성한 다음에, 광도파로 홈을 제외한 기판 표면의 광도파로 코어층을 제거하고 광도파로 상부클래드를 증착을 하여 광섬유 수동접속을 위한 광도파로와 이중 U-홈을 형성하는 또 다른 방법을 기술한다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제1 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 먼저, 기판(10)에 식각마스크층을 증착한 다음, 광도파부(20)에 음각의 광도파로의 형성용 패턴이 있고 광부품 접속부(30)에 음각의 제1홈 패턴이 있는 마스크로 포토공정을 실시하여 이를 크롬 식각마스크 층에 패턴을 전사한다. 이어서, 실리카 기판을 건식 식각하여 광도파로 코어의 음각패턴(F)과 제1홈의 음각패턴(E)를 만든다.

도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제2 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제2 단계에서는 광도파부(20)에 식각마스크를 덧씌워 보호하고, 광부품 접속부(30)의 제1홈 패턴을 추가로 건식 식각한다.

도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제3 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제3단계 공정은 제1단계에서 만든 광도파로용 음각 홈에 광도파로 코어재료(131)를 채워 넣는 과정이다. 도 5c의 (a)~(d)는 제3 단계공정을 광도파부(20)에 실시하는 과정을 나타내는 단면도이고, 도 5c의 (i)~(iv)는 제3단계공정을 광부품 접속부(30)에 실시하는 과정을 나타내는 단면도이다. 광도파부(20)와 광부품 접속부(30)는 각기 별도의 공정으로 실시될 수도 있으나 동일한 공정으로 실시하는 것이 더 간단하므로 이 실시예에서는 동일한 공정으로 실시되는 경우를 예시한다. 즉, 도 5c의 (a)와 도 5c의 (i), 도 5c의 (b)와 도 5c의 (ii), 등으로 공정이 실시되는 경우이다.

도 5c의 (a)는 광도파부(20)의 단면이고 도 5c의 (i)는 광부품 접속부(30)의 단면이다. 먼저 도 5c의 (a)와 도 5c의 (i)에서 제 2단계에서 사용했던 식각마스크를 제거한다. 다음으로 화염가수 분해증착법에 의하여 실리카 미립자를 증착하고(도 5c의 (b)와 도 5c의 (ii)) 이어서 가열처리하여 실리카 코어막을 형성한다.(도 5c의 (c)와 도 5c의 (iii)) 그리고 기판에 형성된 코어막의 두께 만큼 다시 식각하여 코어막을 제거한다.(도 5c의 (d)와 도 5c의 (iv))

이 과정에서 코어홈에 채워진 실리카재료는 그대로 남아있게 된다. 왜냐하면 가열처리 과정에서 실리카 미립자층은 그 두께가 약 1/10 정도로 줄어들며 미립자들이 서로 녹아서 붙으며 실리카막을 이루게 되는데 만약 미립자층 하부의 기판면에 홈이나 계단 등의 단차가 있을 경우에는 녹아 들어가는 미립자들의 표면장력에 의하여 미립자들의 좌우이동이 원활이 일어나 실리카 막의 표면이 평탄화되려는 성질 때문이다.

한편, 동일한 이유에서 광부품 접속부(30)에 쌓이는 실리카 미립자는 가열처리하는 과정에서 광섬유 고정을 하게 되는 모서리 턱 부근에서는 그 두께가 최소가 되어 둥글게 되고, 제1 홈(E) 바닥 모서리 근방에서는 더 모여 역시 둥글게 된다. 이어서 계속되는 코어막 제거 공정에서는(도 5c의 (d)와 도 5c의 (iv)) 코어홈(F)을 제외한 광도파부(20)의 코어막은 제거되되 광부품 접속부(30)의 광섬유 고정 모서리 턱(145)은 도 5c의 (iii)의 턱(145) 형상을 그대로 따라서 식각되게 되므로 그 높이가 기판 면보다 낮아지게 되고(미도시) 광섬유의 수직정렬을 결정하는 제2 홈(G)의 식각 깊이를 줄여주는 효과가 있게 된다. 만약에 광섬유고정 모서리 턱(145)이 식각되기를 원치 않을 경우에는 제2 단계의 식각마스크를 광도파부(20)에서만 제거하고 제3단계 공정을 실시한 다음에 광부품 접속부(30)의 제2 단계의 식각마스크를 제거할 수도 있다. 이 경우에 실리카기판의 표면은 도 5c의 (iv)처럼 평탄하게 보호된다.

도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제4 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제4 단계에서는 새로운 식각마스크층을 증착한 다음에, 그 위에 포토공정으로 제2 홈(G) 제작을 위한 식각마스크 패턴을 만들고 이를 마스크층에 전사한다. 이어서 광도파부(20)를 보호하면서 제2 홈(G)을 일정 깊이로 식각한다. 식각이 끝나면 식각마스크를 제거한다.

도 5e는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제5단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제5단계에서는 제2실시예의 제4단계와 같이 기판에 형성된 홈을 포토레지스트로 보호하면서 상부클래드 실리카 막(179)을 증착한다.

도 5f는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제6단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제6단계에서는 제1실시예와 같이 기판면에서 광도파부(20)와 광부품 접속부(30)의 경계를 따라서 회전연삭기구로 제3홈(181)을 만들고 광섬유(60)를 이중 U-홈에 삽입하여 에폭시로 고정한다.

상기의 제1 내지 3실시예에서는 편의상 광섬유가 한 개인 경우를 도시하였으나 다수의 제1 홈이 한 개의 제2 홈에 결합될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제1 내지 3 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물이 복수개가 함께 기판에 집적되는 구조를 가지는 사시도이다. 이러한 구조는 광분배기를 예로 들어 설명한다. 광분배기는 입력포트 1개와 출력포트 4개를 갖는다. 입력포트의 제1홈과 제2홈은 각각 1개인 반면에, 출력포트는 4개의 제1홈과 1개의 제2홈이 결합된 구조로서 한 개의 U-홈에 네 개의 U-홈이 결합된 다중 U-홈의 구조를 갖는다. 이 예시에서 광섬유 직경은 125㎛이고 광섬유간의 간격은 126㎛이다.

(제4 실시예)

이 실시예에서는 평면기판 상에서 광부품들 간의 광학적인 정렬· 고정이 구렌즈를 통하여 이루어지는 기구를 예시하고, 동 기구를 사용하는 광송수신기 광모듈의 제조과정을 예시한다.

이 예시에서는 레이저 다이오드와 광섬유가 구렌즈로 연결되는 경우로 가정하였으나, 본 실시예가 적용될 수 있는 범위는 레이저다이오드와 광섬유의 쌍에 대해서만 적용되는 것은 아니고, 광섬유, 광도파로, 발광다이오드, 포토다이오드, 레이저다이오드 등의 쌍에 대해서도 잘 적용될 수 있으며, 특히 실리카 기판을 사용하는 경우에 유용하다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물을 나타내는 사시도이다.

제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물은 제1 광부품 연결부(L)와 제2 광부품 연결부(M)가 형성되고, 각 광부품 연결부는 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈(L-1,M-1)과 상기 제1홈이 내장되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈(L-2,M-2)을 구비하되, 광부품이 안착될 때 제1홈(L-1,M-1)의 모서리의 점 또는 선에 의해 광부품이 안내되도록 한다. 제1 광부품 연결부(L)와 제2 광부품 연결부(M)는 서로 정렬되는 구조를 갖는다.

또한, 이러한 구조는 지속적으로 반복되는 구조를 가질 수도 있으며 다른 광원, 광 다이오드 등의 광부품들과도 결합될 수 있도록 지지대(201)를 구비하도록 제작될 수 있다.

제 4 실시예에서는 제1 광부품 연결부(L)는 광섬유, 제2 광부품 연결부(M)는 구렌즈인 경우를 예로 들어 관련 도면들과 설명들을 하고 있고, 광 렌즈와 연결되는 레이저 다이오드가 함께 실장되는 구조를 설명하고 있다.

광섬유(70)와 구렌즈(80)와 레이저 다이오드(235)는 광학적으로 연결되며, 최적의 광연결을 위하여 광섬유(70)와 구렌즈(80)의 광학축은 일직선 상에 놓여야 한다. 또한 광학축 방향으로 구렌즈(80)와 광섬유(70)는 서로 일정거리 이격되어 있다.

각 광부품의 기판에 평행한 방향으로 위치는 마스크 패턴에 의하여 제작되는 정렬구조물들의 수평위치에 의하여 정해진다. 즉, 구렌즈(80)의 위치는 세 개의 모서리 선(226)에 의하여 정해지고, 광섬유(70)의 위치는 두 모서리선(228; 한 개만 도시함) 및 광섬유 정지 턱(229)에 의하여 정해지고, 레이저 다이오드(235)는 금속 정렬패턴(도 7의 236)에 의하여 정해진다.

상기한 금속 정렬패턴(도 7의 236)은 레이저 다이오드(235)에 전류를 공급하는 전극으로도 활용될 수도 있다. 레이저 다이오드(235)는 열 방출이 크므로 효과적인 방열을 위하여 충분히 크고 두꺼울 필요가 있으며, 바람직하게는 금속막과 기판 사이에 열전도가 큰 실리콘 막을 배치하는 것이 바람직하다.

다음으로 레이저 다이오드(235)에 대한 구렌즈(80)의 수직높이는 M-1홈과 M-2홈의 연결부위에 있는 세 모서리선의(226) 높이에 의하여 정해지고, 구렌즈(80)에 대한 광섬유(70)의 수직높이는 L-1홈의 모서리선(228; 한 개만 도시함)에 의하여 정해진다.

여기서, 구렌즈(80)의 위치를 결정하는 세 모서리선(226)은 반드시 선일 필요는 없고 모서리점이어도 무방하다. 또는 그 일부가 기판에 수직한 면일 수도 있고, 상기 면은 기판에 일정각 기울어질 수도 있다.

L-2홈의 두 바닥면은 두 모서리선의(228; 한 개만 도시함) 간격과 더불어 광섬유의 높이를 결정한다. M-2홈의 세 바닥면은 세 모서리선(226)의 간격과 더불어 구렌즈(80)의 높이를 결정한다.

L-2홈의 바닥면과 M-2홈의 바닥면의 깊이는 동일할 수도 있다. 이 경우에는 기판표면으로부터 광섬유(70)와 구렌즈(80) 중심축의 높이는 마스크의 설계에서 광섬유를 지지하는 두 모서리선 간의 간격과 구렌즈를 지지하는 세 모서리선의 간격을 다르게 설정하여 서로 맞출 수가 있다.

다음으로 제4 실시예에 따른 광모듈의 제조과정을 기술한다.

도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 8a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제1단계 공정을 나타내는 사시도이다. 기판에 L-1홈과 M-1홈을 제1 내지 3실시예에 준하여 포토공정과 건식식각으로 제작한다.

도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제2단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제1단계에 이어서 M-2홈을 상기 제1 내지 3 실시예에 준하여 포토공정과 건식식각으로 제작한다. 이 과정에서 L-1홈과 M-1홈은 기판 면에서의 깊이가 증가한다.

도 8c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제3 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제2 단계에 이어 L-2홈을 상기 제1 내지 3실시예에 준하여 포토공정과 건식식각으로 제작한다. 이 과정에서 L-1홈과 M-1홈 및 M-2홈 은 기판 면에서 깊이가 증가한다.

도 8d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제4 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 먼저 레이저 다이오드 정렬용 금속마스크(236)를 형성한다. 정렬 금속마스크(236)는 정확한 수평 위치에 레이저 다이오드(235)를 올려놓는 것을 돕기 위하여 별도의 정렬패턴 모양을 가질 수 있다. 다음으로 레이저다이오드(235)를 정렬위치에 올려 고정시킨다. 다음으로 구렌즈(80)를 세 모서리 선(226)에 안착시키고 화학기상증착법에 의하여 구렌즈를 세 모서리선(226)에 붙인다. 여기서 화학기상증착법에 의하여 증착되는 실리카막은 기판의 전면 외에도 구렌즈와 세 모서리 사이의 틈새에도 증착되어, 구렌즈를 기판의 세 모서리에 붙여준다. 이 과정에서 광섬유를 고정하기 위한 홈(L-1, L-2)에 실리카막이 증착되는 것을 원치 않으면 상기한 제2 실시예의 방법에 의하여 광섬유 고정홈에 포토레지스트를 메워 넣음으로서 보호할 수도 있다.

구렌즈 재질의 선정은 그 열팽창계수가 기판 재질의 열팽창계수와 같도록 해줌으로서 레이저 다이오드에 의한 온도 상승에 의해 구렌즈가 기판으로부터 균열되어 떨어지지 않도록 해줄 필요가 있다. 예로서, 기판이 실리콘이면 구렌즈를 파이렉스 재질의 구렌즈를 쓰고 기판이 석영유리이면 석영유리 구렌즈를 쓴다.

상기한 화학기상증착법을 사용하여 구렌즈를 고정하는 방법 이외에도 에폭시를 M-1홈에 주입하고 자외선을 쪼여서 경화시킬 수도 있다. 다음으로 광섬유(70)를 고정홈(L-1, L-2)에 삽입하고 에폭시를 주입하여 경화ㆍ고정시킨다.

(제5 실시예)

이 실시예에서는 평면기판 상에서 광연결요소들 간의 광학적인 정렬·고정이 45도 거울을 통하여 도 9와 같이 이루어지는 기구를 예시하고, 또한 동 기구를 사용하는 광모듈용 연결구조물의 제조과정을 예시한다.

이 예시에서는 포토다이오드와 광섬유가 45도 거울로 연결되는 경우를 가정하였으나, 45도 외에도 포토다이오드와 광섬유가 광학적으로 연결될 수 있는 다른 모든 각도에도 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예가 적용될 수 있는 범위는 포토다이오드와 광섬유의 쌍에 대해서만 적용되는 것은 아니고, 광섬유, 광도파로, 발광다이오드, 레이저다이오드 등의 쌍에 대해서도 잘 적용될 수 있으며, 특히 실리카 기판을 사용하는 경우에 유용하다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물을 나타내는 사시도이다.

도 9를 참조하면, 광모듈용 연결구조물은 광부품 접속부와 소정각을 갖는 V 홈을 갖는다. 광부품 접속부는 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 제1홈(K-1)과 제1홈이 내부에 포함되는 형태로 광부품이 실장되는 공간을 확보하기 위한 제2홈(K-2)을 구비하되, 광부품이 안착될 때 상기 제1 홈의 모서리의 선 또는 점에 의해 상기 광부품이 안내된다.

소정각을 갖는 V홈은 광부품 접속부에 안착되는 광섬유와 광 접속을 위하여 경사면을 가지고 형성된다. 예컨대 45도 거울(277)을 통하여 포토다이오드(279)에 광학적으로 연결된다. 광섬유(70)와 포토다이오드(279)의 기판에 평행한 방향으로 위치는 마스크 패턴에 의하여 제작되는 정렬구조물들의 수평위치에 의하여 정해진다. 45도 거울은 기판에 각각 수직하고 45도인 두 면을 갖는 V-자 모양의 날을 갖는 회전연삭기구로 실리카 기판의 표면을 연삭하여 제작될 수 있다. 광섬유의 위치는 두 모서리선(263; 한 개만 도시함) 및 광섬유 정지 턱(264)에 의하여 정해지고, 포토다이오드(279)는 금속 정렬패턴(258)에 의하여 정해진다. 금속 정렬패턴(258)은 포토다이오드의 전극(279)으로도 활용될 수도 있다.

다음으로 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제조과정을 기술한다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제작공정의 흐름도를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 10a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제1 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 기판에 제1홈(K-1)을 상기 제1 내지 3실시예에 준하여 포토공정과 건식식각으로 제작한다.

도 10b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제2 단계 공정을 나타내는 사시도이다. 제1 단계에 이어서 제2홈(K-2)을 상기 제1 내지 3실시예에 준하여 포토공정과 건식식각으로 제작한다. 이 과정에서 제1홈(K-1)은 기판 면에서 더 깊어진다. 다음으로 포토 다이오드 정렬 및 전극용 금속막(258)을 증착한다.

도 10c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제3단계 공정을 나타내는 사시도이다. 이 단계에서는 45도 반사면의 제작을 위한 V-홈(266)을 회전연삭공구로 연삭한다. 이어서 연삭된 45도 면에 유전체 또는 금속 반사박막(267)을 코팅한다.

도 10d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광모듈용 연결구조물의 제4단계 공정을 나타내는 사시도이다. 먼저 포토다이오드를 정렬위치에 올려 고정시킨다. 정확한 수평위치에 포토다이오드를 올려놓는 것을 돕기 위하여 정렬 금속마스크는 별도의 정렬패턴 모양을 가질 수 있다. 다음으로 광섬유(70)를 광섬유 홈(K-1, K-2)에 삽입하여 에폭시를 주입하고 경화시켜 고정시킨다.

본 발명의 사상이나 범위로부터 이탈됨이 없이 본 발명의 다양한 변경이 가능해질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구현예에 대한 상기의 설명은 예시의 목적으로만 제공될 것이며, 첨부된 청구 범위 및, 그것의 등가물에 의해서 한정되는 본 발명을 제한하기 위한 목적을 위해서 제공되는 것은 아니다.

20 : 광도파부,
30 : 광섬유 접속부,
70 : 광섬유

Claims (32)

1. 광도파로부와 광부품 접속부가 기판 상에 일체형으로 제작되는 광모듈용 연결구조물로서,
   상기 광부품 접속부는,
   상기 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 홈을 구비하고
   상기 광도파로부는 상기 기판 상부에 광도파로의 코어가 패터닝되고 그 상부에 클래딩이 형성되어 구성되며,
   상기 광도파로의 코어는 상기 기판을 음각으로 패터닝하고 그 내부에 코어물질이 채워지며, 그 상부에 클래딩이 덮는 구조로 형성된 광모듈용 연결구조물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기판은 실리카로 이루어진 광모듈용 연결구조물.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 기판 상에 광부품을 지지하기 위해 형성된 상기 홈의 폭은, 상기 기판 위에서 아래로 바라볼 때, 일정하거나, 계단형 또는 테이퍼형으로 변하거나, 삼각형, 사각형 또는 파동형의 톱니모양으로 연속적 또는 단속적으로 변하는 구조인 광모듈용 연결구조물.
   
4. 삭제
5. 기판 상에 광도파로부의 코어 형성용 패턴과 광부품 접속부의 홈 형성용 패턴을 음각으로 형성하는 단계;
   상기 홈 형성용 패턴을 이용하여 식각하는 단계;
   상기 광도파로부의 코어를 형성할 코어 물질을 적어도 상기 코어 형성용 패턴에 채우는 단계; 및
   상기 광도파로부의 코어 상부에 상부 클래드를 형성하는 단계를 포함하는 광모듈용 연결구조물의 제조방법.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 광도파로부와 상기 광부품 접속부 사이에 홈을 추가로 형성하는 단계를 포함하는 광모듈용 연결구조물의 제조방법.
   
7. 광도파로부와 광부품 접속부가 기판 상에 일체형으로 제작되는 광모듈용 연결구조물로서,
   상기 광도파로부를 기준으로 양쪽에 광부품 접속부가 배치되고,
   상기 광부품 접속부는,
   상기 기판 상에 광부품을 안착하기 위해 형성된 홈을 구비하며,
   상기 광도파로부는,
   상기 기판 상부에 광도파로의 코어가 패터닝되고 그 상부에 클래딩이 형성되어 구성되며,
   상기 광도파로의 코어는 상기 기판을 음각으로 패터닝하고 그 내부에 코어물질이 채워지며, 그 상부에 클래딩이 덮는 구조인 광모듈용 연결구조물.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 광부품 접속부와 상기 광도파로 사이에는 홈이 더 구비되는 광모듈용 연결구조물.
   
9. 제7 항에 있어서,
   상기 광도파로부는, 입력포트는 1개이고, 출력포트가 복수 개인 광모듈 연결구조물.
   
10. 제7 항에 있어서,
    상기 광도파로부는, 입력포트는 1개 이고, 출력포트가 4 개인 광모듈 연결구조물.
    
11. 제7 항에 있어서,
    상기 기판은 실리카로 이루어진 광모듈용 연결구조물.
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