KR101419502B1 - 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈 - Google Patents

전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈에 관한 것으로서, 외부기기와의 인터페이싱을 위한 커넥터의 종단에 복수개의 광도파로와 전기배선이 노출되게 형성되어 내부까지 연장된 메인 기판과, 메인 기판에 실장되되 광도파로를 통해 광을 출사하는 광원과, 외부로부터 광도파로를 통해 전송된 광을 수신하는 광검출기와, 광원을 구동하는 광송신부와, 광검출기에서 출력되는 신호를 처리하는 광수신부 및 광송신부를 제어하고, 광수신부에서 수신된 신호를 처리하는 신호처리부를 구비하고, 신호처리부, 광수신부 및 광송신부는 하나의 단일집적회로칩으로 형성되어 있고, 광원 및 광검출기는 단일집적회로칩에 온칩 형태로 실장된 통합모듈을 구비한다. 이러한 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈에 의하면, 구조를 단순화 하면서도 슬림화가 가능하고, 전기적 접속 경로가 짧아져 기생성분의 발생을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈{ultra-thin micro form factor optical and electric transceiver of electonic device for interfacing to external device}
본 발명은 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈에 관한 것으로서, 상세하게는 집적도를 높여 슬림화가 가능하며 배선에 따른 전기적 기생성분의 발생을 억제할 수 있도록 된 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈에 관한 것이다.
최근 급속하게 확산되고 있는 전자기기인 스마트폰, PDA, 노트북, 스마트 TV등은 그 기능과 성능이 더욱 향상되고 있으며, 두께도 더욱 슬림화되는 추세에 있다.
이러한 전자기기에는 외부 기기와의 데이터 통신 또는 충전을 지원하기 위한 인터페이스 커넥터가 마련되어 있는데, 종래에는 전기적 신호만을 송수신할 수 있도록 되어 있어 데이터 전송속도의 한계성을 극복하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 전자기기의 슬림화에 따라 데이터 전송속도를 향상시킬 수 있으면서도 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 구조가 요구되고 있다.
이러한 요구사항을 고려할 때 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 커넥터는 광신호를 송수신하는 광전송방식과, 전기신호를 전송하는 전기신호 전송방식을 모두 지원하도록 구축되는 방안을 고려해볼 수 있다.
그런데, 광신호와, 전기신호를 모두 지원하는 인터페이싱 방식의 경우, 통상의 인쇄회로기판(PCB)에 광송수신용 광원과 광검출기를 실장하는 경우 광원을 구동하는 드라이버와, 광검출기의 신호를 처리하는 요소들에 의해 전체적인 인터페이싱 모듈의 두께가 두꺼워질 수 있고, 각 요소의 배선과정에서 전기적 기생성분이 증가하여 신호품질을 떨어뜨릴 수 있다.
따라서, 두께를 얇게 할 수 있으면서도 전기적 기생성분의 발생을 최소화 할 수 있고, 신호 송수신 처리를 위한 전체적인 배선경로를 최소화 할 수 있는 구조가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광통신을 지원하면서도 슬림화 할 수 있는 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈은 전자기기에 장착되어 외부기기와의 인터페이싱을 전기적으로 수행하는 전기단자와, 광을 송수신하는 광전송단자가 외부에 노출되게 마련된 커넥터와; 상기 전자기기 내에 장착되어 상기 커넥터와 접속되며 상기 전기단자와 전기적으로 접속된 전기배선과, 상기 광전송단자를 통해 광을 송신 또는 수신하는 광도파로가 형성된 메인 기판과; 상기 메인 기판에 실장되되 상기 광도파로를 통해 광을 출사하는 광원과, 외부로부터 상기 광도파로를 통해 전송된 광을 수신하는 광검출기와, 상기 광원을 구동하는 광송신부와, 상기 광검출기에서 출력되는 신호를 처리하는 광수신부 및 상기 광송신부를 제어하고, 상기 광수신부에서 수신된 신호를 처리하는 신호처리부를 구비하고, 상기 신호처리부, 상기 광수신부 및 상기 광송신부는 하나의 단일집적회로칩으로 형성되어 있고, 상기 광원 및 상기 광검출기는 상기 단일집적회로칩에 온칩 형태로 실장된 통합모듈;을 구비한다.
바람직하게는 상기 메인기판에는 상기 통합모듈을 전기적으로 접속하되 상기 통합모듈이 수용될 수 있게 하방으로 인입된 실장홈이 형성되어 있고, 상기 통합모듈은 상기 실장홈의 바닥면에 형성된 접속단자와 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 통합모듈의 상기 광원과 광검출기는 상호 이격되어 상기 메인기판의 상기 실장홈의 바닥면과 대향되게 장착되어 있고, 상기 메인기판에는 상기 광원에서 출사된 광의 경로를 변환시켜 외부로 광을 도파하는 광도파로로 전송하는 제1경사면과; 상기 광검출기와 대향되는 위치에서 외부로부터 수신된 광을 도파하는 광도파로를 통해 전송되는 광을 상기 광검출기의 입사면으로 경로를 변환시키는 제2경사면;이 형성되어 있다.
또한, 상기 단일집적회로칩은 실리콘 기판에 상기 신호처리부, 상기 광송신부 및 상기 광수신부, 상기 광원 접속용 단자 및 상기 광검출기 접속용 단자가 반도체 집적회로 제작공정에 의해 하나의 칩형태로 형성되어 있고, 상기 광원은 상기 광원 접속용 단자에, 상기 광검출기는 상기 광검출기 접속용 단자에 각각 와이어 본딩 또는 솔더링에 의해 접합되어 있고, 상기 단일 집적회로칩의 상기 광원 및 광검출기가 실장되는 표면의 가장자리를 따라 상기 메인기판과 전기적으로 접속되는 메인단자가 마련된 것이 바람직하다.
상기 커넥터는 통신이 가능한 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 티브 중 어느 하나에 외부로 노출되게 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈에 의하면, 구조를 단순화 하면서도 슬림화가 가능하고, 전기적 접속 경로가 짧아져 기생성분의 발생을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈이 적용된 스마트폰을 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 마이크로폼 팩터 광전모듈의 단면도이고,
도 3은 도 2의 통합모듈을 뒤집은 상태로 도시한 사시도이고,
도 4는 도 2의 마이크로폼 팩터 광전모듈을 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈이 적용된 스마트폰을 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 마이크로폼 팩터 광전모듈의 단면도이고, 도 3은 도 2의 통합모듈을 뒤집은 상태로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2의 마이크로폼 팩터 광전모듈전자기기의 외부기기용 인터페이스 유니트를 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈(100)은 스마트폰(10)에 장착되어 외부기기와 광신호 및 전기적 신호의 인터페이싱을 수행할 수 있도록 되어 있다.
마이크로폼 팩터 광전모듈(100)은 커넥터(110), 메인기판(120)과 통합모듈(150)을 구비한다.
커넥터(110)는 전자기기로 적용된 스마트폰(10)에 장착되어 외부기기(미도시)와의 인터페이싱을 전기적으로 수행하는 전기단자(112)와, 광을 송수신하는 광전송단자(114)가 외부에 노출되게 마련되어 있다.
여기서, 전기단자(112)는 상호 전기적으로 분리되게 다수개 마련되어 있고, 광전송단자(114)도 상호 이격되게 다수개 마련되어 있다.
또한, 광전송단자(114)들은 광송신용 또는 수신용으로 미리 설정되어 이용될 수 있도록 구축될 수 있다.
커넥터(110)는 하우징(111)과 하우징(111)의 내측에서 일단이 결합되고 외부로 노출되는 종단이 하우징(111)에 대해 이격된 접속부분(117)을 갖는 구조로 형성되어 있고, 접속부분(117)의 상면에 전기단자(112)가 다수개 상호 이격되게 형성되어 있고, 종단 측면에 광전송단자(114)가 다수개 상호 이격되게 마련되어 있다.
이러한 커넥터(110)는 접속부분(117)과 하우징(110)과의 사이의 이격공간(115)을 통해 외부기기와의 접속을 지원한다.
메인 기판(120)은 스마트폰(10) 내에 장착되어 커넥터(110)와 접속되며 전기단자(112)와 전기적으로 접속된 전기배선(122)과, 광전송단자(114)를 통해 광을 송신 또는 수신하는 광도파로(130)가 형성되어 있다.
여기서, 광도파로(130)는 메인 기판(110)의 내부에서 커넥터(120)의 광전송단자(114)까지 연장되게 각 광전송단자(114)와 대응되게 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
광도파로(130)는 광을 도파하는 코어와 코어를 감싸는 클래드로 형성되어 있고, 폭방향을 따라 상호 이격되게 다수가 마련되어 광송신용 또는 광수신용으로 이용될 수 있게 되어 있다.
광도파로(130) 중 후술되는 통합모듈(150)의 광원(160)에서 하방으로 출사되는 광을 광도파로(130)의 연장방향을 따라 커넥터(110)의 광전송단자(114)로 이어지는 수평방향으로 광의 경로를 변환시켜 외부로 광을 도파할 수 있도록 제1경사면(132)이 형성되어 있다.
또한, 광도파로(130) 중 외부로부터 수신되어 전송되는 광을 수직한 상방으로 광로를 변환시켜 후술되는 통합모듈(150)의 광검출기(170)의 입사면으로 경로를 변환시키는 제2경사면(134)이 형성되어 있다.
여기서, 제1경사면(132) 및 제2경사면(134)은 고반사율을 갖는 소재 예를 들면, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 구리 등으로 미러가 되게 형성하면 되고, 경사각도는 45도로 형성하는 것이 바람직하다.
메인 기판(120)은 다층 회로기판으로 형성되어 스마트폰(10)과 외부기기와의 인터페이싱을 커넥터(110)를 통해 중계 할 수 있도록 회로요소가 실장되어 있다.
즉, 메인 기판(120)은 광전모듈(100)이 장착되는 스마트폰(10)과의 전기적 접속을 위한 단자(122)와 저항소자, 커패시터와 같은 수동소자 및 그 밖의 회로소자들이 실장되어 있고, 커넥터(120)의 전기단자(112)와 접속되게 형성된 전기배선(122)을 통해 입력된 신호를 처리하고, 송신대상 전기신호를 전기배선(122)과 접속된 전기단자(112)를 통해 전송할 수 있도록 되어 있다.
참조부호 124는 메인기판(120)의 저면에 배선된 회로요소와 상면에 배선된 회로요소를 상호 전기적으로 연결시키는 비아(via) 이다.
이러한 구조에서 전기배선(122)과 접속된 전기단자(112)는 저속의 데이터 통신, 전원선, 및 접지선의 용도로 사용되고, 광도파로(130)와 접속된 광전송단자(114)는 광신호를 통한 고속의 데이터 통신용으로 이용될 수 있다.
또한, 메인 기판(120)은 광신호의 송수신처리를 수행하는 통합모듈(150)을 매입상태로 장착하여 전기적으로 접속할 수 있게 통합모듈(150)이 수용될 수 있게 하방으로 인입된 실장홈(127)이 형성되어 있고, 통합모듈(150)은 실장홈(127)의 바닥면(128)에 형성된 접속단자(129)와 전기적으로 접속된다.
한편, 메인 기판(120)은 경성소재 또는 구부림이 가능한 연성소재등 공지된 다양한 소재로 형성될 수 있음은 물론이다.
통합모듈(150)은 메인 기판(120)의 실장홈(127)을 통해 매입되게 실장되며, 단일집적회로칩(152) 및 광원(160) 및 광검출기(170)를 구비한다.
광원(160)은 후술되는 광송신부(156)에 의해 구동이 제어되면서 송출대상 광신호를 하방으로 출사하여 제1경사면(132)과 광도파로(130) 및 광전송단자(114)를 통해 외부로 광을 전송한다.
광검출기(170)는 광전송단자(114) 및 광도파로(130)와 제2경사면(135)을 거쳐 수신된 광을 검출하고, 검출된 신호를 전기적 신호로 변환하여 후술되는 광수신부(158)로 전송한다.
단일집적회로칩(152)은 광원(160)을 구동하는 광송신부(156)와, 광검출기(170)에서 출력되는 신호를 처리하는 광수신부(158) 및 광송신부(156)를 제어하고, 광송신부(156)와 광수신부(158)에서 송신과 수신된 신호를 처리하는 신호처리부(154)가 집적회로화 되어 단일칩형태로 형성되어 있다.
단일집적회로칩(152)에는 광원(160) 및 광검출기(170)가 온칩 형태로 실장되어 있다.
즉, 단일집적회로칩(152)은 실리콘 기판에 신호처리부(154), 광송신부(156) 및 광수신부(158), 광원 접속용 단자 및 광검출기 접속용 단자가 반도체 집적회로 제작공정에 의해 하나의 칩형태로 형성된다.
또한, 광원(160)은 광원 접속용 단자에, 광검출기(170)는 광검출기 접속용 단자에 각각 와이어 본딩 또는 솔더링에 의해 접합되어 있다.
단일집적회로칩(152)의 광원(160) 및 광검출기(170)가 실장되는 표면의 가장자리를 따라 메인기판(120)과 전기적으로 접속되는 메인단자(159)가 마련되어 있다.
여기서 메인단자(159)는 전기적 결선기능과 솔더링기능이 동시에 이루어질 수 있도록 솔더가 함께 단자 패드에 형성된 범퍼 구조로 된 것이 예시되어 있다.
이러한 통합모듈(150)의 광원(160)과 광검출기(170)는 상호 이격되어 메인기판(120)의 실장홈(127)의 바닥면과 대향되게 장착되면 된다. 여기서 통합모듈(150)의 메인단자(159)는 메인 기판(120)의 실장홈(127)에 형성된 접속단자(119)와 접합과정에 의해 상호 접속된다.
이러한 구조에서 제1경사면(132)은 광원(160)의 광출사면과 대향되는 위치에 형성되고, 제2경사면(134)은 광검출기(170)의 입사면과 대향되는 위치에 형성된다.
이상에서 설명된 광전모듈(100)은 광신호를 처리하는 통합모듈(150)이 하나의 단일칩 형태로 형성되어 있어 신호 처리를 위한 경로가 간결하여 기생성분의 발생이 억제되고, 집적도가 향상되어 두께도 얇게 되는 슬림화가 가능한 장점을 제공한다.
이상의 설명에서는 본 마이크로폼 팩터 광전모듈(100)이 스마트폰(10)에 장착된 예를 통해 설명하였지만, 통신이 가능한 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 티브 등 외부기기와 커넥터를 통해 통신을 지원하는 다양한 전자기기에 적용될 수 있음은 물론이다.
110: 커넥터 120:메인 기판
130: 광도파로 150: 통합모듈
152: 단일집적회로칩 154: 신호처리부
156: 광송신부 158: 광수신부
160: 광원 170: 광검출기

Claims (5)

  1. 전자기기에 장착되어 외부기기와의 인터페이싱을 전기적으로 수행하는 전기단자와, 광을 송수신하는 광전송단자가 외부에 노출되게 마련된 커넥터와;
    상기 전자기기 내에 장착되어 상기 커넥터와 접속되며 상기 전기단자와 전기적으로 접속된 전기배선과, 상기 광전송단자를 통해 광을 송신 또는 수신하는 광도파로가 형성된 메인 기판과;
    상기 메인 기판에 실장하며 상기 광도파로를 통해 광을 출사하는 광원과, 외부로부터 상기 광도파로를 통해 전송된 광을 수신하는 광검출기와, 상기 광원을 구동하는 광송신부와, 상기 광검출기에서 출력되는 신호를 처리하는 광수신부 및 상기 광송신부를 제어하고, 상기 광송신부와 상기 광수신부에서 송신과 수신된 신호를 처리하는 신호처리부를 구비하고, 상기 신호처리부, 상기 광수신부 및 상기 광송신부는 하나의 단일집적회로칩으로 형성되어 있고, 상기 광원 및 상기 광검출기는 상기 단일집적회로칩에 온칩 형태로 실장된 통합모듈;을 구비하고,
    상기 메인기판에는 상기 통합모듈을 전기적으로 접속하되 상기 통합모듈이 수용될 수 있게 하방으로 인입된 실장홈이 형성되어 있고, 상기 통합모듈은 상기 실장홈의 바닥면에 형성된 접속단자와 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 통합모듈의 상기 광원과 광검출기는 상호 이격되어 상기 메인기판의 상기 실장홈의 바닥면과 대향되게 장착되어 있고,
    상기 메인기판에는 상기 광원에서 출사된 광의 경로를 변환시켜 외부로 광을 도파하는 광도파로로 전송하는 제1경사면과;
    상기 광검출기와 대향되는 위치에서 외부로부터 수신된 광을 도파하는 광도파로를 통해 전송되는 광을 상기 광검출기의 입사면으로 경로를 변환시키는 제2경사면;이 형성되어 있으며,
    상기 단일집적회로칩은
    실리콘 기판에 상기 신호처리부, 상기 광송신부 및 상기 광수신부, 상기 광원 접속용 단자 및 상기 광검출기 접속용 단자가 반도체 집적회로 제작공정에 의해 하나의 칩형태로 형성되어 있고,
    상기 광원은 상기 광원 접속용 단자에, 상기 광검출기는 상기 광검출기 접속용 단자에 각각 와이어 본딩 또는 솔더링에 의해 접합되어 있고, 상기 단일 집적회로칩의 상기 광원 및 광검출기가 실장되는 표면의 가장자리를 따라 상기 메인기판과 전기적으로 접속되는 메인단자가 마련되어 있고,
    상기 커넥터는 통신이 가능한 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 티브 중 어느 하나에 외부로 노출되게 설치된 것을 특징으로 하는 전자기기의 외부기기와의 인터페이싱을 위한 마이크로폼 팩터 광전모듈.
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