KR101875948B1 - 광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록은 외관을 형성하며, 경화물질의 경화에 의해 형성된 케이스; 및 상기 경화물질의 경화에 의해 상기 케이스 내에 고정 및 삽입되며, 광의 경로에 대해 일정 경사각을 가지는 반사부를 포함한다.

Description

광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법{Optical Interconnection Block, Optical Printed Circuit Board and Fabricating method of the same}
본 발명은 광 인쇄회로기판의 구조 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
통상 이용되고 있는 인쇄회로기판(PCB)은 전기적 인쇄회로기판으로 구리 박막 회로가 구현된 기판을 코팅 처리하여 각종 부품을 꽂아 전기 신호 전송에 의해 이용된다. 이와 같은 기존의 전기적 인쇄회로기판은 전기 소자인 부품의 처리능력보다 기판의 전기적 신호 전송능력이 따라가지 못하여 신호 전송에 문제가 있다.
특히 이러한 전기신호는 외부환경에 민감하고 잡음현상이 발생하여 고정밀을 요구하는 전자제품에 커다란 장애가 된다. 이에 대한 보완으로 전기적 인쇄회로기판의 구리와 같은 금속성 회로 대신, 광 도파로를 이용한 광 인쇄회로기판이 개발되어, 전파방해, 잡음현상 등에 더욱 안정적인 고정밀 첨단장비의 생산이 가능해 졌다.
종래 기술에 따르면, 광 인쇄회로기판의 경우, 선행문헌 1(공개번호 10-2010-0112731)에 개시된 바와 같이 내부 코어층에 미러를 형성하여 광 도파로를 제조한다.
즉, 종래의 광 도파로의 경우, 선행문헌 1에 개시된 바와 같이 광 도파로의 끝단에 광 도파 손실을 최소화하는 미러를 가지고 있어, 광 도파로 제작에서 미러부의 형성을 위해 금속 박막 공정이 추가된다.
그러나, 상기 선행문헌 1에서는 외부로 돌출된 코어는 인쇄회로기판의 내부 매립을 위한 공정 진행에 있어, 적층 시 열, 압력 및 레진 흐름에 의한 변형(말림 또는 비틀림 등)으로 각도 유지가 힘든 문제점이 있다.
다시 말해서, 상기 인쇄회로기판 내부에 상기와 같은 광 도파로를 매립하는 과정에서 상기 광 도파로의 끝단의 미러가 손상되어 광로가 변경되거나, 광로가 손상되는 현상이 발생하게 된다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 광 연결 블록, 이를 포함하는 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법을 제공하기로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록은 외관을 형성하며, 경화물질의 경화에 의해 형성된 케이스; 및 상기 경화물질의 경화에 의해 상기 케이스 내에 고정 및 삽입되며, 광의 경로에 대해 일정 경사각을 가지는 반사부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판은 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층에 매립되며, 입사되는 광을 반사시키는 반사판이 포함된 적어도 하나의 광 연결 블록; 상기 광 연결 블록의 일 측에서 상기 광 연결 블록과 결합하며, 상기 광 연결 블록을 통해 반사되는 광의 경로를 제공하는 적어도 하나의 광 도파로; 상기 광 연결 블록의 상부 또는 하부에 형성된 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 광 송신기 및 광 수신기를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판의 제조 방법은 적어도 하나의 회로패턴이 형성된 절연 기판을 준비하는 단계; 상기 준비된 절연 기판의 상면 및 하면을 관통하는 캐비티를 형성하는 단계; 상기 형성된 캐비티 내에 반사판을 포함하는 광 연결 블록 및 상기 광 연결 블록과 결합한 광 도파로를 형성하는 단계; 및 상기 광 연결 블록의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에 광소자를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 벤딩 구조의 광 도파로 또는 광 섬유를 사용하지 않고, 반사부를 제공함으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있음과 동시에 전체적인 기판의 두께를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 광 연결 블록과, 다른 광 연결 장치(외부장치, 광 연결 블록, 광 도파로, 광 섬유 등) 간에 결합 홈과 결합 핀을 이용한 결합으로 정렬시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일 또는 복수 개의 광 연결 블록을 이용해 다양한 3차원 구조의 광 결합 경로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록의 외관도이다.
제 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록의 투시도이다.
도 3 내지 5는 광 연결 블록 내부에 형성된 반사판을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광 도파로를 설명하는 도면이다.
도 7은 광 연결 블록 및 광 도파로의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판을 설명하는 도면이다.
도 9 내지 12는 도 8에 도시된 광 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 설명하는 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 벤딩 구조의 광 도파로 또는 광 섬유를 사용하지 않고, 반사부를 제공함으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있음과 동시에 전체적인 기판의 두께를 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 광 연결 블록과, 다른 광 연결 장치(외부장치, 광 연결 블록, 광 도파로, 광 섬유 등) 간에 결합 홈과 결합 핀을 이용한 결합으로 정렬시킬 수 있다.또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일 또는 복수 개의 광 연결 블록을 이용해 다양한 3차원 구조의 광 결합 경로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록의 외관도이고, 제 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 연결 블록의 투시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 광 연결 블록(100)은 외관을 형성하며, 경화물질의 경화에 의해 형성되는 케이스(광 연결 블록 자체)와, 상기 케이스의 상면 및 하면을 관통하며 형성된 수직 결합 홈(110)과, 상기 케이스의 좌측면 및 우측면을 관통하여 형성된 수평 결합 홈(120)고, 상기 케이스 내에 고정 및 삽입되며, 일정 경사각을 가지는 반사판(130)를 포함한다.
케이스는 외관을 형성하며, 경화물질의 경화에 의해 형성된다.
반사판(130)은 상기 케이스 내에서 상기 경화물질에 의해 그 형태를 유지하며, 일정 경사각을 가지며 고정된다.
수직 결합 홈(110)은 광 연결 블록(100)의 상부 또는 하부에 다른 광 연결 장치를 결합시키기 위해 제공된다.
상기 수직 결합 홈(110)에 의해, 상기 광 연결 블록(100)의 상부 또는 하부에 광 연결 장치가 결합됨으로써, 광의 경로를 제 1 방향에서 상측 방향 또는 하측 방향으로 변경할 수 있다.
수평 결합 홈(120)은 광 연결 블록(100)의 좌측부 또는 우측부에 다른 광 연결 장치를 결합시키기 위해 제공된다.
상기 수평 결합 홈(120)에 의해, 상기 광 연결 블록(100)의 좌측부 또는 우측부에 광 연결 장치가 결합됨으로써, 광의 경로를 제 2 방향에서 좌측 방향 또는 우측 방향으로 변경할 수 있다.
케이스는 광 투과성 물질로 형성된다. 이는 광의 손실 없이 상기 케이스 내부에 형성된 반사판(130)으로 상기 광을 효율적으로 전송하기 위함이다.
케이스는 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
반사판(130)는 일정 경사각을 가지며 상기 케이스 내부에 고정 삽입된다. 상기 경사각은 광의 경로에 대해 변경될 수 있다.
예를 들어, 상측 방향에서 입사되는 광을 우측 방향으로 반사하고자 하는 경우, 상기 반사판(130)은 케이스의 하면과 좌측면을 기준으로 135°경사지게 형성된다. 또한, 상측 방향에서 입사되는 광을 좌측 방향으로 반사하고자 하는 경우, 상기 반사판(130)은 케이스의 하면과 좌측면을 기준으로 45° 경사지게 형성된다.
그러나, 상기 반사판(130)을 45° 또는 135° 중 어느 하나의 각도로 경사지게 형성하고, 상기와 같은 반사판(130)이 형성된 광 연결 블록을 회전시키면, 상기 내부에 위치한 반사판(130)은 회전 방향에 따라 135° 또는 45°로 변경되기 때문에, 상기 반사판(130)은 45° 또는 135° 중 어느 하나로만 형성해도 무방할 것이다.
상기와 같은, 광 연결 블록을 제조하는 방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.
우선, 반사판(130)을 준비한다.
반사판(130)은 임의의 면적을 갖는 박판을 준비하고, 상기 준비한 박판의 양면에 금속 물질을 토대로 금속층을 형성하여 제조될 수 있다. 상기 금속 물질은 반사도가 높은 알루미늄이나 은을 포함한다. 또한, 상기 금속층은 스퍼터링 또는 도금 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
이후, 상기 금속층이 형성되면, 상기 박판을 임의의 크기(예를 들어, 수㎛~수mm)로 절단 가공하여 반사판(130)을 제조한다.
이후, 준비된 틀에 상기 형성된 반사판을 고정시킨다. 이때, 상기 반사판(130)은 상기 설명한 바와 같이 일정 경사각을 가지며, 상기 틀 내부에서 고정된다.
그리고, 상기 반사판이 고정된 틀 내부에 경화물질을 투입하고, 그에 따라 상기 투입한 경화물질을 경화시켜, 외부 케이스를 형성하고, 상기 외부 케이스가 형성되면, 내부에 존재하는 반사판(130)은 상기 경화물질의 경화에 의해 상기 케이스 내부에서 고정된다.
이후, 상기 경화물질의 경화에 의해 형성된 케이스를 일정 크기로 절단 가공하여, 개별 단위의 광 연결 블록(100)을 제조한다.
상기 경화물질은 상기 설명한 바와 같이 광 투과성이 우수한 에폭시 계열을 포함할 수 있으며, 이 이외에도 아크릴, 폴리이미드 및 불소화 아크릴 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열을 포함할 수 있다.
도 3, 4 및 5는 상기 광 연결 블록(100) 내부에 형성된 반사판(130)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 광 연결 블록(100)은 광의 전송 경로를 변경할 수 있다. 즉, 좌측에서 입사되는 광을 상기 입사 방향에 대해 수직 방향인 상측으로 반사시킨다.
상기 반사판(130)의 좌측, 바람직하게는, 상기 광 연결 블록(100)의 수평 결합 홈(120)에 의해 좌측에 결합된 광 연결 장치로부터 입사되는 광을 상측 방향으로 반사시켜, 상측에 위치한 광소자로 전달할 수 있다.
이때, 상기 광은 상기 반사판(130)의 상면에 의해 반사되어, 입사 방향의 수직 방향으로 반사된다.
또한, 도 3을 참조하면 반사판(130)은 상측에서 입사되는 광을 입사 방향의 수직 방향인 좌측 방향으로 반사시킬 수도 있다.
도 4를 참조하면, 광 연결 블록(100)은 광의 전송 경로를 다르게 변경할 수 있다. 즉, 반사판(130)은 하측에서 입사되는 광을 상기 입사 방향에 대해 수직 방향인 우측 방향으로 반사시킬 수 있다.
또한, 도 4를 응용하면, 광 연결 블록(100)은 우측에서 입사되는 광을 상기 입사 방향에 대해 수직 방향인 하측 방향으로 반사시킨다.
이때, 상기 광은 상기 반사판(130)의 하면에 의해 반사되어, 입사 방향의 수직 방향으로 반사된다.
또한, 도 5를 참조하면, 광 연결 블록(100)은 광의 전송 경로를 또 다르게 변경할 수 있다.
즉, 반사판(130)의 상면은 상측에서 입사되는 광을 입사 방향의 수직 방향인 좌측 방향으로 반사시키거나, 좌측 방향에서 입사되는 광을 입사 방향의 수직 방향인 상측 방향으로 반사시킨다.
또한, 상기 반사판(130)의 하면은 하측에서 입사되는 광을 입사 방향의 수직 방향인 우측 방향으로 반사시키거나, 우측 방향에서 입사되는 광을 입사 방향의 수직 방향인 하측 방향으로 반사시킨다.
이에 따라, 하나의 반사판(130)으로도 복수 개의 광에 대한 전송 경로를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광 도파로를 설명하는 도면이다.
광 도파로(200)는 제 1 클래드층(210), 제 1 코어층(220), 제 2 클래드층(230), 제2 코어층(240) 및 제 3 클래드층(250)을 포함한다.
이때, 광 도파로(200)의 좌측면 및 우측면에는 결합 홈이 형성된다. 상기 형성된 결합 홈은 결합 핀에 의해 상기 설명한 광 연결 블록(100)과 결합되기 위해 제공된다.
바람직하게는, 상기 결합 홈은 상기 제 1 클래드층(210)의 좌측면 및 우측면에 형성되고, 상기 제 3 클래드층(210)의 좌측면 및 우측면에 형성된다.
이는 상기 결합 핀의 삽입에 의해 상기 제 1 코어층(220) 및 제 2 코어층(240)으로 전송되는 광의 손실을 최소화하기 위함이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 도파로는 복수 개의 코어층을 포함한다.
이는, 상기 광 연결 블록(100) 내에 포함된 반사판(130)의 제 1 면을 통해 반사되는 광의 경로를 제공하는 코어층과, 제 2 면을 통해 반사되는 광의 경로를 제공하는 코어층을 서로 다르게 하여, 광의 손실을 최소화하기 위함이다.
제 1 클래드층(210) 및 제 2 클래드층(230)은 제 1 코어층(220)을 감싸며 형성되고, 제 2 클래드층(230) 및 제 3 클래드층(250)은 제 2 코어층(240)을 감싸며 형성된다.
제 1, 2 및 3 클래드층(210, 230, 250)은 예를 들면, 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
제 1 코어층(220) 및 제 2 코어층(240)은 제 1 및 2 클래드층 또는 제 2 클래드층 및 제 3 클래드층 사이에 개재되며, 광신호가 전달되는 경로 역할을 한다.
상기 제 1 및 2 코어층(220, 240) 역시 상기 제 1, 2 및 3 클래드층(210, 230, 250) 과 유사한 폴리머 계열의 재질로 이루어지는데, 효율적인 광신호 전송을 위해 상기 클래드층보다 높은 굴절률을 갖는다. 이때, 제 1 및 2 코어층(220, 240)은 실리카 또는 폴리머가 혼합된 SiO2로 형성될 수 있다.
이때, 제 1 코어층(220)은 상기 제 1 클래드층(210)과 제 2 클래드층(230)의 내부에 배치되고, 상기 제 1 클래드층(210)과 제 2 클래드층(230)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 제 1 코어층(220)를 지나는 빛은 상기 제 1 코어층(220)과 제 1 및 2 클래드층(210, 230) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 제 1 코어층(220)를 따라 진행한다.
이와 마찬가지로, 제 2 코어층(240)은 상기 제 2 클래드층(230)과 제 3 클래드층(250)의 내부에 배치되고, 상기 제 2 클래드층(230)과 제 3 클래드층(250)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 제 2 코어층(240)를 지나는 빛은 상기 제 2 코어층(240)과 제 2 및 3 클래드층(230, 250) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 제 2 코어층(240)를 따라 진행한다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(200)는 광투과성 및 유연성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 유기-무기 고분자 물질 등을 이용하여 엠보싱 공정이나 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다.
이때, 상기 유기-무기 고분자 물질은 예컨대, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene), 초저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 아마이드(Amide)계열의 나일론 6(Nylon 6), 나일론 66(Nylon 66), 나일론 6/9(Nylon 6/9), 나일론 6/10(Nylon 6/10), 나일론 6/12(Nylon 6/12), 나일론 11, 나일론 12, 폴리스타이렌(Polystyrene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylenr Terephthalate), 폴리부틸 테레프탈레이트(Polybutyl Terephthalate), 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드(Polyvinylidene Chloride), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 셀룰로스 아세테이트(Cellulose Acetate) 또는 폴리(메트)아크릴레이트(Poly(meth)acrylate) 들 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하며, 이들 재료 중에서 열적 성질 및 기계적 성질을 고려하여 이들 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다.
도 7은 광 연결 블록과, 광 도파로의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
광 연결 블록(100)을 사이에 두고, 상기 광 연결 블록(100)의 좌측에는 제 1 광 도파로(200)가 결합되고, 상기 광 연결 블록(100)의 우측에는 제 2 광 도파로(300)가 결합된다.
이에 따라, 광 연결 블록(100)에 구비된 반사판(130)의 하면은, 제 1 광 도파로(200)의 제 1 코어층(220)을 통해 전송되는 광을 반사시키고, 광 연결 블록(100)에 구비된 반사판(130)의 상면은 상측에서 입사되는 광을 제 2 광 도파로(300)의 제 2 코어층(340)으로 반사시킨다.
이에 따라, 하나의 광 연결 블록(100)을 가지고, 복수 개의 광을 처리할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 광 인쇄회로기판(400)은 제 1 절연층(410), 상기 제 1 절연층(410) 위에 형성된 회로 패턴(420), 상기 제 1 절연층(410) 내부에 매립된 적어도 하나의 광 연결 블록(100a, 100b, 100c), 상기 적어도 하나의 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 결합된 적어도 하나의 광 도파로(200, 300), 상기 제 1 절연층(410) 중 상기 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)이 형성된 상부 또는 하부에 형성된 광 송신기 및 광 수신기(440, 450, 460, 470), 상기 제 1 절연층(410)의 상면 및 하면에 형성된 제 2 절연층(480)을 포함한다.
제 1 절연층(410) 및 제 2 절연층(480)은 광 인쇄회로기판에 내구력을 제공하는 기초 부재로서의 기능을 한다.
상기 제 1 및 2 절연층(410, 480)은 단일 회로 패턴이 형성되는 광 인쇄회로기판의 지지기판일 수 있으나, 복수의 적층 구조를 가지는 광 인쇄회로기판 중 한 회로 패턴(420)이 형성되어 있는 절연층 영역을 의미할 수도 있다.
상기 제 1 및 2 절연층(410, 480) 각각이 복수의 적층 구조 중 한 절연층을 의미하는 경우, 상기 제 1 및 2 절연층(410, 480)의 상부 또는 하부에 복수의 회로 패턴이 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 절연층(410)에는 도전 비아(도시하지 않음)가 형성되어, 서로 다른 층간의 회로 패턴을 상호 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 회로 패턴(420)은 전기 신호 전송을 위하여 금, 은, 니켈 및 구리 등과 같은 전기 전도성 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 구리를 사용하여 형성한다.
상기 회로 패턴(420)은 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티프 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 가능하며 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 및 2 절연층(410, 480)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합소재 기판 또는 글라스 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), ABF(Ajinomoto Build up Film) 등의 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리이미드계 수지를 포함할 수도 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 절연층(410) 내에는 레이저 가공 또는 정말 절삭 가공을 통해 형성된 관통 홀(430)(도 10 참조)이 형성되어 있다.
상기 수용 홈(430) 내에는 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)가 형성된다.
광 연결 블록은 제 1 광 연결 블록(100a), 제2 광 연결 블록(100b) 및 제 3 광 연결 블록(100c)을 포함한다. 상기 각각의 광 연결 블록(100a, 100b, 100c) 내에는 반사판이 일정 경사각을 가지며 경사지게 형성되어 있다.
도면상에는 광 연결 블록이 3개로 형성된다고 기재하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 광 연결 블록의 형성 개수는 광의 전송 상태에 따라 늘어나거나 줄어들 수 있을 것이다.
광 연결 블록(100a, 100b, 100c)에는 광 도파로(200, 300)가 연결되어 있다.
광 도파로(200, 300)는 제 1 클래드층(210, 310), 제 1 코어층(220, 320), 제 2 클래드층(230, 330), 제2 코어층(240, 340) 및 제 3 클래드층(250, 350)을 포함한다.
이때, 광 도파로(200, 300)의 좌측면 및 우측면에는 결합 홈이 형성된다. 상기 형성된 결합 홈은 결합 핀에 의해 상기 설명한 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 결합되기 위해 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 도파로(200, 300)는 복수 개의 코어층을 포함한다.
제 1 클래드층(210, 310) 및 제 2 클래드층(230, 330)은 제 1 코어층(220, 320)을 감싸며 형성되고, 제 2 클래드층(230, 330) 및 제 3 클래드층(250, 350)은 제 2 코어층(240, 340)을 감싸며 형성된다.
제 1, 2 및 3 클래드층(210, 230, 250, 310, 330, 350)은 예를 들면, 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
제 1 코어층(220, 320) 및 제 2 코어층(240, 340)은 제 1 및 2 클래드층 또는 제 2 클래드층 및 제 3 클래드층 사이에 개재되며, 광신호가 전달되는 경로 역할을 한다.
상기 제 1 및 2 코어층(220, 240, 320, 340) 역시 상기 제 1, 2 및 3 클래드층(210, 230, 250, 310, 330, 350) 과 유사한 폴리머 계열의 재질로 이루어지는데, 효율적인 광신호 전송을 위해 상기 클래드층보다 높은 굴절률을 갖는다. 이때, 제 1 및 2 코어층(220, 240, 320, 340)은 실리카 또는 폴리머가 혼합된 SiO2로 형성될 수 있다.
이때, 제 1 코어층(220, 320)은 상기 제 1 클래드층(210, 310)과 제 2 클래드층(230, 330)의 내부에 배치되고, 상기 제 1 클래드층(210, 310)과 제 2 클래드층(230, 330)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 제 1 코어층(220, 320)을 지나는 빛은 상기 제 1 코어층(220, 320)과 제 1 및 2 클래드층(210, 230, 310, 330) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 제 1 코어층(220, 320)를 따라 진행한다.
이와 마찬가지로, 제 2 코어층(240, 340)은 상기 제 2 클래드층(230, 330)과 제 3 클래드층(250, 350)의 내부에 배치되고, 상기 제 2 클래드층(230, 330)과 제 3 클래드층(250, 350)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 제 2 코어층(240, 340)를 지나는 빛은 상기 제 2 코어층(240, 340)과 제 2 및 3 클래드층(230, 250, 330, 350) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 제 2 코어층(240, 340)를 따라 진행한다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(200, 300)는 광투과성 및 유연성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 유기-무기 고분자 물질 등을 이용하여 엠보싱 공정이나 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다.
이때, 상기 유기-무기 고분자 물질은 예컨대, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene), 초저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 아마이드(Amide)계열의 나일론 6(Nylon 6), 나일론 66(Nylon 66), 나일론 6/9(Nylon 6/9), 나일론 6/10(Nylon 6/10), 나일론 6/12(Nylon 6/12), 나일론 11, 나일론 12, 폴리스타이렌(Polystyrene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylenr Terephthalate), 폴리부틸 테레프탈레이트(Polybutyl Terephthalate), 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드(Polyvinylidene Chloride), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 셀룰로스 아세테이트(Cellulose Acetate) 또는 폴리(메트)아크릴레이트(Poly(meth)acrylate) 들 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하며, 이들 재료 중에서 열적 성질 및 기계적 성질을 고려하여 이들 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다.
제 1 광 연결 블록(100a)과 제 2 광 연결 블록(100b) 사이에는 제 1 광 도파로(200)가 형성되고, 제 2 광 연결 블록(100b)과 제 3 광 연결 블록(100c) 사이에는 제 2 광 도파로(300)가 형성된다.
또한, 상기 광 도파로(200, 300)는 광의 경로에 따라 상기 광 연결 블록의 측면이 아닌 상측 또는 하측에 결합될 수 있다. 이는 상기 광 연결 블록에 구비된 수직 결합 홈에 결합 핀을 삽입하여 구현된다.
이와 같이, 본 발명에서는 광 연결 블록((100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)의 적절한 결합을 통해 광의 이동 경로를 용이하게 제공할 수 있으며, 광 도파로(200, 300)에 어떠한 가공도 하지 않음으로써, 광 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 결합 핀에 의해 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)를 결합시킴으로써, 광 손실을 최소화할 수 있도록 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)에 광 도파로(200, 300)를 정렬시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 광 인쇄회로기판의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 9 내지 12는 도 8에 도시된 광 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 설명하는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 제 1 절연층(410)을 준비한다. 이때, 상기 제 1 절연층(410)이 도전층(도시하지 않음)이 적층된 절연층인 경우, 제 1 절연층(410)과 도전층의 적층 구조는 통상적인 CCL(Copper Clad Laminate)일 수 있다.
이와 달리, 상기 도전층은 제 1 절연층(410)의 상하면에 비전해 도금을 하여 형성된 도금층일 수 있다. 이때, 도전층을 비전해 도금하여 형성하는 경우, 상기 제 1 절연층(410)의 상면 및 하면에 조도를 부여하여 도금이 원활히 수행되도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 절연층(410)의 상면 및 하면에 형성된 도전층을 식각하여 회로 패턴(420)을 형성한다.
상기 회로 패턴(420)은 드라이 필름 적층, 노광, 현상, 에칭 및 박리 순의 공정을 거쳐 형성할 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제 1 절연층(410)의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀(430)을 형성한다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 형성한 관통 홀(430) 내에 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)가 상호 결합된 구조물을 삽입한다.
상기 삽입되는 구조물은 본 발명의 일 실시 예에 의해 제 1 광 연결 블록(100a), 상기 제 1 광 연결 블록(100a)의 우측에 결합된 제 1 광 도파로(200), 상기 광 도파로(200)의 우측에 결합된 제 2 광 연결 블록(100b), 상기 제 2 광 연결 블록(100b)의 우측에 결합된 제 2 광 도파로(300) 및 상기 제 2 광 도파로(300) 우측에 결합된 제 3 광 연결 블록(100c)을 포함한다.
상기 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)의 연결 상태는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 선택적으로 광 도파로나 광 연결 블록의 수를 늘릴 수 있으며, 광 연결 블록의 좌측 및 우측뿐만 아니라, 상측 및 하측에도 광 도파로를 결합할 수 있다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 상기 형성된 광 도파로(200, 300)의 적어도 일면에 광소자를 실정하기 위한 별도의 회로패턴을 더 형성한다.
그리고, 상기 제1 절연층(410)에 형성된 회로 패턴(420)과 상기 광 도파로(200, 300)에 형성된 회로 패턴에 광소자를 실장한다.
광소자는 광 송신기(440,460) 및 광 수신기(450, 470)를 포함하는데, 이의 배치는 상기 광 연결 블록(100a, 100b, 100c)과 광 도파로(200, 300)에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 제 1 광 연결 블록(100a) 위에 제 1 광 송신기(440)가 형성되고, 제 2 광 연결 블록(100b) 아래에 제 2 광 송신기(460가 형성된다. 또한, 제 2 광 연결 블록(100b) 위에 제 1 광 수신기(450)가 형성되고, 제 3 광 연결 블록(100c) 아래에 제 2 광 수신기(470)가 형성된다.
광 송신기는 광신호를 생성하여 출력하는 것으로, 드라이버 집적회로(도시하지 않음) 및 발광 소자(도시하지 않음)를 포함한다. 상기 발광 소자는 상기 드라이버 집적회로에 의해 구동되어 상기 제 1 미러(132)가 형성된 방향으로 광을 발생한다.
이때, 상기 발광 소자는 광 시그널을 조사하는 광원 소자인 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)를 포함할 수 있다. 상기 VCSEL은 레이저 빔을 수직으로 조사하는 방식으로 광원 시그널을 전송하거나 증폭시키는 광원 소자이다.
상기 광 수신기는 리시버 집적회로(도시하지 않음) 및 수광 소자(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 수광 소자는 상기 광 송신기로부터 발생된 광을 수신하는 것으로, 상기 리시버 집적 회로에 의해 구동된다. 상기 수광 소자는 광 시그널을 검출하는 소자인 PD(Photo detector)를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제 1 절연층(410)의 상면 및 하면에 상기 광 연결 블록(100a, 100b, 100c), 광 도파로(200, 300), 광 송신기(440, 460) 및 광 수신기(450, 470)를 매립하는 제 2 절연층(480)을 형성한다.
이와 같이 형성된 광 인쇄회로기판에서의 광 경로를 살펴보면, 먼저 제 1 광은 제 1 광 송신기(440)에서 발생되고, 상기 발생된 제 1 광은 제 1 광 연결 블록(100a)에 의해 반사되어 제 1 광 도파로(200)를 따라 제 2 광 연결 블록(100b)에 제공한다. 제 2 광 연결 블록(100b)은 상기 제 1 광을 수신하고, 그에 따라 입사 방향에 대해 수직 방향인 상측으로 상기 제 1 광을 반사시키며, 상기 반사된 제 1 광은 제 1 광 수신기(450)에 의해 수신된다.
또한, 제 2 광은 제 2 광 송신기(460)에서 발생되고, 상기 발생된 제 2 광은 제 2 광 연결 블록(100b)에 의해 반사되어 제 2 광 도파로(300)를 따라 제 3 광 연결 블록(100c)에 제공한다. 제 3 광 연결 블록(100c)은 상기 제 2 광을 수신하고, 그에 따라 입사 방향에 대해 수직 방향인 하측으로 상기 제 2 광을 반사시키며, 상기 반사된 제 2 광은 제 2 광 수신기(470)에 의해 수신된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 벤딩 구조의 광 도파로 또는 광 섬유를 사용하지 않고, 반사부를 제공함으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있음과 동시에 전체적인 기판의 두께를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 광 연결 블록과, 다른 광 연결 장치(외부장치, 광 연결 블록, 광 도파로, 광 섬유 등) 간에 결합 홈과 결합 핀을 이용한 결합으로 정렬시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일 또는 복수 개의 광 연결 블록을 이용해 다양한 3차원 구조의 광 결합 경로를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 광 연결 블록
200, 300: 광 도파로
400: 광 인쇄회로기판

Claims (26)

  1. 외관을 형성하며, 광 투과성 경화물질의 경화에 의해 형성되며, 적어도 하나의 결합 홈이 형성된 케이스; 및
    상기 경화물질의 경화에 의해 상기 케이스 내에 고정 및 삽입되며, 광의 경로에 대해 일정 경사각을 가지며, 판 형상을 가지는 반사부를 포함하며,
    상기 케이스는,
    직육면체 형상을 가지며, 상기 반사부의 사방을 포위하며 배치되고,
    상기 반사부는,
    상부 반사면을 통해 제 1 방향에서 입사되는 광을 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 반사하면서, 상기 상부 반사면과 대향되는 하부 반사면을 통해 상기 제 1 및 2 방향과 다른 제 3 방향으로 입사되는 광을 상기 제 1 내지 3 방향과 다른 제 4 방향으로 반사하며,
    상기 케이스에 형성된 상기 결합 홈은,
    상기 케이스의 상면 및 하면을 관통하며, 외부 장치와 결합되는 적어도 하나의 수직 결합 홈과,
    상기 케이스의 좌측면 및 우측면을 관통하며, 상기 반사부를 통해 반사된 광이 이동하는 광 도파로와 결합되는 적어도 하나의 수평 결합 홈을 포함하는 광 연결 블록.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 케이스의 하면을 기준으로 45° 또는 135°의 경사각을 가지며 상기 케이스 내에 고정되는 광 연결 블록.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 경화물질은,
    에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴 및 불소화 폴리이미드 중 어느 하나를 포함하는 광 투과성 물질인 것을 특징으로 하는 광 연결 블록.
  7. 제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층에 일정 간격을 두고 매립되는 제 1 내지 3 광 연결 블록;
    상기 제 1 절연층 내에 매립되며, 상기 제 1 및 2 광 연결 블록 사이에 배치되는 제 1 광 도파로;
    상기 제 1 절연층 내에 매립되며, 상기 제 2 및 3 광 연결 블록 사이에 배치되는 제 2 광 도파로;
    상기 제 1 절연층 위에 배치되고, 상기 제 1 광 연결 블록으로 제 1 광을 송신하는 제 1 광 송신기;
    상기 제 1 절연층 위에 배치되고, 상기 제 2 광 연결 블록을 통해 반사되는 상기 제 1 광을 수신하는 제 1 광 수신기;
    상기 제 1 절연층 아래에 배치되고, 상기 제 2 광 연결 블록으로 제 2 광을 송신하는 제 2 광 송신기; 및
    상기 제 1 절연층 아래에 배치되고, 상기 제 3 광 연결 블록을 통해 반사되는 상기 제 2 광을 수신하는 제 2 광 수신기를 포함하고,
    상기 제 1 내지 3 광 연결 블록들 각각은,
    외관을 형성하며, 광 투과성 경화물질의 경화에 의해 형성되며, 적어도 하나의 결합 홈이 형성된 케이스와,
    상기 경화물질의 경화에 의해 상기 케이스 내에 고정 및 삽입되며, 광의 경로에 대해 일정 경사각을 가지며, 판 형상을 가지는 반사부를 포함하며,
    상기 케이스는,
    직육면체 형상을 가지며, 상기 반사부의 사방을 포위하며 배치되고,
    상기 케이스에 형성된 상기 결합 홈은,
    상기 케이스의 상면 및 하면을 관통하며, 상기 제 1 광 송신기, 상기 제 2 광 송신기, 상기 제 1 광 수신기 및 상기 제 2 광 수신기 중 어느 하나와 결합되는 수직 결합 홈과,
    상기 케이스의 좌측면 및 우측면을 관통하며, 상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로 중 어느 하나와 결합되는 수평 결합 홈을 포함하고,
    상기 제 2 광 연결 블록에 포함된 반사부는,
    상부 반사면을 통해 제 1 방향에서 입사되는 상기 제 1 광을 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 반사하고,
    상기 상부 반사면과 대향되는 하부 반사면을 통해 상기 제 1 및 2 방향과 다른 제 3 방향으로 입사되는 상기 제 2 광을 상기 제 1 내지 3 방향과 다른 제 4 방향으로 반사하는 광 인쇄회로기판.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 케이스의 하면을 기준으로 45° 또는 135°의 경사각을 가지며 상기 케이스 내에 고정되는 광 인쇄회로기판.
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 광 도파로 각각은,
    제 1 클래드층과,
    상기 제 1 클래드층 위에 형성되는 제 1 코어층과,
    상기 제 1 코어층 위에 형성되는 제 2 클래드층과,
    상기 제 2 클래드층 위에 형성되는 제 2 코어층과,
    상기 제 2 코어층 위에 형성되는 제 3 클래드층을 포함하는 광 인쇄회로기판.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 제 1 코어층 및 제 2 코어층 중 적어도 어느 하나를 구성하는 물질보다 굴절률이 낮은 물질로 형성되는 광 인쇄회로기판.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 코어층은, 상기 제 1, 2 및 3 클래드층을 구성하는 물질보다 굴절률이 높은 물질로 형성되는 광 인쇄회로기판.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
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KR100633312B1 (ko) * 2005-06-27 2006-10-12 한국정보통신대학교 산학협력단 3차원 광연결 블록의 제작 방법

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