KR102328312B1 - 광모듈 - Google Patents

Abstract

본 기재의 광모듈은 표면에 전자소자가 실장된 회로기판, 다수의 광도파로가 형성된 광도파로 어레이, 상기 광도파로에서 송수신되는 광신호가 입력되고, 상기 회로기판의 측면에 실장되는 광소자 및 상기 광소자와 상기 전자소자를 연결하는 연결부재를 포함하되, 상기 연결부재가 안착되는 상기 회로기판 측면의 연결부위는 만곡진 형상으로 이루어질 수 있다.

Description

광모듈{OPTICAL MODULE}

본 발명은 광모듈에 관한 것으로, 입사되는 광신호에 따라 발생되는 전기신호를 회로기판에 전달하는 광모듈에 관한 것이다.

일반적으로 저속의 시스템 등에서 회로기판과 회로기판, 칩(chip)과 칩 또는 시스템 간의 연결은 전기적인 금속 케이블을 통해 이루어진다. 그러나, 대용량 병렬 컴퓨터로 구성되는 차세대 정보통신 시스템이나 1Tb/s급 이상의 ATM 스위칭 시스템 등에서와 같이 정보가 대용량화되고, 전송 속도가 향상됨에 따라 이러한 금속 케이블을 이용할 경우 스큐(skew), EMI(electromagnetic interference) 등과 같은 전기적인 문제가 발생되어 시스템의 동작 효율이 저하되고 시스템 집적화가 어려워진다.

그래서 근래에 들어 광 송신/수신 모듈을 이용하여 광 연결을 이루는 기술이 개발되었는데, 광 송신/수신 모듈 내부의 광결합 방식으로는 45도 경사각으로 위치된 반사경을 구비하는 리본 광섬유 다채널 광 콘넥터에 광수신 소자를 직접 결합시키는 방식, 45도 경사각으로 위치된 반사경을 구비하는 폴리머(polymer) 광도파로에 광 송수신 소자를 결합시키고 폴리머 광도파로를 다채널 광 콘넥터에 연결시키는 방식, 광 송수신 소자를 폴리머 광도파로에 수직으로 결합시키고 폴리머 광도파로를 다채널 광 콘넥터에 연결시키는 방식, 플라스틱 팩키지에 고정된 광 송수신 소자를 다채널 광 콘넥터에 수직으로 결합시키는 방식 등이 이용된다. 이때, 광 송신 소자 즉, 광원으로는 대개 표면방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 어레이(Array)가 사용되며, 광 수신 소자 즉, 광검출기는 포토 다이오드(Photo Diode; PD) 어레이가 사용된다.

종래의 광모듈은 출사구를 통해 발진된 광이 광도파로 에 의해 90도 반사된 후 기판에 형성된 코어를 따라 광 콘넥터와 연결된 광섬유로 전달되도록 구성된다. 2000년 5월에 ECTC 2000에서 발표된 "병렬 광 접속 모듈(ParaBIT-1: 60-Gb/s-Throughput Parallel Optical Interconnect Module, 발표자: N. Usui)"은 평면의 반사경이 45도 경사각으로 위치된 24채널 고분자 도파로막과 24-광섬유 BF 콘넥터가 접속된 구조를 가지며, 도파로막과 콘넥터는 수동으로 조립된다.

이와 같은 소개된 기술 중 45도 경사각으로 위치된 반사경을 가지는 폴리머 광도파로에 광 송수신 소자를 결합시키고, 폴리머 광도파로를 다채널 광 콘넥터와 연결시키는 방식은 반사경 형성이 비교적 용이하고 광 커플러(Coupler), 광 스위치, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 소자 등을 폴리머 광도파로에 내장시킬 수 있어 전체 모듈의 기능 확장을 이룰 수 있기 때문에 가장 효과적인 방법으로 평가되고 있다.

그러나, 차후 확장된 기능을 갖는 병렬 광접속용 광 송신/수신 모듈을 제작하기 위해 상기와 같은 광결합 기술을 이용할 경우 광 송수신 소자와 광섬유 간의 결합시 약간의 오정렬이 발생되어도 큰 광결합손실이 발생되기 때문에 만족스러운 효율을 얻지 못한다. 따라서, 결합손실을 최소화시킬 수 있는 병렬 광접속용 광 송신/수신 모듈의 구조적인 개선이 절실히 요구되는 실정이다.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 고속 신호 전송시에 전기신호 선로의 급격환 방향이 전환되어 발생하는 대역폭의 손실 및 광결합 효율 감소 등의 손실을 방지하기 위한 광모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광모듈은 표면에 전자소자가 실장된 회로기판, 다수의 광도파로가 형성된 광도파로 어레이, 상기 광도파로에서 송수신되는 광신호가 입력되고, 상기 회로기판의 측면에 실장되는 광소자 및 상기 광소자와 상기 전자소자를 연결하는 연결부재를 포함하되, 상기 연결부재가 안착되는 상기 회로기판 측면의 연결부위는 만곡진 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 연결부재는 상기 회로기판 측면의 연결부위의 만곡진 형상을 따라 만곡지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 회로기판 측면의 만곡진 형상의 연결부위는 유리로 형성된 유리봉으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 유리봉은 단면 형상이 1/4 원형으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 광소자는 상기 회로기판에서 상기 전자소자와 반대 방향으로 형성되고, 상기 유리봉은 상기 회로기판의 측면에 설치될 수 있다.

또한, 상기 연결부재는 전송선로, 상기 전송선로 양단에서 상기 전자소자와 상기 광소자를 각각 연결하는 와이어 본딩을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전송선로는 상기 유리봉에 패턴으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광모듈은 전송선로를 유리봉에 형성하여 제작 공정을 단순화 시킬 수 있다.

또한, 유리봉을 이용하여 만곡진면을 형성하여 전기신호의 손실을 최소화하여 대역폭을 확장할 수 있으며, 다양한 각도의 전송선로의 구현이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 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.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면 다수의 전자소자(40) 및 광소자(30)가 실장된 회로기판(10)과 다수의 광도파로(22)가 연결되는 광도파로 어레이(20)가 결합되어 광모듈(100)을 구성한다. 다수의 광도파로(22)는 광소자(30)와 나란하게 배열되어 광신호가 입력되고, 광소자(30)에서 발생된 신호는 연결부재(50)를 통해 전자소자(40)로 신호를 전달하게 된다.

회로기판(10) 측면에 광도파로 어레이(20)가 결합된다. 회로기판(10) 측면에는 광도파로 어레이(20)가 설치되고, 정해진 위치를 이탈하지 않도록 가이드부 등이 형성될 수 있다.

광도파로 어레이(20)에는 다수의 광도파로(22)에 대응되도록 회로기판(10) 측면에 다수의 광소자(30)가 실장된다.

회로기판(10) 상면에 전자소자(40)가 실장되고, 회로기판(10) 측면에 실장된 광소자(30)와 연결부재(50)로 연결된다. 연결부재(50)는 전송선로(52)와 와이어 본딩(54)으로 구성될 수 있다. 전자소자(40)와 광소자(30) 사이에 전송선로(52)가 위치하고 전송선로(52)와 전자소자(40) 및 광소자(30)는 와이어 본딩(54)으로 연결된다. 따라서, 전송선로(52)는 회로기판(10)의 측면과 상면 사이 즉 회로기판(10)의 모서리에 위치하게 된다.

전송선로(52)가 위치하게 되는 회로기판(10)의 모서리는 만곡지게 형성된 만곡면(60)일 수 있다. 전송선로(52)가 직각으로 형성된 면에 위치할 경우 전기신호가 전달되면서 전송선로(52) 상에 발생하는 열이나 전기신호 손실은, 전기신호가 만곡면(60)에 위치하는 전송선로(52)를 따라 전자소자(40)에 전달 될 경우 전송선로(52) 상에 발생하는 열과 전기신호의 손실을 줄일 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 만곡지게 형성된 회로기판(10)의 모서리에 전송선로(52)가 위치하고, 회로기판(10)의 만곡지게 형성된 만곡면(60)에 유리봉(62)이 삽입되어 만곡진 형상을 형성한다. 광케이블 어레이(20)의 구성은 생략한다.

유리봉(62)은 회로기판(10)의 모서리 부분에 삽입되고, 전송선로(52)는 유리봉(62)의 표면에 위치하게 된다. 유리봉(62)은 유전체로 기능할 수 있다.

전송선로(52)는 유리봉(62)에 전극을 코팅한 뒤 적외선 초단파 레이저를 이용하여 유리봉(62)에 패턴으로 전송선로를 형성할 수 있다.

보다 상세하게, 전송선로(52)는 유리봉(62)과 접착력이 좋은 티타늄, 니켈, 크롬 등이 이용되며, 금속박막증착(Au Sputtering)이나 금도금(Au plating)과 같은 방법으로 도금될 수 있다. 또한, 전송선로(52)의 대역폭과 코플레나 도파로(Coplanar Waveguide), 마이크로 스트립 라인(Microstrip line) 등 임피던스 매칭 구조에 따라 결정되는 선폭과 선간격에 따라 유리의 흡수율이 낮고 투과성이 좋은 1064nm 이상의 적외선 파장대역의 수 나노초(ns)의 펄스(Pulse) 폭을 갖는 초단파(Short pulse laser) 레이저를 이용하여 전송선로(52)가 제작될 수 있다.

이렇게 전송선로(52)를 제작하면, 유전체 역할을 하는 유리봉(62)에 손상이 줄어들어 전송선로(52)의 임피던스 변화가 최소화 되어 신호손실 및 잡음을 줄일 수 있다.

또한, 별도의 마스크 제작이 필요 없이 유리봉(62)에 전송선로(52)를 바로 형성할 수 있기 때문에 비용절감이 가능하며 유리봉(62)의 원주를 따라 배치된 전송선로(52)를 통해 완만한 경로변환이 가능하여 대역폭 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 제작 공정을 단순화 하여 저가격화가 가능해진다. 또한, 유리봉(62)과 전극의 형상에 따라 다양한 각도의 신호 전송선로(52)의 구현이 가능하게 된다.

도 3는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 회로기판(10)의 모서리에 1/4의 유리봉(64)이 삽입된다. 회로기판(10)의 모서리는 직각으로 형성되고, 1/4의 유리봉(64)은 회로기판(10)의 모서리와 결합된다. 따라서, 본 제1 실시예인 광모듈(100)과 비교했을 때, 1/4의 유리봉(64)은 회로기판(10)에 삽입이 용이하게 되고, 광모듈(100)을 소형화할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광모듈의 일부를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 유리봉(62)은 회로기판(10)의 측면에 삽입되고, 회로기판(10)의 상면에는 전자소자(40)가 위치하고, 전자소자(40)에 반대되는 방향인 회로기판(10)의 하면에 광소자(30)가 위치할 수 있다.

광소자(30)의 위치는 회로기판(10)의 하면에 위치하게 된다. 따라서, 광신호를 회로기판의 하면에서 입력받을 수 있어, 광도파로 어레이(20, 도 1 참조)와 회로기판(10)의 다양한 연결 구성이 가능하다. 회로기판(10)의 측면에 유리봉(62)을 삽입하여 제작이 용이해질 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100 : 광모듈 10 : 회로기판
20 : 광도파로 어레이 22 : 광도파로
30 : 광소자 40 : 전자소자
50 : 연결부재 52 : 전송선로
54 : 와이어 본딩 60 : 만곡면
62 : 유리봉 64: 1/4 유리봉

Claims (7)

1. 표면에 전자소자가 실장된 회로기판;
   다수의 광도파로가 형성된 광도파로 어레이;
   상기 광도파로에서 송수신되는 광신호가 입력되고, 상기 회로기판의 측면에 실장되는 광소자; 및
   상기 광소자와 상기 전자소자를 연결하는 연결부재를 포함하되,
   상기 연결부재가 안착되는 상기 회로기판 측면의 연결부위는 만곡진 형상으로 이루어지고,
   상기 회로기판 측면의 만곡진 형상의 연결부위는 유리로 형성된 유리봉으로 이루어지며,
   상기 연결부재는 상기 회로기판 측면의 만곡진 형상의 연결부위를 따라 만곡지게 형성되며,
   상기 유리봉은 상기 광소자와 상기 전자소자 사이에 위치하고,
   상기 연결부재의 일부는 상기 유리봉에 패턴으로 형성되는 광모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유리봉은 단면 형상이 1/4 원형으로 이루어진 광모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광소자는 상기 회로기판에서 상기 전자소자와 반대 방향으로 형성되고, 상기 유리봉은 상기 회로기판의 측면에 설치되는 광모듈.
6. 제 1 항, 제4항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연결부재는,
   전송선로;
   상기 전송선로 양단에서 상기 전자소자와 상기 광소자를 각각 연결하는 와이어 본딩을 포함하는 광모듈.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전송선로는 상기 유리봉에 패턴으로 형성된 광모듈.

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