KR102370752B1 - 커넥터 플러그 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광소자를 내장한 광소자 모듈의 일면에 광소자와 광섬유를 자동으로 정렬하여 위치설정하기 위한 광섬유 정렬 가이드를 일체로 형성함에 의해 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하는 반사 미러의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 광 커넥터 플러그 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈의 일면에 설치되며 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드; 상기 광섬유 삽입채널에 대응하여 광소자 모듈에 설치되며 광신호를 전달하는 광 웨이브가이드; 및 상기 광 웨이브가이드의 선단부에 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

커넥터 플러그 및 그의 제조방법{Connector Plug and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 커넥터 플러그에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 광 웨이브가이드를 일체로 형성함에 의해 광섬유, 광학부품 및 광소자 사이의 수동 정렬도 쉽게 이루어질 수 있는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

광 엔진(optical engine)은 통상 데이터를 고속으로 전송하도록 사용된다. 광 엔진은 전기 신호를 광신호로 변환하고, 그 광신호를 송신하고, 광신호를 수신하고, 광신호를 다시 전기 신호로 변환하기 위한 하드웨어를 포함한다. 전기 신호는 전기 신호가 레이저와 같은 광 소스 장치를 변조하도록 사용될 때 광신호로 변환된다. 소스로부터의 광은 광섬유와 같은 송신 매체에 결합된다. 다양한 광 송신 매체를 통해 광 네트워크를 통과하고 그 목적지에 도달한 후, 광은 검출기와 같은 수신 장치에 결합된다. 검출기는 디지털 처리회로에 의해 사용하기 위해 수신된 광신호를 기반으로 전기 신호를 발생한다.

광 통신 시스템은 종종 전기 통신 시스템 및 데이터 통신 시스템과 같은 다양한 시스템에서 데이터를 송신하도록 사용된다. 전기 통신 시스템은 종종 몇 마일에서부터 수천 마일에 이르는 범위의 넓은 지리적 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다. 데이터 통신은 종종 데이터 센터를 통한 데이터의 송신을 포함한다. 그러한 시스템은 몇 미터에서부터 수백 미터에 이르는 범위의 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다. 전기 신호를 광신호로 전송하도록 사용되고 광신호를 광 케이블과 같은 광 송신 매체에 전달하는 결합 컴포넌트는 비교적 비싸다. 이러한 비용 때문에, 광 송신 시스템은 일반적으로 대량의 데이터를 장거리로 전송하는 네트워크의 백본으로서 사용된다.

한편, 현재의 컴퓨터 플랫폼 아키텍처 디자인은 하나의 디바이스를 다른 디바이스에 연결하기 위해 여러 가지 상이한 인터페이스를 망라할 수 있다. 이들 인터페이스는 컴퓨팅 디바이스 및 주변기기에 I/O(입력/출력)를 제공하며, I/O 제공을 위해 다양한 프로토콜과 표준을 사용할 수 있다. 상이한 인터페이스는 인터페이스를 제공하기 위해 상이한 하드웨어 구조를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 현재의 컴퓨터 시스템은 통상적으로, 디바이스들을 연결하는 케이블의 단부에서 물리적 커넥터 및 플러그에 의해 실행되는, 대응 연결 인터페이스를 갖는 다중 포트를 구비한다.

보편적인 커넥터 형태는 다수의 관련 USB 플러그 인터페이스를 갖는 USB(Universal Serial Bus) 서브시스템, 디스플레이포트(DisplayPort), HDMI(High Definition Multimedia Interface), 파이어와이어(Firewire)(IEEE 1394에 규정됨), 또는 기타 커넥터 형태를 구비할 수 있다.

또한, 예를 들어, 셋탑 박스를 이용하는 UHD 텔레비전(TV)과 같이 분리된 2 장치 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 전송이 필요한 경우 전기 및 광 입출력 인터페이스 커넥터가 요구된다.

더욱이, UHD 텔레비전 내부에 보드와 보드 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 필요한 경우에는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구된다.

즉, TV 등에서는 얇은 폼 팩터(form factor)를 만족시켜면서 고속의 전송을 가능하게 하기 위해서는 액티브 광 케이블(AOC: Active Optical Cable) 커넥터의 크기 또는 AOC에 내장된 광 엔진(optical engine)의 크기가 1mm 이하로 매우 얇아야 한다. 그러나, 종래의 AOC는 인쇄회로기판(PCB) 위에 본딩 혹은 COB(Chip On Board) 형태로 패키징하므로 얇은 두께를 실현하기 어렵다.

이러한 요구사항들을 만족하는 AOC는 현재 높은 가격으로 공급되고 있는 데 이러한 높은 공급 가격은 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러), 광섬유(optical fiber) 사이의 부정확한 정렬(alignment)에 따른 추가적인 능동 정렬(active alignment) 비용이 대부분을 차지하기 때문이며, 수동 정렬(Passive Alignment)을 위한 정확한 구조 형성 및 조립에 비용이 많이 소요된다.

또한, 수십 Giga~100 G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)을 위해서는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩(wire-bonding) 때문에 발생하는 성능 저하를 해결하는 것이 요구되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2018-0097888호(특허문헌 1)에는 광섬유가 안착되는 광섬유안착홈이 일측에 형성된 광 서브 어셈블리, 상기 광 서브 어셈블리에 적층되며, 상기 광섬유안착홈의 상부에 커버로 결합되어 상기 광섬유가 삽입되는 광섬유 삽입채널을 형성하며, 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈, 및 상기 광 서브 어셈블리에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품을 포함하는 커넥터 플러그가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 커넥터 플러그는 광 서브 어셈블리에 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈이 적층되면서, 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈 사이에 광섬유가 삽입되는 광섬유 삽입채널이 형성되고, 광 서브 어셈블리에 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 반사면이 설치되어 있다.

광섬유 삽입채널을 형성하는 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈 각각의 제조시에 발생하는 부정확한 구조 형성의 공차, 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈을 정렬 조립하는 데 따른 정렬 공차가 가산되어, 광섬유, 반사 미러 및 광소자 사이에 저렴한 비용의 수동 정렬(Passive Alignment)을 적용하기 위해서는 더욱더 정밀도를 높이기 위한 노력이 요구되고 있다.

특히, 광소자 모듈에 반사면을 갖는 광 서브 어셈블리를 별도로 제작하여 광소자 모듈에 적층 조립할 때 발생되는 정렬 조립의 공차와, 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈을 조합하여 광섬유 삽입채널을 형성할 때 발생되는 공차를 근본적으로 해결하면서도 소형화와 슬림화가 가능한 방안이 제시될 필요가 있다.

일반적으로 광통신 모듈(module)은 광신호를 전송하는 광케이블을 고정할 수 있는 기계적 장치와, 광케이블로부터 전송된 광신호를 전기적 신호로 또는 광케이블로 전송할 광신호를 전기적 신호로부터 변환하는 광소자와 이러한 광소자와 정보를 주거나 받기 위한 인터페이스(interface) 회로를 포함하여야 한다.

종래의 광통신 모듈은 광케이블 고정 부재 및 광소자와, 인터페이스 회로 칩들을 각각 별도의 과정으로 회로 기판에서 서로 이격하여 배치해야 하므로 회로 기판을 차지하는 면적이 넓어지며, 제조과정이 복잡하고, 또한 광소자가 제공한 전기적 신호가 회로 기판에 형성된 전도성 스트립을 통하여 광전자 회로에 제공되므로 전기적 신호의 열화도 있을 수 있다.

: 한국 공개특허공보 제10-2018-0097888호

따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 반사면을 갖는 광 웨이브가이드(optical waveguide)를 일체로 형성함에 의해 광섬유, 반사면(반사 미러) 및 광소자 사이의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 광 웨이브가이드의 광 도입부와 광 배출구 사이에 선광후협의 테이퍼형 코어를 구비하여 반사면을 갖는 광 웨이브가이드의 제작 공차가 발생할지라도 집광 효율을 향상시킬 수 있는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 테이퍼형 코어를 구비한 광 웨이브가이드를 이용하여 멀티모드 광을 싱글모드 광으로 변환하거나 서로 다른 파장의 광을 멀티플렉싱/디멀티플렉싱하여 초고속 대용량 데이터의 전송이 가능한 싱글모드 광 모듈을 구현할 수 있는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광소자 모듈, 광섬유 및 반사면의 조립체가 최소한의 구성부품과 조립공정으로 결합될 수 있는 심플한 구조를 갖는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 시스템-인-패키지(SIP; System In Package) 형태의 광소자 모듈에 개방(open) 구조의 광섬유 조립채널이 일체로 형성되어 광 엔진을 원칩 또는 단일 소자로 패키지화할 수 있는 커넥터 플러그 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 0.5mm 두께로 슬림화된 구조를 구현하면서 저렴한 비용으로 제조 가능한 커넥터 플러그를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈의 일면에 설치되며 광신호를 양 방향으로 전달하는 광 웨이브가이드; 및 상기 광 웨이브가이드의 선단부에 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 광소자 모듈의 일면에 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하며 상기 광섬유를 상기 광 웨이브가이드의 후단부에 정렬시키는 광섬유 정렬 가이드;를 더 포함할 수 있다.

상기 광소자 모듈은 몰드 몸체에 의해 봉지된 광 엔진; 및 상기 광 엔진을 외부로 인출하기 위한 배선층;을 포함하며, 상기 광 웨이브가이드는 배선층 상부에 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 광 웨이브가이드는, 고굴절률(High Refractive Index) 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸며 저굴절률(Low Refractive Index) 물질로 이루어지는 클래딩;을 포함하며, 상기 코어와 클래딩의 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어질 수 있다.

상기 광학부품은 상기 광 웨이브가이드와 상기 광 엔진의 광소자 사이에 경사지게 설치되는 반사면 또는 프리즘일 수 있다. 이 경우, 상기 반사면은 상기 광소자로부터 발생되어 입사된 광을 모아서 광섬유의 코어로 입사하도록 경로를 변경시키기 위한 콘케이브형 미러일 수 있다.

상기 광섬유 정렬 가이드는 상기 광소자 모듈의 일면에 일체로 형성되는 광섬유 정렬 가이드 몸체; 및 상기 광섬유 정렬 가이드 몸체의 내부에 복수의 광섬유가 안착되는 개방 구조의 복수의 광섬유 삽입채널을 형성하는 복수의 채널 가이드;를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 광 웨이브가이드는 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지도록 클래딩이 코어를 둘러싸며, 상기 코어는 광신호가 입사하는 입구와 출구가 동일한 면적으로 이루어지거나, 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지도록 클래딩이 코어를 둘러싸며, 상기 코어는 광신호가 입사하는 입구로부터 출구로 향할수록 선광후협의 테이퍼형 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 테이퍼형 구조를 가지는 코어는 다층 구조로 형성될 수 있다.

상기 광 웨이브가이드는 테이퍼형 코어를 구비하며, 상기 커넥터 플러그는 멀티모드 광을 싱글모드 광으로 변환하거나 서로 다른 파장의 광을 멀티플렉싱 또는 디멀티플렉싱하는 데 이용될 수 있다.

또한, 상기 광 엔진(light engine)은 서로 다른 파장의 광을 발생하는 복수의 VCSEL를 포함하며, 상기 VCSEL들에서 나온 서로 다른 파장의 광은 상기 광 웨이브가이드에서 하나로 합성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈에 설치되며 광신호를 전달하는 광 웨이브가이드; 상기 광 웨이브가이드의 선단부에 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품; 및 상기 광소자 모듈의 상부에 커버로 결합되어 조립되며, 내측의 선단부에 광 웨이브가이드를 수용하며 광 웨이브가이드의 후단부에 광섬유를 수용하는 요홈이 형성되는 광 서브 어셈블리(OSA);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광 웨이브가이드의 후단부에 광섬유를 수용하는 요홈은 내부에 돌출 형성된 복수의 채널 가이드를 구비하여, 복수의 광섬유를 수용하는 클로즈 타입의 광섬유 삽입채널을 형성할 수 있다.

또한, 상기 광 웨이브가이드가 일체로 형성된 광소자 모듈과 상기 광소자 모듈의 상부에 커버로 결합되어 조립되는 광 서브 어셈블리는 각각 웨이퍼 레벨로 제작된 후, 웨이퍼 레벨로 조립되어 광소자와 반사면 및 광 웨이브가이드 사이의 정렬이 자동으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그의 제조방법은 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈을 준비하는 단계; 상기 광소자 모듈의 일면에 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드와 상기 광섬유 삽입채널에 대응하여 광신호를 전달하는 광 웨이브가이드를 형성하는 단계; 및 상기 광 웨이브가이드의 선단부에 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광소자 모듈의 일면에 복수의 광섬유 정렬 가이드와 광 웨이브가이드를 형성하는 단계는 상기 광소자 모듈의 배선층 표면에 저굴절률의 폴리머(polymer)를 사용하여 하부클래딩층을 형성하는 단계; 상기 하부클래딩층의 상부에 고굴절률의 폴리머를 사용하여 코어층을 형성한 후, 패터닝하여 복수개의 코어를 간격을 두고 형성하는 단계; 및 상기 복수개의 코어를 둘러싸면서 배선층 상부를 덮도록 저굴절률의 폴리머를 형성하여 클래딩을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 광섬유 정렬 가이드는 광 웨이브가이드의 클래딩을 형성하는 폴리머를 사용하여 상기 광섬유 정렬 가이드와 동시에 형성될 수 있다.

또한, 상기 광학부품을 형성하는 단계는 상기 광 웨이브가이드와 상기 광 엔진의 광소자 사이의 직교 지점에 소잉 블레이드를 사용하여 경사면을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

일반적으로 수십 Giga~100G 이상의 고속의 전송을 가능하게 하는 액티브 광 케이블(AOC) 커넥터는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구되며, 합리적인 제조비용을 만족시키기 위해서는 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러) 또는 반사면, 광섬유(optical fiber) 사이에 수동 정렬(Passive Alignment)을 사용하면서 오 정렬(Mis-alignment)이 발생하지 않아야 된다.

오 정렬이 발생하는 위치는 PCB-광소자, 광소자-반사 미러(mirror), 광소자-렌즈, 반사 미러(mirror)-광섬유(optical fiber) 사이에서 주로 발생한다.

본 발명에서는 광소자 모듈, 광섬유 및 광학부품(즉, 반사면(반사 미러) 또는 직각 프리즘)의 조립체가 최소한의 구성부품과 조립공정으로 결합될 수 있는 심플한 구조를 갖는다.

이를 위해 본 발명에서는 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 반사면을 갖는 광 웨이브가이드(waveguide)를 일체로 MEMS 공정을 이용하여 형성함에 의해 광섬유, 반사면(반사 미러) 및 광소자 사이의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있다.

광소자 모듈을 SIP 공정을 진행하면서 SIP 형태의 광소자 모듈의 배선층(RDL) 내부에 혹은 배선층 위에 MEMS 공정을 사용하여 반사면을 가지는 구조를 일체로 제작하면 웨이퍼(wafer) 단위로 반사면을 제작하면서 MEMS 공정의 높은 정렬 정밀도(align accuracy)를 가질 수 있게 된다. 또한, 배선층 내부 혹은 상부에 광섬유 안착을 위한 구조물을 별도로 제작할 수 있다.

배선층 상부에 예를 들어, 폴리머(polymer)로 선단부에 반사면을 갖는 광 웨이브가이드 구조물을 일체로 제작할 수 있으며, 이 경우 반사면에서 광섬유까지 광신호의 전달을 정확하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 광 웨이브가이드의 광 도입부와 광 배출구 사이에 선광후협의 테이퍼형 코어를 구비하여 반사면을 갖는 광 웨이브가이드의 제작 공차가 발생할지라도 집광 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 테이퍼형 코어를 구비한 광 웨이브가이드를 이용하여 멀티모드 광을 싱글모드 광으로 변환하거나 서로 다른 파장의 광을 멀티플렉싱/디멀티플렉싱하여 초고속 대용량 데이터의 전송이 가능한 싱글모드 광 모듈을 구현할 수 있다.

또한, 이를 이용하면 SWDM(단파장 분할 멀티플렉싱)을 멀티모드 광섬유(multimode fiber) 통신에 있어서 SIP(System In Package) 패키지 상에서 구현할 수 있으며, 파장이 다른 복수의 VCSEL을 SIP 내에 패키징하고, VCSEL들에서 나온 서로 다른 파장의 빛을 SIP상의 광 웨이브가이드(waveguide)으로 전달하고, 광 웨이브가이드 상의 MUX 구조물을 통해 서로 다른 파장의 빛을 하나로 합성하여 전송할 수 있다.

본 발명에서는 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 광소자 모듈을 종래의 1/16 정도의 초소형으로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 시스템-인-패키지(SIP; System In Package) 형태의 광소자 모듈에 개방(open) 구조의 광섬유 조립채널이 일체로 형성되어 광 엔진을 원칩 또는 단일 소자로 패키지화할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 광소자를 플립 칩(flip chip) 형태로 광소자 모듈에 장착함에 의해 와이어-본딩(wire-bonding) 없이 패키징이 이루어질 수 있어 신호저항계수 및 전기저항계수가 감소되어 고주파 특성이 좋아지게 된다. 그 결과, 수십 Giga~100G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)이 이루어지는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩 때문에 발생하는 성능 저하를 해결할 수 있다.

본 발명에서는 픽-앤-플레이스 타입(Pick & Place type)으로 패키지의 광섬유 조립채널에 광섬유 조립을 자동화할 수 있는 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 0.5mm 두께로 슬림화된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체(광 인터페이스 커넥터)를 제공할 수 있다.

본 발명에서는 단말기의 교합 포트에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자를 구비하고 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이에 초고속 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있다.

본 발명의 커넥터 플러그는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP), SOC(System on Chip), SoB(System on Board), 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 중 하나의 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 액티브 광 케이블(AOC)은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 외부연결단자를 구현할 수 있다.

그 결과, 본 발명에 따른 HDMI 타입의 액티브 광 케이블(AOC)은 1 케이블에 영상, 음성, 복제방지(녹화방지) 기술을 적용할 수 있는 컨트롤 신호를 동시에 전송 가능하여 광대역(High bandwidth)의 고속 데이터 전송을 요하는 영상재상기기(셋탑박스)와 영상표시기기(TV) 사이에 디지털 신호를 암호화 전송에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 반사면을 갖는 광 웨이브가이드가 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 커넥터 플러그에 광섬유가 조립된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에서 A-A' 선 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 제2실시예에 따라 테이퍼형 코어를 갖는 광 웨이브가이드를 채용한 커넥터 플러그를 나타내는 단면도, 단층 구조의 테이퍼형 코어를 갖는 광 웨이브가이드와 다층 구조의 테이퍼형 코어를 갖는 광 웨이브가이드를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 반사면을 갖는 광 웨이브가이드가 일체로 형성되고 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드가 광소자 모듈에 설치된 커넥터 플러그를 나타내는 사시도이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명에 따른 커넥터 플러그에 사용되는 광소자 모듈을 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 8은 본 발명의 커넥터 플러그가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 실시예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 광 웨이브가이드 및 직각 프리즘이 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 길이방향 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

전기 신호를 광신호로 그리고 그 역으로 변환하는 소자의 가격으로 인하여, 광 통신 시스템은 일반적으로 네트워크에서 백본으로서 사용된다. 그러나, 광 통신 시스템은 컴퓨터 통신에 다양한 장점을 제공할 수 있다. 컴퓨터 통신은 몇 센티미터에서 수백 센티미터에 이르는 통신을 지칭한다.

본 발명에서는 장거리에 위치한 단말기와 단말기 사이의 광 통신에 사용되는 광 통신 시스템 뿐 아니라 컴퓨터 통신에 적용 가능한 시스템을 개시한다.

광 시스템은 광섬유를 광 엔진(Optical Engine)에 접속하는 반도체 패키지를 사용할 수 있다. 광전자 소자는 발광 장치 또는 광 수신 장치이다. 발광 장치의 일 예는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)이다. 광 수신 장치의 일 예는 포토다이오드(PD; Photodiode)이다.

구동회로(즉, 구동칩 또는 광 IC)는 광소자에 따라 동작하도록 사용된다. 예를 들면, 포토다이오드는 포토다이오드 상의 광자의 충돌로 인한 전기 신호를 증폭하기 위한 트랜스-임피던스 증폭기와 함께 동작한다. 광전자 소자가 발광 장치인 경우, 구동회로는 발광 장치를 구동하도록 사용된다.

광소자와 구동회로를 기판을 사용하지 않고 SIP(System In Package) 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고 광소자와 SIP 외부와의 광 경로를 형성한 광소자 모듈 패키지를 개시한다. 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 광 송신 시스템을 가능하게 한다.

본 발명에서는 광전자 소자에 따라 동작하는 구동회로(구동칩)를 광전자 소자와 함께 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적함과 동시에 기판을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 슬림한 광소자 모듈을 구현할 수 있다.

광소자 모듈은 SIP 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.

또한, 다양한 정렬 기술이 광전자 소자(광소자)가 매입된 반도체 패키지(광소자 모듈)에 조립되는 광섬유와 정렬하는데 사용된다. 광소자 모듈은 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 광섬유와 반사 미러를 안착시키기 위한 광섬유 정렬 가이드와 반사 미러 정렬 가이드를 광소자 모듈의 일면에 일체로 형성하고, 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 광섬유와 반사 미러를 고정시킬 수 있는 광 커넥터 플러그(Optical Connector Plug)가 반도체 패키지 타입으로 얻어진다.

더욱이, 광소자 모듈 웨이퍼에 광소자와 반사 미러의 조립에 필요한 광섬유 정렬 가이드와 반사 미러 정렬 가이드를 일체로 형성하고, 광소자와 미러를 조립함에 의해 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.

광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이를 상호 연결하여 광통신이 이루어지게 하며, 각각의 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)를 구비하며, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 사이에는 광섬유를 내장한 광케이블(300a)이 연결되어 있다

여기서, 제1 및 제2 단말기(10,20)는 각각 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터, 노트북, 울트라북, 태블릿, 넷북, 또는 이에 포함되지 않는 다수의 컴퓨팅 디바이스 중 하나일 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)는 컴퓨팅 디바이스 이외에, 많은 다른 형태의 전자 디바이스가 포함될 수 있다. 다른 형태의 전자 디바이스는 예를 들어, 스마트폰, 미디어 디바이스, PDA(개인용 휴대 단말기), 울트라 모바일 퍼스널 컴퓨터, 멀티미디어 디바이스, 메모리 디바이스, 카메라, 보이스 레코더, I/O 디바이스, 서버, 셋탑 박스, 프린터, 스캐너, 모니터, 엔터테인먼트 제어 유닛, 휴대용 뮤직 플레이어, 디지털 비디오 레코더, 네트워킹 디바이스, 게임기, 게이밍 콘솔을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)는 본 발명에 따른 광 통신 시스템을 통하여 상호 연결되며, 각각에 구비된 하우징(11,21)에는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 물리적으로 결합되어 인터페이스가 이루어지는 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 적어도 하나씩 설치되어 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 광 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다. 또한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 전기 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다.

일부 예시적 실시예에서, 제1단말기(10)는 다수의 프로세서를 구비하는 제1서버를 포함할 수 있으며, 제2단말기(20)는 다수의 프로세서를 구비하는 제2서버를 포함할 수 있다.

이들 실시예에서, 제1서버는 커넥터 플러그(100) 및 교합 포트(12)에 의해 제2서버와 상호연결될 수 있다. 다른 실시예에서는, 제1단말기(10)가 셋탑 박스를 포함할 수 있고, 제2단말기(20)가 텔레비전(TV)을 포함할 수 있으며, 그 반대일 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재되는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 및 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 수많은 실시예들 중 하나일 수 있다.

또한, 제2단말기(20)는 주변 I/O 장치일 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 제1 및 제2 단말기(10,20)의 제1 및 제2 교합 포트(12,22)와 교합하도록 구성될 수 있다.

제1 및 제2 교합 포트(12,22)는 또한 하나 이상의 광 인터페이스 부품을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1교합 포트(12)는 I/O 장치와 결합될 수 있으며, 프로세서(13)와 포트(12) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 처리 및/또는 단자 부품을 구비할 수 있다. 상기 신호 전달은 발생 및 광신호로의 변환 또는 수신 및 전기 신호로의 변환을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)에 구비된 프로세서(13,23)는 전기 및/또는 광 신호 I/O 신호를 처리할 수 있으며, 단수 또는 복수 개가 사용될 수 있다. 프로세서(13,23)는 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능한 논리 소자나 어레이, 마이크로컨트롤러, 신호 처리기, 또는 이들의 일부 또는 전부를 포함하는 조합일 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 커넥터 플러그 내에 제1 및 제2 광 엔진(light engine)(110,210)을 구비할 수 있으며, 이러한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 액티브 광 커넥터 또는 액티브 광 리셉터클 및 액티브 광 플러그로 지칭될 수 있다.

일반적으로, 이러한 액티브 광 커넥터는 교합 커넥터 및 광학 조립체에 대한 물리적 연결 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 광학 조립체는 "서브 조립체"로 지칭될 수도 있다. 조립체는 완제품, 또는 제조 물품의 완성된 시스템 또는 서브 시스템을 지칭할 수 있지만, 서브 조립체는 일반적으로 서브 조립체를 완성하기 위해 다른 부품 또는 다른 서브 조립체와 조합될 수 있다. 그러나, 서브 조립체는 본 명세서에서 "조립체"와 구별되지 않으며, 조립체에 대한 언급은 서브 조립체로 간주될 수 있는 것을 지칭할 수 있다.

제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 다양한 작업에 따라 광신호를 발생시키고, 또는 광신호를 수신 및 처리하도록 구성된 임의의 디바이스를 포함할 수 있다.

실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 광 인터페이싱을 제어하기 위한 광 집적회로(IC), 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드 중 어느 하나 이상을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 IC는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하거나, 레이저 다이오드를 구동하거나, 및/또는 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 수직 공진 표면 발광 레이저 다이오드(VCSEL)를 포함한다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라서 또는 그에 부합하여 광신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 광신호 및 전기 신호를 전달하도록 구성되는 실시예에서는, 광 인터페이스 및 전기 인터페이스가 동일한 프로토콜에 따라서 작동되도록 요구될 수 있다.

제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 전기 I/O 인터페이스의 프로토콜에 따라 신호를 처리하는지, 다른 프로토콜 또는 표준에 따라 신호를 처리하는 지에 따라서 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 특정 커넥터 내의 의도된 프로토콜을 위해서 구성되거나 또는 프로그래밍될 수 있으며, 다양한 광 엔진이 다양한 프로토콜을 위해서 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 포토다이오드, 또는 포토다이오드 회로를 갖는 부품은 포토다이오드가 광신호를 전기 신호로 변환하므로 광 단자 부품으로 간주될 수 있다. 레이저 다이오드는 전기 신호를 광신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 광신호를 생성하기 위한 출력을 발생하기 위해 레이저 다이오드를 적절한 전압으로 구동함으로써 레이저 다이오드를 광학적으로 송신될 신호에 기초하여 구동하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드로부터의 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드에 의해 발생된 전기 신호를 수신하고 이를 해석하여 처리하도록 구성될 수 있다.

본 발명 실시예에서, 프로세서(13,23)와 교합 포트(12,22) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 I/O 콤플렉스(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. I/O 콤플렉스는 프로세서(13,23)가 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 제1 및 제2 광 엔진(110,210)을 거쳐서 제1 및 제2 단말기(10,20)와 통신할 수 있는 하나 이상의 I/O 링크를 제어하도록 구성된 하나 이상의 I/O 배선을 수용할 수 있다. I/O 배선은 통신 프로토콜의 하나 이상의 형태의 데이터 패킷을 전송하는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 다양한 통신 프로토콜 또는 표준이 사용될 수 있다. 통신 프로토콜은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI; High Definition Multimedia Interface) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하지만 이것에 한정되지는 않는다.

각각의 다른 표준이 전기 접점 조립체를 위한 다른 구성 또는 핀 배열(pin out)을 구비할 수 있다. 또한, 커넥터의 크기, 형상 및 구성은 대응 커넥터의 교합을 위한 공차를 포함하는 표준에 종속될 수 있다. 따라서, 광 I/O 조립체를 통합하기 위한 커넥터의 레이-아웃은 다양한 표준에서 상이할 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 제1 및 제2 단말기(10,20)의 교합 포트(12,22)사이에는 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트(12,22)에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있다.

또한, 후술하는 다른 실시예에서 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 교합 포트(12,22)와 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어는 대신에 프로세서(13,23)를 구비하는 메인 보드에 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자가 고정 결합되는 것도 가능하다. 그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 광케이블(300a)의 양 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 연결된 본 발명의 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 예를 들어, 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 칩(chip)과 보드(PCB) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이, 단말기 본체와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하여 초고속 대용량 데이터 전송이 필요한 경우에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이에 광통신이 이루어지도록 연결될 때, 각 단부에 구비된 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1단말기(100)와 결합되는 제1커넥터 플러그(100), 즉 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 반사면을 갖는 광 웨이브가이드가 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 커넥터 플러그에 광섬유가 조립된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3에서 A-A' 선 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 커넥터 플러그(100)와 이에 결합된 광케이블(300a)을 포함한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 커넥터 플러그(100)는 크게 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)(110)을 구비하는 광소자 모듈(101), 상기 광소자 모듈(101)의 일면에 설치되며 단수 혹은 복수의 광섬유(301~304)가 안착되는 광섬유 삽입채널(305a~305d)을 형성하는 광섬유 정렬 가이드(400), 상기 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 대응하여 광소자 모듈(101)에 설치되며 광신호를 전달하는 광 웨이브가이드(500), 및 상기 광 웨이브가이드(500)의 선단부에 형성되어 상기 광 엔진(110)에서 발생한 광신호를 전달하는 반사면(171)을 포함하고 있다.

상기 반사면(171)은 광신호의 경로를 90° 변환하여 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)/광 웨이브가이드(500) 사이에 광을 전달하는 광 경로 변환소자의 역할을 하는 광학부품이다.

제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 커넥터 플러그(100)에 4개 채널, 즉 4개의 광섬유(301~304)로 이루어진 광케이블(300a)이 연결된 경우를 예를 들어 설명한다

우선, 커넥터 플러그(100)의 베이스 플레이트로서 역할을 하는 광소자 모듈(101)은 후술하는 바와 같이 그 내부에 광 엔진(110)을 포함하도록 SIP(System In Package) 형태로 제작된다.

광소자 모듈(101)은 도 4에 도시된 바와 같이, 몰드 몸체(111) 내부에 광신호를 능동적으로 발생시키고 및/또는 수신 및 처리하도록 구성된 액티브 광 엔진(110)을 구비할 수 있다. 광 엔진(110)은 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하기 위한 광소자(130)와 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 IC(140)를 구비할 수 있다.

실시예 설명에서는 광 엔진(110)이 광소자(130)와 광 IC(140)를 포함하여 광소자 모듈(101) 내부에 함께 패키지되는 것을 예시하고 있으나, 광 IC(140)는 광소자(130)와 함께 광소자 모듈(101)에 포함되어 일체로 패키지가 이루어지는 것이 상호 연결용 배선을 간결하게 처리하는 데 효율적이나, 필수적인 사항은 아니다.

또한, 광소자 모듈(101)에는 서로 대향한 제1면과 제2면을 가지며 제1면의 외측면에 배치된 외부접속단자(160)와 전기적인 상호 연결에 이용되는 도전성 수직 비아(via)(150)가 몰드 몸체(111)에 수직방향으로 배치되어 있다. 더욱이, 광소자 모듈(101)은 제2면의 배선층(120)이 형성된 면에도 광 엔진(110)을 외부와 연결하기 위한 다른 외부접속단자(161)가 배치될 수 있다.

또한, 광소자 모듈(101)은 도 7d에 도시된 바와 같이, 광 엔진(110)을 구성하는 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)의 제2면을 향하여 배치된 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 광소자(130), 광 IC(140) 및 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 전기적으로 연결하기 위한 복수의 배선(123a,123b)이 매입되어 있는 배선층(120)이 형성되어 있다.

상기 광소자 모듈(101)의 일면에는 광케이블(300a)을 구성하는 광섬유로부터 피복층을 제거하여 코어(310)의 외주에 클래딩(311)이 형성된 4개의 광섬유(301~304)가 삽입되어 조립될 수 있는 4개의 광섬유 삽입채널(305a~305d)이 광섬유 정렬 가이드(400)에 형성되어 있다.

제1실시예에 따른 커넥터 플러그(100)는 광소자 모듈(101)의 일면에 광섬유 정렬 가이드(400)와 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)를 자동으로 정렬하여 위치 설정하도록 반사면(171)을 갖는 광 웨이브가이드(optical waveguide)(500)가 일체로 형성되어 있다.

우선, 상기 광섬유 정렬 가이드(400)는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 표면에 일체로 형성되는 광섬유 정렬 가이드 몸체(400a)와, 광섬유 정렬 가이드 몸체(400a)의 내부에 복수의 광섬유(301~304)가 안착되는 개방(open) 구조의 복수의 광섬유 삽입채널(305a~305d)을 형성하는 복수의 채널 가이드(401~403)를 포함하고 있다.

광섬유 삽입채널(305a~305d)은 광섬유 정렬 가이드 몸체(400a)를 선택적으로 식각하여 복수의 슬릿형 요홈으로 구현될 수 있으며, 복수의 채널 가이드(401~403)는 광섬유 삽입채널(305a~305d) 사이에 동일한 폭을 갖는 광섬유 삽입채널(305a~305d)을 형성하도록 동일한 간격으로 직사각형 바 형태로 이루어져 있다.

이 경우, 광섬유 정렬 가이드 몸체(400a)와 복수의 채널 가이드(401~403) 사이의 광섬유 삽입채널(305a~305d)은 각각 입구가 내측과 비교하여 넓고 점차적으로 좁아져서 광섬유(301~304)의 외경과 대응하는 폭을 가질 수 있다.

이를 위해 채널 가이드(401~403)는 입구의 폭이 좁고 내측으로 일정 길이만큼 넓어지도록 입구의 양측면에 테이퍼부가 형성될 수 있다. 그 결과, 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 광섬유(301~304)를 조립 고정하는 방법은 먼저, 광섬유 삽입채널(305a~305d)의 입구에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 미리 설정한 용량만큼 채우고, 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 복수의 광섬유(301~304)를 하나씩 집어서 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 밀어 넣은 후, 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법을 사용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 대한 복수의 광섬유(301~304)의 조립이 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 용이하게 이루어질 수 있다.

상기 광섬유 정렬 가이드(400)에 형성된 4개의 광섬유 삽입채널(305a~305d)의 선단부에는 4개의 광 웨이브가이드(500)가 배치되어 있고, 상기 광 웨이브가이드(500)의 선단부에는 상기 광 엔진(110)에서 발생한 광신호를 전달하는 반사면(171)이 형성되어 있다.

광 웨이브가이드(500)는 빛을 광 웨이브가이드(도파로) 구조 내에 가둬 특정 위치로 전달하는 역할을 하며 도 4와 같이 코어(Core)(510)와 코어를 둘러싸는 클래딩(Cladding)(520)으로 구성되어 있다. 코어(Core)(510)에는 고굴절률(High Refractive Index) 물질을 사용하고 클래딩(Cladding)(520)에는 저굴절률 (Low Refractive Index) 물질을 배치시킨 구조를 갖게 구성하면 코어(510)와 클래딩(520)의 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지므로 빛이 코어(510)를 통해 진행하게 된다.

4개의 광 웨이브가이드(500)는 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 배선층(120) 표면에 저굴절률의 폴리머(polymer)를 사용하여 하부클래딩층을 형성한 후, 고굴절률의 폴리머를 사용하여 코어(Core)층을 형성하고 이를 패터닝하여 4개의 코어(Core)(510a~510d)를 간격을 두고 형성하며, 이어서 4개의 코어(Core)(510a~510d)를 둘러싸면서 배선층(120) 상부를 덮도록 저굴절률의 폴리머를 형성하면 클래딩(Cladding)(520)이 일체로 형성된다.

이 경우, 상기 광섬유 정렬 가이드(400)와 4개의 광 웨이브가이드(500)는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 표면에 일체로 형성되며, 광 웨이브가이드(500)의 클래딩(Cladding)(520)을 형성하는 폴리머를 사용하여 상기 광섬유 정렬 가이드(400)를 동시에 형성할 수 있다.

또한, 4개의 광 웨이브가이드(500)의 선단부에는 광 엔진(110)에서 발생한 광신호를 전달하는 반사면(171)이 일체로 형성될 수 있다. 상기 반사면(171)의 하부에는 4개의 광 웨이브가이드(500)에 대응하는 4개의 광소자(130)가 각각 배치되도록 광소자 어레이 IC가 광소자 모듈(101)의 몰드 몸체(111)에 매입되어 있다.

광섬유(301~304)와 광 엔진(110)의 광소자(130)는 직교 관계로 배치되어 있다. 따라서, 반사면(171)은 광섬유(301~304), 즉 광 웨이브가이드(500)와 광소자(130) 사이에서 광신호를 전달하기 위해서는 광소자 모듈(101)의 표면에 45°로 경사지게 배치되어 설치되는 것이 요구된다.

상기 반사면(171)은 4개의 광 웨이브가이드(500)의 선단부를 45° 각도를 가지는 소잉 블레이드(sawing blade)를 사용하여 가공함에 의해 형성될 수 있다.

반사면(171)은 광소자(130)와 광 웨이브가이드(500) 사이에 배치되어 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 변환하는 광 경로 변환부재로서 역할을 한다. 반사면(171)은 형상에 따라 광의 경로를 변경시키거나, 반사면(171)의 광소자 모듈(101)의 표면에 대한 설치 경사각(θ)에 따라 광 경로의 거리 조절이 이루어질 수 있다.

반사면(171)은, 예를 들어, 45°각도로 형성될 때 전반사가 이루어지는 반사 미러로 역할을 할 수 있으며, 금속(metal)으로 이루어진 금속층을 형성함에 따라 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러가 사용될 수 있다. 상기 콘케이브형 미러는 광소자(130)로부터 발생되어 입사된 광(L)을 모아서 광섬유(300)의 코어(310)로 입사하도록 경로를 변경시키는 역할을 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 반사면(171)은 광섬유(300)로부터 수신된 광을 광 엔진(110)의 광소자(130)(예를 들어, 포토다이오드) 상에 포커싱하고, 광 엔진(110)의 광소자(예를 들어, 레이저 다이오드)로부터의 광(L)을 광섬유(300)의 코어(310)로 집속하도록 구성될 수 있다.

반사 미러를 형성하는 금속층은 예를 들어, Au, Ag, Al, Mg, Cu, Pt, Pd, Ni, Cr 등의 금속(metal)으로 이루어진 메탈층을 100~200nm 두께로 증착함에 의해 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는 광소자(130)가 매입된 광소자 모듈(101)의 일면에 광 웨이브가이드(500)와 반사면(171)이 일체로 형성되고, 또한 동일한 면에 광섬유(301~304)가 조립되는 광섬유 삽입채널(305a~305d)이 일체로 형성되어 있다. 그 결과, 본 발명의 제1실시예에서는 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 광섬유(301~304)를 단순히 조립하고 고정하는 것으로, 광섬유(301~304), 광 웨이브가이드(500), 반사면(171), 광소자(130) 사이의 정렬이 완료되며, 따라서 고가의 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 높은 정확도를 가지고 광소자들 사이의 정렬이 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 커넥터 플러그(100a)는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 제2실시예와 같이, 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 대응하여 광소자 모듈(101)에 설치된 광 웨이브가이드(500a)에서 코어(510e)의 형상을 변형시킴에 의해 광소자(130)로부터 반사면(171)과 광 웨이브가이드(500a)를 통하여 광섬유(301~304)에 전송되는 광신호의 집광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

즉, 제1실시예의 커넥터 플러그(100)에서는 광신호가 입사하는 입구와 출구 사이에 광 웨이브가이드(500)의 코어(510)가 동일한 면적으로 형성된 것이나, 제2실시예의 커넥터 플러그(100a)는 광 웨이브가이드(500a)에 채용된 코어(510e)가 광소자(130)로부터 반사면(171)을 통하여 광신호가 입사하는 입구로부터 출구 사이의 경로가 선광후협(先廣後狹)의 테이퍼형 구조를 가질 수 있다.

제2실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

광 웨이브가이드(500a)가 하부 및 상부 클래딩(Cladding)층(520a,520b)이 테이퍼형 코어(510e)를 둘러싸는 구조를 갖는 경우 코어(510e) 부분의 반사면(171)은 확장된 면적을 가지므로 광 웨이브가이드의 제작 공차가 발생할지라도 집광 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 테이퍼형 코어(510e)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 저굴절률의 폴리머를 사용하여 하부클래딩(Cladding)층(520a)을 형성한 후, 고굴절률의 폴리머를 사용하여 코어(Core)층을 형성하고 이를 패터닝할 때, 테이퍼형으로 코어(510e)를 제작한다. 그 후, 테이퍼형 코어(510e)를 포함한 하부클래딩층(520a)의 상부에 상부클래딩층(520b)을 형성하고, 패터닝한다. 그 후, 선단부에 반사면(171)을 형성하도록 선단부를 45°각도를 가지도록 가공하면 도 5a와 같은 선광후협(先廣後狹)의 테이퍼형 코어(510e)를 가지는 광 웨이브가이드(500a)가 얻어진다.

도 5a와 도 5b에 도시된 테이퍼형 코어(510e)는 단일층으로 이루어진 것이나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 다층 구조를 가질 수 있다.

즉, 다층 구조의 테이퍼형 코어(510f)는 하부클래딩(Cladding)층(520a)의 상부에 동일한 두께를 가지고 사다리꼴 형태로 면적이 점차적으로 감소하는 제1테이퍼형 코어(511), 상기 제1테이퍼형 코어(511)의 상부에 동일한 두께를 가지고 형성되며, 삼각형상으로 이루어진 제2테이퍼형 코어(512) 및 상기 제2테이퍼형 코어(512)의 상부에 동일한 두께를 가지고 형성되며, 제2테이퍼형 코어(512)보다 높이가 낮은 삼각형상으로 이루어진 제3테이퍼형 코어(513)를 포함하는 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 하부클래딩(Cladding)층(520a)은 저굴절률의 폴리머, 제1 내지 제3 테이퍼형 코어(511~513)는 고굴절률의 폴리머를 사용하여 형성한다.

상기한 바와 같이, 제2실시예의 커넥터 플러그(100a)는 광 웨이브가이드(500a)에 테이퍼형 코어(510e)를 채용함에 따라 코어(510a) 부분의 반사면(171)의 면적이 증가하여 집광 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 테이퍼형 코어를 구비한 광 웨이브가이드를 이용하여 멀티모드 광을 싱글모드 광으로 변환하거나 서로 다른 파장의 광을 멀티플렉싱/디멀티플렉싱을 구현할 수 있다. 즉, 이를 이용하면 SWDM(단파장 분할 멀티플렉싱)을 멀티모드 광섬유(multimode fiber) 통신에 있어서 SIP(System In Package) 패키지 상에서 구현할 수 있으며, 파장이 다른 복수의 VCSEL을 SIP 내에 패키징하고, VCSEL들에서 나온 서로 다른 파장의 빛을 SIP상의 광 웨이브가이드(waveguide)로 전달하고, 광 웨이브가이드 상의 MUX 구조물을 통해 서로 다른 파장의 빛을 하나로 합성하여 전송할 수 있다.

한편, 제1 및 제2 실시예의 커넥터 플러그(100,100a)에서 광소자 모듈(101)은 광 인터페이스를 제공하기 위해 광 엔진(110)(도 1 참조)을 구비할 수 있고, 외측면에는 다양한 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 외부접속단자(160)가 도전성 스트립 형태로 형성되어 있다.

본 발명에서는 외부접속단자(160)가 예를 들어, 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 구현될 수 있으며, 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 도전성 스트립 형태는 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.

광소자 모듈(101)은 광신호를 능동적으로 발생시키고, 수신 및 처리하도록 구성된 액티브 광 엔진(110)을 구비할 수 있다. 광 엔진(110)은 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하기 위한 광소자(130)와 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 IC(140)를 구비할 수 있다. 또한, 광소자 모듈(101)은 필요에 따라 광 IC(140) 이외에 신호처리에 필요한 프로세서(도시되지 않음), 인코더 및/또는 디코더, R, L, C 등의 수동 소자, 또는 파워 관련 IC 칩을 더 포함할 수 있다.

광소자(130)는 예를 들어, 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드를 구동하고 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 VCSEL을 포함할 수 있다.

광소자 모듈(101)은 기판을 사용하지 않고, 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 형태로 집적하면서, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩이 이루어져서 몰드 몸체(111)를 구성하고 있다. 그 결과 몰드 몸체(111)는 집적된 후 패키징이 이루어지는 광 엔진(110)을 충격으로부터 안전하게 보호하는 역할을 한다.

광소자 모듈(101)에는 도 7d에 도시된 바와 같이, 외측면에 배치된 외부접속단자(160)와 전기적인 상호 연결에 이용되는 도전성 수직 비아(via)(150)가 몰드 몸체(111)에 수직방향으로 배치되어 있다.

또한, 광소자 모듈(101)은 광 엔진(110)을 구성하는 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)이 형성되어 있다.

이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 채용한다.

상기 배선층(120)에는 광소자(130)와 광 IC(140)의 하부면에 배치된 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123a)과, 또한, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123b)이 매입 형성되어 있다. 그 결과, 와이어-본딩 없이 패키징이 이루어질 수 있다.

상기 배선층(120)은 절연층(dielectric layer) 또는 패시베이션층(passivation layer) 재료로 이루어지며, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO₂), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.

상기 배선층(120)은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

이하에 도 7a 내지 도 7g를 참고하여, 본 발명에 따른 광소자 모듈(101)의 제조방법을 설명한다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 몰딩 프레임(31)의 일면에 접착층(또는 릴리즈 테이프)(32)이 형성된 몰딩 테이프(30)를 이용하여 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적될 각종 칩 형태의 부품을 몰딩 테이프(30)의 미리 설정된 위치에 부착시킨다.

이 경우, 몰딩 테이프(30)는 도 7g와 같이, 웨이퍼 레벨로 제조 프로세스가 진행될 수 있도록 웨이퍼 형태로 이루어질 수 있다.

광소자 모듈(101)에 집적될 각종 부품은, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140), 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 데 필요한 비아 PCB(153) 등이며, 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장한다. 이 경우, 필요에 따라 신호처리에 필요한 프로세서를 포함할 수 있다. 실장되는 부품은 칩의 연결패드가 몰딩 테이프(30)에 접촉하도록 실장방향을 정한다.

비아 PCB(153)는 PCB에 레이저로 관통하거나 패턴 및 식각 공정을 사용하여 관통공(through hole)을 형성하고 관통공을 도전성 금속으로 매립하여 도전성 수직 비아(150)를 형성할 수 있다. 상기 도전성 금속은 예를 들어, 금(gold), 은(silver), 구리(copper) 등의 금속으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도전성 금속이면 충분하다. 또한, 관통공에 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 방법은 도전성 금속 분말을 충진하는 방법 이외에 스퍼터(sputter), 증착(evaporation), 도금(plating)으로 전도성 금속으로 관통공을 매립한 후, 기판 표면을 평탄화하여 형성될 수 있다.

이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 사용한다.

이어서, 도 7b와 같이, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩 테이프(30)의 상부에 몰딩층(33)을 형성하고 경화 후 표면을 평탄화한다. 이어서, 경화된 몰드의 상부면을 CMP(chemical mechanical polishing) 처리하여 도전성 수직 비아(150))의 상단이 드러나도록 가공한 후, 경화된 몰드와 몰딩 프레임(31)을 분리하면, 도 7c에 도시된 슬림한 몰드 몸체(111)가 얻어진다.

이어서, 얻어진 몰드 몸체(111)를 반전시키고, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)을 도 7d와 같이 형성한다.

먼저, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호하기 위한 절연층을 먼저 형성하고, 이어서 연결패드(131,141)에 대한 접촉창을 형성한다. 이어서, 도전성 금속층을 형성하고 이를 패터닝하여 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 제1배선패턴(123a)과, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 제2배선패턴(123b)을 형성한다.

제1 및 제2 배선패턴(123a,123b)은 금(gold), 은(silver), 구리(copper), 알루미늄(aluminium) 등의 도전성 금속을 스퍼터(sputter), 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 도전성 금속층을 형성하여 제조될 수 있다.

그 후, 도전성 제1 및 제2 배선패턴(123a,123b)을 커버링하는 절연층을 형성한다.

절연층은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO₂), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.

이 경우, 절연층은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

그 후, 본 발명에서는 도 7e와 같이 배선층(120)의 상부에 광섬유 정렬 가이드(400)와 광 웨이브가이드(500)를 동시에 형성하거나 독립적으로 형성한다.

광섬유 정렬 가이드(400)와 광 웨이브가이드(500)를 동시에 형성하는 경우, 배선층(120) 표면에 저굴절률의 폴리머(polymer)를 사용하여 하부클래딩층(521)을 형성한 후, 고굴절률의 폴리머를 사용하여 코어(Core)층을 형성하고 이를 패터닝하여 복수개의 코어패턴(510g)를 간격을 두고 형성한다.

이어서 복수개의 코어패턴(510g)을 둘러싸면서 배선층(120) 상부를 덮도록 저굴절률의 폴리머를 도포하여 상부클래딩층을 형성한다. 이에 따라 하부클래딩층(521)과 상부클래딩층 사이에는 복수개의 코어패턴(510g)이 매입된 복수개의 광 웨이브가이드(500)가 일체로 형성된다.

그 후, 광 웨이브가이드(500)를 형성하기 위해 도포된 하부클래딩층(521)과 상부클래딩층을 도 2와 같이 패터닝하면, 복수개의 광 웨이브가이드(500)에 대응하여 복수의 광섬유(301~304)가 조립되는 복수의 광섬유 삽입채널(305a~305d)이 형성된 광섬유 정렬 가이드(400)가 도 7f와 같이 얻어진다.

이어서, 복수개의 코어패턴(510g)가 매입된 복수개의 광 웨이브가이드(500)의 선단부를 45° 각도를 가지는 소잉 블레이드(sawing blade)를 사용하여 가공하면, 광 웨이브가이드(500)의 코어(510,510a~510d)와 광소자(130) 사이의 직교 지점에 45° 각도의 반사면(171)이 형성된다. 그 후, 반사면(171)에 금속층을 형성하여 반사 미러를 형성할 수 있다.

이어서, 노출된 도전성 수직 비아(150)의 상부에 도전성 금속을 증착하여 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립을 형성하여 외부접속단자(160)를 형성한다.

상기 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.

상기 실시예에서는 도전성 수직 비아(150)를 형성하기 위하여 비아 PCB(153)를 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적시키는 방법을 제안하고 있으나, 몰드 몸체(111)를 제조한 후 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 광소자 모듈(101)은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자(130)와 광 IC(140)를 패키지함에 의해 슬림한 형태로 패키징이 이루어질 수 있다.

본 발명의 커넥터 플러그(100)는 도 7d에 도시된 바와 같이, 광소자 모듈(101)을 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 SIP(System In Package)형 웨이퍼(102)를 형성하는 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 광섬유(301~304)를 안착시키기 위한 광섬유 정렬 가이드(400)와 선단부에 반사면(171)이 형성된 광 웨이브가이드(500)를 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성하면 도 7f와 같이 웨이퍼 형태로 얻어진다.

이어서, 웨이퍼(102)를 소잉(sawing)하여 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 복수의 광섬유(301~304)를 고정시킬 수 있는 광 엔진 패키지(Optical Engine Package), 즉, 광 커넥터 플러그(Optical Connector Plug)(100)가 반도체 패키지 타입으로 제조된다.

상기와 같이 얻어진 광 커넥터 플러그(Optical Connector Plug)(100)의 일면에는 도 2와 같이 복수의 복수의 광섬유(301~304)가 조립되는 광섬유 삽입채널(305a~305d)이 형성되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성된 광섬유 삽입채널(305a~305d)에 광섬유(301~304)를 단순히 조립함에 의해 광소자(130)와 반사면(171) 사이의 정렬과 반사면(171)과 광섬유(301~304) 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 높은 정확도를 가지고 실현될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 커넥터 플러그(100)는 웨이퍼 레벨로 웨이퍼(102)에 광섬유의 조립에 필요한 광섬유 정렬 가이드와 반사면을 갖는 광 웨이브가이드를 일체로 형성함에 따라 높은 생산성을 가지게 된다.

본 발명에서는 광소자 모듈(101)을 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자(130)와 광 IC(140)를 패키지함에 의해 300㎛ 두께의 슬림한 형태로 제조되고, 광소자 모듈(101)의 일면에 형성되는 광섬유 정렬 가이드(400)와 광 웨이브가이드(500)를 150㎛ 두께로 구현할 수 있어, 커넥터 플러그(100)의 전체적인 두께를 0.5mm 미만으로 슬림하게 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 반사면을 갖는 광 웨이브가이드가 일체로 형성되고 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드가 광소자 모듈에 설치된 커넥터 플러그를 나타내는 사시도이다.

도 6을 참고하면 제3실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 광소자 모듈(101), 반사면(171)을 갖는 광 웨이브가이드(500), 및 광 웨이브가이드(500)와 광섬유(300;301~304)를 수용하는 요홈이 구비된 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 포함한다.

제1실시예와 제3실시예를 비교하면, 광소자 모듈(101)의 배선층(120)의 표면에 반사면(171)을 갖는 광 웨이브가이드(500)가 일체로 형성된 것은 동일하며, 제1실시예에서는 광섬유(301~304)가 안착되는 광섬유 삽입채널(305a~305d)을 제공하는 광섬유 정렬 가이드(400)가 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성되어 있으나, 제3실시예에서는 광 웨이브가이드(500)와 광섬유(300;301~304)를 수용하면서 광섬유 삽입채널(305;305a~305d)을 형성하도록 요홈이 구비된 광 서브 어셈블리(OSA)(190)가 별도로 제작되어 광소자 모듈(101)와 조립이 이루어지는 점에서 차이가 있다.

제3실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 광 웨이브가이드(500)는 제1실시예와 같이 상기한 광소자 모듈(101)의 배선층(120)의 표면에 일정길이를 가지고 일체로 형성되며, 단일 채널 또는 다채널 구조로서 도 2와 같이 4개 채널이 일체로 형성되고, 선단부에 4개 채널의 반사면(171)이 하나로 정렬되어 형성되어 있다. 상기 반사면(171)은 도 4와 같이 광소자 모듈(101)에 매입 설치된 광소자(130)와 직교하는 위치에 배치된다.

또한, 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 표면에 광 웨이브가이드(500)가 형성될 때, 광 웨이브가이드(500)의 후단부로부터 광소자 모듈(101)의 끝단까지는 광섬유(300;301~304)가 안착되는 공간으로 남겨지는 것이 바람직하다.

광 서브 어셈블리(OSA)(190)는 내측의 선단부에 광 웨이브가이드(500)를 수용하는 넓은 면적의 제1요홈(172)이 배치되고, 후단부에 복수의 광섬유(300;301~304)를 수용하는 복수의 광섬유 삽입채널(305;305a~305d)을 형성하도록 제1요홈(172)으로부터 길이방향으로 길게 형성된 복수의 제2요홈(173)을 형성하는 복수의 채널 가이드가 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

그 결과, 본 발명의 제3실시예에서는 광 웨이브가이드(500)가 일체로 형성된 광소자 모듈(101)의 상부에 광 서브 어셈블리(OSA)(190)가 커버로 결합되어 조립될 때, 광 웨이브가이드(500)의 후단부에는 복수의 광섬유(300;301~304)를 수용하는 클로즈 타입(closed type)의 광섬유 삽입채널(305;305a~305d)이 형성된다.

따라서, 본 발명의 제3실시예에서는 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 광 웨이브가이드(500)가 형성됨에 따라 광소자(130)와 반사면(171) 및 광 웨이브가이드(500) 사이의 정렬이 자동으로 이루어진다. 또한, 광 웨이브가이드(500)와 광섬유(301~304) 사이의 정렬도 광소자 모듈(101)와 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 배치(batch) 프로세스에 의해 웨이퍼 레벨로 제작하고, 광소자 모듈(101)의 웨이퍼와 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 웨이퍼를 웨이퍼 레벨로 조립한 후, 다이싱하면 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 높은 정확도를 갖는 정렬이 실현될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드와 광 웨이브가이드 및 직각 프리즘이 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 길이방향 단면도이다.

도 9를 참고하면 제4실시예에 따른 커넥터 플러그(100c)는 광소자 모듈(101), 광 웨이브가이드(500) 및 직각 프리즘(170)을 포함한다.

제1실시예와 제4실시예를 비교하면, 광소자 모듈(101)의 배선층(120)의 표면에 광 웨이브가이드(500)가 일체로 형성된 것은 동일하며, 제1실시예에서는 광 웨이브가이드(500)의 선단부에 경사진 반사면(171)을 갖는 것이나, 제4실시예에서는 광 웨이브가이드(500)의 선단부가 경사진 구조 대신에 수직면으로 종단되고, 광 웨이브가이드(500)의 수직 종단면에 직각 프리즘(170)이 설치되어 직각 프리즘(170)이 경사진 반사면(171)의 역할을 대신하는 점에서 차이가 있다.

제4실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 직각 프리즘(170)은 반사면(171)과 동일하게 광 엔진(110)에서 발생한 광신호를 광 웨이브가이드(500)를 통하여 광섬유(300)에 전달하거나, 이와 반대로 광섬유(300)와 광 웨이브가이드(500)를 통하여 수신된 광신호를 광 엔진(110)으로 전달하는 역할을 한다.

이를 위해 상기 직각 프리즘(170)은 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광 웨이브가이드(500) 사이의 직교 지점에 배치되며, 그 결과 광신호는 직각 프리즘(170)의 빗변에서 전반사가 이루어져서 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재로서 역할을 한다.

상기 직각 프리즘(170)은 단면이 2등변 직각 삼각형이 되는 전반사 프리즘으로서 투명한 유리 또는 아크릴로 제작될 수 있으며, 2등변 직각 삼각형에서 직각을 이루는 두 변에 수직으로 입사한 광을 빗면에서 90° 편각(angle of deviation)하여 사출하는 역할을 할 수 있다.

제4실시예에 따른 커넥터 플러그(100c)는 반사면(171) 대신에 직각 프리즘(170)이 대체된 점에서 차이가 있을 뿐 커넥터 플러그(100c)의 동작은 제1실시예와 동일하다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기한 실시예에 설명에서는 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재로서 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러로 이루어진 반사면(171) 또는 직각 프리즘(170)을 적용하고 있으나, 광신호의 경로를 90° 변환하는 광학부품이라면 어떤 것도 채용 가능하다.

상기한 실시예 설명에서는 광케이블의 일측 단부에 연결된 제1커넥터 플러그에 대하여 설명하였으나, 광케이블의 타측 단부에 연결된 제2커넥터 플러그도 동일한 구성을 가질 수 있다. 단, 제1커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자가 광신호를 발생하는 레이저 다이오드가 사용된 경우, 제2커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자는 광신호를 수신하는 포토다이오드가 사용되는 점에서 차이가 있다.

본 발명의 커넥터 플러그는 액티브 광 케이블(AOC)을 구성하면서 단말기와 단말기를 상호 연결하도록 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 외부접속단자(160)를 형성할 수도 있다.

또한, 상기 커넥터 플러그의 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격 이외에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

복수의 도전성 스트립으로 외부접속단자(160)를 형성하는 경우는 본 발명의 커넥터 플러그(100)가 도 1과 같이 단말기(10)의 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 경우에 적용될 수 있다.

외부접속단자(160)가 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성되는 경우는 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이의 상호 연결(board-to-board interconnection), 칩과 칩 사이의 상호 연결(chip-to-chip interconnection), 보드와 칩 사이의 상호 연결(board-to-chip interconnection)이나 또는 단말기 메인 보드와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하는 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)에 적용될 수 있다.

이 경우는 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 대신에 커넥터 플러그(100)가 하나의 칩과 같이 솔더 볼이나 금속 범프를 이용하여 보드(board)에 형성된 도전성 전극패드에 솔더링되어 고정 결합되는 것이다.

상기와 같이, 물리적인 교합 포트-커넥터 플러그 결합을 생략함에 따라 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱을 거치지 않고 온-보드 상호 연결이 이루어지게 된다.

그 결과, 온-보드 상호 연결이 이루어지면 신호 경로를 최소한으로 단축함에 의해 신호 저하와 지터를 감소시키고 신호 무결성을 향상시키며, 신호 경로 상의 기생전류성분으로 인해 발생하는 데이터 오류를 감소시킬 수 있으며, 전반적인 보드 개발 작업을 줄여서 엔지니어링 비용을 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 8은 본 발명의 커넥터 플러그가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 응용예를 나타내는 개략 평면도이다.

도 8을 참고하면, 응용예에 따른 커넥터 플러그가 보드에 바로 탑재된 온-보드 상호 연결 구조는 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 커넥터 플러그(100)의 외부접속단자(160)가 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Arrays), DSP, 콘트롤러 등을 구성하는 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 고정 결합되는 경우이다.

즉, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 매칭시킨 후 리플로우(reflow) 공정을 거침에 따라 커넥터 플러그(100)와 보드(41) 사이의 상호 연결이 이루어지게 된다. 이 경우, 외부접속단자(160)의 솔더 볼과 결합되는 보드(41)의 전극패드는 예를 들어, BGA(Ball Grid Arrys), QFN(Quad Flat Non-leaded Package) 등의 구조로 이루어질 수 있다.

상기 보드(board)(41)는 예를 들어, FPGA 또는 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 등을 구성하는 데 사용되는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있으며, 보드(board)(41) 위에는 복수의 집적회로(IC) 칩과 전자 부품(42)이 탑재될 수 있다.

FPGA는 일반적으로 디지털 신호 프로세서(DSP), ASIC 초기버전, 소프트웨어 정의 라디오, 음성인식, 머신러닝 시스템 등의 다양한 분야의 기능성 시스템에 적용되고 있으며, 보드(board)(41)에 1개 또는 2개의 커넥터 플러그(100)가 직접 결합될 수 있으며, 각각 광케이블(300a)을 통하여 이들 시스템을 다른 기능성 보드(시스템) 또는 단말기에 바로 연결하는 역할을 할 수 있다.

더욱이, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 갖는 커넥터 플러그(100) 또는 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP; System in Package) 형태로 복수의 다른 기능을 갖는 집적회로(IC) 칩들이 단일 패키지로 통합되거나, SOC(System on Chip) 형태로 커넥터 플러그(100)를 포함하여 여러가지 기능이 단일 칩에 내장되거나, SoB(System on Board) 또는 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.

상기한 SiP, SoC, SoB 또는 PoP 형태로 함께 패키지가 이루어질 수 있는 집적회로(IC) 칩 또는 기능 소자는 예를 들어, 신호처리 기능을 갖는 프로세서로서 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), DSP(Digital Signal Processor), ISP(Image Signal Processor)의 집적회로 칩(IC Chip), 각종 다기능 처리용 복수의 집적회로(IC)를 필요로 하는 차량용 ECU(Electronic Control Unit), 자율주행 차량, 인공지능(AI) 등의 집적회로 칩(IC Chip)을 들 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명의 커넥터 플러그는 수십 Giga~100G 이상의 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하여 보드와 보드 사이, UHDTV급의 TV와 주변기기 사이의 데이터 전송에 사용되는 액티브 광 케이블(AOC)에 적용할 수 있다.

1; 광 통신 시스템 10,20: 단말기
11,21: 하우징 12,22: 교합포트
13,23: 프로세서 41: 보드
42: 전자 부품 100~100c: 커넥터 플러그
101: 광소자 모듈 102: 웨이퍼
110,210: 광 엔진 120: 배선층
123a,123b: 배선패턴 130: 광소자
140: 광 IC 150: 도전성 수직 비아
160: 외부접속단자 171: 반사면
300a: 광케이블 300~304: 광섬유
305~305d: 광섬유 삽입채널 310: 코어
311: 클래드 400: 광섬유 정렬 가이드
400a:광섬유 정렬 가이드 몸체 401~403: 채널 가이드
500,500a: 광 웨이브가이드 510~510e: 코어
520~520b:클래딩 170: 직각 프리즘

Claims (18)

1. 서로 대향한 제1면과 제2면을 가지며, 상기 제2면을 향하여 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)이 몰드 몸체 내부에 배치되고, 상기 광 엔진의 광신호를 외부로 인출하기 위한 배선층이 형성된 광소자 모듈;
   상기 광소자 모듈의 배선층 상부면에 일체로 형성되며 광신호를 양 방향으로 전달하는 광 웨이브가이드;
   상기 광 웨이브가이드의 선단부에 일체로 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품; 및
   상기 광소자 모듈의 배선층 상부면에 복수의 광섬유가 안착되는 개방구조의 복수의 광섬유 삽입채널을 형성하며 상기 광섬유를 상기 광 웨이브가이드의 후단부에 정렬시키며, 상기 광 웨이브가이드와 일체로 형성되는 광섬유 정렬 가이드;를 포함하며,
   상기 광섬유 정렬 가이드는 광 웨이브가이드의 상부클래딩 및 하부클래딩을 형성하는 폴리머를 사용하여 상기 광 웨이브가이드와 동시에 일체로 형성되는 커넥터 플러그.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 광 웨이브가이드는,
   고굴절률(High Refractive Index) 물질로 이루어진 코어; 및
   상기 코어를 둘러싸며 저굴절률(Low Refractive Index) 물질로 이루어지는 클래딩;을 포함하며,
   상기 코어와 클래딩의 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지는 커넥터 플러그.
5. 제1항에 있어서,
   상기 광학부품은 상기 광 웨이브가이드와 상기 광 엔진의 광소자 사이에 설치되는 프리즘인 커넥터 플러그.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 광섬유 정렬 가이드는
   상기 광소자 모듈의 일면에 일체로 형성되는 광섬유 정렬 가이드 몸체; 및
   상기 광섬유 정렬 가이드 몸체의 내부에 복수의 광섬유가 안착되는 개방 구조의 복수의 광섬유 삽입채널을 형성하는 복수의 채널 가이드;를 포함하는 커넥터 플러그.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광 웨이브가이드는 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지도록 클래딩이 코어를 둘러싸며, 상기 코어는 광신호가 입사하는 입구와 출구가 동일한 면적으로 이루어진 커넥터 플러그.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광 웨이브가이드는 경계면에서 내부 전반사(Total Internal Reflection)가 이루어지도록 클래딩이 코어를 둘러싸며, 상기 코어는 광신호가 입사하는 입구로부터 출구로 향할수록 선광후협의 테이퍼형 구조를 가지는 커넥터 플러그.
10. 제9항에 있어서,
    상기 테이퍼형 구조를 가지는 코어는 다층 구조로 형성되는 커넥터 플러그.
11. 제1항에 있어서,
    상기 광 웨이브가이드는 입구로부터 출구로 향할수록 폭이 좁아지는 테이퍼형 코어를 구비하며,
    상기 커넥터 플러그는 멀티모드 광을 싱글모드 광으로 변환하거나 서로 다른 파장의 광을 멀티플렉싱 또는 디멀티플렉싱하는 데 이용되는 커넥터 플러그.
12. 제1항에 있어서,
    상기 광 엔진(light engine)은 서로 다른 파장의 광을 발생하는 복수의 VCSEL를 포함하며,
    상기 VCSEL들에서 나온 서로 다른 파장의 광은 상기 광 웨이브가이드에서 하나로 합성되는 커넥터 플러그.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 서로 대향한 제1면과 제2면을 가지며, 상기 제2면을 향하여 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진이 배치되고, 상기 광 엔진의 광신호를 외부로 인출하기 위한 배선층이 형성된 광소자 모듈을 준비하는 단계;
    상기 광소자 모듈의 배선층 상부면에 광신호를 양 방향으로 전달하는 광 웨이브가이드 및 상기 광 웨이브가이드의 선단부에 형성되어 상기 광신호를 광 엔진과 광 웨이브가이드 사이에서 전달하는 광학부품을 형성하는 단계; 및
    상기 광소자 모듈의 배선층 상부에 상기 광 웨이브가이드의 후단부에 광섬유가 삽입되는 개방 구조의 광섬유 삽입채널을 갖는 광섬유 정렬 가이드를 일체로 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 광소자 모듈의 배선층 상부에 복수의 광섬유 정렬 가이드와 광 웨이브가이드 및 광학부품을 일체로 형성하는 단계는
    상기 광소자 모듈의 배선층 표면에 저굴절률의 폴리머(polymer)를 사용하여 하부클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 하부클래딩층의 상부에 고굴절률의 폴리머를 사용하여 코어층을 형성한 후, 패터닝하여 복수개의 코어를 간격을 두고 형성하는 단계;
    상기 복수개의 코어를 둘러싸면서 배선층 상부를 덮도록 저굴절률의 폴리머를 사용하여 상부클래딩을 형성한 후, 상기 광 엔진의 광소자와의 직교 지점에 경사면을 형성하여 광학부품과 광 웨이브가이드를 준비하는 단계; 및
    상기 상부클래딩과 하부클래딩을 패터닝하여 상기 광 웨이브가이드의 후단부에 복수의 광섬유가 삽입되는 개방 구조의 복수의 광섬유 삽입채널을 갖는 광섬유 정렬 가이드를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 광섬유 정렬 가이드는 광 웨이브가이드의 상부클래딩 및 하부클래딩을 형성하는 폴리머를 사용하여 상기 광섬유 정렬 가이드와 동시에 형성되는 커넥터 플러그의 제조방법.
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