KR102595923B1 - 광 전송 모듈 및 광 전송 장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈은, 기판; 기판의 제1 면에 배치된 서브 마운트; 서브 마운트의 제1 면에 배치된 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자; 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 이격되어 배치되고 서브 마운트의 제1 면에 마주 보게 배치된 결합부, 결합부로부터 기판의 제1 면 방향으로 연장되어 서브 마운트와 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 둘레에 배치된 몸체를 포함하는 모듈 하우징; 을 포함할 수 있다.
모듈 하우징의 결합부는, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되고 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경의 제1 개구부, 제1 개구부로부터 연장되어 결합부를 관통하는 관통홀, 관통홀과 연결되어 결합부의 외면에 제공된 제2 개구부를 포함하고, 모듈 하우징의 몸체는 기판의 제1 면에 결합될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈은, 기판; 기판의 제1 면에 배치된 서브 마운트; 서브 마운트의 제1 면에 배치된 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자; 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 이격되어 배치되고 서브 마운트의 제1 면에 마주 보게 배치된 결합부, 결합부로부터 기판의 제1 면 방향으로 연장되어 서브 마운트와 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 둘레에 배치된 몸체를 포함하는 모듈 하우징; 을 포함할 수 있다.
모듈 하우징의 결합부는, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되고 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경의 제1 개구부, 제1 개구부로부터 연장되어 결합부를 관통하는 관통홀, 관통홀과 연결되어 결합부의 외면에 제공된 제2 개구부를 포함하고, 모듈 하우징의 몸체는 기판의 제1 면에 결합될 수 있다.
Description
실시 예는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색, 적외선 및 자외선 등 다양한 파장 대역의 빛을 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광원도 구현이 가능하다. 이러한 발광소자는, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한, 이와 같은 수광 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용될 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 가스(Gas)나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 예로서 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소를 이용하여 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로 제공될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 파장 구현이 가능하다.
반도체 소자는 광 통신 분야에도 적용되고 있다. 에로서, 광 전송 장치는 반도체 소자를 포함하는 광 전송 모듈과 광 전송 모듈에 결합된 광 케이블을 포함할 수 있다. 반도체 소자는 광 전송 모듈에 채용되어 결합된 광 케이블의 코어에 광 신호를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 광 전송 모듈의 반도체 소자와 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬이 잘 맞아야 광 신호가 정상적으로 전송될 수 있다.
이를 위하여, 반사경, 프리즘, 렌즈 등의 광학적 수단을 이용하여 반도체 소자에서 방출되는 빔이 광 케이블 코어의 빔 입사면에 수광될 수 있도록 광학적 정렬 공정이 수행되어야 한다. 이에 따라, 광 전송 장치를 제조하기 위한 시간이 많이 소요되며, 제조 비용이 상승되는 단점이 있다. 또한, 광학 정렬을 위한 광학적 수단이 포함되어야 하므로 광 전송 모듈 및 광 전송 장치의 크기를 소형화하는데 어려움이 있다.
실시 예는 소형으로 구현되고 광학적 정렬을 용이하게 할 수 있는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 제공할 수 있다.
실시 예는 제조 단가를 낮추고 제조 공정을 단순화 하여 대량 생산에 적합한 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 제공할 수 있다.
실시 예는 높은 광학적 정렬 방안을 구현하여 결합 효율(coupling efficiency)을 향상시킬 수 있는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈은, 기판; 상기 기판의 제1 면에 배치된 서브 마운트; 상기 서브 마운트의 제1 면에 배치된 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자; 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 이격되어 배치되고 상기 서브 마운트의 제1 면에 마주 보게 배치된 결합부, 상기 결합부로부터 상기 기판의 제1 면 방향으로 연장되어 상기 서브 마운트와 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 둘레에 배치된 몸체를 포함하는 모듈 하우징; 을 포함하고, 상기 모듈 하우징의 상기 결합부는, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되고 상기 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경의 제1 개구부, 상기 제1 개구부로부터 연장되어 상기 결합부를 관통하는 관통홀, 상기 관통홀과 연결되어 상기 결합부의 외면에 제공된 제2 개구부를 포함하고, 상기 모듈 하우징의 상기 몸체는 상기 기판의 제1 면에 결합될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 상기 서브 마운트에 전기적으로 연결되고, 상기 서브 마운트는 상기 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 서브 마운트는 상기 서브 마운트의 제1 면으로부터 상기 기판 방향으로 연장된 제2 면을 포함하고, 상기 모듈 하우징의 상기 몸체는 상기 서브 마운트의 제2 면과 상기 기판의 제1 면에 결합될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 개구부의 직경과 상기 제2 개구부의 직경이 같을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 개구부의 직경이 상기 제2 개구부의 직경에 비해 작을 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈은 상기 몸체와 상기 기판의 제1 면 사이에 배치된 접착층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 서브 마운트에 배치된 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 복수의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자를 포함하고, 상기 결합부는 상기 복수의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 각각의 빔 출사면에 마주 보며 정렬된 복수의 관통홀을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 모듈 하우징은 상기 몸체로부터 상기 기판의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 상기 기판의 둘레에 배치된 연장부를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 몸체의 상기 제1 개구부까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부는 상기 제1 개구부를 제공하는 제1 결합부, 상기 제1 결합부에 연결되어 상기 제2 개구부를 제공하는 제2 결합부를 포함하고, 상기 결합부에 제공되어 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 상기 관통홀은, 상기 제1 결합부에 제공된 제1 관통홀과 상기 제2 결합부에 제공된 제2 관통홀을 포함하고, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 개구부로부터 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역으로 가면서 직경이 감소될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제2 관통홀은 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제2 개구부로 가면서 직경이 같을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제1 관통홀의 직경이 상기 제2 관통홀의 직경에 비해 작을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제1 결합부가 상기 관통홀의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징의 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치는, 기판; 상기 기판의 제1 면에 배치된 서브 마운트; 상기 서브 마운트의 제1 면에 배치된 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자; 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 이격되어 배치되고 상기 서브 마운트의 제1 면에 마주 보게 배치된 결합부, 상기 결합부로부터 상기 기판의 제1 면 방향으로 연장되어 상기 서브 마운트와 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 둘레에 배치된 몸체를 포함하는 모듈 하우징; 을 포함하고, 상기 모듈 하우징의 상기 결합부는, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되고 상기 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경의 제1 개구부, 상기 제1 개구부로부터 연장되어 상기 결합부를 관통하는 관통홀, 상기 관통홀과 연결되어 상기 결합부의 외면에 제공된 제2 개구부를 포함하고, 상기 모듈 하우징의 상기 몸체는 상기 기판의 제1 면에 결합된 광 전송 모듈: 상기 광 전송 모듈의 상기 결합부에 결합되어 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 방출되는 빔을 입사 받는 광 케이블: 을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 광 케이블은 코어와 상기 코어 둘레에 배치된 클래딩을 포함하고, 상기 제1 개구부의 직경은 상기 코어의 직경에 비해 더 클 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 코어의 빔 입사면까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 의하면, 소형으로 구현되고 광학적 정렬을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 의하면, 제조 단가를 낮추고 제조 공정을 단순화 하여 대량 생산에 적합한 장점이 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 의하면, 높은 광학적 정렬 방안을 구현하여 결합 효율(coupling efficiency)을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 광 전송 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 단면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 광 전송 장치에서 반도체 소자에서 발광되는 빔의 발산각도와 광 케이블의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 반도체 소자의 E-E 선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 단면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 광 전송 장치에서 반도체 소자에서 발광되는 빔의 발산각도와 광 케이블의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 반도체 소자의 E-E 선에 따른 단면도이다.
이하 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명하나 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광 전송 모듈을 설명하기로 한다. 도 1은 실시 예에 따른 광 전송 모듈을 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110), 서브 마운트(120), 반도체 소자(130), 모듈 하우징(140)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130)의 결합 및 배치 관계를 고려할 때, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)의 상부 면 위에 배치되는 것으로 설명될 수도 있다.
상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(120)의 제1 면과 상기 기판(110)의 제1 면은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130)의 결합 및 배치 관계를 고려할 때, 상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120)의 상부 면 위에 배치되는 것으로 설명될 수도 있다.
실시 예에 따른 상기 반도체 소자(130)는 발광 다이오드 소자, 레이저 다이오드 소자를 포함하는 발광소자 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 반도체 소자(130)는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 반도체 소자일 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 상부 면에서 상부 방향으로 빔을 방출할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 예를 들어 5도 내지 30도 정도의 빔 화각으로 빔을 상부 방향으로 방출할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 좀 더 구체적으로 15도 내지 20도 정도의 빔 화각으로 빔을 상부 방향으로 방출할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 원형의 빔을 방출하는 발광 애퍼쳐(aperture)(130a)를 포함할 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경은 수 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경은 8 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터의 크기로 형성될 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 예는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 플립칩 본딩 방법, 다이 본딩 방법, 와이어 본딩 방법 등에 의하여 상기 서브 마운트(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 광 전송 모듈은 상기 반도체 소자(130)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 상기 서브 마운트(120)에 전기적으로 결합된 예를 나타낸 것이다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)에 일종의 COB(chip on board) 방법에 의하여 결합될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110) 위에 배치될 수 있다.
상기 서브 마운트(120)는 상기 반도체 소자(130)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(120)는 실리콘(Si) 또는 질화 알루미늄(AlN)과 같은 물질을 기반으로 형성될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 웨이퍼 형태로 형성될 수 있으며, 다이싱과 같은 절단 공정을 통하여 개별 소자에 적용되도록 제공될 수 있다.
예로서, 웨이퍼 형태의 큰 서브 마운트에 상기 반도체 소자(130)가 결합된 후, 절단 공정을 통히여 개별 서브 마운트(120)로 분리될 수 있다. 이때, 상기 서브 마운트(120)의 절단에 의한 서브 마운트(120)의 크기 공정 오차는 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예컨대, 상기 서브 마운트(120)에 대한 다이싱(dicing) 절단에 의한 서브 마운트(120)의 크기 공정 오차는 2 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터에서 제어될 수 있다. 또한, 서브 마운트(120)의 절단을 위하여 설정된 절단선과 실제 절단이 수행된 절단선과의 거리 차이가 2 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터에서 제어될 수 있다.
상기 기판(110)은 상기 서브 마운트(120)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(110)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(120)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(130)의 구동이 제어될 수 있다. 예로서, 상기 기판(110)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있다. 상기 기판(110)은 강성 인쇄회로기판(Rigid PCB), 연성 인쇄회로기판(FPCB) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 서브 마운트(120)에 배치된 복수의 반도체 소자(130)를 포함할 수 있다. 도 2는 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 광 전송 모듈(100)은 4 개의 채널을 갖는 광 전송 장치에 적용되는 경우를 나타낸 것이다. 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)이 4 개의 채널을 갖는 경우, 상기 서브 마운트(120) 위에 4 개의 반도체 소자(130)가 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)에 배치되는 상기 반도체 소자(130)의 수는 채널 수에 대응되도록 배치될 수 있다.
상기 서브 마운트(120)에 배치되는 반도체 소자(130)의 개수는 채널 수에 대응되어 3 개 이하로 배치될 수도 있으며, 5 개 이상으로 배치될 수도 있다. 예로서, 상기 광 전송 모듈(100)이 8 개의 채널을 갖는 광 전송 장치에 적용되는 경우, 8 개의 반도체 소자(130)가 상기 서브 마운트(120)에 배치될 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120) 위에 배치될 수 있고, 예로서 제1 방향 및 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 정렬된 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 또한, 상기 복수의 반도체 소자(130)는 하나의 방향으로 정렬되어 배치될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)는 발광 애퍼쳐(130a)를 포함할 수 있다. 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔은 원형의 광 패턴을 가질 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경은 수 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경은 8 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터의 크기로 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 발광 애퍼쳐(130a)에서 방출되는 빔을 이용하여 신호를 전송할 수 있다.
예로서, 상기 반도체 소자(130)는 가로 길이가 50 마이크로 미터 내지 200 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자(130)의 세로 길이는 50 마이크로 미터 내지 200 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)의 두께는 예로서 80 마이크로 미터 내지 150 마이크로 미터로 형성될 수 있다. 상기 복수의 반도체 소자(130) 간의 간격(p)은 수백 마이크로 미터로 배치될 수 있다. 상기 복수의 반도체 소자(130)간의 간격(p)은 상기 반도체 소자(130)의 크기에 따라 변경될 수 있다. 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 추후 상기 반도체 소자(130)로부터 방출되는 빔을 전달하는 광 케이블과 결합되며, 광 케이블의 직경 크기에 따라 상기 복수의 반도체 소자(130)간의 간격(p)은 변경될 수 있다. 상기 복수의 반도체 소자(130) 간의 간격(p)은 예로서 400 마이크로 미터 내지 600 마이크로 미터로 배치될 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(130)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(120)에 결합될 수 있다. 실시 예에 의하면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 플립칩 본딩 방법을 적용하여 공정 오차를 줄일 수 있다. 도 3은 도 1에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 광 전송 모듈의 반도체 소자와 서브 마운트 간의 플립칩 본딩을 설명하는 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플립칩 본딩 방법을 적용하여 상기 서브 마운트(120)와 상기 반도체 소자(130)를 결합함에 있어, 상기 서브 마운트(120)에 제1 오목부(121)가 제공되고, 상기 반도체 소자(130)에 제2 오목부(131)가 제공될 수 있다. 상기 제1 오목부(121)에 범프(123)가 배치된 후, 열처리가 수행될 수 있다. 이때, 상기 범프(123)가 열처리에 의하여 용융될 수 있으며 상기 제1 오목부(121) 내에 유지될 수 있게 된다. 상기 제1 오목부(121)는 일종의 댐 기능을 수행할 수 있으며, 상기 범프(123)가 상기 제1 오목부(121) 영역에서 외부로 넘치거나 벗어나는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 상기 제1 오목부(121)의 위치와 상기 범프(123) 위치가 높은 정확도로서 제어될 수 있게 된다.
또한, 상기 서브 마운트(120)에 결합되는 상기 반도체 소자(130)의 결합 면에 상기 제2 오목부(131)가 제공될 수 있다. 이에 따라, 플립칩 본딩 방식이 적용되어 상기 서브 마운트(120)에 상기 반도체 소자(130)가 결합됨에 있어, 상기 범프(123)의 위치와 상기 제2 오목부(131)의 위치가 높은 정확도로서 제어될 수 있게 된다. 상기 반도체 소자(130)는 일종의 자기정렬(self-alignment) 방식에 의하여 상기 서브 마운트(120)에 배치될 수 있게 된다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(130)와 상기 서브 마운트(120)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)에 상기 반도체 소자(130)가 배치됨에 있어 5 마이크로 미터 이내의 공정 오차 범위에서 관리될 수 있다.
예로서, 상기 범프(123)는 유테틱 본딩이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 범프(123)는 AuSn, NiSn 또는 InAu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(140)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(140)은 결합부(141)와 몸체(143)를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 결합부(141)와 상기 몸체(143)는 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
상기 결합부(141)는 상기 반도체 소자(120)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 결합부(141)는 상기 반도체 소자(120)의 상부 면으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 결합부(141)의 내면은 상기 반도체 소자(120)의 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 결합부(141)는 상기 서브 마운트(120)의 제1 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(141)의 내면은 상기 서브 마운트(120)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(141)의 내면은 상기 반도체 소자(130)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(141)의 내면은 상기 반도체 소자(130)가 배치된 상기 서브 마운트(120)의 제1 면에 평행하게 배치될 수 있다.
상기 몸체(143)는 상기 결합부(141)로부터 상기 기판(110)의 제1 면 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 반도체 소자(130)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(143)는 캐비티(C)를 제공할 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 캐비티(C) 내에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 캐비티(C)에 배치되어 상기 몸체(143)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 몸체(143)의 내면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 몸체(143)는 상기 기판(110)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(143)의 일면은 상기 서브 마운트(120)가 배치된 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(143)와 상기 기판(110) 사이에 제1 접착층(160)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(160)은 상기 기판(110)과 상기 몸체(143)를 결합시킬 수 있다.
예로서, 상기 제1 접착층(160)은 자외선(UV) 경화형 접착층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 접착층(160)이 자외선 경화형 접착층으로 형성되는 경우, 상기 몸체(143)와 상기 기판(110) 사이에 상기 제1 접착층(160)이 배치된 후, 자외선 조사에 의하여 상기 몸체(143)와 상기 기판(110)이 안정적으로 결합될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 제1 접착층(160)에 자외선을 조사하기 위하여 상기 몸체(143)가 자외선 투과 물질로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(143)는 유리(glass), PC(Polycarbonate) 수지, 아크릴계(Acrylic) 수지, LCP(Liquid Crystal Polymer) 수지, PET(Polyethylene Terephtalate) 수지 등을 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 접착층(160)은 열 경화형 접착층으로 형성될 수도 있다. 상기 제1 접착층(160)이 열 경화형 접착층으로 형성되는 경우, 상기 몸체(143)와 상기 기판(110) 사이에 상기 제1 접착층(160)이 배치된 후, 열 처리 및 압착에 의하여 상기 몸체(143)와 상기 기판(110)이 안정적으로 결합될 수 있다. 예로서, 상기 제1 접착층(160)은 에폭시 계열의 접착층이 적용될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 몸체(143)는 금속(metal), 유리(glass), PC(Polycarbonate) 수지, 아크릴계(Acrylic) 수지, LCP(Liquid Crystal Polymer) 수지, PET(Polyethylene Terephtalate) 수지 등을 포함하는 그룹 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)와 상기 기판(110)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 반도체 소자(130)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(110) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(143)와 상기 서브 마운트(120)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(143)와 상기 서브 마운트(120)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(141)는 관통홀(151), 제1 개구부(153), 제2 개구부(155)를 포함할 수 있다. 상기 관통홀(151)은 상기 결합부(141)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(141)는 복수의 관통홀(151)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(153)는 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(153)는 상기 발광 애퍼처(130a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(153)는 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(153)는 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상기 관통홀(151)은 상기 제1 개구부(153)로부터 연장되어 상기 결합부(141)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(155)는 상기 관통홀(151)과 연결되어 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(155)는 상기 결합부(141)의 외면에 형성될 수 있다. 예로서, 상기 관통홀(151)의 직경은 상기 제1 개구부(153)의 직경과 같게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 개구부(155)의 직경은 상기 제1 개구부(153)의 직경과 같게 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 복수의 반도체 소자(130)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(141)는 상기 복수의 반도체 소자(130)에 대응되는 복수의 관통홀(151)을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 모듈 하우징(140)은 연장부(145)를 포함할 수 있다. 상기 연장부(145)는 상기 몸체(143)로부터 상기 기판(110) 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 연장부(145)는 상기 몸체(143)로부터 상기 기판(110)의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 연장부(145)는 상기 기판(110)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 연장부(145)에 의하여 둘러 싸여져 제공되는 공간에 상기 기판(110)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 연장부(145)가 상기 기판(110)에 결합될 수도 있다. 상기 연장부(145)와 상기 기판(110) 사이에 접착층이 더 배치될 수도 있다. 예로서, 상기 결합부(141), 상기 몸체(143), 상기 연장부(145)는 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면의 직경, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도, 상기 관통홀(151)에 배치되어 상기 반도체 소자(130)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블의 코어 직경에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블의 코어에 모두 입사될 수 있도록 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 뒤에서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130), 상기 모듈 하우징(140) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 상기 모듈 하우징(140)에 제공된 관통홀(151)의 중심축과 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 개구부(153)까지의 거리(ℓ)가 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(130)에서 방출되는 빔이 상기 개구부(153)에 결합될 광 케이블의 코어에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)에 의하면 상기 관통홀(151)에 광 케이블이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(130)와 상기 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 반도체 소자(130)와 광 케이블의 코어 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 모듈의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 모듈의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(100)에 광 케이블을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 방출하는 반도체 소자(130)와 광 케이블 코어 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 실제 제품 적용 단계에 있어서, 이상에서 설명된 상기 광 전송 모듈(100)이 하나의 부품 형태로서 공급될 수도 있지만, 상기 광 전송 모듈(100)에 광 케이블이 결합된 광 전송 장치 형태로 공급될 수도 있다.
그러면, 도 5를 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 장치를 설명한다. 도 5는 실시 예에 따른 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(100)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(100)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(100)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(100)로부터 제공되는 빔을 입사 받을 수 있다.
예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다. 상기 클래딩(820)은 상기 코어(810) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 광 전송 모듈(100)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 입사될 수 있도록, 상기 광 케이블(800)과 상기 광 전송 모듈(100)이 결합될 수 있다.
실시 예에 의하면, 도 5에서 상기 광 케이블(800)을 설명함에 있어, 상기 코어(810)와 상기 코어(810) 둘레에 배치된 상기 클래딩(820) 만을 도시하였다. 그러나, 알려진 바와 같이, 상기 광 케이블(800)은 상기 클래딩(820) 둘레에 배치된 보호층을 더 포함할 수도 있다. 즉, 실시 예에 의하면, 상기 광 케이블(800)이 상기 광 전송 모듈(100)에 결합됨에 있어, 상기 클래딩(820)의 외주면이 상기 광 전송 모듈(100)에 접촉되어 결합되도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 광 케이블(800)이 상기 광 전송 모듈(100)에 결합됨에 있어, 상기 클래딩(820)의 둘레에 배치된 보호층이 상기 광 전송 모듈(100)에 접촉되어 결합되도록 배치될 수도 있다
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(110), 서브 마운트(120), 반도체 소자(130), 모듈 하우징(140)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(140)은 결합부(141), 몸체(143), 연장부(145)를 포함할 수 있다.
예로서, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120) 위에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)는 상기 서브 마운트(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 광 전송 모듈은 상기 반도체 소자(130)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 상기 서브 마운트(120)에 전기적으로 결합된 예를 나타낸 것이다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(120)는 상기 반도체 소자(130)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(120)는 상기 기판(110)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 상기 서브 마운트(120)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(110)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(120)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(130)의 구동이 제어될 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(130)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(120) 위에 배치될 수 있다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(130)와 상기 서브 마운트(120)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다.
상기 몸체(143)는 상기 기판(110)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(143)의 일면은 상기 서브 마운트(120)가 배치된 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(143)와 상기 기판(110) 사이에 제1 접착층(160)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(160)은 상기 기판(110)과 상기 몸체(143)를 결합시킬 수 있다.
한편, 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)와 상기 기판(110)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 반도체 소자(130)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(120)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(110) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(143)는 상기 서브 마운트(120)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(143)와 상기 서브 마운트(120)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(143)와 상기 서브 마운트(120)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(141)는 관통홀(151), 제1 개구부(153), 제2 개구부(155)를 포함할 수 있다. 상기 관통홀(151)은 상기 결합부(141)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(141)는 복수의 관통홀(151)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(153)는 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(153)는 상기 발광 애퍼처(130a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(153)는 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(153)는 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상기 관통홀(151)은 상기 제1 개구부(153)로부터 연장되어 상기 결합부(141)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(155)는 상기 관통홀(151)과 연결되어 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(155)는 상기 결합부(141)의 외면에 형성될 수 있다. 예로서, 상기 관통홀(151)의 직경은 상기 제1 개구부(153)의 직경과 같게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 개구부(155)의 직경은 상기 제1 개구부(153)의 직경과 같게 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(100)은 복수의 반도체 소자(130)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(141)는 상기 복수의 반도체 소자(130)에 대응되는 복수의 관통홀(151)을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(151)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제1 개구부(153)에 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면이 상기 제1 개구부(153)를 제공하는 상기 결합부(141)의 내면에 정렬되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)와 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 같을 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면의 직경, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도, 상기 관통홀(151)에 배치되어 상기 반도체 소자(130)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블(800)의 코어(810) 직경에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
그러면, 도 6을 참조하여, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에서 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)에 대하여 살펴 보기로 한다. 도 6은 실시 예에 따른 광 전송 장치에서 반도체 소자에서 발광되는 빔의 발산각도와 광 케이블의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)는 발광 애퍼쳐(130a)를 포함할 수 있다. 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔은 원형의 광 패턴을 가질 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)은 수 마이크로 미터일 수 있다. 예로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)은 8 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터의 크기로 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자(130)는 상기 발광 애퍼쳐(130a)에서 방출되는 빔을 이용하여 신호를 전송할 수 있다.
상기 반도체 소자(130)는 예로서 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로 형성될 수 있으며 상부 면에서 상부 방향으로 빔을 방출할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자(130)는 예를 들어 5도 내지 30도 정도의 빔 화각(θ)으로 빔을 상부 방향으로 방출할 수 있다. 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자(130)는 좀 더 구체적으로 15도 내지 20도 정도의 발산 각도(θ)로서 빔을 방출할 수 있다.
예를 들어, 상기 코어(810)는 수십 마이크로 미터의 직경(b)으로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 코어(810)의 직경(b)은 55 마이크로 미터 내지 70 마이크로 미터로 형성될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a), 상기 코어(810)의 직경(b), 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ)가 주어진 경우, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 최대 거리(x)는 다음 [수학식 1]에 의하여 산출될 수 있다.
[수힉식 1]
tan(θ/2)=(b-a)/2x
상기 [수학식 1]로부터, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
이때, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 다음과 같은 변화 범위에서 산출되었다.
- 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a): 8 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터
- 상기 코어(810)의 직경(b): 55 마이크로 미터 내지 70 마이크로 미터
- 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ): 5도 내지 30도
즉, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)이 10 마이크로 미터이고, 상기 코어(810)의 직경(b)이 55 마이크로 미터이고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ)가 30도인 경우에, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터로 계산될 수 있다.
그리고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)이 8 마이크로 미터이고, 상기 코어(810)의 직경(b)이 70 마이크로 미터이고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ)가 5도인 경우에, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 710 마이크로 미터로 계산될 수 있다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
예로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)이 10 마이크로 미터이고, 상기 코어(810)의 직경(b)이 60 마이크로 미터이고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ)가 15도로 제공되는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략 190 마이크로 미터로 산출된다.
또한, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 직경(a)이 10 마이크로 미터이고, 상기 코어(810)의 직경(b)이 60 마이크로 미터이고, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 발산 각도(θ)가 20도로 제공되는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(130a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략 142 마이크로 미터로 산출된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(110), 상기 서브 마운트(120), 상기 반도체 소자(130), 상기 모듈 하우징(140) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(140)에 제공된 관통홀(151)의 중심축과 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(151)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(130)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(151)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(130)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(100)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(100)에 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 제공하는 반도체 소자(130)와 광 케이블(800) 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 광 전송 모듈(100)과 상기 광 케이블(800) 간의 결합 시에 공정 오차에 의하여, 상기 코어(810)의 빔 입사면의 위치는 상기 제1 개구부(513)로부터 상기 반도체 소자(130) 방향으로 일부 돌출되어 제공될 수도 있고, 상기 제1 개구부(513)로부터 상기 제2 개구부(515) 방향으로 상기 관통홀(151) 내로 들어가게 제공될 수도 있다. 이때, 상기 광 전송 모듈(100)과 상기 광 케이블(800) 간의 결합은 예로서 자외선 경화형 접착제 등을 통하여 수행될 수 있다.
물론, 실시 예에 따른 광 전송 장치에 의하면, 이러한 경우에도, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리를 조정함으로써, 상기 반도체 소자(130)에서 제공되는 빔이 손실 없이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 들어갈 수 있게 된다.
한편, 이러한 공정 오차가 발생되는 것을 줄이기 위한 하나의 방안으로서 도 7에 도시된 광 전송 장치가 제안될 수 있다. 도 7은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(200)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(200)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(200)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(200)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(200)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(210), 서브 마운트(220), 반도체 소자(230), 모듈 하우징(240)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(240)은 결합부(241), 몸체(243), 연장부(245)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 모듈 하우징(240)은 상기 결합부(241)에 배치된 돌출부(242)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(242)에 의하여 상기 광 케이블(800)이 상기 결합부(241)에 결합되는 위치가 용이하게 결정될 수 있다. 예로서, 상기 돌출부(242)에 의하여 상기 광 케이블(800)의 삽입되는 위치가 결정될 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상가 광 전송 모듈(200)에 상기 광 케이블(800)을 결합함에 있어, 상기 광 케이블(800)이 상기 돌출부(242)에 의하여 걸릴 때까지 삽입하면 되므로, 상기 광 케이블(800)의 배치 위치가 명확하게 결정될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리가 명확하게 결정될 수 있게 된다.
예로서, 상기 서브 마운트(220)는 상기 기판(210) 위에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 기판(210)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(230)는 상기 서브 마운트(220) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(230)는 상기 서브 마운트(220)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(220)의 제1 면과 상기 기판(210)의 제1 면은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(230)는 상기 서브 마운트(220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 기판(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(220)는 상기 반도체 소자(230)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(220)는 상기 기판(210)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다.
상기 기판(210)은 상기 서브 마운트(220)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(210)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(220)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(210), 상기 서브 마운트(220), 상기 반도체 소자(230)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(230)의 구동이 제어될 수 있다. 예로서, 상기 기판(210)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있다. 상기 기판(210)은 강성 인쇄회로기판(Rigid PCB), 연성 인쇄회로기판(FPCB) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(230)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(220) 위에 배치될 수 있다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(230)와 상기 서브 마운트(220)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(200)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 모듈 하우징(240)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(240)은 결합부(241)와 몸체(243)를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 결합부(241)와 상기 몸체(243)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 결합부(241)는 상기 반도체 소자(220)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 결합부(241)는 상기 반도체 소자(220)의 상부 면으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 결합부(241)의 내면은 상기 반도체 소자(220)의 발광 애퍼쳐(230a)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 결합부(241)는 상기 서브 마운트(220)의 제1 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(241)의 내면은 상기 서브 마운트(220)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(241)의 내면은 상기 반도체 소자(230)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(241)의 내면은 상기 반도체 소자(230)가 배치된 상기 서브 마운트(220)의 제1 면에 평행하게 배치될 수 있다.
상기 몸체(243)는 상기 결합부(241)로부터 상기 기판(210)의 제1 면 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 몸체(243)는 상기 서브 마운트(220)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(243)는 상기 반도체 소자(230)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(243)는 캐비티(C)를 제공할 수 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 캐비티(C) 내에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 캐비티(C)에 배치되어 상기 몸체(243)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(230)는 상기 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(230)는 상기 몸쳬(243)의 내면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 몸체(243)는 상기 기판(210)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(243)는 상기 기판(210)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(243)의 일면은 상기 서브 마운트(220)가 배치된 상기 기판(210)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(243)와 상기 기판(210) 사이에 제1 접착층(260)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(260)은 상기 기판(210)과 상기 몸체(243)를 결합시킬 수 있다.
한편, 상기 몸체(243)는 상기 서브 마운트(220)와 상기 기판(210)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 반도체 소자(230)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(220)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(210) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(243)는 상기 서브 마운트(220)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(243)는 상기 서브 마운트(220)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(243)와 상기 서브 마운트(220)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(243)와 상기 서브 마운트(220)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(241)는 돌출부(242), 관통홀(251), 제1 개구부(253), 제2 개구부(255)를 포함할 수 있다. 상기 관통홀(251)은 상기 결합부(241)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(241)는 복수의 관통홀(251)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(253)는 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(253)는 상기 발광 애퍼처(230a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(253)는 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(253)는 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상기 관통홀(251)은 상기 제1 개구부(253)로부터 연장되어 상기 결합부(241)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(255)는 상기 관통홀(251)과 연결되어 형성될 수 있다. 상기 제2 개구부(155)는 상기 결합부(241)의 외면에 형성될 수 있다. 예로서, 상기 관통홀(251)의 직경은 상기 제1 개구부(253)의 직경과 상기 제2 개구부(255)의 직경이 서로 다르게 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(253)의 직경은 상기 돌출부(242)에 의하여 정의될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(200)은 복수의 반도체 소자(230)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(241)는 상기 복수의 반도체 소자(230)에 대응되는 복수의 관통홀(251)을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 모듈 하우징(240)은 연장부(245)를 포함할 수 있다. 상기 연장부(245)는 상기 몸체(243)로부터 상기 기판(210) 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 연장부(245)는 상기 몸체(243)로부터 상기 기판(210)의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 연장부(245)는 상기 기판(210)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 연장부(245)에 의하여 둘러 싸여져 제공되는 공간에 상기 기판(210)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 연장부(245)가 상기 기판(210)에 결합될 수도 있다. 상기 연장부(245)와 상기 기판(210) 사이에 접착층이 더 배치될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(130)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(130a)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(140)의 상기 제1 개구부(153)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(251)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제1 개구부(253)에 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 관통홀(251)을 통하여 상기 제1 개구부(253)를 정의하는 상기 돌출부(242)가 제공된 위치까지 삽입되어 결합될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면이 상기 제1 개구부(253)를 제공하는 상기 돌출부(242) 위치에 정렬되어 배치될 수 있다.
예로서, 상기 돌출부(242)는 상기 관통홀(251)의 측벽에서 상기 관통홀(251)의 중심 축 방향으로 돌출되어 제공될 수 있다. 상기 돌출부(242)는 상기 광 케이블(800)과 상기 반도체 소자(230) 사이에 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면의 직경(a), 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도(θ), 상기 관통홀(251)에 배치되어 상기 반도체 소자(230)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블(800)의 코어(810) 직경(b)에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(230a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(210), 상기 서브 마운트(220), 상기 반도체 소자(230), 상기 모듈 하우징(240) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(240)에 제공된 관통홀(251)의 중심축과 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(251)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(230a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(230)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(230)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(251)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(230)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(200)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(200)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 방출하는 상기 반도체 소자(230)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 8은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(300)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(300)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(300)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(300)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(300)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(310), 서브 마운트(320), 반도체 소자(330), 모듈 하우징(340)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(340)은 결합부(341), 몸체(343), 연장부(345)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(341)는 제1 결합부(341a), 제2 결합부(341b), 돌출부(342)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(341)는 제1 개구부(353)를 제공하는 상기 제1 결합부(341a)와, 상기 제1 결합부(341a)에 연결되어 제2 개구부(355)를 제공하는 상기 제2 결합부(341b)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(341)는 관통홀(351)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(351)은 상기 결합부(341)에 형성되어 상기 제1 개구부(353)와 상기 제2 개구부(355)를 연결할 수 있다. 상기 관통홀(351)은 제1 관통홀(351a)과 제2 관통홀(351b)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(351)은 상기 제1 결합부(341a)에 형성된 제1 관통홀(351a)과 상기 제2 결합부(341b)에 형성된 상기 제2 관통홀(351b)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 제1 관통홀(351a)은 상기 제1 개구부(353)로부터 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)가 접하는 영역(341f)방향으로 직경이 감소되게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)가 접하는 영역(341f)에 상기 돌출부(342)가 배치될 수 있다.
상기 제2 관통홀(351b)은 상기 제1 결합부(351a)와 상기 제2 결합부(351b)가 접하는 영역(341f)에서 상기 제2 개구부(355)까지 직경이 같게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(351b)은 상기 돌출부(342)로부터 상기 제2 개구부(355)까지 직경이 같게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)가 접하는 영역(341f)에서 상기 제1 관통홀(351a)의 직경이 상기 제2 관통홀(351b)의 직경에 비해 작게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)가 접하는 영역(341f)에서 상기 제1 결합부(341a)가 상기 관통홀(351)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 돌출부(342)가 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)가 접하는 영역(341f)에서 상기 제1 관통홀(351a)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다.
상기 돌출부(342)에 의하여 상기 광 케이블(800)이 상기 결합부(341)에 배치되는 위치가 용이하게 결정될 수 있다. 예로서, 상기 돌출부(342)에 의하여 상기 광 케이블(800)의 삽입되는 위치가 결정될 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상기 광 전송 모듈(300)에 상기 광 케이블(800)을 결합함에 있어, 상기 광 케이블(800)이 상기 제2 관통홀(351b)을 통하여 상기 돌출부(342)에 의하여 걸릴 때까지 삽입하면 되므로, 상기 광 케이블(800)의 결합 위치가 명확하게 결정될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리가 명확하게 결정될 수 있게 된다.
예로서, 상기 서브 마운트(320)는 상기 기판(310) 위에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 기판(310)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(330)는 상기 서브 마운트(320) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(330)는 상기 서브 마운트(320)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(320)의 제1 면과 상기 기판(310)의 제1 면은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(330)는 상기 서브 마운트(320)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 8에 도시된 광 전송 모듈(300)은 상기 반도체 소자(330)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 상기 서브 마운트(320)에 전기적으로 결합된 예를 나타낸 것이다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 기판(310)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(320)는 상기 반도체 소자(330)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(320)는 상기 기판(310)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(320)는 웨이퍼 형태로 형성될 수 있으며, 다이싱과 같은 절단 공정을 통하여 개별 소자에 적용되도록 분리될 수 있다.
예로서, 웨이퍼 형태의 큰 서브 마운트에 상기 반도체 소자(330)가 결합된 후, 절단 공정을 통히여 개별 서브 마운트(320)로 분리될 수 있다. 이때, 상기 서브 마운트(320)의 절단에 의한 서브 마운트(320)의 크기 공정 오차는 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예컨대, 상기 서브 마운트(320)에 대한 다이싱(dicing) 절단에 의한 서브 마운트(320)의 크기 공정 오차는 2 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터에서 제어될 수 있다. 또한, 서브 마운트(320)의 절단을 위하여 설정된 절단선과 실제 절단이 수행된 절단선과의 거리 차이가 2 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터에서 제어될 수 있다.
상기 기판(310)은 상기 서브 마운트(320)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(310)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(320)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(310), 상기 서브 마운트(320), 상기 반도체 소자(330)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(330)의 구동이 제어될 수 있다. 예로서, 상기 기판(310)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있다. 상기 기판(310)은 강성 인쇄회로기판(Rigid PCB), 연성 인쇄회로기판(FPCB) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(330)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(320)에 결합될 수 있다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(330)와 상기 서브 마운트(320)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(300)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 모듈 하우징(340)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(340)은 결합부(341)와 몸체(343)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(341)는 상기 제1 결합부(341a)와 상기 제2 결합부(341b)를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 결합부(341)와 상기 몸체(343)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 결합부(341)는 상기 반도체 소자(320)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 결합부(341)는 상기 반도체 소자(320)의 상부 면으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 결합부(341)의 내면은 상기 반도체 소자(320)의 발광 애퍼쳐(330a)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 결합부(341)는 상기 서브 마운트(320)의 제1 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(341)의 내면은 상기 서브 마운트(320)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(341)의 내면은 상기 반도체 소자(330)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(341)의 내면은 상기 반도체 소자(330)가 배치된 상기 서브 마운트(320)의 제1 면에 평행하게 배치될 수 있다.
상기 몸체(343)는 상기 결합부(341)로부터 상기 기판(310)의 제1 면 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 몸체(343)는 상기 서브 마운트(320)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(343)는 상기 반도체 소자(330)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(343)는 캐비티(C)를 제공할 수 있다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 캐비티(C) 내에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 캐비티(C)에 배치되어 상기 몸체(343)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(330)는 상기 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(330)는 상기 몸쳬(343)의 내면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 몸체(343)는 상기 기판(310)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(343)는 상기 기판(310)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(343)의 일면은 상기 서브 마운트(320)가 배치된 상기 기판(310)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(343)와 상기 기판(310) 사이에 제1 접착층(360)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(360)은 상기 기판(310)과 상기 몸체(343)를 결합시킬 수 있다.
한편, 상기 몸체(343)는 상기 서브 마운트(320)와 상기 기판(310)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 반도체 소자(330)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(320)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(310) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(343)는 상기 서브 마운트(320)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(343)는 상기 서브 마운트(320)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(343)와 상기 서브 마운트(320)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(343)와 상기 서브 마운트(320)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(341)는 돌출부(342), 제1 관통홀(351a), 제2 관통홀(351b), 제1 개구부(353), 제2 개구부(355)를 포함할 수 있다. 상기 제1 관통홀(351a)은 상기 제1 결합부(341a)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 제2 관통홀(351b)은 상기 제2 결합부(341b)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(341)는 복수의 관통홀(351)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(353)는 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(353)는 상기 발광 애퍼처(330a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(353)는 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(353)는 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 개구부(353)의 직경은 상기 반도체 소자(330)의 크기에 비해 더 크게 형성될 수도 있다. 이와 같이 제공되는 경우, 상기 반도체 소자(330)의 일부 영역이 상기 제1 개구부(353) 내에 배치될 수도 있다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(330)로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지를 거리를 줄일 수 있게 된다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(300)은 복수의 반도체 소자(330)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(341)는 상기 복수의 반도체 소자(330)에 대응되는 복수의 관통홀(351)을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 모듈 하우징(340)은 연장부(345)를 포함할 수 있다. 상기 연장부(345)는 상기 몸체(343)로부터 상기 기판(310) 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 연장부(345)는 상기 몸체(343)로부터 상기 기판(310)의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 연장부(345)는 상기 기판(310)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 연장부(345)에 의하여 둘러 싸여져 제공되는 공간에 상기 기판(310)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 연장부(345)가 상기 기판(310)에 결합될 수도 있다. 상기 연장부(145)와 상기 기판(110) 사이에 접착층이 더 배치될 수도 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(351)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(351b)에 결합되어 배치될 수 있다. 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(351b)을 통하여 상기 제1 관통홀(351a)을 정의하는 상기 돌출부(342)가 제공된 위치까지 삽입되어 결합될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면이 상기 제1 관통홀(351a)을 제공하는 상기 돌출부(342) 위치에 정렬되어 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면의 직경(a), 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도(θ), 상기 관통홀(351)에 배치되어 상기 반도체 소자(330)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블(800)의 코어(810)의 직경(b)에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(330a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(310), 상기 서브 마운트(320), 상기 반도체 소자(330), 상기 모듈 하우징(340) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(340)에 제공된 관통홀(351)의 중심축과 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(351)에 제공되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(330a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(330)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(330)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(351)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(330)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(300)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(300)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 제공하는 상기 반도체 소자(330)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 9는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(400)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(400)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(400)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(400)로부터 제공되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(400)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(410), 서브 마운트(420), 반도체 소자(430), 모듈 하우징(440)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(440)은 결합부(441), 몸체(443), 연장부(445)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(441)는 제1 결합부(441a), 제2 결합부(441b), 돌출부(442)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(441)는 제1 개구부(453)를 제공하는 상기 제1 결합부(441a)와, 상기 제1 결합부(441a)에 연결되어 제2 개구부(455)를 제공하는 상기 제2 결합부(441b)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(441)는 관통홀(451)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(451)은 상기 결합부(441)에 형성되어 상기 제1 개구부(453)와 상기 제2 개구부(455)를 연결할 수 있다. 상기 관통홀(451)은 제1 관통홀(451a)과 제2 관통홀(451b)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(451)은 상기 제1 결합부(441a)에 형성된 제1 관통홀(451a)과 상기 제2 결합부(441b)에 형성된 상기 제2 관통홀(451b)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 제1 관통홀(451a)은 상기 제1 개구부(453)로부터 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)가 접하는 영역(441f) 방향으로 직경이 감소되게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)가 접하는 영역(441f)에 상기 돌출부(442)가 배치될 수 있다.
상기 제2 관통홀(451b)은 상기 제1 결합부(451a)와 상기 제2 결합부(451b)가 접하는 영역(441f)으로부터 상기 제2 개구부(455)로 가면서 직경이 같게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(451b)은 상기 돌출부(442)로부터 상기 제2 개구부(455)까지 직경이 같게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)가 접하는 영역(441f)에서 상기 제1 관통홀(451a)의 직경이 상기 제2 관통홀(451b)의 직경에 비해 작게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)가 접하는 영역(441f)에서 상기 제1 결합부(441a)가 상기 관통홀(451)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다. 상기 돌출부(442)가 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)가 접하는 영역(441f)에서 상기 제1 관통홀(451a)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다.
상기 돌출부(442)에 의하여 상기 광 케이블(800)이 상기 결합부(441)에 결합되는 위치가 용이하게 결정될 수 있다. 예로서, 상기 돌출부(442)에 의하여 상기 광 케이블(800)의 삽입되는 위치가 결정될 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상가 광 전송 모듈(400)에 상기 광 케이블(800)을 결합함에 있어, 상기 광 케이블(800)이 상기 제2 관통홀(451b)을 통하여 상기 돌출부(442)에 의하여 걸릴 때까지 삽입하면 되므로, 상기 광 케이블(800)의 결합 위치가 명확하게 결정될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리가 명확하게 결정될 수 있게 된다.
예로서, 상기 서브 마운트(420)는 상기 기판(410) 위에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 기판(410)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(430)는 상기 서브 마운트(420) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(430)는 상기 서브 마운트(420)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(420)의 제1 면과 상기 기판(410)의 제1 면은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(430)는 상기 서브 마운트(420)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 9에 도시된 광 전송 모듈(400)은 상기 반도체 소자(430)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 상기 서브 마운트(420)에 전기적으로 결합된 예를 나타낸 것이다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 기판(410)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(420)는 상기 반도체 소자(430)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(420)는 상기 기판(410)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다.
상기 기판(410)은 상기 서브 마운트(420)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(410)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(420)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(410), 상기 서브 마운트(420), 상기 반도체 소자(430)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(430)의 구동이 제어될 수 있다. 예로서, 상기 기판(410)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있다. 상기 기판(410)은 강성 인쇄회로기판(Rigid PCB), 연성 인쇄회로기판(FPCB) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(430)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(420)에 배치될 수 있다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(430)와 상기 서브 마운트(420)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(400)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 모듈 하우징(440)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(440)은 결합부(441)와 몸체(443)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(441)는 상기 제1 결합부(441a)와 상기 제2 결합부(441b)를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 결합부(441)와 상기 몸체(443)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 결합부(441)는 상기 반도체 소자(420)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 결합부(441)는 상기 반도체 소자(420)의 상부 면으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 결합부(441)의 내면은 상기 반도체 소자(420)의 발광 애퍼쳐(430a)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 결합부(441)는 상기 서브 마운트(420)의 제1 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(441)의 내면은 상기 서브 마운트(420)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(441)의 내면은 상기 반도체 소자(430)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(441)의 내면은 상기 반도체 소자(430)가 배치된 상기 서브 마운트(420)의 제1 면에 평행하게 배치될 수 있다.
상기 몸체(443)는 상기 결합부(441)로부터 상기 기판(410)의 제1 면 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 몸체(443)는 상기 서브 마운트(420)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(443)는 상기 반도체 소자(430)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(443)는 캐비티(C)를 제공할 수 있다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 캐비티(C) 내에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 캐비티(C)에 배치되어 상기 몸체(443)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(430)는 상기 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(430)는 상기 몸쳬(443)의 내면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 몸체(443)는 상기 기판(410)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(443)는 상기 기판(410)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(443)의 일면은 상기 서브 마운트(420)가 배치된 상기 기판(410)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(443)와 상기 기판(410) 사이에 제1 접착층(460)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(460)은 상기 기판(410)과 상기 몸체(443)를 결합시킬 수 있다.
예로서, 상기 제1 접착층(460)은 자외선 경화형 접착층 또는 열 경화형 접착층으로 제공될 수 있다. 상기 제1 접착층(460)이 열 경화형 접착층으로 제공되는 경우, 상기 몸체(443)와 상기 기판(410) 사이에 상기 제1 접착층(460)이 배치된 후, 열 처리 및 압착에 의하여 상기 몸체(443)와 상기 기판(410)이 안정적으로 결합될 수 있다.
이때, 접착 공정에서 압력이 가해지는 경우, 상기 몸체(443)에 둘러 싸여져 제공된 캐비티(C) 내의 공기를 외부로 배출시킬 필요가 있다. 이에 따라, 실시 예에 의하면 상기 몸체(443)에 제3 관통홀(470)이 제공될 수 있도록 하였다. 상기 제3 관통홀(470)에 의하여 접착 공정에서 내부 공기가 외부로 배출될 수 있게 되며 결합 대상물들이 서로 틸트되어 정렬이 틀어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
예로서, 상기 제3 관통홀(470)은 상기 몸체(443)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 9의 영역 Q에 도시된 바와 같이, 상기 제3 관통홀(470)을 제공하는 상기 몸체(443)와 상기 연결부(441)가 접하는 영역에 단차가 형성될 수 있다.
한편, 상기 몸체(443)는 상기 서브 마운트(420)와 상기 기판(410)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 반도체 소자(430)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(420)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(410) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(443)는 상기 서브 마운트(420)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(443)는 상기 서브 마운트(420)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(443)와 상기 서브 마운트(420)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(443)와 상기 서브 마운트(420)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(441)는 돌출부(442), 제1 관통홀(451a), 제2 관통홀(451b), 제1 개구부(453), 제2 개구부(455)를 포함할 수 있다. 상기 제1 관통홀(451a)은 상기 제1 결합부(441a)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 제2 관통홀(451b)은 상기 제2 결합부(441b)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(441)는 복수의 관통홀(451)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(453)는 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(453)는 상기 발광 애퍼처(430a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(453)는 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(453)는 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 개구부(453)의 직경은 상기 반도체 소자(430)의 크기에 비해 더 크게 형성될 수도 있다. 이와 같이 제공되는 경우, 상기 반도체 소자(430)의 일부 영역이 상기 제1 개구부(453) 내에 배치될 수도 있다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(430)로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지를 거리를 줄일 수 있게 된다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(400)은 복수의 반도체 소자(430)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(441)는 상기 복수의 반도체 소자(430)에 대응되는 복수의 관통홀(451)을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 모듈 하우징(440)은 연장부(445)를 포함할 수 있다. 상기 연장부(445)는 상기 몸체(443)로부터 상기 기판(410) 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 연장부(445)는 상기 몸체(443)로부터 상기 기판(410)의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 연장부(445)는 상기 기판(410)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 연장부(445)에 의하여 둘러 싸여져 제공되는 공간에 상기 기판(410)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 연장부(445)가 상기 기판(410)에 결합될 수도 있다. 상기 연장부(445)와 상기 기판(410) 사이에 접착층이 더 배치될 수도 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(451)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(451b)에 결합되어 배치될 수 있다. 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(451b)을 통하여 상기 제1 관통홀(451a)을 정의하는 상기 돌출부(442)가 제공된 위치까지 삽입되어 결합될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면이 상기 제1 관통홀(451a)을 제공하는 상기 돌출부(442) 위치에 정렬되어 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면의 직경(a), 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도(θ), 상기 관통홀(451)에 배치되어 상기 반도체 소자(430)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블(800)의 코어(810)의 직경(b)에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(430a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(410), 상기 서브 마운트(420), 상기 반도체 소자(430), 상기 모듈 하우징(440) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(440)에 제공된 관통홀(451)의 중심축과 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(451)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(430a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(430)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(430)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(451)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(430)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(400)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(400)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 방출하는 상기 반도체 소자(430)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 10은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(500)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(500)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(500)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(500)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(500)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(510), 서브 마운트(520), 반도체 소자(530), 모듈 하우징(540)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(540)은 결합부(541), 몸체(543), 연장부(545)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(541)는 제1 결합부(541a), 제2 결합부(541b), 돌출부(542)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(541)는 제1 개구부(553)를 제공하는 상기 제1 결합부(541a)와, 상기 제1 결합부(541a)에 연결되어 제2 개구부(555)를 제공하는 상기 제2 결합부(541b)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(541)는 관통홀(551)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(551)은 상기 결합부(541)에 형성되어 상기 제1 개구부(553)와 상기 제2 개구부(555)를 연결할 수 있다. 상기 관통홀(551)은 제1 관통홀(551a)과 제2 관통홀(551b)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(551)은 상기 제1 결합부(541a)에 형성된 제1 관통홀(551a)과 상기 제2 결합부(541b)에 형성된 상기 제2 관통홀(551b)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 제1 관통홀(551a)은 상기 제1 개구부(553)로부터 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)가 접하는 영역 방향으로 직경이 감소되게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)가 접하는 영역에 상기 돌출부(542)가 배치될 수 있다.
상기 제2 관통홀(551b)은 상기 제1 결합부(551a)와 상기 제2 결합부(551b)가 접하는 영역에서 상기 제2 개구부(555)까지 직경이 같게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(551b)은 상기 돌출부(542)로부터 상기 제2 개구부(555)까지 직경이 같게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)가 접하는 영역에서 상기 제1 관통홀(551a)의 직경이 상기 제2 관통홀(551b)의 직경에 비해 작게 형성될 수 있다. 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)가 접하는 영역에서 상기 제1 결합부(541a)가 상기 관통홀(551)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다. 상기 돌출부(542)가 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)가 접하는 영역에서 상기 제1 관통홀(551a)의 중심 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다.
상기 돌출부(542)에 의하여 상기 광 케이블(800)이 상기 결합부(541)에 결합되는 위치가 용이하게 결정될 수 있다. 예로서, 상기 돌출부(542)에 의하여 상기 광 케이블(800)의 삽입되는 위치가 결정될 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상가 광 전송 모듈(500)에 상기 광 케이블(800)을 결합함에 있어, 상기 광 케이블(800)이 상기 제2 관통홀(551b)을 통하여 상기 돌출부(542)에 의하여 걸릴 때까지 삽입하면 되므로, 상기 광 케이블(800)의 결합 위치가 명확하게 결정될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리가 명확하게 결정될 수 있게 된다.
예로서, 상기 서브 마운트(520)는 상기 기판(510) 위에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 기판(510)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(530)는 상기 서브 마운트(520) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(530)는 상기 서브 마운트(520)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 서브 마운트(520)의 제1 면과 상기 기판(510)의 제1 면은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(530)는 상기 서브 마운트(520)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 10에 도시된 광 전송 모듈(500)은 상기 반도체 소자(530)가 플립칩 본딩 방식에 의하여 상기 서브 마운트(520)에 전기적으로 결합된 예를 나타낸 것이다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 기판(510)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(520)는 상기 반도체 소자(530)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(520)는 상기 기판(510)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다.
상기 기판(510)은 상기 서브 마운트(520)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(510)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(520)에 제공할 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(510), 상기 서브 마운트(520), 상기 반도체 소자(530)의 전기적 연결에 의하여, 상기 반도체 소자(530)의 구동이 제어될 수 있다. 예로서, 상기 기판(510)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있다. 상기 기판(510)은 강성 인쇄회로기판(Rigid PCB), 연성 인쇄회로기판(FPCB) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(500)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 서브 기판(580)과 지지부(590)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부(590)에 상기 모듈 하우징(540)이 결합될 수 있다. 예로서, 상기 모듈 하우징(540)은 상기 지지부(590)에 제2 접착층(563)을 통하여 접착될 수 있다. 상기 서브 기판(580)은 상기 지지부(580)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예로서 상기 서브 기판(580)은 인쇄회로기판으로 형성될 수 있으며, 상기 지지부(580)에 솔더(solder)(565) 등을 이용한 본딩 공정으로 결합될 수 있다. 상기 서브 기판(580)은 상기 기판(510)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예로서, 상기 서브 기판(580)은 상기 기판(580)에 연성 기판(585)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 기판(510), 상기 서브 기판(580). 상기 지지부(590)가 모두 강성 인쇄회로기판으로 제공될 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(530)는 예로서 플립칩 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(520) 위에 배치될 수 있다. 이러한 플립칩 본딩 방식에 의하면 그 공정 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 예로서, 실시 예에 의하면 상기 반도체 소자(530)와 상기 서브 마운트(520)의 결합 공정 오차는 5 마이크로 미터 이내에서 관리될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(500)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 모듈 하우징(540)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(540)은 결합부(541)와 몸체(543)를 포함할 수 있다. 상기 결합부(541)는 상기 제1 결합부(541a)와 상기 제2 결합부(541b)를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 결합부(541)와 상기 몸체(543)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 결합부(541)는 상기 반도체 소자(520)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 결합부(541)는 상기 반도체 소자(520)의 상부 면으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 결합부(541)의 내면은 상기 반도체 소자(520)의 발광 애퍼쳐(530a)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 결합부(541)는 상기 서브 마운트(520)의 제1 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(541)의 내면은 상기 서브 마운트(520)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(541)의 내면은 상기 반도체 소자(530)의 상부 면에 마주 보게 배치될 수 있다. 상기 결합부(541)의 내면은 상기 반도체 소자(530)가 배치된 상기 서브 마운트(520)의 제1 면에 평행하게 배치될 수 있다.
상기 몸체(543)는 상기 결합부(541)로부터 상기 기판(510)의 제1 면 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 상기 몸체(543)는 상기 서브 마운트(520)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 몸체(543)는 상기 반도체 소자(530)의 배치에 제공될 수 있다. 상기 몸체(543)는 캐비티(C)를 제공할 수 있다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 캐비티(C) 내에 배치될 수 있다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 캐비티(C)에 배치되어 상기 몸체(543)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(530)는 상기 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(530)는 상기 몸쳬(543)의 내면으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 몸체(543)는 상기 기판(510)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(543)는 상기 기판(510)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 몸체(543)의 일면은 상기 서브 마운트(520)가 배치된 상기 기판(510)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(543)와 상기 기판(510) 사이에 제1 접착층(560)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(560)은 상기 기판(510)과 상기 몸체(543)를 결합시킬 수 있다. 예로서, 상기 제1 접착층(460)은 자외선 경화형 접착층 또는 열 경화형 접착층으로 제공될 수 있다.
한편, 상기 몸체(543)는 상기 서브 마운트(520)와 상기 기판(510)에 결합될 수도 있다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 반도체 소자(530)가 배치된 제1 면을 포함할 수 있다. 상기 서브 마운트(520)는 상기 제1 면으로부터 상기 기판(510) 방향으로 연장된 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(543)는 상기 서브 마운트(520)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(543)는 상기 서브 마운트(520)의 제2 면에 결합될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(543)와 상기 서브 마운트(520)가 물리적으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 몸체(543)와 상기 서브 마운트(520)가 그 사이에 배치된 접착층에 의하여 결합될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부(541)는 돌출부(542), 제1 관통홀(551a), 제2 관통홀(551b), 제1 개구부(553), 제2 개구부(555)를 포함할 수 있다. 상기 제1 관통홀(551a)은 상기 제1 결합부(541a)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 제2 관통홀(551b)은 상기 제2 결합부(541b)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 결합부(541)는 복수의 관통홀(551)을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(553)는 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(553)는 상기 발광 애퍼처(530a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(553)는 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(553)는 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 개구부(553)의 직경은 상기 반도체 소자(530)의 크기에 비해 더 크게 형성될 수도 있다. 이와 같이 제공되는 경우, 상기 반도체 소자(530)의 일부 영역이 상기 제1 개구부(553) 내에 배치될 수도 있다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(530)로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지를 거리를 줄일 수 있게 된다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(500)은 복수의 반도체 소자(530)를 포함할 수 있고, 상기 결합부(541)는 상기 복수의 반도체 소자(530)에 대응되는 복수의 관통홀(551)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(551)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(551b)에 결합되어 배치될 수 있다. 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제2 관통홀(551b)을 통하여 상기 제1 관통홀(551a)을 정의하는 상기 돌출부(542)가 제공된 위치까지 삽입되어 결합될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면이 상기 제1 관통홀(551a)을 제공하는 상기 돌출부(542) 위치에 정렬되어 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면에 평행하게 ㅍ될 수 있다. 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면의 직경(a), 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔의 발산 각도(θ), 상기 관통홀(551)에 배치되어 상기 반도체 소자(530)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 광 케이블(800)의 코어(810)의 직경(b)에 따라 결정될 수 있다.
상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(530a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(510), 상기 서브 마운트(520), 상기 반도체 소자(530), 상기 모듈 하우징(540) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(540)에 제공된 관통홀(551)의 중심축과 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(551)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(530a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(530)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(530)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(551)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(530)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(500)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(500)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 방출하는 상기 반도체 소자(530)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 11은 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(600)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(600)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(600)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(600)로부터 방출되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(600)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 기판(610), 서브 마운트(620), 반도체 소자(630), 모듈 하우징(640)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(640)은 결합부(641), 몸체(643), 연장부(645)를 포함할 수 있다.
예로서, 상기 서브 마운트(620)는 상기 기판(610) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(630)는 상기 서브 마운트(620) 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(630)는 상기 서브 마운트(620)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 서브 마운트(620)는 상기 기판(610)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(620)는 상기 반도체 소자(630)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(620)는 상기 기판(610)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(610)은 상기 서브 마운트(620)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(610)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(620)에 제공할 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(630)는 예로서 와이어 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(620)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(630)는 다이 페이스트(635)에 의하여 상기 서브 마운트(620) 위에 배치될 수 있으며, 와이어(633a, 633b)에 의하여 상기 서브 마운트(620)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몸체(643)는 상기 기판(610)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(643)의 일면은 상기 서브 마운트(620)가 배치된 상기 기판(610)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(643)와 상기 기판(610) 사이에 제1 접착층(660)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(660)은 상기 기판(610)과 상기 몸체(643)를 결합시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 제1 개구부(653)는 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(653)는 발광 애퍼처(630a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(653)는 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(653)는 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(640)의 상기 제1 개구부(653)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(640)의 상기 제1 개구부(653)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(651)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제1 개구부(653)에 정렬되어 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(630a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(610), 상기 서브 마운트(620), 상기 반도체 소자(630), 상기 모듈 하우징(640) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(640)에 제공된 관통홀(651)의 중심축과 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(651)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(630a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(630)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(630)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(651)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(630)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(600)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(600)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 제공하는 상기 반도체 소자(630)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 12는 실시 예에 따른 광 전송 모듈의 또 다른 예 및 이를 포함하는 광 전송 장치를 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈 및 광 전송 장치를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 광 전송 모듈(700)과 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(700)에 결합될 수 있다. 상기 광 케이블(800)은 상기 광 전송 모듈(700)에 결합되어 상기 광 전송 모듈(600)로부터 제공되는 빔을 입사 받을 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)은 코어(810)와 클래딩(820)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 모듈(700)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(710), 서브 마운트(720), 반도체 소자(730), 모듈 하우징(740)을 포함할 수 있다. 상기 모듈 하우징(740)은 결합부(741), 몸체(743), 연장부(745)를 포함할 수 있다.
예로서, 상기 서브 마운트(720)는 상기 기판(710) 위에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(730)는 상기 서브 마운트(720) 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(730)는 상기 서브 마운트(720)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 서브 마운트(720)는 상기 기판(710)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서브 마운트(720)는 상기 반도체 소자(730)와 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 마운트(720)는 상기 기판(710)과 전기적으로 연결되는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(710)은 상기 서브 마운트(720)에 전기적 신호를 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 기판(710)은 외부로부터 제공되는 신호를 상기 서브 마운트(720)에 제공할 수 있다.
상기 복수의 반도체 소자(730)는 예로서 다이 본딩 방법 및 와이어 본딩 방법에 의하여 상기 서브 마운트(720)에 결합될 수 있다. 상기 반도체 소자(730)는 다이 페이스트(735)에 의하여 상기 서브 마운트(620)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 와이어(733a)에 의하여 상기 서브 마운트(720)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몸체(743)는 상기 기판(710)에 결합될 수 있다. 상기 몸체(743)의 일면은 상기 서브 마운트(720)가 배치된 상기 기판(710)의 제1 면에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몸체(743)와 상기 기판(710) 사이에 제1 접착층(760)이 배치될 수 있다. 상기 제1 접착층(760)은 상기 기판(710)과 상기 몸체(743)를 결합시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 제1 개구부(753)는 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(753)는 발광 애퍼처(730a)의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되어 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(753)는 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부(753)는 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경으로 형성될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(740)의 상기 제1 개구부(753)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징(740)의 상기 제1 개구부(753)까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(751)에 결합된 상기 광 케이블(800)을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 광 케이블(800)의 코어(810)는 상기 제1 개구부(753)에 정렬되어 배치될 수 있다.
상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 코어(810)의 빔 입사면은 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다. 다른 표현으로서, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터일 수 있다.
실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 코어(810)의 빔 입사면과 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면이 서로 평행하게 배치되므로, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔을 상기 코어(810)가 위치된 방향으로 반사시키기 위한 반사경 또는 프리즘 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
또한, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 모두 들어갈 수 있도록 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 짧은 거리로 제공됨으로써, 상기 코어(810)에 빔을 집광하기 위한 렌즈 등의 별도 광학수단이 필요 없게 된다.
상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)는, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔이 상기 광 케이블(800)의 코어(810)에 모두 입사될 수 있도록 그 최대 거리가 제한될 수 있다.
즉, 도 6 및 [수학식 1]을 참조하여 살펴 본 바와 같이, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 직경(a) 변화, 상기 코어(810)의 직경(b) 변화, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 발산 각도(θ) 변화를 고려하여 계산하면, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 대략적으로 84 마이크로 미터 내지 710 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 있어, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)를 상기 최대 거리(x)에 비해 작게 설정함으로써, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사될 수 있게 된다.
한편, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 직경(a)을 10 마이크로 미터로 설정하고, 상기 코어(810)의 직경(b)을 60 마이크로 미터로 설정하고, 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 발산 각도를 15도 내지 25도 범위로 한정하여 계산하는 경우, 상기 발광 애퍼쳐(730a)로부터 방출되는 빔이 상기 코어(810)에 모두 입사되기 위한 상기 최대 거리(x)는 142 마이크로 미터 내지 190 마이크로 미터의 값을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 기판(710), 상기 서브 마운트(720), 상기 반도체 소자(730), 상기 모듈 하우징(740) 간의 기구적인 결합 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 모듈 하우징(740)에 제공된 관통홀(751)의 중심축과 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 따라서, 상기 관통홀(751)에 배치되는 상기 코어(810)의 중심축과 상기 발광 애퍼쳐(730a)의 빔 출사면의 중심축 간의 정렬 오차가 수 마이크로 미터 이내에서 제어될 수 있게 된다. 그리고, 상기 반도체 소자(730)의 빔 출사면으로부터 상기 코어(810)의 빔 입사면까지의 거리(ℓ)가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 일정 거리 이하로 제어됨으로써, 상기 반도체 소자(730)에서 방출되는 빔이 상기 코어(810)의 빔 입사면에 손실 없이 제공될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면 상기 관통홀(751)에 상기 광 케이블(800)이 결합되는 것 만으로도 상기 반도체 소자(730)와 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 광학적 정렬이 수행될 수 있게 된다. 즉, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)는 상기 광 전송 모듈(700)과 상기 광 케이블(800)의 코어(810) 간의 결합에 의하여 일종의 자기정렬(self-alignment) 효과를 제공할 수 있다.
종래 광 전송 장치의 경우에는, 빔을 발광하는 반도체 소자와 빔을 수광하는 광 케이블의 코어 간의 광학적 정렬을 위해 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도의 광학 수단이 필요하였다. 이에 따라, 종래 광 전송 장치의 경우에는, 렌즈, 프리즘, 반사경 등의 별도 광학 수단의 채용으로 인하여 제조 단가가 상승되고 모듈의 전체 크기도 커야 하는 단점이 있었다. 또한, 광학 수단을 통하여 반도체 소자와 코어 간의 광학적 정렬을 수행하는 절차가 수반되어야 하므로 제조 공정에 시간이 많이 걸리게 되고 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 상기 광 전송 모듈(700)에 상기 광 케이블(800)을 단순 결합하는 것 만으로도 빔을 제공하는 상기 반도체 소자(730)와 상기 광 케이블(800)의 상기 코어(810) 간의 광학적 정렬이 완료될 수 있게 된다.
이에 따라, 실시 예에 따른 광 전송 장치(900)에 의하면, 소형으로 제공되면서도, 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있으며, 제조 단가를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이상에서 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명된 실시 예는, 광 전송 모듈이 빔을 제공하는 반도체 소자를 포함하는 것으로 설명됨으로써, 광 신호를 제공하는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치의 입장에서 설명이 전개되었다. 그러나, 이상에서 설명된 광 전송 모듈은 발광 소자가 아닌 수광 소자의 반도체 소자를 포함하도록 구현될 수도 있다. 즉, 반도체 소자가 포토 다이오드와 같은 수광 소자로 구현될 수 있으며, 이에 따라 실시 예에 의하면 광 신호를 수신하는 광 전송 모듈 및 광 전송 장치가 제공될 수 있다.
그러면, 도 13 및 도 14를 참조하여 실시 예에 따른 광 전송 모듈에 적용되는 반도체 소자의 예를 설명하기로 한다. 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 평면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 반도체 소자의 E-E 선에 따른 단면도이다.
실시 예에 따른 반도체 소자(1100)는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자일 수 있다.
상기 반도체 소자(1100)는 발광구조물(1110), 제1 전극(1120), 제2 전극(1160)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(1120)은 접착층(1121), 기판(1123), 제1 도전층(1125)을 포함할 수 있다.
상기 접착층(1121)은 유테틱 본딩이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(1121)은 AuSn, NiSn 또는 InAu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판(1123)은 전도성 기핀으로 제공될 수 있다. 상기 기판(1123)은 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, AlN, GaAs, ZnO, SiC 등)를 포함하는 전도성 물질 중에서 선택된 적어도 하나로 제공될 수 있다. 상기 기판(1123)은 다른 예로서, 전도성 시트로 제공될 수 있다.
한편, 상기 기판(1123)이 GaAs와 같은 적절한 캐리어 웨이퍼로 제공될 경우, 상기 기판(1123)에서 상기 발광구조물(110)이 성장될 수 있다. 이와 같은 경우에, 상기 접착층(1121)은 생략될 수 있다.
상기 제1 도전층(1125)은 상기 기판(1123) 아래에 배치될 수 있다. 상기 제1 도전층(1125)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택되어 단층 또는 다층으로 제공될 수 있다.
상기 발광구조물(1110)은 제1 전극(1120) 상에 배치된 제1 반도체층(1111), 활성층(1113), 애퍼쳐층(1114), 제2 반도체층(1115)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(1110)은 복수의 화합물 반도체층으로 성장될 수 있다. 상기 복수의 화합물 반도체층은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층(1111)은 제1 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 제1 반도체층(1111)은 GaAs, GaAl, InP, InAs, GaP를 포함하는 그룹 중 하나일 수 있다. 상기 제1 반도체층(1111)은 예컨대, AlxGa1-xAs(0<x<1)/AlyGa1-yAs(0<y<1)(y<x)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 제공될 수 있다. 상기 제1 반도체층(1111)은 제1 도전형의 도펀트 예컨대, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다. 상기 제1 반도체층(1111)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 λ/4n 두께를 갖는 DBR(Distributed Bragg Reflector)일 수 있다.
상기 활성층(1113)은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 활성층(1113)은 GaAs, GaAl, InP, InAs, GaP를 포함하는 그룹 중 하나일 수 있다. 상기 활성층(1113)은 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(1113)은 교대로 배치된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함할 수 있다. 상기 복수의 우물층은 예컨대, InpGa1-pAs (0≤≤p≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 상기 장벽층은 예컨대, InqGa1-qAs (0≤≤q≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다.
상기 애퍼쳐층(1114)은 상기 활성층(1113) 상에 배치될 수 있다. 상기 애퍼쳐층(1114)은 중심부에 원형의 개구부가 포함될 수 있 다. 상기 애퍼쳐층(1114)은 활성층(1113)의 중심부로 전류가 집중되도록 전류이동을 제한하는 기능을 포함할 수 있다. 즉, 상기 애퍼쳐층(114)은 공진 파장을 조정하고, 활성층(1113)으로부터 수직 방향으로 발광하는 빔 각을 조절 할 수 있다. 상기 애퍼쳐층(1114)은 SiO2 또는 Al2O3와 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 애퍼쳐층(1114)은 상기 활성층(1113), 제1 및 제2 반도체층(1111, 1115)보다 높은 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 제2 반도체층(1115)은 제2 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 제2 반도체층(1115)은 GaAs, GaAl, InP, InAs, GaP를 포함하는 그룹 중 하나일 수 있다. 상기 제2 반도체층(1115)은 예컨대, AlxGa1-xAs(0<x<1)/AlyGa1-yAs(0<y<1)(y<x)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제2 반도체층(1115)은 제2 도전형의 도펀트 예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 제2 반도체층(1115)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 λ/4n 두께를 갖는 DBR일 수 있다. 상기 제2 반도체층(1115)은 상기 제1 반도체층(1111) 보다 낮은 반사율을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2 반도체층(1111, 1115)은 90% 이상의 반사율에 의해 수직 방향으로 공진 캐비티를 형성할 수 있다. 이때, 광은 상기 제1 반도체층(1111)의 반사율보다 낮은 상기 제2 반도체층(1115)을 통해서 외부로 방출될 수 있다.
실시 예의 반도체 소자(1100)는 발광구조물(1110) 상에 제공된 제2 도전층(1140)을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전층(1140)은 제2 반도체층(1115) 상에 배치되고, 발광영역(EA) 의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 상기 제2 도전층(1140)은 상부 방향에서 보았을 때 원형 링 타입일 수 있다. 상기 제2 도전층(1140)은 오믹 접촉 기능을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전층(1140)은 제2 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전층(1140)은 GaAs, GaAl, InP, InAs, GaP를 포함하는 그룹 중 하나일 수 있다. 상기 제2 도전층(1140)은 제2 도전형의 도펀트 예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있다.
실시 예의 반도체 소자(1100)는 발광구조물(1110) 상에 제공된 보호층(1150)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(1150)은 상기 제2 반도체층(1115) 상에 배치될 수 있다. 상기 보호층(1150)은 상기 발광영역(EA)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
실시 예의 반도체 소자(1100)는 절연층(1130)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(1130)은 상기 발광구조물(1110) 상에 배치될 수 있다. 상기 절연층(1130)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr를 포함하는 그룹 중에서 선택된 물질의 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 등 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 상기 절연층(1130)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 제공될 수 있다. 상기 절연층(1130)은 단층 또는 다층으로 제공될 수 있다.
상기 제2 전극(1160)은 상기 제2 도전층(1140) 및 상기 절연층(1130) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(1160)은 상기 제2 도전층(1140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(1160)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Au를 포함하는 그룹 중에서 선택된 단일 물질 또는 이들의 합금으로 제공될 수 있다. 또한 상기 제2 전극(1160)은 단층 또는 다층으로 제공될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 특허청구범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 광 전송 모듈
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 기판
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720 서브 마운트
121 제1 오목부
123, 223, 323, 423, 523 범프
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730 반도체 소자
130a, 230a, 330a, 430a, 530a, 630a, 730a 발광 애퍼쳐
131 제2 오목부
140, 240, 340, 440, 540, 640, 740 모듈 하우징
141, 241, 341, 441, 541, 641, 741 결합부
143, 243, 343, 443, 543, 643, 743 몸체
145, 245, 345, 445, 545, 645, 745 연장부
151, 251, 351, 451, 551, 651, 751 관통홀
153, 253, 353, 453, 553, 653, 753 제1 개구부
155, 255, 355, 455, 555, 655, 755 제2 개구부
160, 260, 360, 460, 560, 660, 760 제1 접착층
242, 342, 442 돌출부
341a, 441a 제1 결합부
341b, 441b 제2 결합부
351a, 451a 제1 관통홀
351b, 451b 제2 관통홀
470 제3 관통홀
563 제2 접착층
580 서브 기판
585 연성 기판
590 지지부
633a, 633b, 733a 와이어
635, 735 다이 페이스트
800 광 케이블
810 코어
820 클래딩
900 광 전송 장치
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 기판
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720 서브 마운트
121 제1 오목부
123, 223, 323, 423, 523 범프
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730 반도체 소자
130a, 230a, 330a, 430a, 530a, 630a, 730a 발광 애퍼쳐
131 제2 오목부
140, 240, 340, 440, 540, 640, 740 모듈 하우징
141, 241, 341, 441, 541, 641, 741 결합부
143, 243, 343, 443, 543, 643, 743 몸체
145, 245, 345, 445, 545, 645, 745 연장부
151, 251, 351, 451, 551, 651, 751 관통홀
153, 253, 353, 453, 553, 653, 753 제1 개구부
155, 255, 355, 455, 555, 655, 755 제2 개구부
160, 260, 360, 460, 560, 660, 760 제1 접착층
242, 342, 442 돌출부
341a, 441a 제1 결합부
341b, 441b 제2 결합부
351a, 451a 제1 관통홀
351b, 451b 제2 관통홀
470 제3 관통홀
563 제2 접착층
580 서브 기판
585 연성 기판
590 지지부
633a, 633b, 733a 와이어
635, 735 다이 페이스트
800 광 케이블
810 코어
820 클래딩
900 광 전송 장치
Claims (17)
- 기판;
상기 기판의 제1 면에 배치된 서브 마운트;
상기 서브 마운트의 제1 면에 배치된 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자;
상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 이격되어 배치되고 상기 서브 마운트의 제1 면에 마주 보게 배치된 결합부, 상기 결합부로부터 상기 기판의 제1 면 방향으로 연장되어 상기 서브 마운트와 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 둘레에 배치된 몸체를 포함하는 모듈 하우징;
을 포함하고,
상기 모듈 하우징의 상기 결합부는, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면에 마주 보며 정렬되고 상기 빔 출사면의 직경에 비해 더 큰 직경의 제1 개구부, 상기 제1 개구부로부터 연장되어 상기 결합부를 관통하는 관통홀, 상기 관통홀과 연결되어 상기 결합부의 외면에 제공된 제2 개구부를 포함하고,
상기 결합부는 상기 제1 개구부를 제공하는 제1 결합부, 상기 제1 결합부에 연결되어 상기 제2 개구부를 제공하는 제2 결합부를 포함하고,
상기 결합부에 제공되어 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 상기 관통홀은, 상기 제1 결합부에 제공된 제1 관통홀과 상기 제2 결합부에 제공된 제2 관통홀을 포함하고,
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제1 결합부가 상기 관통홀의 중심 방향으로 돌출되어 배치되고,
상기 모듈 하우징의 상기 몸체는 상기 기판의 제1 면에 결합된 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 상기 서브 마운트에 전기적으로 연결되고, 상기 서브 마운트는 상기 기판에 전기적으로 연결된 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 서브 마운트는 상기 서브 마운트의 제1 면으로부터 상기 기판 방향으로 연장된 제2 면을 포함하고,
상기 모듈 하우징의 상기 몸체는 상기 서브 마운트의 제2 면과 상기 기판의 제1 면에 결합된 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 개구부의 직경과 상기 제2 개구부의 직경이 같은 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 개구부의 직경이 상기 제2 개구부의 직경에 비해 작은 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 몸체와 상기 기판의 제1 면 사이에 배치된 접착층을 포함하는 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 서브 마운트에 배치된 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자는 복수의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자를 포함하고, 상기 결합부는 상기 복수의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자 각각의 빔 출사면에 마주 보며 정렬된 복수의 관통홀을 포함하는 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 모듈 하우징은 상기 몸체로부터 상기 기판의 제1 면에 수직한 방향으로 연장되어 상기 기판의 둘레에 제공된 연장부를 포함하는 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 모듈 하우징의 상기 제1 개구부까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터인 광 전송 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 관통홀은 상기 제1 개구부로부터 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역으로 가면서 직경이 감소되는 광 전송 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제2 관통홀은 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제2 개구부로 가면서 직경이 같은 광 전송 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역에서 상기 제1 관통홀의 직경이 상기 제2 관통홀의 직경에 비해 작은 광 전송 모듈. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 몸체의 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부가 접하는 영역까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터인 광 전송 모듈. - 제1항 내지 제12항 및 제14항 중의 어느 한 항에 의한 광 전송 모듈; 및
상기 광 전송 모듈의 상기 결합부에 결합되어 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자로부터 방출되는 빔을 입사 받는 광 케이블;
을 포함하는 광 전송 장치. - 제15항에 있어서,
상기 광 케이블은 코어와 상기 코어 둘레에 배치된 클래딩을 포함하고,
상기 제1 개구부의 직경은 상기 코어의 직경에 비해 더 큰 광 전송 장치. - 제16항에 있어서,
상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자의 빔 출사면으로부터 상기 코어의 빔 입사면까지의 거리는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터인 광 전송 장치.
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-
2016
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| KR101276508B1 (ko) * | 2011-12-09 | 2013-06-18 | 엘에스엠트론 주식회사 | 광전 배선 모듈 |
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