KR19990013531A - 광 반도체 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

광 반도체 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 외부 잡음(noise)에 잘 견디고 제조가 용이한 광 반도체 모듈(optical semiconductor module)을 제공하는 것이다. 광 반도체 모듈은 기판 상에 배치된 광 도파 매체, 광 도파 매체의 출력단으로부터 방출된 광 신호를 광전 변환하기 위한 포토센서(photosensor), 광 도파 매체의 출력단과 포토센서의 수광면을 광학적으로 결합시키기 위한 수단, 광 도파 매체의 출력부와 포토센서를 둘러싼 공간을 채우기 위한 절연성 수지, 및 절연성 수지에 도포되고 포토센서의 접지 단자와 접속된 접지면과 접속되는 도전성 수지를 포함한다. 절연성 수지는 광 도파 매체의 코어(core)의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖고 광 도파 매체의 출력단과 포토센서의 수광면 사이의 공간을 채우는 제1 수지 및 제1 수지를 덮기 위한 밀봉 수지인 제2 수지로 이루어진다. 광 결합 수단은 광 도파 매체로부터 방출된 광을 포토센서로 향하게 하는 미러(mirror)로 이루어져 있다.

Description

광 반도체 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은 광 섬유(optical fiber)와 같은 광 도파 매체(wave-guiding medium)와 반도체 레이저 및 포토 다이오드와 같은 광 반도체 소자를 광학적으로 결합시키는 광 반도체 모듈, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광 섬유와 같은 광 도파 매체와 포토 다이오드 또는 반도체 레이저와 같은 광 반도체 소자를 광학적으로 결합시키는 광 반도체 모듈은 광통신 시스템을 구축하기 위한 중요한 소자들 중의 하나이다. 최근, 패키지 공정을 단순화하는 수지로 밀봉된 광 반도체 모듈이 가격 절감면에서 광전자 엔지니어들의 주의를 모으고 있다.
예를 들면, 이런 종류의 광 반도체 모듈이 1997년 전자 정보 통신 학회 총합 대회의 논문집 C-3-62에 기술되어 있다. 이러한 광 반도체 모듈은 반도체 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD)로 구성되고, 투명 수지로 봉해져 있으며, 그 주변 부분은 절연성 수지로 몰드(mold)되어 있다.
일반적으로, 수지가 패킹(packing) 재료로서 저렴한 가격이기 때문에, 광 반도체 모듈의 가격이 절감될 수 있다. 그러나, 광 반도체 모듈을 밀봉하기 위한 수지는 구성 소자들 간의 단락을 방지하기 위한 절연체로서 역할을 하기 때문에, 외부로부터의 전기적 잡음이 광 반도체 모듈에 포함되어 모듈 내의 광 소자들에 영향을 미치게 된다. 특히, 포토 다이오드에 의해 수신된 신호 전압이 약한 경우, 모듈 내에 포함되어 있는 잡음으로 인해 만족할 만한 수신 감도가 성취될 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 절연성 수지의 표면이 금속성 차폐부 또는 금속성 차폐층으로 덮여지는 광 반도체 모듈을 제안하였다. 이러한 종류의 광 반도체 모듈은 특개평 7-288332호 공보에 기재되어 있다.
절연성 수지의 소스가 금속성 차폐부 또는 금속성 차폐층으로 덮여지는 광 반도체 모듈에 따르면, 절연성 수지를 금속성 차폐층 등으로 덮기 쉬운 박스 형태의 구조로 형성할 필요가 있다. 그러나, 절연성 수지를 박스 형태의 구조로 형성하기 위한 공정은 많은 노동력을 필요로 하여, 광 반도체 모듈의 가격을 저감시키는 것이 어렵다. 또한, 금속성 차폐층을 형성하기 위해 특별한 공정이 필요하다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 외부의 잡음을 잘 견디고 저렴한 가격으로 제조될 수 있는 광 반도체 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부의 잡음에 잘 견디고 저렴한 가격으로 제조될 수 있는 광 반도체 모듈을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 광 반도체 모듈은
기판 상에 배치되어 광 신호를 전송하기 위한 광 도파 매체,
광 도파 매체의 출력단으로부터 방출된 광 신호를 광전 변환하기 위한 포토센서,
광 도파 매체의 출력단과 포토센서의 수광면을 광학적으로 결합시키기 위한 수단,
광 도파 매체의 출력부와 포토센서를 둘러싼 공간을 채우기 위한 절연성 수지, 및
절연성 수지의 외부 표면에 도포되고 포토센서의 접지 단자와 접속된 접지면과 접속되는 도전성 수지를 포함한다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 광 도파 매체의 출력단과 포토센서의 수광면을 광학적으로 결합시키는 단계,
광 도파 매체의 출력부와 포토센서를 둘러싼 공간을 절연성 수지로 채우는 단계, 및
절연성 수지의 표면에 도전성 수지를 도포하여, 절연성 수지의 표면이 상기 도전성 수지로 덮여지고 상기 도전성 수지가 상기 포토센서의 접지 단자와 접속된 접지면에 접속되도록 하는 단계를 포함하는 광 반도체 모듈의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 리드 프레임
2 : Si 기판
3 : 포토 다이오드
4 : 범프
5 : 광 섬유
6 : V-그루브
7 : 투명 수지
8 : 밀봉 수지
9 : 접지면
10 : 도전성 수지
11 : 미러
다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예의 아웃트 라인을 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 표면 입사형의 PD(3)는 리드 프레임(1) 상에 탑재되어 있는 Si 기판(2)과 범프(4)를 통해 결합된다. 광 섬유(5)는 V 그루브(6)에 수납되고, 고도의 광 투과율을 갖는 수지(7)가 광 섬유(5)의 광 경로 주위에 채워진다. 구성 소자들 모두가 고도의 밀봉 능력을 갖는 수지(8)에 의해 몰드되고, 이러한 방식으로 광 반도체 모듈이 얻어진다. 투명 수지(7)의 굴절률은 광 섬유(5)의 코어(core)의 굴절률과 거의 동일하고, 수지(8)는 광 반도체 모듈의 구성 소자들을 덮어서 밀폐 밀봉을 형성한다.
투명 수지(7) 및 밀봉 수지(8)는 광 반도체 모듈의 구성 소자들 간의 단락을 방지하기 위한 절연체로서 역할을 한다. 또한, 도전성 수지(10)가 밀봉 수지(8) 및 접지면(9)을 덮고, 리드 프레임(1)과 접속된다. 상술한 구조에서, 광 섬유(5)로부터 방출된 약한 광 신호는 미러(11)에 의해 반사되어 PD(3)로 향하고, PD(3)에 입사한 광 신호는 약한 전기 신호로 변환된다. PD(3)의 접지 단자는, 도 1에서는 도시되어 있지 않지만, 리드 프레임(1)에 접속되어 있다는 것을 주지한다.
광 반도체 모듈이 도전성 수지(10)로 덮여져 있기 때문에, 광 반도체 모듈의 외부로부터의 전기적 잡음은 도전성 수지(10)를 통해 접지면(9)으로 흐르게되어 약한 전기 신호에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 고도의 수신 감도가 달성될 수 있다. 또한, 차폐 재료로서 작용을 하는 도전성 수지(10)가 절반 정도 완성된 광 반도체 모듈에 도포될 경우에는 액체 상태이기 때문에, 투명 수지(7) 및 밀봉 수지(8)의 표면이 균일하지 않은 경우에도, 모듈의 외부 표면을 균일하게 덮는다.
따라서, 절연성 수지를 특정한 모양을 갖는 박스 형태의 구조로 형성할 필요가 없고, 이에 관련된 제조 공정이 삭감될 수 있다. 절반 정도 완성된 광 반도체 모듈을 수지층으로 덮는 단계에서, 특정한 공정이 필요 없고, 일반적으로 사용되는 폿팅(potting) 공정에 의해 수지를 쉽게 도포될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예를 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1에 도시한 구조에서, PD(3)에는 직경 80㎛의 수광면이 제공되어 있다. 광 섬유(5)는 코어 직경이 62.5㎛이고 외부 직경이 125㎛인 멀티모드(multimode) 섬유이다. 투명 수지(7)의 굴절률은 광 섬유(5)의 코어의 굴절률과 거의 같은 1.47이고, 투과율은 95% 이상이다.
밀봉 수지(8)는 투명 수지(7) 상에 형성된다. 범프(4)는 직경이 90㎛이고 높이가 50㎛인 AuSn 쏠더(solder)로 형성된다. 도전성 수지(10)는 Ag 필러(filler)를 함유하는 실리콘계 수지이고, 고유 저항은 3×10-4Ω㎝이다. 도전성 수지(10)는 일반적으로 사용되는 디스펜서(dispenser)에 의해 밀봉 수지(8)의 표면에 도포되고, 150℃에서 3분 동안 가열되어 경화된다. 밀봉 수지(8)의 모양이 반구형이라도, 밀봉 수지(8)는 액체 상태의 도전성 수지(10)로 쉽게 덮여질 수 있다.
전술한 구조에서, 광 섬유로부터 방출된 약한 광 신호는 미러(11)에 의해 반사되고, PD(3)에 입사된 광 신호는 약한 전기 신호로 변환된다. 광 모듈의 표면이 도전성 수지(10)로 형성되기 때문에, 전기적 잡음은 도전성 수지(10)를 통해 접지면(9)으로 흐르게 되어 PD(3)에 의해 수신된 약한 전기 신호에는 영향을 미치지 않는다. 이런 방식으로, 광 반도체 모듈의 고도의 수신 감도가 성취될 수 있다.
도 1에 나타낸 실시예에서, 둘 다 절연층으로서 역할을 하는 투명 수지(7) 및 밀봉 수지(8)가 2층 구조를 이루고 있다 해도, 만족할 만한 광 결합 특성 및 신뢰성 있는 밀봉 성질이 성취될 수 있는 한, 절연층의 구조는 이러한 2층 구조에 한정되지 않고, 단층 구조 또는 3층 이상의 구조도 적용될 수 있다. 또한, 신뢰성 및 유지성의 관점에서 도전성 수지(10) 상에 다른 절연성 수지도 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 도전성 수지(10)가 밀봉 수지(8) 상에 형성되나, 도전성 수지(10)가 투명 수지(7) 상에 형성되는 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
광 섬유가 본 실시예에서 광 도파 매체로 사용되었지만, 광 섬유 대신에 SiO2광 도파관, 폴리이미드(polyimide) 광 도파관 및 플라스틱 광 도파관이 사용될 수 있다. 광 섬유는 멀티모드 광 섬유에 한정되지 않고, 광 도파 매체로서 단일 모드 광 섬유가 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 표면 입사형의 PD가 사용되었으나, PD 대신에 애벌란시(avalanche) 포토 다이오드(APD), 반도체 레이저 다이오드(LD) 및 광 증폭기가 사용될 수 있다. PD는 범프를 통해 Si 기판과 결합되나, PD는 범프를 사용하지 않고 플랫 쏠더층(flat solder layer)을 통해 Si 기판과 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 반도체 모듈에 따르면, 광 반도체 모듈의 외부로부터의 전기적 잡음이 도전성 수지를 통해 접지면으로 흐르게 되어 PD로 유입될 수 없다. 따라서, 도전성 수지에 의해 외부 잡음이 차폐되고 약한 출력 신호를 발생시키는 PD의 특성에 영향을 미치지 않게 된다. 또한, 수지를 특정 모양을 갖는 박스 형태의 구조로 형성할 필요가 없어서, 이에 관련된 공정이 삭감될 수 있다. 또한, 광 반도체 모듈을 도전성 수지로 덮는 공정은 특별한 기술을 필요로 하지 않고, 일반적으로 사용되는 폿팅 공정이 용이하게 적용될 수 있다. 따라서, 광 반도체 모듈이 저렴한 가격으로 공급될 수 있다.
본 발명이 완전하고 명백한 기재를 위해 특정한 실시예에 대하여 기술되었지만, 첨부된 특허 청구 범위는 이에 제한되지 않고, 당 기술에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 범주 내에서 변형 및 수정이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (7)

  1. 광 반도체 모듈에 있어서,
    기판 상에 배치되어 광 신호를 전송하기 위한 광 도파 매체;
    상기 광 도파 매체의 출력단으로부터 방출된 상기 광 신호를 광전 변환하기 위한 포토센서;
    상기 광 도파 매체의 상기 출력단을 상기 포토센서의 수광면과 광학적으로 결합시키기 위한 수단;
    상기 광 도파 매체의 출력부와 상기 포토센서를 둘러싼 공간을 채우기 위한 절연성 수지; 및
    상기 절연성 수지의 외부 표면에 도포되어, 상기 포토센서의 접지 단자와 접속된 접지면과 접속되는 도전성 수지
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연성 수지는 상기 광 도파 매체의 코어와 거의 동일한 굴절률을 갖고, 상기 광 도파 매체의 상기 출력부와 상기 포토센서 사이의 공간을 채우는 투명 수지; 및
    상기 투명 수지 주위를 덮는 밀봉 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 도파 매체는 광 섬유인 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 도파 매체는 광 도파관인 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 결합 수단은 상기 광 도파 매체의 상기 출력단으로부터 방출된 광을 상기 포토센서의 상기 수광면으로 향하게 하기 위한 광 반사 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈.
  6. 광 신호를 전송하기 위한 광 도파 매체와 상기 광 신호를 광전 변환하기 위한 포토센서를 포함하는 광 반도체 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 광 도파 매체의 출력단을 상기 포토센서의 수광면과 광학적으로 결합시키는 단계;
    상기 광 도파 매체의 출력부와 상기 포토센서를 둘러싼 공간을 절연성 수지로 채우는 단계; 및
    상기 절연성 수지의 표면에 도전성 수지를 도포하여 상기 절연성 수지의 표면이 상기 도전성 수지로 덮여지고 상기 도전성 수지가 상기 포토센서의 접지 단자와 접속된 접지면에 접속되도록 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공간을 채우는 상기 단계는
    상기 포토센서와 상기 광 도파 매체의 출력부 사이의 내부 공간을 상기 광 도파 매체의 코어의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 투명 수지로 채우는 단계; 및
    상기 내부 공간의 외부 표면을 밀봉 수지로 덮는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 모듈 제조 방법.
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