KR20000069542A - Micro-replication in metal - Google Patents
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Abstract
칩의 발열로 인해 부품들에 손상을 주는 것을 방지하기 위해 또한 그러한 발열의 영향을 억제하기 위하여, 도파관 접속부 또는 광섬유 접속부를 가지는 칩은 금속 표면 위에 견고히 땜납되거나 또는 금속 리드프레임 위에 직접 땜납되어, 칩이 세라믹 또는 실리콘 캐리어 위에 땜납되는 경우에 비해 열저항이 상당히 훨씬 더 낮아지게 된다. 부각/스탬핑 작업부(7)를 가지는 부각도구를 사용함으로써 도파관 또는 광섬유와 칩 간의 정렬을 위한 V-홈(3)을 포함하는 미세구조를 저비용과 큰 정밀도로 금속 표면에 생성할 수 있다. 부각공정은 금속 표면 위에 수행되거나 또는 금속 리드프레임 위에 직접 수행될 수 있다. 부각될 금속을 스트립의 형태로 작업할 수 있기 때문에 부각공정은 비교적 쉽게 자동화할 수 있다. 도파관 수용 또는 광섬유 수용 홈들이 부각되어 있는 금속 캐리어에 광칩이 땜납되는 방법은 열발산 문제를 개선하여 실질적으로 최종 부품의 가용 수명을 증가시킨다.In order to prevent damage to the components due to the heat generation of the chip and also to suppress the effects of such heat generation, the chip having the waveguide connection or the optical fiber connection is firmly soldered on the metal surface or directly soldered on the metal leadframe, The thermal resistance is considerably lower than when soldered onto this ceramic or silicon carrier. By using an incidence tool with an incidence / stamping work 7 it is possible to create microstructures on the metal surface with low cost and high precision, including V-grooves 3 for alignment between waveguides or optical fibers and chips. The relief process may be performed on the metal surface or directly on the metal leadframe. The embossing process can be automated relatively easily because the metal to be embossed can be worked in the form of a strip. The method in which the optical chip is soldered to a metal carrier in which the waveguide accommodating or optical fiber accommodating grooves are highlighted improves the heat dissipation problem and substantially increases the usable life of the final part.
Description
광부품내에서 도파관 또는 광섬유들과 광칩들을 정렬시키는 공통된 방법은 도파관 또는 광섬유가 끼워질 수 있는 V-홈의 형태로 실리콘에 요망하는 미세구조를 에칭하는 것이다. 현재 사용중인 기술들로써는, 광칩들은 세라믹 또는 실리콘 캐리어 위에 납땝 실장된다. 이 방법은 실장된 부품에서 발생한 열의 발산에 관해 문제점들을 가진다. 이 문제점은 열 발생영역이 칩을 수직으로 가로질러 그 표면 가까이로 연장하는 약 2㎛의 협소한 대역에 집중되는 소직경의 반도체 레이저의 경우에 있어서 현저하다.A common method of aligning waveguides or optical fibers and optical chips within an optical component is to etch the desired microstructure in silicon in the form of a V-groove into which the waveguide or optical fibers can be fitted. With current technologies, optical chips are solder mounted on ceramic or silicon carriers. This method has problems with the heat dissipation generated in the mounted parts. This problem is remarkable in the case of small diameter semiconductor lasers where the heat generating region is concentrated in a narrow band of about 2 占 퐉 extending vertically across the chip and close to its surface.
본 발명은 금속에 미세-복제형상을 만드는 방법과, 금속에 미세-복제형상을 만들기 위한 장치와 그리고 본 발명에 따라 생산된 금속의 미세-복제형상 소자에 관한 것이다. 미세-복제방법과 장치들은 상당한 정밀도와 저비용으로, 복제가능한 부속 광부품들과, 콘택장치들 또는 도파관 또는 광섬유들과 광칩들을 정렬시키기에 적합한 다른 정밀 소자들을 생산하는데 필요하다. 정렬 설비(aligning facility)를 가지는 광부품 부속소자들은 도파관 또는 광섬유와 레이저 또는 광다이오드에 연결시키면서 회로기판에 쉽게 실장할 수 있다.The present invention relates to a method for making a micro-replicated shape on a metal, to an apparatus for making a micro-replicated shape on a metal, and to a micro-replicated device of a metal produced according to the invention. Micro-replication methods and devices are needed to produce replicable accessory optical components, contact devices or other precision devices suitable for aligning waveguides or optical fibers and optical chips, with considerable precision and low cost. Optical component accessories with an alignment facility can be easily mounted on a circuit board while connecting to a waveguide or optical fiber and a laser or photodiode.
도 1은 본 발명에 따른 미세구조가 제공된 금속 소자를 설명하는 도면.1 illustrates a metal element provided with a microstructure according to the present invention.
도 2A와 B는 본 발명의 부각도구의 하부면과 단면을 각각 보여주는 도면.Figures 2A and B show the bottom and cross sections, respectively, of the relief tool of the invention.
도 3A와 B는 일측과 상부에서 본, 본 발명의 부각도구의 작업부를 상세하게 설명하는 도면.Figures 3A and B are views illustrating in detail the working part of the relief tool of the present invention, seen from one side and from the top.
열로 인해 칩에 손상을 주는 것을 방지하기 위해, 또는 그러한 열의 영향들을 최소한으로 억제하기 위해, 도파관 또는 광섬유를 반송하는 칩을 금속 캐리어 또는 금속 리드프레임에 땜납하였는데, 칩이 세라믹 또는 실리콘 캐리어 위에 땜납 실장될 때 보다도 열저항이 훨씬 더 낮아지게 된다. 본 발명은 저비용의 부각(浮刻)(embossing) 또는 스탬핑(stamping) 도구로 금속 표면에, 미세구조가 도파관 또는 광섬유의 정렬에 관해 높은 정밀도를 가지고서 생성될 수 있도록 해준다.To prevent damage to the chip due to heat, or to minimize the effects of such heat, the chip carrying the waveguide or optical fiber is soldered to a metal carrier or metal leadframe, where the chip is solder mounted on a ceramic or silicon carrier. The thermal resistance is much lower than when. The present invention allows microstructures to be created on metal surfaces with low precision with respect to the alignment of waveguides or optical fibers with low cost embossing or stamping tools.
부각프로세스는 금속 캐리어 위에 행해지거나 또는 플라스틱 인캡슐레이션을 위한 금속 리드프레임에 직접 이루어질 수 있다. 부각될 재료를 짧은 스트립의 형태로 또는 릴에 감긴 긴 스트립의 형태로 작업할 수 있기 때문에 부각프로세스는 자동화하기에 비교적 쉬울 수 있다. 부각된, 도파관 또는 광섬유 수용홈들이 제공된 금속 캐리어 상에 광칩들이 땜납되어 있는 어셈블리는 열발산 문제를 개선하여, 최종 부품의 가용 수명을 상당히 크게 증가시키고 또한 최종 부품이 향상된 평균 고장율(mean fault time; MFT)을 가지도록 한다.The relief process can be done on the metal carrier or directly on the metal leadframe for plastic encapsulation. The relief process can be relatively easy to automate because the material to be raised can be worked in the form of a short strip or in the form of a long strip wound on a reel. An assembly in which the optical chips are soldered onto a metal carrier provided with a waveguide or optical fiber receiving groove, which is highlighted, improves the heat dissipation problem, significantly increasing the usable life of the final part and also improving the mean fault time of the final part; MFT).
반복된 높은 치수의 정확성과 그리고 사용한 부각도구의 미약한 마모만으로 미세구조들을 동(copper)에 부각시킬 수 있다는 것을 실험으로 확인하였다. 금속 캐리어에 부각된 미세구조들은 후에 플라스틱 캡슐에 부속 소자들로서 포함되게 되는 광부품들을 동 리드프레임 또는 몇몇 다른 합금으로 만들어진 리드프레임에 정렬하여 직접 실장할 수 있도록 해준다.Experiments have shown that microstructures can be highlighted in copper with only repeated high dimensional accuracy and minor wear of the used relief tools. The microstructures accentuated by the metal carrier allow the optical components, which are later included as accessories in plastic capsules, to be aligned and mounted directly on leadframes made of copper or some other alloy.
부각기술은 후에 리드프레임 위에 실장되게 되는 캐리어 위에 레이저들을 실장하는 공지된 기술에 비해 두 가지의 명확한 장점들을 제공한다. 첫째로, 그러한 캐리어들을 구매하고 생산하는데 드는 비용을 삭감할 수 있다. 둘째로, 레이저들의 활성영역에서 발생되는 열의 발산에 관한 장점들이다. 그러나, 부각프로세스에 대한 부가 비용과 부각프로세스에 필요한 도구에 대한 부가 비용이 든다. 미세 복제형상을 부각하는데 사용되는 정밀도구들은 도구재를 그라인딩(연마)하여 제조할 수 있거나 또는 도구재를 직접 세공함으로써 제조할 수 있거나, 또는 다음의 방식으로 제조할 수 있다.The relief technique offers two distinct advantages over the known technique of mounting lasers on a carrier which will later be mounted on the leadframe. First, the cost of purchasing and producing such carriers can be reduced. Secondly, they are advantages regarding the dissipation of heat generated in the active region of the lasers. However, there is an additional cost for the relief process and an additional cost for the tools required for the relief process. The precision spheres used to highlight the fine replica can be produced by grinding (polishing) the tool material, or can be produced by direct processing of the tool material, or can be manufactured in the following manner.
- 실리콘 디스크에 포토레지스트를 도포한다.Apply photoresist on the silicon disk.
- 실리콘 디스크 위에 적절한 홈패턴을 가지는 포토마스크를 고정한다.-Fix photomask with appropriate groove pattern on silicon disk.
- 포토마스크에 있는 개구들을 통해 포토레지스트를 노출시킨다.Exposing the photoresist through openings in the photomask.
- 노출된 레지스트 또는, 선택적으로는 노출되지 않을 레지스트를 세척 제거한다.Wash away the exposed resist or, optionally, not exposed resist.
- 디스크에 요망하는 구조를 에칭한다.Etch the desired structure to the disc.
- 나머지 포토레지스트를 세척 제거한다.-Wash off the remaining photoresist.
이렇게 함으로써, 이차원 포터마스크의 경우에 있어서는 다수의 상호 동일한 삼차원 실리콘 구조가 생성된다. 상기에서 언급한 기술은 기술분야에 공지되었지만, 요망하는 정밀도로 부각도구를 생산하는데 사용되는 절차의 보다 나은 개요를 제공하기 위해 여기에서 설명되었다. 이 절차는 아래에서 설명하는 다른 두 대체 방법들 각각에 따라서 계속 지속될 수 있다.In this way, in the case of the two-dimensional porter mask, a plurality of mutually identical three-dimensional silicon structures are generated. The above mentioned techniques are known in the art, but have been described herein to provide a better overview of the procedures used to produce relief tools with the desired precision. This procedure can continue in accordance with each of the other two alternative methods described below.
대체방법 AAlternative Method A
1. 패턴화된 실리콘 디스크를 충분한 경도를 가지는 재료의 층으로 코팅한다.1. Coat the patterned silicon disk with a layer of material of sufficient hardness.
2. 디스크를 니켈 또는 몇몇 다른 적합재료로 도금한다.2. Plate the disc with nickel or some other suitable material.
3. 도금을 평탄화한다.3. Flatten the plating.
4. 실리콘으로부터 도금되고 또한 평탄화된 몰딩을 분리하기 위해 실리콘을 에칭한다. 도금된 표면의 경도는 스퍼트링 또는 적절한 재료로 표면을 다시 도금함으로써 강화될 수 있다.4. Etch the silicon to separate the plated and planarized moldings from the silicon. The hardness of the plated surface can be strengthened by sputtering or replating the surface with a suitable material.
5. 상호 동일한 구조물들을 분리하기 위해 몰딩을 둘로 자른다.5. Cut the molding in two to separate identical structures from each other.
6. 부각도구내, 구조물에 적합하게 만들어진 홀더에 구조물을 위치시킨다.6. In the relief tool, place the structure in a holder made for the structure.
7. 부각도구의 다양한 부분들을 조립하여 최종 부각도구를 만든다.7. Assemble the various parts of the relief tool to create the final relief tool.
대체방법 BAlternative Method B
1-4. 상기 대체방법 A를 따른다.1-4. Follow Alternative Method A above.
5. 평탄화되지 않은 측에 후에 분리할 수 있는 층으로 코팅한다.5. Coating on a non-flattened side with a separable layer later.
6. 디스크를 니켈 또는 몇몇 다른 금속으로 도금한다.6. Plate the disc with nickel or some other metal.
7. 도금을 평탄화시킨다.7. Flatten the plating.
8. 평탄화된 두 몰딩들을 서로 분리시킨다.8. Separate the two flattened moldings from each other.
9. 다수의 동일한 구조물들을 분리시키기 위해 몰딩을 둘로 자른다.9. Cut the molding in two to separate multiple identical structures.
10. 몰딩을 홀더에 위치시키고 전기 방전기(EDM)에서 스파크처리를 한다.10. Place the molding in the holder and spark it in the electric discharger (EDM).
11. 금속/리드프레임에서 미세구조물들을 부각하여야만 하는 재료에 직접 스파크처리가 행해진다.11. In metal / lead frames, sparking is done directly to the material that has to highlight the microstructures.
12. 부각도구의 다양한 부분들을 조립하여 최종 부각도구를 만든다.12. Assemble the various parts of the relief tool to create the final relief tool.
도 1은 광섬유 또는 도파관을 정렬하기 위한 V-홈(3)을 포함하는 요입된 또는 함몰된 표면(2)을 가지는 금속소자(1) 내에 부각된 미세구조의 예를 보여준다. 칩의 실장을 용이하게 하기 위하여, 금속표면에는 홈(5)의 형태인 칩 위치설정 마킹을 포함하는 칩 실장면(4)이 제공될 수 있다. 부각된 금속표면은 상당한 정밀도로 칩을 도파관 또는 광섬유와 정렬시킬 수 있다.1 shows an example of a microstructure highlighted in a metal element 1 having a recessed or recessed surface 2 comprising a V-groove 3 for aligning an optical fiber or waveguide. In order to facilitate the mounting of the chip, the metal surface may be provided with a chip mounting surface 4 comprising chip positioning markings in the form of grooves 5. Embossed metal surfaces can align the chip with waveguides or optical fibers with significant precision.
도 2A와 B로부터 명확히 알 수 있듯이, 부각도구(6)는 도구의 작업부(7) 주위에 보호홀더(8)가 배설되는 스탬프형태를 가질 수 있다. 도구의 작업부는 V-홈들과 같은 홈들을 금속표면에 부각할 수 있는 형상을 가지게 된다. 보호홀더는 실제 부각공정에서 도구의 작업부를 노출시킬 수 있도록, 아디프레네 플레이트(Adiprene plate)(9)로 밀쳐지게 된다.As can be clearly seen from FIGS. 2A and 2B, the relief tool 6 may have a stamp form in which a protective holder 8 is disposed around the working part 7 of the tool. The working part of the tool has a shape such that the grooves such as the V-grooves can be highlighted on the metal surface. The protective holder is pushed onto an Adiprene plate 9 to expose the working part of the tool in the actual relief process.
도 3A와 B는, 작업부(7)가 부각면을 가지도록 만들어 질 수 있는데, 본 발명의 경우에 있어서, 작업부는 금속 표면을 부각할 때에 평면 또는 택일적으로 요입면과, V-홈을 형성하기 위해 평평한 표면(10)과 용마루형 영역(11)으로 구성된다. V-홈에 광섬유를 끼우기 위하여, 도구의 작업부는 예컨대 1.20mm의 폭을 가질 수 있고, 또한 용마루형 영역의 폭은 0.16mm고 그 길이는 3.20mm이고 그리고 각도 ()는 45°일 수 있다.3A and B can be made such that the working part 7 has an inclined surface, in the case of the present invention, the working part has a flat or alternatively recessed surface and a V-groove when the metal surface is inclined. It consists of a flat surface 10 and a ridged region 11 to form. In order to fit the optical fiber in the V-groove, the working part of the tool may have a width of, for example, 1.20 mm, and the width of the ridged area is 0.16 mm and its length is 3.20 mm and the angle ( ) May be 45 °.
금속에 이 미세-복제로, 리드프레임, 예컨대 스트립형태의 캐리어에 자동적으로 V-홈들이 제조공정시에 제공될 수 있고 또한 캐리어가 레이저 또는 광다이오드와 같은 칩에 연결될 수 있다. 그런 다음, 광섬유 또는 도파관들은 부각된 홈들로 인해 자동적으로 정렬될 수 있게 되어, 캐리어에 착설된 레이저 또는 광다이오드와 도파관 또는 광섬유간의 정확한 정렬을 이룰 수 있다. 본 발명의 부각기술은 자동 제조공정에서 미세 복제가 높은 신뢰성과 큰 정확성으로, 저비용으로 이루어질 수 있도록 해준다.With this micro-replication to the metal, V-grooves can be automatically provided in the leadframe, for example a strip-shaped carrier, and the carrier can also be connected to a chip such as a laser or a photodiode. Then, the optical fibers or waveguides can be automatically aligned due to the raised grooves, so that an accurate alignment between the laser or photodiode mounted on the carrier and the waveguide or optical fiber can be achieved. The incidence technique of the present invention allows fine duplication in an automated manufacturing process to be made at low cost with high reliability and great accuracy.
본 발명은 상기에서 설명하고 기술한 실시예에 국한되는 것이 아니고, 또한 청구범위의 범위내에서 변형예들이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다.It is to be understood that the invention is not limited to the embodiments described and described above, and that modifications may be made within the scope of the claims.
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