KR20010000039A - Architecture of a free-space optical interconnection module - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A structure of a free-space optical interconnection module is provided to improve a heat emission characteristic in a free-space optical interconnection module. CONSTITUTION: A structure of a free-space optical interconnection module comprises an optical transmission module(10) and an optical reception module(20). The optical transmission module(10) comprises the first copper substrate(11), a surface emission laser array(12), a laser array drive circuit(13), the first interconnection wiring(14), and the second interconnection wiring(15). The optical reception module(20) comprises the second copper substrate(21), an optical detection array(22), an optical receiving circuit(23), the third interconnection circuit(24), and the fourth interconnection circuit(25).

Description

자유공간 광연결 모듈 구조{ARCHITECTURE OF A FREE-SPACE OPTICAL INTERCONNECTION MODULE}ARCHITECTURE OF A FREE-SPACE OPTICAL INTERCONNECTION MODULE}

자유공간 광 연결모듈 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저가로 제작이 가능하며 우수한 열방출 특성을 갖는 자유공간 광연결 모듈의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a free space optical connection module, and more particularly, to a structure of a free space optical connection module which can be manufactured at low cost and has excellent heat emission characteristics.

일반적으로, 광연결 방식은 그 응용분야에 따라 채널 부분에 광섬유 리본, 광도파로, 자유공간 등이 이용된다. 이 중에서 자유공간 광연결은 칩간 또는 보드간의 근거리 연결에 이용되는데, 이러한 광연결 모듈 제작에 소요되는 비용중 모듈의 패키징 비용이 큰 부분을 차지한다. 따라서 광연결 모듈의 제조 단가를 낮추기 위해서는 광 패키징에 소요되는 비용을 줄이는 것이 필수적이다.In general, the optical connection method uses an optical fiber ribbon, an optical waveguide, a free space, or the like in the channel part according to its application. Of these, free-space optical connections are used for short-range connections between chips or boards, and the packaging cost of modules takes up a large portion of the costs for manufacturing such optical connection modules. Therefore, in order to reduce the manufacturing cost of the optical connection module, it is essential to reduce the cost of the optical packaging.

한편, 상술한 광 패키징 과정에서의 광 정렬 방법으로는 능동 정렬 방법과 수동 정렬 방법이 있는데, 먼저, 레이저를 구동하면서 정렬시키는 능동 정렬 방법은 정밀한 광정렬을 수행할 수 있는 장점이 있지만, 패키징 모듈 크기가 상대적으로 크고, 광정렬에 많은 시간이 소요되며 이에 따른 부대 비용이 과다하게 소요되는 단점이 있다. 이와는 달리, 수동 정렬은 광소자를 구동시키지 않으면서 광정렬을 수행하는 방법으로서, 어셈블리 공정을 단순화시켜 공정속도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 모듈 가격을 절감할 수 있는 장점이 있지만, 정밀한 광정렬이 어렵다는 단점이 있다.On the other hand, as the optical alignment method in the above-described optical packaging process, there are an active alignment method and a passive alignment method. First, an active alignment method for aligning while driving a laser has an advantage of performing precise optical alignment, but the packaging module Its size is relatively large, and it takes a lot of time to align the light, which is accompanied by an excessive cost. On the other hand, manual alignment is a method of performing optical alignment without driving an optical element, which simplifies the assembly process and improves the processing speed, thereby reducing the module price. The disadvantage is that it is difficult.

따라서, 이러한 광정렬을 위해 현재 다양한 광학적 또는 기계적 방법들이 개발되고 있는데, 이중 기계적 방법으로는 각 조각을 정확히 맞추기 위해 정밀한 미세가공을 이용하거나 솔더 범프(solder bump)를 이용하여 솔더 범프 어레이들의 표면장력에 의해 정확한 위치로 정렬되도록 하는 방법이 있다. 반면에 광학적 방법을 이용한 정렬은 리소그래피 공정에서 포토마스크를 정렬하는 것과 유사한 방법으로서 정렬 마크를 이용하므로 정렬을 위한 값비싼 정밀한 스테이지(stage)가 필요하다.Therefore, various optical or mechanical methods are currently being developed for such optical alignment, in which the mechanical tension of the surface of the solder bump arrays using precision micromachining or solder bumps is used to precisely fit each piece. There is a way to ensure that the correct position by. On the other hand, the alignment using the optical method uses an alignment mark as a similar method to aligning the photomask in a lithography process, which requires an expensive and precise stage for alignment.

상술한 두 방법을 비교하면, 기계적 정렬 방법은 그 정밀도가 정렬하고자 하는 각 소자의 정밀한 제조에 달려 있기 때문에 정밀한 정렬을 위해서 값비싼 광부품들이나 스테이지를 필요로하지 않는다. 반대로 광학적 정렬 방법은 정밀도가 정렬 장치의 광부품이나 스테이지에 의해 결정되므로 각 소자의 정밀한 제조를 요하지 않는 장점이 있다. 따라서, 광모듈의 제조 비용을 절감하기 위한 핵심 요건은 정밀성을 갖는 저가의 광축 정렬 기술이다.Comparing the two methods described above, the mechanical alignment method does not require expensive optical components or stages for precise alignment because the precision depends on the precise manufacture of each device to be aligned. On the contrary, the optical alignment method has an advantage that precision is determined by the optical component or the stage of the alignment device and does not require precise manufacturing of each device. Therefore, a key requirement for reducing the manufacturing cost of optical modules is the low cost optical axis alignment technology with precision.

한편, 광연결 모듈을 제작할 때 현재 각각의 광부품들과 회로칩들을 하이브리드(hybrid)로 결합하는 방식이 가격대 성능면에서 모놀리식(monolithic) 집적하는 것보다 이점이 있으므로 이 방법이 주로 사용된다. 제작된 광연결 모듈의 성능을 좌우하는 인자는 다양하지만, 특히 레이저 다이오드 광원 등은 열 발생이 성능에 큰 영향을 미친다. 현재 광소자로는 다이아몬드, 알루미나 등의 마운트(mount) 물질이 사용되고 이와는 별도로 열 방출 및 온도 안정화를 위한 TEC(ThermoElectric cooler) 등을 두고 있다.On the other hand, when fabricating an optical connection module, this method is mainly used because the current method of combining the respective optical components and circuit chips in a hybrid has an advantage over monolithic integration in terms of price performance. . Factors that determine the performance of the fabricated optical coupling module vary, but in particular, the laser diode light source, etc., heat generation has a great influence on the performance. Currently, mount materials such as diamond and alumina are used as optical devices, and a separate TEC (ThermoElectric cooler) for heat dissipation and temperature stabilization is provided.

자유공간 광연결 모듈을 하이브리드로 제작할 때 종래의 방법에서는 광소자칩을 기판에 접합시키고, 회로칩은 다른 기판에 접합시킨 후 두 소자간의 연결을 본딩와이어(bonding wire)로 연결하거나, 같은 기판에 두 칩을 접합시킨 후 본딩와이어(bonding wire)로 연결한다. 이러한 방식의 경우 각 칩의 높이가 달라 송신 모듈과 수신 모듈을 근접시켜 패키징할 때 이 본딩와이어가 방해가 된다. 또한, 송신모듈에서 나오는 빔을 모아주기 위해 마이크로렌즈를 이용하는 경우 이 본딩와이어 때문에 마이크로렌즈를 적당한 거리를 띄우고 고정시키기 위해 별도의 렌즈 받침대를 두어야만 한다.When fabricating a free space optical connection module in a hybrid manner, in the conventional method, an optical device chip is bonded to a substrate, and a circuit chip is bonded to another substrate, and then the connection between the two devices is connected by a bonding wire or on the same substrate. After the two chips are bonded, they are connected by bonding wires. In this case, the height of each chip is different so that the bonding wire is disturbed when the transmitting module and the receiving module are packaged in close proximity. In addition, when using a microlens to collect the beam from the transmission module, because of this bonding wire, a separate lens support must be provided to fix and fix the microlens at an appropriate distance.

그리고, 송신 및 수신모듈에 들어가는 소자들의 안정된 동작을 위해 충분한 접지 면적을 확보해야 하며, 이를 위해 기판상에 접지를 위한 충분한 공간을 확보해야 한다.In addition, a sufficient ground area must be secured for stable operation of devices entering the transmitting and receiving modules, and sufficient space for grounding must be secured on the substrate.

결과적으로, 자유공간 광연결 모듈을 제작할 때 고려해야할 가장 중요한 요소는 광정렬과 열방출 문제이다. 그리고, 광소자가 기존의 전자소자를 대체하거나 추가로 사용되어질 때 문제점은 성능보다는 가격이다. 따라서 광정렬과 열방출에 드는 비용을 낮추기 위해서는 이 두가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방법이 필요하다.As a result, the most important factors to consider when fabricating free-space optical interconnect modules are the light alignment and heat dissipation issues. And, when optical devices are used to replace or additionally use existing electronic devices, the problem is price rather than performance. Therefore, to reduce the cost of light alignment and heat dissipation, there is a need for a solution to both of these problems.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 자유공간 광연결 장치의 송신 및 수신모듈의 하부기판을 기존에 주로 사용되는 알루미나(alumina) 또는 다이아몬드 기판 대신 가공된 구리기판에 DLC(Diamond- Like Carbon)을 코팅한 기판을 사용하므로써, 열방출 특성과 접지 특성이 뛰어난 자유공간 광연결 모듈 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the lower substrate of the transmission and reception module of the free-space optical connection device is a copper substrate processed instead of the alumina (diamond) or diamond substrate which is mainly used conventionally By using a substrate coated with DLC (Diamond- Like Carbon), the object is to provide a free space optical connection module structure with excellent heat dissipation and grounding properties.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자유공간 광연결 모듈 구조에 있어서, 광소자를 형성하기 위한 제 1 구리기판과, 상기 제 1 구리기판에 형성된 표면방출 레이저 어레이와, 상기 제 1 구리기판에 형성되며 상기 표면방출 레이저 어레이를 구동하기 위한 레이저 어레이 구동회로와, 상기 표면방출 레이저 어레이 및 상기 레이저 구동회로를 상호 연결시키기 위한 제 1 연결배선과, 상기 레이저 어레이 구동회로의 외부입출력을 위한 제 2 연결배선으로 구성된 광 송신모듈; 광소자를 형성하기 위한 제 2 구리기판과, 상기 제 2 구리기판에 형성되며 광 송신모듈의 상기 표면방출 레이저 어레이로부터 출력되는 광을 검출하기 위한 광 검출 어레이와, 상기 제 2 구리기판에 형성되며 상기 검출된 광을 수신하기 위한 광 수신회로와, 상기 광 검출 어레이 및 상기 광 수신회로를 상호 연결시키기 위한 제 3 연결배선과, 상기 광 수신회로의 외부입출력을 위한 제 4 연결배선으로 구성된 광 수신모듈을 포함하는 자유공간 광연결 모듈 구조를 제공한다.The present invention for achieving the above object, in the free space optical connection module structure, a first copper substrate for forming an optical element, a surface emitting laser array formed on the first copper substrate, and formed on the first copper substrate And a laser array driving circuit for driving the surface emitting laser array, a first connection wiring for interconnecting the surface emitting laser array and the laser driving circuit, and a second connection for external input / output of the laser array driving circuit. An optical transmission module composed of wiring; A second copper substrate for forming an optical element, a photodetecting array formed on the second copper substrate, for detecting light output from the surface emitting laser array of the optical transmission module, and formed on the second copper substrate; An optical receiving module comprising an optical receiving circuit for receiving the detected light, a third connecting wiring for interconnecting the light detecting array and the optical receiving circuit, and a fourth connecting wiring for external input / output of the optical receiving circuit It provides a free space optical connection module structure comprising a.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자유공간 광연결 모듈에 대한 단면도,1 is a cross-sectional view of a free space optical connection module according to an embodiment of the present invention;

도 2는 평판 금속박막을 이용하여 도 1에 도시된 광연결 모듈의 각 연결배선을 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면,2 is a view illustrating a process of forming each connection wiring of the optical connection module shown in FIG. 1 by using a flat metal thin film;

도 3은 와이어 본딩을 이용하여 각 연결배선을 형성한 광 송신모듈 또는 광 수신모듈을 도시한 도면,3 is a view illustrating an optical transmitting module or an optical receiving module in which each connection wiring is formed using wire bonding;

도 4는 이차원 어레이용 광 송신모듈 또는 광 수신모듈의 구조를 도시한 도면,4 is a view showing the structure of a light transmitting module or a light receiving module for a two-dimensional array;

도 5는 도 1에 도시된 광연결 모듈의 마이크로 렌즈 어레이를 도시한 도면.FIG. 5 illustrates a microlens array of the optical coupling module shown in FIG. 1. FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

11, 21 : 구리기판 12 : 표면방출 레이저 어레이11, 21: copper substrate 12: surface emitting laser array

13 : 레이저 어레이 구동회로 14, 24 : 제 1 연결배선13: laser array drive circuit 14, 24: first connection wiring

15, 25 : 제 2 연결배선 22 : 광 검출 어레이15, 25: second connection wiring 22: light detection array

23 : 광 수신회로 26 : 마이크로 렌즈 어레이23: optical receiving circuit 26: micro lens array

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 일반적으로 광부품의 열방출 문제를 해결하기 위해 고가의 다이아몬드 기판을 사용하거나 알루미나 기판을 사용하고, 여기에 부가적으로 TEC(thermoelectric cooler)를 사용하는 종래와는 달리, 구리기판에 절연막으로 DLC(Diamond-Like Carbon)를 코팅하여 이를 광 송수신 모듈의 기판으로 이용함으로써 구리의 뛰어난 열방출 특성을 이용할 수 있고 동시에 저가로 제작 가능하도록 하는 것이다.First, the core technical aspect of the present invention is to solve the problem of heat dissipation of the optical component, in general, using an expensive diamond substrate or an alumina substrate, and additionally using a TEC (thermoelectric cooler) In contrast, by coating DLC (Diamond-Like Carbon) with an insulating film on a copper substrate and using it as a substrate of the optical transmission and reception module, it is possible to use the excellent heat dissipation characteristics of copper and at the same time can be manufactured at low cost.

또한, 광연결 모듈의 잡음 특성을 줄이기 위해 접지 영역을 충분히 확보하는 것이 중요한데, 이를 위하여 본 발명에서는 구리기판을 사용함으로써 전체 기판을 접지로 이용할 수 있도록 하며, 소자간 또는 외부입출력을 위한 연결배선을 와이어 본딩(wire bonding) 또는 금속증착을 이용하므로써, 패키징 및 광정렬에 용이하도록 하는 것이다. 그리고, 자유공간 광연결을 위해 광 송신 및 광 수신모듈을 수동정렬 방법으로 광정렬할 수 있도록 하여 광정렬에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있도록 하는 것이다.In addition, it is important to sufficiently secure the ground area in order to reduce the noise characteristics of the optical connection module. To this end, in the present invention, the entire substrate can be used as the ground by using a copper substrate, and a connection wiring for inter-device or external input / output is provided. The use of wire bonding or metal deposition facilitates packaging and light alignment. In addition, the optical transmission and reception module can be optically aligned by a manual alignment method for free space optical connection, thereby reducing the time and cost required for optical alignment.

한편, 본 발명과 관련하여, 일반적인 구리의 열전도율은 0.94 cal/cm-sec-℃로서 다이아몬드의 약 1/5이고 알루미나의 약 20배에 달한다. 따라서, 이러한 구리를 기판으로 활용할 경우에는 저가로 높은 열방출 효과를 얻을 수 있게 된다.On the other hand, in connection with the present invention, the general thermal conductivity of copper is 0.94 cal / cm-sec- ° C, about 1/5 of diamond and about 20 times of alumina. Therefore, when utilizing such a copper as a substrate it is possible to obtain a high heat dissipation effect at low cost.

그리고, DLC는 이 구리기판에 뛰어난 접착성을 부여하며, 간단한 공정으로 코팅할 수 있으므로 구리기판 상부의 절연막으로 활용한다. 이 DLC 코팅의 열전도도 역시 약 0.9 cal/cm-sec-℃로 아주 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 이 DLC를 코팅한 구리를 기판으로 활용하는 구조는 열방출 문제가 중요한 요인으로 작용하는 광 송수신모듈에 뛰어난 열 특성을 제공할 수 있게 된다.In addition, the DLC provides excellent adhesion to the copper substrate and can be coated by a simple process, so that the DLC is used as an insulating film on the upper copper substrate. The thermal conductivity of this DLC coating is also very good at about 0.9 cal / cm-sec- ° C. Therefore, the structure using the copper coated with DLC as a substrate can provide excellent thermal characteristics to the optical transmission / reception module in which heat emission problem is an important factor.

또한, 광 송수신모듈에서 다른 중요한 전기적 특성 중의 하나는 접지가 얼마나 성공적으로 이루어지느냐하는 문제인데, 이 또한 본 발명에서 제안된 물질과 구도를 사용하므로써 효율적으로 해결할 수 있다. 그리고, 하부기판 물질인 구리 자체가 전도성 물질이므로 이 기판 전체를 접지로 활용 가능하다.In addition, one of the other important electrical characteristics in the optical transmission and reception module is the problem of how successful grounding, this can also be efficiently solved by using the material and composition proposed in the present invention. In addition, since the lower substrate material copper itself is a conductive material, the entire substrate can be used as a ground.

따라서, 본 발명에서는 다이아몬드에 비해서는 약 1/5 정도에 불과하지만 저가로 제작이 가능한 DLC 코팅된 구리 기판을 사용하므로써 구리의 높은 열전도 특성을 이용하여 아주 우수한 열방출 특성을 얻을 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, by using a DLC coated copper substrate which is only about 1/5 of diamond, but can be manufactured at low cost, it is possible to obtain very excellent heat dissipation characteristics by using the high thermal conductivity of copper.

또한, 본 발명에서는 알루미나 등의 세라믹 기판의 낮은 가공성을 가공이 용이한 금속물질인 구리를 이용함으로써 송신/수신 모듈의 수동정렬을 위한 광정렬 기판으로 사용할 수 있고, 구리기판을 가공하여 표면을 평탄화시켜 송신모듈과 수신모듈을 근접시켜 패키징 하는데 용이하도록 하였으며, 이를 이용한 자유공간 광연결 모듈을 제공한다.In addition, in the present invention, the low processability of ceramic substrates such as alumina can be used as an optical alignment substrate for manual alignment of the transmission / reception module by using copper, which is a metal material that can be easily processed, and the surface is flattened by processing the copper substrate. In order to facilitate the packaging of the transmitting module and the receiving module in close proximity, a free space optical connection module using the same is provided.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자유공간 광연결 모듈 구조에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a free space optical connection module structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자유공간 광연결 모듈의 구조에 대한 단면도를 도시한 도면으로서, 구리기판(11), 표면방출 레이저 어레이(12), 레이저 어레이 구동회로(13), 제 1 연결배선(14), 제 2 연결배선(15)으로 구성된 광 송신모듈(10)과, 구리기판(21), 광 검출 어레이(22), 광 수신회로(23), 제 1 연결배선(24), 제 2 연결배선(25)으로 구성된 광 수신모듈(20) 및, 마이크로 렌즈 어레이(26)를 포함한다.1 is a cross-sectional view of a structure of a free space optical connection module according to a preferred embodiment of the present invention, wherein a copper substrate 11, a surface emitting laser array 12, a laser array driving circuit 13, The optical transmission module 10 including the first connection wiring 14 and the second connection wiring 15, the copper substrate 21, the light detection array 22, the light receiving circuit 23, and the first connection wiring 24. ), A light receiving module 20 composed of a second connection wiring 25, and a micro lens array 26.

도 1에 도시된 광 송신모듈(10) 및 광 수신모듈(20)에 구비된 각각의 구리기판(11, 21)은 광 송신모듈(10) 및 광 수신모듈(20)을 하이브리드로 제작하기 위한 기판으로서, 통상의 구리 기판을 가공한 후 절연막으로 DLC(Damond-Like Carbon)를 코팅하여 제작한다.Each of the copper substrates 11 and 21 provided in the optical transmission module 10 and the optical reception module 20 shown in FIG. 1 is used to fabricate the optical transmission module 10 and the optical reception module 20 in a hybrid manner. As a substrate, a conventional copper substrate is processed and then produced by coating DLC (Damond-Like Carbon) with an insulating film.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 자유공간 광연결 모듈에서의 광 송수신모듈용 기판의 제조 과정을 설명하면, 통상의 구리기판에 홈을 가공하고, 절연을 위해 DLC를 코팅하는데, 이때 DLC 절연막은 접지가 될 부분을 제외한 나머지 부분에 대해서만 코팅을 한다. 광 송신모듈(10)에 표면방출 레이저 어레이(12)와 레이저 어레이 구동회로(13)를 실장하고, 광 수신모듈(20)에는 광 검출 어레이(22)와 광 수신회로(23)를 실장해서 표면이 평탄하게 되도록 한다.First, referring to FIG. 1, a manufacturing process of an optical transceiver module substrate in a free space optical connection module according to the present invention will be described. A groove is formed on a conventional copper substrate and a DLC is coated for insulation. The insulating film is coated only on the remaining part except the part to be grounded. The surface emitting laser array 12 and the laser array driving circuit 13 are mounted on the light transmitting module 10, and the light receiving module 20 is mounted with the light detecting array 22 and the light receiving circuit 23. Make it flat.

그런 다음, 도 1에 도시된 광 송신모듈(10)의 표면방출 레이저 어레이(12)와 레이저 어레이 구동회로(13)간, 그리고 광 수신모듈(20)의 광 검출 어레이(22)와 광 수신회로(23)간의 각 제 1 연결배선(14, 24)을 형성하고, 또한 레이저 어레이 구동회로(13) 및 광 수신회로(23)를 외부 입출력을 위한 각각의 제 2 연결배선(15, 25)을 형성하는데, 이때 각각의 제 1 연결배선(14, 24)과 각각의 제 2 연결배선(15, 25)은 와이어 본딩(wire bonding) 또는 금속증착을 이용하여 형성한다.Then, between the surface emitting laser array 12 and the laser array driving circuit 13 of the light transmitting module 10 shown in FIG. 1, and the light detecting array 22 and the light receiving circuit of the light receiving module 20. Each of the first connection wires 14 and 24 between the two lines 23 is formed, and each of the second connection wires 15 and 25 is connected to the laser array driving circuit 13 and the light receiving circuit 23 for external input / output. In this case, each of the first connection wirings 14 and 24 and each of the second connection wirings 15 and 25 are formed using wire bonding or metal deposition.

도 2는 평판금속 박막을 이용하여 각각의 연결배선을 형성한 광 송신모듈(또는 수신모듈)의 구조를 도시한 도면으로서, 본 발명에 따른 광 송신모듈(10) 및 광 수신모듈(20)은 각각 그 구조가 동일하기 때문에 이하에서는 하나의 모듈만을 예로 하여 도시한다.2 is a view illustrating a structure of an optical transmission module (or receiving module) in which each connection wiring is formed using a flat metal thin film. The optical transmission module 10 and the optical receiving module 20 according to the present invention are Since their structures are the same, only one module is shown below as an example.

도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 금속증착을 위해 각각의 구리기판(11, 21)에 홈을 가공하여 광소자들이 실장되었을 때 높이가 일정하도록 평탄화하고 절연막으로 DLC를 코팅한 각 구리기판(11, 21)에 각각 표면방출 레이저 어레이(12)와 레이저 어레이 구동회로(13) 및, 광 검출 어레이(22)와 광 수신회로(23)를 형성한 후, 금속 증착으로 다시 제 1 연결배선(14, 24) 및 제 2 연결배선(15, 25)을 형성한다.Referring to FIG. 2, first, each of the copper substrates 11 and 21 is machined for metal deposition, and the copper substrates 11 are flattened to have a constant height when optical devices are mounted, and each copper substrate 11 coated with an DLC with an insulating film. And the surface emitting laser array 12 and the laser array driving circuit 13 and the photodetecting array 22 and the light receiving circuit 23 are respectively formed in the first and second connection wirings 14 by metal deposition. , 24) and second connection wirings 15 and 25 are formed.

이와는 달리, 도 3은 와이어 본딩을 이용하여 제 1 연결배선(14, 24) 및 제 2 연결배선(15, 25)을 형성한 광 송신모듈 또는 광 수신모듈을 도시한 도면으로서, 도 3을 참조하여 와이어 본딩을 이용한 각 연결배선 형성 과정을 설명하면 다음과 같다.3 is a diagram illustrating an optical transmission module or an optical reception module in which the first connection wirings 14 and 24 and the second connection wirings 15 and 25 are formed using wire bonding. Referring to FIG. The process of forming each connection wiring using wire bonding is as follows.

먼저, 광 송신모듈(10) 또는 광 수신모듈(20)에서 절연막으로 DLC가 코팅된 가공된 구리기판(11, 21)에 외부입출력을 위한 각각의 제 2 연결배선(15, 25)을 증착한다. 그리고 표면방출 레이저 어레이(12)와 레이저 어레이 구동회로(13)간 또는 광 검출 어레이(22)와 광 수신회로(23)간을 연결하기 위한 각각의 제 1 연결배선(14, 24)을 와이어 본딩으로 형성한 다음, 레이저 어레이 구동회로(13)와 광 수신회로의 패드 부분을 각각의 제 2 연결배선(15, 25)의 패드 부분을 연결하기 위한 패드 연결배선(31)을 와이어 본딩으로 형성한다.First, each of the second connection wirings 15 and 25 for external input / output is deposited on the processed copper substrates 11 and 21 coated with DLC as an insulating film in the light transmitting module 10 or the light receiving module 20. . And wire bonding each of the first connection wires 14 and 24 for connecting the surface emitting laser array 12 and the laser array driving circuit 13 or between the photodetecting array 22 and the light receiving circuit 23. Next, a pad connection wiring 31 for connecting the pad portion of each of the second connection wirings 15 and 25 to the pad portion of the laser array driving circuit 13 and the light receiving circuit is formed by wire bonding. .

한편, 도 4는 이차원 어레이용 광 송신모듈 또는 광 수신모듈의 구조를 도시한 도면이다.On the other hand, Figure 4 is a view showing the structure of a light transmitting module or a light receiving module for a two-dimensional array.

도 4를 참조하면, N×N 이차원 광원 또는 광검출기 어레이를 이용하는 구조로서 DLC 코팅된 가공된 구리기판(11, 21)에 광 송신모듈(10)의 경우 N×N 표면방출 레이저 어레이(12)와 1×M 레이저 어레이 구동회로(13)를 본딩하고, 광 수신모듈(20)의 경우 N×N 광 검출 어레이(22)와 1×M 광 수신회로(23)를 각각의 구리기판(11, 21)의 홈에 본딩한다. 그리고, 동도면에 도시된 각 연결배선(14, 24, 15, 25)의 형성방법은 상술한 도 2 및 도 3에 도시한 금속박막을 이용한 방법이나 와이어 본딩을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, an N × N surface emitting laser array 12 in the case of an optical transmission module 10 on a DLC coated processed copper substrate 11 and 21 as a structure using an N × N two-dimensional light source or a photodetector array. And a 1 × M laser array driving circuit 13, and in the case of the optical receiving module 20, the N × N light detecting array 22 and the 1 × M optical receiving circuit 23 are connected to the respective copper substrates 11, Bond to the groove of 21). In addition, the method of forming each of the connection wires 14, 24, 15, and 25 illustrated in the same drawing may be formed using the method using the metal thin film shown in FIGS. 2 and 3 or the wire bonding.

다른 한편, 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이(26)는 광 송신모듈(10)과 광 수신모듈(20)간의 효율적인 광 결합을 위해 사용되는데, 도 5는 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이(26)를 도시한 도면으로서, N 개의 마이크로 렌즈(25-1, 25-2, …, 25-n)로 구성된 1×N 마이크로 렌즈 어레이(26)의 구조를 도시한다. 이때, 마이크로 렌즈 어레이(26)의 피치 거리는 표면방출 레이저 어레이(12)의 피치와 동일하게 구성된다.On the other hand, the microlens array 26 shown in FIG. 1 is used for efficient optical coupling between the light transmitting module 10 and the light receiving module 20. FIG. 5 shows the microlens array 26 shown in FIG. ) Shows the structure of a 1xN microlens array 26 composed of N microlenses 25-1, 25-2, ..., 25-n. At this time, the pitch distance of the micro lens array 26 is configured to be the same as the pitch of the surface emission laser array 12.

상술한 바와 같은 구성되는 각 광 송신모듈(10) 및 광 수신모듈(20)은 정밀한 정렬이 이루어져야만 상호간의 광 송수신이 가능하기 때문에, 광 송신모듈(10)과 광 수신모듈(20)을 정렬시키기 위한 과정이 반드시 필요한데, 광 송신모듈(10)과 광 수신모듈(20)의 수동정렬 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.Since the optical transmission module 10 and the optical reception module 20 configured as described above are capable of optical transmission and reception between each other only by precise alignment, the optical transmission module 10 and the optical reception module 20 are aligned. The process for making it necessary is necessary, and the manual alignment process of the optical transmission module 10 and the optical reception module 20 will be described as follows.

먼저, 광 송신모듈(10)에 표면방출 레이저 어레이(12)와 레이저 어레이 구동회로(13)를, 그리고 광 수신모듈(20)에 광 검출 어레이(22)와 광 수신회로(23)를 실장할 수 있도록 가공한 후 각 소자의 표면과 기판 윗면의 높이가 같도록 고정한 다음, 각 연결배선(14, 24, 15, 25)을 증착하는 과정에서 수동정렬을 위한 정렬마크를 동시에 형성한다.First, the surface emitting laser array 12 and the laser array driving circuit 13 are mounted on the optical transmission module 10, and the optical detection array 22 and the optical receiving circuit 23 are mounted on the optical receiving module 20. After processing to ensure that the height of the surface of each device and the upper surface of the substrate is the same, and then forming the alignment mark for manual alignment in the process of depositing each connection wiring (14, 24, 15, 25) at the same time.

또한, 마이크로 렌즈 어레이(26)를 정렬하기 위해서는, 먼저 광 송신모듈(10)과 광 수신모듈(20)에 마이크로 렌즈 어레이(26)의 렌즈를 정렬시키기 위한 정렬마크를 연결배선 증착시 함께 형성한다. 그리고, 마이크로 렌즈 어레이(26)는 광 송신모듈(10)에 정렬시킨 후 고정하여, 광 송신모듈(10)과 광 수신모듈(25)에 새겨진 정렬마크를 상호 정렬하므로써, 전체 모듈을 고정시키게 된다.In addition, in order to align the micro lens array 26, first, an alignment mark for aligning the lenses of the micro lens array 26 to the light transmitting module 10 and the light receiving module 20 is formed together with the connection wiring deposition. . Then, the micro lens array 26 is aligned with the optical transmission module 10 and then fixed, thereby fixing the entire module by aligning the alignment marks engraved on the optical transmission module 10 and the optical reception module 25 to each other. .

결과적으로, 본 발명에 따른 광연결 모듈 구조에서는, 자유공간 광연결 모듈을 구성하기 위해 가공된 구리기판에 DLC를 코팅한 기판(11, 21)을 사용하므로써, 열방출 특성과 접지 특성을 향상시킬 수 있다.As a result, in the optical connection module structure according to the present invention, by using the substrates 11 and 21 coated with DLC on the processed copper substrate to form a free space optical connection module, the heat dissipation characteristics and the grounding characteristics can be improved. Can be.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광부품의 열방출 문제를 해결하기 위해 고가의 다이아몬드 기판을 사용하거나 알루미나 기판을 사용하고 TEC를 사용하는 종래와는 달리, 구리기판에 절연막으로 DLC 코팅을 하여 기판으로 이용함으로써 뛰어난 열방출 특성을 이용할 수 있는 효과가 있으며, 그 제조비용을 현저하게 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 광연결 모듈의 잡음 특성을 줄이기 위한 접지 영역을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있으며, 소자간 또는 외부입출력을 위한 연결배선을 본딩 와이어(bonding wire) 또는 금속증착을 이용하므로써, 패키징 및 광정렬이 용이한 효과가 있다. 그리고, 부가적으로 자유공간 광연결을 위해 송신 및 수신 모듈을 수동정렬 방법으로 광정렬할 수 있도록 하므로써 광정렬에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, unlike the conventional method using an expensive diamond substrate or an alumina substrate and using TEC to solve the heat dissipation problem of the optical component, the substrate by coating the DLC with an insulating film on the copper substrate By using it, there is an effect that can use the excellent heat dissipation characteristics, there is an effect that can significantly reduce the manufacturing cost. In addition, there is an effect to secure a sufficient ground area to reduce the noise characteristics of the optical connection module, the packaging and optical alignment by using a bonding wire (bonding wire) or metal deposition between the devices or for external input and output This has an easy effect. In addition, it is possible to reduce the time and cost required for optical alignment by additionally enabling the optical alignment of the transmission and reception modules for a free space optical connection by a manual alignment method.

Claims (4)

자유공간 광연결 모듈 구조에 있어서,In the free space optical connection module structure, 광소자를 형성하기 위한 제 1 구리기판과, 상기 제 1 구리기판에 형성된 표면방출 레이저 어레이와, 상기 제 1 구리기판에 형성되며 상기 표면방출 레이저 어레이를 구동하기 위한 레이저 어레이 구동회로와, 상기 표면방출 레이저 어레이 및 상기 레이저 구동회로를 상호 연결시키기 위한 제 1 연결배선과, 상기 레이저 어레이 구동회로의 외부입출력을 위한 제 2 연결배선으로 구성된 광 송신모듈;A first copper substrate for forming an optical device, a surface emitting laser array formed on the first copper substrate, a laser array driving circuit formed on the first copper substrate and driving the surface emitting laser array, and the surface emitting An optical transmission module comprising a first connection wiring for interconnecting a laser array and the laser driving circuit, and a second connection wiring for external input / output of the laser array driving circuit; 광소자를 형성하기 위한 제 2 구리기판과, 상기 제 2 구리기판에 형성되며 광 송신모듈의 상기 표면방출 레이저 어레이로부터 출력되는 광을 검출하기 위한 광 검출 어레이와, 상기 제 2 구리기판에 형성되며 상기 검출된 광을 수신하기 위한 광 수신회로와, 상기 광 검출 어레이 및 상기 광 수신회로를 상호 연결시키기 위한 제 3 연결배선과, 상기 광 수신회로의 외부입출력을 위한 제 4 연결배선으로 구성된 광 수신모듈을 포함하는 자유공간 광연결 모듈 구조.A second copper substrate for forming an optical element, a photodetecting array formed on the second copper substrate, for detecting light output from the surface emitting laser array of the optical transmission module, and formed on the second copper substrate; An optical receiving module comprising an optical receiving circuit for receiving the detected light, a third connecting wiring for interconnecting the light detecting array and the optical receiving circuit, and a fourth connecting wiring for external input / output of the optical receiving circuit Free space optical connection module structure comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 자유공간 광연결 모듈 구조는, 광결합 효율을 높이기 위해 상기 표면방출 레이저 어레이와 상기 광 검출 어레이 사이에 마이크로 렌즈 어레이를 배치한 것을 특징으로 하는 자유공간 광연결 모듈 구조.The free space optical connection module structure of claim 1, wherein the free space optical connection module structure includes a micro lens array disposed between the surface emitting laser array and the light detection array to increase optical coupling efficiency. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2, 제 3, 제 4 연결배선은 금속증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 자유공간 광연결 모듈 구조.The free space optical connection module structure of claim 1, wherein the first, second, third, and fourth connection wirings are formed by metal deposition. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 구리기판은 DLC(Diamond-Like Carbon) 절연막을 코팅하고 상기 각 광소자를 접합하며, 상기 DLC 절연막 일부분에 구멍을 형성하여 상기 구리기판을 접지수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 자유공간 광연결 모듈 구조.The method of claim 1, wherein the first and second copper substrates are coated with a diamond-like carbon (DLC) insulating film, and each optical device is bonded to each other, and a hole is formed in a portion of the DLC insulating film to form the copper substrate as a grounding means. Free space optical connection module structure, characterized in that.
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