KR20030049400A - 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법 - Google Patents

광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법 Download PDF

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KR20030049400A
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최종호
박노경
이승일
김창준
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 서브마운트에 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하고 그 관통홈의 중심에 발광/수광면이 위치하도록 광소자(즉, 발광소자와 수광소자)를 플립칩 본딩 (Filpchip Bonding) 방식을 이용하여 서브마운트에 고정시킴으로써, 별도의 광축조정없이 간단하게 서브마운트와 광파이버를 결합할 수 있게 하는 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 광파이버와 결합하여 광신호를 송수신하는 광소자를 고정하는 서브마운트에 있어서, 상기 서브마운트에 상기 광파이버의 개수에 해당하는 원통형의 관통홈을 형성하고, 상기 서브마운트에 광소자를 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)에 의하여 부착할 수 있도록 상기 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위에 솔더 범프(Solder Bump)를 형성하는 것을 특징으로 함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 등에 이용됨.

Description

광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법{Submount for fixing photoelements and Method for mounting photoelements}
본 발명은 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법에 관한 것으로서, 특히 서브마운트에 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하고 그 관통홈의 중심에 발광/수광면이 위치하도록 광소자를 플립칩 본딩(Filpchip Bonding) 방식을 이용하여 서브마운트에 고정시킴으로써, 별도의 광축조정없이 간단하게 서브마운트와 광파이버를 결합할 수 있게 하는 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 단일 광파이버와의 결합을 위한 수광소자 고정용 서브마운트의 구성도로서, 도면에 도시된 바와 같이, "10"은 광파이버, "11"은 수광소자 고정용 서브마운트(Sub-Mount), "12"는 수광소자, "13"은 전극용 패드 (Pad), "14"는 전극용 패드와 수광소자를 연결하는 연결선, "15"는 서브마운트 절개홈을 나타낸다.
수광소자(photodiode)(12)는 광파이버(Optical Fiber)(10)로부터 전달되어진 광신호를 받아 전기신호로 변환시켜주는 역할을 하는데, 수광소자(12)는 이러한 역할을 수행하기 위해서 별도의 서브마운트(Sub-Mount)(11)라는 구조물위에 놓여지게 된다.
수광소자(12)의 효율적인 구동을 위해 적절한 크기의 본딩 패드(Bonding Pad)가 서브마운트(Sub-Mount)(11)의 결합면에 위치하게 된다. 광파이버(10)와 수광소자(12)의 효과적인 결합을 위해서 서브마운트(Sub-Mount)(11)는 요철 모양으로 만들어진다.
종래의 수광소자 고정용 서브마운트에는, 수광소자의 수광면이 광파이버 (Optical Fiber)와의 효율적인 결합을 위해 서브마운트(Sub-Mount)의 중심(center)에 고정되어야 하는데 눈으로 보면서 본딩(Bonding) 작업을 하기 때문에 정밀도에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 수광소자 고정용 서브마운트에서는, 수광소자의 본딩 패드 (Bonding Pad)가 서브마운트(Sub-Mount)의 본딩 패드(Bonding Pad)와 결합시, 에폭시(Epoxy)의 양에 의해 수광소자의 수광면을 손상을 줄 수 있고, 또한, 수광소자와 서브마운트(Sub-Mount)의 에폭시(Epoxy) 결합시 경화과정에서의 변형으로 인하여 광축이 틀어진다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 수광소자 고정용 서브마운트에서는, 광파이버에서 전달되어져 오는 광신호를 받기 위하여 서브마운트(Sub-Mount)를 절개해야 하는 어려움이 있다는 문제점이 있었다.
도 2 는 종래의 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트의 구성도이다.
종래의 광 커플러는 도면에 도시된 바와 같이, 광파이버 커넥터(220)(예를 들면, MT-RJ 커넥터 등)와, 그 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트(200)로 구성되며, 발광소자(laser diode)(201)/수광소자(photodiode) (208)는 별도의 캔 패키지(Can Package)에 내장되어 있는 구조를 갖는다. 여기서,커넥터(220)와 서브마운트(200)의 결합은 가이드 핀(Guide Pin)(223)을 핀 홀(Pin Hole)(209)에 꽂음으로써 이루어진다.
종래의 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트(200)는 0.75mm의 파이버 피치(fiber pitch)를 맞추기 위해, 빛을 모으는 집속렌즈(202, 207)와 빛의 경로를 바꾸는 반사 거울(mirror)(203 내지 206)로 이루어진 광학계를 구성하며, 또한 플라스틱 몰드(plastic mold)물로 구성된다.
도면에 도시된 바와 같이, 발광소자(201)로부터 발광된 빛은 집속렌즈(202) 및 반사 거울(203, 204)을 통해 0.75mm 피치(pitch) 간격(즉, 광파이버 "221"과 "222"의 간격)으로 결합된 광파이버(221)에 집속된다.
한편, 0.75mm 피치(pitch) 간격으로 결합된 광파이버(222)로부터 출사된 광은 반사 거울(205, 206)과 집속렌즈(207)를 통해 수광소자(208)에 전달된다.
종래에는 발광소자 및 수광소자가 내장된 캔 패키지(Can Package)의 광축을 0.75mm 피치(pitch) 간격의 파이버와 결합시키기 위하여, 렌즈(lens) 및 반사 거울을 이용한 복잡한 광학계를 구성해야 한다는 문제점이 있었다.
또한, 서브마운트(200)가 집속렌즈 및 반사 거울로 이루어진 광학계를 구성하기 위해서는 프라스틱 몰드(plastic mold)로 제작해야 하는데, 이로 인하여 제작비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
또한, 별도의 발광소자(LD) 및 수광소자(PD)의 광축조정작업이 필요하기 때문에, 작업공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 서브마운트에 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하고 그 관통홈의 중심에 발광/수광면이 위치하도록 광소자(즉, 발광소자와 수광소자)를 플립칩 본딩(Filpchip Bonding) 방식을 이용하여 서브마운트에 고정시킴으로써, 별도의 광축조정없이 간단하게 서브마운트와 광파이버를 결합할 수 있게 하는 광소자 고정용 서브마운트 및 광소자 마운팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 단일 광파이버와의 결합을 위한 수광소자 고정용 서브마운트의 구성도.
도 2 는 종래의 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트의 구성도.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 단일 광파이버와의 결합을 위한 수광소자 고정용 서브마운트의 일실시예 구성도.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트의 일실시예 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
300, 400: 서브마운트 301, 402, 403: 관통홈
302, 421, 422: 광파이버 303, 404: 수광소자
304: 수광소자 수광면 305, 405: 솔더범프
401: 발광소자
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광파이버와 결합하여 광신호를 송수신하는 광소자를 고정하는 서브마운트(Sub-Mount)에 있어서, 상기 서브마운트에 상기 광파이버의 개수에 해당하는 원통형의 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하고, 상기 서브마운트에 광소자를 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)에 의하여 부착할 수 있도록 상기 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위에 솔더 범프(Solder Bump)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 광파이버와 결합하여 광신호를 송수신하는 광소자를 서브마운트에 마운팅하는 방법에 있어서, 상기 서브마운트에 상기 광파이버의 개수에 해당하는 원통형의 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하는 제 1 단계; 상기 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위에 솔더범프 (Solder Bump)를 형성하는 제 2 단계; 및 상기 광소자의 발광/수광면이 상기 관통홈의 중심에 위치하도록 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)에 의하여 상기 광소자를 상기 솔더범프에 부착하는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 단일 광파이버와의 결합을 위한 수광소자 고정용 서브마운트의 일실시예 구성도이다.
서브마운트(Sub-Mount)(300)는 수광소자(photodiode)(303)를 고정시키는 것으로서, 수광소자(photodiode)(303)와의 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)을 위해서 별도의 솔더 범프(Solder Bump)를 갖으며, 또한 서브마운트(Sub-Mount)(300)는 광파이버(302)와의 효과적인 결합을 위하여 서브마운트의 중앙에 원통형 관통홈(301)을 갖는다. 여기서, 원통형 관통홈의 단면적은 광파이버의 단면적 이상이어야 하는데, 광파이버가 관통홈에 삽입되지 않는 경우에는 단면적이 서로 같은 것이 바람직하고, 광파이버가 관통홈에 삽입되는 경우에는 광파이버의 삽입시 관통홈과 광파이버간의 공간이 최소가 되는 것이 바람직하다.
수광소자(303)(예를 들면, photodiode)는 수광면(304)이 서브마운트(Sub-Mount)의 중심(center)에 오도록, 플립칩 본딩(Filpchip Bonding) 방식을 이용하여 서브마운트(Sub-Mount)(300)에 고정된다. 즉, 수광소자(303)는 수광면(304)의 중심이 관통홈(301) 위에 위치하도록 플립칩 본딩 방식에 의하여 서브마운트(300)에 고정된다.
수광소자(303)의 전기적 성능을 위해 서브마운트(Sub-Mount)의 전극용패드(Pad)(306)와 수광소자(303)을 와이어 본딩(Wire Bonding)(308)한다. 즉, 얇은 금속선으로 연결한다.
서브마운트(Sub-Mount)의 관통홈(301)에 광파이버(302)를 삽입해서 수광 소자의 수광면(304)이 광 신호를 받는다.
서브마운트(300)에 만들어진 관통홈(301)에 광 파이버(302)를 일정한 깊이만큼 삽입함으로써, 미리 서브마운트(300)에 고정된 수광소자(303)의 수광면(304)과의 결합에 있어서 별도의 광축 조정이 필요없게 된다.
상기와 달리, 광파이버(302)를 관통홈(301)에 삽입하지 않는 경우에는, 관통홈(Waveguide Hole)(301)은 광파이버(302)와의 결합효율을 높이기 위해 광결합율 증가 수단(예를 들면, 별도의 렌즈(막대렌즈)나 굴절율 매칭 폴리머 등)으로 채워지게 된다.
이상에서는 수광소자를 예로 들어 설명하였으나, 발광소자(예를 들면, Laser Diode 등)에 대해서도 동일하다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 광파이버 커넥터와의 결합을 위한 광소자 고정용 서브마운트의 일실시예 구성도이다.
본 발명은 별도의 광축조정을 위한 광학계(즉, 집속렌즈와 반사 거울의 조합체)을 사용하지 않고 관통홈(Waveguide Hole)과 플립칩 본딩(Filpchip Bonding) 방법을 사용하는 구조로 되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 서브마운트(400)는 광파이버 컨넥터인 MT-RJ커넥터(420)에 내장된 광 파이버(421, 422)와 결합하기 위해, 두 개의 관통홈(Waveguide Hole)(402, 403)과 MT-RJ 커넥터(420)와의 결합을 위해 두 개의 핀 홀 (Pin Hole)(406)을 가진다. 여기서, 관통홈은 원통형태를 가지며, 두 개의 관통홈의 간격(정확하게는 관통홈 "402"와 "403"의 중심축간의 거리)은 광파이버 커넥터에 내장된 두 개의 광파이버의 간격(정확하게는 광파이버의 중심축간의 거리)(예를 들어, MT-RJ 커넥터인 경우에는 0.75mm임)과 같아야하고, 또한 원통형 관통홈의 단면적은 광파이버의 단면적 이상이어야 한다(바람직하게는, 단면적이 같아야 함).
도면에서는 관통홈이 2개인 경우를 도시하였지만, 컨넥터의 광파이버 개수에 따라 그 이상도 당연히 가능하다.
관통홈(Waveguide Hole)이 있는 서브마운트(402, 403)는 광파이버(421, 422)와 결합하는 면의 반대면에는 발광소자(예를 들면, Laser Diode등)(401)와 수광소자(예를 들면, photodiode 등)(404)에 결합될 수 있는 전극 패턴(Pattern)을 갖는다(도 4b 참조).
발광소자(401)와 수광소자(404)의 발광/수광면(active area)은 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)을 이용해서 관통홈(Waveguide Hole)의 중앙부분에 정확하게 고정된다. 그래서, 서브마운트(400)는 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)을 위해서, 각각의 관통홈 주위(즉, 광파이버 커넥터에 내장된 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위)에 하나 이상의 솔더 범프(Solder Bump)(405)를 갖는다.
관통홈(Waveguide Hole)(402, 403)은 발광소자 및 수광소자로부터 출사 또는 입사되는 광의 전달통로 역할을 수행한다. 즉, 발광소자(401)에서 출사된 광원은관통홈(402)을 통해 광 파이버(421)에 전달되며, 광 파이버(422)로부터 입사되는 광은 관통홈(Waveguide Hole)(403)을 통해 수광소자(404)에 전달된다.
또한, 관통홈(Waveguide Hole)(402, 403)은 광파이버(421, 422)와의 결합효율을 높이기 위해 광결합율 증가 수단(예를 들면, 별도의 렌즈(막대렌즈)나 굴절율 매칭 폴리머 등)으로 채워지게 된다.
MT-RJ커넥터(420)의 가이드 핀(Guide Pin)(423)은 서브마운트(400)의 핀홀 (Pin Hole)(406)과 슬라이딩 결합을 하게 되며, 이로 인하여 MT-RJ커넥터(420)와 서브마운트(400)는 결합을 하게 된다.
상기의 본 발명은, 광파이버 커넥터에 내장된 광파이버가, 도면에 도시된 MT-RJ 커넥터의 광파이버와 달리, 서브마운트의 관통홈에 광파이버가 삽입될 수 있는 구조를 갖는 경우에도 당연히 적용가능하며, 이 경우에는 관통홈을 별도의 렌즈(막대렌즈)나 굴절율 매칭 폴리머로 채우지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)을 사용하여 광소자와 서브마운트(Sub-Mount)를 결합함으로써, 별도로 광축을 조정하지 않으며 또한광축의 틀어짐없이 광소자와 서브마운트(Sub-Mount)를 결합할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 서브마운트(Sub-Mount)에 만들어진 관통홈에 광파이버를 삽입함으로써 미리 고정된 수광소자의 수광면과의 결합에 있어서의 별도의 광축조정이 필요없어, 제작이 용이하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 다수의 광파이버를 내장하고 있는 광파이버 커넥터와 결합하는 서브마운트에 있어서는, 관통홈(Waveguide Hole)을 사용하기 때문에 기존의 렌즈와 반사 거울을 통한 광축조정을 할 필요가 없게 하며, 또한 별도의 렌즈나 반사 거울을 사용하지 않음으로써 작업공정과 부품수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 별도의 발광소자 및 수광소자의 캔 패키지(Can Package)가 필요없어 제작 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 광파이버와 결합하여 광신호를 송수신하는 광소자를 고정하는 서브마운트 (Sub-Mount)에 있어서,
    상기 서브마운트에 상기 광파이버의 개수에 해당하는 원통형의 관통홈 (Waveguide Hole)을 형성하고, 상기 서브마운트에 광소자를 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)에 의하여 부착할 수 있도록 상기 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위에 솔더 범프(Solder Bump)를 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광파이버가 한 개인 경우에는 상기 서브마운트의 중앙에 한 개의 원통형 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광파이버가 두 개인 경우에는, 상기 서브마운트에 두 개의 원통형 관통홈을 소정의 간격을 두고 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 관통홈의 간격은,
    상기 서브마운트와 결합하는 광파이버 커넥터에 내장된 두 개의 광파이버의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 관통홈은,
    상기 광파이버의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광소자는,
    발광소자와 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 솔더 범프(Solder Bump)는,
    각각의 관통홈마다 적어도 한 개 이상인 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 원통형 관통홈은,
    관통홈 내부가 광결합율 증가 수단으로 채워지는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광결합율 증가 수단은,
    막대렌즈와 굴절율 매칭 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소자 고정용 서브마운트.
  10. 광파이버와 결합하여 광신호를 송수신하는 광소자를 서브마운트에 마운팅하는 방법에 있어서,
    상기 서브마운트에 상기 광파이버의 개수에 해당하는 원통형의 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하는 제 1 단계;
    상기 광파이버와 결합하는 서브마운트면의 반대면의 관통홈 주위에 솔더범프 (Solder Bump)를 형성하는 제 2 단계; 및
    상기 광소자의 발광/수광면(active area)이 상기 관통홈의 중심에 위치하도록 플립칩 본딩(Filpchip Bonding)에 의하여 상기 광소자를 상기 솔더범프에 부착하는 제 3 단계
    를 포함하는 광소자 마운팅 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 관통홈 형성은,
    상기 광파이버가 한 개인 경우에는 상기 서브마운트의 중앙에 한 개의 원통형 관통홈(Waveguide Hole)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 관통홈 형성은,
    상기 광파이버가 두 개인 경우에는, 상기 서브마운트에 두 개의 원통형 관통홈을 소정의 간격을 두고 형성하는 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 관통홈의 간격은,
    상기 서브마운트와 결합하는 광파이버 커넥터에 내장된 두 개의 광파이버의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 관통홈은,
    상기 광파이버의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광소자는,
    발광소자와 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 솔더 범프는,
    각각의 관통홈마다 적어도 한 개 이상인 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 원통형 관통홈 내부를 광결합율 증가 수단으로 채우는 제 4 단계
    를 더 포함하는 광소자 마운팅 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광결합율 증가 수단은,
    막대렌즈와 굴절율 매칭 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소자 마운팅 방법.
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