KR20030078047A - 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 다수의 광섬유와의 접속 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 평면형 광도파로 소자를 제작을 할 때 필수적인 광도파로칩과 광섬유와의 접속 및 부착 공정에 있어서, 한번의 정렬 및 접속 공정을 통해서 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이를 부착함으로써 정렬 및 접속에 필요한 시간 및 비용을 줄이고자 한다.

Description

병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 다수의 광섬유와의 접속 구조 { Alignment Method of Multiple Optical Fibers to Parallely Arranged Multiple Optical Waveguide Chips}

본 발명은 평면형 광도파로 소자를 제작을 할 때 필수적인 광도파로칩과 광섬유와의 접속 및 부착 공정에 있어서, 한번의 정렬 및 접속 공정을 통해서 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 다수의 광섬유를 부착함으로서 정렬 및 접속에 필요한 시간 및 비용을 단축하는 것에 관한 것이다. 도1은 본 발명에서 구현하고자 하는 내용을 나타내는 대표도이다.

광통신 시스템에 필요로 하는 광도파로형 소자의 종류로는 입력된 광신호를 다수의 출력단으로 분배하는 광스플리터, 광신호의 변조 역할을 하는 광변조기, 광신호를 원하는 출력단으로 보내주는 광스윗치와 파장 다중화기등이 있다. 상기의 광도파로 소자의 제작에 있어서 광도파로칩과 광섬유와의 접속은 반드시 필요한 공정으로서 소자 제작에 있어서의 전체 비용중 50% ~ 90% 이상을 차지할 만큼 시간과 비용이 필요한 공정이다.

도 2와 도 3은 기존의 방법을 도시한 그림이다. 기존의 방법에서는 도 2와 같이 광도파로칩의 입력단 및 출력단에 부착할 광섬유(4,5)가 실장되어 있는 광섬유 어레이(7,8)를 준비하고, 하나의 독립적인 광도파로칩(6)의 입력단 및 출력단 도파로에 정렬하여 접합을 하는 과정을 통해서 광도파로 소자를 제작한다. 도 3은 도 2의 과정에 따라 광섬유와 접속이 된 광도파로 소자를 나타내고 있다. 따라서 다수의 광도파로 칩의 입력단 및 출력단에 광섬유를 부착을 하려면 도 2 및 도 3과 공정을 여러 번 반복해야 하는 어려움이 있다. 이러한 방법은 본 발명에 비해서 여러 개의 소자의 제작할 때 공정시간 및 그에 따른 비용이 추가되는 단점이 있다.

본 발명에서는 다수의 광도파로칩의 입력단 및 출력단 도파로에 광섬유를 부착을 할 때, 각 칩마다 매번 광섬유를 부착하는 기존의 방법과 달리, 다수의 독립적인 광도파로칩을 동일한 기판상에 병렬로 배열이 되도록 형성을 한 후에, 한번의 접속공정을 통해서 입력단 및 출력단에 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 동일한 기판상에 병렬로 배열된 광섬유 어레이를 부착함으로써 광도파로칩에 연결되는 광섬유의 정렬 및 부착에 들어가는 공정 시간 및 비용을 절감하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 1XN 광스플리터 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이와 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 2 및 도 3은 기존의 방법에 따른 단일 광도파로칩에 단일 광섬유 어레이를 부착하는 구성을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩의 광도파로 위치와 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이의 광섬유 위치를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이이 부착된 후에 개개의 독립 광소자로 분리하는 내용을 도시하고 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착한 후에 하나의 독립 광소자 및 2개 이상의 독립적인 광소자가 동일 기판에 배열된 다수의 광소자로 분리하는 방법을 도시하고 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 2X4 광커플러 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 광파장 다중화 및 역다중화 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 1X2 광스위치 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 광변조(광감쇄기능포함) 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 1X4 광스플리터, 2X4 광커플러, 1X2 광스위치 및 광변조 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 혼합되어 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착되는 방법을 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따라 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 혼합되어 배열되어 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착될 때 가능한 길이를 도시한 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 1X4 광스플리터 기능을 수행하는 독립적인 광도파로칩이 병렬로 배열된 것

2 : 입력단에 위치한 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이

3 : 출력단에 위치한 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이

4 : 입력단 광섬유 어레이에 실장된 광섬유

5 : 출력단 광섬유 어레이에 실장된 광섬유

6 : 1X4 광스플리터 기능을 수행하는 독립적인 광도파로칩

7 : 독립적인 입력단 광섬유 어레이

8 : 독립적인 출력단 광섬유 어레이

9 : 다이싱 라인

10 : 2X4 광스플리터 기능의 독립적인 광도파로칩 여러개가 병렬로 배열된 것

11 : 광파장 다중화 기능의 독립적인 광도파로칩 여러개가 병렬로 배열된 것

12 : 1X2 광스위치 기능의 독립적인 광도파로칩 여러개가 병렬로 배열된 것

13 : 광변조기 기능을 수행하는 독립적인 광도파로칩 여러개가 병렬로 배열된 것

14 : 1X4 광스플리터, 2X4 광커플러, 1X2 광스위치 및 광변조 기능을 하는 다수의 독립적인 광도파로칩이 병렬로 혼합되어 배열되어 있는 것

도 1은 본 발명의 대표도로서, 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩(1)의 입력단 및 출력단에 다수의 독립적인 광섬유 어레이(2,3)가 부착된 상태를 나타내고 있다. 본 발명에서의 목적은 도 1에 예시된 바와 같이 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩(1)에 다수의 독립적인 광섬유 어레이(2,3)를 부착하는 공정을 한번에 수행하여 전반적으로 공정을 수행할 때의 시간 및 비용을 단축하는 것이다.

본 발명에서의 독립적이라는 것은 각 개별 소자로 입력된 광신호가 동일 기판 위에 위치한 다른 개별 소자와의 기능이나 신호 흐름이 기판 위에서 직접적인 연관이 없는 경우를 의미한다. 또한 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이(2,3)란 광섬유 어레이가 병렬로 동일한 기판 위에 배열된 구조를 의미한다.

도 1에서 예시된 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩(1)은, 광스플리터로, 하나의 입력 광신호를 받아서 네 군데의 출력단으로 광신호를 일정하게 분배해주는 역할을 한다. 도 1에 나타난 바와 같이 하나의 기판 위에 여러 개의 독립적인 1X4 광스플리터의 입력단 및 출력단을 각각 동일한 방향이 되도록 하여 형성한다.

광도파로 소자는 일반적으로 많이 사용되는 실리콘 옥사이드 계열의 물질이나 광학폴리머를 사용하여 만들어질 수 있으며, 또는 리튬나이오베이트 기판 및 옥사이드 글라스를 주성분으로 하는 기판에 양자교환 방법으로 광도파로 소자를 제작하거나 3-5족 화합물 반도체 재료인 갈륨아세나이드 기판이나, 인듐포스파이드 기판 등의 재료를 사용하여 제작할 수 있다.

실리콘 옥사이드 계열의 물질이나 광학폴리머를 사용하여 다수의 독립적인 광도파로칩이 동일한 기판 위에 병렬로 연결된 광도파로 칩을 형성하는 방법은 다음과 같다. 먼저 기판위에 광도파로의 하부 클래드층을 형성한다. 이후 코아 층을 하부 클래드 층위에 형성한다. 사진 식각 공정과 건식 식각 공정을 통해서 광신호가 지나갈 수 있는 형태의 코아를 형성한 후 상부 클래드 층을 코아층 위에 형성하여 광도파로를 형성한다. 병렬로 배열된 광도파로 칩은 상기의 공정중 사진 식각 공정에서 동일한 소자의 패턴을 여러 번 반복해서 전사할 수 있는 스텝퍼 장비나 동일한 반복패턴이 그려져 있는 포토마스크를 사용하여 마스크 얼라이너 장비를 이용하여 형성된다. 다수의 독립적인 광도파로칩의 입력단 및 출력단에 광섬유를 부착하기 위해서는 광도파로와 광섬유 중심간의 위치가 1um이내로 정확해야 한다. 따라서 배열된 광도파로 소자의 입력단 및 출력단의 정확한 위치와 광섬유 블록내의 광섬유 중심위치가 중요한 요소가 된다.

도 4는 광도파로칩의 입력단 및 출력단 도파로(1)에 부착되는 광섬유 어레이(2,3)내의 광섬유(4,5) 위치를 확대해서 예시하고 있다. 병렬로 배열된 광도파로 소자의 입력단 및 출력단 도파로의 위치는 반도체 공정중의 하나인 정밀한 사진 식각 공정을 통해서 정확하게 형성이 되므로, 우리는 광도파로 소자의 입력단 및 출력단 도파로의 위치를 정확히 알 수 있다. 따라서 광도파로의 입력단 및 출력단 위치와 동일한 위치에 부착되는 광섬유의 중심이 위치되도록 하면 접속 손실을 최소화 시킬 수 있다.

병렬로 배열된 다수의 광도파로칩과 광섬유를 연결시키기 위해서 다수의 광섬유를 포함하는 광섬유 어레이를 제작하여 적용한다. 광섬유 어레이에 실장되는 광섬유의 위치는 브이형 홈의 위치에 따라서 결정된다. 정밀한 사진식각 공정과 실리콘 기판의 정밀한 습식 식각 과정을 통해서 제작되는 브이형 홈은 광섬유의 위치 정렬에 도움을 준다. 광섬유를 실장하면, 광도파로칩의 입력단 및 출력단 도파로의 간격과 동일한 위치에 광섬유를 고정시킬 수 있다.

도 4의 A-B 부분 및 C-D 부분의 확대 그림에 예시된 바와 같이, 병렬로 배열된 다수의 광도파로 칩에서 가장 아래쪽 광도파로의 위치를 기준으로 시작하여 제일 위쪽 광도파로칩의 가장 바깥쪽 광도파로까지의 위치에 맞도록 입력단 및 출력단에 부착되는 광섬유를 실장한 광섬유 어레이(2,3)를 제작하여, 본 발명에서 하고자 하는 한 번의 공정으로 다수의 광도파로칩과 광섬유의 정렬 및 접합공정을 수행할 수 있다. 현재 가능한 광섬유 어레이내에 고정된 광섬유의 위치오차는 정해진 위치에서 1um 이내로 제작이 가능하므로 충분히 낮은 접속손실을 가지고서 접합공정을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 방법에 따라서 다수의 광도파로칩에 광섬유를 부착한 후에 개개의 소자로 분리하는 방법을 예시하고 있다. 한번의 정렬 및 접속 공정으로 광도파로칩과 광섬유가 접속된 다음에 소자에 있는 다이싱 라인(9)을 따라서 다이싱 쏘우등의 장비를 이용하여 개개의 소자로 분리한다. 또한 본 발명의 방법을 적용하면, 도 6에서와 같이 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이가 부착한 후에 다이싱 라인(9)을 따라서 다이싱 쏘우등의 장비를 이용하여 개개의 소자로 분리하거나 2개 이상의 다수의 광소자로 분리할 수 있다.

본 발명에 적용할 수 있는 광도파로 소자로는 도 1 및 도 7부터 도 10까지와 같이 광스플리터(1), 광커플러(10), 광파장 다중화기(11), 광스윗치(12), 광변조기(13) 와 등을 들 수 있으며 또한 평면형 도파로로 구성될 수 있는 소자라면 모두 적용될 수 있다. 병렬로 배열되는 광도파로형 소자는 도1 및 도7부터 도 9 까지와 같이 동일한 소자로 이루어 질 수도 있으며, 또한 도11의 경우처럼 동일하지 않은 소자들이 병렬로 이루어진 경우에도 본 발명의 방법이 적용될 수 있다.

본 발명에서는 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이를 부착을 할 때, 각 소자마다 매번 광섬유를 부착하는기존의 방법과 달리, 한번의 접속공정을 통해서 광섬유를 부착하고, 이후 다이싱 공정으로 개개의 소자로 분리한다.

소자에 광섬유를 접속하는 공정은 시간과 비용이 들어가는 병목 공정으로서 이러한 공정을 본 발명의 방법에 따라 한번에 수행할 수 있고, 개개의 소자로 분리하는 방법은 다이싱공정을 적용함으로써 개개의 소자에 들어가는 정렬비용을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

1. 동일 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광섬유 어레이를 부착할 때, 병렬로 배열된 광도파로칩의 입력단 및 출력단 도파로와 동일한 간격을 지닌 하나의 기판상에 배치된 광섬유 어레이를 사용하여 서로를 접속 및 부착을 하는 방법을 특징으로 하는 공정방법.
2. 제 1항에 있어서 독립적인 광도파로칩은, 각각의 광도파로칩의 입력단으로 입사된 광신호가 그 칩내에서만 광신호의 교환, 분할, 변조 등의 기능이 수행되어 동일한 광도파로칩의 출력단으로 광신호를 내보내며, 동일한 기판 위에 배열된 다른 소자에는 아무런 연관관계가 없고, 영향을 주지 못하는 것을 특징으로 한다.
3. 제 2항에 있어서 다수의 독립적인 소자가 병렬로 배열된 광도파로 소자란 2개 이상의 독립된 소자가 동일한 기판위에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
4. 제 1항에 있어서, 동일 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩은 각각의 광도파로칩이 동일한 도파로 구조를 가지며 동일한 기능을 수행하는 동일한 여러 개의 광도파로칩으로 구성될 수 있으며, 또한 동일 기판위에 병렬로 배열된 광도파로칩은 각각 다른 형태의 도파로 구조로 각자의 소자가 다른 기능을 수행하는 광도파로칩으로 구성이 될 수 있음을 특징으로 하는 것
5. 제 1항에 있어서, 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로 칩에서 두개의 이웃한 소자의 가장 근접한 도파로의 간격이 500um 이상인 경우를 특징으로 하는 것.
6. 제 1항에 있어서, 입력단 및 출력단의 광섬유 어레이에 실장된 광섬유의 위치는, 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩의 입력단 및 출력단 도파로와 동일한 간격을 가지고, 하나의 기판상에 배열된 광섬유 어레이를 사용하며, 도 12에서와 같이 그 폭(L)은 5mm보다 크고, 150mm보다 적은 것을 특징으로 하는 방법.
7. 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 광섬유를 부착할 때, 동일 설비를 사용하여 한번의 접속과정을 통하여 광축을 연결 및 고정하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7항에 있어서, 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩에 광섬유를 부착할 때, 도 12의 접합지점(L) 1cm 거리당 최대 80개의 광도파로와 최대 80개의 광섬유가 접합되는 것을 특징으로 하는 방법
9. 동일한 기판 위에 병렬로 배열된 다수의 독립적인 광도파로칩과 광섬유가 연결된후에, 다이싱 쏘우 등의 장비를 사용하여 분리한 후 독립된 하나의 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.