KR20040057155A - 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 PCB를 다층으로 형성하기 위해 광비아홀에 섬유 블록과 파이프 블록을 삽입하여 층에 연결하고, 층간 광신호를 전송시 해당 층의 신호 전달을 위한 길이가 실리콘 기판을 이용한 광도파로 소자의 길이보다 긴 경우에, 섬유 리본(fiber ribbon) 등의 광신호 연결부재를 이용하여 광신호를 전달할 수 있는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판은, a) 절연재, 동박 및 광비아홀로 이루어지는 광 인쇄회로기판의 베이스 기판; b) 베이스 기판에 부착되어 광신호를 수평으로 전달하는 광신호 전달 부재; 및 c) 광신호 전달 부재와 수평으로 연결되어 상기 광신호를 소정 길이 이상으로 전달하는 광신호 연결 부재를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따르면, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 수평으로 배열 및 접합함으로써 실리콘 기판의 크기보다 긴 장거리의 신호 전송이 가능하며, 또한, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 직접 접착함으로써 오정렬 및 접합 손실을 방지할 수 있으며, 또한, 광섬유를 직접 동박 또는 에폭시 위에 적용하기 용이하고 정렬 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판 {An optical printed circuit board for transmitting of signals long-distance}

본 발명은 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 광 PCB를 다층으로 형성하기 위해 광비아홀에 섬유 블록과 파이프 블록을 삽입하여 PCB에 연결하고, 층간 광신호 전송시에 해당 층의 신호 전달을 위한 길이가 실리콘 기판을 이용한 광도파로 소자의 길이보다 긴 경우에, 섬유 리본(fiber ribbon) 등의 연결부재를 이용하여 광신호를 전달할 수 있는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)은 여러 종류의 많은 부품을 페놀 수지 또는 에폭시 수지로 된 평판 위에 밀집 탑재하고, 각 부품간을 연결하는 회로를 수지 평판의 표면에 밀집 단축하여 고정시킨 회로기판이다. 이 PCB는 페놀수지 절연판 또는 에폭시수지 절연판 등의 한 쪽면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후에, 회로의 배선패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거함)하여 필요한 회로를 구성하고, 부품들을 부착 탑재시키기 위한 비아홀을 뚫어 만든다.

이러한 PCB는 배선 회로면의 수에 따라 단면 기판, 양면 기판, 다층 기판 등으로 분류되며 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수하여 고정밀 제품에 채용된다. 다층 PCB는 각 층간 절연 재질로 분리 접착되어진 표면 도체층을 포함하여 3층 이상에 도체 패턴이 있는 프린트 배선판을 말한다.

한편, 종래에는 PCB를 제조할 경우, 구리판에 회로 패턴을 형성(Patterning)하여 PCB의 내층(Inner Layer)/외층(Out Layer)을 형성하였으나, 최근 고분자 중합체(Polymer)와 유리 섬유(Glass fiber)를 이용하여 빛으로 신호를 송수신할 수 있는 광도파로 소자를 PCB에 삽입하게 되었으며, 이를 EOCB(Electro-Optical Circuit Board)라고 한다. 이러한 EOCB는 전기적인 신호와 광신호를 혼재하여 동일 보드 내에서의 초고속 데이터 통신은 광신호로 인터페이싱(interfacing)되며, 소자 내에서는 데이터의 저장/신호 처리를 위해 전기적인 신호로 변환할 수 있도록 구리판 회로 패턴을 형성한 상태에서 광도파로 소자 및 유리판을 삽입한 PCB를 말한다.

한편, 현재 인쇄회로기판을 다층(Multi Layer)으로 광신호를 연결하기 위한 방법들로 여러 가지 커플링(Coupling) 방식을 제안하고 있으며, 일반적으로 다채널 층간 연결 방법으로는 1) 직접 기록(Direct Writing) 방법, 2) 빔 반사(Beam Reflection) 방법, 3) 반사 거울(Reflection Mirror)을 이용하는 방법, 4) 직접 커플링(Direct Coupling) 방법 등을 적용하고 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 종래의 PCB 내에서 광이 인터페이싱 되는 예를 설명한다.

도 1은 빔 반사 마이크로 미러(Beam Reflecting Micro Mirror)를 사용하여 빔 커플링하는 것을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 프로세서 보드(2)로부터 전기 신호가 인가되면, 실장된 송신 모듈(3) 내의 레이저 다이오드(1)로부터 광신호가 변환되어 조사되고, 이후 좌측의 렌즈(8a, 8b)를 거쳐 PCB 내에 삽입되어 있는 좌측의 마이크로 미러(4a)를 통해 반사된다. 이와 같이 반사된 신호는 광도파로 소자를 거쳐 우측의 반사 미러(4b)로 반사된 후 우측의 렌즈(8c, 8d)를 거쳐 수신 모듈(7) 내의 포토 다이오드(6)로 전달된다. 여기서, 광도파로 소자는 저손실의 다중모드 중합체 도파로 코어(waveguide core; 5a, 5b)를 통해 전달되며, 이 코어의 상하부에 도파로 클래드(waveguide clad; 9)가 형성되어 있다. 결국, 좌측의 프로세서 보드(2)로부터 전송된 신호는 광신호로 변환되어 전달된 후 다시 전기적인 신호로 변환되어 우측의 프로세서 보드에 전달되게 된다.

도 2a 및 도 2b를 참조하여, 종래의 기술에 따른 광신호를 연결하는 다층 PCB에 대해 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 광신호를 연결하는 다층 PCB의 전면 및 측면의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래에는 광원소자인 수직 동공 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; 이하 "VCSEL"라 함)(13)로부터 빛이 발산하면 마이크로 렌즈(micro-lens; 17)에서 그 빛을 모아 PCB 광비아홀(16)을 통해 광도파로 소자(14, 15)에 빛을 전달하는 방식을 사용하고 있으며, 이때 각 층과 층 사이의 신호 연결도 같은 방식으로 전달된다. 여기서, PCB(11) 상부에는 실리콘광학벤치(Silicon Optical Bench;"SiOB")(12)가 형성되어 있는데, SiOB(12)는 실리콘웨이퍼의 통칭으로 사용되며, 광소자 패키징을 위채 광통신용 모듈에 사용되는데, 상기 SiOB(12) 대신에 중합체 기판이 사용될 수도 있다. 상기 광도파로 소자는 통상적으로 클래드(14)와 코어(15)로 이루어지며, 상기 VCSEL(13)로부터 렌즈(17)를 통해 전달된 빛을 전달해 주게 되며, 이후 광신호(19)는 다른 층의 광도파로 소자로 전달되게 된다. 이때, 상기 광비아홀(16)은 절연재(18)로 절연되어있다. 또한, 마이크로 렌즈(17')는 광신호를 보다 확실하게 전달하기 위해서 광비아홀(16) 내부에 삽입될 수 있다.

상기 VCSEL(13)은 원형의 레이저 빔(laser beam)이 기판 표면에 수직으로 방출되는 방식으로 광원 데이터의 전송 및 증폭을 위한 광 모듈에 사용되는 광원을 말한다. 지금까지는 LED와 Edge Emitting LD(Laser Diode)가 널리 사용되어 왔으며, 90년대 들어 개발된 표면발광 레이저(Surface-Emitting Laser: SEL)가 이들을 대체하는 광원으로 각광받고 있으며, 이러한 VCSEL은 광섬유 통신용, 인터페이스용, 대용량 정보 병렬 처리용 등에 사용되고 있다.

그러나, 종래의 경우와 같은 광신호(19)의 전달을 위해 광비아홀(16)을 사용하는 방법에서는 반드시 마이크로 렌즈(17)를 사용하여야 하며, 또한 전달될 수 있는 파장이 최대 200㎛ 까지라는 제한이 있다. 또한, 종래에는 곡면 반사 거울이나 프리즘을 이용한 도파로 소자들의 커플링 방식이 많이 제시되고 있으나, 이러한 반사 거울이나 프리즘을 다층 PCB 내에 삽입하여 부착하기 어려울 뿐만 아니라, 다층 PCB 제작시 다채널 신호 연결을 위해 여러 개의 기계식 드릴을 사용하여 일렬로 가공할 경우에 반사 거울이나 프리즘과 PCB 간의 정렬 오류가 발생하게 된다는 문제점이 있다. 즉, 전술한 VCSEL 또는 광검출기(Photo Diode)와 PCB 내부의 광도파로 또는 광섬유의 연결하기 위해 자유공간(Free space)에서의 빛의 발산에 의한 거리의 제한(60∼200㎛)과 마이크로 렌즈의 정렬 또는 접착, 또는 곡면 거울이나 프리즘의 접착 및 정렬이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 실리콘 기판 위에 광도파로의 재료인 플라스틱 중합체(PlasticPolymer)를 스핀 코팅(Spin Coating)하여 도포할 경우, 현재의 실리콘 기판, 즉 웨이퍼의 길이가 30㎝ 이하이기 때문에, 30㎝ 이상의 장거리에는 광신호를 전달할 수 없다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 수평으로 배열 및 접합함으로써 실리콘 기판의 크기보다 긴 장거리의 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 직접 접착함으로써 오정렬 및 접합 손실을 방지할 수 있는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 광섬유를 직접 동박 또는 에폭시 위에 적용하기 용이하고 정렬 특성을 향상시킬 수 있는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 기술에서 광이 인터페이싱 되는 예를 설명하는 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따라 광신호를 연결하는 다층 PCB의 전면 및 측면의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 섬유블록 또는 파이프 블록을 이용한 광섬유를 삽입하여 광신호를 연결하는 다층 PCB의 전면 및 측면의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따라 실리콘 기판보다 긴 거리를 광신호 전송할 경우, 광 인쇄회로기판의 장거리 신호 전송을 개략적으로 예시하기 위한 도면이다.

도 5는 광신호 전송에 사용되는 통상적인 광도파로 소자의 단면도이다.

도 6은 광신호 연결용 파이프 블록(pipe block)의 단면도이다.

도 7a 내지 도 7c는 각각 광신호 연결용 V자 형상의 홈(V-groove)을 갖는 여러 가지 섬유 블록(fiber block)의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 예시하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 예시하기 위한 도면이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 예시하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 예시하기 위한 도면이다.

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광 인쇄회로기판의 장거리 신호 전송 방법을 예시하기 위한 도면이다.

도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 예시하기 위한 도면이다.

* 도면부호의 간단한 설명 *

50: 광도파로 소자 51: 광도파로 소자의 코어

52: 광도파로 소자의 클래드 60: 파이프 블록

61: 파이프 블록의 언더클래드 62: 파이프 블록의 코어

63: 파이프 블록의 광섬유 64: 파이프 블록의 오버클래드

70: 섬유 블록 71: 섬유 블록의 하부블록

72: 섬유 블록의 광섬유 73: 섬유 블록의 상부 블록

80, 94: 접착 부재 91: PCB 절연재

92: PCB 동박 93: 단차부

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판은, a) 절연재, 동박 및 광비아홀로 이루어지는 광 인쇄회로기판의 베이스 기판; b) 상기 베이스 기판에 부착되어 광신호를 수평으로 전달하는 광신호 전달 부재; 및 c) 상기 광신호 전달 부재와 수평으로 연결되어 상기 광신호를 소정 길이 이상으로 전달하는 광신호 연결 부재를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재를 접착시키는 접착 부재를 추가로 포함할 수 있고, 상기 접착 부재는 자외선에 의해 경화되는 물질로서, 광투과율이 95% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 광신호 전달 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유 블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 상기 광신호 연결 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유 블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재는 상기 베이스 기판에 형성되는 단차부에 삽입되어 고정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재의 각각의 코어의 중심이 수평선상에서 일치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광신호 연결 부재는 적어도 하나 이상이 상기 베이스 기판에 부착되는 섬유 리본(fiber ribbon)으로 패키징되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판은, a) 절연재, 동박 및 광비아홀로 이루어지는 베이스 기판; 및 b) 소정의 홈을 갖는 광신호 연결용 블록 및 상기 소정의 홈에 고정되는 광섬유를 구비하며, 광신호를 수평으로 전달하기 위해 상기 베이스 기판에 부착되는 광신호 전달 부재를 포함하며, 상기 광신호 전달 부재의 일부는 상기 베이스 기판의 절연재까지 삽입되며, 상기 광섬유의 일부가 상기 광신호 전달 부재로부터 노출되어 상기 베이스 기판의 동박에 부착되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광신호 전달 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 상기 광신호 전달 부재는 상기 베이스 기판에 형성되는 단차부에 삽입되어 고정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 수평으로 배열 및 접합함으로써 실리콘 기판의 크기보다 긴 장거리의 신호 전송이 가능하고, 또한, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 직접 접착함으로써 오정렬 및 접합 손실을 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 장거리 광신호 전송은 직접 접착 접속(Direct Contact Coupling) 방식을 이용하며, 섬유 블록과 파이프 블록 내의 코어에 광섬유를 삽입하거나 또는 섬유 리본을 패키징하여 광신호의 수평측 전송 길이를 최대화하기 위한 것으로 이하 상세히 설명한다.

먼저, 도 3a 및 도 3b는 각각 섬유 블록 또는 파이프 블록을 이용한 광섬유를 삽입하여 광신호를 연결하는 다층 PCB의 전면 및 측면의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 광원소자인 VCSEL(33)로부터 빛이 발산하면 광비아홀(36)에 삽입된 섬유 블록 또는 파이프 블록(40) 내의 광섬유(39)를 통해 광도파로 소자(34, 35)에 빛을 전달하는 방식을 사용하고 있으며, 이때 각 층과 층 사이의 신호 연결도 같은 방식으로 전달된다. 여기서, PCB(31) 상부에는 SiOB(32)가 형성되어 있다. 상기 광도파로 소자(34, 35)는 통상적으로 클래드(34)와 코어(35)로 이루어지며, 상기 VCSEL(33)로부터 전달된 빛이 상기 섬유 블록 또는 파이프 블록(40) 내의 광섬유(39)를 따라 전달되도록 해주며, 이후 광신호(38)는 다른 층의 광도파로 소자로 전달되게 된다. 이때, 각각의 PCB 층의 광비아홀(36)은 PCB 층간 절연재(37)로 절연되어 있다. 종래에는 반드시 렌즈가 필요하지만, 본 발명에서는 광섬유(39)를 따라 직접 빛이 전달되므로 렌즈가 필요 없다는 점에 유의하여야 한다. 하지만, 상기 광신호 연결용 섬유블록의 광신호 입력단은 수직 동공 표면발광 레이저(VCSEL)와 60㎛ 이내로 배치하여 상기 섬유 블록 또는 파이프 블록(40)에 광을 조사하게 된다.

본 발명에 따르면, 층간 광신호를 연결하는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 있어서 층간 광신호가 광도파로 소자(34, 35)와 연결되도록 광신호 연결용 섬유 블록 또는 파이프 블록(40)을 이용하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 광신호 연결용 블록을 이용하여 다층 인쇄회로기판의 층간 광신호를 연결하는 방법은, 다층 인쇄회로기판에 복수의 광비아홀(36)을 형성하고, 상기 광신호 연결용 섬유블록(40)을 상기 복수의 광비아홀(36)에 각각 삽입하게 된다. 이후, 상기 다층 인쇄회로기판에 탑재된 광도파로 소자(34, 35)와 상기 광신호 연결용 섬유블록(40)의 연결을 위해 반사 거울이나 45도 곡면을 형성하고, 상기 광도파로 소자와 상기 광신호 연결용 섬유블록(40)의 위치를 정렬하여 상호 연결시키게 된다.

여기서, 상기 반사 거울은 은(Au) 또는 알루미늄(Al)을 코팅하여 형성된 마이크로 미러(micro mirror)일 수 있다.

여기서, 상기 광신호 연결용 섬유블록은 파이프 블록으로 대체될 수도 있다.

따라서 PCB에 광비아홀 또는 캐비티(Cavity)를 가공하여 섬유 블록(40)과 파이프 블록을 삽입한 후에 광도파로 소자(34, 35) 및 광섬유(39)를 해당 층에 부착한 후에 빌드-업(Build-up) 방식으로 접합(Lamination)하여 신호를 연결하는 층을 구성하게 된다.

도 3b에서, 도면부호 E로 표시된 부분은 상기 VCSEL(33)로부터 종래의 렌즈없이 광이 들어오는 것을 나타내고 있고, 도면부호 D로 표시된 부분은 섬유 블록 또는 파이프 블록이 광도파로 소자와 연결되어 광신호를 전송하는 것을 도시하고 있다.

도 4는 본 발명에 따라 실리콘 기판보다 긴 거리를 광신호 전송할 경우, 광 인쇄회로기판의 장거리 신호 전송 방법을 개략적으로 예시하기 위한 도면으로서, 광도파로 소자(43)의 길이는 실리콘 기판인 웨이퍼(41)의 최대 길이인 30㎝보다 길 수 없기 때문에 다른 광신호 연결 수단(44), 예를 들어, 광도파로 소자, 섬유 블록, 또는 파이프 블록이 필요하게 된다. 여기서, 도면부호 42는 전술한 바와 같은 섬유 블록 또는 파이프 블록일 수 있고, 도면부호 D로 표시되는 부분은 전술한 바와 같고, 도면부호 F는 장거리 신호 전송을 위해 여러 가지 광신호 연결 수단이 결합되는 부위를 나타내고 있다.

도 5는 광신호 전송에 사용되는 통상적인 광도파로 소자의 단면도로서, 전술한 바와 같이, 광도파로 소자(50)는 저손실의 다중모드 중합체 도파로 코어(51)를 통해 광신호가 전달되는데, 이 코어(51)의 상하부에 도파로 클래드(52a, 52b))가형성되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 파이프 블록을 도 6을 참조하여 설명하고, 섬유 블록을 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 광신호 연결용 파이프 블록(pipe block)의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광신호 연결용 파이프 블록(60)은 a) 광도파로용 매질로 형성되는 언더클래드(underclad; 61); b) 상기 언더클래드(61) 상부에서 파이프 형상으로 일정 간격의 홈이 복수개 형성되는 코어(core; 62); c) 상기 복수개의 홈에 삽입되는 복수개의 광섬유(63); 및 d) 상기 광섬유(63) 상부에 형성되는 오버클래드(overclad; 64)를 포함하여 구성되며, 상기 광섬유(63)는 각각 광섬유 코어(63a) 및 광섬유 클래드(63b)로 이루어진다.

상기 파이프 블록(60)의 코어(62)는 고분자 중합체로 형성되며, 광을 전송하지 않고 가이드 역할만을 하게 된다. 즉, 상기 코어(62)는 광을 전달하는 매개체가 아니라 광 전달을 안내하도록 상기 광섬유(63)를 지지하는 가이드 역할만을 하게 되며, 상기 코어(62), 언더클래드(61) 및 오버클래드(64)가 적층되어 복수의 파이프 형상을 띠게 되고, 이 파이프 블록 내에 상기 광섬유(63)가 삽입된다.

여기서, 상기 복수개의 홈은 레이저 이온 식각에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 광섬유(63)는 유리섬유(glass fiber)일 수 있으며, 플라스틱 광섬유(Plastic optical fiber: POF)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 오버클래드(64)는 광투과율이 95% 이상인 피락스 유리(Pyrax glass), 또는 고분자 중합체(polymer) 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한,상기 언더클래드(61)는 통상적으로 광도파로 소자용 매질인 저굴절률의 유리섬유로 형성될 수 있다.

또한, 상기 광섬유(63)는 45도 또는 90도의 각도로 절단되어, "ㄱ"자형 또는 "ㄴ"자형으로 수직으로 상호 연결될 수 있으며, 또는 수평으로 광도파로와 연결될 수 있다.

도 7a는 하부에 V자 형상의 홈(V-groove)을 갖고 상부는 홈이 없는 광신호 연결용 섬유 블록(fiber block)의 단면도이며, 도 7b는 하부에만 V자 형상의 홈을 갖는 섬유 블록이며, 도 7c는 하부 및 상부 모두 V자 형상의 홈을 갖는 섬유 블록을 예시하고 있다.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광신호 연결용 섬유 블록은, 다층 인쇄회로기판(PCB)에서 층간 광신호를 연결해주기 위해 광도파로 소자와 상호 연결(interconnection)할 경우, a) 일정 간격으로 V자 형상의 홈이 복수개 형성되는 하부 블록(71); b) 상기 V자 형상의 홈에 삽입되는 복수개의 광섬유(72); 및 c) 상기 광섬유(72) 상부에 형성되는 상부 블록(73)을 포함하여 구성되며, 상기 광섬유는 광섬유 코어(72a) 및 광섬유 클래드(72b)로 이루어질 수 있다.

상기 하부 블록(71)은 실리콘웨이퍼 또는 고분자 중합체로 형성되며, 상기 V자 형상의 홈은 레이저 이온 식각에 의해 형성될 수 있다.

상기 광섬유(72)는 유리섬유가 사용될 수 있으며, 상기 광섬유는 플라스틱 광섬유인 것이 바람직하다. 한편, 상기 광섬유(72)는 광도파로 소자로 대체될 수 있다.

상기 상부 블록(73)은 광투과율이 95% 이상인 피락스 유리로 형성되거나 또는, 고분자 중합체로 형성될 수 있다.

또한, 도 7b를 참조하면, 도 7c에 도시된 상부 블록 없이 하부 블록(21')만으로도 사용될 수 있다.

또한, 도 7c를 참조하면, 상기 상부 블록(73')은 상기 하부 블록(71')에 형성된 V자 형상의 홈과 동일한 형상의 홈이 형성될 수 있다.

상기 광섬유(72)는 45도 또는 90도의 각도로 절단되어, 상기 광도파로 소자와 수직으로 연결 시에 "ㄱ"자형 또는 "ㄴ"자형으로 상호 연결될 수 있고, 또한 수평으로 상기 광도파로 소자와 연결될 수도 있다.

결국, 본 발명에 따른 섬유 블록은 하부 블록인 Si 기판(Silicon Wafer; 71)에 V자 형상의 홈을 파서 광섬유(72)를 삽입하게 되며, 상기 광섬유(72)와 광도파로 소자를 연결하여 주는 매개체 역할을 하게 된다. 다시 말하면, 도 7a 내지 도 7c에 따른 본 발명의 광신호 연결용 섬유 블록은 중합체 또는 Si 기판(71) 상에 V자 형상의 홈으로 형성하여 한 쪽은 광섬유(72)를 45도 또는 90도로 절단하고, 나머지 한쪽은 90도 또는 45로 절단하여 "ㄱ"자 또는 "ㄴ"자 모양으로 광신호 접속용 섬유 블록과 파이프 블록을 제작함으로써, 다층 PCB의 서로 다른 층간의 신호를 수직으로 자유로이 교환할 수 있도록 연결할 수 있고, 또한 수평으로 상기 광도파로소자와 연결할 수 있는데, 이하 후술하기로 한다.

한편, 상기 실리콘 기판(71), 즉 웨이퍼의 길이는 30㎝ 이하이기 때문에 30㎝ 이상의 장거리에 광신호를 전달하는 경우, 섬유 리본을 이용하여 광신호를 연결할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 장거리 광신호 전송은 직접 접착 접속 방식을 이용함으로써, 섬유 블록과 파이프 블록 내의 코어에 광섬유를 삽입하거나 또는 섬유 리본을 패키징하여 광신호의 수평측 전송 길이를 늘릴 수 있다.

이하, 도 8 내지 도 13은 각각 본 발명의 제1 및 제6 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 인쇄회로기판을 개략적으로 예시하는 도면으로서, 도 8 내지 도 13을 참조하여, 여러 가지 실시예를 설명하기로 한다.

제1 실시예

도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 파이프 블록(60)과 광도파로 소자(50)를 수평으로 연결할 수 있다. 실질적으로, 상기 광도파로 소자(50)의 코어(51)의 두께가 상기 파이프 블록(60)의 광섬유 코어(63a) 보다는 두껍게 형성된다.

즉, 접착 부재(80)를 제작하여 상기 파이프 블록(60)과 광도파로 소자(70)를 연결하게 되며, 상기 접착 부재(80)의 매질은 자외선(UV) 경화가 되는 물질로서 광투과율이 적어도 95% 이상이어야 한다.

전술한 바와 같이, 도 5에 도시된 광도파로 소자(50)의 X-X' 단면과 및 도 6에 도시된 파이프 블록(60)의 Y-Y' 단면이 상기 접착 부재(80)를 통해서 서로 접착되어 연결되게 된다.

이 경우에, 상기 광도파로 소자(50) 및 파이프 블록(60)은 어느 한 쪽이 광 인쇄회로기판의 수평측 광신호 전달 부재로 사용되고, 다른 한 쪽은 광신호 연결 부재로 사용될 수 있다. 이에 따라, 장거리의 광신호 전송이 가능해진다.

제2 실시예

도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 파이프 블록(60)과 섬유 블록(70)을 수평으로 연결할 수 있다.

즉, 접착 부재(80)를 제작하여 상기 파이프 블록(60)과 섬유 블록(70)을 연결하게 되며, 상기 접착 부재(80)의 매질은 자외선(UV) 경화가 되는 물질로서 광투과율이 적어도 95% 이상이어야 한다.

전술한 바와 같이, 도 6에 도시된 파이프 블록(60)의 Y-Y' 단면과 도 7a에 도시된 섬유 블록(70)의 Z-Z' 단면이 상기 접착 부재(80)를 통해서 서로 접착되어 연결되게 된다. 이때, 상기 수평 파이프 블록(60)의 언더클래드(61) 및 섬유 블록(70)의 하부 블록(71)의 두께는 동일하게 형성되어, 상기 파이프 블록(60)의 광섬유(63a+63b)와 상기 섬유 블록(70)의 광섬유(72a+72b)를 정확하게 수평측으로 일치시켜 정렬하게 된다.

이 경우에 상기 파이프 블록(60) 및 섬유 블록(70)은 어느 한 쪽이 광 인쇄회로기판의 수평측 광신호 전달 부재로 사용되고, 다른 한 쪽은 광신호 연결 부재로 사용될 수 있다. 이에 따라, 장거리의 광신호 전송이 가능해진다.

제3 실시예

도 10을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 수평 파이프 블록(60)만으로 연결할 수 있다.

예를 들어, 좌측 끝단인 광비아홀의 위치부터 상기 파이프 블록(60)까지의 길이만큼 단차(93) 가공을 하고, 이와 같이 가공된 부분에 상기 파이프 블록(60)을 삽입하여, 홈(Groove)에 정렬된 광섬유(63a+63b)를 PCB 동박(92) 위로 노출시켜 부착하게 된다. 여기서, 상기 단차(93) 가공은 예를 들어, 레이저 드릴을 사용하여 형성할 수 있다.

이 경우에 상기 파이프 블록(60)을 현재의 실리콘 기판의 최대 직경인 30㎝ 보다도 길게 형성함으로써, 별도의 수평 광신호 연결 부재 및 접착 부재를 사용하지 않고도 광신호의 전송이 가능해진다.

제4 실시예

도 11을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 수평 섬유 블록(70)만으로 연결할 수 있다.

예를 들어, 좌측 끝단인 광비아홀의 위치부터 상기 섬유 블록(70)까지의 길이만큼 단차(93) 가공을 하고, 이와 같이 가공된 부분에 상기 섬유 블록(70)을 삽입하여, V자 형상의 홈(V-Groove)에 정렬된 광섬유(72a+72b)를 PCB 동박(92) 위로 노출시켜 부착하게 된다. 여기서, 상기 기판의 단차(93) 부분에 삽입되는 섬유 블록(70)은 하부 블록인 실리콘 기판(71) 쪽이 부착된다.

또한, 상기 단차(93) 가공은 예를 들어, 레이저 드릴을 사용하여 형성할 수 있다.

이 경우에 상기 섬유 블록(70)을 현재의 실리콘 기판의 최대 직경인 30㎝ 보다도 길게 형성함으로써, 별도의 수평 광신호 연결 부재 및 접착 부재를 사용하지 않고도 광신호의 전송이 가능해진다.

제5 실시예

도 12를 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제5 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 섬유 블록(70)과 광도파로 소자(50)를 수평으로 연결할 수 있다.

즉, 접착 부재(94)를 제작하여 상기 섬유 블록(70)과 광도파로 소자(50)를 연결하게 되며, 상기 접착 부재(94)의 매질은 자외선(UV) 경화가 되는 물질로서 광투과율이 적어도 95% 이상이어야 한다.

전술한 바와 같이, 도 7a에 도시된 섬유 블록(70)의 Z-Z' 단면과 도 5에 도시된 광도파로 소자(50)의 X-X' 단면이 상기 접착 부재(94)를 통해서 서로 접착되어 연결되게 된다.

먼저, 좌측 끝단인 광비아홀의 위치부터 상기 섬유 블록(70)까지의 길이만큼 단차(93) 가공을 하고, 이와 같이 가공된 부분에 상기 섬유 블록(70)을 삽입하여, V자 형상의 홈(V-Groove)에 정렬된 광섬유(72a+72b)를 PCB 동박(92) 위로 노출시켜 부착하게 된다. 여기서, 상기 기판의 단차(93) 부분에 삽입되는 섬유 블록(70)은 하부 블록인 실리콘 기판(71) 쪽이 부착된다.

이후, 상기 V자 형상의 홈에 정렬된 광섬유(72a+72b)와 PCB 동박(92) 위의 광도파로 소자(50)를 상기 접착 부재(94)를 사용하여 수동으로 정렬하게 된다.

이 경우에 상기 섬유 블록(70) 및 상기 광도파로 소자(50)는 어느 한 쪽이 광 인쇄회로기판의 수평측 광신호 전달 부재로 사용되고, 다른 한 쪽은 광신호 연결 부재로 사용될 수 있다. 이에 따라, 장거리의 광신호 전송이 가능해진다.

제6 실시예

도 13을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 설명한다.

본 발명의 제6 실시예에 따르면 통상적으로 PCB 절연재(91)와 동박(92)으로 이루어지는 베이스 기판에 광도파로 소자(50), 섬유 블록(70) 및 파이프 블록(60) 를 수평으로 두 번 연결할 수 있다.

이때, 접착 부재로서 전술한 접착 부재(94)를 제작하여 상기 광도파로 소자(50)와 섬유 블록(70)을 접착시키고, 또한 접착 부재(80)를 제작하여 상기 섬유 블록(70)과 파이프 블록(60)을 연결하게 되며, 상기 접착 부재(80, 94)의 매질은 자외선(UV) 경화가 되는 물질로서 광투과율이 적어도 95% 이상이어야 한다.

예를 들어, 좌측 끝단인 광비아홀부터 광도파로 소자(50)까지 길이만큼 단차(93a) 가공을 하여 삽입하며, 또한 섬유 블록(70) 및 파이프 블록(60)을 연결하기 위한 부위에 단차(93b) 가공을 하여 섬유 블록(70)을 삽입하게 되는데, 이때, 상기 파이프 블록(60)의 광섬유 코어, 상기 섬유 블록(70)의 광섬유 코어, 및 상기 광도파로 소자(50)의 코어의 중심이 수평 상에서 일치되어야 한다.

또한, 상기 광도파로 소자(50)의 코어는 상기 섬유 블록(70) 및 파이프 블록(60)의 전체 크기보다는 작거나 같아야 한다.

이 경우에 상기 광도파로 소자(50), 섬유 블록(70) 및 파이프 블록(60)은 어느 한 쪽이 광 인쇄회로기판의 수평측 광신호 전달 부재로 사용되고, 다른 두 쪽은 광신호 연결 부재로 사용될 수 있다. 이에 따라, 장거리의 광신호 전송이 가능해진다.

본 발명이 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업자에게 자명하다.

본 발명에 따르면, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 수평으로 배열 및 접합함으로써 실리콘 기판의 크기보다 긴 장거리의 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광도파로 소자, 파이프 블록 또는 섬유 블록을 직접 접착함으로써 오정렬 및 접합 손실을 방지할 수 있으며, 또한, 광섬유를 직접 동박 또는 에폭시 위에 적용하기 용이하고 정렬 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

1. a) 절연재, 동박 및 광비아홀로 이루어지는 광 인쇄회로기판의 베이스 기판;

   b) 상기 베이스 기판에 부착되어 광신호를 수평으로 전달하는 광신호 전달 부재; 및

   c) 상기 광신호 전달 부재와 수평으로 연결되어 소정 길이 이상으로 광신호를 전달하는 광신호 연결 부재

   를 포함하여 이루어지는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재를 접착시키는 접착 부재를 추가로 포함하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
3. 제2항에 있어서,

   상기 접착 부재는 자외선에 의해 경화되는 물질로서, 광투과율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
4. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 전달 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유 블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이가능한 광 인쇄회로기판.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 연결 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유 블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
6. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재는 상기 베이스 기판에 형성되는 단차부에 삽입되어 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
7. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 전달 부재 및 광신호 연결 부재의 각각의 코어의 중심이 수평선상에서 일치되는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
8. 제1항에 있어서,

   상기 광신호 연결 부재는 적어도 하나 이상이 상기 베이스 기판에 부착되는 섬유 리본(fiber ribbon)으로 패키징되는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
9. a) 절연재, 동박 및 광비아홀로 이루어지는 베이스 기판; 및

   b) 소정의 홈을 갖는 광신호 연결용 블록 및 상기 소정의 홈에 고정되는 광섬유를 구비하며, 광신호를 수평으로 전달하기 위해 상기 베이스 기판에 부착되는 광신호 전달 부재

   를 포함하며,

   상기 광신호 전달 부재의 일부는 상기 베이스 기판의 절연재까지 삽입되며, 상기 광섬유의 일부가 상기 광신호 전달 부재로부터 노출되어 상기 베이스 기판의 동박에 부착되는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
10. 제9항에 있어서,

    상기 광신호 전달 부재는 광도파로 소자, 파이프 블록, 또는 섬유 블록으로 이루어지는 일군으로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.
11. 제9항에 있어서,

    상기 광신호 전달 부재는 상기 베이스 기판에 형성되는 단차부에 삽입되어 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장거리 신호 전송이 가능한 광 인쇄회로기판.