KR20050063649A - 광섬유와 인쇄 배선 보드 매립 도파관을 연결하기 위한방법 및 구조 - Google Patents

광섬유와 인쇄 배선 보드 매립 도파관을 연결하기 위한방법 및 구조 Download PDF

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KR20050063649A
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시카르드브루노엠.
콜란겔로칼제이.
카할렌존피.
아모스브라이언디.
호간케빈에스.
피셔존제이.
쉐러데이비드더블류.
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨.
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Abstract

광학 인터페이스 조립체들이 제공된다. 광학 인터페이스 조립체들은 다수의 광학 도파관들을 갖는 제 1 부분을 포함한다. 제 1 부분은 광섬유 컨넥터와 결합하기 위하여 형성된다. 제 2 부분은 제 1 부분에 결합된다. 제 2 부분은 전자 기판과의 결합을 위하여 형성되며, 전자 기판은 매립된 도파관 조립체를 포함한다. 제 1 및 제 2 부분은 또한 제 1 부분의 제 1 종단에서 다수의 광학 도파관들을 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬시키기 위하여 형성된다. 제 1 부분과 제 2 부분은 또한 제 1 부분의 제 2 종단에서 다수의 광학 도파관들을 광섬유 컨넥터 내의 대응하는 다수의 광섬유들과 정렬시키기 위하여 구성된다. 또한, 광섬유들과 전자 기판 매립 도파관을 연결하기 위한 전자 기판 조립체 및 방법이 제공된다.

Description

광섬유와 인쇄 배선 보드 매립 도파관을 연결하기 위한 방법 및 구조{Method and structure for coupling optical fibers with printed wiring board embedded waveguides}
본 발명은 일반적으로 광학 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 광학 섬유와 인쇄 배선 보드 매립 도파관을 연결하기 위한 방법 및 구조에 관한 것이다.
컴퓨터 및 네트워킹 장비 내의 인쇄 회로 보드(PCB)용 구리 배선을 대체하기 위한 광학 섬유의 사용의 인정된 많은 이점들이 있다. 이러한 잠재적인 이점들은 증가된 대역폭 및 데이터 속도, 처리 구조 내에서의 병목 현상(bottleneck) 극복, 전자기 간섭에 대한 면역 및 시스템으로부터 발산된 노이즈 감소, 광학/전기(O/E) 변환의 제거에 의한 감소된 잠복, 핀당 보다 낮은 가격으로의 보다 밀집된 패캐이징 및 메시 링(meshed rings)과 같은 새로운 프로세서 상호 접속 기술의 가능성(enablement)을 포함한다. 이들 요소들 및 다른 요소들은 컴퓨터 시스템의 성능에 직접적으로 기여한다(예를 들어, MIPS(초당 백만 지시들; million instructions per second) 또는 FLOPS(초당 플로팅 포인트 동작; floating-point operations per second)).
최근 몇 년동안의 프로세서 속도 면에서의 극적인 증가 및 이러한 추세가 계속될 것이라는 예상과 함께, 구리 상호 접속 기술이 처리 유니트의 대역폭 요구 조건들에 대하여 측정(scale)을 할 수 없을 것이다. 한편, 섬유 광학 요소들은 구리의 대역폭/거리 구속을 받지 않으며, 따라서 처리 유니트들 사이의 매우 높은 대역폭 전송을 위한 바람직한 매체가 된다. 그러나, 이들 이점들을 완전히 실현하기 위해서는 광섬유 연결 요소들 또한 현존하는 전기적 연결 기술의 이점들을 계속해서 제공해야만 한다.
일반적으로, 도입(incoming) 섬유로부터 인쇄 배선 보드(PWB) 기판 내에 형성된 매립된 도파관으로 광을 직접적으로 연결하는 알려진 유용한 방법은 없다. 대신에, 일반적인 컨넥터 조립체들은 섬유 대 섬유(fiber-to-fiber) 연결에 초점을 맞추고 있다.
예를 들어, 그라임스 등의 미국특허 제 6,402,393 호는 배면(backplane)에 연결되고 배면으로부터 분리되는 다수의 광학 장치들을 갖는 광학 회로 보드를 위한 상호 연결 시스템을 개시한다. 광학 회로 보드들은 광학 플러그의 배열을 포함하는 배면으로의 연결을 이루기 위하여 회로 보드의 엣지에 고정된 잭 리셉터클들 (jack receptacles)을 이용한다. 대응하는 광학 플러그들 및 잭들은 연결시 개별적으로 상호 록킹되지 않으며, 따라서 배면으로부터 광학 회로 보드의 제거를 용이하게 한다.
엔지오 등의 미국특허 제 6,412,986 호는 다수의 광학 컨넥터들을 서로 짝을 맞추기(ganging) 위한 아답터를 개시한다. 아답터는 인쇄 회로 보드에 장착하기 위한 프레임 및 프레임의 수납 영역 내에 이동 가능하게 장착된 적어도 하나의 아답터 하우징을 포함한다. 아답터 하우징은 2개 이상의 광학 하우징을 내부에 수납하고 광학 컨넥터들을 아답터 하우징에 개별적으로 연결하기 위한 크기 및 형상으로 이루어진다. 광학 컨넥터들은 반대 방향으로 아답터 하우징 내로 수용되며, 아답터 하우징 내에서 서로 연결된다.
모스 등의 미국특허출원 공고 US2003/0095758 호는 단일 또는 다중 채널 장치를 섬유에 접속하기 위한 광학 컨넥터 아답터에 관한 것이다. 아답터는 광학 신호를 전송하기 위한 기판을 구비하며, 기판은 마주보는 종단들, 상부 기준 표면 및 단일 측표면을 갖는다. 기판 캐리어(carrier)는 기판 및 캐리어 브라켓을 수용하며, 캐리어 정렬 기준들을 이용하여 캐리어 브라켓은 기판의 상부 기준 표면 상에 수용된다. 그러나 모스 등의 발명은 아직 예를 들어, 인쇄 배선 보드 내에 형성된 광학 도파관과 섬유 광학 컨넥터 사이에 직접적인 인터페이스를 제공하지는 않는다.
무어의 미국특허 제 6,302,590 호는 도파관을 갖는 플러그를 결합하기 위한 제 1 베이(bay)를 구비한 하우징 부분을 특징으로 하는 광학 컨넥터를 개시한다. 제 1 베이는 인접 종단에서 부분적으로 개방되며, 그 말단에 벽을 갖는다. 챔버는 벽에서 제 1 베이에 인접하며, 그 내부에 광학 경로를 갖는다. 또한, 제 1 플러그 내에서 요부를 결합하기 위하여 적어도 2개의 외부 수동 정렬 핀들이 제 1 베이와 일체적으로 형성된다. 외부 수동 정렬 핀들은 광학 통로에 대하여 도파관을 수동적으로 정렬하며, 벽 내의 개구는 제 1 플러그와 챔버 사이의 광학 경로를 따라 광학 신호의 전송을 허용한다.
노트의 미국특허 제 5,155,784 호는 회로 보드에 의하여 지지된(carried) 광학 가이드와 배면에 의하여 지지된 또는 배면과 관련된 광학 가이드 사이의 광학 연결 수단에 관한 것이다. 이 연결 수단은 2-부분 플러그 및 2-부분 플러그와 결합 상태의 소켓 메커니컬 컨넥터 그리고 소켓 광섬유 컨넥터를 포함한다. 메커니컬 컨넥터의 한 부분은 지지 회로 보드 또는 배면에 대하여 제한된 범위로 이동 가능한 반면에, 다른 부분들은 이에 확고하게 고정된다. 광섬유 컨넥터의 한 부분은 메커니컬 컨넥터의 고정된 부분에 수용되어 확고하게 고정된 반면에, 광섬유 컨넥터의 다른 부분은 메커니컬 컨넥터의 이동 가능한 부분 내에 슬라이드 가능하게 장착된다.
따라서, 현존하는 컨넥터 기술과 호환 가능한 방법으로 광섬유 컨넥터로부터 매립된 PWB 도파관까지 광을 편리하게 그리고 신뢰할 수 있게 연결/분리할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다
본 발명의 제 1 태양에서, 광학 인터페이스 조립체가 제공된다. 광학 인터페이스 조립체는 다수의 광학 도파관들을 갖는 제 1 부분을 포함한다. 제 1 부분은 광섬유 컨넥터와 결합하기 위하여 구성된다. 제 2 부분은 제 1 부분에 결합된다. 제 2 부분은 매립된 도파관 조립체를 포함하는 전자 기판과 결합하기 위하여 구성된다. 제 1 부분의 제 1 종단에서 다수의 광학 도파관들을 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬시키기 위하여 제 1 및 제 2 부분들이 구성된다. 제 1 부분의 제 2 종단에서 다수의 광학 도파관들을 광섬유 컨넥터 내의 대응하는 다수의 광섬유와 정렬시키기 위하여 제 1 및 제 2 부분들이 또한 구성된다.
다른 태양에서, 전자 조립체가 제공된다. 전자 조립체는 상술한 바와 같은 광학 인터페이스 조립체 및 매립된 도파관 조립체를 포함하는 전자 기판을 포함한다. 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분은 전자 기판과 결합되어 제 1 부분의 제 1 종단에서 다수의 광학 도파관들이 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬된다.
또다른 태양에서, 광섬유들을 전자 기판과 연결하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 광학 인터페이스 조립체를 형성하는 것을 포함한다. 제 1 부분은 다수의 광학 도파관들을 갖는다. 제 1 부분은 또한 광섬유 컨넥터와 결합하기 위하여 구성된다. 제 2 부분은 제 1 부분에 결합된다. 제 2 부분은 또한 매립된 도파관 조립체를 갖는 전자 기판과 결합하기 위하여 구성된다. 제 1 부분의 종단에서 다수의 광섬유들을 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬시키기 위하여 제 1 및 제 2 부분들이 구성된다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 각 도면에서 유사한 요소에는 유사한 도면 부호를 부여한다.
본 명세서에서는 광학 섬유와 전자 기판 내에 형성된 매립된 도파관을 연결하기 위한 방법 및 구조가 개시되어 있다. 간단하게 설명하면, 광학 인터페이스 조립체는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함한다. 제 1 부분은 내부에 다수의 광섬유들을 수용하도록 구성되어 있으며, 그 제 1 종단에서 광섬유 컨넥터와 결합하기 위한 것이다. 광섬유 컨넥터는, 예를 들어 MT 컨넥터 및 그와 유사한 것일 수 있다. 위에 사용된 바와 같이, 용어 "전자 기판(electronic substrate)"은 예를 들어, 인쇄 배선 보드 기판, 반도체 기판, 유리 기판, 마일라(mylar) 기판 및 그와 유사한 것과 같은 구조를 설명할 수 있다. 설명의 목적을 위하여 용어 "인쇄 배선 보드(printed wiring board; PWB)" 또는 "PWB 기판"은 또한 이하의 설명에서 용어 "전자 기판"과 함께 서로 교환 가능하게 사용된다.
이후의 보다 상세한 설명에서 설명되는 바와 같이, 다양한 구성 요소들 간의 결합(mating engagement)은 하나 이상의 수/암(male/female) 결합 장치의 형태의 용어로 설명된다. 따라서, 이하에서 사용된 바와 같은 용어 "수 정렬 구조(male alignment feature)"은 제한되지는 않지만, 레일(rails), 핀(pins), 포스트 (posts), 스터드(studs), 구(spheres), 범프(bumps) 및 그와 유사한 것을 포함하는 어떤 적절한 형상의 어떠한 수(male) 돌출부를 설명할 수 있다. 유사하게, 이하에서 사용된 바와 같은 용어 "암 정렬 구조(female alignment feature)"는 제한되지는 않지만, 슬롯(slots), 홈(grooves), 리셉터클(receptacles), 홀(holes), 보이드 (voids) 및 그와 유사한 것을 포함하는 어떤 적절한 형상의 어떠한 암 수용 구조를 설명할 수 있다.
따라서, 제 1 부분과 컨넥터 사이의 결합은 다양한 수단, 예를 들어 하나 이상의 정렬 핀, 정렬 구 및 그와 유사한 것들에 의하여 이루어질 수 있다. 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분은 제 1 부분과 연결되도록 구성된다. 또한, 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분은 예를 들어, 내부에 매립된 도파관을 갖는 인쇄 배선 보드 기판 내에 형성된 대응 슬롯과 결합하기 위한 하나 이상의 돌출부를 포함하거나, 또는 그 반대 구조이다. 즉, 수 정렬 구조를 갖는 요소는 암 정렬 구조를 구비할 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다.
제 2 및 제 1 부분들이 결합되면, 제 1 부분 내에 수용된 섬유들의 종단들이 PWB 내의 대응하는 매립된 도파관과 정렬되는 방법으로 일체화된 광학 인터페이스 조립체는 인쇄 배선 보드에 부착된다. 그 후, 컨넥터는 제 1 부분의 다른 종단 내로 꽂혀질 수 있으며, 그로 인하여 컨넥터 종단 광섬유들과 PWB의 매립된 도파관 사이의 인터페이스가 종료된다.
처음으로 도 1 내지 도 10을 참고하면, 매립된 도파관을 내부에 갖는 인쇄 배선 보드의 형성을 실행할 수 있는, 본 발명의 실시예에 따른 사용에 적합한 예시적인 처리 순서가 도시되어 있다. 특히, 도 1은 예를 들어, 위에 형성된 금속층 (104; 예를 들어, 구리, 구리 합금, 또는 다른 적절한 도전층 또는 절연층)을 갖는 FR 기판(또는 전자 산업 분야에서 사용된 다른 형태의 기판)과 같은 전자 PWB 기판 (102)을 도시한다. 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이, FR4는 에폭시 수지로 적셔진, 직조된 유리 섬유 직물로 제조된 일반적인 등급의 적층물(laminate)이다. 이 적층물은 양면 재료와 다층 베이스 재료 내에서 사용된다. FR4는 일반적으로 많은 인쇄 회로 기판 제품을 위한 모든 적층체의 우수한 물리적, 열적 그리고 전기적 특성을 갖는 것으로 고려된다. 그러나, 폴리아미드, PTFE 등과 같은 다른 재료들 또한 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 금속층(104)의 일부가 에칭되어 인터페이스 조립체의 섬유들의 배선 기판(102)의 매립된 도파관들과의 후속 수동 정렬을 위한 정렬 기준들(106)을 생성한다. 에칭은 표준 포토리소그래픽 및 에칭 패터닝 기술에 의하여 이루어질 수 있다.
이제 도 3을 참고하면, 바닥 덮임 층(108; bottom clad layer)이 PWB 기판 (102)의 금속층(104; 또는 금속이 에칭되었다면, 하부 표면) 상에 코팅된다. 바닥 덮임 층(108)은 매립된 도파관의 덮힘 재료의 부분을 형성하며, PWB(102) 상에 균일하게 코팅될 수 있다(그리고 그 후, 도 3에 도시된 바와 같이 원하는 크기로 임의로 패터닝됨). 도 4에서, 코어 재료층의 코팅 및 후속 이미징, 현상 및 큐어링에 의하여 다수의 도파관 코어 단편들(110; core segments)이 바닥 덮임 층(108) 상에 형성된다. 예시적인 실시예에서, 코어층 재료(및 코어 단편들(110))는 약 5 내지 약 500 미크론(㎛)의 두께, 특히 약 50±2㎛의 두께를 가진다. 기준 마크(106)는 코어 단편들(110)의 위치를 한정하기 위한 포토마스크를 정렬하기 위하여 사용될 수 있다. 코어 단편들(110)의 형성 후, 도 5에 도시된 바와 같이 코어 단편들(110)과 바닥 덮임 층(108) 상에 상부 덮임 층(112)이 형성된다. 상부 덮임 층 (112)과 바닥 덮임 층(108)의 정렬은 기준 마크(106)에 대한 관계를 통하여 또는 코어 단편들(110)에 대하여 정렬함으로서 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상부 덮임 층(112)과 바닥 덮임 층은 각각 약 5 내지 약 500㎛의 두께, 특히 약 50㎛의 두께를 가질 수 있다.
따라서 형성된 바닥 덮임 층(108), 코어 단편들(110) 및 상부 덮임 층(112)은 PWB(102) 상에 광학 층(114)을 총괄적으로 형성한다. 덮힘/코어/덮힘 광학층 (114)은 제한되지는 않지만, 에폭시, 아클릴레이트, 실록산, 실세스퀴옥산, 폴리이마이드, 또는 그들의 조합을 포함하는 본 기술 분야에서 공지된 어떠한 적절한 광학 재료로 만들어질 수 있다. 광학층(114)을 구성하는 하나 또는 그 이상의 덮힘/코어/덮임 층들은 포토이미지 가능하다(photoimageable). 포토이미지 가능한 상부 덮임 층(107)의 경우, 이후에 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 코어 단편들(110)을 갖고 동시에 형성된 대응 정렬 구성에 대하여 상부 덮임 층의 정렬은 이루어질 수 있다. 마지막 코어 구조의 굴절률이 덮임 층의 굴절률보다 커야만 한다는 이해를 갖고 재료들은 독립적으로 선택될 수 있다. 또한, 도 6은 솔더 마스크로 작용하기 위하여 상부 덮임 층(112) 상에 임의의 상부 보드 유전체층(116)의 형성을 도시하고 있다.
그후 도 7에 도시된 바와 같이, 마지막으로 부착될 광학 인터페이스 조립체를 수용하기 위하여 일련의 정렬 슬롯들(118)이 유전체층(116; 그리고 임의적으로 광학층(114)의 일부 또는 전체) 내에 형성된다.
도시된 실시예에서, 인터페이스 조립체 당 U형 형상으로 배치된 3개의 슬롯들을 갖는 2 세트의 정렬 슬롯들이 도시되어 있다. 그러나, PWB(102)는 원하는 다른 수의 인터페이스 조립체들을 수용하는 크기일 수 있다. 더욱이, 인터페이스 조립체들을 수용하는데 사용되는 다른 수의 슬롯 및 장치들이 있을 수 있다. 예를 들어, 3개의 슬롯의 U 형 형상 대신에 인터페이스 조립체를 받아들이기 위하여 한 쌍의 슬롯들이 형성될 수 있다(즉, 수평으로 배치된 슬롯이 사용되지 않는다). 사용된 정렬 슬롯들(118)의 수 및 배열에 상관없이 정렬 슬롯들은 예를 들어, 이방성 건식 에칭을 통하여 또는 레이저 드릴을 정렬하기 위하여 사용된 기준 마크(106)를 갖는 마이크로스테이지(microstage)에 의하여 제어된 레이저 제거/드릴링 (ablation/drilling)을 통하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 포토이미지 가능한 두꺼운 상부 덮임 층(112)은 상부 유전체층(116) 대신 사용될 수 있다. 이러한 포토이미지 가능한 덮임 층은 코어층 상에서 정렬 마크와 함께 정렬될 수 있으며 또한 노광되고 현상되어 트렌치를 형성한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 매립된 도파관 코어 단편(110)의 종단 표면을 노출시키기 위하여 PWB 기판(102), 광학층(114) 및 유전체층(116)의 일부가 제거된다. 이는 다이싱(dicing), 레이저 드릴링 또는 포토리소그래픽 에칭과 같은 어떠한 적절한 기술을 통하여 이루어질 수 있으며, 필요한 경우, 그후에 도파관 코어 단판(110)의 새로이 노출된 종단 표면들이 연마된다. 도 9에서, PWB(102)의 초과 부분들은 제거될 수 있으며, 그로 인하여 완전하게 매립된 도파관 조립체(120)가 남게 된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 매립된 도파관 조립체(120)의 제조는 코어 단편들(110)의 중심과 유전체층(116)의 상부 사이에 원하는 거리(L)를 형성하기 위하여 타이트한 정렬 공차를 갖고 수행되며, 여기서 L은 유전체 층의 두께를 더하고 도파관 코어 단편의 두께의 1/2을 뺀 상부 덮임 층(112)의 두께에 의하여 결정된다. 예를 위하여, 만일 상부 덮임 층과 유전체 층의 두께가 50㎛이고 코어 단편들의 두께가 25㎛이면, L=50㎛+50㎛-½(25㎛)=87.5㎛이다.
도 11 내지 도 17을 참고하면, 매립된 도파관 조립체(120)와의 결합을 위한 광학 인터페이스 조립체 형성을 위한 예시적인 처리 과정이 도시된다. 광학 인터페이스 조립체의 제 1 부분은 내부에 형성된 다수의 섬유 홈들(204)을 갖는 베이스 부재(202)를 포함한다. 한 실시예에서, 베이스 부재(202)는 반도체 기판(예를 들어, (100)-방향 단결정 실리콘 기판과 같은 단결정 실리콘 기판)으로부터 형성될 수 있으며, 섬유 홈들(204)은 실리콘 내에 에칭된 V-형 홈들일 수 있다. 그러나, 성형된(molded) 플라스틱과 같은 다른 재료들 또한 고려된다. 어떠한 경우에서, 섬유 홈들(204)은 그 내부에 삽입된 다수의 광섬유들(도 11에는 도시되지 않음)을 수용하도록 형성된다. 또한, 내부에 삽입된 수 정렬 핀들(도 11에는 도시되지 않음)을 수용하기 위하여 다른 세트의 넓은 홈들(206)이 베이스 부재(202) 내에 형성된다. 베이스 부재(202)의 전체 길이에 걸쳐 정렬 핀 홈들(206)이 연장될 필요가 없다는 것이 주목될 것이다.
도 12에서, 상부 부재(208)가 다수의 광섬유(210)들과 함께 베이스 부재 (202)를 덮고 있음을 도시하고 있으며, 광섬유들은 상부 부재와 베이스 부재 사이에 삽입된 상태이다. 상부 부재는 베이스 부재(202)와 관련하여 위에서 설명된 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 전형적으로 동일한 재료로 형성된다. 상부 부재는 설명된 바와 같은 베이스 부재(202)와 임의적으로 동일한 형상일 수 있다. 베이스 부재(202)와 상부 부재(208)중 하나는 섬유 홈들 대신에 대안적으로 평면 표면을 포함할 수 있다. 베이스 부재와 상부 부재는 에폭시 또는 다른 접착 재료에 의하여 밀봉되며, 광섬유들(210)의 종단은 연마될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 플랜지(212)를 형성하기 위하여 상부 부재(208)의 일부는 그 외측 에지를 따라서 (예를 들어, 에칭 또는 가공에 의하여) 제거될 수 있으며, 플랜지들은 그 후 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분을 수용하고 부착을 용이하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 그로 인하여, 광학 인터페이스 조립체의 제 1 부분이 한정된다. 이하에서 이해될 바와 같이, 플랜지(212)의 두께 "t"는 매립된 도파관 조립체(120)의 제조 과정으로부터의 거리 "L"과 일치한다. 대안적인 실시예에서, 플랜지(212)는 또한 베이스 부재(202)보다 작은 폭으로 상부 부재(208)를 형성함으로서 간단하게 형성될 수 있어 베이스 부재(202)의 상부 표면이 섬유 및 핀 홈들(204, 206)뿐만 아니라 제 2 부분의 부착을 위한 수용 표면을 위한 기준 자료로 작용한다.
도 14는 정렬 핀 홈들(206) 내의 한 쌍의 정렬 핀들(214)의 삽입을 도시한다. 핀들(214)은 예를 들어, 에폭시에 의하여 고정될 수 있다. 그러나, 핀들(214)은 또한 도 11의 베이스 부재(202)의 형성 후와 같은 초기 처리 단계 동안에 삽입될 수 있다.
도 15를 참고하면, 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분이 도시되어 있다. 제 1 부분을 갖는 경우와 같이, 제 2 부분은 베이스 부재 및 상부 부재와 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 재료의 기판(216)으로부터 제조될 수 있다. 기판 상에 포함된 한 쌍의 가지들(218; prongs)은 제 1 부분으로부터 플랜지(212)를 결합하도록 구성된다. 매립된 도파관 조립체(120) 상의 정렬 슬롯들(118)과의 결합을 위하여 다수의 레일들(220)들 또한 기판(216)의 바닥 표면 상에 포함된다. 도면에 도시된 특별한 시야는 "전도(upside down)"된 것이며 따라서 레일들이 도시된다. 도 15는 레일들(220)을 위한 U자형 형상을 도시하고 있지만, 레일 형상이 슬롯 형상에 일치되는 한 다른 형상 또한 고려된다.
제 1 및 제 2 부분들이 완성되면, 이 두 부분들은 도 16에 도시된 바와 같이 서로 결합된다. 이 부분들은 예를 들어, 에폭시 또는 다른 적절한 접합 재료에 의하여 서로 접합될 수 있다. 최종 광학 인터페이스 조립체(222)는 그후 광섬유 컨넥터와 매립된 도파관 조립체(120) 사이에 인터페이스를 제공할 수 있다. 마지막으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 광학 인터페이스 조립체들(222)은 인쇄 배선 보드(224) 내에 형성된 대응하는 한 쌍의 완전히 매립된 도파관 조립체들(도 17에는 도시되지 않음)에 장착된다. 도파관 코어들과 광학 인터페이스 조립체(222) 내 섬유의 정렬은 예를 들어, 레일/슬롯을 이용한 예비 정렬 단계와 그 후의 활성 정렬 및 에폭시와 같은 접합제를 이용한 기판(224)으로의 광학 인터페이스 조립체들(222)의 접합에 의하여 이루어질 수 있다.
설명된 예시적인 실시예는 광학 인터페이스 조립체(222)의 제 2 부분 상에 한정된 레일 및 매립된 도파관 조립체 (120) 상에 한정된 슬롯의 사용을 실행하였을지라도 반대의 경우도 만찬가지로 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 매립된 도파관 조립체(120)는 그 위에 한정된 레일들(즉, 수 정렬 구성)을 갖기 위하여 상상될 수 있는 반면에 내부에 한정된 슬롯(즉, 암 정렬 구성)을 갖기 위하여 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분은 가공, 에칭될 수 있으며 또는 다르게 형성될 수 있다.
더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이, 정렬 기준들(106)은 FR4 보드의 외측 주변을 따라 형성될 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 대신, 이후의 다른 실시예에 도시될 바와 같이, 기준들이 매립된 도파관 조립체 자체 내에 곧바로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도파관 코어 단편들의 패터닝 동안, 정렬 기준 또한 코어 재료로부터 패터닝될 수 있다. 만일 상부 덮임 층이 포토이미지 가능하다면, 그후 정렬 기준은 또한 광학 인터페이스 조립체를 위한 수 또는 암 정렬 구성으로 작용할 수 있다.
도 18 내지 도 21을 참고하면, 광학 인터페이스 조립체(300)의 대안적인 실시예가 도시되며, 여기서 조립체(300)는 예시적인 목적을 위하여 반투명 구조체로 도시되었다. 특히, 제 1 부분(301)은 내부에 형성된 다수의 섬유 홈들(304)을 갖는 베이스 부재(302)뿐만 아니라 내부에 형성된 한 쌍의 정렬 핀 홈들(306)을 포함한다. 도 18 및 도 19의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 다수의 광섬유들(308) 및 한 쌍의 정렬 핀들(310)은 섬유 홈들(304) 및 정렬 핀 홈들(306) 내에서 각각 노출되도록 형성된다. 또한, 리드(lid) 부재(312)는 다수의 광섬유들(308)을 덮기 위하여 설치된다. 초기 실시예를 갖는 경우에서와 같이, 정렬 핀들(310)은 예를 들어, MT 컨넥터와 같은 광학 컨넥터(314)와 결합하도록 구성된다.
광학 인터페이스 조립체(300)의 제 2 부분(315)은 리드 부재(312)를 덮도록 구성된 상부 부재(316)뿐만 아니라 정렬 핀들(310)을 포함한다. 따라서, 제 2 부분 (315)의 제 1 종단(318)에 리드 부재(312)를 수용하기 위한 요부(320) 및 정렬 핀들(310)을 수용하기 위한 한 쌍의 정렬 핀 홈들(321)이 제공된다. 제 2 부분 (315)의 제 2 종단(322)은 위에서 논의한 바와 같이 매립된 도파관 조립체 및 인쇄 배선 보드와의 결합을 위하여 구성되었다.
도면들은 암 리셉터클을 갖는 MT 또는 다른 컨넥터으로의 연결을 위한 수 핀들(310)을 갖는 광학 인터페이스 조립체(300)를 도시하였지만, 반대의 구성 역시 사용될 수 있다. 다시 말해, 조립체(300)는 또한 수 핀들을 갖는 컨넥터와 함께 사용하기 위하여 호환 가능하며, 여기서 조립체는 컨넥터 핀들을 위한 리셉터클을 포함한다. 예를 들어, 이는 베이스 부재(302)와 상부 부재(316) 사이의 정렬을 위하여 짧은 핀들(310)을 이용함으로서 실행될 수 있다. 이 방법에서, 정렬 핀 홈들 (306)의 일부는 또한 수 연결 핀들을 위한 암 연결 리셉터클로 작용할 수 있다.
베이스 부재(302)는 예를 들어 실리콘 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 홈들(304, 306)이 실리콘의 이방성 에칭을 통하여 제조되는 실시예에서, 광섬유의 코어들은 기준 표면(즉, 설명된 실시예에서 베이스 부재(302)의 상부)에 대하여 서브-미크론(sub-micron) 공차로 레지스터(register)될 수 있다. 더욱이, 적절한 에칭 기술을 통하여, 정렬 핀 홈들(306)은 광섬유 홈들(304)과 동시에 제조될 수 있다. 그러나, 실리콘 에칭이 타이트한 공차를 갖는 홈들을 제조하기 위한 적절한 선택일지라도 플라스틱 사출 성형 및 다른 제조 기술들이 실행될 수 있다.
리드 부재(312)는 또한 실리콘 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 섬유들 (308)을 고정하기 위하여 베이스 부재(302) 내에 제공된 대응하는 섬유 홈들을 포함하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광섬유들(308)은 베이스 부재 (302)의 홈들(304) 내에 위치할 수 있으며 에폭시와 같은 적절한 접합 재료로 리드 부재(312)와 고정될 수 있다. 섬유들(308)을 고정하기 위하여 다른 수단들이 또한 사용될 수 있으며, 그 자체로서 리드 부재(312)는 임의적으로 생략될 수 있다.
베이스 부재(302)와 섬유들(308)이 서로에 대하여 고정되면, 광학 인터페이스 조립체(300)는 그 전방부 및 후방부 상에서 연삭 및/또는 연마될 수 있다. 이는 광이 한 부분으로부터 다른 부분으로 통과할 수 있는, 광학 도파관으로서 작용하는 섬유들(308)을 갖는 조립체를 제공한다. 예시적인 연마 공정에 뒤이어, 정렬 핀들 (310)은 그후 베이스 부재(302)의 홈들(306) 내로 삽입될 수 있다. 도시된 실시예에서, 섬유들(308)을 고정하는 리드 부재(312)는 핀들(310)의 조립체를 간섭하지 않으며, 또한 적절한 접합 재료로 적소에 접합될 수 있다.
다음으로, 상부 부재(316)는 베이스 부재(302)에 부착되며 리드 부재(312)를 덮는다. 상부 부재(316)는 실리콘, 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있으며, 정렬 핀들(310)을 수용하도록 대응 홈들(321)을 포함한다. 홈들(321)은 또한 베이스 부재(302)에 대하여 상부 부재(316)의 위치를 정확하게 레지스터 (register)하기 위한 수단을 제공한다. 이 레지스트레이션은 인쇄 배선 보드 기판 (102) 상의 구조와의 결합을 위하여 정확하고 예정된 간격으로 상부 부재(316)의 바닥 표면의 유지를 허용한다.
이 점에서 정렬 기준을 위한 선택의 위치 및 포토이미지 가능한 상부 덮임 층의 유용성에 따라 전술한 바와 같이 매립된 도파관 조립체(120)의 형성이 실질적으로 실행된다는 것을 주목해야만 한다. 상부 덮임 층의 레이저 드릴링에 의하여 또는 포토이미징에 의하여 수/암 부착 메커니즘이 형성되는지에 관계없이 인쇄 배선 보드(102) 상에 형성된 매립된 도파관 조립체(120)는 바닥 덮임 층(108), 도파관 코어 단편들 (110), 상부 덮임 층(112) 및 (임의적으로) 유전체층/솔더 마스크 (116)의 특징을 이룬다.
도 22는 도 18의 선 A-A를 따라 절취한, 광학 인터페이스 조립체(300)의 제 2 부분(315)의 횡단면도이다. 특히, 도 22는 상부 부재(316)의 바닥 표면 상의 예시적인 한 쌍의 수 연결 스터드들(324; studs)을 도시한다. 도 22가 상부 부분 (315)의 재료(예를 들어, 실리콘, 성형된 플라스틱)로부터 직접적으로 형성된 수 연결 스터드들(324)을 도시할지라도, 수 연결 스터드들은 상부 부분(315) 내에 끼워지는 또는 상부 부분 상에 끼워질 다른 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 수 연결 스터드들(324)은 매립된 도파관 조립체(120) 상의 암 연결 슬롯과 결합하도록 구성된다. 도 23은 도 18의 선 B-B를 따라 절취한, 광학 인터페이스 조립체(300)의 상부 부재(316)의 횡단면도이다. 특히, 도 23은 정렬 핀들(310)을 수용하기 위한 한 쌍의 정렬 핀 홈들(322)뿐만 아니라 리드 부재(312)를 수용하기 위한 요부(320)를 도시한다.
도 24는 도파관 코어 단편들(110)을 갖는 인쇄 회로 보드 기판(102) 및 광섬유(308)와 제거된 상부 부재를 갖는 광학 인터페이스 조립체(300)의 상대적인 위치를 도시하고 있다. 광학 신호의 감소된 전송 손실을 제공하기 위하여 도파관 코어 단편들(110)은 광학 인터페이스 조립체(300) 내의 광섬유(308)와 정확하게 정렬된다. 도 24에 도시된 바와 같이, PWB 기판(102) 상의 외부 단편들(122)은 상부 부재 (도 24에는 도시되지 않음)를 위한 정렬 가이드로서의 사용을 위한 도파관 코어 재료의 추가적인 단편들로 도시되어 있다. 본 예에서, 단편들(122)은 포토리소그래피를 통하여 도파관 코어 단편들(110)과 동시에 제조될 수 있다. 결과적으로, 단편들 (122)은 서브-미크론 정확도를 갖는 도파관 코어 단편에(110)에 레지스터될 수 있다.
또한, 베이스 부재(302)에 상부 부재(316)를 레지스터하기 위한 임의의 부가적인 정렬 구성이 도 24에 도시되어 있다. 이 점에 관해서는, 다수의 보이드 또는 피트(326; void or pits)가 베이스 부재의 상부 표면 내에 형성된다. 도시된 바와 같이, 보이드는 피라미드 형태일 수 있으며, 또는 다른 방법으로 형상화될 수 있다. 베이스 부재(302)를 위하여 실리콘 재료가 사용되는 경우, 보이드(326)는 피라미드 형상으로 형성되기에 특히 적합하다. 보이드(326)는 그 내부에 배치된 정밀 결합 볼들(328)을 수용하도록 구성된다. 수 컨넥터가 사용되는 경우 그리고/또는 정렬 핀들(310)이 설치되지 않은 경우에 보이드/볼 구성은 특히 적합할 수 있다. 이해될 바와 같이, 볼(328)의 상부에 대하여 정렬하기 위하여 상부 부재(316)는 또한 대응하는 보이드를 포함할 것이다. 보이드/볼 배열이 도시되었을지라도, 베이스 부재와 상부 부재를 정확하게 정렬하기 위하여 동일하게 양호한 결과를 갖는 수/암 정렬 구성의 다른 배열이 또한 이용될 수 있다.
위에 설명된 다양한 정렬 구성을 포함하는 상부 부재(316)는 적절한 접합 접착제를 이용하여 광학 인터페이스 조립체(300)의 한 부분으로서 조립될 수 있다. 그 후, 완성된 광학 인터페이스 조립체(300)는 인쇄 배선 보드 기판(102)에 접합될 수 있다. 대안적으로, 상부 부재(316)는 먼저 PWB 기판(102)에 접합될 수 있으며, 그 후 광학 인터페이스 조립체(300)의 나머지 부분에 조립된다. 어느 경우에서도, 다양한 정렬 홈들 및 구성은 구성 부품들이 서로에 대하여 자기 정렬되도록 허용한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참고로 하여 설명된 반면에, 다양한 변화들이 이루어질 수 있고 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 등가물들이 구성 요소를 대체할 수 있다는 것이 본 기술 분야의 숙련자들에 의하여 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 필수 범위를 벗어나지 않고 특별한 상황 또는 재료들을 본 발명의 기술에 적응시키기 위하여 많은 변형들이 만들어질 수 있다. 따라서 본 발명을 수행하기 위하여 고려된 가장 양호한 형태로 설명된 특별한 실시예로 본 발명이 제한되지 않고 본 발명이 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도되었다.
도 1 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 사용에 적합한, 내부에 매립된 도파관을 갖는 인쇄 배선 보드의 형성에 실행될 수 있는 예시적인 처리 순서를 도시한 도면.
도 11 내지 도 17은 도 1 내지 도 10의 매립된 도파관 조립체와의 결합을 위한 광학 인터페이스 조립체를 형성하기 위한 예시적인 처리 순서를 도시한 도면.
도 18 내지 도 24는 광학 인터페이스 조립체의 다른 실시예의 다양한 도면.

Claims (10)

  1. 다수의 광학 도파관들을 포함하며, 광섬유 컨넥터와의 결합을 위하여 형성된 제 1 부분; 및
    제 1 부분과 결합되며, 매립된 도파관 조립체를 포함하는 전자 기판과의 결합을 위하여 형성된 제 2 부분을 포함하되,
    제 1 부분과 제 2 부분은 제 1 부분의 제 1 종단에서 다수의 광학 도파관들을 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬시키기 위하여 형성되며, 제 1 부분과 제 2 부분은 제 1 부분의 제 2 종단에서 다수의 광학 도파관들을 광섬유 컨넥터 내의 대응하는 다수의 광섬유와 정렬시키기 위하여 형성되는 광학 인터페이스 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 광학 도파관은 다수의 광섬유들을 포함하는 광학 인터페이스 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부분은
    그 내부에 형성된 다수의 섬유 홈들을 포함하며, 그 내부에 형성된 하나 또는 그 이상의 암 연결 구성을 포함하는 베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재를 덮는 상부 부재를 포함하되, 상부 부재와 베이스 부재는 그들 사이에 배치된 다수의 광섬유들을 갖는 광학 인터페이스 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 부분의 상기 상부 부재는 상기 제 2 부분을 수용하기 위하여 그 외측 엣지를 따라서 한정된 한 쌍의 플랜지들을 포함하는 광학 인터페이스 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 부분 부재는 상기 한 쌍의 플랜지와 결합하기 위하여 한 쌍의 가지들(prongs)을 더 포함하는 광학 인터페이스 조립체.
  6. 제 3 항에 있어서, 제 2 부분은 전자 기판의 암 또는 수 연결 구성에 각각 연결하기 위하여 그 바닥 표면 상에 또는 바닥 표면 내에 형성된 적어도 하나의 수 또는 암 연결 구성을 더 포함하는 광학 인터페이스 조립체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항의 광학 인터페이스 조립체; 및
    매립된 도파관 조립체를 포함하는 전자 기판을 포함하되,
    상기 광학 인터페이스 조립체의 제 2 부분은 전자 기판과 결합되어 제 1 부분의 제 1 종단에서 다수의 광학 도파관들이 매립된 도파관 조립체의 대응하는 다수의 도파관 코어들과 정렬되는 전자 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 다수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 컨넥터를 더 포함하되, 상기 광학 인터페이스 조립체의 제 1 부분은 상기 광섬유 컨넥터와 결합하여 제 1 부분의 제 2 종단에서 다수의 광학 도파관들이 상기 광섬유 컨넥터의 광섬유와 정렬되는 전자 기판.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 광섬유 컨넥터는 MT 컨넥터인 전자 기판.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 매립된 도파관 조립체는
    상기 전자 기판 상에 배치된 바닥 덮임 층;
    바닥 덮임 층 상에 형성된 다수의 도파관 코어 단편들; 및
    다수의 도파관 코어 단편들 및 바닥 덮임 층 상에 형성된 포토이미지 가능한 상부 덮임 층을 포함하되,
    적어도 하나의 도파관 코어 단편은 대응하는 다수의 도파관 코어들과 다수의 광학 도파관들의 수동적인 정렬을 위하여 구성된 전자 기판.
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