KR20050064573A - 광송신 모듈의 패키징 방법 - Google Patents

광송신 모듈의 패키징 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광통신 시스템에 사용되는 광송신 모듈의 패키징 방법에 관한 것으로, 레이저 다이오드(LD)를 전기적으로 구동시키지 않고 광학계와 광섬유를 정렬하므로써 모듈의 제작을 용이하게 한다. 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈(spot size)를 얻을 수 있도록 광섬유를 렌즈 형태로 가공하거나, 레이저 다이오드(LD)를 광섬유에 부착하여 동일한 스포트 사이즈를 얻는다. 가공된 광섬유(lensed fiber)또는 레이저 다이오드가 부착된 광섬유를 이용하여 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 빔을 만들고, 이를 이용하여 렌즈를 포함한 광학계를 정렬 및 부착시킨 다음 광섬유를 피크테일링하고 레이저 다이오드(LD)를 기판에 정렬 및 부착한다.

Description

광송신 모듈의 패키징 방법 {Method for packaging light transmission module}
본 발명은 광통신 시스템에 사용되는 광송신 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광통신용 반도체 레이저 다이오드(Laser Diode) 및 광학계를 포함하는 광송신 모듈의 패키징 방법에 관한 것이다.
광통신 시스템에 사용되는 광송신 모듈은 레이저 빔을 제공하는 레이저 다이오드(LD)와, 레이저 다이오드(LD)로부터 제공되는 레이저 빔의 크기, 발산 각도 및 반사량를 적절하게 조절하여 광섬유로 전달하는 광학계를 포함하며, 광학계는 렌즈, 아이솔레이터, 파장 안정화 장치 등으로 구성된다.
광송신 모듈을 완성하기 위해서는 레이저 다이오드(LD), 광학계 및 광섬유를 광축에 정렬되도록 패키징해야 하는데, 일반적으로 광축을 정렬을 위해 수동 정렬 방식 또는 능동 정렬 방식을 이용한다. 그러면 종래의 광송신 모듈 패키징 방법을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
수동 정렬 방식은 레이저 다이오드(13)의 광축과 광학계(11)의 렌즈를 동일한 광축상에 정렬하고, 광학계(11)에 광섬유(12)를 정렬 및 부착시킨다. 수동 정렬 방식으로는 광결합 효율을 높일 수 있는 플립칩 본딩 방법이 널리 알려져 있으나, 서브 마이크론(sub-micron) 이하의 정밀도를 요구하는 광모듈을 패키징하기 위해서는 더 많은 기술의 개발이 요구되는 실정이다. 수동 정렬 방식을 이용하면 수율은 향상시킬 수 있지만, 광결합 효율이 매우 낮은 단점이 있다.
반면, 능동 정렬 방식은 레이저 다이오드(13)를 전기적으로 구동시켜 레이저 빔을 발생시키고, 발생된 레이저 빔의 세기를 측정하면서 렌즈를 포함하는 광학계(11)를 정렬하여 패키지 기판에 부착하고, 광학계(11)에 광섬유(12)를 정렬 및 부착한다. 이와 같은 능동 정렬 방식을 이용하면 광결합 효율은 높일 수 있지만, 광정렬을 이루는 데 많은 시간(약 30분)이 소요되고, 레이저 다이오드(LD)를 구동하기 위한 전기 배선이나 장치, 레이저 다이오드(LD)의 온도를 안정화하기 위한 TEC 등이 필요하다. 또한, 레이저 다이오드(LD)의 성능이 갑작스레 변하는 경우원하는 모듈의 특성을 얻을 수 없게 된다.
따라서 본 발명은 가공된 광섬유(lensed fiber) 또는 레이저 다이오드가 부착된 광섬유를 이용하여 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 빔을 만들고, 이를 이용하여 광학계 및 광섬유를 정렬시키므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 광송신 모듈의 패키징 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 별도의 단일모드 광원을 이용하여 광학계를 정렬시키는 단계와, 상기 광학계를 통해 제공되는 상기 단일모드 광을 이용하여 상기 광학계에 광섬유를 정렬시키는 단계와, 상기 단일모드 광원을 제거한 후 레이저 다이오드를 상기 광학계에 정렬시키고 피크테일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단일모드 광원은 레이저 빔과 동일 스포트 사이즈를 얻을 수 있도록 가공된 광섬유와, 상기 광섬유로 광을 제공하기 위한 광원으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 단일모드 광원은 광섬유와, 상기 광섬유로 광을 제공하기 위한 레이저 다이오드로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 다이오드는 수동 또는 능동 정렬 방식으로 상기 광학계에 정렬되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 광송신 모듈의 패키징 방법을 설명하기 위한 모듈의 구성도이다.
본 발명이 적용되는 광송신 모듈은 레이저 빔을 제공하는 레이저 다이오드(LD)와, 레이저 다이오드(LD)로부터 제공되는 레이저 빔의 크기, 발산 각도 및 반사량를 적절하게 조절하여 광섬유(112)로 전달하는 광학계(111)를 포함하며, 광학계(111)는 렌즈, 아이솔레이터, 파장 안정화 장치 등으로 구성된다.
본 발명은 상기 광송신 모듈을 패키징하기 위해 먼저, 단일모드 광원(100)을 준비한다. 본 발명에서는 상기 단일모드 광원(100)으로서, 레이저 빔과 동일한 편광 특성과 스포트 사이즈(spot size)를 갖는 광원을 이용한다. 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 얻을 수 있도록 광섬유 또는 실리콘을 렌즈 형태로 가공하고, 별도의 광원을 이용하여 상기 가공된 광섬유에 광을 제공하면 레이저 빔과 동일한 스포트 사이드를 갖는 빔을 얻을 수 있다. 또한, 별도의 레이저 다이오드(LD)를 광섬유에 바로 부착하여 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 빔을 얻을 수 있다.
단일모드 광원(100)으로서 가공된 광섬유(lensed fiber)를 이용하여 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 빔을 만들고, 이를 이용하여 렌즈를 포함한 광학계(111)를 정렬 및 부착시킨다. 이 때 광축 정렬과 부착은 일반적인 레이저 웰딩 장비을 이용하면 쉽게 구현할 수 있다.
이 후 상기 단일모드 광원(100)으로부터 빔이 제공되는 상태에서 상기 광학계(11)를 통해 나오는 빔이 광섬유(12)로 입사되어 광결합이 이루어지도록 상기 광학계(111)에 광섬유(112)를 피크테일링한다.
상기와 같이 광 정렬이 완료되면 상기 단일모드 광원(100)을 제거하고 레이저 다이오드(LD)를 상기 광학계(111)에 정렬시키며 기판에 부착시키는데, 이 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 레이저 다이오드(LD)의 동작 유지를 위한 광출력 감시용 모니터 포토 다이오드(PD)를 서브 마운트(submount)에 다이본딩(Die Bonding, D/B) 및 와이어본딩(Wire Bonding, W/B)하고, 상기 서브 마운트를 칩 케리어(Chip-carrier) 기판에 붙인다. 칩 케리어 기판 위에 방열판(heatsink)을 실장하고, 방열판 위에 레이저 다이오드(LD) 칩을 부착한다. 이 때 레이저 다이오드(LD)의 에노드(anode)(LD의 윗면)는 칩 케리어 기판의 접지(ground) 부위에 와이어본딩으로 연결하고, 레이저 다이오드(LD)의 캐소드(cathode)(LD의 밑면)는 방열판 위에 솔더링(soldering)으로 연결한다. 조립이 끝나면 퍼지 테스트(purge test)를 실시하여 불량으로 판정되는 칩들을 초기에 배제시킨다.
다음으로, 버터플라이 패키지(Butterfly package)를 조립하기 위해 퍼지(purge)가 완료된 칩 케리어 기판을 렌즈 홀더(holder)에 고정시키고 렌즈를 정렬시켜 정열 허용오차 범위 내에서 에폭시로 고정한다. 이와 동시에 버터플라이 패키지 내부에 TEC를 정렬시키고 버터플라이 밑면과 TEC 밑면을 솔더링한다. 이 때 TEC 밑면과 버터플라이 밑면이 잘 접촉되어야 서멀 임피던스(thermal impedance)가 작아진다.
렌즈가 고정되면 렌즈 홀더의 밑면과 TEC 윗면을 고정시키는데, 이 때 렌즈를 거쳐 집속된 광이 버터플라이 패키지 외부에 맺히도록 거리를 조정하며 광축이 기계적 축(mechanical axis)과 틸트(tilt)되지 않도록 유의한다.
이 후 칩 케리어 기판의 단자와 버터플라이 패키지의 핀을 와이어본딩으로 연결하고 변조 신호가 들어가는 고속 신호부는 마이크로스트립 라인(microstrip line) 기판을 이용하여 연결시킨다. 그리고 레이저 다이오드(LD)에 프리 바이어스(pre-bias) 직류(DC) 전압을 인가하기 위한 부위에 칩 인덕트(chip inductor)를 솔더링한다.
상기와 같은 패키징이 완료되면 소신호 변조 특성을 테스트하여 전기적 문제점이 없는지 확인한다.
상기와 같이 종래에는 광정렬에 필요한 빔을 얻기 위해 광송신 모듈의 구성요소인 레이저 다이오드(LD)를 별도의 장치를 이용하여 구동시켰으나, 본 발명은 레이저 빔과 동일한 특성과 스포트 사이즈를 갖는 별도의 광원을 이용하여 광학계와 광섬유의 광정렬을 이룬다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면을 참조하여 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 광송신 모듈의 구성요소인 레이저 다이오드를 이용하지 않고 별도의 단일모드 광원을 사용하여 광정렬을 이룸으로써 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 배선이나 장치를 필요로 하지 않으며, 정렬시 레이저 빔에 의한 영향이 최소화되어 정렬이 용이해진다. 따라서 광송신 모듈을 자동화 공정으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 제작 시간을 단축시켜 수율을 높일 수 있다. 또한, 레이저 다이오드가 최종적으로 기판에 실장되기 때문에 공정 중에 부주의로 야기될 수 있는 파손 등을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 광송신 모듈 패키징 방법을 설명하기 위한 모듈의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 광송신 모듈의 패키징 방법을 설명하기 위한 모듈의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 111: 광학계
12, 112: 광섬유
13: 레이저 다이오드
100: 단일모드 광원

Claims (4)

  1. 레이저 빔과 동일한 스포트 사이즈를 갖는 별도의 단일모드 광원을 이용하여 광학계를 정렬시키는 단계와,
    상기 광학계를 통해 제공되는 상기 단일모드 광을 이용하여 상기 광학계에 광섬유를 정렬시키는 단계와,
    상기 단일모드 광원을 제거한 후 레이저 다이오드를 상기 광학계에 정렬시키고 피크테일링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송신 모듈의 패키징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단일모드 광원은 레이저 빔과 동일 스포트 사이즈를 얻을 수 있도록 가공된 광섬유와,
    상기 광섬유로 광을 제공하기 위한 광원으로 구성된 것을 특징으로 하는 광송신 모듈의 패키징 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단일모드 광원은 광섬유와,
    상기 광섬유로 광을 제공하기 위한 레이저 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 광송신 모듈의 패키징 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드는 수동 또는 능동 정렬 방식으로 상기 광학계에 정렬되는 것을 특징으로 하는 광송신 모듈의 패키징 방법.
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