KR20050067060A - 광전송선로의 홀더 및 다중코어 광도파관 - Google Patents

광전송선로의 홀더 및 다중코어 광도파관 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 광전송선로의 홀더는, 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면, 탑재면의 반대편에 있는 반대면 및, 탑재면과 반대면 사이를 연결하며 그 중 하나가 상호접속면으로 배정되는 복수의 측면에 의해 정의되고, 복수의 광전송선로를 보유지지하기 위해 탑재면과 반대면 사이를 관통하며 탑재면을 통과함으로써 탑재면상에 복수의 개구를 정의하는 복수의 관통구멍을 갖는 절연 기대, 탑재면상의 개구의 각 부근에서 상호접속면으로 연장된 복수의 전기적 상호접속부 및, 탑재면에서 상호접속면상으로 연장되며, 전기적 상호접속부와 번갈아가며 배정된 복수의 열전도로를 구비하고, 각 열전도로는 상호접속면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는다.

Description

광전송선로의 홀더 및 다중코어 광도파관{HOLDER OF OPTICAL TRANSMISSION LINES AND MULTI-CORE OPTICAL WAVE-GUIDE}
본 발명은 광전송선로의 홀더 및 다중코어 광도파관용 홀더에 관한 것이다.
최근에, 신호가 강도변조(intensity modulation)나 위상변조(phase modulation) 등에 의해 변조되어 반송파에 의해 전송되는 광통신 기술과 광전송 기술이 널리 채용되고 있다. 그러한 광전송을 용이하게 하기 위해, 고정밀의 위치제어 기술을 가지고서 광섬유 다발등의 광전송선로를 발광 요소 및/또는 광검출 요소등과 같은 복수의 광반도체 요소를 집적한 광소자 칩에 광학적으로 결합하기 위한 광반도체 모듈이 필요하다.
광반도체 모듈에서 전송된 광신호가 고속으로 됨에 따라, 발광 요소와 광검출 요소의 기생 용량을 무시할 수 없기 때문에, 요소의 발광 영역과 광수신 영역의 크기는 감소되어야 한다. 예컨대, GaAs 기반의 핀 광다이오드(pin photodiode)의 광수신 면의 직경은 10Gbps 이상의 영역에서 응답을 얻기 위해 약 50~60㎛로 소형화된다. 그렇게 작은 광수신 영역으로는, 다중모드 광섬유로부터 나오는 광선(light beam)이 광검출 요소의 광수신 면의 직경보다 더 크게 확장되기 때문에, 광결합 효율이 감소하게 된다. 광결합 효율의 감소는 잡음방지 성능을 악화시키고, 신호가 충분한 거리를 전파하지 못하는 것과 같은 문제가 야기된다.
더욱이, 광소자 칩에서 어레이(array) 구성으로 집적된 광반도체 요소의 상대 위치의 변위에 있어서 충분한 허용오차를 얻기 위해, 광섬유의 상응하는 코어에 대해 렌즈가 광경로에 삽입된다. 그러나, 렌즈를 삽입하면 패키징 부품의 수를 증가시키게 되고, 이것은 위치제어를 더욱 더 어렵게 하며, 따라서 패키징 비용이 증가하는 경향이 있다.
그러므로 패키징 비용을 절감하기 위해, 렌즈를 사용하지 않고서 광섬유를 광소자 칩에 가까이 배치하여 광섬유가 광소자 칩에 접하게 함으로써 광이 광섬유에 직접적으로 결합되는 "맞댐이음(butt joint)"이라고 불리는 직접 광결합구조(direct optical coupling architecture)가 연구되고 개발되어 왔다. 직접 광결합구조에서, 광반도체 요소로부터 방사된 광이나 광섬유에서 방사된 광이, 도파성을 갖지 않으며 공기와 같은 실질적으로 균일한 굴절율을 가진 개재된 매개체 및/또는 굴절율 정합 재료를 통해 전송되기 때문에, 방사된 광의 빔은 개재된 매개체에서 확대된다. 광섬유의 목표 도파영역(코어) 또는 광검출 요소의 목표 활성영역 대신에 다른 영역에 도달하는 광의 상대적 부분은 광결합효율을 저하하기 하도록 증가하게 되고, 이것은 잡음방지 성능을 악화시킨다. 게다가, 누화 잡음 등과 같은 다른 종류의 잡음이 미광(stray light)의 증가에 따라 증가하고, 신호 전송에 있어서 역효과가 야기될 수 있다. 따라서, 광섬유에서 나온 광이 목표 영역외의 다른 영역에 도달하지 못하게 하기 위해, 광섬유가 광소자 칩에 더욱 더 가까이 배치되는 구성이 중요하게 된다.
예컨대, 개구수(numerical aperture;NA) 0.21과 직경 50㎛을 갖는 다중모드 광섬유로부터 방사된 광은 공기중에서 약 12도의 발산각을 나타낸다. 그러므로, 광섬유로부터 광소자 칩까지의 거리는 수십 ㎛만큼 가까워야 한다.
따라서, 복수의 전기적 상호접속부가 홀더의 주면(main face)에서 직접적으로 이루어지도록 하기 위해, 광섬유를 홀더에 형성된 슬리브(sleeve)에 보유지지되도록 구성된 "광섬유 페룰(ferrule)"이라고도 불리는 홀더가 제안된다. 홀더는 광학소자 칩을 주면상에 탑재하고, 광섬유의 말단 면이 광학소자 칩의 상응하는 활성영역(방사/수신 영역)에 접할 수 있도록 복수의 광섬유가 홀더에 의해 수용된다. 광섬유 페룰에 의해, 방사/수신 요소는 광섬유의 말단 면에 매우 가까이 조립될 수 있다. 그리고, 광반도체 요소가 광섬유의 위치를 기준 위치로 사용하여 광섬유 페룰에 직접적으로 조립될 수 있기 때문에, 측면 방향으로 고정밀도를 갖고, 부품수의 증가를 억제하며, 일반적인 플립 칩(flip chip) 패키징을 이용하여 저비용의 패키징에 적합한 패키지가 제공될 수 있다. 더욱이, 광섬유 페룰의 제작비용은 홀더의 기판 재료용 수지를 이용함으로써 대폭적으로 낮아질 수 있다. 또한, 광섬유용 복수의 슬리브 개구가 형성되는 주면으로부터 측면으로 전기적 상호접속부를 형성함으로써, 광섬유가 확장되는 방향과 광섬유 페룰의 탑재면이 평행이 되도록 면의 직교변환이 달성되므로, 광섬유가 탑재면에 수직으로 확장되는 구성을 피할 수 있다. 그러나, 종래 기술의 구성에 따르면, 공기 중으로의 열 방사에 의해 열 흐름이 달성될 수 있다고 해도, 방사/수신 요소에서 생성된 열에 대한 열전도로는 신호추출을 위한 전기적 상호접속부 뿐이다. 특히, 광섬유 페룰의 기판 재료가 수지에 의해 만들어지는 경우, 홀더의 기판 재료로의 열 방사가 매우 열악하기 때문에, 열 수송은 거의 보장될 수 없다. 따라서, 예컨대 외부로부터 광반도체 요소가 합체된 광학소자 칩의 뒷면으로 열전도로를 설치하는 것과 같은 조치가 필요하고, 그러한 조치는 제조비용을 증가시킨다. 그리고, 그러한 문제는 복수의 광반도체 요소가 광소자 칩에 직접된 "광반도체 소자 어레이"인 경우에 더 심각해 진다. 광반도체 요소를 합체하는 반도체 기판(반도체 칩)이 비교적 낮은 열저항 재료로 만들어지기 때문에, 단일 광소자 칩에 집적된 각 광반도체 요소는 열적으로 간섭되고, 마크 밀도(mark density)(충격 계수;duty factor) 및/또는 인접한 광반도체 요소의 동작 전류의 변화에 민감하게 된다. 광반도체 요소 사이의 열적 간섭을 방지하기 위해 모든 광반도체 요소에 외부 열전도로를 부가하는 것은 매우 어렵다.
이러한 방식으로, 전기적 상호접속부가 홀더의 주면에서 직접적으로 이루어지는 구성과, 광섬유를 직접적으로 결합시키기 위해 광소자 칩의 활성영역(방사/수신 영역)이 주면상의 광섬유와 접하도록 배열되는 구성에 있어서, 신호 추출과 공기중으로의 열 방사를 위한 단지 전기적 상호접속부만이, 광반도체 요소에서 생성된 열을 위한 열전도로로서 사용될 수 있다. 그러나, 전기적 상호접속부의 길이를 확장하면 광섬유 페룰의 성능이 악화되도록 상호접속과 관련된 용량, 유도저항 및/또는 저항이 증가하므로, 상호접속의 길이를 필요한 최소 길이 이상으로 확장하는 것은 불가능하다. 그러므로, 충분한 열 방사 효과는 예상되지 않는다. 특히, 홀더(광섬유 페룰)가 수지로 만들어지는 경우, 홀더 기판 재료로의 열 방사가 열악하기 때문에, 열 수송수단은 보장될 수 없다. 외부 열전도로를 광반도체 요소가 합체되는 광소자 칩의 뒷면에 설치하는 방법론은 열 수송을 보장하는 수단으로서 받아들일 수 있지만, 열전도로를 뒷면에 설치하는 것은 제조비용을 증가시킨다. 그러한 문제는 복수의 광반도체 요소가 단일 광소자 칩에 집적되는 광반도체 소자 어레이에서 매우 심각해지고 있다. 광반도체 요소가 합체되는 반도체 기판(반도체 칩)의 열저항이 상대적으로 낮기 때문에, 광소자 칩에 일체적으로 집적된 각 광반도체 요소는 서로 열적으로 간섭하고, 마크 밀도 및/또는 인접한 광반도체 요소의 동작 전류 변화에 민감하다.
이러한 상황에 비추어, 본 발명의 목적은, 복수의 광반도체 요소가 일체적으로 집적된 광소자 칩과 광전송선로 사이의 직접적 및 저비용 결합을 용이하게 하고, 광반도체 요소 사이의 열적 간섭을 억제하는 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 의한 광전송선로의 홀더는, 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면, 탑재면의 반대편에 있는 반대면 및, 탑재면과 반대면 사이를 연결하며 그 중 하나가 상호접속면으로 배정되는 복수의 측면에 의해 정의되고, 복수의 광전송선로를 보유지지하기 위해 탑재면과 반대면 사이를 관통하며 탑재면을 통과함으로써 탑재면상에 복수의 개구를 정의하는 복수의 관통구멍을 갖는 절연 기대, 탑재면상의 개구의 각 부근에서 상호접속면으로 연장된 복수의 전기적 상호접속부 및, 탑재면에서 상호접속면상으로 연장되며, 전기적 상호접속부와 번갈아가며 배정된 복수의 열전도로를 구비하고, 각 열전도로는 상호접속면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 다중코어 광도파관의 홀더는, 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면, 탑재면의 반대편에 있는 반대면 및, 탑재면과 반대면 사이를 연결하며 그 중 하나가 상호접속면으로 배정되는 복수의 측면에 의해 정의되고, 다중코어 광도파관을 보유지지하기 위해 탑재면과 반대면 사이를 관통하며 탑재면을 통과함으로써 탑재면상에 개구를 정의하는 관통구멍을 갖는 절연 기대, 탑재면상의 개구의 부근에서 상호접속면으로 연장된 복수의 전기적 상호접속부 및, 탑재면에서 상호접속면으로 연장되며, 전기적 상호접속부와 번갈아가며 배정된 복수의 열전도로를 구비하고, 각 열전도로는 상호접속면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 다양한 실시예를 상세히 설명한다. 전 도면을 통해 동일하거나 유사한 부분과 요소에는 동일하거나 유사한 참조번호가 부여되며, 동일하거나 유사한 부분과 요소에 대한 설명은 생략되거나 간략화된다. 일반적으로 광반도체 모듈의 표현에 있어서 통상적이므로, 한 도면을 다른 도면으로 크기변화하기 위한 다양한 도면은 도시되지 않고, 특히 층두께는 이해를 쉽게하기 위해 임의적으로 도시된다.
다음의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해, 특정 재료, 프로세스 및 장비와 같은 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 당업자에게 본 발명은 이러한 특정 세부사항 없이도 실행될 수 있다. 불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해, 잘 알려진 제조물질, 프로세스 및 장비는 상세하게 설명되지 않는다. "상", "위에", "하", "아래에" 및, "정상"과 같은 용어는 기판이 실제로 유지되는 방향과 상관 없이 기판의 평면상 표면에 대해 정의된다. 개재된 층이 있다고 해도 일층은 타층 상에 있다.
제1실시예
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더(1)는 절연 기대(1;insulating base body), 복수의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d;electric interconnection) 및, 복수의 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e;heat conduction passage)를 구비한다. 절연 기대(1)는 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면(1A), 탑재면(1A)의 반대편에 있는 반대면(1B) 및, 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이를 연결하는 복수의 측면(1B,1D,1E,1F)으로 정의된다. 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)는 탑재면(1A)으로부터 복수의 측면(1C,1D,1E,1F) 중 일측면(1C;제1제측면)으로 연장되어 평행하게 형성된다. 이하, 제1측면(1C)은 "상호접속면(1C)"으로 칭한다. 탑재면(1A)에서는, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)가 탑재면(1A)에 형성된 복수의 개구(3a,3b,3c,3d)의 각 부근으로부터 연장된다. 이하에서, "개구의 부근"은 개구의 근처, 주위 영역을 의미하거나, 또는 개구의 각 인접한 영역을 의미하는데, 이것은 개구로부터 25㎛ 이내, 또는 바람직하게는 10㎛ 내에 위치될 수 있다. "개구의 부근"이란 의미는 도 4a 및 도 4b와 관련된 설명에 의해 명확해 질 것이다. 개구(3a,3b,3c,3d)는 복수의 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d;cylindrical holding sleeve)가 탑재면(1A)을 가로지르도록 정의된다. 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)는 복수의 광전송선로를 기계적으로 보유지지하기 위해 탑재면(1A)과 반대면(1B)을 관통한다. 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e;열전도 스트립)는 일측면(1C;제1측면)상으로 연장되어 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)와 번갈아가며 배정되고, 각 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)는 일측면(1C;제1측면)상에서 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d) 길이보다 더 긴 길이를 갖는다. 도 1에서, 제1측면(1C;상호접속면)과 제3측면(1E;이하 "접합면"이라고 칭한다)은 서로 평행하고, 제2측면(1D)과 제4측면(1F)는 상호접속면(1C;제1측면)과 접합면(1E;제3측면)에 대해 수직이다. 제1측면(1C;상호접속면), 제2측면(1D), 제3측면(1E;접합면) 및, 제4면(1F)은 사각관을 구현한다. 도 1에서는, 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이를 연결하는 제1측면(1C), 제2측면(1D), 제3측면(1E) 및, 제4측면(1F)의 4개의 측면으로 구현된 직사각 평행관 구조가 도시된다. 그러나, 절연 기대(1)의 구조는 직사각 평행관 구조에 한정되지 않는다. 그리고, 도 1에서, 복수의 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e;열전달 스트립)는 복수의 개구(3a,3b,3c,3d) 사이에서 번갈아가며 평행하게 배치되고, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)는 탑재면(1A)에서 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d) 보다 더 길게 형성된다. 즉, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)는 각 개구(3a,3b,3c,3d,…)가 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)에 의해 분할될 수 있도록 번갈아가며 형성되어야 한다. 즉, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)는, 탑재면(1A)상에 탑재된 광소자 칩에 집적된 광반도체 요소의 활성영역이 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)에 의해 분할될 수 있도록 번갈아가며 배정되어야 한다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이, 열적 고립의 관점에서, 열전도로(5b,5c,5d)는 개구(3a,3b,3c,3d,…) 사이의 위치에서 열전도로(5b,5c,5d)가 상호접속면(1C;제1측면)으로부터 접합면(1E;제3면)까지 펼쳐질 수 있도록 형성되는 것이 유리하다.
절연 기대(1)의 재료로서, 합성수지와 같은 다양한 유기재료와, 세라믹, 유리 등과 같은 무기재료가 가능하다. 유기 기반의 재료는 에폭시 수지, 폴리페닐렌술피드(polyphenylenesulphide;PPS) 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate;PBT) 수지, 페놀 수지, 폴리에스터 수지, 폴리이미드 수지, 플르오르카본 폴리머 등을 포함한다. 그리고 절연 기대(1)에 투명기판이 필요할 경우 유리와 석영이 가능하다. 알루미나(Al2O3), 멀라이트(3Al2O 3·2SiO2), 지르코니아(ZrO2), 베릴리아(BeO), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리콘 카바이드(SiC) 등은 절연 기대(1)의 세라믹 기판으로 가능하다. 특히, 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)는 특정 금속 몰드(mold)를 갖는 수지-몰드 방법을 이용하여 간단하게 그리고 고정밀도로 형성될 수 있기 때문에, 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)를 만들기 위해 약 30㎛인 유리 첨가물이 약 80% 혼입된 에폭시 수지를 사용하는 것이 적합하다.
홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)는 상호접속면(1C;제1측면), 제2측면(1D), 접합면(1E;제3측면) 및, 제4면(1F)과 평행한 방향으로 연장되고, 탑재면(1A)과 반대면(1B)에 대해 수직을 이룬다. 도 1에서, 4개의 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)는 상호접속면(1C;제1측면) 및 접합면(1E;제3측면)과 평행으로 이루어진 면을 따라 상호접속면(1C;제1측면)과 접합면(1E;제3측면) 사이에 배열된다. 그러나, 홀딩 슬리브의 수는 4개에 한정되지 않으며, 3개 이하 또는 5개 이상일 수 있다. 일반적으로, 광섬유의 클래딩층의 외부직경은 125㎛이고, 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)의 내부직경은 광섬유의 클래딩층의 125㎛ 외부직경을 위해 약 125.5~128㎛로 설정될 수 있다. 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d) 배열의 피치는 광섬유를 덮는 코팅층의 외부직경을 고려할 때 클래딩층의 외부직경의 2배로 선택될 수 있다.
도 1에서, 3개의 열전도로(5b,5c,5d;열전도 스트립)는 4개의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 각 공간에 번갈아가며 삽입된다. 더욱이, 3개의 열전도로(5b,5c,5d) 보다 넓은 2개의 열전도로(5a,5e;열전도 스트립)는 전기적 상호접속부(4a,4d)의 외부에 배열된다. 제1실시예에 의한 홀더(1)에 있어서, 넓은 열전도로(5a,5e)는 전기적 상호접속부(4a,4d)의 내부에 위치된 좁은 열전도로(5b,5c,5d)와의 열흐름의 대칭적 토폴로지를 보유지지하기 위해 보충적으로 형성된다.
도 2는 도 1에서 홀딩 슬리브(2b)가 연장되는 방향을 따라 S면으로 절단된 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더(1)의 단면도이다. 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 전기접 상호접속(4b)은 기대(1)의 표면상에서 연장되며, 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)까지를 덮는다. 그리고, 전기적 상호접속부(4b)의 뒤쪽에서, 열전도로(5b)가 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장된다. 도면상에는 생략하였지만, 다른 전기적 상호접속부(4a,4c,4d)와 다른 열전도로(5a,5c,5d,5e)도 기대(1)의 표면상에서 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장된다.
도 3은 광전송선로로서의 복수의 광섬유(31a,31b,31c,31d,…)가 제1실시예의 홀더(1)에 의해 보유지지되는 조감도이다. 광섬유(31a,31b,31c,31d,…)는 광섬유 어레이로서 배열되고, 광섬유 다발을 구현한다.
광전송선로로서의 광섬유(31a,31b,31c,31d,…)의 축방향은, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)가 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장되는 구성에 의해 상호접속면(1C;제1측면)상에서 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 방향과 평행하게 보유지지된다. 광전송선로(31a,31b,31c,31d,…;광섬유)의 축방향이 탑재면과 수직인 구성에 의해, 광반도체 모듈이 전체적으로 얇아질 수 있다.
전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)는 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 등과 같은 금속박막의 스트립 패턴으로 형성되고, 금속 마스크를 갖고서 스퍼터링이나 도금기술에 의해 금속박막이 형성되는 금속화 프로세스에 의해 쉽게 형성될 수 있다. 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)는, Cu-Fe, Cu-Cr, Cu-Ni-Si, Cu-Sn등과 같은 구리합금, Ni-Fe, Fe-Ni-Co등과 같은 페로니켈 합금 및, 구리와 스테인레스강의 합성재등을 포함하는 다른 금속박막으로도 만들어 질 수 있다. 더욱이, 이러한 전기적 상호접속부는 이러한 금속재료상에 니켈(Ni) 도금 및/또는 금(Au) 도금을 함으로써 제공될 수 있다. 티타늄(Ti)과 플래티늄(Pt)도 아래에 까는 금속으로서 사용가능하다.
열전도로(5b,5c,5d,…)의 스트립 패턴은, 스퍼터링 기술이나 CVD 방법에 의해 증착된 비정형 Si와, 다결정 Si를 포함하는 반도체 박막등과 같은 높은 열전도성 재료에 의해 구현될 수 있다. 열전도로(5b,5c,5d,…)의 스트립 패턴은, 높은 열전도도를 갖는 에폭시 수지등과 같은 절연물질과 알루미늄 나이트라이드(AlN)등과 같은 세라믹 박막에 의해 형성될 수 있다. 열전도로(5b,5c,5d,…)는, 화학증착법(CVD)에 의해 생성된 다결정 다이아몬드, 풀러렌(fullerene) 및, 탄소 나노튜브(CNT)등과 같은 높은 열전도 재료에 의해서도 만들어 질 수 있다.
더욱이, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)와 유사하게, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는, 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 등과 같은 금속박막의 스퍼터링에 의해 금속 마스크를 이용하여 형성될 수 있다. 그리고, 금(Au)에 의해 코팅된 구리막등과 같은 복합구조가 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)를 위해 사용될 수 있다. 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)가 금속 재료로부터 만들어질 경우, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는 동시에 전기전도도를 가지므로, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)를 전기적으로 고립시키기 위해 접지선으로 사용될 수 있다.
결국, 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더(1)는 1㎛ 또는 그 이하의 고정밀도를 가지고, 매우 낮은 비용으로 대량생산될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더(1)상에 탑재되는 광학소자 칩(21)의 조감도이고, 도 4b는 광소자 칩(21)을 도 1에서 이미 설명된 홀더(1)의 탑재면(1A)에 탑재하는데 필요한 열적 접합부(열전도성 범프(bump))와 전기적 접합부(전기전도성 범프)가, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)와 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)에 각각 배치된 구성을 설명하는 조감도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 활성영역(22a,22b,22c,22d)이 광소자 칩(21)의 표면상에 집적된다. 더욱이, 신호 입/출력을 위한 복수의 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)와 복수의 칩-사이트(chip-site) 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)가 광소자 칩(21)의 표면상에 형성된다. 광소자 칩(21)이 광검출 요소인 경우, 약 1x1018cm-3~1x1021cm-3의 도너나 억셉터가 도핑된 높은 불순물 농도영역에 의해 구현된 복수의 접촉영역이 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)의 최상부에 형성된다. 접촉영역은 핀 다이오드의 애노드 영역이나 캐소드 영역으로서 기능한다. 이어서, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)의 접촉영역의 최상부상에, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)과 오믹접촉을 촉진시키는 복수의 금속전극이 광검출 요소의 입구창을 둘러싸며 복수의 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)를 구현하도록 연결된다. 입구창의 직경은 원형 프레임 구성을 가지고 광섬유 코어의 외부직경보다 더 크다. 일반적으로, 다중모드 광섬유 코어의 외부직경은 50㎛이고, 단일모드 광섬유 코어의 외부직경은 9㎛이다. 고효율의 관점에서 볼 때, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)이 광섬유 코어로부터 나오는 모든 광선을 수신할 수 있도록, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)의 외부직경은 상기 언급된 코어의 외부직경보다 더 크게 설정되는 것이 바람직하다. 사용되는 광신호의 동작 주파수 대역에 따르면, 요소의 CR 시간상수에 기인한 지연 때문에, 활성영역의 면적이 제한되는 경우가 있다. 예컨대, 10Gbps의 광신호를 수신하기 위해 약 60㎛ 직경의 원형구성이 GaAs 기반의 광검출 요소의 상한이 되기 때문에, 빔의 발산을 고려하면 광검출 요소가 광섬유의 말단면에 매우 가까이 배치되는 것이 필요하다. 금속전극 대신에, 주석(Sn) 도핑된 산화인듐(In2O3)막(ITO), 인듐(In) 도핑된 산화아연(ZnO)막(IZO), 갈륨(Ga) 도핑된 산화아연막(GZO), 산화주석(SnO2)등과 같은 투명전극이 사용될 수 있다. 이어서, 알루미늄이나 알루미늄 합금(Al-Si,Al-Cu-Si)등과 같은 금속으로 만들어진 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)는, 투명전극과의 오믹접촉을 구현하기 위해 투명전극에 연결될 수 있다.
광소자 칩(21)이 표면발광 레이저 다이오드등과 같은 발광요소의 어레이인 경우, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)은 화합물 반도체 등의 기판에 의해 구현된 광소자 칩(21)의 요소 형성영역에 집적된 발광요소의 발광면에 대응한다. 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)에서, 발광요소의 애노드 영역이나 캐소드 영역을 구현하는 전극영역(제1주전극영역)과의 오믹접촉을 촉진하기 위한 복수의 금속전극(제1주(main)금속전극)이 형성된다. 금속전극(제1주금속전극)은 원형 프레임 구성에서 광섬유의 코어보다 작은 각 발광면을 둘러싼다. 그리고, 각 금속전극(제1주금속전극)은, 단일 피스(piece)의 금속 패턴을 구현하기 위해 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…) 중 상응하는 하나와 잘 합체된다. 예컨대, 10Gbps에서 동작하며 약 850nm 파장의 발광을 갖는 GaAs 기반의 발광요소에서, 광선을 매우 효율적으로 사용하기 위해 발광면의 직경은 약 10㎛로 될 수 있기 때문에, 표면발광 레이저 다이오드의 발광면의 직경은 다중모드 광섬유의 코어의 직경보다 충분히 작게 만들어질 수 있다. 단일모드 광섬유의 경우, 발광면의 직경이 단일모드 광섬유의 직경보다 작으면, 동작에 따른 기판 온도의 상승 때문에 고속 동작이 달성될 수 없다는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고, 단일모드 광섬유에 대해 광선의 사용효율의 저하가 고려되어야 한다고 해도, 발광면이 단일모드 광섬유의 코어의 직경보다 항상 작게 만들어질 수는 없기 때문에, 활성영역의 직경은 수십 ㎛로 선택될 수 있다.
도 4a는 테이퍼(taper) 영역과 일정한 폭의 스트립 영역에 의해 구현된 각 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)의 토폴로지를 보여주고 있는데, 각 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)의 폭이 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)의 외부 직경으로부터 점진적으로 넓어지는 테이퍼 영역을 통해 각 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)이 상응하는 스트립 영역에 연결된다. 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)의 구성과 배치는 도 4a에 도시된 구성과 배치에 한정되지 않는다.
더욱이, 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)의 상부는, 복수의 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)의 각 상부의 일부분이 보호막에 형성된 윈도우를 통해 노출되도록, 산화실리콘막(SiO2), PSG(phosphosilicate glass)막, BPSG(boro-phosphate-silicate glass)막, 실리콘 나이트라이드(Si3N4)막 또는 폴리이미드막(polyimide) 등과 같은 보호막(passivation flim)에 의해 덮혀질 수 있다.
전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)가 폴리실리콘막이나 내화성 금속막등과 같은 전기적으로 도전성인 막으로 형성될 수 있고, "내화금속(refractory metal)"은 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo)막을 포함할 수 있다. 접속 신뢰성의 관점에서 보면, 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)는 전기적 도전막의 최상부에 얇게 입혀진 얇은 알루미늄막에 의해 덮히는 것이 바람직하다.
도시가 생략되었지만, 발광 요소의 제2주전극영역은 광소자 칩(21)의 뒷면상 또는 광소자 칩(21)의 최상부상의 제1주전극영역으로부터 고립된 부분에 형성된다. "제2주전극영역"은 발광 요소의 애노드 및 캐소드 전극영역의 다른 한쪽이다. 예컨대, 만일 제1주전극영역이 애노드 전극영역이라면, 제2주전극영역은 발광요소의 캐소드 전극영역이다. 애노드와 캐소드라는 용어는 구조 자체를 변형하지 않고도 교환될 수 있다. 외부 상호접속은 배선 접합 및 플립 칩(flip-chip) 접합에 의해 발광요소의 제2주전극영역으로부터 광소자 칩(21)의 외부로 추출된다.
도 4a에서, 3개의 칩 사이트 열전도로(27b,27c,27d)는 4개의 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d)의 각 공간에 번갈아가며 삽입된다. 더욱이, 3개의 칩 사이트 열전도로(27b,27c,27d)보다 더 넓은 2개의 칩 사이트 열전도로(27a,27e)는 전기적 상호접속부(26a,26d)의 외부에 배열된다. 제1실시예의 광소자 칩(21)에 의하면, 좁은 칩 사이트 열전도로(27b,27c,27d)와 유사하게, 넓은 칩 사이트 열전도로(27a,27e)는 열전도로이며, 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d)의 내부에 위치한 좁은 열전도로(27b,27c,27d)와 함께 열전달의 대칭적 토폴로지를 유지하도록 형성된다.
칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)의 스트립 패턴은, 스퍼터링 방법이나 CVD 방법에 의해 증착된 비정형 실리콘과 다결정 실리콘을 포함하는 반도체 박막과 같은 높은 열전도성을 갖는 재료에 의해 형성될 수 있다. 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)의 스트립 패턴은 높은 열전도도를 갖는 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등과 같은 세라믹 박막 및 에폭시 수지와 같은 절연물질로 형성될 수 있다. 이러한 박막은 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)를 구현하기 위해 스트립 패턴을 형성한다. 또한, 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)와 유사하게, 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)는 금속 마스크를 이용하여 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등과 같은 금속박막을 스퍼터링함으로써 형성될 수 있다. 특히, 열전도를 고려하면, 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)를 위해 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 은(Ag) 등과 같은 금속 재료가 바람직하고, 금(Au) 막에 의해 코팅된 구리(Cu) 막등과 같은 복합구조가 사용될 수 있다. 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)가 동시에 전기전도성을 가지는 경우, 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,27e,…)는 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)를 전기적으로 고립시키기 위해 접지선으로 사용될 수 있고, 애노드 전극 및 캐소드 전극의 타측으로 사용될 수도 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 광소자 칩(21)상의 각 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)와 홀더(1)상의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…) 사이를 전기적으로 접속하는데 필요한 전기적 접합부(24a,24b,24c,24d,…;전기전도성 범프)가 각각 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)에 배치된다. 전기적 접합부(24a,24b,24c,24d,…;전기전도성 범프)의 재료로는, 땜납볼, 금 범프, 은 범프, 구리 범프, 니켈-금(Ni-Au) 합금 범프 또는 니켈-금-인듐(Ni-Au-In) 합금 범프 등이 가능하다. 직경 10㎛에서 25㎛, 높이 5㎛에서 20㎛, 주석(Sn):납(Pb)=6:4와 같은 구성비를 갖는 공융 땜납이 땜납볼로서 사용될 수 있다. 또한, 주석:납=5:95 및 주석:금=2:8과 같은 구성비를 갖는 공융 땜납도 땜납볼로 사용될 수 있다. 따라서, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)가 연장되는 "개구 부근"은, 각 개구의 주변부 또는 개구의 각 인접부가 전기적 접합부(24a,24b,24c,24d,…;전기전도성 범프)의 직경 차수 내에 있도록 설계될 수 있다. 실질적으로는, 각 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)가 도 4a에 도시된 바와 같은 테이퍼 영역과 일정 폭 스트립 영역을 포함하는 토폴로지를 가지므로, "개구 부근"은 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)가 광소자 칩(21)에 형성되는 제조공정에 달려 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 광소자 칩(21)상의 각 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,…)와 홀더(1)의 각 홀딩부재 사이트 열전도성 통로(5a,5b,5c,5d,5e…) 사이를 열적으로 접속시키는데 필요한 전기적 접합부(23a,23b,23c,23d,…;전기전도성 범프)는 홀딩부재 사이트 열전도성 통로(5a,5b,5c,5d,5e,…)에 배치된다. 전기적 접합부(23a,23b,23c,23d,…;전기전도성 범프)의 재료로서, 금(Au) 범프, 은(Ag) 범프, 구리(Cu) 범프와 같은 높은 열전도도를 갖는 금속 범프와 에폭시 수지 페이스트(paste) 등과 같은 높은 열전도성을 갖는 재료가 적합하고, 땜납볼도 사용될 수 있다.
도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 광소자 칩(21)은 페이스 다운(face down)(플립 칩) 구성에 의해 홀더(1)의 탑재면(1A)에 탑재된다. 즉, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)이 합체된 광소자 칩(21)의 최상부면은 홀더(1)의 탑재면(1A)상에 접하게 된다. 도 5a는 탑재면(1A)에서 바라본 홀더(1)의 정면도이고, 도 5b는 상호접속면(1C;제1측면)에서 바라본 홀더(1)의 평면도이다. 도 5a의 정면도에서 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)은 도시되었지만, 광소자 칩(21)상의 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)와 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,…)는 단순화를 위해 도시가 생략되었다.
페이스 다운(플립 칩) 구성의 탑재방법을 채용함으로써, 광소자 칩(21)상의 각 전기적 상호접속부(26a,26b,26c,26d,…)는 전기적 접합부(24a,24b,24c,24d,…;전기전도성 범프)에 의해 홀더(1)상의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)에 전기적으로 접속된다. 그리고, 광소자 칩(21)상의 각 칩 사이트 열전도로(27a,27b,27c,27d,…)도 전기적 접합부(23a,23b,23c,23d,23e,…;전기전도성 범프)에 의해 홀더(1)의 홀딩부재 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)에 열적으로 접속된다. 이러한 구성에 의해, 탑재면(1A)에 탑재된 광소자 칩(21)의 입력/출력 전기신호는, 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장되는 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)에 의해 상호접속면(1C;제1측면)에서 외부로 추출될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 홀딩부재 사이트 열전도로(5b,5c,5d)는 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 각 공간에 번갈아가며 삽입되고, 개구(3a,3b,3c,3d,…) 사이의 위치, 즉 활성영역(22a,22b,22c,22d,…) 사이의 위치에 있게 된다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)에서 생성된 열은 넓은 화살표로 표시된 열 흐름로를 따라 발산되고, 열의 일부는 인접한 활성영역(22a,22b,22c,22d)에 도달하기 전에 전기적 접합부(23a,23b,23c,23d,23e,…;전기전도성 범프)를 통해 홀딩부재 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)로 추출된다. 다음으로, 검은색의 구부러진 화살표에 의해 나타낸 바와 같이, 열은 상호접속면(1C;제1측면)의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 길이보다 더 길게 연장된 홀딩부재 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)로부터 공기중으로 발산된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 홀딩부재 사이트 열전도로(5b,5c,5d)의 바깥측에 위치된 더 넓은 홀딩부재 사이트 열전도로(5a,5e)는, 광소자 칩(21)에 배열된 내부 활성영역(22b,22c)과 외부 활성영역(22a,22d)으로부터 대칭적 열흐름을 구현한다.
열전도로와 열적 접합부의 재료로서, 광소자 칩보다 더 큰 열전도도를 갖거나 유사한 열전도도를 갖는 재료가 효율적이다. 예컨대, 갈륨비소(GaAs), 인화인듐(InP), 갈륨나이트라이드(GaN)가 광소자 칩의 기판재료로서 사용될 수 있고, 열전도도는 각각 50W/m/K, 70W/m/K, 130W/m/K이다. 따라서, CVD 다이아몬드(약 2000W/m/K)와 알루미늄(약 240W/m/K) 등과 같은 재료가 열전도로와 열적 접속부로서 충분히 적합하다.
도 1 내지 5는 열전도로가 탑재면(1A)상 및 상호접속면(1C;제1측면)상의 전기적 상호접속부보다 더 긴 경우를 나타낸다. 그러나, 열전도로가 탑재면(1A)상 및 상호접속면(1C;제1측면)상 중 단지 하나의 전기적 상호접속부보다 더 긴 경우에도, 도 1 내지 도 5에 도시된 경우와 유사한 열전달과 유사한 효율성이 보장될 수 있다.
제1실시예의 제1변형예
도 6은 광 도파막(32;다중코어 광도파관)이 광전송선로로서 사용된, 본 발명의 제1실시예의 변형예(제1변형예)에 따른 홀더(1)의 조립된 구성을 보여준다. 도 6에 도시된 홀더(1)는, 도 4a에 도시된 광소자 칩(21)을 홀더(1)의 탑재면(1A)에 탑재함으로써 도 5a와 도 5b에 도시된 것과 유사한 광반도체 모듈을 구현할 수 있다.
원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)가 복수의 광전송선로를 기계적으로 보유지지하기 위해 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에서 절연 기대(1)를 관통하는 도 1에 도시된 구성과는 반대로, 본 발명의 제1실시예의 변형예(제1변형예)에 따른 홀더(1)는, 단일 직사각형 홀딩 슬리브가 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에서 관통하며 보유지지될 수 있도록, 절연 기대(1)를 관통하는 단일 직사각형 홀딩 슬리브를 갖는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 홀더(1)는 절연 기대(1), 복수의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d) 및, 복수의 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)를 포함한다. 절연 기대(1)의 외형은 광소자 칩(21)을 탑재하도록 구성된 탑재면(1A), 탑재면(1A)과 반대편의 반대면(1B), 제1측면(1C;상호접속면), 제2측면(1D), 접합면(1E;제3측면) 및, 제4측면(1F)에 의해 정의된다. 상호접속면(1C;제1측면), 제2측면(1D), 접합면(1E;제3측면) 및, 제4측면(1F)은 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에 연결된다. 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)는 탑재면(1A)에서 상호접속면(1C;제1측면)으로 평행하게 형성된다. 탑재면(1A)상에는, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)가, 광도파막(32;다중코어 광도파관)을 기계적으로 보유지지하기 위해 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이를 관통하는 단일 직사각형 슬리브에 의해 탑재면(1A)을 가로지름으로써 형성되는 단일 직사각형 개구면의 부근으로부터 연장된다. 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e;열전도 스트립)는 탑재면(1A)에서 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장되며 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)와 번갈아가며 형성된다. 각 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)는 상호접속면(1C;제1측면) 상에 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 길이보다 더 긴 길이를 갖는다. 4개의 직사각형 코어(6a,6b,6c,6d)가 광도파막(32;다중코어 광도파관)에 도시되었지만, 그 구성과 코어의 수는 도 6에 도시된 구성과 코어의 수에 한정되지 않는다. 개구(3a,3b,3c,3d,…) 사이에서 평행하게 그리고 번갈아가며 형성된 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e;열전도 스트립)의 길이가 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 길이보다 더 긴 도 1에 도시된 구성과는 반대로, 도 6에 도시된 구성에서, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 내부에 위치된 좁은 열전도로(5b,5c,5d)의 길이는 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 길이와 실질적으로 동일하다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 넓은 전도로(5a,5e)가 탑재면(1A)상에서 상호접합면(1C;제1측면)으로부터 접합면(1E;제3측면)으로 연장되므로, 2개의 넓은 외부 전도로(5a,5e)의 길이는 탑재면(1A)에서의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 길이보다 길다.
본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 홀더(1)를 이용한 광모듈에서는, 절연 기대(1)에 형성된 단일의 직사각형 홀딩 슬리브가, 광도파막(32;다중코어 광도파관)의 직사각형 코어(6a,6b,6c,6d)의 위치를 도 4a에 도시된 바와 같은 활성영역(22a,22b,22c,22d)의 위치에 대해 고정밀도로 정렬하는 것을 촉진할 수 있다.
광도파막(32;다중코어 광도파관)은 UV 강화 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 불소첨가 폴리이미드 수지 등으로 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 제1실시예의 제1변형예에 따른 홀더(1)를 이용한 광모듈은, 활성영역(22a,22b,22c,22d,…) 사이의 유효 열저항의 상승이 활성영역(22a,22b,22c,22d,…) 사이의 열적 간섭을 억제할 수 있도록, 도 5a와 도 5b에서 넓은 화살표와 검은색의 구부러진 화살표로 도시된 것과 유사한 열흐름을 달성할 수 있다. 즉, 광소자 칩(21)상의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 내부에 위치한, 제1실시예의 제1변형예에 따른 열전도로(5b,5c,5d)를 삽입함으로써, 각 활성영역(22a,22b,22c,22d,…) 사이의 열적 간섭이 억제될 수 있다.
제1실시예의 제2변형예
도 1을 참조한 설명에서, 탑재면(1A)에서의 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e) 및 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 토폴로지와, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)와 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e)가 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장되도록 탑재면(1A)으로부터 형성된 토폴로지가 주로 기술되며, 상호접속면(1C;제1측면)과 반대편인 접합면(1E;제3측면)상의 패턴과 토폴로지에 관한 설명은 생략된다. 따라서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 다른 변형예(제2변형예)에 따른 홀더(1)에서, 접합면(1E;제3측면)의 패턴과 토폴로지가 설명된다. 도 7a는 홀더(1)의 뒷면에 상응하는 접합면(1E;제3측면)을 도시한 평면도이다. 도 7b는 탑재면(1A)을 도시한 정면도이고, 도 7c는 상호접속면(1C;제1측면)을 도시한 평면도이다. 도 7b 및 도 7c가 도 1에 도시된 구성과 유사하기 때문에, 중복되는 설명은 생략된다.
상호접속면(1C;제1측면)의 반대편에 있는 제3측면(1E)은 홀더(1)를 패키징 기판 등에 접합하기 위한 접합면(접합 평면)으로 이용된다. 홀더(1)의 접합 프로세스에서, 만일 단일의 넓은 금속막이 수지등으로 만들어진 절연 기대(1)의 접합면(1E;제3측면)의 거의 전체면 위에 형성된다면, 절연 기대(1)를 구현하는 수지와 금속막 사이의 선형 열팽창 상수 차이에 의해 휨 레벨에 따른 금속막의 휨이나 금속막의 파괴가 야기될 수 있다. 따라서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 제2변형예에서, 복수의 직사각형 금속패턴(Xij;i=1-3;j=1-n;짧은 스트립 패턴)이 홀더(1)를 패키징 기판상에 매트릭스 구성으로 접합하기 위해 접합면(1E;제3측면)상에 형성된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 접합면(1E;제3측면)상에 분할된 금속패턴(Xij)을 짧은 스트립 매트릭스로 형성함으로써, 절연 기대(1)가 수지등으로 만들어진다고 해도, 금속패턴(Xij)의 선형 열팽창 상수의 차이로 인한 스트레스의 절대값이 감소될 수 있고, 접합 프로세스 후의 휨 레벨에 의한 금속패턴(Xij)의 휨 가능성이나 금속패턴(Xij)의 파괴 가능성이 감소될 수 있다. 물론, 금속패턴(Xij)의 구성과 토폴로지는 도 7a에 도시된 짧은 직사각형 스트립 구성에 한정되지 않고, 벌집 모양등의 육각형 구성에 의한 금속패턴(Xij)의 배열과 같은 다른 토폴로지도 유사한 효과를 달성할 수 있다.
제1실시예의 제3변형예
도 8은 제1실시예의 다른 변형예(제3변형예)에 따른 홀더(1)의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다. 도 2에 도시된 단면 구성과 유사하게, 도 8은 도 1에서 홀딩 슬리브(2b)가 연장되는 방향을 따라 S면으로 절단된 홀더(1)의 단면도를 나타낸다. 도 8의 단면도에 도시된 바와 같이, 챔퍼(10;chamfer)가 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면) 사이의 공통으로 만나는 코너에 형성된다. 그리고, 전기적 상호접속부(4b)가 탑재면(1A)으로부터 챔퍼(10)를 통해 상호접속면(1C;제1측면)까지 덮으며 기대(1)의 표면상에 연장된다. 전기적 상호접속부(4b)의 뒤쪽에, 열전도로(5b)가 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 또한 연장된다. 도면에는 생략되었지만, 다른 전기적 상호접속부(4a,4c,4d)와 다른 열전도로(5a,5c,5d,5e)도 탑재면(1A)으로부터 챔퍼(10)을 통해 상호접속면(1C;제1측면)까지 기대(1)의 표면상에 연장된다. 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면) 사이의 공통으로 만나는 코너에 챔퍼(10)을 제공함으로써, 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면) 사이의 공통으로 만나는 코너에서 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e) 및 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 브레이크 장애(break failure)가 금속화 프로세스를 용이하게 하도록 방지될 수 있다.
제1실시예의 제4변형예
도 9는 제1실시예의 다른 변형예(제4변형예)에 따른 홀더(1)의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다. 도 9는 도 1에서 홀딩 슬리브(2b)가 연장되는 방향을 따라 S면으로 절단된 홀더(1)의 단면도를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같은 제1실시예의 제4변형예에서는, 홀더(1)의 탑재면(1A)의 정상 방향(Sn)이 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)의 축방향을 따라 약간 기울어진다.
도 9에 도시된 바와 같이, 탑재면(1A)의 정상 방향(normal direction)과 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)의 축 방향 사이의 각은 θ이다. 탑재면(1A)이 약 θ=4~10도 만큼 기울어져 있기 때문에, 광섬유(31a,31b,31c,31d,…)와 같은 광전송선로를 통해 전송된 입사 광선이, 개구(3a,3b,3c,3d)에 배치되는 광소자칩의 활성영역 표면상에서의 반사에 의해 되돌아가는 광선이 되는 것을 막을 수 있다.
제1실시예의 제5변형예
도 10은 제1실시예의 다른 변형예(제5변형예)에 따른 홀더(1)의 개략적 구성을 보여주는 단면도이다. 도 10은 도 1에서 홀딩 슬리브(2b)가 연장되는 방향을 따라 S면으로 절단된 홀더(1)의 단면도를 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같은 제1실시예의 제5변형예에서, 홀더(1)의 탑재면(1A)의 정상 방향(Sn)이 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)의 축방향을 따라 약간 기울어지는 것 뿐만 아니라, 반대면(1B)이 탑재면(1A)과 평행하게 향할 수 있도록 반대면(1B)의 정상 방향도 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)의 축 방향에 대해 기울어진다.
제1실시예에 의한 광반도체 모듈을 조립하기 위해 광소자 칩(21)이 홀더(1)에 탑재되는 경우, 광소자 칩(21)이 홀더(1)상에 탑재되는 웨이팅(weighting) 방향은 탑재면(1A)의 정상 방향에 대해 정렬된다. 도 10에 도시된 조립 프로세스에서, 홀더(1)의 반대면(1B)이 탑재면(1A)과 평행하게 향하는 경우, 광소자 칩(21)이 탑재되는 웨이팅 방향을 향해 탑재면(1A)이 이루는 각은 반대면(1B)을 기준면으로 이용하여 용이하게 정의될 수 있고, 이것은 조립 프로세스를 촉진시킬 수 있다.
제2실시예
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 홀더(1)가 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면(1A), 탑재면(1A)의 반대편에 있는 반대면(1B), 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에 연결된 4개의 측면에 의해 정의된 절연 기대(1)를 포함한다는 점에서, 본 발명의 제2실시예에 따른 홀더(1)는 제1실시예에 따른 홀더(1)와 유사하다. 4개의 측면은 제1측면(1C;상호접속면), 제2측면(1D), 제3측면(1E;접합면) 및, 제4측면(1F)으로 배정된다. 복수의 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)는 복수의 광전송선로를 기계적으로 보유지지하기 위해 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이를 관통한다. 복수의 개구(3a,3b,3c,3d,…)는 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)가 탑재면(1A)을 통과하도록 정의된다. 제2실시예에 의한 홀더(1)는 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면)상에 평행하게 형성된 복수의 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)를 포함한다. 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 각 스트립 패턴은 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)까지 연장되기 위해 상응하는 개구(3a,3b,3c,3d,…) 부근으로부터 출발한다. 제2실시예에 의한 홀더(1)는 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면)상에 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)와 번갈아가며 평행하게 형성된 복수의 열전도로(5a,5b,5c,5d,…;열전도 스트립)를 더욱 포함한다. 즉, 탑재면(1A)에서 열전도로(5a,5b,5c,5d,…;열전도 스트립)는 개구(3a,3b,3c,3d,…) 사이의 위치에 배치되고, 탑재면(1A)으로부터 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장된다.
그러나, 도 11에 도시된 제2실시예의 홀더(1)에서, 모든 열전도로(5a,5b,5c,5d,…;열전도 스트립)는, 상호접속면(1C;제1측면)상에 콤(comb) 구성을 형성하기 위해 열전도로(5a,5b,5c,5d,…;열전도 스트립)와 합체된 열적 단락부재(71;열방사 패드)에 의해 열적으로 단락된다. 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면)의 양자상에서 열전도로(5a,5b,5c,5d,…)의 길이가 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 상응하는 길이보다 길다는 점에서, 제2실시예의 열전도로(5a,5b,5c,5d,…)는 제1실시예의 열전도로(5a,5b,5c,5d,…)와 유사하다. 더욱이, 도 11에 도시된 바와 같이, 내부 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 외부에 끼여 배치된 보조 열전도로(5a,5e)도 콤 구성을 달성하기 위해 열적 단락부재(71;열방사 패드)에 의해 열적으로 단락된다.
도시가 생략되었지만, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 구성과 유사하게, 제2실시예의 홀더(1)는 제1실시예와 유사하게 복수의 광반도체 요소가 일체적으로 집적된 광소자 칩(21) 상에 직접적으로 용이하게 탑재되도록 구성된다. 제2실시예의 홀더(1)는 광반도체 요소를 구현하기 위해 광소자 칩(21)에 집적된 각 활성영역(22a,22b,22c,22d,…) 사이의 열적 간섭을 억제할 수 있다. 따라서, 매우 낮은 가격으로 직접적인 광결합 구조를 가능하게 하는 광반도체 모듈이 높은 열적 신뢰도를 가지고 달성될 수 있다. 결과적으로, 복수의 광반도체 요소가 고밀도의 패키징으로 단일 광소자 칩에 직접된 구성과 토폴로지라고 해도, 매우 낮은 비용과 높은 신뢰성을 갖는 광반도체 모듈이 제공될 수 있다. 특히, 도 11에 도시된 것과 같은, 열적 단락부재(71;열방사 패드)가 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)와 콤 구성을 형성하는 토폴로지에 의해, 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 유효 표면 공간을 증가시킬 수 있고, 방사 효율을 대폭 상승시키는 것이 가능하다.
따라서, 제2실시예의 홀더(1)는 제1실시예의 홀더(1) 보다 더 활성영역(22a,22b,22c,22d)의 열적 간섭을 억제할 수 있다.
홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)와 열적 단락부재(71;열방사 패드)는, 다결정 실리콘 등을 포함하는 반도체 박막과 같은 높은 열전도 재료, 알루미늄 나이트라이드와 같은 세락믹 박막 및, 높은 열전도도를 갖는 에폭시 수지와 같은 절연재료로 형성될 수 있다. 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 말단이 열적 단락부재(71;열방사 패드)에 의해 단락되는 콤 구성은, 반도체 박막과 같은 높은 열전도 재료가 스퍼터링법이나 CVD법에 의해 상호접속면(1C;제1측면)상에 증착된 후에, 포토리소그래피 방법과 반응성 이온 에칭(RIE)법에 의해 형성될 수 있다. 콤 구성은 금속 마스크를 가지고서 높은 열전도도 재료가 상호접속면(1C;제1측면)상에 선택적으로 증착되는 금속화 프로세스에 의해서도 형성될 수 있다. 유사하게, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 패턴은 포토리소그래피 방법 및 반응성 이온 에칭법에 의해 형성될 수 있고, 또는 금속 마스크를 이용하여 선택적으로 증착될 수 있다.
홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는 구리, 알루미늄 및, 은등과 같은 금속재료로부터 만들어질 수 있고, 금막에 의해 코팅된 구리막과 같은 복합구조는 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)를 위해 사용될 수 있다. 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 말단이 열적 단락부재(71;열방사 패드)에 의해 단락되는 콤 구성이 이러한 금속재료로부터 만들어진 경우, 콤 구성의 스트립이 동시에 전기전도성을 가지므로, 스트립은 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)를 전기적으로 고립시키기 위해 접지선으로 사용될 수 있다. 이어서, 이러한 경우, 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)와 열적 단락부재(71;열방사 패드)가 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)와 동시에 형성될 수 있다.
특히, 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 말단이 열적 단락부재(71;열방사 패드)에 의해 단락되는 콤 구성이 이러한 금속재료로부터 만들어진 경우, 각 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 전위는 고정될 수 있다. 따라서, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…) 사이의 전기적 고립은 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)를 접지선이나 외부 전원에 연결함으로써 더욱 보장될 수 있고, 따라서 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…) 사이의 누화잡음이 억제될 수 있다.
제2실시예의 변형예
도 12에 도시된 바와 같이, 모든 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는 열 스프래더(spreader) 및 방사 핀(fin) 등과 같은 제2열적 단락부재(72;열방사 부재)에 의해 열적으로 단락될 수 있다. 열 스프래더의 예로서, 실리콘등과 같은 높은 열전도 재료로 형성된 칩, 직사각 평행관형 바(bar) 또는 스트립형 슬랩(slab)이 채용될 수 있다.
제2열적 단락부재(72;열방사 부재)는 도 11에 도시된 바와 같이 땜납 볼 및 범프등을 이용하여 제1열적 단락부재(71;열방사 패드)의 콤 구성에 열적으로 접속된다. 또는, 예컨대 제2열적 단락부재(72;열방사 부재)는, 제1열적 단락부재(71;열방사 패드)를 포함하지 않는 도 1에 도시된 토폴로지에 채용될 수 있다.
도 12에 도시된 제2실시예의 변형예에 따른 홀더(1)에서, 제2열적 단락부재(72;열방사 부재)는 보조 홀더 사이트 열전도로(5a,5e)에 연결되는 것이 바람직하다. 보조 홀더 사이트 열전도로(5a,5e)가 제2열적 단락부재(72;열방사 부재)에 의해 연결되는 구성은 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 유효 표면공간을 더 크게 하므로, 방사 효율을 대폭 상승시키는 것이 가능하다. 따라서, 제2실시예의 변형예에 따른 홀더(1)는 활성영역(22a,22b,22c,22d,…)의 열적 간섭을 제1실시예의 홀더(1)보다 더 억제할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 모든 말단이 제2열적 단락부재(72;열방사 부재)에 의해 단락되는 구성에 의해, 각 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)의 전위가 고정될 수 있다. 따라서, 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…) 사이의 전기적 고립은 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)를 접지선이나 외부 전원에 연결함으로써 더욱 보장될 수 있고, 따라서 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…) 사이의 누화잡음이 확실히 억제될 수 있다.
도 11의 홀더(1)와 유사하게, 도 12에 도시된 제2실시예의 변형예에 따른 홀더(1)에서는, 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)가 금속재료로부터 만들어질 수 있다. 홀더 사이트 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)가 금속재료로부터 만들어지는 경우, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)가 동시에 전기전도도를 가질 수 있으므로, 열전도로(5a,5b,5c,5d,5e,…)는 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)를 전기적으로 고립시키기 위해 접지선으로 사용될 수 있다.
제3실시예
보통, 광섬유의 클래딩층의 외부표면은 자외선(UV) 경화수지 코팅층으로 덮혀있다. 코팅층은 광섬유 케이블의 "버퍼 코팅"이라 불리는 것으로서 기능한다. 코팅층의 두께는 예컨대 약 400㎛이고, 광섬유 그 자체의 외부 직경보다 보통 더 크다. 즉, 광섬유와 코팅층은 광섬유 케이블의 단일 피스(piece)가 된다. 만일 코팅층을 포함하는 상기 각 광섬유 케이블이 광전송선로의 단일 피스로서 각 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)에 직접적으로 삽입될 수 있다면, 광전송선로와 홀더(1) 사이의 기계적 결합강도를 대폭적으로 크게 할 수 있다. 그러나, 큰 외부 직경을 갖는 코팅층이 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)에 삽입될 수 있도록 각각 충분한 내부 직경을 갖는 원통형 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d,…)를 형성하기 위해, 홀더(1)의 상호접속면(1C;제1측면)과 접합면(1E;제3측면) 사이에 정의된 두께는 소정값을 유지해야 한다. 도 1로부터 명확한 바와 같이, 홀더(1)의 두께가 커짐에 따라, 탑재면(1A)에 형성된 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d,…)의 길이는 길어지고, 이것이 상호접속 용량, 유도저항 및, 저항등을 상승시킨다. 즉, 광전송선로와 홀더(1) 사이의 기계적 결합강도의 강화는 상호접속 용량, 유도저항 및, 저항 등과 같은 전기적 특성과 상반관계를 갖는다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제3실시예에 따른 홀더(1)의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 13a는 홀더(1)의 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 XⅢB-XⅢB선으로 절단된 홀더(1)의 단면도이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 홀더(1)에서, 원통형 홀딩 슬리브(2b)의 내부 직경은, 내부 직경이 반대면(1B) 근처의 영역에서 더 커지도록 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에 위치한 영역에서 내부단(inside step)을 갖는다. 도 13b의 단면도에서는 내부단(9)이 점점 가늘어지는 2차원 구조처럼 보이지만, 내부단(9)은 3차원으로 보면 원통형 홀딩 슬리브(2b)의 중심축을 따라 대칭인 원뿔의 일부를 구현한다. 즉, 탑재면(1A) 근처의 작은 내부 직경으로부터 직경 변환영역으로서 존재하는 원뿔형의 내부단(9)은 반대면(1B) 근처에서 더 큰 내부 직경 영역으로 변환된다. 그리고, 제3실시예의 홀더(1)는 상호접속면(1C;제1측면)에 평면 돌출부를 이루는 외부단(8)을 갖는다. 외부단(8)은 탑재면(1A) 및 반대면(1B)과 평행한 방향을 따라 연장된다.
도 13b의 단면도에 도시된 바와 같이, 전기적 상호접속부(4b)는 기대(1)의 표면상에 연장되며, 탑재면(1A)에서 상호접속면(1C;제1측면)까지 덮는다. 전기적 상호접속부(4b)의 뒷쪽에서, 열전도로(5b)도 탑재면(1A)에서 상호접속면(1C;제1측면)으로 연장된다. 도시가 생략되었지만, 다른 원통형 홀딩 슬리브(2a,2c,2d)도 원통형 홀딩 슬리브(2a,2c,2d)의 내부 직경이 반대면(1B) 근처의 뒤 영역에서 커지도록, 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이에 위치한 영역에서 내부단을 갖는다. 그리고, 다른 전기적 상호접속부(4a,4c,4d)와 다른 열전도로(5a,5c,5d,5e)도 탑재면(1A)에서 상호접속면(1C;제1측면)으로 기대(1)의 표면상에서 연장된다.
내부단(9) 영역에서 반대면(1B)으로 연장된 원통형 홀딩 슬리브(2b)의 더 큰 내부 직경은 광전송선로(광섬유)의 코팅층의 삽입을 용이하게 하기 위한 크기를 갖는다. 제3실시예의 홀더(1)에 따르면, 홀더(1)의 탑재면(1A)과 반대면(1B) 사이의 위치에서 상호접속면(1C;제1측면)상에 외부단(8)을 제공함으로써, 탑재면(1A)측에서의 홀더(1)의 두께는 반대면(1B)에서의 두께 "t"보다 더 얇아질 수 있고, 이것은 홀더(1)의 전기적 특성과 기계적 강도 사이의 상반관계 문제를 해결할 수 있으며, 홀더(1)의 전기적 특성과 기계적 강도 양자를 향상시킬 수 있다. 따라서, 탑재면(1A)에 탑재되도록 구성된 광소자 칩에 집적된 각 광반도체 요소 사이의 열적 간섭이 억제될 수 있고, 홀더(1)의 기계적 강도와 패키징 신뢰성이 향상될 수 있다.
제3실시예의 제1변형예
도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예의 변형예(제1변형예)에 따른 홀더(1)는, 단지 3개의 홀딩부재 사이트 열전도로(5b,5c,5d)가 탑재면(1A)에서 반대면(1B)으로 연장되도록 형성된다는 점에서 도 13a 및 도 13b에 도시된 제3실시예의 홀더(1)와는 다르고, 홀딩부재 사이트 열전도로(5b,5c,5d)는 제3실시예에 의한 내부 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 외부에 끼여 배치된 보조 열전도로(5a,5e) 없이 탑재면(1A)상의 개구(3a,3b,3c,3d,…) 사이에 위치에서 서로 평행하게 배치된다.
도 14a는 홀더(1)의 평면도이고, 도 14b는 도 14a의 XⅣB-XⅣB 선에서 절단된 홀더(1)의 단면도이다.
제1실시예에서 이미 설명한 바와 같이, 외부 열전도로(5a,5e)가 내부 열전도로(5b,5c,5d)와 유사한 기능을 제공한다고 해도, 외부 열전도로(5a,5e)는 대칭적 열흐름을 유지하기 위한 보조 패턴으로서 형성되므로, 외부 열전도로(5a,5e)는 생략될 수 있다. 따라서, 도 14a에 도시된 바와 같이, 제3실시예의 제1변형예에 따른 홀더(1)에서, 원형 패드(7a,7e)는 외부 열전도로(5a,5e) 대신 탑재면(1A)상에 배치된다.
제3실시예의 제2변형예
도 15에 도시된 본 발명의 제3실시예의 다른 변형예(제2변형예)에 따른 홀더(1)에서, 접합면(1E;제3측면)에 형성된 다른 패턴과 토폴로지가 설명된다. 도 15a는 접합면(1E;제3측면)상에 형성된 구성을 나타낸 평면도이고, 이것은 홀더(1)의 뒷면에 배정될 수 있다. 도 15b는 탑재면(1A)상에 형성된 구성을 나타낸 정면도이고, 원형 패드(7a,7e)가 내부 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)의 외부에 끼여 배치된 것을 보여준다. 도 15c는 상호접속면(1C;제1측면)을 나타낸 평면도이다. 도 15c의 도면이 도 14a에 도시된 구성과 유사하므로, 중복된 설명은 생략한다.
상호접속면(1C;제1측면)의 반대편인 접합면(1E;제3측면)은 홀더(1)를 패키징 기판등에 접합하기 위한 접합평면으로 이용된다. 도 15a에 도시된 제3실시예의 제2변형예에서, 복수의 직사각형 금속 패턴(Xij;i=1-3;j=1-n;짧은 스트립 패턴)은 홀더(1)를 패키징 기판상에 매트릭스 구성으로 접합하기 위한 접합면(1E;제3측면)상에 형성된다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 접합면(1E;제3측면)상에 짧은 스트립의 매트릭스로 분리된 금속 패턴(Xij)을 형성함으로써, 금속 패턴(Xij)에서 선형 열팽창 계수의 차이로 인한 스트레스의 절대값이 감소될 수 있고, 접합 프로세스 후의 휨 레벨에 따른 금속 패턴(Xij)의 휨 가능성이나 금속 패턴(Xij)의 파괴 가능성이 감소될 수 있다.
제4실시예
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더(1)의 구성을 나타낸 개략도이다. 제4실시예에 따른 홀더(1)는, 제4실시예에 의한 홀더(1)가 제2측면(1D) 및 제2측면(1D)을 향하는 제4측면(1F)의 각 부분상에 원형 오목부(12a,12b)를 포함한다는 점에서 제1~제3실시예에서 논의된 구성과 다르다. 오목부(12a,12b)는 홀더(1)가 패키징 보드상에 탑재된 경우 위치를 정하기 위해 상호접속면(1C;제1측면)에서 접합면(1E;제3측면)으로 연장된다. 각각이 오목부(12a,12b)의 내부 직경과 거의 동일한 외부 직경을 가지는 원형 위치핀(circular positioning pin)을, 예컨대 홀더(1)의 외부로부터 오목부(12a,12b)로 삽입함으로써, 홀더(1)의 위치를 정하는 것과 방향이 거의 정확하게 결정될 수 있고, 이것은 외부 회로를 전기적 상호접속부(4a,4b,4c,4d)로 연결하는 와이어 접합 프로세스를 촉진시킬 수 있다. 홀더(1)가 접착제에 의해 오목부(12a,12b)에서 외부 위치핀에 대해 부착되는 구성은 홀더(1)와 패키징 보드 사이의 접합 강도를 상승시킬 수 있고, 또한 광전송선로가 홀더(1)의 뒤측으로부터 세게 당겨지는 경우 홀더(1)의 파괴를 방지할 수 있다.
제4실시예의 홀더(1)의 다른 구성은 제1 내지 제3실시예에 보여진 구성과 유사하며, 중복되는 설명은 생략된다.
다른 실시예
본 발명의 개시에 의해 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형예를 예상할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3실시예에서 이미 언급된 구성을 위해, 상기 언급된 원형 오목부(12a,12b)는 제2측면(1D)과 제4측면(1F)에 형성될 수 있다.
다른 예로서, 제1 및 제2실시예의 홀더(1)에서, 제3 및 제4실시예에 따른 도 14 내지 도 16에 도시된 원형 패드(7a,7b)가 보조 열전도로(5a,5b) 대신 탑재면(1A)상에 배치될 수 있다. 더욱이, 원형 패드(7a,7b)는 생략될 수도 있다.
게다가, 제1실시예의 제1변형예에서 광도파막(32;다중코어 광도파관)이 채용된 구성, 제1실시예의 제3변형예에서 설명된 바와 같은 챔퍼(10)가 탑재면(1A)과 상호접속면(1C;제1측면) 사이에서 공통으로 만나는 코너에 제공된 구성 및, 제1실시예의 제4 및 제5변형예에서 설명된 홀더(1)의 탑재면(1A)의 정상 방향(Sn)이 홀딩 슬리브(2a,2b,2c,2d)의 축 방향을 향해 약간 기울어지는 구성은, 제2 내지 제4실시예에서 설명된 다양한 홀더(1)에 응용될 수 있다.
유사하게, 제1실시예의 제2변형예 및 제3실시예의 제2변형예에서 설명된 분리된 금속 패턴(Xij)이 제3측면상에 형성된 구성은 제2 및 제4실시예에서 설명된 홀더(1)에 물론 응용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기에 언급되지 않는 다양한 실시예와 변형예 등을 포함한다. 요컨대, 본 발명의 범위는 다음의 청구항에서 정의될 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복수의 광반도체 요소가 일체적으로 집적된 광소자 칩과 광전송선로 사이의 직접적 및 저비용 결합을 용이하게 하고, 광반도체 요소 사이의 열적 간섭을 억제하는 홀더를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더의 구성을 나타낸 조감도,
도 2는 도 1의 S면에서 본 홀더의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 홀더에 보유지지된 복수의 광섬유를 나타낸 개략적인 조감도,
도 4a는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더상에 탑재된 광소자 칩의 개략적인 조감도,
도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀더상에 열적 접합부(열전도성 범프) 및 전기적 접합부(전기전도성 범프)가 배치된 구성을 설명한 개략적인 조감도,
도 5a는 제1실시예에 따른 탑재면에서 바라본 홀더의 정면도,
도 5b는 제1실시예에 따른 제1측면에서 바라본 홀더의 평면도,
도 6은 광도파막(다중코어 광도파관)이 광전송선로로서 보유지지된, 본 발명의 제1실시예의 변형예(제1변형예)에 따른 홀더의 조립된 구성을 나타낸 개략적인 조감도,
도 7a는 본 발명의 제1실시예의 다른 변형예(제2변형예)에 따른 홀더의 뒷면에 배정될 수 있는 제3측면을 나타낸 평면도,
도 7b는 제1실시예의 제2변형예에 따른 홀더의 탑재면을 나타낸 정면도,
도 7c는 제1실시예의 제2변형예에 따른 홀더의 제1측면을 나타낸 평면도,
도 8은 제1실시예의 다른 변형예(제3변형예)에 따른 홀더의 개략적 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 제1실시예의 다른 변형예(제4변형예)에 따른 홀더의 개략적 구성을 나타낸 단면도,
도 10은 제1실시예의 다른 변형예(제5변형예)에 따른 홀더의 개략적 구성을 나타낸 단면도,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 홀더를 나타낸 개략적 조감도,
도 12은 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 홀더를 나타낸 개략적 조감도,
도 13a는 본 발명의 제3실시예에 따른 홀더의 평면도,
도 13b는 도 13a의 XⅢB-XⅢB선에서 본 단면도,
도 14a는 본 발명의 제3실시예의 변형예(제1변형예)에 따른 홀더를 나타낸 평면도,
도 14b는 도 14a의 XⅣB-XⅣB 선에서 본 단면도,
도 15a는 제3측면을 나타낸 평면도이고, 이것은 본 발명의 제3실시예의 다른 변형예(제2변형예)에 따른 홀더의 뒷면에 배정될 수 있고,
도 15b는 제3실시예의 제2변형예에 따른 홀더의 탑재면을 나타낸 정면도,
도 15c는 제3실시예의 제2변형예에 따른 홀더의 상호접속면을 나타낸 평면도,
도 16a는 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더의 탑재면의 정면도,
도 16b는 도 16a의 탑재면에 상응하는 제1측면의 평면도이다.

Claims (20)

  1. 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면, 탑재면의 반대편에 있는 반대면 및, 탑재면과 반대면 사이를 연결하며 그 중 하나가 상호접속면으로 배정되는 복수의 측면에 의해 정의되고, 복수의 광전송선로를 보유지지하기 위해 탑재면과 반대면 사이를 관통하며 탑재면을 통과함으로써 탑재면상에 복수의 개구를 정의하는 복수의 관통구멍을 갖는 절연 기대;
    탑재면상의 개구의 각 부근에서 상호접속면으로 연장된 복수의 전기적 상호접속부 및;
    탑재면에서 상호접속면상으로 연장되며, 전기적 상호접속부와 번갈아가며 배정된 복수의 열전도로를 구비하고,
    각 열전도로는 상호접속면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광전송선로의 홀더.
  2. 제1항에 있어서, 각 열전도로는 탑재면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 홀더.
  3. 제1항에 있어서, 탑재면의 정상 방향이 관통구멍의 축 방향을 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 홀더.
  4. 제3항에 있어서, 반대면의 정상 방향이 관통구멍의 축 방향을 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 홀더.
  5. 제3항에 있어서, 반대면이 탑재면과 평행하게 기울어진 것을 특징으로 하는 홀더.
  6. 제3항에 있어서, 탑재면의 정상 방향과 관통구멍의 축 방향 사이의 각도는 약 4~10도인 것을 특징으로 하는 홀더.
  7. 제1항에 있어서, 열전도로를 열적으로 단락하도록 구성된 열적 단락부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 홀더.
  8. 제1항에 있어서, 상호접속면이 외부단을 갖는 것을 특징으로 하는 홀더.
  9. 제1항에 있어서, 챔퍼가 탑재면과 상호접속면 사이의 공통으로 만나는 코너에 형성되고, 전기적 상호접속부 및 열전도로가 탑재면에서 상호접속면상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 홀더.
  10. 제1항에 있어서, 상호접속면과 반대편에 있는 측면 중 하나에 형성되며, 홀더를 패키징 기판에 접합하도록 구성된 복수의 금속 패턴을 더 구비한 것을 특징으로 하는 홀더.
  11. 제1항에 있어서, 패키징 기판에 대해 홀더의 위치를 결정하기 위한 위치핀을 수용할 수 있고, 상호접속면에 수직으로 형성되는 오목부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 홀더.
  12. 제1항에 있어서, 각 열전도로는 스트립 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 홀더.
  13. 제1항에 있어서, 각 열전도로는 전기적으로 도전성인 것을 특징으로 하는 홀더.
  14. 광소자 칩을 탑재하도록 구성된 탑재면, 탑재면의 반대편에 있는 반대면 및, 탑재면과 반대면 사이를 연결하며 그 중 하나가 상호접속면으로 배정되는 복수의 측면에 의해 정의되고, 다중코어 광도파관을 보유지지하기 위해 탑재면과 반대면 사이를 관통하며 탑재면을 통과함으로써 탑재면상에 개구를 정의하는 관통구멍을 갖는 절연 기대;
    탑재면상의 개구의 부근에서 상호접속면으로 연장된 복수의 전기적 상호접속부 및;
    탑재면에서 상호접속면으로 연장되며, 전기적 상호접속부와 번갈아가며 배정된 복수의 열전도로를 구비하고,
    각 열전도로는 상호접속면상의 전기적 상호접속부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다중코어 광도파관의 홀더.
  15. 제14항에 있어서, 탑재면의 정상 방향이 관통구멍의 축 방향을 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 홀더.
  16. 제15항에 있어서, 반대면의 정상 방향이 관통구멍의 축 방향을 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 홀더.
  17. 제15항에 있어서, 탑재면의 정상 방향과 관통구멍의 축 방향 사이의 각도는 약 4~10도인 것을 특징으로 하는 홀더.
  18. 제14항에 있어서, 열전도로를 열적으로 단락하도록 구성된 열적 단락부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 홀더.
  19. 제14항에 있어서, 상호접속면이 외부단을 갖는 것을 특징으로 하는 홀더.
  20. 제14항에 있어서, 상호접속면과 반대편에 있는 측면 중 하나에 형성되며, 홀더를 패키징 기판에 접합하도록 구성된 복수의 금속 패턴을 더 구비한 것을 특징으로 하는 홀더.
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