KR20070080213A

KR20070080213A - 광 모듈

Info

Publication number: KR20070080213A
Application number: KR1020070005666A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 배유동; 송정환; 박중완; 윤인국; 김승우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2007-08-09
Also published as: KR100871251B1; US20070183719A1; US7492982B2

Abstract

본 발명에 따른 광 모듈은 도파로와, 상기 도파로 상에 위치되며 광신호를 전기 신호로 변환시키거나 전기 신호를 광신호로 변환시키기 위한 적어도 하나 이상의 광전 변환 소자들과, 상기 광전 변환 소자를 실장하며 상기 도파로 상에 안착된 연결 소켓을 포함한다.

연성인쇄 회로기판, 광 모듈, 도파로

Description

광 모듈{OPTICAL MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 모듈의 구조를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 모듈의 구조를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광 모듈의 단면을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광 모듈의 단면을 도시한 도면,

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 연결 소켓 구조의 일 예를 도시한 도면,

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 연결 소켓 구조의 일 예를 도시한 도면,

도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 광 모듈의 제조 단계별 단면 상태를 도시한 도면.

본 발명은 광원과 광검출기가 집적된 광 모듈에 관한 발명으로서, 특히 광원과 광검출기가 연성인쇄 기판에 의해 연결된 광 모듈에 관한 발명이다.

근래 급격한 디지털 기술의 진보로 인해서 고기능화 복합화된 다양한 형태의 소형의 휴대용 디지털 단말기들이 제공되고 있다. 상술한 디지털 단말기로는 휴대 전화기, 디지털 카메라 및 캠코더, 게임기 또는 PMP 등과 같이 다양한 형태가 존재한다. 상술한 소형의 디지털 기기들은 소형으로서 휴대가 간편하고, 많은 양의 데이터를 처리할 수 있어야된다. 따라서, 근래에 보급되는 소형의 디지털 기기들은 FPCB(Flexible printed circuit board)를 전송 매체로 한 직렬 인터페이스에 의해 연결된 구조를 갖는다. 특히, FPCB를 이용한 직렬 인터페이스는 소형의 휴대가 가능한 디지털 기기의 특성상 높은 신뢰성과, 최소화된 소비 전력의 조건이 요구되고 있다.

신호 전송 매체로서 기존의 FPCB를 사용한 경우, 요구되는 처리 데이터의 용량 및 속도는 증가되는 반면에, EMI 증대로 전송 속도를 높이는데 제약이 따르고 있는 실정이다. 상술한 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 마쯔시다 전공은 종래 FPCB에 폴리마이드(Polymide) 광 도파로를 형성하고 그 위에 패턴을 통해서 광소자를 플립-칩 본딩(Flip-chip bonding)한 광 연결 구조를 제안하고 있다.

마쓰시다에 의해 제안된 광 연결 구조는 데이터 송신을 위한 광원과, 데이터 수신을 위한 광검출기와, FPCB와 결합되며 데이터 송수신에 사용되는 광도파로를 포함한다. 광원 및 광검출기는 일대일 대응되며, 필요에 따라서 복수로 구성된다.

그러나, 마쓰시다에 의해 제안된 광 연결 구조는 FPCB 상에 다수의 광소자들이 집적되어 있어서 광 소자들 간의 신뢰성을 확보하는데 문제가 있다. 또한, 신뢰성 확보를 위해서 현재 기존의 FPCB와 광 소자가 연결되는 부분을 리지(ridge) 형 태로 형성할 경우에 전체 구성의 부피가 커지는 문제가 있다.

본 발명은 소형으로서 광학 소자와 FPCB를 안정적으로 연결시킬 수 있는 광 모듈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 광 모듈은,

도파로와;

상기 도파로 상에 위치되며 광신호를 전기 신호로 변환시키거나 전기 신호를 광신호로 변환시키기 위한 적어도 하나 이상의 광전 변환 소자들과;

상기 광전 변환 소자를 실장하며 상기 도파로 상에 안착된 연결 소켓을 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 모듈(100)은 연성인쇄 회로기판(150) 및 상기 연성인쇄 회로기판(150) 상에 위치된 도파로(130)와, 상기 도파로(130) 상에 위치되며 광신호를 전기 신호로 변환시키거나 전기 신호를 광신호로 변환시키기 위 한 적어도 하나 이상의 광전 변환 소자들(141,142)과, 상기 광전 변환 소자(141,142)들을 실장하며 상기 도파로(130) 상에 안착된 연결 소켓들(110a, 110b)들과, 상기 연성인쇄 회로기판(150)의 하부에 위치된 리지드 층들(121,122)을 포함한다.

상기 도파로(130)는 폴리머 층(133)과, 상기 폴리머 층(133) 상에 형성되며 전기 회로 패턴이 형성된 코퍼 층(134)과, 상기 폴리머 층(133)의 하부에 형성된 하부 클래드(131), 코어(135), 상부 클래드(135)를 포함한다. 상기 코퍼 층(134)은 그 상면에 해당 광전 변환 소자들(141,142)이 수광 및 발광 가능하게 전기적으로 연결되며, 그를 위한 전기적 회로 패턴의 형태를 갖는다.

상기 코어(135)는 상기 하부 및 상부 클래드(131,132) 사이에 위치되며 광을 전송한다. 상기 코어(135)의 광이 입력 또는 출력되는 양끝 단면에는 입사된 광을 코어(135) 내부 또는 외부로 반사시키기 위한 반사 층(131a,131b)들이 형성된다.

상기 광전 변환 소자들(141,142)은 광을 생성하는 광원과, 생성된 광을 검출해내기 위한 광검출기들이 사용되며, 해당 연결 소켓(110a,110b)의 내부에 실장된다. 상기 연결 소켓(110a,110b)은 상기 코퍼 층(134) 상에 해당 광원 또는 광검출기를 실장하도록 안착된다. 즉, 광전 변환 소자(141,142) 중 광원에서 생성된 광은 폴리머 층(134,133)을 통과한 후 상기 코어(135)와 하부 클래드(131)의 경계면에 형성된 해당 반사 층(131a)에 의해 코어(135)의 내부로 반사된 후 타측의 해당 반사 층(131b)에서 해당 광검출기로 반사된다.

상기 연성인쇄 회로기판(150)은 상기 도파로의 하부에 위치되며, 광신호와 더불어 전원 및 아날로그 방식의 존가 신호를 전달하는 기능을 제공할 수 있다. 상기 연성인쇄 회로기판(150)은 상기 광전 변환 소자(141,142)의 광결합 방식에 따라서, 상기 도파로(130)와의 위치가 바뀔 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 모듈(200)은 도파로(230)와, 상기 도파로(230) 상에 위치되며 광신호를 전기 신호로 변환시키거나 전기 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광전 변환 소자들(241a,242a)과, 상기 광전 변환 소자(241a,242a)를 실장하며 상기 도파로(230) 상에 안착된 연결 소켓들(210a,210b)과, 해당 연결 소켓(210a,210b)의 내부에 실장되며 해당 광전 변환 소자(241a,242a)를 구동시키기 위한 구동 회로들(241b,242b)과, 리지드(ridge) 기판(221,222)을 포함한다.

본 실시 예에 따른 광 모듈(200)은 상기 연결 소켓(210a,210b)의 내부에 상기 각 광전 변환 소자들(241a,242a) 및 해당 광전 변환 소자들을 구동시키기 위한 구동 회로들(241b,242b)을 더 실장 한다. 상기 도파로(230)는 폴리머 층(233)과, 상기 폴리머 층(233)상에 형성되며 코퍼 층(234)과, 상기 폴리머 층(233)의 하부에 형성된 하부 및 상부 클래드(231,232)와, 상기 하부 클래드(231)와의 경계면 상에 반사 층들(231a,231b)이 형성된 코어(235)로 구성된다.

상기 코퍼 층(234)은 그 상면에 해당 광전 변환 소자들(241a,242a3)이 수광 및 발광 가능하게 전기적으로 연결되는 전기 회로 패턴들이 형성되고, 해당 광전 변환 소자들(241a,,242a)을 구동시키기 위한 구동 회로들(241b,242b)이 전기적으로 연결된다. 상술한 구동 회로(241b,242b)로는 드라이버(Driver) 또는 트랜스임피던 스앰프(Trans Impedance amp)가 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광 모듈의 단면을 도시한 도면이다. 본 실시 예에 따른 광 모듈(300)는 제1 및 제2 연결 소켓(310,320)과, 상기 제1 연결 소켓(310)로부터 상기 제2 연결 소켓(320)까지 연장된 도파로(330)와, 상기 도파로(330) 상에 위치되며 상기 제1 연결 소켓(310)로부터 상기 제2 연결 소켓(320)까지 연장된 연성 인쇄회로 기판(340)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 연결 소켓(310,320) 각각은 리지드 층(ridge layer; 311,322)과, 상기 리지드 층(311,322) 상에 안착된 적어도 하나의 광전 변환 소자(313,323)와, 상기 제1 및 제2 연결 소켓(310,320) 각각의 내부에 해당 광전 변환 소자들(313,323)을 덮도록 도포된 도포 부재(314,325)를 포함한다.

상기 제1 및 제2 연결 소켓(310,320)과 광전 변환 소자들(313,323)은 상기 연성 인쇄회로 기판(340) 상에 안착된다. 따라서, 상기 광전 변환 소자들(313,323)은 상기 도파로(330)에 광학적으로 연결될 수 있으며, 상기 도파로(330) 상에 형성된 상기 연성 인쇄회로 기판(340)과 전기적인 연결도 가능하다.

상기 각 연결 소켓(310,320)은 상기 광전 변환 소자(313,323)가 실장되는 부분에 상부 및 하부를 관통하는 관통 홀 또는 홈 형태의 공간이 형성될 수 있으며, 상기 연성 인쇄회로 기판(340)과 광전 변환 소자(313,123) 등에 전기적 연결 가능한 복수의 전기 단자들(312a,312b,321a,321b)을 포함한다.

상기 연성 인쇄회로 기판(340)은 연성의 절연 층(341)과, 상기 연성 절연 층(341) 상에 형성된 회로 패턴 층(342)을 포함하며, 상기 연성 절연 층(341)은 폴 리머(Polymer) 등의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회로 패턴 층(342)은 상기 연성 절연 층(341) 상에 구리(Cu) 등과 같은 도전성의 물질을 형성한 후 식각 등의 과정에 의해 형성될 수 있다.

상기 도파로(330)는 하부 클래드(331)와, 상기 하부 클래드(331)에 그 상면이 노출 되도록 매몰된 코어(core; 332)와, 상기 코어(332)의 노출 면과 상기 하부 클래드(331)의 상면을 덮는 상부 클래드(332)를 포함하며, 상기 리지드 층(ridge layer;311,322)과 상기 광전 변환 소자(313,123)의 사이에 위치되어 상기 제1 연결 소켓(310)로부터 상기 제2 연결 소켓(320)까지 연장된다.

상기 코어(332)는 길이 방향으로 수직한 양 끝 단면이 길이 방향에 대해서 기 설정된 각도로 경사지게 형성되면, 경사 면에는 해당 광전 변환 소자(313,323)의 수광 및 발광 면에 대향되는 반사 층(332a,332b)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 반사 층(332a,332b)은 상기 제1 연결 소켓(310)과 제2 연결 소켓(320)의 광전 변환 소자(313,323)의 수광 및 발광 면에 대향되게 위치됨으로써 해당 광전 변환 소자(313)에서 생성된 광을 코어(332)의 길이 방향으로 반사시키고 코어(332)를 통해 도파된 광을 해당 광전 변환 소자(323)의 수광 면으로 반사시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광 모듈의 단면을 도시한 도면이다. 본 실시 예에 따른 광 모듈(400)은 제1 및 제2 연결 소켓(410,420)과, 상기 제1 ㅇ연결 소켓(410)로부터 상기 제2 연결 소켓(420)까지 연장된 도파로(430)와, 상기 도파로(430) 상에 위치되며 상기 제1 연결 소켓(410)로부터 상기 제2 연결 소켓(420)까지 연장된 연성 인쇄회로 기판(440)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 연결 소켓(410,420) 각각은 리지드 층(ridge layer; 412,422)과, 상기 리지드 층(412,422) 상에 안착된 적어도 하나의 광전 변환 소자(413,423)와, 상기 제1 및 제2 연결 소켓(411,221)의 각각에 실장된 구동 회로(414,424)와, 상기 구동 회로(414,424) 및 광전 변환 소자들(413,423)을 덮도록 도포된 도포 부재(415,425)를 포함한다. 상기 도포 부재(415,425)는 에폭시 또는 자외선 경화제 등이 사용될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 소켓(411,421)은 상기 연성 인쇄회로 기판(440) 상에 위치되며, 광전 변환 소자(413,423) 및 상기 각 구동회로(414,424)를 실장한다. 또한, 상기 제1 및 제2 연결 소켓 각각은 외부의 다른 소자들과 전기적 연결이 가능한 복수의 전기 단자들(411a,411b,421a,421b)을 포함한다. 상기 연성 인쇄회로 기판(440)은 연성의 절연 층(441)과, 상기 연성 절연 층(441) 상에 형성된 회로 패턴 층(442)을 포함한다.

상기 도파로(430)는 하부 클래드(431)와, 상기 하부 클래드(431)에 그 상면이 노출 되도록 매몰된 코어(core; 432)와, 상기 코어(432)의 노출 면과 상기 하부 클래드(431)의 상면을 덮는 상부 클래드(432)를 포함하며, 상기 리지드 기판(ridge board;412,422)과 상기 연성 인쇄회로 기판(440)의 사이에 위치되어 상기 제1 연결 소켓(410)으로부터 상기 제2 연결 소켓(420)까지 연장된다.

상기 코어(432)는 길이 방향으로 수직한 양 끝 단면이 길이 방향에 대해서 기 설정된 각도로 경사지게 형성되면, 경사 면에는 해당 광전 변환 소자(413,423)의 수광 및 발광 면에 대향되는 반사 층(432a,432b)이 형성될 수 있다.

상기 도포 부재(415,425)는 에폭시 또는 자외선 경화제 등이 사용될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 연결 소켓 구조의 일 예를 도시한 도면으로서, 도 4a는 연결 소켓(510)의 상부와 그 하부에 위치된 도파로(520)와 그 하부의 연성인쇄 회로기판(530)의 분리 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 연결 소켓(510)의 하부를 도시한 도면이다. 도 4a와 도 4b에 도시된 연결 소켓(400)은 광전 변환 소자가 안착될 부분에 관통되게 형성된 개구(511)를 구비한다.

즉, 상기 연결 소켓(510)은 해당 광전 변환소자가 삽입되는 부분의 상부 및 하부가 개방된 개구(511)를 구비하며, 상기 연결 소켓(510)은 상기 도파로(520)의 상면에 안착된다.

상기 도파로(520)는 그 하면에, 연성 인쇄회로 기판(530) 등이 위치될 수 있으나, 연성 인쇄회로 기판(530)이 상기 도파로 상에 안착된 구조로도 형성될 수 있다. 그 외에, 상기 도파로(520)는 그 하부에 리지드 층이 형성된 구조로도 적용될 수 있다. 상기 도파로(520) 상에는 해당 광전 변환 소자를 안착시키기 위한 홈(540)이 형성된다. 상술한 홈(540) 이외에도 안착을 위한 패턴이 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 연결 소켓 구조의 일 예를 도시한 도면이다. 도 6a에 도시된 연결 소켓(610)은 상부가 폐쇄된 상태이고, 도 6b는 연결 소켓(610)의 도파로(620)에 대면하는 하부면으로서 광전 변환 소 자가 실장되는 공간을 제공하기 위한 홈(611)이 형성된다. 상기 도파로(620)의 하부에는 연성인쇄 회로기판(630)이 위치될 수 있다. 상기 연성인쇄 회로기판(630)은 상기 도파로(620)의 상부 면에 안착될 수 있으며, 상기 도파로(620)는 그 하부면에 리지드 층이 형성될 수 있다.

본 실시 예에 따른 연결 소켓(610)은 해당 광전 변환소자가 삽입되는 홈(611)이 상기 도파로(620)의 상면에 대면하게 안착된다. 상기 도파로(620)는 해당 광전 변환 소자가 안착 가능한 홀(hole;640)을 구비한다.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 광 모듈의 제조 단계별 단면 상태를 도시한 도면이다. 도 7a는 연성 인쇄회로 기판(740) 상에 상부 클래드가 형성된 상태의 단면을 도시한 도면이다. 도 7a에 도시된 연성 인쇄회로 기판(740)은 도전 층(742) 상에 절연 층(741)이 위치된 구조로서, 상기 상부 클래드(733)는 상기 연성 인쇄회로 기판(740)의 절연층(741) 상에 형성될 수 있다.

도 7b는 상기 상부 클래드(744) 상에 코어(732)가 형성된 단면을 도시한 도면으로서, 상기 코어(732)의 양 끝단에는 상기 코어(732)의 식각을 위한 마스크(mask; 701a, 701b)가 형성된다.

도 7c는 도 7b의 코어(732)가 식각된 상태를 도시한 도면으로서, 상기 코어(732) 양측 끝 단면은 상기 코어(732)의 길이 방향에 대해서 경사지게 형성되며, 반사 층(732a,732b)이 형성된다. 상기 반사 층(732a,732b)는 진공 증착 등에 의해 형성될 수 있다. 도 7d는 도 7c의 코어(732)의 둘레를 덮도록 상기 상부 클래드(733) 상에 하부 클래드(731)이 형성된 단면 상태를 도시한 도면이다.

도 7e는 상기 연성 인쇄회로 기판(740)의 도전 층(742)에 도전성 회로 패턴을 형성한 단면 상태를 도시한 도면이고, 도 7f는 도 7e에 도시된 도전 층(742)의 상부에 솔더 레지스터(solder resist; 750)가 형성된 상태를 도시한 도면이다. 상기 솔더 레지스터(750)는 전기적 연결을 위한 패턴의 일부가 외부로 노출되게 레이저 등에 의해 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 광 모듈은 두 기기 사이의 고속 신호를 전기적인 잡음없이 전달할 수 있게 되는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 광소자가 연성인쇄 광회로 기판 위에 장착되어 있지만 그 하부가 리지드 형태의 PCB(Printed circuit board)이므로 신뢰성 있는 광 모듈을 제공할 수 있으며, 기존의 전기적인 연성인쇄 회로기판의 경우와 비교해서 추가 공간을 사용하지 않고도 적용 가능하므로 전체 구성의 소형화가 가능한 이점이 있다.

본 발명은 각각 분리된 광 모듈들이 분리 가능하게 신호적으로 연결될 수 있으며, 추가적인 공간을 사용하지 않아도 되므로 기기의 소형화가 용이하다.

Claims

광 모듈에 있어서,

도파로와;

상기 도파로 상에 위치되며 광신호를 전기 신호로 변환시키거나 전기 신호를 광신호로 변환시키기 위한 적어도 하나 이상의 광전 변환 소자들과;

상기 광전 변환 소자를 실장하며 상기 도파로 상에 안착된 연결 소켓을 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제1 항에 있어서, 상기 광 모듈은

상기 연결 소켓의 내부에 실장되며 해당 광전 변환 소자를 구동시키기 위한 구동 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제1 항에 있어서, 상기 광 모듈은,

해당 광전 변환 소자를 구동시키기 위한 구동 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 연결 소켓은 그 중앙부의 상기 광전 변환 소자가 실장되는 부분의 하부 및 상부가 관통되는 형태임을 특징으로 하는 광 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 연결 소켓은 상기 도파로에 대면하는 면에 해당 광전 변환 소자가 실장 가능한 홈이 형성됨을 특징으로 하는 광 모듈.
제1 항에 있어서, 상기 광 모듈은,

상기 도파로 하부에 위치된 연성인쇄 회로기판과;

상기 연성인쇄 회로기판의 하부에 위치된 리지드 보드를 더 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
광 모듈에 있어서,

리지드 층 상에 안착된 적어도 하나의 광전 변환 소자와, 상기 광전 변환 소자들을 둘러싸는 제1 및 제2 연결 소켓과;

상기 리지드 층과 상기 광전 변환 소자의 사이에 위치되며 상기 제1 광 모듈 로부터 상기 제2 광 모듈까지 연장된 도파로와;

상기 각 광전 변환 소자들을 덮도록 상기 제1 및 제2 연결 소켓 각각의 내부에 도포된 도포 부재를 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제7 항에 있어서, 상기 광 모듈은,

상기 도파로 상에 위치되며 상기 제1 광 모듈로부터 상기 제2 광 모듈까지 연장된 연성 인쇄회로 기판을 더 포함하며,

상기 각 연결 소켓 및 광전 변환 소자들이 상기 연성 인쇄회로 기판 상에 안착됨을 특징으로 하는 광 모듈.
제7 항에 있어서, 상기 광 모듈은,

해당 광전 변환 소자를 구동시키기 위한 구동 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제8 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결 소켓 각각은,

상기 연성 인쇄회로 기판 및 광전 변환 소자와 전기적 연결되는 복수의 전기 단자들을 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제8 항에 있어서, 상기 도파로는,

상기 연성 인쇄회로 기판의 하부에 위치된 상부 클래드와;

상기 상부 클래드의 하부에 위치된 하부 클래드와;

상기 하부 클래드에 매몰되게 위치되며 일면이 상기 상부 클래드에 접하는 코어를 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제8 항에 있어서, 상기 연성 인쇄회로 기판은,

연성 절연 층과;

상기 연성 절연 층 상에 형성된 회로 패턴 층을 포함함을 특징으로 하는 광 모듈.
제12 항에 있어서,

상기 연성 절연 층은 폴리머 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 광 모듈.