KR20080084660A - 광전버스 모듈 및 그 제작방법 - Google Patents

광전버스 모듈 및 그 제작방법 Download PDF

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KR20080084660A
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박선택
주정진
박승구
김민수
이명현
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명에 의한 광전버스 모듈 및 그 제작방법은 광도파로 및 제 1 전기배선 중 적어도 어느 하나가 삽입되어 있는 고분자 구조물의 하부에 요(凹)부형 미세구조물이 형성되어 있는 광전배선부 및 요부형 미세구조물에 대응되는 부위에 철(凸)부형 미세구조물이 형성되어 있으며, 반도체 칩과의 전기접속을 위한 적어도 하나 이상의 제 2 전기배선을 구비하고, 반도체 칩 및 광전소자를 실장할 수 있는 광학벤치를 가진다. 본 발명에 의하면 수동적으로 견고한 광결합을 유지하면서 저속의 전기통신도 함께 제공되는 광전버스 모듈을 통해, 자동적이고 효율적이며 고속, 고집적화된 멀티 칩 대 멀티 칩의 광 통신 및 전기통신을 동시에 완성할 수 있다.

Description

광전버스 모듈 및 그 제작방법{Opto-electric-bus Module and Manufacturing Method of the Same}
본 발명은 광전버스 모듈 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 칩 간의 광통신 및 전기통신을 동시에 제공하는 광전버스 모듈 및 그 제작방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT 차세대핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2006-S-073-01, 과제명: 휴대 단말기용 나노 플렉시블 광전배선 모듈]
휴대용 정보통신용 기기에 내장되는 반도체 소자 기술의 발전은 대용량의 정보를 빠르게 모니터, 하드디스크, 메모리 등에 전송할 수 있는 정보전송 기술을 요구하고 있다.
더욱이 최근의 핸드폰과 같은 휴대 단말기 들은 과거의 음성 정보뿐만 아니라 화상 및 동영상 정보들을 빠르게 처리할 수 있는 반도체 칩 간의 고속 인터커넥션 기술을 요구하고 있다.
이러한 기술 발전에 따라, 반도체 칩 간의 고속 인터커넥션을 위해 기존의 전기도선이 갖는 신호무결성 문제, 크로스톡, EMI 등의 한계를 극복할 수 있는 광 인터커넥션 기술이 대두되고 있으며, 다양한 광 커넥터(optical connector)를 이용하는 반도체 칩 간의 광통신 구조 및 방법들이 개발되었다.
그러나, 광 커넥터를 이용하는 전통적인 병렬 광 인터커넥션 기술은 광전소자(발광소자 내지 수광소자)와 광섬유 간의 정교하고 견고한 광결합이 자유로이 구성되었다가 필요에 따라 해체될 수 있는 착탈식 광 커넥터 기술을 요구한다.
그러나 착탈식 광 커넥터 기술은 반복적인 착탈 과정에서 광전소자와 광섬유 간의 광정렬이 틀어질 수 있는 가능성이 높아 광결합 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 광결합 효율의 저하는 계속해서 전송되는 정보의 손실 또는 전송에 문제를 일으킬 수 있다.
광전소자와 광섬유 간의 정교하고 견고한 광정렬을 위해 보다 견고하고 튼튼한 광 커넥터들이 개발되었지만, 이러한 방법은 광 커넥터의 크기가 커지는 문제점이 있다. 광 커넥터 사이즈의 크기 증가는 광 커넥터를 이용하는 광통신 전체 모듈 및 시스템의 부적절한 공간활용을 초래할 수 있다.
또한, 최근의 반도체 칩 간의 통신은 기존의 고속 광통신뿐만 아니라 기존의 저속 전기통신도 함께 구성되도록 요구하고 있으며, 전송길이의 증가 및 반도체 칩의 소형화에 따라, 기존의 PCB 기판을 이용한 반도체 칩 사이의 전기통신은 PCB 기판의 두께 및 공간에 대한 고려 때문에 충분한 소형화가 어려운 실정이다.
본 발명은 반도체 칩 간 광통신 및 전기통신을 동시에 제공하는 간단하고 견고한 광전버스 모듈 및 그 제작방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 광전버스 모듈의 일 실시예는, 광도파로 및 적어도 하나의 제 1 전기배선이 삽입된 구조물의 하부에 요(凹)부형 미세구조물 및 철(凸)부형 미세구조물 중 적어도 하나가 형성되어 있는 광전배선부; 및 상기 광전배선부에 형성된 미세구조물에 대응되는 부위에 철부형 미세구조물 또는 요부형 미세구조물이 형성되고, 광전소자가 실장되고, 반도체 칩과의 전기접속을 위한 적어도 하나의 제 2 전기배선이 형성되는 광학벤치;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 광전배선부 제작방법의 일 실시예는, 자외선 경화성 고분자 재료를 기판에 도포하고 자외선으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 상기 하부 클래드의 상부에 광도파로 및 전기배선을 형성하는 단계; 상기 하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 철부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상기 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화하는 단계; 및 상기 몰드를 상기 상부 클래드로부터 이격하는 단계;를 포함한다.
상기 기술적 고제를 이루기 위한 본 발명에 의한 광전배선부 제작방법의 다른 실시예는, 자외선 경화성 고분자 재료를 기판에 도포하고 자외선으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 상기 하부 클래드의 상부에 광도파로를 형성하는 단계; 상기 하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 요부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상기 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화하는 단계; 상기 몰드를 상기 상부 클래드로부터 이격하는 단계; 및 상기 상부 클래드에 전기배선을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면 수동적으로 견고한 광결합을 유지하면서 저속의 전기통신도 함께 제공되는 광전버스 모듈을 통해, 반도체 칩 간의 광 통신 및 전기통신을 동시에 완성할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 사용하여 본 발명에 의한 광전버스 모듈 및 그 제작방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 광전버스 모듈은 크게 광전송신부(100), 광전수신부(200) 및 광전배선부(300)를 포함한다.
광전송신부(100)는 PCB 기판(101), 광전소자 드라이브(102), 광학벤치(103), 광학벤치 상에 형성된 발광소자(104)로 구성된다. 실리콘 벤치에 철부(凸部)형 미세구조물(106)이 형성되며, 철부형 미세구조물(106) 일부의 상부면과 광학벤치(103) 상에는 전기배선(107)이 형성된다.
광전수신부(200)는 PCB 기판(201), 광전소자 엠프(202), 광학벤치(203), 광학벤치 상에 형성된 수광소자(204)로 구성된다. 광학벤치(203)에는 철부형 미세구조물(206)이 형성되면, 철부형 미세구조물(206)의 상부면과 광학벤치(203) 상에는 전기배선(207)이 형성된다. 즉, 광전송신부 및 광전수신부의 모양은 대칭적이다.
광전배선부(300)는 광도파로(301), 전기배선(302) 및 요부(凹部)형 미세구조물(303)로 구성되며, 일부 요부형 미세구조물의 하부에는 전기배선(302)이 개방되어 형성되어 있다.
도 2a 내지 도 2c는 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광전송신부를 보다 자세하게 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광전배선부(300)는 플렉서블(flexible)한 고분자 구조물(304)에 삽입된 광도파로(301), 전기배선(302) 및 요부형 미세구조물(303)을 포함할 수 있다. 전기배선(302)의 끝은 요부형 미세구조물(303)의 바닥면에서 개방되어 있다.
광전송신부(100)에는 기판(101)위에 실장된 광전소자 드라이브(102) 및 광학벤치(103)가 형성되어 있다. 광학벤치(103)에는 광전소자(104), 넓은 요부(105)가 형성되어 있으며, 넓은 요부(105)에는 철부형 미세구조물(106)이 형성되어 있으며 철부형 미세구조물(106)의 상부에 형성된 전기배선(107)은 광학벤치(103)의 상부면까지 형성되어 있다.
전기배선(107, 108, 및 109)은 각각 전기통신용 전기배선(107), 광소자용 전기배선(108) 및 통합전기배선(109)의 3종류가 형성되어 있다.
광전소자(104)는 발광소자 또는 수광소자이다. 전기배선(107)의 끝은 철부 미세구조물(106)의 상부까지 연장되어 형성되어 있다.
광전배선부(300)에 형성된 요부 미세구조물(303)이 광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 형성된 철부 미세구조물(106)에 수직방향으로 플립-칩 결합 방식에 의해 삽입됨으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301)는 자동적으로 수직/수평 방향으로 광결합된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 철부 미세구조물(106)의 상부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 요부 미세구조물(303)의 하부에 형성된 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속된다.
도 2b를 참조하면, 광전배선부(300)의 요부 미세구조물(303)과 광학벤치(103)의 철부 미세구조물(106)을 피라미드형 구조물로 형성하여 요부형 및 철부형 미세구조물의 결합에 있어서 수직 방향의 플립-칩 결합 방식을 적용할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 광전배선부(300)에 형성된 요부형 미세구조물(303)과 광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 형성된 철부형 미세구조물(106)의 결합에 있어서, 도 2b의 피라미드형 요부형 미세구조물(303)과 철부형 미세구조물(106)을 이용하는 수직 방향 플립-칩 결합 방식 대신, 요부형 미세구조물(303)과 철부형 미세구조물(106)의 형태를 사각 기둥 모양으로 형성하여 광전배선부(300)가 광학벤치에 수평방향으로 진행하면서 슬라이딩 형태로 결합하도록 설계할 수 있다. 이러한 방식에 의하면, 광도파로(301)와 광전소자(104)사이의 광정렬 거리를 용이하게 조절할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 3a는 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광학벤치(103)가 광전결합된 구성이다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)은 광학벤치의 철부형 미세구조물(106)에 접속되어 광정렬 및 전기접속이 동시에 완성된다.
도 3b 및 3c는 도 3a의 A-A' 단면을 보여준다.
도 3b를 참조하면, 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물은 전기배선(302)이 형성된 요부형 미세구조물(303)(이하, '제 1 요부 미세구조물'이라 한다.)과 전기배선이 형성되지 않은 요부형 미세구조물(305)(이하, '제 2 요부 미세구조물'이라 한다.)을 포함한다.
광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 도시된 철부형 미세구조물 또한, 전기배선(107)이 형성된 철부형 미세구조물(106)(이하, '제 1 철부 미세구조물'이라 한다.)과 전기배선이 형성되지 않은 철부형 미세구조물(111)(이하, '제 2 철부 미세구조물'이라 한다.)을 포함한다.
광전배선부(300)의 제1 요부형 미세구조물(303)과 제2 요부형 미세구조물(305) 사이에 광도파로(301)가 형성될 수 있다.
제1 요부형 미세구조물(303)의 요부면에는 광학벤치(103)의 제1 철부형 미세구조물(106)의 철부면에 형성된 전기배선이 삽입될 수 있는 공간(306)과 전기배선(302)이 함께 구비되어 있을 수 있다. 이때, 광도파로(301)와 전기배선(302)의 수평 위치는 동일하거나, 동일하지 않은 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 요부형 미세구조물(303)은 제1 철부형 미세구조물(106)에, 제2 요부형 미세구조물(305)은 제2 철부형 미세구조물(111)에 접속된다.
광전배선부(300)에 형성된 제2 요부형 미세구조물(305)과 광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 형성된 제2 철부형 미세구조물(111)이 서로 결합하여, 광전소자(104)와 광도파로(301)의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 철부형 미세구조물(106)의 철부면에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 요부형 미세구조물(303)의 요부면에 형성된 전기배선(302)이 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
이때, 제2 요부형 미세구조물(305)과 제2 철부형 미세구조물(111)는 광전배선부(300)의 광도파로(301)와 광전소자(104) 간의 수직 및 수평 광정렬에 사용된다.
제2 철부형 미세구조물(111)과 제2 요부형 미세구조물(305)의 높이를 조절하면, 광학벤치(103)에 안착되는 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 높이를 조절할 수 있다. 아울러, 제2 요부형 미세구조물(305)과 제2 철부형 미세구조물(111)의 위치를 조절하면, 광학벤치(103)에 안착되는 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 수평 위치를 조절할 수 있다.
제1 요부형 미세구조물(303) 및 제1 철부형 미세구조물(106)의 결합은 각각 요부면과 철부면에 형성된 전기배선(302, 107)의 전기접속을 이룬다.
제1 철부형 미세구조물(106)의 상부에 형성된 전기배선(107)은 어느 정도의 두께를 갖는다. 따라서 광전배선부(300)와 광학벤치(103)가 결합할 때 광도파로와 광전소자 간의 높이가 변화될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제1 요부형 미세구조물(303)에는 제1 철부형 미세구조물(106)의 전기배선(107)이 삽입되는 공간(306)을 구비한다.
즉, 광전배선부(300)가 광학벤치(103)에 결합될 때 공간(306)이 전기배선(107)을 수용함으로써, 제2 요부형 미세구조물(304)과 제2 철부형 미세구조물(111)의 결합시 구성되는 광도파로와 광전소자 사이의 높이를 일정하게 유지시켜 광결합 효율을 변화시키지 않는다.
또한, 광전배선부(300)는 상부 클래드(304-2) 및 하부 클래드(304-1)의 두 개의 층으로 구성된다. 전기 배선이 형성되어 있지 않은 요부형 미세구조물(305)의 요부면은 두 클래드 층이 만나는 면에 위치한다. 광학벤치에는 광전배선부(300)의 상부 클래드(304-2)에 형성된 미세구조물들과 대응되는 미세구조물들이 형성된다.
도 3d 내지 3f는 도 3a의 B-B' 단면을 보여준다.
도 3d 내지 3f를 참조하면, 광전배선부(300)에 형성된 제1 요부형 미세구조물(303)이 광전송신부(100)의 광학벤치(103)의 제1 철부형 미세구조물(106)에 삽입됨으로써, 광전소자(104)의 엑티브영역(110)과 광도파로(301)가 자동적으로 수직방향으로 광결합된다.
또한, 광결합시 광학벤치(103)의 제1 철부형 미세구조물(106)의 윗부분에 형 성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 제1 요부형 미세구조물(303)의 바닥면에 형성된 전기배선(302)이 접속된다.
도 3f를 참조하면, 광전소자(104)에서 발생된 광신호(1000)는 광전배선부(300)에 형성된 광도파로(301)로 직접 전달되어 도 1의 광전수신부(200)로 진행된다.
또한, 광전송신부(100)의 일부 반도체 칩으로부터 발생된 전기신호(2000)는 제1 철부형 미세구조물(106)의 전기배선(107)에 전달되고 계속하여 광전배선부(300)의 제1 요부형 미세구조물(303)에 형성된 전기배선(303)를 따라서 진행하여 도 1의 광전수신부(200)로 전달된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 4a는 광전소자(104)가 광전배선부(300)에 구비된 렌즈(307)을 통해 집광된 광원을 광도파로(301)에 공급함으로써 보다 효율이 높은 광결합을 제공하는 실시예이다.
도 4b는 광전배선부(300)에 렌즈(307) 및 편광기(308)를 더 구비한 실시예이다. 금속 광도파로의 광전송을 이론적으로 설명하는 표면플라즈몬 폴라리톤의 여기를 위해서는 TM모드의 광을 입사시켜야 한다.
만약 발광소자(예를 들어, VCSEL)에서 발생된 광이 TM모드를 포함하지 않거나 TE모드 만을 발생시키는 경우에는 편광기(308)를 이용하면, 발광소자에서 발생된 TE모드 광을 TM 모드로 변환하여 광도파로의 표면플라즈몬 폴라리톤 여기에 필 요한 TM모드의 광을 입사시킬 수 있다.
도 5는 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다
도 5의 구성은 도 2 내지 도 3에서 서술한 모든 구성요소를 포함한다. 다만, 광전송수신부(100,200)의 광학벤치(103)에 형성된 철부형 미세구조물(106)에는 전기배선이 형성되어 있지 않다. 이에 더하여, 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)에도 전기배선가 형성되어 있지 않다.
따라서, 광학벤치(103)의 철부형 미세구조물(106)과 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)의 결합을 통해 광전소자(104)와 광도파로(301)의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬 만이 완성된다. 이때, 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)과 광학벤치(103)의 철부형 미세구조물(106)을 피라미드형 구조물로 형성하여 도 2b와 같이 결합할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 6a를 참조하면, 광전송수신부(100 또는 200)에는 기판(101)위에 실장된 광전소자 드라이브(102), 및 광학벤치(103)가 형성되어 있다. 광학벤치(103)에는 광전소자(104), 넓은 요부(105)가 형성되어 있다. 광전소자(104)는 발광소자 또는 수광소자이다. 광전배선부(300)에는 광도파로(301)가 형성되어 있다.
도 6b 내지 6d를 참조하면, 광전배선부(300)는 광학벤치의 넓은 요부(105)에 삽입됨으로써 광전소자(104)의 엑티브영역(110)과 광도파로(301) 사이의 광정렬을 완성한다. 이때, 광전배선부(300)의 높이와 폭을 조절함으로써 광전소자(104)의 엑 티브영역(110)과 광도파로(301) 사이의 광정렬 정밀도을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 7의 구성은 도 2내지 도 3에서 서술한 모든 구성요소를 포함한다. 다만, 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)에 넓은요부(105)가 형성되어 있지 않다.
광전배선부(300)에 형성된 요부형 미세구조물(305)과 광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 형성된 철부형 미세구조물(111)이 서로 결합함으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301) 사이의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 철부형 미세구조물(106)의 상부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 요부형 미세구조물(303)의 하부에 형성된 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 8a 및 8b의 광전버스 모듈의 구성은 도 2내지 도 3에서 서술한 모든 구성요소를 포함한다. 다만, 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)에는 넓은 요부 (105)가 형성되어 있지 않으며, 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 단면에 45도 반사경(309)이 더 구비되어 있다. 이는 광전소자(104)가 수직발광 또는 수직수 광하는 VCSEL 또는 PD를 사용하는 경우에 적용할 수 있는 실시 예이다.
광전배선부(300)과 광전송수신부(100 내지 200)의 광결합 및 전기결합의 원리는 도 8b에 도시한 바와 같으며, 이는 도 2 내지 도 3에서 설명한 원리와 동일하다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 9a는 광전소자(104)가 광전배선부(300)에 구비된 렌즈(307)을 통해 집광된 광원을 광도파로(301)에 공급함으로써 보다 효율이 높은 광결합을 제공하는 실시예이다.
도 9b는 광전배선부(300)에 렌즈(307) 및 편광기(308)를 더 구비한 실시예이다. 금속 광도파로의 광전송을 이론적으로 설명하는 표면플라즈몬 폴라리톤의 여기를 위해서는 TM모드의 광을 입사시켜야 한다.
만약 발광소자(예를 들어, VCSEL)에서 발생된 광이 TM모드를 포함하지 않거나 TE모드 만을 발생시키는 경우에는 편광기(308)를 이용하면, 발광소자에서 발생된 TE모드 광을 TM 모드로 변환하여 광도파로의 표면플라즈몬 폴라리톤 여기에 필요한 TM모드의 광을 입사시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 10을 참조하면, 광전배선부(300)에는 플렉서블(flexible)한 고분자 구조물(304)에 삽입된 광도파로(301), 전기배선(302), 전기배선(302)이 형성된 요부(凹 部)형 미세구조물(303)(이하, '제1 요부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 요부형 미세구조물(305)(이하, '제 2 요부 미세구조물'이라 한다.)로 구성된다. 전기배선(302)의 끝은 제1 요부 미세구조물(303)의 바닥면에서 개방되어 있다.
광전송수신부(100 또는 200)는 기판(101)위에 실장된 광전소자 드라이브(102), 및 광학벤치(103)이 형성되어 있다. 광학벤치(103)에는 광전소자(104), 넓은 요부(105)가 형성되어 있으며, 넓은 요부(105)에는 전기배선(302)이 형성된 철부(凸部)형 미세구조물(106)(이하, '제 1 철부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 철부형 미세구조물(111)(이하, '제 2 철부 미세구조물'이라 한다.)이 형성되어 있다. 전기배선(107)의 끝은 광학벤치의 철부형 미세구조물(106) 상부까지 연장되어 형성되어 있다. 이때, 광전소자(104)는 발광소자 또는 수광소자이며, 광전소자는 넓은 요부(105)의 기울어진 벽면에 위치한다. 이때 기울어진 벽면의 기울기는 0 ~ 90 도 사이의 값을 갖는다.
전기배선(107, 108, 및 109)은 각각 전기통신용 전기배선(107), 광소자용 전기배선(108) 및 통합전기배선(109)의 3종류가 형성되어 있다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 11a는 광전배선부(300)와 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)가 광전결합된 구성이다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)은 광학벤치의 철부형 미세구조물(106)에 접속되어 광정렬 및 전기접속 이 동시에 완성된다.
도 3b 내지 3f에 도시하고 설명한 바와 같이, 제1 요부형 미세구조물(303)은 제1 철부형 미세구조물(106)에, 제2 요부형 미세구조물(305)은 제2 철부형 미세구조물(111)에 접속된다.
광전배선부(300)에 형성된 제2 요부형 미세구조물(305)과 광전송신부(100)의 광학벤치(103)에 형성된 제2 철부형 미세구조물(111)이 서로 결합함으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301) 사이의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 철부형 미세구조물(106)의 상부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 요부형 미세구조물(303)의 하부에 형성된 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
도 11b를 참조하면, 광전배선부(300)에 형성된 요부형 미세구조물(303)이 광전송신부(100)의 광학벤치(103)의 철부형 미세구조물(106)에 삽입됨으로써, 광전소자(104)의 엑티브영역(110)과 광도파로(301)가 자동적으로 수직방향 및 수평방향으로 광결합된다.
또한, 광학벤치(103)의 철부형 미세구조물(106)의 윗부분에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 요부형 미세구조물(303)의 바닥면에 형성된 전기배선(302)이 자동으로 접속된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 12를 참조하면, 광전배선부(300)에는 플렉서블(flexible)한 고분자 구조물(304)에 삽입된 광도파로(301), 전기배선(302), 전기배선이 형성된 철부(凸部)형 미세구조물(331)(이하, '제 1 철부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 철부 미세구조물(332)(이하, '제 2 철부 미세구조물'이라 한다.)로 구성된다. 전기배선(302)의 끝은 제1 철부형 미세구조물(331)의 상부에서 개방되어 있다.
광전송수신부(100 또는 200)에는 기판(101)위에 실장된 광전소자 드라이브(102), 및 광학벤치(103)가 형성되어 있다. 광학벤치(103)에는 광전소자(104), 전기배선이 형성된 요부(凹部)형 미세구조물(131)(이하, '제 1 요부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 요부형 미세구조물(132)(이하, '제 2 요부 미세구조물'이라 한다.)이 형성되어 있다. 전기배선(107)의 끝은 광학벤치의 요부형 미세구조물(131) 하부까지 연장되어 형성되어 있다. 이때, 광전소자(104)는 발광소자 또는 수광소자이다.
전기배선(107, 108, 및 109)은 각각 전기통신용 전기배선(107), 광소자용 전기배선(108) 및 통합전기배선(109)의 3종류가 형성되어 있다.
도 13a 내지 13d는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 13a를 참조하면, 광전배선부(300)에는 제1 철부형 미세구조물(331)과 제 2 철부형 미세구조물(332)이 구비되어 있고, 그들 사이에 광도파로(301)가 형성되어 있을 수 있다.
광학벤치(103)에는 제 2 전기배선(107)이 형성된 제1 요부형 미세구조물(131)과 제2 요부형 미세구조물(132)가 구비되어 있다.
제1 요부형 미세구조물(331)의 하부에는, 광전배선부(300)의 제1 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선이 삽입될 수 있는 공간(112)과 전기배선(107)이 함께 구비되어 있을 수 있다.
도 13b를 참조하면, 제1 철부형 미세구조물(331)은 제1 요부형 미세구조물(131)에, 제2 철부형 미세구조물(332)은 제2 요부형 미세구조물(132)에 접속된다.
광전배선부(300)에 형성된 제2 철부형 미세구조물(332)과 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)에 형성된 제2 요부형 미세구조물(132)이 서로 결합함으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301)의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 요부형 미세구조물(131)의 하부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 제 1 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
이때, 제2 철부형 미세구조물(332)과 제2 요부형 미세구조물(131)은 광전배선부(300)의 광도파로(301)와 광전소자(104) 간의 수직 및 수평 광정렬에 사용된다.
제2 철부형 미세구조물(332)와 제2 요부형 미세구조물(132)의 높이를 조절하 면, 광학벤치(103)에 안착되는 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 높이를 조절할 수 있다. 아울러, 제2 요부형 미세구조물(132)과 제2 철부형 미세구조물(332)의 위치를 조절하면, 광학벤치(103)에 안착되는 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 수평 위치를 조절할 수 있다.
제1 철부형 미세구조물(331) 및 제1 요부형 미세구조물(131)의 결합은 각각 하부와 상부에 형성된 전기배선(302,107)의 전기접속에 이용된다.
제1 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선(302)은 어느 정도의 두께를 갖는다. 따라서 광전배선부(300)와 광학벤치(103)가 결합할 때 광도파로와 광전소자 간의 설계된 높이가 변화될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제1 요부형 미세구조물(131)에는 제1 철부형 미세구조물(331)의 전기배선(302)이 삽입되는 공간(112)을 구비한다.
즉, 광전배선부(300)가 광학벤치(103)에 결합될 때 공간(112)에 전기배선(302)을 수용함으로써, 제2 요부형 미세구조물(132)과 제2 철부형 미세구조물(331)의 결합시 구성되는 광도파로와 광전소자 사이의 높이를 일정하게 유지시켜 광결합 효율을 변화시키지 않는다.
도 13c는 광전배선부(300)와 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)가 광전결합된 수평 방향의 단면을 구성한 것이다. 도 2에서 설명한 바와 유사하게, 광전배선부(300)의 철부형 미세구조물(331)은 광학벤치의 요부형 미세구조물(131)에 접속되어 광정렬 및 전기접속이 동시에 완성된다.
제1 철부형 미세구조물(331)은 제1 요부형 미세구조물(131)에, 제2 철부형 미세구조물(332)은 제2 요부형 미세구조물(132)에 접속된다.
광전배선부(300)에 형성된 제2 철부형 미세구조물(332)과 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)에 형성된 제2 요부형 미세구조물(132)이 서로 슬라이딩하여 결합함으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301)의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 요부형 미세구조물(131)의 하부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100) 사이의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
도 13d를 참조하면, 광전배선부(300)에 형성된 철부형 미세구조물(331)이 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)의 요부형 미세구조물(131)에 삽입됨으로써, 광전소자(104)의 엑티브영역(110)과 광도파로(301)가 자동적으로 수직방향 및 수평방향으로 광결합된다.
또한, 광학벤치(103)의 요부형 미세구조물(106)의 하부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선(302)이 자동으로 접속된다.
도 13e를 참조하면, 광전배선부(300)의 철부형 미세구조물(331 내지 332)과 광학벤치(103)의 요부형 미세구조물(131 내지 132)을 피라미드형 구조물로 형성하여 요부 및 철부 미세구조물의 결합에 있어서 수직 방향의 플립-칩 결합 방식을 적용할 수 있다.
도 14a 내지 14c는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 14a의 광전버스 모듈의 구성은 도 12내지 13에서 서술한 모든 구성요소를 포함한다. 다만, 광전배선부(300)의 광도파로(301)의 단면에 45도 반사경(309)이 더 구비되어 있다. 이는 광전소자(104)가 수직발광 또는 수직수광하는 VCSEL 또는 PD를 사용하는 경우에 적용할 수 있는 실시 예이다.
광전배선부(300)와 광전송수신부(100 내지 200)의 광결합 및 전기결합의 원리는 도 14b 내지 14c에 도시한 바와 같으며, 이는 도 12 내지 도 13에서 설명한 원리와 동일하다.
도 15a 내지 15d는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 15a는 광전소자(104)가 광전배선부(300)에 구비된 렌즈(307)을 통해 집광된 광원을 광도파로(301)에 공급함으로써 보다 효율이 높은 광결합을 제공하는 실시예이다.
도 15b는 광전배선부(300)에 렌즈(307) 및 편광기(308)를 더 구비한 실시예이다. 금속 광도파로의 광전송을 이론적으로 설명하는 표면플라즈몬 폴라리톤의 여기를 위해서는 TM모드의 광을 입사시켜야 한다.
만약 발광소자(예를 들어, VCSEL)에서 발생된 광이 TM모드를 포함하지 않거나 TE모드 만을 발생시키는 경우에는 편광기(308)를 이용하면, 발광소자에서 발생된 TE모드 광을 TM 모드로 변환하여 광도파로의 표면플라즈몬 폴라리톤 여기에 필 요한 TM모드의 광을 입사시킬 수 있다.
도 15c는 광전소자(104)가 광전배선부(300)에 구비된 45도 반사경(309)에 렌즈(307)을 통해 집광된 광원을 광도파로(301)에 공급함으로써 보다 효율이 높은 광결합을 제공하는 실시예이다.
도 15d는 광전배선부(300)에 구비된 45도 반사경(309)와 렌즈(307)에 편광기(308)를 더 구비한 실시예이다. 금속 광도파로의 광전송을 이론적으로 설명하는 표면플라즈몬 폴라리톤의 여기를 위해서는 TM모드의 광을 입사시켜야 한다.
만약 발광소자(예를 들어, VCSEL)에서 발생된 광이 TM모드를 포함하지 않거나 TE모드 만을 발생시키는 경우에는 편광기(308)를 이용하면, 발광소자에서 발생된 TE모드 광을 TM 모드로 변환하여 광도파로의 표면플라즈몬 폴라리톤 여기에 필요한 TM모드의 광을 입사시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 여러가지 실시예를 보여준다.
도 16를 참조하면, 광전배선부(300)에는 플렉서블(flexible)한 고분자 구조물(304)에 삽입된 광도파로(301), 전기배선(302), 전기배선이 형성된 철부(凸部)형 미세구조물(331)(이하, '제 1 철부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 철부 미세구조물(332)(이하, '제 2 철부 미세구조물'이라 한다.)로 구성된다. 전기배선(302)의 끝은 제 1 철부 미세구조물(331)의 상부에서 개방되어 있다.
광전송수신부(100 또는 200)는 제1 광학벤치(103), 상기 제1 광학벤치(103) 위에 실장된 광전소자 드라이브(102) 및 제2 광학벤치(116)가 형성되어 있고, 전기 배선(107)이 형성된 요부(凹部)형 미세구조물(131)(이하, '제 1 요부 미세구조물'이라 한다.) 및 전기배선이 형성되지 않은 요부형 미세구조물(132)(이하, '제 2 요부 미세구조물'이라 한다.)이 형성되어 있다. 제2 광학벤치(116)에는 광전소자(104)가 형성되어 있다. 전기배선(107)의 끝은 제1 광학벤치의 제1 요부형 미세구조물(131) 하부까지 연장되어 형성되어 있다. 이때, 광전소자(104)는 발광소자 또는 수광소자이다.
전기배선(107, 108, 및 109)은 각각 전기통신용 전기배선(107), 광소자용 전기배선(108) 및 통합전기배선(109)의 3종류가 형성되어 있다.
도 17a 내지 17b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 17a는 광전배선부(300)와 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)가 광전결합된 수평 방향의 단면을 구성한 것이다. 광전배선부(300)의 제1 철부형 미세구조물(331)은 광학벤치의 제1 요부형 미세구조물(131)에 접속되어 광정렬 및 전기접속이 동시에 완성된다.
제1 철부형 미세구조물(331)은 제1 요부형 미세구조물(131)에, 제2 철부형 미세구조물(332)은 제2 요부형 미세구조물(132)에 접속된다.
이에 더하여, 광전소자(104)가 실장된 광학벤치(116)은 제3 요부형 미세구조물(115)에 삽입된다.
광전배선부(300)에 형성된 제2 철부형 미세구조물(332)과 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)에 형성된 제2 요부형 미세구조물(132)이 서로 슬라이딩 하여 결합함으로써, 광전소자(104)와 광도파로(301)의 자동적인 수직 및 수평 방향의 광정렬이 완성된다.
이에 더하여, 광학벤치(103)에 형성된 일부 요부형 미세구조물(131)의 하부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 일부 철부형 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선(302)이 자동적으로 전기접속됨으로써, 광전배선부(300)와 광전송신부(100)의 광결합 뿐만 아니라 전기접속도 동시에 완성된다.
도 17b를 참조하면, 광전배선부(300)에 형성된 철부형 미세구조물(331)이 광전송수신부(100 또는 200)의 광학벤치(103)의 요부형 미세구조물(131)에 삽입됨으로써, 광전소자(104)의 엑티브영역(110)과 광도파로(301)가 자동적으로 수직방향 및 수평방향으로 광결합된다.
또한, 광학벤치(103)의 요부형 미세구조물(106)의 하부에 형성된 전기배선(107)과 광전배선부(300)의 철부 미세구조물(331)의 상부에 형성된 전기배선(302)이 자동으로 접속된다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광도파로부에 사용된 광도파로의 구성 및 광전송 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 18a와 같이, 광도파로(4)는 유전체(3)에 내장된 두께가 얇고 폭이 수십 미크론인 금속 선을 이용하여 입사광을 수 센티미터 길이까지 전송할 수 있는 특성을 갖다. 이와 같이 금속 선을 이용한 광도파로를 금속 선 광도파로라고 한다.
본 발명에 있어서, 광도파로부의 광도파로는 금속 선 광도파로일 수 있고, 플렉서블(flexible)할 수 있다. 금속 선 광도파로의 광전송은 장거리 표면플라즈몬 폴라리톤(LR-SPP)이론으로 이를 설명할 수 있다.
금속 선 광도파로의 광도파 원리를 간단히 설명하면, 광신호가 금속 선에 있는 자유전자의 분극과 이들 분극의 상호적인 커플링을 통해 전달된다.
이러한 자유 전자의 연속적인 커플링을 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton)이라 하며, 이를 이용한 장거리 광전송을 이론적으로 장주기 표면 플라즈몬 폴라리톤(long-range surface plasmon polariton)이라 한다.
표면 플라즈몬(Surface Plasmon; SP)은 유전 상수의 실수항이 서로 반대부호를 가지는 경계면을 따라 구속되어 진행하는 전하밀도의 진동파로서, 표면 전하 밀도 진동은 종방향 표면 구속파를 형성한다.
종방향 표면 구속파는 입사파의 전기장 성분이 경계면에 수직한 성분으로 TM모드 (Transverse Magnetic Mode)만이 장거리 표면플라즈몬 폴라리톤을 여기(excitation) 및 도파(導波)시킬 수 있다.
이러한 금속 선 광도파로는 미세 사이즈 예를 들면, 두께 5 내지 200 ㎚정도와 폭 2 내지 100 ㎛ 정도 사이즈의 금속선을 가지고 광신호를 충분히 전달할 수 있다.
도 18b는 자유 전자의 분극이 적절하게 형성되어 광신호가 원활하게 전송되는 상태를 보여주고 있으며, 도 13c는 자유 전자의 분극이 부적절하게 형성되어 광신호 전송이 원활하지 못한 상태를 보여준다.
즉, 자유 전자의 분극을 통해 x축 방향의 TM 모드(Ex)가 비대칭(antisymmetry) 상태일 때, 광전송이 원활하게 일어나다.
오른쪽 부분에 전송된 광신호의 인텐서티(intensity)가 개략적으로 표현되어 있는데, 도 13c에 비해 도 13b에서 광신호가 원활하게 전송되고 있음을 확인할 수 있다.
한편, 금속선(metal) 상부 및 금속선 하부의 유전체(dielectric)의 유전율들(ε1 ,ε3)은 서로 다를 수 있으나 동일할 수도 있으며, 이러한 원리를 이용하여 동일한 유전체로 금속선을 둘러싸는 형태로 금속 선 광도파로를 형성할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 의한 수동정렬된 광전배선 모듈 및 그 광전배선 모듈을 이용하여 광전 동시 통신을 제공하는 통신 시스템을 보여주는 그림이다.
도 19를 참조하면, 제 1 메인보드(500)의 제 1 반도체칩(501)에 의해 구성된 통합전기신호(광전신호 및 전기통신신호로 구성됨)는 전기커넥터(502)을 통해 광전버스 모듈의 광전송신부(100)의 통합전기배선(109)로 전달된다. 통합전기배선(109)의 통합전기신호 중 광전신호는 광전소자 드라이브(102)로 따로 분리되어 전달되고 광소자용 전기배선(108)을 통해 광전소자로 전달되어 광신호를 발생시킨다. 발생된 광신호는 광전배선부(300)의 도파로(301)를 통해 광전수신부(200)으로 전달된다. 이에 더하여, 통합전기배선(109)의 통합전기신호 중 전기통신신호는 제 2 전기배선으로 따로 분리되어 연결되고, 광전배선부(300)의 제 1 전기배선(302)를 통해 광전수신부(200)으로 전달된다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 광전배선부의 제작방법의 일 예를 도시한 도면이다. 즉, 도 20은 요부형 미세구조물을 포함하는 광전배선부의 제작방법을 도 시하며, 도 21은 철부형 미세구조물을 포함하는 광전배선부의 제작방법을 도시하고 있다.
도 20을 참조하면, 자외선(UV) 경화성 고분자 재료를 기판(substrate)에 도포하고 자외선 빛으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 하부 클래드의 상부에 광도파로 및 전기배선을 형성한다.
하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 철부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화한다. 다음으로 몰드를 상부 클래드로부터 이격하여 최종적인 전극이 형성된 요부형 미세구조물을 갖는 광전배선부를 얻는다.
도 21을 참조하면, 자외선 경화성 고분자 재료를 기판에 도포하고 자외선으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 하부 클래드의 상부에 광도파로를 형성한다.
하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 요부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화한다. 그리고 몰드를 상부 클래드로부터 이격한 후 상부 클래드에 전기배선을 형성한다.
상기와 같이 본 발명에 의한 광전버스 모듈은 보드-보드 간의 광/전기 동시 통신을 제공한다. 또한 보드-칩 간 또는 칩-칩 간의 광/전기 동시 통신에 사용된다.
이처럼 본 발명에 의한 광전 인터페이스 모듈은 광전소자와 광도파로 간의 광결합에 필요한 부가적인 광부품을 사용하지 않고 광전 인터페이스 모듈 자체에 광소자를 직접 구비함으로써, 반도체 칩 간의 광 통신을 효율적으로 수행할 수 있는 플러그어블 모듈을 제공한다.
아울러, 본 발명은 광전 인터페이스 모듈 상에 구비된 전기배선을 이용하여 반도체 소자 간의 광통신 뿐만 아니라 전기통신도 동시에 완성되는 광전 인터페이스 방법을 제공한다.
더 나아가 본 발명에 따른 광전 인터페이스 모듈은 광도파로를 장주기 표면 플라즈몬 폴라리톤(long-range surface plasmon polariton)을 이용한 금속 선 광도파로를 이용함으로써, 기존의 수백 미크론 두께를 갖는 코어-클래드 기반의 광도파로 구조에 비하여 광도파로 전체의 두께를 수십 미크론 이하로 제작할 수 있고, 그에 따라 광전 인터페이스 모듈의 두께 집적도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광전송신부를 보다 자세하게 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 5는 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 13a 내지 13d는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 14a 내지 14c는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 다른 실시예를 보여준다.
도 15a 내지 15d는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 효율을 증가시키기 위한 다른 실시예를 보여준다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광전버스 모듈의 여러가지 실시예를 보여준다.
도 17a 내지 17b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광결합 및 전기결합을 보여주는 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예에 의한 광전버스 모듈의 광도파로부에 사용된 광도파로의 구성 및 광전송 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 의한 수동정렬된 광전배선 모듈 및 그 광전배선 모듈을 이용하여 광전 동시 통신을 제공하는 통신 시스템을 보여주는 그림이다.
도 20 및 도 21은 본 발명에 따른 광전배선부의 제작방법의 일 예를 도시한 도면이다.

Claims (32)

  1. 광도파로 및 적어도 하나의 제 1 전기배선이 삽입된 구조물의 하부에 요(凹)부형 미세구조물 및 철(凸)부형 미세구조물 중 적어도 하나가 형성되어 있는 광전배선부; 및
    상기 광전배선부에 형성된 미세구조물에 대응되는 부위에 철부형 미세구조물 또는 요부형 미세구조물이 형성되고, 상기 광도파로를 통해 광 통신을 수행하는 광전소자가 실장되고, 반도체 칩과의 전기접속을 위한 적어도 하나의 제 2 전기배선이 형성되는 광학벤치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광전배선부에 형성된 미세구조물 중 적어도 하나의 요철면에 상기 제1 전기배선이 노출되어 있으며,
    상기 제1 전기배선이 노출된 상기 광전배선부의 미세구조물과 대응되는 위치에 존재하는, 상기 광학벤치의 미세구조물의 요철면에 상기 제 2 전기배선이 형성되어 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치가 전기접속되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자와 상기 광도파로 사이의 수직 및 수평 광정렬을 위해, 일정 위치 및 높이를 가지며 전기배선이 형성되어 있지 아니한 요부형 미세구조물 또는 철부형 미세구조물이 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치에서 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자와 상기 광도파로 사이의 수직 및 수평 광정렬과 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치의 진기접속을 동시에 완성하기 위하여, 일정 위치 및 높이를 가지며 전기재선이 형성되어 있는 요부형 미세구조물 또는 철부형 미세구조물이 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치에서 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자와 상기 광도파로는 버트-커플링(butt-coupling) 광결합하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 요부형 미세구조물 및 상기 철부형 미세구조물은 사각기둥 모양으로 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치의 모서리에 접하도록 형성되어, 상기 요부형 미세구조물이 상기 철부형 미세구조물에 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도파로는 코어-클래드 구조의 유전체 광도파로이고, 상기 코어-클래드 구조의 광도파로는 할로겐 원소 또는 중수소를 포함하는 고분자 광학 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도파로는 광신호가 전달되는 적어도 하나 이상의 금속선 및 상기 금속선을 둘러싸는 고분자 광학재료를 포함하는 금속광도파로인 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속광도파로의 두께는 5 내지 200 ㎚ 이고, 폭은 2 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속광도파로는 플렉서블(flexible)한 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자는 0 ~ 90도 경사를 갖는 광학벤치 면에 실장되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈
  12. 제 1항에 있어서, 상기 광학벤치는,
    90도 경사면에 광전소자가 실장된 제1 광학벤치; 및
    상기 광전배선부에 형성된 미세구조물에 대응되는 부위에 철부형 미세구조물 또는 요부형 미세구조물이 형성되며, 상기 제1 광학벤치가 삽입되는 요부형 미세구조물이 형성된 제2 광학벤치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자는 발광소자 또는 수광소자이며, 상기 발광소자는 TM모드 발광소자인 표면방출레이저(VCSEL)를 사용하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 표면방출레이저와 금속광도파로 간의 광결합 효율을 증대를 위하여 45도 반사경이 상기 광전배선부의 끝부분에 구비된 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 45도 반사경 하부에는 수직 광신호의 편광 특성 조절을 위한 편광기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 45도 반사경 하부에는 수직 광신호의 집광을 위한 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 45도 반사경 내부에는 코어-클래드형의 광도파로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전배선부를 포함하는 광전버스 모듈.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 광전소자는 발광소자 또는 수광소자이고, 상기 발광소자는 TM모드 발광소자인 레이저 다이오드(Laser Diode)를 사용하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 발광소자가 TE모드 발광소자인 경우, 광을 TM모드로 변환하기 위하여 상기 TE모드 발광소자와 상기 광전배선부 사이에 편광기를 위치시키는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  20. 제 19항에 있어서,
    광결합 효율을 증대시키기 위하여, 상기 레이저 다이오드와 상기 광전배선부 사이에 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 광학벤치는 실리콘 또는 고분자 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 광전 배선부에서 상기 제1 전기배선이 형성된 요부형 미세구조물는, 상기 요부형 미세구조물에 대응되는 상기 광학벤치의 철부형 미세구조물에 형성된 상기 제2 전기배선의 두께를 수용하는 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 요부형 미세구조물 및 철부형 미세구조물의 단면은 마름모 모양으로 형성되어, 상기 광전배선부 및 상기 광학 벤치가 전기접속될 때 수평 및 수직 이동이 일어나지 않도록 하는 광전버스 모듈.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 광전배선부는 두 층의 클래드로 구성되고, 상기 광전 배선부의 요부형 미세구조물의 요부면은 상기 두 층이 만나는 면과 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 광전배선부는 두 층의 클래드로 구성되고, 상기 광전 배선부의 철부형 미세구조물은 상기 클래드 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 광전 배선부의 요부형 미세구조물의 요부면은 상기 광도파로와 평행한 방향으로 상기 광전배선부의 측면까지 형성되어 있으며, 상기 요부면의 길이는 상기 광전소자와 상기 광 도파로 사이의 간격에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  27. 광도파로 및 적어도 하나의 전기배선이 삽입된 광전배선부; 및
    상기 광전배선부의 앞단의 일부 전체가 일정 깊이로 삽입되는 넓은 요(凹)부가 형성되어 있고, 상기 광도파로를 통해 광통신을 수행하는 광전소자가 실장되는 광학벤치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전버스 모듈.
  28. 광도파로 및 적어도 하나의 제 1 전기배선이 삽입된 구조물의 하부에 요(凹) 부형 미세구조물 및 철(凸)부형 미세구조물 중 적어도 하나가 형성되어 있는 광전배선부; 및
    상기 광전배선부에 형성된 미세구조물에 대응되는 부위에 철부형 미세구조물 또는 요부형 미세구조물이 형성된 광학벤치, 상기 광도파를 통해 광통신을 수행하는 광전소자, 상기 광학벤치에 형성되어 상기 제1 전기배선과 전기접속되는 제2 전기배선 및 상기 광전소자와 상기 제2 전기배선에 모두 연결되는 반도체 칩을 포함하는 광전송수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전통신 시스템.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 광전배선부에 형성된 미세구조물 중 적어도 하나의 요철면에 상기 제1 전기배선이 노출되어 있으며,
    상기 제1 전기배선이 노출된 상기 광전배선부의 미세구조물과 대응되는 위치에 존재하는, 상기 광학벤치의 미세구조물의 요철면에 상기 제 2 전기배선이 형성되어 상기 광전배선부 및 상기 광전송수신부가 전기접속되는 것을 특징으로 하는 광전통신 시스템.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 광전소자와 상기 광도파로 사이의 수직 및 수평 광정렬을 위해, 일정 위치 및 높이를 가지며 전기배선이 형성되어 있지 아니한 요부형 미세구조물 또는 철부형 미세구조물이 상기 광전배선부 및 상기 광학벤치에서 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전통신 시스템.
  31. 자외선 경화성 고분자 재료를 기판에 도포하고 자외선으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 상기 하부 클래드의 상부에 광도파로 및 전기배선을 형성하는 단계;
    상기 하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 철부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상기 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화하는 단계; 및
    상기 몰드를 상기 상부 클래드로부터 이격하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선부 제작 방법.
  32. 자외선 경화성 고분자 재료를 기판에 도포하고 자외선으로 경화하여 하부 클래드를 형성하고, 상기 하부 클래드의 상부에 광도파로를 형성하는 단계;
    상기 하부 클래드 위에 자외선 경화성 고분자 재료를 도포하여 상부 클래드를 형성하고, 요부형 미세구조물이 형성된 자외선 투과성 몰드를 상기 상부 클래드에 압착하고 자외선으로 경화하는 단계;
    상기 몰드를 상기 상부 클래드로부터 이격하는 단계; 및
    상기 상부 클래드에 전기배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전배선부 제작 방법.
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