KR20130065476A - 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판은 적어도 일단이 경사각을 가지는 적어도 하나의 수용 홈이 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 수용 홈 내에 형성된 광 도파로; 및 상기 제 1 절연층 위에 형성되며, 상기 수용 홈 내에 형성된 광 도파로를 매립하는 제 2 절연층을 포함한다.

Description

광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법{Optical Printed Circuit Board and Fabricating method of the same}
본 발명은 광 인쇄회로기판의 구조 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
통상 이용되고 있는 인쇄회로기판(PCB)은 전기적 인쇄회로기판으로 구리 박막 회로가 구현된 기판을 코팅 처리하여 각종 부품을 꽂아 전기 신호 전송에 의해 이용된다. 이와 같은 기존의 전기적 인쇄회로기판은 전기 소자인 부품의 처리능력보다 기판의 전기적 신호 전송능력이 따라가지 못하여 신호 전송에 문제가 있다.
특히 이러한 전기신호는 외부환경에 민감하고 잡음현상이 발생하여 고정밀을 요구하는 전자제품에 커다란 장애가 된다. 이에 대한 보완으로 전기적 인쇄회로기판의 구리와 같은 금속성 회로 대신, 광 도파로를 이용한 광 인쇄회로기판이 개발되어, 전파방해, 잡음현상 등에 더욱 안정적인 고정밀 첨단장비의 생산이 가능해 졌다.
종래 기술에 따르면, 광 인쇄회로기판의 경우, 선행문헌 1(공개번호 10-2011-0038522)에 개시된 바와 같이 광 섬유를 90도로 구부려 광 도파로를 제조하거나, 선행문헌 2(공개번호 10-2010-0112731)에 개시된 바와 같이 내부 코어층에 미러를 형성하여 광 도파로를 제조한다.
그러나, 상기 선행문헌 1에서는 광 인쇄회로기판의 제조에 있어, 광 섬유와 신호 전송부(TX) 및 신호 수신부(RX)의 연결을 위해 광 섬유를 90°도로 꺾는 구조를 적용하였는데, 상기 광 섬유를 90°로 꺾는 과정에서 광 손실이 발생하게 된다. 또한, 인쇄회로기판 내 매립을 위한 적층 공정 중 상기 광 섬유의 꺾인 부위와 인쇄회로기판 층 간에 단차가 있을 경우, 높은 압력을 받게 되어 전송 손실이 발생한다. 또한, 꺾인 부위를 포함하는 광 모듈의 총 두께는 인쇄회로기판의 전체 두께를 증가시키게 된다.
또한, 상기 선행문헌 2에서는 외부로 돌출된 코어는 인쇄회로기판의 내부 매립을 위한 공정 진행에 있어, 적층 시 열, 압력 및 레진 흐름에 의한 변형(말림 또는 비틀림 등)으로 각도 유지가 힘든 문제점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 광 인쇄회로기판 및 그의 제조 방법을 제공하도록 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판은 적어도 일단이 경사각을 가지는 적어도 하나의 수용 홈이 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 수용 홈 내에 형성된 광 도파로; 및 상기 제 1 절연층 위에 형성되며, 상기 수용 홈 내에 형성된 광 도파로를 매립하는 제 2 절연층을 포함한다.
또한, 상기 광 도파로는, 하부 클래드, 코어 및 상부 클래드가 순차적으로 적층되며, 상기 상부 클래드는, 상기 하부 클래드의 측면 및 상기 코어의 측면 중 적어도 어느 하나의 면을 감싼다.
또한, 상기 상부 클래드의 측면은 상기 경사각을 가지는 수용 홈 측면에 노출된다.
또한, 상기 수용 홈은 하면, 상기 하면의 일단으로부터 일정 경사각을 가지며 상측으로 연장 형성된 좌측면 및 상기 하면의 타단으로부터 일정 경사각을 가지며 상측으로 연장 형성된 우측면을 포함하며, 상기 하면과 좌측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나이고, 상기 하면과 우측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나이다.
또한, 상기 수용 홈의 좌측면에 형성되고, 상기 하면과 좌측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 1 미러와, 상기 수용 홈의 우측면에 형성되고, 상기 하면과 우측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 2 미러를 포함한다.
또한, 상기 제 1 미러는 외부에서 입사된 광을 입사 방향에 대해 수직 방향으로 반사시키고, 상기 제 2 미러는 상기 제 1 미러에서 반사된 광을 입사 방향에 대해 수직한 방향으로 반사시킨다.
또한, 상기 제 1 절연층의 적어도 일면에는 회로패턴이 형성되며, 상기 제 1 미러의 상부에 형성된 회로패턴에는 광 송신기가 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 미러의 상부에 형성된 회로패턴에는 광 수신기가 전기적으로 연결된다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판의 제조 방법은 적어도 일면에 회로패턴이 형성된 절연 기판을 준비하는 단계; 상기 절연 기판의 가공하여, 적어도 일단이 경사각을 가지는 수용 홈을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 수용 홈 내에 광 도파로를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 수용 홈을 형성하는 단계는, 상기 절연 기판이 상면을 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공하여 수용 홈을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 수용 홈은 하면, 상기 하면의 일단으로부터 연장된 좌측면 및 상기 하면의 일단으로부터 연장된 우측면을 포함하며, 상기 하면과 좌측면 사이의 내각 또는 상기 하면과 우측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나이다.
또한, 상기 수용 홈의 좌측면 및 우측면 중 적어도 한 면에 미러를 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 미러를 형성하는 단계는, 상기 수용 홈의 좌측면에 금속 물질을 코팅하여 상기 수용홈의 하면과 좌측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 1 금속층을 형성하는 단계와, 상기 수용 홈의 우측면에 금속 물질을 코팅하여 상기 수용홈의 하면과 우측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 2 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 광 도파로를 형성하는 단계는, 상기 수용 홈의 하면에 하부 클래드를 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드 위에 코어를 형성하는 단계와, 상기 코어 위에 상부 클래드를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 광 도파로를 형성하는 단계는, 상기 수용 홈의 하면에 하부 클래드를 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드 위에 상기 하부 클래드의 일부 상면을 노출하는 코어를 형성하는 단계와, 상기 코어 위에 상기 노출된 하부 클래드의 상면과, 상기 코어의 상면 및 측면을 덮는 상부 클래드를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 금속층의 상부에 형성된 회로 패턴에 광 송신기를 형성하고, 상기 제 2 금속층의 상부에 형성된 회로 패턴에 광 수신기를 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 절연 기판 위에 상기 광 도파로를 매립하는 절연층을 형성하는 단계가 더 포함된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공을 통해 경사각을 갖는 수용 홈을 형성함으로써, 광 도파로의 두께의 의한 단차 발생을 없애 인쇄회로기판의 적층 공정을 용이하게 할 수 있고, 광 도파로의 매립시 미러와 광 도파로를 정확히 정렬시킴으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 광 도파로의 매립을 통한 구리 회로 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판의 투시도이다.
도 2는 도 1의 A-A`방향의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B` 방향의 단면도이다.
도 4 내지 25는 도 1 내지 3에 도시된 광 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공을 통해 경사각을 갖는 수용 홈을 형성하고, 상기 형성된 수용 홈 내에 광 도파로를 매립하여, 광 도파로의 두께의 의한 단차 발생을 없애 인쇄회로기판의 적층 공정을 용이하게 하고, 광 도파로의 매립시 미러와 광 도파로를 정확히 정렬시켜 광 손실 특성을 개선하며, 광 도파로의 매립을 통한 구리 회로 설계의 자유도를 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판의 투시도이고, 도 2는 도 1의 A-A`방향의 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B` 방향의 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 광 인쇄회로기판(100)은 제 1 절연층(110)과, 상기 제 1 절연층(110)의 적어도 일면에 형성된 회로 패턴(125)과, 상기 제 1 절연층(110) 내에 양단이 일정 경사각을 가진 수용 홈(130) 내에 형성된 광 도파로(140), 상기 수용 홈(130)의 제 1단에 형성되며, 상기 수용 홈(130)의 제 1 단의 경사각에 대응되는 경사각을 갖는 제 1 미러(132)와, 상기 수용 홈(130)의 제 2단에 형성되며, 상기 수용 홈(130)의 제 2 단의 경사각에 대응되는 경사각을 갖는 제 2 미러(135)와, 상기 제 1 절연층(110)의 상면 및 하면에 형성되어, 상기 회로 패턴(125) 및 광 도파로(140)를 매립하는 제 2 절연층(150)을 포함한다.
제 1 절연층(110) 및 제 2 절연층(150)은 광 인쇄회로기판에 내구력을 제공하는 기초 부재로서의 기능을 한다.
상기 제 1 및 2 절연층(110, 150)은 단일 회로 패턴이 형성되는 광 인쇄회로기판의 지지기판일 수 있으나, 복수의 적층 구조를 가지는 광 인쇄회로기판 중 한 회로 패턴(125)이 형성되어 있는 절연층 영역을 의미할 수도 있다.
상기 제 1 및 2 절연층(110, 150) 각각이 복수의 적층 구조 중 한 절연층을 의미하는 경우, 상기 제 1 및 2 절연층(110, 150)의 상부 또는 하부에 복수의 회로 패턴이 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 절연층(110)에는 도전 비아(도시하지 않음)가 형성되어, 서로 다른 층간의 회로 패턴을 상호 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 회로 패턴(125)은 전기 신호 전송을 위하여 금, 은, 니켈 및 구리 등과 같은 전기 전도성 금속으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 구리를 사용하여 형성한다.
상기 회로 패턴(125)은 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 가능하며 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 및 2 절연층(110, 150)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합소재 기판 또는 글라스 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), ABF(Ajinomoto Build up Film) 등의 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리이미드계 수지를 포함할 수도 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 절연층(110) 내에는 레이저 트렌치 가공 또는 정말 절삭 가공을 통해 형성된 수용 홈(130)(도 6 참조)이 형성되어 있다. 상기 레이저 가공에 의해 수용 홈(130)을 형성하는 경우, 상기 수용 홈(130)의 높이를 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 일체형 광 도파로가 상기 수용 홈(130) 내에 완전히 매립되도록 상기 수용 홈(130)의 높이를 조절할 수 있다. 또한, 이와 다르게 일체형 광 도파로의 일부가 상기 수용 홈(130) 위로 노출되도록 상기 수용 홈(130)의 높이를 조절할 수 있다. 광은 코어(142)를 통해 이동하기 때문에, 상기 수용 홈(130) 내에는 상기 하부 클래드(141) 및 코어(142)만을 매립하고, 상부 클래드(143)는 상기 수용 홈(130) 위로 돌출되어 형성될 수도 있다.
상기 수용 홈(130)의 양단은 일정 경사각을 가지며 형성된다. 바람직하게, 상기 수용 홈(130)은 하면(130a), 상기 하면(130a)의 일단에서 상측 방향으로 일정 경사각을 가지며 연장 형성된 좌측면(130b) 및 상기 하면(130a)의 타단에서 상측 방향으로 일정 경사각을 가지며 연장 형성된 우측면(130c)을 포함한다.
이때, 상기 하면(130a)과 좌측면(130b) 사이에 형성된 내각은 상기 광신호의 효율적인 반사를 위해 135°로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 좌측면(130b)은 상기 하면(130a)의 일단에서 135°의 경사각을 가지며 상측 방향으로 연장 형성된다.
또한, 상기 하면(130a)과 우측면(130c) 사이에 형성된 내각은 상기 광신호의 효율적인 반사를 위해 135°로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 우측면(130c)은 상기 하면(130a)의 타단에서 135°의 경사각을 가지며 상측 방향으로 연장 형성된다.
이때, 상기 수용 홈(130)의 경사각은 광 송신기 및 광 수신기가 제 1 절연층(110)의 상면에 형성되는 경우에 대응된다. 즉, 상기 제 1 절연층(110)의 하면에 광 송신기와 광 수신기가 형성되는 경우, 상기 수용 홈(130)의 경사각은 상기와 다르게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 광 송신기와 광 수신기가 제 1 절연층(110)의 하면에 형성되는 경우, 상기 하면(130a)과 좌측면(130b) 사이에 형성된 내각은 45°로 형성되는 것이 바람직하고, 이와 마찬가지로 상기 하면(130a)과 우측면(130c) 사이에 형성된 내각은 45°로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 수용 홈(130)의 일단에는 제 1 미러(132)가 형성되고, 타단에는 제 2 미러(135)가 형성된다.
제 1 및 2 미러(132, 135)는 상기 수용 홈(130)의 양단에 금속물질을 포함하는 금속층을 적층하여 형성된다. 이때, 제 1 및 2 미러(132, 135)는 빛을 반사시킬 수 있는 금속 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
제 1 미러(132)는 광 송신기(도시하지 않음) 하부에 대응되는 위치에 형성된다. 이때, 제 1 미러(132)는 기설정된 경사각을 가지며 형성된다. 상기 제 1 미러(132)가 가지는 경사각은 상기 수용 홈(130)의 일단에 형성된 경사각과 동일함이 바람직하다.
즉, 제 1 미러(132)는 상기 경사각을 가지는 수용 홈(130)의 일단에 금속물질을 코팅, 적층 및 스프레이 방식으로 적층하여 형성된다. 이에 따라, 제 1 미러(132)는 상기 수용 홈(130) 자체가 가지는 경사각에 대응되는(동일한) 경사각을 가지며 형성된다.
제 1 미러(132)는 상기 광 송신기(도시하지 않음)로부터 발생한 빛을 수신하고, 그에 따라 상기 수신한 빛을 입사 방향에 대해 수직 방향으로 반사시킨다.
제 2 미러(135)는 광 수신기(도시하지 않음) 하부에 대응되는 위치에 형성된다. 이때, 제 2 미러(135)는 기 설정된 경사각을 가지며 형성된다. 상기 제 2 미러(135)가 가지는 경사각은 상기 수용홈(130)의 타단에 형성된 경사각과 동일함이 바람직하다.
즉, 제 2 미러(135)는 상기 경사각을 가지는 수용 홈(130)의 타단에 금속물질을 코팅, 적층 및 스프레이 방식으로 적층하여 형성된다. 이에 따라, 상기 제 2 미러(135)는 상기 수용 홈(130) 자체가 가지는 경사각에 대응되는(동일한) 경사각을 가지며 형성된다.
제 2 미러(135)는 상기 제 1 미러(132)를 통해 반사된 광을 수신하고, 그에 따라 상기 수신한 광을 입사 방향에 대해 수직 방향으로 반사시킨다.
상기 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)가 형성된 수용 홈(130) 내에는 광 도파로(140)가 매립되어 있다.
한편, 이와 다르게 상기 경사각을 가지는 수용 홈(130)의 일단 및 타단에 스퍼터링 공정을 수행하여, 상기 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135) 대신 금속 반사면을 형성할 수도 있을 것이다.
광 도파로(140)는 하부 클래드(141), 코어(142) 및 상부 클래드(143) 층을 포함한다. 이때, 상기 광 도파로(140)는 상기 하부 클래드(141), 코어(142) 및 상부 클래드(143)를 순차적으로 적층하여, 상기 수용 홈(130) 내에 광 도파로(140)를 형성한다.
즉, 상기 수용 홈(130) 내에 우선적으로 하부 클래드(141)를 형성하고, 상기 형성된 하부 클래드(141) 위에 코어(142)를 형성하고, 상기 형성된 코어(142) 위에 상기 수용 홈(130)을 매립하는 상부 클래드(143)를 형성한다.
상기 하부 클래드(141) 및 상부 클래드(143)는 코어를 통해 효율적인 광의 전송이 이루어질 수 있도록 상기 코어를 감싸는 형태로 형성된다.
상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)는 예를 들면, 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
코어(142)는 상부 클래드(143)와 하부 클래드(141) 사이에 개재되며, 광신호가 전달되는 경로 역할을 한다. 코어(142) 역시 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)와 유사한 폴리머 계열의 재질로 이루어지는데, 효율적인 광신호 전송을 위하여 클래드층보다 높은 굴절률을 갖는다. 이때, 상기 코어(142)는 실리카 또는 폴리머가 혼합된 SiO2로 형성될 수 있다.
상기 광 도파로(140)에 포함된 코어(142)의 측면에는 상기 수용 홈(130)의 일단 및 타단에 형성된 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)가 위치한다. 상기 설명한 바와 같이, 제 1 및 2 미러(132, 135)는 광의 전송을 효율적으로 하기 위하여 알루미늄이나 은과 같은 반사도가 높은 물질로 형성된다.
이때, 코어(142)는 상기 상부 클래드(143)와 하부 클래드(141)의 내부에 배치되고, 상기 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 코어(142)를 지나는 빛은 상기 코어(142)와 상부/하부 클래드(141, 143) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 코어(142)를 따라 진행한다.
이때, 광은 코어(142)를 통해 이동하기 때문에, 상기 코어(142)는 상기 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)가 형성된 수용 홈(130) 내에 배치하고, 상부 클래드(143)는 상기 수용 홈(130) 위로 돌출되어 형성될 수도 있다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(140)는 광투과성 및 유연성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 유기-무기 고분자 물질 등을 이용하여 엠보싱 공정이나 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다.
이때, 상기 유기-무기 고분자 물질은 예컨대, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene), 초저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 아마이드(Amide)계열의 나일론 6(Nylon 6), 나일론 66(Nylon 66), 나일론 6/9(Nylon 6/9), 나일론 6/10(Nylon 6/10), 나일론 6/12(Nylon 6/12), 나일론 11, 나일론 12, 폴리스타이렌(Polystyrene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylenr Terephthalate), 폴리부틸 테레프탈레이트(Polybutyl Terephthalate), 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드(Polyvinylidene Chloride), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 셀룰로스 아세테이트(Cellulose Acetate) 또는 폴리(메트)아크릴레이트(Poly(meth)acrylate) 들 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하며, 이들 재료 중에서 열적 성질 및 기계적 성질을 고려하여 이들 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(140)의 측면(상부 클래드(143)의 측면, 하부 클래드(141)의 측면 및 코어(142)의 측면)은 상기 수용 홈(130) 내에서 노출된다. 또한, 상기 광 도파로(140)는 상기 수용 홈(130)이 가지는 경사각에 대응되는 경사각을 가지며, 상기 수용 홈(130) 내부를 매립하여 형성될 수 있다.
이와 다르게, 상기 광 도파로(140)에 포함된 상부 클래드(143)의 측면만이 상기 수용 홈(130) 내에서 노출될 수 있으며, 이와 다르게 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)의 측면이 상기 수용 홈(130) 내에서 노출될 수 있다.
상기 제 1 미러(132)의 상부 위치에는 광 송신기(도시하지 않음)가 형성되고, 제 2 미러(134)의 상부 위치에는 광 수신기(도시하지 않음)가 형성된다. 바람직하게는, 상기 제 1 미러(132)의 상부에 위치한 회로 패턴(125)에는 상기 광 송신기가 연결되고, 제 2 미러(135)의 상부에 위치한 회로 패턴(125)에는 상기 광 수신기가 연결된다. 상기와 같은 광 송신기 및 광 수신기는 상기 광 도파로(140)와 함께 상기 제 2 절연층(150) 내에 매립된다.
광 송신기는 광신호를 생성하여 출력하는 것으로, 드라이버 집적회로(도시하지 않음) 및 발광 소자(도시하지 않음)를 포함한다. 상기 발광 소자는 상기 드라이버 집적회로에 의해 구동되어 상기 제 1 미러(132)가 형성된 방향으로 광을 발생한다.
이때, 상기 발광 소자는 광 시그널을 조사하는 광원 소자인 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)를 포함할 수 있다. 상기 VCSEL은 레이저 빔을 수직으로 조사하는 방식으로 광원 시그널을 전송하거나 증폭시키는 광원 소자이다.
상기 광 수신기는 리시버 집적회로(도시하지 않음) 및 수광 소자(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 수광 소자는 상기 광 송신기로부터 발생된 광을 수신하는 것으로, 상기 리시버 집적 회로에 의해 구동된다. 상기 수광 소자는 광 시그널을 검출하는 소자인 PD(Photo detector)를 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 광 인쇄회로기판(100)은 동일층 내에서 상기 광 도파로(140)가 복수 개 형성된 다채널 광 도파로를 포함하며, 상기 다채널뿐만 아니라, 다층적으로 복수 개의 광 도파로(140)가 형성된 광 인쇄회로기판도 제조할 수 있다. 상기 광 도파로(140)의 개수(바람직하게는, 코어(142)의 개수)는 실시 예에 따라 더 늘어나거나 감소할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 광 인쇄회로기판(100)은, 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공을 통해 경사각을 갖는 수용 홈(130)을 형성하고, 상기 형성된 수용 홈(130) 내에 하부 클래드(141), 코어(142) 및 상부 클래드(142)를 순차적으로 적층하여 광 도파로(140)를 형성함으로써, 광 도파로(140)의 두께의 의한 단차 발생을 없애 인쇄회로기판의 적층 공정을 용이하게 할 수 있고, 광 도파로(140)의 형성시 미러(132, 135)와 광 도파로(140)를 정확히 정렬시킴으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 광 도파로(140)의 매립을 통한 구리 회로 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 도 1 내지 3에 도시된 광 인쇄회로기판(100)의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 4 내지 25은 도 1 내지 3에 도시된 광 인쇄회로기판(100)의 제조 방법을 공정 순으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 절연 기판(절연층)(110)을 준비한다. 이때, 상기 절연 기판(110)이 도전층(120)이 적층된 절연층일 경우, 절연층(110)과 도전층(120)의 적층 구조는 통상적인 CCL(Copper Clad Laminate)일 수 있다.
이와 달리, 상기 도전층(120)은 절연층(110)에 비전해 도금을 하여 형성된 도금층일 수 있다. 이때, 도전층(120)을 비전해 도금하여 형성하는 경우, 상기 절연층(110)의 상면 및 하면에 조도를 부여하여 도금이 원활히 수행되도록 할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 상기 절연층(110)의 상면 및 하면에 형성된 도전층(120)을 식각하여 회로 패턴(125)을 형성한다. 도 6은 도 5의 A-A` 방향의 단면도이다.
상기 회로 패턴(125)은 추후 광 송신기나 광 수신기의 실장 위치에 대응하게 형성될 수 있다.
상기 회로 패턴(125)은 드라이 필름 적층, 노광, 현상, 에칭 및 박리 순의 공정을 거쳐 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7, 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 절연층(110)에 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공을 하여, 수용 홈(130)을 형성한다. 도 8은 도 7의 A-A` 방향의 단면도이고, 도 9는 도 7의 B-B` 방향의 단면도이다.
상기 수용 홈(130)은 절연층(110) 내에 광 도파로(140)를 안착시키기 위한 안착 공간을 제공한다.
상기 수용 홈(130)은 적어도 일단이 기설정된 경사각을 가지며 형성된다. 이때, 상기 경사각은 상기 수용 홈(130)의 일단에만 형성될 수 있으며, 이와 다르게 일단 및 상기 일단과 대향하는 타단에 모두 형성될 수 있다.
즉, 광 인쇄회로기판(100) 내에서 광 전송 및 광 수신을 모두 하기 위해서는, 상기 수용 홈(130)의 일단 및 타단에 모두 상기와 같은 경사각을 형성하고, 외부 기기에서 전송하는 광신호를 수신하거나, 외부 기기로 광신호를 전송하기 위한 목적으로 상기 광 인쇄회로기판(100)을 제조한다면, 상기 수용 홈(130)의 일단에만 상기와 같은 경사각을 형성할 수 있다.
상기 경사각은 광신호의 입사 방향에 대해 수직 방향으로 상기 광신호를 반사시키기 위하여, 45°로 형성되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 수용 홈(130)은 하면(130a), 상기 하면(130a)의 일단에서 상측 방향으로 일정 경사각을 가지며 연장 형성된 좌측면(130b) 및 상기 하면(130a)의 타단에서 상측 방향으로 일정 경사각을 가지며 연장 형성된 우측면(130c)을 포함한다.
이때, 상기 하면(130a)과 좌측면(130b) 사이에 형성된 내각은 상기 광신호의 효율적인 반사를 위해 135°로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 좌측면(130b)은 상기 하면(130a)의 일단에서 135°의 경사각을 가지며 상측 방향으로 연장 형성된다.
또한, 상기 하면(130a)과 우측면(130c) 사이에 형성된 내각은 상기 광신호의 효율적인 반사를 위해 135°로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 우측면(130c)은 상기 하면(130a)의 타단에서 135°의 경사각을 가지며 상측 방향으로 연장 형성된다.
한편, 상기 수용 홈(130)의 경사각은 광 송신기 및 광 수신기가 제 1 절연층(110)의 상면에 형성되는 경우에 대응된다. 즉, 상기 제 1 절연층(110)의 하면에 광 송신기와 광 수신기가 형성되는 경우, 상기 수용 홈(130)의 경사각은 상기와 다르게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 광 송신기와 광 수신기가 제 1 절연층(110)의 하면에 형성되는 경우, 상기 하면(130a)과 좌측면(130b) 사이에 형성된 내각은 45°로 형성되는 것이 바람직하고, 이와 마찬가지로 상기 하면(130a)과 우측면(130c) 사이에 형성된 내각은 45°로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에서는, 광 도파로를 형성하기 위한 수용 홈(130) 자체에 광신호의 경로를 변경하는 반사 부재를 형성하기 위하여, 상기 반사 부재의 설치 각도에 대응되도록 상기 수용 홈(130)의 양단이 일정 경사각을 갖도록 형성한다.
다음으로, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이 상기와 같이 형성된 수용 홈(130)의 양단에 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)를 형성한다. 도 11은 도 10의 B-B` 방향의 단면도이다.
상기 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)는 상기 수용 홈(130)의 좌측면(130b) 및 우측면(130c)에 금속물질을 코팅, 적층 또는 스프레이 방식으로 금속층을 형성함으로써 형성될 수 있다.
상기 제 1 미러(132)와 제 2 미러(135)는 상기 좌측면(130b) 및 우측면(130c)에 형성되기 때문에, 상기 좌측면(130b)과 우측면(130c)이 가지는 경사각에 대응하는 경사각을 가지며 형성된다.
다시 말해서, 제 1 미러(132)는 상기 좌측면(130b)이 가지는 경사각(하면(130a)을 기준으로 135°)에 대응하는(바람직하게는 동일한) 경사각을 가진다. 또한, 제 2 미러(135)는 상기 우측면(130b)이 가지는 경사각(하면(130a)을 기준으로 135°)에 대응하는(바람직하게는 동일한) 경사각을 가진다.
다음으로, 도 12, 13 및 14에 도시된 바와 같이 상기 형성된 수용 홈(130) 내에 하부 클래드(141)를 형성한다. 도 13은 도 12의 A-A` 방향의 단면도이고, 도 14는 도 12의 B-B` 방향의 단면도이다.
상기 하부 클래드(141)는 추후 형성되는 코어(142)를 통해 효율적인 광의 전송이 이루어질 수 있도록 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
다음으로, 도 15, 16 및 17에 도시된 바와 같이, 상기 형성된 하부 클래드(141) 위에 코어(142)를 형성한다. 도 16은 도 15의 A-A` 방향의 단면도이고, 도 17은 도 15의 B-B` 방향의 단면도이다.
코어(142)는 하부 클래드(141) 위에 형성되며, 광신호가 전달되는 경로 역할을 한다. 코어(142) 역시 하부 클래드(141)와 유사한 폴리머 계열의 재질로 이루어지는데, 효율적인 광신호 전송을 위하여 하부 클래드(141)보다 높은 굴절률을 갖는다. 이때, 상기 코어(142)는 실리카 또는 폴리머가 혼합된 SiO2로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 18, 19 및 20에 도시된 바와 같이 상기 형성된 코어(142) 위에 상기 수용 홈(130)을 매립하는 상부 클래드(143)를 형성한다.
상기 상부 클래드(143)는 상기 형성된 코어(142)를 통해 효율적인 광의 전송이 이루어질 수 있도록 아크릴(acryl), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide), 불소화아크릴, 또는 불소화 폴리이미드 등의 폴리머 계열의 재질로 이루어진다.
이에 따라, 상기 광 도파로(140)에 포함된 코어(142)의 측면에는 상기 수용 홈(130)의 일단 및 타단에 형성된 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)가 위치한다. 상기 설명한 바와 같이, 제 1 및 2 미러(132, 135)는 광의 전송을 효율적으로 하기 위하여 알루미늄이나 은과 같은 반사도가 높은 물질로 형성된다.
즉, 코어(142)는 상기 상부 클래드(143)와 하부 클래드(141)의 내부에 배치되고, 상기 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)에 비해 높은 굴절률을 가지기 때문에, 상기 코어(142)를 지나는 빛은 상기 코어(142)와 상부/하부 클래드(141, 143) 사이의 경계면에서 전반사되어, 상기 코어(142)를 따라 진행한다.
이때, 광은 코어(142)를 통해 이동하기 때문에, 상기 코어(142)는 상기 제 1 미러(132) 및 제 2 미러(135)가 형성된 수용 홈(130) 내에 배치하고, 상부 클래드(143)는 상기 수용 홈(130) 위로 돌출되어 형성될 수도 있다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(140)는 광투과성 및 유연성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 유기-무기 고분자 물질 등을 이용하여 엠보싱 공정이나 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 광 도파로(140)의 측면(상부 클래드(143)의 측면, 하부 클래드(141)의 측면 및 코어(142)의 측면)은 상기 수용 홈(130) 내에서 노출된다. 또한, 상부 클래드(143)의 측면, 하부 클래드(141)의 측면 및 코어(142)는 상기 수용 홈(130) 내부를 매립하여 형성되기 때문에, 상기 상부 클래드(143)의 측면, 하부 클래드(141)의 측면 및 코어(142)의 측면은 상기 수용 홈(130)의 양단에 형성된 경사각에 대응하는 경사각을 가지며 형성될 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 상부 클래드(143), 하부 클래드(141) 및 코어(142)의 형성 방법에 따라, 상부 클래드(143)의 측면만이 상기 수용 홈(130) 내에 노출될 수 있으며, 이에 따라 상기 상부 클래드(143)의 측면만이 상기 수용 홈(130)의 양단에 형성된 경사각에 대응하는 경사각을 가질 수 있다.
즉, 도 21에 도시된 바와 같이 하부 클래드(141) 위에 상기 하부 클래드(141)의 상면을 노출하는 코어(142)를 형성하고, 그에 따라 상기 하부 클래드(141)의 측면 및 상면, 그리고 상기 코어(142)의 측면 및 상면을 감싸면서 상기 수용 홈(130) 내부를 매립하는 상부 클래드(143)를 형성할 수 있다.
또 다른 실시 예로, 상기 상부 클래드(143), 하부 클래드(141) 및 코어(142)의 형성 방법에 따라, 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)의 측면만이 상기 수용 홈(130) 내에 노출될 수 있으며, 이에 따라 상기 상부 클래드(143) 및 하부 클래드(141)의 측면이 상기 수용 홈(130)의 양단에 형성된 경사각에 대응하는 경사각을 가질 수 있다.
즉, 도 22에 도시된 바와 같이 하부 클래드(141) 위에 상기 하부 클래드(141)의 상면을 노출하는 코어(142)를 형성하고, 그에 따라 상기 하부 클래드(141)의 상면, 그리고 상기 코어(142)의 측면 및 상면을 감싸면서 상기 수용 홈(130) 내부를 매립하는 상부 클래드(143)를 형성할 수 있다.
도 21 및 22에 따르면, 상기 코어(142)의 측면을 상부 클래드(143)와 하부 클래드(141)가 감싸도록 함으로써, 상기 코어(142)의 노출면을 줄여 외부 요인으로부터 상기 코어(142)를 보호할 수 있도록 한다.
이후, 도 23, 24 및 25에 도시된 바와 같이 상기와 같이 광 도파로(140)가 형성된 절연층(110)의 상면 및 하면에 상기 광 도파로(140)와 회로 패턴(125)을 매립하는 제 2 절연층(150)을 형성한다. 도 24는 도 23의 A-A` 방향의 단면도이고, 도 25는 도 23의 B-B` 방향의 단면도이다.
이에 앞서, 상기 제 1 미러(132)의 상부 위치에 광 송신기(도시하지 않음)를 형성되고, 제 2 미러(134)의 상부 위치에 광 수신기(도시하지 않음)가 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 제 1 미러(132)의 상부에 위치한 회로 패턴(125)에 상기 광 송신기를 형성하고, 제 2 미러(135)의 상부에 위치한 회로 패턴(125)에 상기 광 수신기를 형성한다.
광 송신기는 광신호를 생성하여 출력하는 것으로, 드라이버 집적회로(도시하지 않음) 및 발광 소자(도시하지 않음)를 포함한다. 상기 발광 소자는 상기 드라이버 집적회로에 의해 구동되어 상기 제 1 미러(132)가 형성된 방향으로 광을 발생한다.
이때, 상기 발광 소자는 광 시그널을 조사하는 광원 소자인 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)를 포함할 수 있다. 상기 VCSEL은 레이저 빔을 수직으로 조사하는 방식으로 광원 시그널을 전송하거나 증폭시키는 광원 소자이다.
상기 광 수신기는 리시버 집적회로(도시하지 않음) 및 수광 소자(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 수광 소자는 상기 광 송신기로부터 발생된 광을 수신하는 것으로, 상기 리시버 집적 회로에 의해 구동된다. 상기 수광 소자는 광 시그널을 검출하는 소자인 PD(Photo detector)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공을 통해 경사각을 갖는 수용 홈을 형성함으로써, 광 도파로의 두께의 의한 단차 발생을 없애 인쇄회로기판의 적층 공정을 용이하게 할 수 있고, 광 도파로의 매립시 미러와 광 도파로를 정확히 정렬시킴으로써 광 손실 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 광 도파로의 매립을 통한 구리 회로 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 광 인쇄회로기판
110, 150: 절연층
125: 회로 패턴
130: 수용 홈
132, 135: 미러
140: 광 도파로

Claims (19)

  1. 적어도 일단이 경사각을 가지는 적어도 하나의 수용 홈이 형성된 제 1 절연층;
    상기 제 1 절연층의 수용 홈 내에 형성된 광 도파로; 및
    상기 제 1 절연층 위에 형성되며, 상기 수용 홈 내에 형성된 광 도파로를 매립하는 제 2 절연층을 포함하는 광 인쇄회로기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 도파로는,
    하부 클래드, 코어 및 상부 클래드가 순차적으로 적층된 광 인쇄회로기판.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 클래드는,
    상기 하부 클래드의 상면 및 상기 코어의 측면 중 적어도 어느 하나의 면을 감싸는 광 인쇄회로기판.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 클래드의 측면은 상기 경사각을 가지는 수용 홈 측면에 노출되는 광 인쇄회로기판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수용 홈은 하면, 상기 하면의 일단으로부터 일정 경사각을 가지며 상측으로 연장 형성된 좌측면 및 상기 하면의 타단으로부터 일정 경사각을 가지며 상측으로 연장 형성된 우측면을 포함하며,
    상기 하면과 좌측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 하면과 우측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수용 홈의 좌측면에 형성되고, 상기 하면과 좌측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 1 미러와,
    상기 수용 홈의 우측면에 형성되고, 상기 하면과 우측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 2 미러를 포함하는 광 인쇄회로기판.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 미러는 외부에서 입사된 광을 입사 방향에 대해 수직 방향으로 반사시키고,
    상기 제 2 미러는 상기 제 1 미러에서 반사된 광을 입사 방향에 대해 수직한 방향으로 반사시키는 광 인쇄회로기판.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 절연층의 적어도 일면에는 회로패턴이 형성되는 광 인쇄회로기판.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 미러의 상부에 형성된 회로패턴에는 광 송신기가 전기적으로 연결되고,
    상기 제 2 미러의 상부에 형성된 회로패턴에는 광 수신기가 전기적으로 연결되는 광 인쇄회로기판.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광 송신기 및 광 수신기는 상기 제 2 절연층 내에 매립되는 광 인쇄회로기판.
  11. 적어도 일면에 회로패턴이 형성된 절연 기판을 준비하는 단계;
    상기 절연 기판의 가공하여, 적어도 일단이 경사각을 가지는 수용 홈을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 수용 홈 내에 광 도파로를 형성하는 단계를 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 수용 홈을 형성하는 단계는,
    상기 절연 기판이 상면을 레이저 트렌치 가공 또는 정밀 절삭 가공하여 수용 홈을 형성하는 단계를 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 수용 홈은 하면, 상기 하면의 일단으로부터 연장된 좌측면 및 상기 하면의 일단으로부터 연장된 우측면을 포함하며,
    상기 하면과 좌측면 사이의 내각 또는 상기 하면과 우측면 사이의 내각은 45° 및 135° 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 수용 홈의 좌측면 및 우측면 중 적어도 한 면에 미러를 형성하는 단계를 더 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 미러를 형성하는 단계는,
    상기 수용 홈의 좌측면에 금속 물질을 코팅하여 상기 수용홈의 하면과 좌측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 1 금속층을 형성하는 단계와,
    상기 수용 홈의 우측면에 금속 물질을 코팅하여 상기 수용홈의 하면과 우측면 사이의 내각에 대응하는 경사각을 가진 제 2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 광 도파로를 형성하는 단계는,
    상기 수용 홈의 하면에 하부 클래드를 형성하는 단계와,
    상기 하부 클래드 위에 코어를 형성하는 단계와,
    상기 코어 위에 상부 클래드를 형성하는 단계를 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 광 도파로를 형성하는 단계는,
    상기 수용 홈의 하면에 하부 클래드를 형성하는 단계와,
    상기 하부 클래드 위에 상기 하부 클래드의 일부 상면을 노출하는 코어를 형성하는 단계와,
    상기 코어 위에 상기 노출된 하부 클래드의 상면과, 상기 코어의 상면 및 측면을 덮는 상부 클래드를 형성하는 단계를 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 금속층의 상부에 형성된 회로 패턴에 광 송신기를 형성하고, 상기 제 2 금속층의 상부에 형성된 회로 패턴에 광 수신기를 형성하는 단계를 더 포함하는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 절연 기판 위에 상기 광 도파로, 광 송신기 및 광 수신기를 매립하는 절연층을 형성하는 단계가 더 포함되는 광 인쇄회로기판의 제조 방법.
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