KR20140117913A

KR20140117913A - 광전 배선 모듈

Info

Publication number: KR20140117913A
Application number: KR1020130032851A
Authority: KR
Inventors: 이익균; 박건철; 이승훈; 김동희
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-08
Also published as: KR101477379B1

Abstract

본 발명은 광전 배선 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 복수의 정렬홀이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판에 실장되는 광전소자, 상기 정렬홀에 삽입되는 블록 돌기부가 형성되고, 광전송로가 삽입되는 삽입홀이 형성된 광 블록을 포함하고, 상기 광전송로는 상기 삽입홀을 통해 상기 광 블록을 통과하여 상기 광전소자와 정렬되는 것을 특징으로 한다.

Description

광전 배선 모듈{Optical Interconnection Module}

본 발명은 광전 배선 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 광전소자와 광전송로의 자동 정렬구조를 위한 광전 배선 모듈에 관한 것이다.

최근의 전자 기기(예: 스마트폰, 스마트TV, 컴퓨터, 태블릿PC, 디스플레이, 디지털 카메라, 캠코더, MP3, 게임기, 네비게이션 등)는 IT 기술 발전에 힘입어 고성능, 고속화, 집적화 및 소형화(박형화)가 진행되고 있다.

최근의 전자 기기 트렌드는 기기 내 보드 간에 고화질, 3D 영상 콘텐츠와 같은 대용량 데이터 고속 전송 기술을 요구하고 있으며, 이에 따라 신호 감쇄, 노이즈, EMI/EMC, Impedance Matching, Cross Talk, Skew, 연결배선 소형화 등이 큰 이슈로 부각되고 있다.

일반적으로, 기기 내 데이터 전송에 있어 구리 기반의 배선, 즉 전기 커넥터가 사용되고 있다.

그러나, 구리 배선은 대용량 데이터 고속 전송 니즈를 충족시키지 못할 뿐만 아니라, 앞서 언급한 최근의 전자 기기 트렌드에 부합한 각종 기술적 이슈를 해소하지 못하고 있다.

이를 해결하기 위한 기술로 최근에 광 배선 기술이 연구, 개발되고 있다. 즉, 광 배선은 수십 채널의 병렬 전기신호 라인을 직렬 광신호 라인으로 대체하여 대용량 데이터 고속 전송이 가능하며, 노이즈, EMI/EMC, Impedance Matching, Cross Talk, Skew, 연결배선 소형화 등의 기술적 문제를 해소할 수 있다.

도 1은 기기 내 보드 간 연결에 사용되는 종래기술의 광 케이블 모듈에 대한 일실시예 사시도이다.

도 1에 도시된 광 케이블 모듈은 일본 등록특허 제4631671호(이하, 종래기술이라 함)에 개시된 내용이며, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1의 광 케이블 모듈은 송신부(10a)와 수신부(10b)로 구성되며, 송신부는 기판(6a) 상의 VCSEL 칩(3a), 전극패드(5a), 본딩 와이어(7a), 액상수지(8a) 및 높이지지부재(4a)로 구성되고, 수신부는 기판(6b) 상의 PD칩(3b), 전극패드(5b), 본딩 와이어(7b), 액상수지(8b) 및 높이지지부재(4b)로 구성되고, 송신부와 수신부간의 연결 배선으로 광도파로(2)로 구성된다.

도 1의 광 케이블 모듈 동작을 살펴보면, 송신부와 연결된 메인보드의 전기신호(즉, 영상데이터)는 기판(6a) 상의 전극패드(5a)를 통한 Driver-IC(미도시)의 제어를 통해 VCSEL 칩(3a)에서 광신호로 변환되며, VCSEL 칩(3a)로부터 상부방향으로 수직 출사되어 광도파로(2)의 끝단의 45°미러면에 반사되어 광도파로(2)를 통해 수신부로 전송된다.

수신부에서는 광도파로(2)의 끝단의 45°미러면을 통해 광신호가 아랫방향으로 수직 반사되어 기판(6b) 상의 PD 칩(3b)에서 전기신호로 변환되어 수신부와 연결된 디스플레이보드로 입력된다.

종래기술에서는 VCSEL 칩과 광도파로 간에 45°미러면을 이용한 수직 정렬 구조와 높이지지부재를 사용하기 때문에 광 손실 문제, 광 결합 이격 거리 발생 문제, 저배화가 불리하여 소형화할 수 없는 문제점이 발생한다.

또한, 종래기술은 VCSEL 칩 보호를 위해 밀봉 액상수지를 사용하기 때문에 광도파로가 액상수지 팽창에 영향을 받아 광 포커싱이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다.

또한, 종래기술은 제조 공정에서 광도파로를 45°로 가공하기 위한 가공 공정이 필요하며 VCSEL 칩과 광도파로 간의 정렬을 수작업에 의해 미세하게 조정해야 하므로 양산 속도가 저하되는 문제점이 발생한다.

이에, 본 발명은 상기와 같음 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로 저가격, 소형화(높이/면적), 대량 생산성(제조 용이성, 공정 단순화)을 보장하면서, 광 결합 신뢰성 보장, 부품 장착 물리적 안정성 보장을 위한 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송을 위한 광전 배선 모듈을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명은 저비용, 고신뢰성의 제조 공정을 가지면서 기기 내 보드에 범용적으로 적용될 수 있는 상용화 가능한 광전 배선 모듈을 제공하고자 하며 특히, 광전소자와 광전송로의 자동 정렬구조를 갖는 광전 배선 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광전 배선 모듈은 복수의 정렬홀이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판에 안착되는 광전소자, 상기 정렬홀에 삽입되는 블록 돌기부가 형성되고, 광전송로가 삽입되는 삽입홀이 형성된 광 블록, 상기 삽입홀을 통해 상기 광 블록을 통과하여 상기 광전소자와 정렬되는 광 전송로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 기판은 양 측면에 각각 한 쌍의 제1 돌기부와, 상기 제1 돌기로 인한 제1 홈부가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 기판의 양 측면에는 상기 한 쌍의 제1 돌기부와 상기 제1 홈부를 따라 각각 “U"자 형의 전극패드가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 두 개의 “U”자 형의 전극패드 중 어느 하나의 전극패드는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광전소자는 상기 복수의 정렬홀 중앙에 위치한 상기 돌출부에 안착되고, 상기 전극패드에 와이어가 본딩되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 기판에 각각 형성된 제1 홈부에 의해 상기 광전 배선 모듈이 제2 기판에 조립되어 플러그를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 기판은 상기 두 개의 제1 홈부에 각각 체결되는 두 개의 제2 돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 돌기부에는 상기 제1 기판과의 전기적 연결을 위한 전극패드가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 기판은 리셉터클과의 전기적 연결을 위한 전기커넥터가 형성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 광전 배선 모듈이 체결된 플러그는 복수의 정렬홀이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판에 안착되는 광전소자, 상기 정렬홀에 삽입되는 블록 돌기부가 형성되고, 광전송로가 삽입되는 삽입홀이 형성된 광 블록, 상기 삽입홀을 통해 상기 광 블록을 통과하여 상기 광전소자와 정렬되는 광 전송로, 상기 광전소자, 광 블록, 및 광전송로가 연결된 상기 제1 기판이 조립되는 제2 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명은 광전 배선 모듈의 소자 및 부품을 별도의 가공 없이 그대로 사용할 수 있으며, 저비용, 고신뢰성으로 대량 생산이 용이하며, 이러한 소자 및 부품을 기판에 장착하는 공정이 용이하여 제조 속도 등의 양산성을 보장할 수 있다. 아울러, 광전송로의 미러면 가공 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광 블록을 이용하여 광전소자와 광전송로의 자동 정렬 구조를 구비하고 있기 때문에 광 정렬을 용이하게 할 수 있는 효과가 있고, 광 결합 이격거리를 최소화하여 광 정렬 신뢰성을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)의 식각하고, 인쇄회로 기판 위에 전기 부품 및 광 부품을 배치하는 구조를 가져 저배화 및 소형화가 가능한 효과가 있다.

도 1은 기기 내 보드 간 연결에 사용되는 종래기술의 광 케이블 모듈에 대한 일실시예 사시도
도 2는 본 발명에 따른 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도
도 3은 도 2의 광전 배선 모듈의 분해사시도
도 4는 본 발명에 따른 광전 배선 모듈이 체결된 플러그를 설명하기 위한 분해사시도
도 5는 도 4의 플러그를 설명하기 위한 사시도

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

종래기술에서 설명한 바와 같이, 광 케이블 모듈(이하, 광전 배선 모듈이라 함)은 송신부와 수신부를 구비한다. 예컨대, 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송의 광전 배선 모듈의 경우에 송신부는 CPU가 탑재된 메인보드에 장착되고, 수신부는 디스플레이보드에 장착된다. 그리고 송신부와 수신부 간에 광전송로가 구성되고, 광전송로를 통해 데이터의 전송이 이루어진다.

본 발명의 광전 배선 모듈의 송신부와 수신부는 도면에 도시된 형상, 구조와 동일하며 다만, 송신부에서는 발광제어소자, 발광소자 패키지(예; VCSEL 패키지)가 구비되고, 수신부에는 수광제어소자, 수광소자 패키지(예: PD(PhotoDiode) 패키지)가 구비된다.

즉, 발광제어소자는 제1 전기단자를 통해 입력된 전기신호를 신호처리하여 광신호로 변환하고, 수광제어소자는 광전송로로부터 입력된 광신호를 전기신호로 변환한다.

아울러, 광전송로는 광도파로, 광파이버(예:POF(Plastic Optical Fiber 등) 등으로 구현될 수 있으며, 광 전송 매개체로서 코어, 클래드를 구비하면 족하다.

도 2는 본 발명에 따른 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도이다. 도 3은 도 2의 광전 배선 모듈의 분해사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 광전 배선 모듈이 체결된 플러그를 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 5는 도 4의 플러그를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 광전 배선 모듈(100)은 소자(부품)의 장착 및 연결을 위한 전극패드(113)가 형성된 제1 기판(110), 광전소자(116), 플러그(150)에서 출사되거나 플러그(150)에 입사되는 광신호를 전송하는 광전송로(130), 광전소자(116)와 광전송로(130)를 자동정렬하기 위한 광 블록(120)을 포함하여 구성된다.

도 2에서와 같이, 본 발명의 광전 배선 모듈(100)은 제1 기판(110)에 전극패드(113)가 형성되고, 형성된 전극패드(113) 상부에 광전소자(116)가 안착되며, 안착된 광전소자(116)는 전극패드(113)에 와이어가 본딩된다. 본딩된 광전소자(116)를 포함시키도록 제1 기판(110)의 상부에는 광 블록(120)이 위치하고, 광 블록(120)에 형성된 삽입홀(121)에 광전송로(130)가 삽입된다.

보다 구체적으로, 도 3에서와 같이 제1 기판(110)은 "H"형태로 형성되어, 양 측면에 형성된 각각의 제1 돌기부(111)에 의해 양 측면에 각각 제1 홈부(112)가 형성된다. 제1 기판(110)의 상부에는 제1 돌기부(111)를 따라 두 개의 전극패드(113)가 형성되고, 전극패드(113)는 “U”자형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에서는 제1 기판(110)의 높이를 낮추기 위해 제1 기판(110)을 "H" 형태로 식각하여 소형화 및 저배화가 가능하고, PCB(Printed Circuit Board)상의 오프셋(offset)을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이때, 두 개의 전극패드(113) 중 어느 하나의 전극패드(113)는 광전소자(116)가 안착될 수 있도록 돌출부(115)가 형성된 것이 바람직하다. 아울러, 제1 기판(110)의 상부에는 각각의 제1 홈부(112)와 전극패드(113) 사이에 일렬로 복수개의 정렬홀(114)이 형성된다. 제1 기판(110)은 단면 PCB, 양면 PCB, 다층 PCB, 다층 PCB, FPC(Flexible Printed Circuit), IC(Integrated Circuit)기판, 인터포저 등 절연 특성을 갖는 기재로 이루어지면 족하고, 고밀도, 소형화 회로 구현이 용이한 다층 PCB인 것이 바람직하다.

제1 기판(110)의 상부에 형성된 전극패드(113) 중에서 돌출부(115)가 형성된 전극패드(113)의 상부 중에서도 돌출부(115)에는 광전소자(116)가 안착되고, 전극패드(113)에 와이어가 본딩된다. 이때, 광전소자(116)는 광전소자(116) 표면으로부터 광을 출사하거나 광전소자(116) 표면으로부터 광을 입사받는 부품이며, 예를 들어 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 공진 표면 발광 레이저 다이오드) 등과 같은 발광소자 칩 또는 PD 등과 같은 수광소자 칩일 수 있다. 즉, VCSEL인 경우의 광전소자(116)는 전극패드(113)를 통해 입력된 전기신호를 광신호로 변환하여 광전송로(130)로 출사한다.

이때, 광전소자(116)와 전극패드(113) 사이에 본딩되는 와이어는 제1 기판(110)과 광전소자(116) 간의 연결, 즉 전기신호 배선 기능을 수행하며, 금속성 도체 수지 등으로 구현될 수 있다.

제1 기판(110)의 상부에 위치하는 광 블록(120)은 하부에 복수개의 블록 돌기부(122)가 형성되는데, 이때, 블록 돌기부(122)는 제1 기판(110)에 형성된 정렬홀(114)에 삽입된다.

광 블록(120)에는 광전송로(130)가 삽입될 삽입홀(121)과, 광전송로(130)의 코어 끝단이 광전소자(116)에 닿는 것을 방지하기 위한 걸림턱(123)이 형성되어 있다. 삽입홀(121)은 광전송로(130)가 삽입되면 제1 기판(110)의 전극패드(113)에 위치한 광전소자(116)와 광전송로(130)를 자동적으로 정렬하는 역할을 수행한다.

광 블록(120)이 제1 기판(110)에 위치한 상태에서 광전송로(130)의 코어를 광 블록(120)의 삽입홀(121)을 통해 걸림턱(123)까지 삽입한다. 이때, 광 블록(120)의 걸림턱(123)에 의해 광전송로(130)의 코어 끝단이 제1 기판(110)에 위치한 광전소자(116)의 출사면(또는 입사면)에 거의 근접되는 위치(예: 수십 ㎛이내의 이격 거리)까지 장착된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 광전소자(116)와 광전송로(130)간 광 결합 구조를 갖는 광전 배선 모듈(100)은 광정렬을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다. 아울러, 광전 배선 모듈(100)의 소자 및 부품을 별도의 가공 없이 그대로 사용할 수 있으며, 저비용 및 고신뢰성으로 대량 생산이 용이하다. 또한, 소자 및 부품을 제1 기판(100)에 장착하는 공정이 용이하여 제조 속도 등의 양산성을 보장할 수 있으며, 광전송로(130)의 미러면 가공 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.

특히, 광 블록(120) 삽입홀(121) 주위 또는/ 및 내부와 광전송로(130) 끝단주위에 광 투과성 에폭시를 충진할 수 있다. 이는 서로 이격된 광전송로(130) 코어와 광전소자(116)의 출사면(또는 입사면)의 광 결합을 보상하고, 광전송로(130) 코어가 삽입홀(121)에 고정 부착되도록 할 수 있다. 이때, 광 투과성 에폭시는 광전송로(130)와 유사한 굴절률을 가지며, 광 투과성이 좋은 폴리머 계열의 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다. 일례로, 1.2~1.8의 굴절률을 가지고, 광전송로(130)의 파장 대역에서 80~95%의 광 투과율을 가지는 광 투과성 에폭시가 사용될 수 있다.

광 블록(120)은 투명사출 공법을 이용하여 플라스틱 사출물 등으로 제작될 수 있고, 광 포커싱, 즉 광전소자(116)의 광이 광전송로(130)의 코어에 정확하게 출사되도록 하기 위해 광 블록(120)의 내부에 렌즈 기능의 구조물 형상을 삽입하거나 렌즈를 삽입할 수도 있다. 위와 같이 광 블록(120) 내부에 광전송로(130)가 삽입되는 구조이므로 광전송로(130)가 물리적으로 고정되지 않는 문제점을 해결하여 광정렬 신뢰성을 보장할 수 있다. 이와 같이, 제1 기판(110)의 상부에 광 블록(120)을 위치시킨 후, 광 블록(120)에 형성된 삽입홀(121)에 광전송로(130)를 삽입하여 광전 배선 모듈(100)을 생성한다.

도 4에서와 같이, 제1 기판(110), 광전소자(116), 광 모듈(120), 광전송로(130)의 결합으로 형성된 광전 배선 모듈(100)은 도 4에서와 같이 제1 기판(110)이 결합될 수 있는 형태로 식각된 제2 기판(140)에 결합된다. 보다 구체적으로, 제2 기판(140)은 두 개의 제2 돌기부(141)와 제2 돌기부(141)로 인해 형성된 제2 홈부(142)를 포함한다. 제2 돌기부(141)는 제1 기판(110)의 제1 홈부(112)에 끼워져 제1 기판(110)과 제2 기판(140)이 도 5와 같이 결합되어 플러그(150)를 형성한다. 도시되지는 않았지만, 제2 돌기부(141)에는 광전 배선 모듈(100)과의 전기적 연결을 위한 전극패드가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도시되지는 않았으나, 제1 기판(110)과 결합된 제2 기판(120)은 주지의 전기 커넥터 기능을 수행하는 플러그(150)의 형상을 갖고, 이를 위해 제2 기판(140)은 B2B(Board to Board) 커넥터가 구비되는 것이 바람직하다.

아울러, 제2 기판(140)에는 Driver-IC가 구비될 수 있다. 이때, Driver-IC는 제2 기판(140)에 실장되는 형태일 수 있고, 납땜 등의 공정을 통해 제2 기판(140)에 접착되는 형태일 수 있다.

지금까지 실시예를 통하여 본 발명에 따른 광전 배선 모듈에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 상기에 기재된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 광전 배선 모듈 110: 제1 기판
111: 제1 돌기부 112: 제1 홈부
113: 전극패드 114: 정렬홀
115: 돌출부 116: 광전소자
120: 광 블록 121: 삽입홀
122: 블록 돌기부 123: 걸림턱
130: 광전송로 140: 제2 기판
141: 제2 돌기부 142: 제2 홈부
150: 플러그

Claims

복수의 정렬홀이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판에 안착되는 광전소자;
상기 정렬홀에 삽입되는 블록 돌기부가 형성되고, 광전송로가 삽입되는 삽입홀이 형성된 광 블록;
상기 삽입홀을 통해 상기 광 블록을 통과하여 상기 광전소자와 정렬되는 광 전송로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 기판은
양 측면에 각각 한 쌍의 제1 돌기부와, 상기 제1 돌기부 인한 제1 홈부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 기판의 양 측면에는
상기 한 쌍의 제1 돌기부와 상기 제1 홈부를 따라 각각 “U"자 형의 전극패드가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제3항에 있어서,
상기 두 개의 “U”자 형의 전극패드 중 어느 하나의 전극패드는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제4항에 있어서,
상기 광전소자는
상기 복수의 정렬홀 중앙에 위치한 상기 돌출부에 안착되고, 상기 전극패드에 와이어가 본딩되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 기판에 각각 형성된 제1 홈부에 의해 상기 광전 배선 모듈이 제2 기판에 조립되어 플러그를 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제6항에 있어서,
상기 제2 기판은
상기 두 개의 제1 홈부에 각각 체결되는 두 개의 제2 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제7항에 있어서,
상기 제2 돌기부에는 상기 제1 기판과의 전기적 연결을 위한 전극패드가 형성된 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제6항에 있어서,
상기 제2 기판은
리셉터클과의 전기적 연결을 위한 전기커넥터가 형성된 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
복수의 정렬홀이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판에 안착되는 광전소자;
상기 정렬홀에 삽입되는 블록 돌기부가 형성되고, 광전송로가 삽입되는 삽입홀이 형성된 광 블록;
상기 삽입홀을 통해 상기 광 블록을 통과하여 상기 광전소자와 정렬되는 광 전송로;
상기 광전소자, 광 블록, 및 광전송로가 연결된 상기 제1 기판이 조립되는 제2 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈이 체결된 플러그.