KR20150017187A - 보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법 - Google Patents

보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20150017187A
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Abstract

발명은 외부 노출에 의한 오염을 막고, 패키징화하는 경우 광도파로에 스크래치가 발생하는 것을 방지하며, 확산 레이저 빔 품질을 향상시킬 수 있는 보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법에 대한 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 파장 변환칩은 하부 더미 블록; 상기 하부 더미 블록의 상부에 형성되며, 투과되는 레이저의 주파수를 변환시키며, 상기 레이저에 대한 가이드 역할을 하는 광도파로부를 구비하는 파장 변환부; 및 상기 파장 변환부의 상부에 형성되며, 상기 광도파로부를 이격하여 감싸도록 형성되는 상부 보호 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법{WAVELENGTH CONVERTING CHIP HAVING PROTECTIVE COVER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 본 발명은 외부 노출에 의한 오염을 막고, 패키징화하는 경우 광도파로에 스크래치가 발생하는 것을 방지하며, 확산 레이저 빔 품질을 향상시킬 수 있는 보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
분극반전된 비선형 광학 소자를 이용한 레이저 광원 기술은 다양한 방법으로 다양한 분야를 위해서 개발되고 있다. 도파로 타입의 비선형 광학 소자는 빠른 변조 속도 및 높은 파장변환 효율로 인하여 소형의 레이저 모듈 개발에 사용되고 있다. 비선형 광학 소자를 이용할 경우 파장변환 광학 소자의 온도를 제어하여 파장변환 효율을 제어한다. 기존의 레이저 다이오드(Laser Diode) 패키지들은 패키지 안에서 레이저 다이오드와 광섬유 혹은 렌즈와의 커플링 구조만 생각을 하면 되었다. 하지만, 파장변환 소자를 이용하여 소형의 레이저 광원을 만들기 위해서는 한 패키지 안에 두 개의 온도제어 소자와 두 번의 커플링에 대하여 고려하여야 한다.
언덕형 도파로 구조를 가진 파장 변환칩은 상부가 완전히 노출되어 레이저 모듈 제작 또는 마운트에 고정할 때 외부에 바로 노출되는 취약한 단점을 가지고 있다. 광 패키지에 주로 사용되고 있는 다이 본딩 및 에폭시 본딩할 때, 물리적인 압력에 노출되어 결점, 스크래치 및 다양한 오염으로 인해 광 손실이 발생되는 단점을 가지고 있다. 이로 인하여 생산성이 현저히 떨어지면 칩 평가할 때에도 취급 주의가 필요하기 때문에 시간이 많이 소비되어 최종 제품의 단가가 높아지는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2012-0014833호는 "파장 변환 소자 패키지"에 관한 기술을 개시한다.
본 발명의 목적은 파장 변환칩의 상부에 보호 커버를 적용함으로써, 외부 노출에 의한 광도파로의 오염을 막는 것이다. 더불어, 본 발명은 패키징화하는 경우 광도파로에 스크래치가 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 슬랩부에서 발생하는 광의 유출을 막아 최종 레이저 빔 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장 변환칩은 하부 더미 블록; 상기 하부 더미 블록의 상부에 형성되며, 투과되는 레이저의 주파수를 변환시키며, 상기 레이저에 대한 가이드 역할을 하는 광도파로부를 구비하는 파장 변환부; 및 상기 파장 변환부의 상부에 형성되며, 상기 광도파로부를 이격하여 감싸도록 형성되는 상부 보호 커버를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부의 사이에, 상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부를 접합하기 위한 에폭시층이 더 형성될 수 있다.
이 때, 상기 상부 보호 커버의 하부면에 금속층이 더 형성될 수 있다.
이 때, 상기 파장 변환부는, 상기 하부 더미 블록의 상부에서 상기 광도파로부에서 연장되어 형성되며 상기 광도파로부보다 수직 높이가 낮게 형성되는 슬랩부를 더 포함하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 상부 보호 커버와 상기 슬랩부의 사이에 금속층이 더 형성될 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록의 열팽창계수와 상기 파장 변환부의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내일 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부를 감싸도록 형성되는 접합부를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 접합부는 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록은 기판의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장 변환칩의 제조방법은 하부 더미 블록을 준비하는 단계; 상기 하부 더미 블록의 상부에 투과되는 레이저의 주파수를 변환시키며, 상기 레이저에 대한 가이드 역할을 하는 광도파로부를 포함하는 파장 변환부를 형성하는 단계; 및 상기 파장 변환부의 상부에, 상기 광도파로부를 이격하여 감싸도록 형성되는 상부 보호 커버를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 상부 보호 커버를 형성하는 단계 이전에, 상기 파장 변환부와 접하는 상기 상부 보호 커버의 하부에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 파장 변환부를 형성하는 단계 이전에, 상기 하부 더미 블록의 상부에 에폭시층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 에폭시층에 의하여 상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부가 접합할 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록의 열팽창계수와 상기 파장 변환부의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내일 수 있다.
이 때, 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부를 감싸도록 형성되는 접합부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 접합부는 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 파장 변환칩의 상부에 보호 커버를 적용함으로써, 외부 노출에 의한 광도파로의 오염을 막을 수 있다. 더불어, 본 발명은 패키징화하는 경우 광도파로에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 슬랩부의 상부에 금속층을 형성하여, 슬랩부에서 발생하는 광의 유출을 막아 최종 레이저 빔 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩의 정면도이다.
도 3은 도 2의 A에 대한 확대도이다.
도 4는 도 2의 B에 대한 확대도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩에 적용되는 상부 보호 커버의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상부 보호 커버의 다른 실시예이다.
도 8은 상부 보호 커버의 또 다른 실시예이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환칩의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 보호 커버를 갖는 파장 변환칩에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩의 정면도이다. 도 3은 도 2의 A에 대한 확대도이다. 도 4는 도 2의 B에 대한 확대도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩에 적용되는 상부 보호 커버의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 상부 보호 커버의 다른 실시예이다. 도 8은 상부 보호 커버의 또 다른 실시예이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩(100)은 하부 더미 블록(110), 파장 변환부(130), 및 상부 보호 커버(140)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환칩(100)은 에폭시층(120) 및 금속층(150)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
하부 더미 블록(110)은 기판의 형상으로 형성될 수 있다. 이러한, 하부 더미 블록(110)은 후술하는 수 um의 광도파로부(131)를 제작하기 위한 지지 기판이다. 즉, 하부 더미 블록(110)은 파장 변환부(130)를 단단하게 고정하는 기능을 한다. 그리고, 하부 더미 블록(110)의 열팽창계수는 광도파로부(131)를 포함하는 파장 변환부(130)의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내일 수 있다.
에폭시층(120)은 하부 더미 블록(110)의 상부에 형성된다. 이러한, 에폭시층(120)은 하부 더미 블록(110)과 파장 변환부(130)의 사이에, 하부 더미 블록(110)과 파장 변환부(130)를 접합한다. 또한, 에폭시층(120)을 통하여 하부 더미 블록(110)과 파장 변환부(130)의 접촉을 방지한다.
파장 변환부(130)는 광도파로부(131, Optical waveguide)와 슬랩부(132)를 포함하여 구성된다. 광도파로부(131)는 하부 더미 블록(110) 및 에폭시층(120)의 상부에 형성되며, 투과되는 레이저의 주파수를 변환 시키며, 레이저에 대한 가이드 역할을 수행한다. 슬랩부(132)는 하부 더미 블록(110) 및 에폭시층(120)의 상부에 형성되며, 광도파로부(131)에서 측부로 연장되어 형성된다. 이러한, 슬랩부(132)는 광도파로부(131) 제작시 전체적인 에칭시 남아있는 영역일 수 있다. 따라서, 슬랩부(132)는 광도파로부(131)보다 수직 높이가 낮게 형성된다.
상부 보호 커버(140)는 파장 변환부(130)의 상부에 광도파로부(131)를 이격하여 감싸도록 형성된다. 즉, 상부 보호 커버(140)의 하부에, 광도파로부(131)의 위치에 대응하여 중공부(140a)가 형성된다. 이러한, 상부 보호 커버(140)는 파장 변환칩(100)의 외부 물리적인 충격과 오염을 막고, 빛이 광도파로부(131)가 아닌 다른 영역으로 새어나가는 것을 흡수 및 방지한다.
금속층(150)은 상부 보호 커버(140)의 하부에 형성된다. 이러한, 금속층(150)은 상부 보호 커버(140)에 있어서, 중공부(140a)를 제외한 영역 즉, 슬랩부(132)와 접촉하는 부분에 형성될 수 있다. 금속층(150)을 통하여, 슬랩부(132)에서 발생하는 광의 유출을 막아 최종 레이저 빔 품질을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 금속층(150)은 고굴절률(2.2 이상) 산화막 또는 메탈(Ni, NiCr, Ti)로 구성된 층일 수 있으며, 높은 굴절률로 슬랩부(132)로부터의 광을 진행방향을 따라 지속적으로 감소시키는 기능을 수행한다.
상부 보호 커버(140) 및 금속층(150)의 제조 방법과 관련하여 도 5를 참조하면, 먼저 상부 보호 커버(140')의 일면을 세정하고, 세정된 상부 보호 커버(140')에 전자빔 증착 또는 스퍼터링 장비 등을 이용하여 고굴절 산화막 또는 금속층(150')을 증착한다. 그리고, 도 6과 같이, 건식 식각, 습식 식각 또는 기타 가공기술을 이용하여, 중공부(140a)를 형성한다.
건식 식각 방법은 반도체 설비인 ICP, RIE 그리고 Deep-RIE와 같은 장비를 사용하여 수십에서 수um으로 에칭하여 이루어진다. 습식 식각 방법은 기판이 실리콘 웨이퍼를 이용할 때 적용이 가능하며, 이등방 에칭방식을 이용하여 삼각형 모양의 커버를 제작할 때 사용될 수 있다. 가공 기술 방법에 의하면, 기판을 초정밀 다이싱 쏘(Dicing Saw)를 이용하여 폭으로 수십um ~ 수백um, 깊이는 수십um ~ 수mm까지 가공하여 보호 커버를 제작할 수 있다.
또한, 상부 보호 커버(140) 및 중공부(150)에는 사용 환경에 따라 다양한 형태의 중공부(140a)가 형성될 수 있다. 도 7을 참조하면, 상부 보호 커버(240) 및 금속층(250)에 형성되는 다른 형태의 중공부(240a)가 도시되어 있으며, 이의 중공부(240a)는 광도파로부의 선폭이 작고 칩 단면적이 작은 제품에 적용될 수 있다. 도 8을 참조하면, 상부 보호 커버(340) 및 금속층(350)에 형성되는 다른 형태의 중공부(340a)가 도시되어 있으며, 이의 중공부(340a)는 광도파로부의 선폭이 작고 칩 단면적이 작은 제품에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩의 사시도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩의 정면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩(200)은 도 1 내지 도 4에 따른 파장 변환칩(100)과 접합부(160)를 더 포함하여 형성된다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩(200)은 접합부(160)를 중심으로 설명한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩(200)의 구성 중 도 1 내지 도 4에 따른 파장 변환칩(100)과 동일 또는 유사한 부분에 대하여는 동일한 도면 부호를 사용하며, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환칩(200)은 하부 더미 블록(110), 에폭시층(120), 파장 변환부(130), 상부 보호 커버(140), 금속층(150), 및 접합부(160)를 포함하여 구성된다.
접합부(160)는 하부 더미 블록(110), 파장 변환부(130), 및 상부 보호 커버(140)가 접하는 측면부를 감싸도록 형성된다. 이러한, 접합부(160)는 하부 더미 블록(110), 파장 변환부(130), 및 상부 보호 커버(140)가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성될 수 있다. 접합부(160)의 형성 시 정량 토출기가 사용될 수 있으며, 토출된 후 자외선 조사기를 이용하여 경화될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환칩의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환칩의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환칩의 제조방법은 먼저, 도 5 및 도 6과 함께 설명한 바와 같이 상부 보호 커버를 형성한다(S110). 이 때, 상부 보호 커버의 일 면에는 중공부가 형성될 수 있으며, 중공부가 형성된 영역 이외의 영역에는 금속층이 더 형성될 수 있다.
파장 변환부 및 하부 더미 블록이 결합되어 형성된 서브 파장 변환칩을 상부 보호 커버와 결합한다(S120). 이 때, 파장 변환부는 광도파로부 및 슬랩부를 포함하여 형성된다. 그리고, 파장 변환부와 하부 더미 블록의 사이에는 에폭시층이 더 형성될 수 있다. 에폭시층은 파장 변환부와 하부 더미 블록을 접합하는 역할을 수행한다. 이 때, 하부 더미 블록의 열팽창계수와 파장 변환부의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내에서 형성된다.
그리고, 접합부를 통하여 하부 더미 블록, 파장 변환부 및 상부 보호 커버가 접하는 측면부를 접합한다(S130). 이 때, 접합부는 하부 더미 블록, 상장 변환부 및 상부 보호 커버가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 보호 커버를 갖는 파장 변환칩 및 이의 제조방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 파장 변환칩
110; 하부 더미 블록
120; 에폭시층
130; 파장 변환부
131; 광도파로부
132; 슬랩부
140; 상부 보호 커버
140a; 중공부
150; 금속층
160; 접합부

Claims (15)

  1. 하부 더미 블록;
    상기 하부 더미 블록의 상부에 형성되며, 투과되는 레이저의 주파수를 변환시키며, 상기 레이저에 대한 가이드 역할을 하는 광도파로부를 구비하는 파장 변환부; 및
    상기 파장 변환부의 상부에 형성되며, 상기 광도파로부를 이격하여 감싸도록 형성되는 상부 보호 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부의 사이에, 상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부를 접합하기 위한 에폭시층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 보호 커버의 하부면에 금속층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장 변환부는,
    상기 하부 더미 블록의 상부에서 상기 광도파로부에서 연장되어 형성되며 상기 광도파로부보다 수직 높이가 낮게 형성되는 슬랩부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부 보호 커버와 상기 슬랩부의 사이에 금속층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 더미 블록의 열팽창계수와 상기 파장 변환부의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내인 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부를 감싸도록 형성되는 접합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 접합부는 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성된 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 더미 블록은 기판의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩.
  10. 하부 더미 블록을 준비하는 단계;
    상기 하부 더미 블록의 상부에 투과되는 레이저의 주파수를 변환시키며, 상기 레이저에 대한 가이드 역할을 하는 광도파로부를 포함하는 파장 변환부를 형성하는 단계; 및
    상기 파장 변환부의 상부에, 상기 광도파로부를 이격하여 감싸도록 형성되는 상부 보호 커버를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상부 보호 커버를 형성하는 단계 이전에,
    상기 파장 변환부와 접하는 상기 상부 보호 커버의 하부에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 파장 변환부를 형성하는 단계 이전에,
    상기 하부 더미 블록의 상부에 에폭시층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 에폭시층에 의하여 상기 하부 더미 블록과 상기 파장 변환부가 접합하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 하부 더미 블록의 열팽창계수와 상기 파장 변환부의 열팽창계수의 유사도는 기 설정된 수치 이내인 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부를 감싸도록 형성되는 접합부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 접합부는 상기 하부 더미 블록, 상기 파장 변환부 및 상기 상부 보호 커버가 접하는 측면부에 자외선 에폭시 또는 열가소성 에폭시를 토출하여 형성된 것을 특징으로 하는 파장 변환칩의 제조방법.

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