KR20170129236A - Optical bench subassembly with integrated optical device - Google Patents
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Abstract
통합된 광 장치를 포함하는 광학적 벤치 하위조립체. 광 장치와 광학적 벤치의 광학적 정렬은, 광전자 패키지 조립체로의 부착 전에, 광전자 패키지 조립체의 외부에서 실시될 수 있다. 광 장치는 광학적 벤치의 기부에 부착되고, 광 장치의 광학적 입/출력은 광학적 벤치의 광학적 입/출력과 광학적으로 정렬된다. 광학적 벤치는 구조화된 반사 표면에 대해서 정밀한 관계로 광섬유의 어레이를 지지한다. 광 장치는 광학적 벤치에 부착될 하위장착부 상에 장착된다. 광 장치는 능동적 또는 피동적으로 광학적 벤치와 정렬될 수 있다. 광학적 정렬을 달성한 후에, 광 장치의 하위장착부는 광학적 벤치의 기부에 고정적으로 부착된다. 광학적 벤치 하위조립체는, 밀폐식 광전자 패키지에 밀폐식으로 부착되도록, 밀폐식 피드스루로서 밀폐식으로 밀봉되도록 구조화될 수 있다.An optical bench subassembly comprising an integrated optical device. The optical alignment of the optical device with the optical bench can be performed outside the optoelectronic package assembly, prior to attachment to the optoelectronic package assembly. The optical device is attached to the base of the optical bench and the optical input / output of the optical device is optically aligned with the optical input / output of the optical bench. The optical bench supports the array of optical fibers in a precise relationship to the structured reflective surface. The optical device is mounted on a sub-mount to be attached to the optical bench. The optical device can be actively or passively aligned with the optical bench. After achieving optical alignment, the sub-mounts of the optical device are fixedly attached to the base of the optical bench. The optical bench subassembly may be structured to be hermetically sealed as an enclosed feedthrough, such that it is hermetically attached to the enclosed optoelectronic package.
Description
우선권preference
본원은:The present invention relates to:
(1) 2015년 3월 22에 출원된 미국 가특허출원 제62/136,601호의 우선권을 주장하고; 그리고(1) U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 136,601, filed March 22, 2015; And
(2) 2013년 4월 11일에 출원된 미국 특허출원 제13/861,273호의 부분-계속이며, 그러한 미국 특허출원 제13/861,273호는:(2) part-continuation of U.S. Patent Application No. 13 / 861,273, filed on April 11, 2013,
(a) 2012년 4월 11에 출원된 미국 가특허출원 제61/623,027호의 우선권을 주장하고, (a) U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 623,027 filed on April 11, 2012,
(b) 2012년 9월 10에 출원된 미국 가특허출원 제61/699,125호의 우선권을 주장하고, 그리고 (b) U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 699,125 filed on September 10, 2012, and
(c) 2012년 3월 5일에 출원된 미국 가특허출원 제61/606,885호의 우선권을 주장하는, 2013년 3월 5일에 출원된 미국 특허출원 제13/786,448호의 일부-계속 출원이며; (c) U.S. Patent Application No. 13 / 786,448, filed on March 5, 2013, which claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 606,885, filed March 5, 2012;
(3) 2015년 5월 15일에 출원된 미국 특허출원 제14/714,211호의 일부-계속 출원이며, 그러한 미국 특허출원 제14/714,211호는: (3) a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 714,211, filed on May 15, 2015,
(a) 2014년 5월 15에 출원된 미국 가특허출원 제61/994,094호의 우선권을 주장하고, (a) U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 994,094 filed on May 15, 2014,
(b) 2015년 4월 23일에 출원된 미국 특허출원 제14/695,008호의 일부-계속 출원이다. (b) a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 695,008 filed on April 23, 2015.
이러한 출원은 그 전체가 본원에서 기술된 것과 같이 참조로 전부 포함된다. 후술되는 모든 공보는 그 전체가 본원에서 기술된 것과 같이 참조로 전부 포함된다.Such applications are entirely incorporated by reference as if fully set forth herein. All publications mentioned below are incorporated by reference in their entirety as if fully set forth herein.
본 발명은 광학적 벤치 하위조립체, 특히 광학적 벤치를 기초로 하는 광섬유 하위조립체, 그리고 보다 특히 광학적 벤치를 기초로 하는 밀폐식 광섬유 피드스루 하위조립체(feedthrough subassembly)에 관한 것이다.The present invention relates to optical bench subassemblies, in particular optical fiber subassemblies based on optical bench, and more particularly to an enclosed optical fiber feedthrough subassembly based on optical bench.
광섬유 도파관을 통해서 광 신호를 전송하는 것은 많은 장점을 가지며, 그 이용은 다양하다. 단일 또는 복수의 섬유 도파관이 단순히 가시적인 광을 원격 위치로 전송하기 위해서 이용될 수 있다. 복잡한 전화 통신 및 데이터 통신 시스템이 복수의 특정 광학적 신호를 전송할 수 있다. 데이터 통신 시스템은, 광 신호와 전기 신호 사이에서 변환하는, 광을 공급, 검출 및/또는 제어하는 광학적 구성요소 및 전자적 구성요소를 포함하는 광전자 장치 또는 광 장치를 포함하는, 단부-대-단부 관계로 섬유들을 결합시키는 장치를 포함한다.Transmitting optical signals through a fiber-optic waveguide has many advantages, and its utilization varies. Single or multiple fiber waveguides may be used to simply transmit visible light to a remote location. Complex telephony and data communication systems can transmit a plurality of specific optical signals. A data communication system includes an end-to-end relationship, including an optoelectronic device or an optical device, including optical components and electronic components that supply, detect, and / or control light, converting between optical signals and electrical signals Lt; RTI ID = 0.0 > fibers. ≪ / RTI >
예를 들어, 송수신기(Xcvr)는, 관련 기술 분야에서 패키지로 공지된, 모듈 하우징 내의 회로망과 조합되는 송신기(Tx) 및 수신기(Rx) 모두를 포함하는 광전자 모듈이다. 패키지가 밀폐식으로 밀봉되어 그 내용물을 분위기로부터 보호할 수 있다. 송신기는 광원(예를 들어, VCSEL 또는 DFB 레이저)을 포함하고, 수신기는 광 센서(예를 들어, 광다이오드(PD))를 포함한다. 이제까지, (예를 들어, 레이저 구동기, 트랜스-임피던스 증폭기(TIA), 등을 포함하는) 송수신기의 회로망이 인쇄회로기판 상으로 납땜된다. 그러한 송수신기는 일반적으로, (밀폐식 또는 비-밀폐식) 패키지의 하단부 또는 바닥을 형성하는 기재를 가지며, 이어서 레이저 및 광다이오드와 같은 광전자 장치가 기재 상으로 납땜된다. 광섬유는 패키지의 외부에 연결되거나 밀폐식 피드스루를 이용하여 패키지의 벽을 통해서 공급된다(본원의 양수인/출원인에게 포괄 양도되고, 전체가 본원에서 기술된 것과 같이, 전체가 포함되는, US20130294732A1 참조).For example, the transceiver Xcvr is an optoelectronic module including both a transmitter Tx and a receiver Rx combined with a network within the module housing, known in the prior art as a package. The package can be hermetically sealed to protect its contents from the atmosphere. The transmitter includes a light source (e.g., a VCSEL or a DFB laser), and the receiver includes an optical sensor (e.g., a photodiode PD). Until now, the circuitry of the transceiver (including, for example, a laser driver, a trans-impedance amplifier (TIA), etc.) is soldered onto a printed circuit board. Such a transceiver generally has a substrate forming the bottom or bottom of the package (enclosed or non-enclosed), and then an optoelectronic device such as a laser and a photodiode is soldered onto the substrate. The optical fiber is connected to the outside of the package or is supplied through the wall of the package using a sealed feedthrough (see US20130294732A1, which is incorporated herein by reference in its entirety, as incorporated herein by reference) .
광섬유의 단부는 하우징 내에서 유지되는 광전자 장치에 광학적으로 결합된다. 피드스루 요소는 벽 개구부를 통해서 광섬유의 일부를 지지한다. 다양한 적용예의 경우에, 구성요소를 부식성 매체, 수분, 및 기타로부터 보호하기 위해서, 광전자 장치를 광전자 모듈의 하우징 내에서 밀폐식으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 광전자 모듈의 패키지가 전체적으로 밀폐식으로 밀봉되어야 하기 때문에, 광전자 모듈 하우징 내의 전자-광학적 구성요소가 환경으로부터 신뢰 가능하게 그리고 계속적으로 보호되도록, 피드스루 요소는 밀폐식으로 밀봉되어야 한다.The end of the optical fiber is optically coupled to an optoelectronic device held in the housing. The feedthrough element supports a portion of the optical fiber through the wall opening. In various applications, it is desirable to hermetically seal the optoelectronic device within the housing of the optoelectronic module, in order to protect the component from corrosive media, moisture, and the like. Since the package of the optoelectronic module must be hermetically sealed as a whole, the feedthrough element must be hermetically sealed so that the electro-optic components in the optoelectronic module housing are reliably and continuously protected from the environment.
적절한 동작을 위해서, 인쇄회로기판 상에서 지지되는 광전자 장치는 광을 외부 광섬유에 효과적으로 결합시킬 필요가 있다. 일부 광전자 장치는, 광섬유와 장치 사이에서 엄격한 정렬 공차, 전형적으로 1 마이크로미터 미만의 공차를 요구하는 단일-모드 광학적 연결을 필요로 한다. 이는, 섬유와 광전자 장치 사이에서 전달되는 광의 양이 최대화될 때까지 광섬유(들)의 위치 및 배향이 기계류에 의해서 조정되는 능동적인 광학적 정렬 접근 방식을 이용하여, 복수의 광섬유를 복수의 광전자 장치에 광학적으로 정렬시킬 필요가 있는, 복수 섬유 적용예의 경우에 특히 어려운 문제이다.For proper operation, an optoelectronic device supported on a printed circuit board needs to effectively couple light to an external optical fiber. Some optoelectronic devices require a single-mode optical connection that requires stringent alignment tolerances, typically less than one micrometer, between the optical fiber and the device. This allows a plurality of optical fibers to be coupled to a plurality of optoelectronic devices using an active optical alignment approach in which the position and orientation of the optical fiber (s) are adjusted by the machine until the amount of light transmitted between the fiber and the optoelectronic device is maximized. This is a particularly difficult problem in the case of multiple fiber applications where optical alignment is required.
도 1a 및 도 1b는 밀폐식 복수-섬유 피드스루(502)를 가지는, 밀폐식으로 밀봉되는 광전자 패키지(500)를 도시하며, 여기에서 밀폐식 피드스루(502)는 패키지(500)의 바닥에 의해서 지지되는 하위장착부(submount)(506) 상에 장착되는 광 장치(504)와 능동적으로 정렬된다. 이러한 예에서, 피드스루(502)는 본원의 양수인/출원인에게 포괄 양도되고, 전체가 본원에서 기술된 것과 같이 전체가 포함되는 US2016/0016218A1에서 개시된 광학적 결합 장치와 유사하다. 광 장치(504)는, 예를 들어 하위장착부(506) 및 인쇄회로기판(508)을 통해서, 패키지 바닥 상에서 지지되는, VCSEL 어레이 및/또는 PD 어레이를 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(508)은 다른 전자적 구성요소 및 회로로 채워지고(populate), 패키지(500)는 몇 개의 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 광 장치(504)/하위장착부(506) 그리고 다른 구성요소를 패키지(500) 내로 조립한 후에, 피드스루(502)는 패키지(500)의 하우징(501)의 측벽 상의 주둥이(snout)(50)에 의해서 형성된 개구부(503)를 통해서 삽입된다. 광섬유 케이블(21)의 광섬유(20)의 어레이는 피드스루(502)에 의해서 지지되고, 광 장치(504)와 능동적으로 정렬되어, 광 장치와 광섬유(20)의 어레이 사이에서 희망하는 광학적 결합 효율을 달성한다. 이러한 프로세스는 광 장치(504)와 연관된 전자기기(미도시)가 패키지(500) 내로 미리 조립될 것을 요구한다. 광 장치(504)가 활성화/에너지화되어 광학적 신호(22)를 광섬유(20)의 어레이로/로부터 전송/수신한다. 본질적으로, 광섬유(20)와 광 장치(504) 사이에서 전달되는 신호(22)가 최대화될 때, 광섬유(20)로의/로부터의 광학적 신호는 광 장치(504)에 최적으로 결합된다. 이어서, 피드스루(502)는 광학적으로 정렬된 상태로 하우징(501)의 패키지 측벽에서 주둥이(50) 내로 납땜된다.Figures 1a and 1b illustrate a hermetically sealed
능동적인 광학적 정렬은 비교적 복잡하고, 처리량이 낮은(low throughput) 프로세스이며, 이는 VCSEL 또는 PD가 능동적인 정렬 프로세스 중에 에너지화되어야 하기 때문이다. 집적 회로의 제조자는 종종 미크론-이하의 정렬을 가능하게 하는 고가의 장비(예를 들어, 집적 회로를 테스트하기 위한 웨이퍼 프로버 및 핸들러)를 가지는 반면, 칩을 패키징하는 회사는 일반적으로 성능이 떨어지는 기계류(전형적으로, 단일-모드 장치에 적절하지 않은 몇 미크론의 정렬 공차)를 가지고 종종 수동적인 동작을 이용한다.Active optical alignment is a relatively complex and low throughput process because the VCSEL or PD must be energized during the active alignment process. Manufacturers of integrated circuits often have expensive equipment (e.g., wafer prober and handlers for testing integrated circuits) that enables micron-and-lower alignment, while companies packaging chips typically have poor performance Often, passive operation is used with machinery (typically several microns of alignment tolerance not suitable for single-mode devices).
현재의 최신 기술은 패키지의 포함으로 인해서 고가이고, 일반적인 전자기기 및 조립 프로세스의 이용을 배제하고 및/또는 종종 단일-모드 적용예에 적합하지 않다. 패키지는, 밀폐식 피드스루 하위조립체에 비해서 비교적 더 고가인 (IC 등과 같은 고가의 회로 구성요소를 포함하는) 조립체이다. 능동적인 광학적 정렬을 지원하기 위해서 패키지 내에서 요구되는 구성요소의 예비 조립을 고려하고, 또한 능동적인 정렬 및 납땜 프로세스가 전체 패키징 프로세스의 끝으로 향하는 고위험 단계를 수반하는 것을 고려하면, 능동적인 정렬 프로세스에서 유도될 수 있는, 결함을 가진 구성요소로 인한 능동적인 정렬 달성의 실패는, 이미 내부에 패키지화된 광 장치 및 다른 구성요소를 포함하는 전체 패키지의 폐기를 유도할 수 있다.Current state of the art is expensive due to the inclusion of packages, eliminating the use of general electronics and assembly processes and / or often not suitable for single-mode applications. The package is an assembly (including expensive circuit components, such as ICs) that is relatively more expensive than an enclosed feedthrough subassembly. Considering the pre-assembly of the required components in the package to support active optical alignment and also considering that the active alignment and soldering process involves a high risk step towards the end of the overall packaging process, Failure to achieve active alignment due to defective components, which can be induced in the optical device, can lead to the discarding of the entire package, including the already packaged optical devices and other components.
또한, VCSEL 및 PD 구성요소가 조립에 앞서서 안정 상태에서 테스트될 수 있지만, 이러한 구성요소를 구동하기 위한 전자기기와 함께 패키지 내로 조립될 때까지, 그러한 구성요소는 동작 상태에서 테스트될 수 없다. 따라서, VCSEL 및 PD 구성요소의 (시뮬레이트된 부하 조건하에서의 짧은 수명의 구성요소의 고장을 식별하기 위한) 고온 검사 프로세스(burn-in process)는 이러한 구성요소를 패키지 내로 조립한 후에만 실시될 수 있다. 이는, 결함을 가지나 비교적 덜 고가인 VCSEL 및 PD 구성요소의 결과로서, 조립되었을 때 비교적 더 고가인 모듈인 패키지의 추가적인 폐기(즉, 패키지의 낮은 수율)를 초래할 수 있다. VCSEL 및 PD 구성요소는 비교적 많은 수의 조립된 패키지의 고장에 기여하는 것으로 알려져 있다.In addition, although the VCSEL and PD components can be tested in a stable state prior to assembly, such components can not be tested in operation until assembled into a package with electronics to drive such components. Thus, a burn-in process (to identify failures of short-lived components under simulated load conditions) of the VCSEL and PD components can be performed only after assembling these components into the package . This can result in additional disposal of the package (i.e., a lower yield of the package), which is a module that is relatively expensive when assembled, as a result of the VCSEL and PD components that have defects but are relatively less expensive. The VCSEL and PD components are known to contribute to the failure of a relatively large number of assembled packages.
조립된 패키지의 폐기를 유도하는 추가적인 고장 모드는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 광 장치와 피드스루 사이의 광학적 정렬을 유지하는 (도 1b에서 점선(L)에 의해서 표시된) 비교적 더 크고 복잡한 구조적 루프에 의해서 유발된다. 긴 구조적 루프가 열-기계적 변형에 더 민감하며, 이는 패키지가 의도된 제원을 벗어나게 할 수 있고, 그에 따라 고장 모드를 초래할 수 있다.An additional failure mode that leads to the disposal of the assembled package is a relatively larger and more complex structural (as indicated by the dotted line L in FIG. 1B) that maintains optical alignment between the optical device and the feedthrough, as shown in FIG. Loop. The long structural loops are more sensitive to thermo-mechanical deformation, which can cause the package to deviate from the intended specification and thus result in a failure mode.
적은 비용을 처리량, 공차, 제조성, 사용 용이성, 기능 및 신뢰 가능성을 개선하는, 광섬유의 입/출력을 광전자 구성요소/광 장치에 광학적 정렬로 결합시키기 위한 개선된 구조물이 요구된다.What is needed is an improved structure for coupling the input / output of an optical fiber into an optoelectronic component / optical device in optical alignment, which improves throughput, tolerance, manufacturability, ease of use, functionality and reliability.
본 발명은, 종래 기술의 단점을 극복한, 광학적 벤치에 대한 광 장치의 광학적 정렬을 돕기 위한 개선된 구조물을 제공한다. 본 발명은, 광 장치와 광학적 벤치의 광학적 결합의 정렬이 광전자 패키지 조립체의 외부에서 실시될 수 있도록, 광 장치와 광학적 벤치를 하위조립체로 조합한다.The present invention overcomes the disadvantages of the prior art and provides an improved structure for assisting optical alignment of an optical device with respect to an optical bench. The present invention combines an optical device and an optical bench into a subassembly such that alignment of the optical coupling of the optical device with the optical bench can be effected outside the optoelectronic package assembly.
본 발명에 따라, 광 장치는 광학적 벤치의 기부에 부착되고, 광 장치의 광학적 입/출력은 광학적 벤치의 광학적 입/출력과 광학적으로 정렬된다.According to the invention, the optical device is attached to the base of the optical bench, and the optical input / output of the optical device is optically aligned with the optical input / output of the optical bench.
일 실시예에서, 광학적 벤치는 광학적 도파관(예를 들어, 광섬유) 형태의 광학적 구성요소를 지지한다. 더 구체적인 실시예에서, 광학적 벤치의 기부는 광섬유의 단부 섹션을 정밀하게 지지하기 위한 적어도 하나의 홈 형태의 정렬 구조물을 형성한다. 광학적 요소(예를 들어, 렌즈, 프리즘, 반사부, 거울, 등)가 광섬유의 단부 면에 대해서 정밀한 관계로 제공될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 광학적 요소는, 평면 반사적 또는 오목 반사적일 수 있는 구조화된 표면(예를 들어, 비구면 거울 표면)을 포함한다.In one embodiment, the optical bench supports an optical component in the form of an optical waveguide (e.g., an optical fiber). In a more specific embodiment, the base of the optical bench forms at least one groove-shaped alignment structure for precisely supporting the end section of the optical fiber. Optical elements (e.g., lenses, prisms, reflectors, mirrors, etc.) can be provided in a precise relationship with respect to the end face of the optical fiber. In a further embodiment, the optical element comprises a structured surface (e.g., an aspherical mirror surface) that may be planar or concave-reflective.
일 실시예에서, 광 장치는, 광학적 벤치와 광학적으로 정렬되어 광학적 벤치의 기부에 부착되는 하위장착부 상에 장착될 수 있다. 하위장착부는 회로, 전기 접촉 패드, 회로 구성요소(예를 들어, VCSEL을 위한 구동부, PD를 위한 TIA), 그리고 광 장치의 동작과 관련된 다른 구성요소 및/또는 회로를 구비할 수 있다.In one embodiment, the light device can be mounted on a sub-mount that is optically aligned with the optical bench and attached to the base of the optical bench. The sub-mount may comprise circuitry, electrical contact pads, circuit components (e.g., a driver for a VCSEL, a TIA for a PD), and other components and / or circuitry associated with operation of the optical device.
광 장치는 (예를 들어, 벤치의 기부 상에 제공되는 정렬 표시에 의존하여) 광학적 벤치와 피동적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 광학적 벤치 내의 광학적 도파관과 광 장치 사이에서 광학적 신호를 통과시키는 것에 의해서, 광 장치 및 광학적 벤치가 능동적으로 정렬될 수 있다. 광 장치(예를 들어, VCSEL 및/또는 PD)가 활성화되어, 패키지 내의 다른 구성요소에 의존하지 않고, 광학적 벤치 내에서 지지되는 광학적 도파관(예를 들어, 광섬유)과의 능동적인 정렬을 허용할 수 있다. 광학적 정렬을 달성한 후에, 광 장치의 하위장착부는 광학적 벤치의 기부에 고정적으로 부착된다.The optical device may be passively aligned with the optical bench (e.g., depending on the alignment indication provided on the base of the bench). Alternatively, the optical device and the optical bench can be actively aligned by passing an optical signal between the optical waveguide and the optical device in the optical bench. Optical devices (e.g., VCSELs and / or PDs) are activated to allow active alignment with optical waveguides (e.g., optical fibers) supported in an optical bench, independent of other components in the package . After achieving optical alignment, the sub-mounts of the optical device are fixedly attached to the base of the optical bench.
광학적 벤치의 기부는 바람직하게, 광학적 벤치의 정밀한 기하형태 및 특징부를 형성하기 위해서 가단성 재료(예를 들어, 금속)를 스탬핑하는 것에 의해서 형성된다. 광학적 벤치 하위조립체는 밀폐식 밀봉되도록 구조화될 수 있다.The base of the optical bench is preferably formed by stamping a malleable material (e.g., metal) to form the precise geometry and features of the optical bench. The optical bench subassembly may be structured to be hermetically sealed.
본 발명의 다른 실시예에서, 광학적 벤치는, 하위장착부 상에 장착된 광 장치(VCSEL 및/또는 PD)의 어레이와 함께 작업하도록, 복수의 도파관(예를 들어, 복수의 광섬유), 및 구조물 반사 표면(예를 들어, 거울의 어레이)을 지지하도록 구조화된다.In another embodiment of the present invention, the optical bench comprises a plurality of waveguides (e.g., a plurality of optical fibers) and a plurality of waveguides (e.g., a plurality of waveguides) for working with arrays of optical devices (VCSELs and / Is structured to support a surface (e.g., an array of mirrors).
본 발명은, 더 큰 광전자 패키지 내로 조립하기에 앞서서, 광학적 요소 및 구성요소 그리고 광 장치를 광학적 벤치 하위조립체로 미리 조립한다. 하위조립체는 광전자 패키지의 외부에서, 하위조립체 레벨에서, 고온 검사 테스트를 포함하여 기능적으로 테스트될 수 있고, 그에 따라 내부에 설치된 광 장치 내의 조기의 고장으로부터 발생되는 더 고가인 광전자 패키지의 폐기를 감소시킨다.Prior to assembling into a larger optoelectronic package, the present invention preassembles optical elements and components and optical devices into an optical bench subassembly. The subassembly can be functionally tested outside the optoelectronic package at the subassembly level, including high temperature inspection tests, thereby reducing the disposal of the more expensive optoelectronic packages resulting from premature failure in the internally installed optical device .
본 발명의 특성 및 장점뿐만 아니라 그 바람직한 사용 모드의 보다 완전한 이해를 위해서, 첨부 도면과 함께 기술된 이하의 구체적인 설명을 참조하여야 할 것이다. 이하의 도면에서, 유사한 참조 번호는 도면 전체를 통해서 유사한 또는 같은 부분을 나타낸다.
도 1a는 밀폐식 광섬유 피드스루를 포함하는 밀폐식 광전자 패키지를 도시하고; 도 1b는 도 1a의 선 1B-1B를 따라서 취한 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 장치가 통합된, 밀폐식 피드스루 형태의 광학적 벤치 하위조립체를 도시하고; 도 2b는, 밀폐식 광전자 패키지 내에 설치된 것으로 도시된, 도 2a의 선 2B-2B를 따라서 취한 단면도이다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2의 광학적 벤치 하위조립체 내의 광학적 벤치의 분해도이고; 도 3b는 광학적 벤치의 조립도이다.
도 4a는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 광학적 벤치 하위조립체 내의 광학적 벤치의 분해도이고; 도 4b는 광학적 벤치의 조립도이다.
도 5는 광학적 벤치 하위조립체 내의 광 장치를 위한 하위장착부의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 밀폐식 광전자 패키지의 조립 순서를 도시하고, 도 6a는 광 장치 조립체의 조립을 도시하며; 도 6b는 광학적 벤치에 대한 광 장치 조립체의 조립 및 능동적인 정렬을 도시하며; 도 6c는 밀폐식 광전자 패키지의 조립을 도시한다.
도 7은 밀폐식 광전자 패키지 내에 설치된 바와 같은 밀폐식 피드스루를 도시한다.For a more complete understanding of the nature and advantages of the invention, as well as its preferred mode of use, reference will now be made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals designate like or like parts throughout the drawings.
1A shows an enclosed optoelectronic package including an enclosed optical fiber feedthrough; 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B of FIG. 1A.
Figure 2a shows an optical bench subassembly in the form of an enclosed feedthrough integrated with an optical device, in accordance with an embodiment of the present invention; Figure 2B is a cross-sectional view taken along line 2B-2B of Figure 2A, shown as being installed in an enclosed optoelectronic package.
Figure 3a is an exploded view of an optical bench in the optical bench subassembly of Figure 2, in accordance with one embodiment of the present invention; Figure 3b is an assembly view of the optical bench.
4A is an exploded view of an optical bench in an optical bench subassembly, in accordance with another embodiment of the present invention; Figure 4b is an assembly view of the optical bench.
Figure 5 shows an alternative embodiment of a sub-mount for an optical device in an optical bench subassembly.
Figures 6A-6C illustrate the assembly sequence of an enclosed optoelectronic package, Figure 6A shows the assembly of an optical device assembly; Figure 6b shows the assembly and active alignment of the optical device assembly with respect to the optical bench; Figure 6c shows the assembly of an enclosed optoelectronic package.
Figure 7 shows an enclosed feedthrough as provided in an enclosed optoelectronic package.
본 발명은 도면을 참조한 여러 실시예를 참조하여 이하에서 설명된다. 본 발명이 이러한 발명의 목적을 달성하기 위한 최적의 모드와 관련하여 설명되지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 이러한 교시 내용을 고려하여 변경할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The present invention is described below with reference to various embodiments with reference to the drawings. While the present invention has been described in connection with the best mode for carrying out the objects of the invention, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It will be possible.
본 발명은, 종래 기술의 단점을 극복한, 광학적 벤치에 대한 광 장치의 광학적 정렬을 돕기 위한 개선된 구조물을 제공한다. 본 발명은, 광 장치와 광학적 벤치의 광학적 결합의 정렬이 광전자 패키지 조립체의 외부에서 실시될 수 있도록, 하위조립체 내에서 광 장치를 광학적 벤치와 조합한다.The present invention overcomes the disadvantages of the prior art and provides an improved structure for assisting optical alignment of an optical device with respect to an optical bench. The present invention combines an optical device with an optical bench within a subassembly such that alignment of the optical coupling of the optical device with the optical bench can be effected outside the optoelectronic package assembly.
본 발명에 따라, 광 장치는 광학적 벤치의 기부에 부착되고, 광 장치의 광학적 입/출력은 광학적 벤치의 광학적 입/출력과 광학적으로 정렬된다. 본 발명의 여러 실시예는, 양수인에게 포괄적으로 양도된, 이하에서 설명되는 특허 공개에서 개시된 개념을 포함하여, 광학적 데이터 전송과 함께 이용하기 위한 광학적 벤치 하위조립체를 포함하는 다양한 소유권을 포함하는, 본 발명의 양수인인 nanoPrecision Products, Inc.이 개발한 진보적인 개념의 일부를 포함한다. 계류중인 출원의 우선권이 본원에서 주장되었다.According to the invention, the optical device is attached to the base of the optical bench, and the optical input / output of the optical device is optically aligned with the optical input / output of the optical bench. Various embodiments of the present invention may be practiced in various embodiments including various proprietary rights, including optical bench subassemblies for use with optical data transmission, including concepts disclosed in the patent disclosure described below, Includes some of the progressive concepts developed by nanoPrecision Products, Inc., the assignee of the invention. The priority of the pending application is hereby claimed.
예를 들어 미국 특허출원 공개 제US2013/0322818A1호는, 광학적 데이터 신호를 라우팅하기 위한 스탬핑된 구조화된 표면을 가지는 광학적 벤치 형태인, 광학적 신호를 라우팅하기 위한 광학적 결합 장치를 개시한다. 광학적 벤치는 그러한 미국 특허출원 공개에서 규정된 구조화된 표면을 가지는 금속 기부를 포함하고, 그러한 구조화된 표면은, 입사 광을 굴곡시키고, 반사시키며, 및/또는 재성형하는 표면 프로파일을 갖는다. 기부는, 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이의 규정된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록 기부 상의 광학적 구성요소(예를 들어, 광섬유)를 구조화된 표면과 정밀한 광학적 정렬로 정밀하게 배치하는 것을 돕기 위한 표면 특징부로 구성된, 정렬 구조물을 추가적으로 형성하며, 구조화된 표면 및 정렬 구조물은 광학적 벤치를 형성하기 위해서 가단성 금속 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 기부 상에서 일체로 형성된다.For example, U.S. Patent Application Publication No. US2013 / 0322818A1 discloses an optical coupling device for routing an optical signal, in the form of an optical bench having a stamped structured surface for routing optical data signals. The optical bench includes a metal base having a structured surface as defined in such US patent application publication, and such structured surface has a surface profile that bends, reflects, and / or reshapes incident light. The base helps precisely position optical components (e.g., optical fibers) on the base to a structured surface and precise optical alignment so that light can be transmitted along a defined path between the structured surface and the optical component Wherein the structured surface and the alignment structure are integrally formed on the base by stamping a malleable metal material to form an optical bench.
미국 특허출원 공개 제US2015/0355420A1호는 광 통신 모듈 내에서 이용하기 위한 광학적 신호를 라우팅하기 위한 광학적 결합 장치, 특히 광학적 벤치 형태의 광학적 결합 장치를 더 개시하며, 여기에서 입사 광을 굴곡시키고, 반사시키며, 및/또는 재성형하는 표면 프로파일을 가지는 구조화된 표면이 금속 기부 상에 형성된다. 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이의 규정된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록, 정렬 구조물은, 기부 상의 광학적 구성요소(예를 들어, 광섬유)를 구조화된 표면과 광학적 정렬로 배치하는 것을 돕기 위한 표면 특징부로 구성된, 기부 상에 형성된다. 구조화된 표면 및 정렬 구조물은 기부의 가단성 금속 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 기부 상에서 일체로 형성된다. 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이의 규정된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록, 정렬 구조물은 기부 상의 광학적 구성요소를 구조화된 표면과 광학적 정렬로 피동적으로 정렬하는 것을 돕는다.U.S. Patent Application Publication No. US2015 / 0355420A1 further discloses an optical coupling device for routing an optical signal for use in an optical communication module, particularly an optical coupling device in the form of an optical bench, wherein the incident light is bent, And / or a structured surface having a surface profile for re-shaping is formed on the metal base. The alignment structure may be configured to facilitate placement of the optical component (e.g., an optical fiber) on the base in an optical alignment with the structured surface so that light can be transmitted along a defined path between the structured surface and the optical component And a surface feature. The structured surface and the alignment structure are integrally formed on the base by stamping the malleable metal material of the base. The alignment structure aids in passively aligning the optical components on the base with the structured surface so that light can be transmitted along a prescribed path between the structured surface and the optical component.
미국 특허출원 공개 제US2013/0294732A1호는 통합된 광학적 요소를 가지는 밀폐식 광섬유 정렬 조립체, 특히 광섬유의 단부 섹션을 수용하는 복수의 홈을 가지는 금속 페룰(ferrule) 부분을 포함하는 광학적 벤치를 포함하는 밀폐식 광섬유 정렬 조립체를 더 개시하며, 그러한 홈은 페룰 부분에 대한 단부 섹션의 위치 및 배향을 규정한다. 조립체는 광섬유의 입/출력을 광전자 모듈 내의 광전자 장치에 결합하기 위한 통합된 광학적 요소를 포함한다. 광학적 요소는 구조화된 반사 표면의 형태일 수 있다. 광섬유의 단부는 구조화된 반사 표면에 대해서 규정된 거리에서 그와 정렬된다. 구조화된 반사 표면 및 섬유 정렬 홈은 금속 기부 상에 그러한 특징부를 형성하기 위해서 가단성 금속을 스탬핑하는 것에 의해서 형성될 수 있다.U.S. Patent Application Publication No. US2013 / 0294732A1 discloses an encapsulated optical fiber alignment assembly having integrated optical elements, particularly a housing comprising an optical bench comprising a metal ferrule portion having a plurality of grooves for receiving end sections of the optical fiber, Type optical fiber alignment assembly, which defines the position and orientation of the end sections relative to the ferrule portion. The assembly includes an integrated optical element for coupling the input / output of the optical fiber to the optoelectronic device in the optoelectronic module. The optical element may be in the form of a structured reflective surface. The end of the optical fiber is aligned with it at a defined distance relative to the structured reflective surface. The structured reflective surface and the fiber alignment grooves can be formed by stamping a malleable metal to form such features on the metal base.
미국 특허 제9,213,148호는 유사한 밀폐식 광섬유 정렬 조립체를 더 개시하나, 통합된 구조화된 반사 표면은 가지지 않는다.U.S. Patent No. 9,213,148 further discloses a similar encapsulated optical fiber alignment assembly, but does not have an integrated structured reflective surface.
미국 특허 제7,343,770호는 작은 공차의 부품을 제조하기 위한 신규한 정밀 스탬핑 시스템을 개시한다. 그러한 진보적인 스탬핑 시스템이 다양한 스탬핑 프로세스에서 구현되어 전술한 특허 공보에서 개시된 장치를 생산할 수 있다. 이러한 스탬핑 프로세스는, 다른 형성된 표면 특징부와 정밀하게 정렬된 희망 기하형태를 가지는 반사 표면을 포함하는, 엄격한(즉, 작은) 공차로 최종적인 전체 기하형태 및 표면 특징부의 기하형태를 형성하기 위해서, 벌크 재료(예를 들어, 금속 블랭크)를 스탬핑하는 것을 포함한다.U.S. Patent No. 7,343,770 discloses a novel precision stamping system for manufacturing parts of small tolerances. Such a progressive stamping system can be implemented in a variety of stamping processes to produce the devices disclosed in the aforementioned patent publications. This stamping process may be used to form the geometry of the final overall geometry and surface features with rigorous (i.e., small) tolerances, including reflective surfaces having precisely aligned desired geometries and other formed surface features, And stamping a bulk material (e.g., a metal blank).
미국 특허출원 공개 제US2016/0016218A1는 상이한 금속 재료들로 이루어진 주요 부분 및 보조 부분을 가지는 기부를 포함하는 복합 구조물을 더 개시한다. 기부 및 보조 부분은 스탬핑에 의해서 성형된다. 보조 부분이 스탬핑됨에 따라, 보조 부분은 기부와 서로 맞물리고, 동시에, 구조화된 반사 표면, 광섬유 정렬 특징부 등과 같은, 보조 부분 상의 희망하는 구조화된 특징부를 형성한다. 이러한 접근방식으로, 비교적 덜 중요한 구조화된 특징부는 비교적 큰 공차를 유지하기 위한 적은 노력으로 기부의 벌크 상에서 성형될 수 있는 한편, 보조 부분 상의 비교적 더 중요한 구조화된 특징부는, 비교적 작은 공차로 치수, 기하형태, 및/또는 마무리를 규정하기 위한 추가적인 사항을 고려하여, 더 정밀하게 성형된다. 보조 부분은 상이한 구조화된 특징부들을 스탬핑하기 위한 상이한 성질들과 연관된 2개의 상이한 금속 재료들로 이루어진 추가적인 복합 구조물을 포함할 수 있다. 이러한 스탬핑 접근 방식은 미국 특허 제7,343,770호의 이전의 스탬핑 프로세스를 개선하고, 여기에서 스탬핑되는 벌크 재료는 균질한 재료(예를 들어, Kovar, 알루미늄, 등과 같은 금속의 스트립)이다. 스탬핑 프로세스는 단일의 균질한 재료로부터 구조적 특징부를 생산한다. 그에 따라, 상이한 특징부들은 하나 이상의 특징부에 대해서 최적화되지 않을 수 있는 재료의 성질을 공유할 수 있다. 예를 들어, 정렬 특징부를 스탬핑하기에 적합한 성질을 가지는 재료는, 광학적 신호 손실을 감소시키기 위한 최적의 광 반사 효율을 가지는 반사 표면 특징부를 스탬핑하기에 적합한 성질을 가지지 않을 수 있다.U.S. Patent Application Publication No. US2016 / 0016218A1 further discloses a composite structure comprising a base having a major portion made of different metallic materials and a base portion. The base and auxiliary portions are formed by stamping. As the ancillary portion is stamped, the ancillary portion engages the base and simultaneously forms the desired structured feature on the ancillary portion, such as a structured reflective surface, a fiber optic alignment feature, and the like. With this approach, relatively less important structured features can be molded on the bulk of the base with little effort to maintain a relatively large tolerance, while relatively more important structured features on the ancillary portion are dimensioned with relatively small tolerances, geometric Shape, shape and / or additional details to define the finishing. The ancillary portion may include additional composite structures of two different metal materials associated with different properties for stamping different structured features. This stamping approach improves the prior stamping process of U.S. Patent No. 7,343,770, wherein the bulk material to be stamped is a homogeneous material (e.g., a strip of metal such as Kovar, aluminum, etc.). The stamping process produces structural features from a single homogeneous material. Accordingly, the different features may share properties of the material that may not be optimized for one or more features. For example, materials with properties suitable for stamping alignment features may not have properties suitable for stamping reflective surface features with optimal light reflection efficiency to reduce optical signal loss.
미국 특허 제8,961,034호는, 본체의 표면 상에 제공된 길이방향 개구부를 각각 가지는 복수의 대체로 U-형상인 길이방향 개방 홈을 가지는 본체를 형성하기 위해서 금속 블랭크를 스탬핑하는 것을 포함하는, 광섬유 연결부 내에서 광섬유를 지지하기 위한 페룰을 생산하는 방법을 개시하며, 각각의 홈은 광섬유를 조이는 것에 의해서 광섬유를 홈 내에서 확실하게 유지하기 위한 크기를 갖는다. 광섬유는, 부가적인 섬유 유지 수단을 필요로 하지 않고, 페룰의 본체 내에서 확실하게 유지된다.U.S. Patent No. 8,961,034 discloses a method of forming a body having a plurality of generally U-shaped longitudinal openings each having a longitudinal opening provided on the surface of the body, Discloses a method of producing a ferrule for supporting an optical fiber, wherein each groove has a size to securely hold the optical fiber in the groove by tightening the optical fiber. The optical fiber does not require additional fiber retaining means and is reliably retained within the body of the ferrule.
PCT 특허출원 공개 제WO2014/011283A2호는, 종래 기술의 페룰 및 연결부의 많은 단점을 극복하고 전술한 무핀(pin-less) 정렬 페룰을 더 개선한, 광섬유 연결부를 위한 페룰을 개시한다. 광섬유 연결부는 광섬유 페룰을 포함하고, 그러한 광섬유 페룰은 슬리브를 이용하여 복수의 광섬유의 어레이를 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 대해서 정렬시키기 위한 대체로 계란형인 횡단면을 갖는다.PCT Patent Application Publication No. WO2014 / 011283A2 discloses a ferrule for a fiber optic connection that overcomes many of the disadvantages of prior art ferrules and connections and further improves the aforementioned pin-less alignment ferrules. The fiber optic connection includes an optical fiber ferrule having a generally oval cross-section for aligning an array of a plurality of optical fibers with a fiber to be held in another ferrule using a sleeve.
전술한 진보적인 개념은 본원에서 참조로 포함되며, 본 발명의 개시를 돕기 위해서 이하에서 참조될 것이다. 본 발명은, 광 장치가 통합된 광학적 벤치 하위조립체를 포함하는, 밀폐식 광전자 패키지를 위한 밀폐식 광섬유 피드스루의 예시적인 실시예와 함께 개시된다.The foregoing progressive concepts are incorporated herein by reference and will be discussed below to aid in the disclosure of the present invention. The present invention is disclosed with an exemplary embodiment of an enclosed optical fiber feedthrough for an enclosed optoelectronic package, wherein the optical device includes an integrated optical bench subassembly.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 장치(12)가 통합된 광학적 벤치(11)를 포함하는 광학적 벤치 하위조립체(10) 형태의, 밀폐식 광섬유 피드스루의 일 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 광 장치(12)는, 광학적 벤치(11)의 광학적 입/출력과 정렬되는 위치(도 2b의 광학적 신호(22) 참조)에서, 광학적 벤치(11)에 부착되는, 하위장착부(14)에 장착된다.Figures 2a and 2b illustrate one implementation of an enclosed optical fiber feedthrough in the form of an
도 3a 및 도 3b는 광학적 벤치 하위조립체(10) 내의 광학적 벤치(11)의 구조를 더 명확하게 도시한다. 이러한 실시예에서, 광학적 벤치(11)는, 앞서서 인용한 양수인의 US2016/0016218A1에서 개시된 밀폐식 복수-섬유 정렬 하위조립체와 유사하다. 광학적 벤치는, 도시된 실시예에서 광섬유 케이블(21)의 복수의 광섬유(20)인, 하나 이상의 광학적 도파관을 지지한다. 복수의 섬유의 경우에, 광학적 벤치(11)의 기부(13)는 광섬유(20)를 지지하는 복수의 개방 홈(16)을 형성하고, 광학적 요소(예를 들어, 렌즈, 프리즘, 반사부, 거울, 등)를 형성하거나 지지한다. 도시된 실시예에서, 광학적 요소는, 각각이 광섬유(20)에 상응하는, 구조화된 반사 표면(17)의 어레이를 포함한다. 반사 표면은 평면 반사적일 수 있거나 오목(예를 들어, 비구면 거울 표면) 또는 볼록 반사적이 되도록 윤곽화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 기부(13)는, 기부(13)의 나머지(즉, 주요 부분(13')의 재료와 상이한 재료로 이루어진 보조 부분(30)을 포함하는, 복합 구조물을 포함한다. 보조 부분(30)을 포함하는 기부(13)는, 본체 기하형태 및 희망 표면 특징부를 형성하기 위해서 가단성 재료로부터 스탬핑된다. 이러한 경우에, 보조 부분은, 구조화된 반사 표면(17) 및 홈(18)의 어레이를 형성하기 위해서 가단성 금속 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 성형되는 반면, 기부(13)는 홈(16) 및 도시된 다른 구조물을 형성하기 위해서 다른 가단성 금속 재료로부터 스탬핑된다. US2016/0016218A1에서 개시된 바와 같이, 보조 부분(30)이 스탬핑될 때, 보조 부분은, 리벳과 같이, 기부(13)와 서로 맞물리고, 동시에, 구조화된 반사 표면(17)의 어레이 및 광섬유(20)의 단부 섹션을 지지하기 위한 광섬유 정렬 홈(18)을 포함하는, 희망하는 구조화된 특징부를 보조 부분(30) 상에 형성하며, 그에 따라 각각의 반사 표면(17) 및 상응하는 광섬유(20)의 단부 면(즉, 입/출력)은 정밀한 관계로 유지된다. 이러한 실시예에서, 보조 부분(30) 및 주요 부분(13')은 상이한 금속 재료들을 이용하여 스탬핑된다.Figures 3a and 3b more clearly show the structure of the
개방 홈(16 및 18)은, 부가적인 고정 수단을 필요로 하지 않고(예를 들어, 에폭시 등이 없이) 홈 내에서 광섬유를 확실하게 조이는, 미국 특허 제8,961,034호에서 개시된 스탬핑된 개방 홈에 따라 구성되고 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 커버(15)가 제공되어, 구조화된 반사 표면(17)을 덮지 않고, 기부(13)를 덮는다. 밀폐식 밀봉 에폭시(예를 들어, 유리 에폭시)가 도포되어 커버(15)와 기부(13) 사이의 공동(19) 내의 광섬유(20)의 섹션 주위의 공간을 충진하고, 그에 따라 밀폐식 밀봉부를 형성함으로써 광학적 벤치(11)를 밀폐식 피드스루로 만들고, 그러한 피드스루는, 본 발명에 따른 광학적 벤치 조립체(10)를 형성하기 위해서 광학적 벤치(11)가 통합된 광 장치를 가지는 것을 제외하고, 도 1a의 밀폐식 피드스루(502)와 유사한 기능으로 광전자 패키지와 함께 이용될 수 있다. 유사한 밀폐식 피드스루 구조물에 대한 더 상세한 내용을 US2013/0294732A1에서 찾을 수 있을 것이다.The
도 4a 및 도 4b는, 섬유 케이블(21)을 제외하고, 도 3a 및 도 3b의 광학적 벤치(11)와 유사한, 광학적 벤치(11')의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 광학적 벤치(11')는 페룰(30) 형태의 탈착 가능한 연결을 구비한다. 광학적 벤치(11')로부터 멀리 연장되는 광섬유(21) 대신에, 페룰(30)은 광섬유(20)의 짧은 섹션의 후방 단부 섹션을 지지하고, 광섬유의 원위 전방 단부 섹션은 광학적 벤치(11') 내에서 홈(16 및 18)에 의해서 지지된다. 페룰(30)은, WO2014/011283A2에서 개시된 바와 같이, 대체로 계란형인 횡단면을 가지도록 구조화될 수 있다. 슬리브(미도시)를 이용하여, 예를 들어, 유사한 페룰로 종료되는 광섬유 케이블(예를 들어, 패치 케이블)에 결합시킬 수 있다. 이러한 실시예에서 광섬유를 연결하는 것이 결함을 가지는 경우에, 광학적 벤치(11')가 영구적으로 또는 고정적으로 부착되는 전체 광전자 패키지를 교체할 필요가 없이, 광섬유를 분리할 수 있고 교체할 수 있다.Figs. 4A and 4B show another embodiment of an optical bench 11 ', similar to the
이제 광 장치를 참조하면, 도 2a 및 도 2b의 도시된 실시예에서, 광 장치(12)가 하위장착부(14)에 장착되어 광 장치 조립체(23)를 형성한다. 하위장착부(14)는 회로, 전기 접촉 패드, 회로 구성요소(예를 들어, VCSEL를 위한 구동부, PD를 위한 TIA), 그리고 광 장치(12)의 동작과 관련된 다른 구성요소 및/또는 회로를 구비할 수 있다.Referring now to the optical device, in the embodiment shown in Figs. 2A and 2B, the
도 6a 내지 도 6c는 밀폐식 광전자 패키지의 조립 순서를 도시한다. 도 6a는 광 장치(송신기 또는 수신기 또는 송수신기) 조립체의 조립을 도시하고; 도 6b는 광학적 벤치에 대한 광 장치 조립체의 조립 및 능동적인 정렬을 도시하며; 도 6c는 밀폐식 광전자 패키지의 조립을 도시한다.6A to 6C show the assembling procedure of the sealed optoelectronic package. Figure 6a shows the assembly of an optical device (transmitter or receiver or transceiver) assembly; Figure 6b shows the assembly and active alignment of the optical device assembly with respect to the optical bench; Figure 6c shows the assembly of an enclosed optoelectronic package.
도 6a를 참조하면, 광 장치(12)가 VCSEL과 같은 송신기인 경우에, 이는, 구동기 칩과 함께, 하위장착부(14) 상에 장착된다. VCSEL은 하위장착부(14) 상의 회로에 와이어 접합될 수 있다. 조립 후에 VCSEL이 광학적 신호를 전송하도록 동작되는지 확인하기 위해서, 테스트를 실시할 수 있다. 광 장치(12)가 PD와 같은 수신기인 경우에, 이는, TIA 칩과 함께, 하위장착부(14) 상에 장착된다. PD는 하위장착부(14) 상의 회로에 와이어 접합될 수 있다. 조립 후에 PD가 광학적 장치를 수신하고 전기 신호를 출력하도록 동작되는지 확인하기 위해서, 테스트를 실시할 수 있다. 송수신기의 경우에, 별개의 수신 기능 및 송신 기능을 테스트하기 위해서 전술한 과정이 조합된다. 광 장치(12)는 하위장착부(14) 상에 장착된 복수의 수신기, 송신기 및/또는 송수신기를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6A, when the
도 6b를 참조하면, 광학적 경로(22)가 광 장치(12)와 광섬유(20) 사이에서 희망하는 광학적 결합 효율을 달성하도록, 광 장치(12)의 입/출력이 광학적 벤치(11)의 입/출력과 광학적으로 정렬되는, 광 장치(12)가 광학적 벤치(11)와 광학적으로 정렬되는 위치에서, 광 장치 조립체의 하위장착부(14)가 광학적 벤치(11)의 기부(13)의 대향 표면에 부착된다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 광학적 경로(22)는 광섬유(20)의 입/출력 단부 면과 상응하는 광 장치(12)의 출/입력 사이에 위치되며, 그러한 광학적 경로는 반사 표면(17)(예를 들어, 비구면 거울 표면)에 의해서 굽혀지고 재성형된다. 더 구체적으로 도시된 실시예에서, 광학적 경로는, 기부(13)의 평면에 대체로 수직인, 기부(13)의 평면을 벗어나는 방향을 갖는다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 하위장착부(14)의 평면은 기부(13)의 평면에 평행하다. 프레임(32)이 하위장착부(14)와 기부(13)의 대향 표면 사이의 이격부로서 제공되어, 하위장착부(14)와 기부(13) 사이에 광 장치(12)를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 도시된 실시예에서, 4개의 광섬유(20)의 어레이에 상응하는 4개의 반사 표면(17)의 어레이가 있다.6B, the input / output of the
광 장치(12)는 (예를 들어, 벤치(11)의 기부 상에 제공되는 정렬 표시(미도시)에 의존하는 것에 의해서) 광학적 벤치(11)와 피동적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 광 장치(12) 및 광학적 벤치(11)는, 광학적 벤치(11) 내의 광학적 도파관(즉, 광섬유(20))과 광 장치(12) 사이에서 광학적 신호를 통과시키는 것, 그리고 광학적으로 정렬된 상태를 나타내는 광학적 결합을 결정하기 위해서 광학적 경로 내의 광학적 신호의 강도를 측정하는 것에 의해서 능동적으로 정렬될 수 있다. 광 장치(12)(예를 들어, VCSEL 및/또는 PD)가 활성화되어, 광학적 벤치 하위조립체(10)를 설치하고자 하는 광전자 패키지 내의 다른 구성요소에 의존하지 않고, 광학적 벤치(11) 내에서 지지되는 광섬유와의 능동적인 정렬을 허용할 수 있다. 예를 들어, 광 장치(12)가 송신기(예를 들어, VCSEL)인 경우에, 송신기가 에너지화되어 상응하는 광섬유(20)의 단부 면으로 지향시키고자 하는 광을 반사 표면(17)으로 방출한다. 반사 표면(17)을 경유하여 그리고 상응하는 광섬유를 통해서 전송되는 광학적 신호의 강도를 측정하여 송신기와 광학적 벤치(11) 사이의 광학적 결합을 결정한다. 광 장치가 수신기(예를 들어, PD)인 경우에, 광학적 신호가 광섬유를 통해서 공급되고, 그러한 광학적 신호는 반사 표면에 의해서 상응하는 수신기로 반사된다. 광섬유와 수신기 사이의 광학적 결합의 범위는 (수신된 광학적 신호의 강도에 상응하는) 수신기의 전기 출력으로부터 결정될 수 있고, 그에 따라 정렬 상태를 식별할 수 있다. 능동적인 정렬 프로세스는, 광학적 결합 효율이 정렬 지점에 대해서 결정되는 동안, 광 장치(12)를 하위장착부(14)의 평면 내에서 반사 표면(17)에 대해서 이동시키는 것을 포함한다. 능동적인 정렬을 수행하기 위한 전기 연결을 돕기 위해서, 기부(13)로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 하위장착부의 표면 상에 전기 전도성 패드가 제공된다.The
희망하는 광학적 정렬이 달성되면, 광 장치(12)의 하위장착부(14)는, 예를 들어, 레이저 용접, 납땜 또는 에폭시에 의해서, 광학적 벤치의 기부에 고정적으로 부착된다.Once the desired optical alignment is achieved, the
광학적 벤치 하위조립체(10)의 조립 이후에, 너무 빠른 고장을 제거하기 위해서 고온 검사될 수 있고 추가적으로 기능 테스트될 수 있다.After assembly of the
통합된 광 장치(12)를 포함하는 광학적 벤치 하위조립체(10)의 전술한 실시예는 광 장치(12)가 통합된 밀폐식 피드스루이다.The above-described embodiment of the
도 6c를 참조하면, 그리고 도 2b에 도시된 바와 같이, 광학적 벤치 하위조립체(10)의 조립 완료 시에, 이는 (예를 들어, 납땜에 의해서) 광전자 패키지(500')에 밀폐식으로 부착되고, 그러한 광전자 패키지(500')는, 광 장치(12)가 광학적 벤치(11)와 광학적으로 정렬되어 광학적 벤치 하위조립체(10) 내에 통합되는 것을 제외하고, 도 1a의 패키지(500)와 유사할 수 있다. 광전자 패키지(500')는 여러 구성요소(예를 들어, IC, 칩, 하위장착부, 회로 기판, 등)로 채워진다. 밀폐식 피드스루로서의 광학적 벤치 하위조립체(10)는 패키지(500')의 하우징(501')의 측벽 내의 주둥이(50)의 개구부를 통해서 삽입되고 (예를 들어, 납땜에 의해서) 밀폐식으로 밀봉된다. 도 1b의 상황에 비교할 때, 패키지(500')에 대한 이러한 피드스루의 위치는 중요하지 않은데, 이는 패키지(500') 내에서 피드스루와 외부 광 장치 사이의 광학적 정렬이 요구되지 않기 때문이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 하위장착부(14)의 다른 측면 상의 광 장치(12)에 연결하기 위해서 하위장착부(14)의 기재를 통해서 제공된 비아(36)를 이용하여, 하위장착부(14)가 패키지(500') 내의 (가요성 인쇄회로기판일 수 있는) 인쇄회로기판(39)에 납땜 결합될 수 있다. 마이크로 납땜 볼 조인트를 가지는 볼-그리드 어레이(ball-grid array)(BGA)가 하위장착부(14) 상에 구성될 수 있다. 다른 전기 연결이 도 5의 실시예의 광학적 벤치 하위조립체(10')를 포함할 수 있고, 여기에서 하위장착부(14')의 측면 상에 제공된 굽힘형 트레이스(38)가 와이어 접합 또는 굴곡 공용 회선(37)에 의해서 패키지(500') 내의 회로 기판(미도시)에 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 패키지(500') 내에서 인쇄회로기판과 하위장착부 사이의 전기 연결을 형성하도록, 스프링 핀(미도시)이 구성될 수 있다. 이러한 전기 연결은 열 팽창/수축으로 인한 잘못된 이동 및 응력을 흡수하고, 이는 광학적 벤치 하위조립체 내의 광학적 벤치와 온보드로 통합된 광 장치 사이의 광학적 정렬에 영향을 미치지 않을 것이다.6C, and upon completion of assembly of the
도 7은 밀폐식 광전자 패키지(500') 내에 설치된 바와 같은 밀폐식 피드스루/광학적 벤치 하위조립체(10)를 도시한다. 다른 전자기기 및 회로 구성요소는 도 7에서 생략되었다. 밀폐식 광전자 패키지(500')의 밀폐식 커버가 또한 도면에서 생략되었다.Figure 7 shows a closed feedthrough /
밀폐식 광전자 패키지(500')에 대한 광학적 벤치 하위조립체(10)의 조립 이후에, 패키지(500')는 너무 빠른 고장을 제거하기 위해서 고온 검사될 수 있고 추가적으로 기능 테스트될 수 있다.After the assembly of the
더 큰 광전자 패키지 내로의 조립에 앞서서, 본 발명이 광학적 요소 및 구성요소 및 광 장치를 광학적 벤치 하위조립체 내에 정밀하게 예비조립하는 것을 고려하면, 광학적 벤치 하위조립체는, 광전자 패키지의 외부에서, 하위조립체 레벨로, 고온 검사 테스트를 포함하여, 기능적으로 테스트될 수 있고, 그에 따라 내부에 설치된 광 장치의 조기의 고장으로부터 발생되는 (IC 등과 같은, 고가의 회로 구성요소를 포함하는) 더 고가인 패키지의 폐기를 줄일 수 있다. 광학적 벤치 하위조립체에 대한 능동적인 정렬 프로세스는 훨씬 더 용이하다. 또한, 훨씬 더 작고 더 강건한 구조적 루프가 광학적 벤치와 광 장치 사이에 제공된다. 그에 따라, 본 발명에 따른 밀폐식 피드스루를 포함하는 광전자 패키지에서, 전체적으로 더 큰 수율, 더 큰 신뢰성 및 더 낮은 제조 비용이 달성될 수 있다.Prior to assembly into a larger optoelectronic package, the present invention contemplates precisely preassembling the optical elements and components and optical devices in an optical bench subassembly, the optical bench subassembly may include, outside the optoelectronic package, (Including expensive circuit components, such as ICs) resulting from premature failure of an internally installed optical device, which may be functionally tested, including high temperature inspection tests, Disposal can be reduced. The active alignment process for the optical bench subassembly is much easier. In addition, a much smaller, more robust structural loop is provided between the optical bench and the optical device. Accordingly, in an optoelectronic package including a sealed feedthrough according to the present invention, overall greater yield, greater reliability, and lower manufacturing cost can be achieved.
바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 특히 도시하고 설명하였지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상, 범위, 및 교시 내용으로부터 벗어나지 않고도, 형태 및 상세 부분의 여러 가지 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 개시된 발명은 단지 예시적인 것으로 간주될 것이고, 첨부된 청구항에서 구체화된 것과 같은 것으로만 범위가 제한된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, those skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit, scope, and teachings of the invention You will understand. Accordingly, the disclosed invention is to be considered as illustrative only and is limited in scope only as embodied in the appended claims.
Claims (20)
광학적 벤치로서:
기부;
상기 기부 상에 형성되고, 입사 광을 재성형하고 굽히는 표면 프로파일을 가지는, 구조화된 표면;
광학적 구성요소; 및
상기 광학적 구성요소를, 상기 구조화된 표면과 광학적으로 정렬된 상태로, 상기 기부 상에 배치하여 상기 구조화된 표면과 상기 광학적 구성요소 사이의 규정된 광학적 경로를 따라서 광학적 신호가 전송될 수 있게 하는 표면 특징부로 구성된, 상기 기부 상에 형성된 정렬 구조물로서, 상기 광학적 경로는 상기 구조화된 표면으로부터 상기 기부의 외부로 연장되는, 정렬 구조물을 포함하는, 광학적 벤치; 및
광 장치 조립체로서, 광 장치를 포함하고, 상기 광 장치가 상기 광학적 경로를 따라서 상기 구조화된 표면에 광학적으로 정렬된 상태로 상기 기부에 부착되는, 광 장치 조립체를 포함하는, 광학적 벤치 하위조립체.An optical bench subassembly for routing optical signals comprising:
As an optical bench:
donate;
A structured surface formed on the base and having a surface profile that reshapes and bends incident light;
Optical components; And
Wherein the optical component is disposed on the base in optical alignment with the structured surface so that an optical signal is transmitted along a defined optical path between the structured surface and the optical component, An alignment platform formed on the base, the optical path comprising an alignment structure extending from the structured surface to the exterior of the base; And
An optical device assembly, comprising an optical device, wherein the optical device is attached to the base in a state optically aligned with the structured surface along the optical path.
상기 광학적 구성요소가 광학적 도파관을 포함하는, 광학적 벤치 하위조립체.The method according to claim 1,
Wherein the optical component comprises an optical waveguide.
상기 광학적 도파관은 광섬유의 어레이를 포함하고, 상기 구조화된 표면은 구조화된 반사 표면의 어레이를 포함하는, 광학적 벤치 하위조립체.3. The method of claim 2,
Wherein the optical waveguide comprises an array of optical fibers, the structured surface comprising an array of structured reflective surfaces.
상기 광섬유의 어레이의 섹션 주위의 공간을 밀폐식으로 밀봉하기 위해서 상기 기부에 밀폐식으로 부착되는 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 구조화된 표면을 커버하도록 연장되지 않고, 그에 의해서 밀폐식 피드스루를 초래하는, 광학적 벤치 하위조립체.The method of claim 3,
Further comprising a cover hermetically attached to the base to hermetically seal a space around a section of the array of optical fibers, wherein the cover is not extended to cover the structured surface, thereby providing an enclosed feedthrough Gt; subassembly. ≪ / RTI >
상기 광 장치 조립체는 하위장착부를 포함하고, 상기 하위장착부 상에는 광 장치가 장착되며, 상기 하위장착부는, 상기 광 장치가 상기 구조화된 표면과 광학적으로 정렬된 상태로, 상기 광학적 벤치의 기부에 부착되는, 광학적 벤치 하위조립체.5. The method of claim 4,
The optical device assembly includes a sub-mount, on which the optical device is mounted, and the sub-mount is attached to the base of the optical bench with the optical device in optical alignment with the structured surface , Optical bench subassembly.
상기 광 장치는 송신기, 수신기, 또는 송수신기를 포함하는, 광학적 벤치 하위조립체.6. The method of claim 5,
Wherein the optical device comprises a transmitter, a receiver, or a transceiver.
상기 광 장치가 상기 구조화된 표면에 피동적으로 정렬되는, 광학적 벤치 하위조립체.The method according to claim 6,
Wherein the optical device is passively aligned with the structured surface.
상기 광 장치가 상기 구조화된 표면에 능동적으로 정렬되는, 광학적 벤치 하위조립체.The method according to claim 6,
Wherein the optical device is actively aligned with the structured surface.
상기 구조화된 표면 및 상기 정렬 구조물은 상기 기부의 가단성 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 상기 기부 상에서 일체로 형성되는, 광학적 벤치 하위조립체.The method according to claim 1,
Wherein the structured surface and the alignment structure are integrally formed on the base by stamping a malleable material of the base.
상기 기부는:
제1 구조화된 특징부를 형성하는 제1 재료의 주요 부분; 및
상기 제1 재료와 상이한 제2 재료 상에서 제2 구조화된 특징부를 형성하는 제2 재료의 보조 부분을 포함하고,
상기 보조 부분은 상기 기부에 구조적으로 결합되고 그에 의해서 제1 특징부가 상부에 형성된 제1 재료의 주요 부분 및 제2 구조화된 특징부가 상부에 형성된 제2 재료로 이루어진 보조 부분을 포함하는 복합 구조물을 형성하며, 제1 및 제2 구조화된 특징부는 광학적 신호를 라우팅하기 위한 광학적 경로를 형성하는, 광학적 벤치 하위조립체.10. The method of claim 9,
The base comprising:
A major portion of a first material forming a first structured feature; And
A second portion of a second material forming a second structured feature on a second material different from the first material,
The auxiliary portion forms a composite structure that is structurally coupled to the base and thereby includes a major portion of a first material having a first feature formed thereon and a second portion of a second material having a second structured feature formed thereon, And wherein the first and second structured features form an optical path for routing the optical signal.
하우징;
상기 하우징 내에 채워진 전자적 구성요소; 및
상기 하우징에 밀폐식으로 부착되는 제4항에 따른 광학적 벤치 하위조립체를 포함하는, 밀폐식 광전자 패키지.A sealed optoelectronic package:
housing;
An electronic component filled into the housing; And
And an optical bench subassembly according to claim 4, which is hermetically attached to the housing.
상기 광학적 벤치 하위조립체는, 상기 하우징에 밀폐식으로 밀봉되기 전에, 기능적으로 테스트되는, 밀폐식 광전자 패키지.12. The method of claim 11,
Wherein the optical bench subassembly is functionally tested prior to being hermetically sealed to the housing.
광학적 벤치를 제공하는 단계로서, 상기 광학적 벤치는:
기부;
상기 기부 상에 형성되고, 입사 광을 재성형하고 굽히는 표면 프로파일을 가지는, 구조화된 표면;
광학적 구성요소; 및
상기 광학적 구성요소를, 상기 구조화된 표면과 광학적으로 정렬된 상태로, 상기 기부 상에 배치하여 상기 구조화된 표면과 상기 광학적 구성요소 사이의 규정된 광학적 경로를 따라서 광학적 신호가 전송될 수 있게 하는 표면 특징부로 구성된, 상기 기부 상에 형성된 정렬 구조물로서, 상기 광학적 경로는 상기 구조화된 표면으로부터 상기 기부의 외부로 연장되는, 정렬 구조물을 포함하는, 광학적 벤치를 제공하는 단계;
광 장치를 포함하는 광 장치 조립체를 제공하는 단계;
상기 광 장치를 상기 광학적 경로를 따라서 상기 구조화된 표면에 대해서 광학적으로 정렬시키는 단계; 및
광학적 정렬 시에 상기 광 장치 조립체를 상기 기부에 부착하는 단계를 포함하는, 방법.A method of assembling an optical bench subassembly for routing an optical signal comprising:
Providing an optical bench, said optical bench comprising:
donate;
A structured surface formed on the base and having a surface profile that reshapes and bends incident light;
Optical components; And
Wherein the optical component is disposed on the base in optical alignment with the structured surface so that an optical signal is transmitted along a defined optical path between the structured surface and the optical component, The optical path comprising an alignment structure extending from the structured surface to the exterior of the base, the alignment path formed on the base, the optical path comprising a feature;
Providing an optical device assembly comprising an optical device;
Optically aligning the optical device with the structured surface along the optical path; And
And attaching the optical device assembly to the base upon optical alignment.
상기 광학적 구성요소는 광 섬유의 어레이를 포함하고, 상기 구조화된 표면은 구조화된 반사 표면의 어레이를 포함하며, 상기 방법은, 상기 광섬유의 어레이의 섹션 주위의 공간을 밀폐식으로 밀봉하기 위해서 상기 기부에 밀폐식으로 부착된 커버를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 구조화된 표면을 커버하도록 연장되지 않고, 그에 의해서 밀폐식 피드스루를 초래하는, 방법.14. The method of claim 13,
The optical component comprising an array of optical fibers, the structured surface comprising an array of structured reflective surfaces, the method comprising the steps of: sealing the space around a section of the array of optical fibers, Wherein the cover is not extended to cover the structured surface, thereby causing an enclosed feedthrough. ≪ RTI ID = 0.0 > [0002] < / RTI >
상기 광 장치 조립체는 하위장착부를 포함하고, 상기 하위장착부 상에는 광 장치가 장착되며, 상기 하위장착부는, 상기 광 장치가 상기 구조화된 표면과 광학적으로 정렬된 상태로, 상기 광학적 벤치의 기부에 부착되는, 방법.15. The method of claim 14,
The optical device assembly includes a sub-mount, on which the optical device is mounted, and the sub-mount is attached to the base of the optical bench with the optical device in optical alignment with the structured surface , Way.
상기 광 장치는 송신기, 수신기, 또는 송수신기를 포함하는, 방법. 16. The method of claim 15,
Wherein the optical device comprises a transmitter, a receiver, or a transceiver.
상기 광 장치가 상기 구조화된 표면에 능동적으로 광학적으로 정렬되는, 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the optical device is actively and optically aligned with the structured surface.
상기 광학적 벤치 조립체는, 고온 검사 테스트를 포함하여, 하위조립체 레벨에서 기능적으로 테스트되는, 방법. 18. The method of claim 17,
Wherein the optical bench assembly is functionally tested at a subassembly level, including high temperature inspection tests.
하우징을 제공하는 단계;
상기 하우징 내에 전자적 구성요소를 채우는 단계; 및
제14항에 따라 조립된 광학적 벤치 하위조립체를 상기 하우징에 밀폐식으로 부착하는 단계를 포함하는, 방법.A method of forming an encapsulated optoelectronic package comprising:
Providing a housing;
Filling an electronic component within the housing; And
A method, comprising: sealingly mounting an assembled optical bench subassembly according to claim 14 to said housing.
상기 광학적 벤치 하위조립체는, 상기 하우징에 밀폐식으로 밀봉되기 전에, 고온 검사 테스트를 포함하여, 기능적으로 테스트되는, 방법.20. The method of claim 19,
Wherein the optical bench subassembly is functionally tested, including a high temperature inspection test, prior to being hermetically sealed to the housing.
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