KR20180133990A

KR20180133990A - 연성 회로 기판을 포함하는 광 송신 장치

Info

Publication number: KR20180133990A
Application number: KR1020170070953A
Authority: KR
Inventors: 김성일; 주정진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-12-18

Abstract

본 발명은 연성 회로 기판을 포함하는 광 송신 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치는 광 소자, 연성 회로 기판, 및 본딩 와이어를 포함한다. 광 소자는 전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성한다. 연성 회로 기판은 광 소자에 전송 신호를 제공하는 신호 전송선을 포함한다. 본딩 와이어는 광 소자 및 연성 회로 기판을 전기적으로 연결한다. 본딩 와이어의 인덕턴스 값은 신호 전송선의 커패시턴스 값을 보상한다. 본 발명에 따르면, 별도의 임피던스 정합 회로 없이, 임피던스 정합이 구현될 수 있다.

Description

연성 회로 기판을 포함하는 광 송신 장치{OPTICAL TRANSMITTER INCLUDING FLEXIBLE CIRCUIT BOARD}

본 발명은 광 신호의 송수신을 이용한 광 통신에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 연성 회로 기판을 포함하는 광 송신 장치에 관한 것이다.

광 통신을 시스템은 광 송신 모듈 장치, 광 수신 모듈 장치 및 광 파이퍼를 포함할 수 있다. 광 송신 모듈 장치는 전기적 신호를 광 신호로 변환하여 광 파이퍼에 광 신호를 전달한다. 광 수신 모듈 장치는 광 파이퍼로부터 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 광 통신은 전자파에 의한 간섭을 줄이고, 대용량의 정보를 송수신할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 광 통신은 인터넷 망 또는 이동 통신망 등의 다양한 영역에서 각광받고 있다.

인터넷 망 또는 이동 통신망 분야에서 고속의 정보 통신을 위한 광 모듈 장치의 수요가 증가하고 있다. 특히, 10Gbps 이상의 속도를 갖는 광 송신 모듈 장치 또는 광 수신 모듈 장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 광 모듈 장치는 TO-CAN(Transistor Outline-CAN) 방식의 패키지로 제작될 수 있다. TO-CAN 방식의 패키지는 광 신호를 생성하는 광 송신 서브 어셈블리(Transmitter Optical Sub-Assembly, TOSA) 및 광 수신 서브 어셈블리(Receiver Optical Sub-Assembly ROSA)로 구성될 수 있다.

광 송신 서브 어셈블리(TOSA) 또는 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)는 고속의 정보 통신을 위한 전기적 특성을 확보하여야 한다. 특히 고속의 전송 신호의 왜곡을 최소화하여 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)에 제공될 것이 요구된다. 이를 위하여, 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)와 같은 광 송신 모듈을 포함하는 광 송신 장치의 신호 전달의 신뢰성 확보에 대한 요구가 제기되고 있다.

본 발명은 다양한 신호 전송선을 구비할 수 있도록 연성 회로 기판을 포함하는 광 송신 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 별도의 임피던스 정합 회로 없이, 임피던스 정합을 구현할 수 있는 광 송신 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치는 광 소자, 연성 회로 기판, 본딩 와이어, 및 광 소자 구동 회로를 포함한다. 광 소자 구동 회로는 광 신호를 생성하기 위한 전송 신호를 생성할 수 있다. 광 소자는 전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성한다. 연성 회로 기판은 광 소자에 전송 신호를 제공하는 신호 전송선을 포함할 수 있다.

본딩 와이어는 광 소자 및 연성 회로 기판을 전기적으로 연결할 수 있다. 본딩 와이어는 신호 전송선의 커패시턴스 값을 보상하기 위한 인덕턴스 값을 갖는다. 본딩 와이어에 의한 인덕턴스 값과 신호 전송선의 커패시턴스 값의 차이는 임피던스 정합을 위한 임계 리액턴스 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치는 연성 회로 기판을 이용하여 다양한 신호 전송선을 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치는 연성 회로 기판의 기생 커패시턴스와 본딩 와이어의 길이에 따른 인덕턴스 값을 이용하여 별도의 임피던스 정합 회로 없이, 임피던스 정합을 구현할 수 있다.

도 1은 광 송신 서브 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 광 송신 서브 어셈블리를 포함하는 광 송신 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 서브 어셈블리의 사시도이다.
도 4는 도 3의 광 송신 서브 어셈블리를 포함하는 광 송신 장치의 회로도이다.
도 5는 도 4의 광 송신 장치의 회로도이다.
도 6은 본딩 와이어의 길이에 따른 유도성 리액턴스 값을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치의 손실 특성을 설명하기 위한 그래프 이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치의 AC 응답 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.

도 1은 광 송신 서브 어셈블리(Transmitter Optical Sub-Assembly, TOSA)의 사시도이다. 광 송신 서브 어셈블리(10)는 광 송신 장치에 포함되는 구성요소로 이해될 것이다. 도 1을 참조하면, 광 송신 서브 어셈블리(10)는 광 소자 패키지(11) 및 리드 프레임(12)을 포함한다. 광 송신 서브 어셈블리(10)는 TO-CAN(Transistor Outline-CAN) 방식으로 구현될 수 있다.

광 소자 패키지(11)는 광 소자를 포함한다. 광 소자 패키지(11)는 광 소자를 수용하는 하우징, 광 소자를 지지하는 스템 등을 더 포함할 수 있다. 하우징은 광 소자에 의하여 생성된 광 신호를 외부에 용이하게 전달할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 광 소자 패키지(11)는 리드 프레임(12)으로부터 전송 신호를 수신한다. 광 소자 패키지(11)에 포함된 광 소자는 전기적 신호인 전송 신호를 광 신호로 변환한다. 광 소자는 광 파이퍼(미도시)에 광 신호를 제공하여 광 통신을 수행할 수 있다.

리드 프레임(12)은 광 소자 패키지(11)와 연결된다. 리드 프레임(12)는 광 소자 패키지(11)에 포함된 광 소자에 전송 신호를 제공한다. 리드 프레임(12)은 도시되지 않았으나, 광 소자 구동 회로와 전기적으로 연결된다. 리드 프레임(12)은 광 소자 구동 회로로부터 전송 신호를 수신하여 광 소자 패키지(11)에 제공한다. 리드 프레임(12)은 복수의 신호 전송선을 포함한다. 예시적으로, 도 1에서의 리드 프레임(12)은 4 개의 신호 전송선들을 포함한다. 신호 전송선들은 금속 물질의 핀(pin)으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 리드 프레임(12) 자체의 유도 리액턴스는 용량 리액턴스보다 크게 발생한다.

도 2는 도 1의 광 송신 서브 어셈블리를 포함하는 광 송신 장치의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 광 송신 장치(20)는 광 소자(21), 신호 전송선(22), 광 소자 구동 회로(23), 제1 임피던스 정합 회로(24), 및 제2 임피던스 정합 회로(25)를 포함한다. 광 소자(21)는 도 1의 광 소자 패키지(11)에 포함된 광 소자로 이해될 것이다. 신호 전송선(22)은 도 1의 리드 프레임(12)으로 이해될 것이다.

광 소자(21)는 광 소자 구동 회로(23)로부터 생성된 전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성한다. 광 소자(21)는 신호 전송선(22)과 전기적으로 연결된다. 광 소자(21)는 애노드(Anode) 단자 및 캐소드(Cathode) 단자를 포함할 수 있다. 신호 전송선(22)은 복수의 신호 전송선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 전송선(22)은 광 소자(21)의 애노드 단자에 연결되는 신호 전송선 및 광 소자(21)의 캐소드 단자에 연결되는 신호 전송선을 포함할 수 있다.

신호 전송선(22)은 광 소자 구동 회로(23), 제1 임피던스 정합 회로(24), 및 제2 임피던스 정합 회로(25)와 전기적으로 연결된다. 신호 전송선(22)은 선로 임피던스를 갖는다. 설명의 편의상, 선로 임피던스를 하나의 블록으로 표시하였으나, 신호 전송선(22) 전체에 선로 임피던스가 형성된다. 선로 임피던스는 도 1의 리드 프레임(12)에 대응되므로, 유도성 리액턴스 성분을 포함할 수 있다. 신호 전송선(22)의 길이가 길수록 유도성 리액턴스의 크기는 증가한다.

광 소자 구동 회로(23)는 전송 신호를 생성한다. 전송 신호는 신호 전송선(22)을 거치면서 지터 증가와 같은 파형의 왜곡을 초래할 수 있다. 이러한 전송 신호의 왜곡을 최소화하기 위하여, 광 소자 구동 회로(23)로부터 광 소자(21)로의 전송 신호의 입력까지의 특정 임피던스를 맞출 것이 요구된다. 즉, 전송 신호의 반사 손실 및 전송 손실을 최소화하기 위한 임피던스 정합이 요구된다.

제1 임피던스 정합 회로(24) 및 제2 임피던스 정합 회로(25)는 신호 전송선(22)과 연결된다. 제1 임피던스 정합 회로(24)는 광 소자(21)의 애노드 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 임피던스 정합 회로(25)는 광 소자(21)의 캐소드 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 임피던스 정합 회로(24) 및 제2 임피던스 정합 회로(25)는 일단이 신호 전송선(22)와 연결되고, 타단이 접지되는 파이-네트워크를 구성할 수 있다. 이러한 구조는 신호 전송선(22)의 유도성 리액턴스 성분을 최소화할 수 있다.

제1 임피던스 정합 회로(24) 및 제2 임피던스 정합 회로(25)는 저항, 인덕터, 또는 커패시터를 이용할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 임피던스 정합 회로들(24, 25)이 단일 저항을 이용하여 구현되는 임피던스 정합 회로인 경우, 구성이 단순하나, 저항으로 인한 열 잡음 및 전송 신호의 손실이 발생할 수 있다. 제1 및 제2 임피던스 정합 회로들(24, 25)이 인덕터 또는 커패시터를 이용하여 구현되는 경우, 열 잡음 및 전송 신호의 손실을 최소화 할 수 있으나, 구성이 복잡하고, 인덕턴스 또는 커패시턴스의 정교한 조정이 요구된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 광 송신 서브 어셈블리(100)는 광 소자 패키지(110) 및 연성 회로 기판(120)을 포함한다. 광 소자 패키지(110)는 전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성하는 광 소자를 포함한다. 도 1과 같이, 광 소자 패키지(110)는 광 소자를 수용하는 하우징, 광 소자를 지지하는 스템을 더 포함할 수 있다. 또한, 광 소자 패키지(110)는 연성 회로 기판(120)으로부터 수신한 전송 신호를 광 소자에 전달하기 위한 서브 마운트 및 본딩 와이어를 더 포함할 수 있다. 서브 마운트 및 본딩 와이어에 대한 구체적인 설명은 도 4에서 후술된다.

연성 회로 기판(120)은 광 소자 패키지(110)와 연결된다. 연성 회로 기판(120)은 광 소자 구동 회로(미도시)로부터 전송 신호를 수신하여 광 소자에 제공할 수 있다. 연성 회로 기판(120)은 전송 신호를 광 소자에 제공하기 위한 복수의 신호 전송선을 포함할 수 있다. 연성 회로 기판(120)은 복수의 신호 전송선이 연성 기판에 인쇄되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다. 연성 회로 기판(120)은 폴리머 물질의 필름을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 연성 회로 기판(120)은 다양한 물질을 포함할 수 있다.

연성 회로 기판(120)은 도 1의 리드 프레임(12)보다 많은 수의 신호 전송선을 포함할 수 있다. 즉, 광 송신 서브 어셈블리(100)는 광 소자 패키지(110)에 다양한 신호 수신이 요구되는 경우 이용될 수 있다. 예를 들어, 광 송신 서브 어셈블리(100)는 광 신호로 변환하기 위한 전송 신호 이외에도 파장 가변을 위한 신호의 송수신이 요구될 수 있다. 이 경우, 연성 회로 기판(120)은 파장 가변을 위한 외부 공진기와 전기적으로 연결되는 신호 전송선을 더 포함할 수 있다. 따라서, 광 송신 서브 어셈블리(100)는 연성 회로 기판(120)을 이용하여 광 신호 생성 이외의 다양한 기능을 수행할 수 있다.

연성 회로 기판(120)의 신호 전송선은 스트립 라인(Strip Line)구조를 가질 수 있다. 이 경우, 연성 회로 기판(120)은 도 1의 리드 프레임(12)과 달리 유도 리액턴스 뿐만 아니라 용량 리액턴스 성분을 가질 수 있다. 따라서, 광 송신 서브 어셈블리(100)를 포함하는 광 송신 장치는 용량 리액턴스 성분을 고려한 임피던스 정합이 요구될 수 있다. 구체적인 내용은 도 5에서 후술된다.

도 4는 도 3의 광 송신 서브 어셈블리를 포함하는 광 송신 장치의 구조도이다. 도 4를 참조하면, 광 송신 장치(200)는 광 소자(210), 서브 마운트(220), 연성 회로 기판(230), 광 소자 구동 회로(240), 회로 기판(250), 및 본딩 와이어(BW)를 포함한다. 광 소자(210), 서브 마운트(220), 및 본딩 와이어(BW)는 도 3의 광 소자 패키지(110)에 포함된 구성요소들로 이해될 것이다. 본딩 와이어(BW)는 제1 본딩 와이어(BW1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)를 포함할 수 있다. 연성 회로 기판(230)은 도 3의 연성 회로 기판(120)으로 이해될 것이다.

광 소자(210)는 광 소자 구동 회로(240)로부터 생성된 전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성한다. 광 소자(210)는 제1 패드(P1)를 포함할 수 있다. 제1 패드(P1)는 본딩 와이어(BW)와 연결된다. 광 소자(210)는 제1 패드(P1)에 연결된 제1 본딩 와이어(BW1)로부터 전송 신호를 수신할 수 있다. 광 소자(210)는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 소자(210)는 디지털 변조 신호인 전송 신호를 수신할 수 있다. 광 소자(210)는 디지털 변조 신호의 크기가 기준 값보다 큰 경우 레이저를 발광할 수 있다.

서브 마운트(220)는 연성 회로 기판(230)으로부터 수신한 전송 신호를 광 소자(210)에 전달할 수 있다. 서브 마운트(220)는 광 소자(210) 및 연성 회로 기판(230) 사이에 배치될 수 있다. 서브 마운트(220)는 실리콘 기판으로 제공될 수 있다. 서브 마운트(220)는 제2 패드(P2), 제3 패드(P3), 및 도전 패턴(EP)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 제2 패드(P2)는 제1 본딩 와이어(BW1)와 연결될 수 있다. 제3 패드(P3)는 제2 본딩 와이어(BW2)와 연결될 수 있다. 제2 패드(P2), 도전 패턴(EP), 및 제3 패드(P3)는 도전성 물질을 포함할 수 있다.

서브 마운트(220)는 제2 본딩 와이어(BW2)로부터 수신한 전송 신호를 도전 패턴(EP)을 경유하여 제1 본딩 와이어(BW1)에 제공할 수 있다. 서브 마운트(220)는 연성 회로 기판(230)으로부터 광 소자(210) 사이의 전기적인 연결이 용이하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 소자(210) 및 연성 회로 기판(230) 사이의 거리 또는 각도에 의하여 본딩 와이어의 배치가 구조적으로 어려운 경우, 서브 마운트(220)가 제공될 수 있다. 도 4와 달리, 서브 마운트(220)는 복수로 제공될 수 있고, 이에 따라 복수의 서브 마운트(220) 사이를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어가 추가될 수 있다. 또한, 도 4와 달리, 서브 마운트(220)가 제공되지 않고, 하나의 본딩 와이어로 광 소자(210)와 연성 회로 기판(230)이 전기적으로 연결될 수 있다.

연성 회로 기판(230)은 광 소자 구동 회로(240) 또는 회로 기판(250)과 전기적으로 연결된다. 연성 회로 기판(230)은 광 소자 구동 회로(240) 또는 회로 기판(250)과 솔더링(Soldering)으로 연결될 수 있다. 또한, 연성 회로 기판(230)은 본딩 와이어(BW)와 전기적으로 연결된다. 연성 회로 기판(230)은 광 소자 구동 회로(240)에서 생성된 전송 신호를 본딩 와이어(BW)에 전달한다. 이를 위하여, 연성 회로 기판(230)은 신호 전송선(TL) 및 제4 패드(P4)를 포함할 수 있다. 연성 회로 기판(230)은 복수의 신호 전송선을 포함할 수 있다. 제4 패드(P4)는 제2 본딩 와이어(BW2)와 연결될 수 있다.

광 소자 구동 회로(240)는 회로 기판(250) 상에 실장된다. 회로 기판(250)은 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다. 광 소자 구동 회로(240)는 회로 기판(250)에 구동 칩 형태로 실장될 수 있다. 광 소자 구동 회로(240)는 회로 기판(250)에 집적 회로(Integrated Circuit, IC)로 구현될 수 있다. 광 소자 구동 회로(240)는 전송 신호를 연성 회로 기판(230)의 신호 전송선(TL)에 전달할 수 있다. 광 소자 구동 회로(240)는 전송 신호를 생성하기 위하여 동축 케이블 등으로부터 전기 신호를 수신할 수 있다. 전송 신호는 고속 디지털 변조 신호일 수 있다. 고속 디지털 변조 신호에 근거하여 광 소자(210)는 광 신호를 변조할 수 있다.

제1 본딩 와이어(BW1)는 광 소자(210)와 서브 마운트(220) 사이를 전기적으로 연결한다. 제2 본딩 와이어(BW2)는 서브 마운트(220)와 연성 회로 기판(230) 사이를 전기적으로 연결한다. 제1 본딩 와이어(BW1)는 제1 연결 길이(L1)를 갖고, 제2 본딩 와이어(BW2)는 제2 연결 길이(L2)를 갖는다. 본딩 와이어(BW)의 길이는 연결 길이로 정의된다. 연결 길이는 제1 연결 길이(L1)와 제2 연결 길이(L2)의 합일 수 있다. 광 송신 장치(200)의 제조시에 연결 길이는 특정된다. 연결 길이는 광 소자(210), 서브 마운트(220), 및 연성 회로 기판(230)을 포함하는 광 송신 서브 어셈블리의 임피던스 정합을 고려하여 결정될 수 있다.

제1 연결 길이(L1) 및 제2 연결 길이(L2)는 연성 회로 기판(230)의 기생 임피던스 값에 근거하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 연결 길이는 본딩 와이어(BW)와 전기적으로 연결된 신호 전송선(TL)의 기생 임피던스 값에 근거하여 결정될 수 있다. 연성 회로 기판(230)의 기생 임피던스 값은 용량 리액턴스 성분이 유도 리액턴스 성분보다 우세할 수 있다. 이 경우, 본딩 와이어(BW)는 연성 회로 기판(230)의 용량 리액턴스 성분을 상쇄하도록 유도 리액턴스를 조정할 수 있다. 본딩 와이어(BW)의 길이가 길수록, 유도 리액턴스가 커지고, 본딩 와이어(BW)의 길이가 짧을수록, 유도 리액턴스가 작아진다.

본딩 와이어(BW)에 의한 인덕턴스 성분과 신호 전송선(TL)에 의한 커패시턴스 성분의 차이값은 임계 리액턴스 값 이하일 수 있다. 본딩 와이어(BW)에 의한 인덕턴스 성분은 본딩 와이어(BW)의 연결 길이에 근거한 유도 리액턴스 성분일 수 있다. 신호 전송선(TL)에 의한 커패시턴스 성분은 연성 회로 기판(230)에 발생하는 용량 리액턴스 성분일 수 있다. 임계 리액턴스는 본딩 와이어(BW) 및 신호 전송선(TL) 이외의 구성요소에 의하여 발생하는 리액턴스 성분일 수 있다. 예를 들어, 임계 리액턴스는 제1 내지 제4 패드들(P1~P4), 및 도전 패턴(EP) 등에 의하여 발생된 유도성 또는 용량성 리액턴스일 수 있다. 결과적으로, 본딩 와이어(BW)는 신호 전송선(TL)의 커패시턴스 성분을 보상할 뿐만 아니라, 다른 구성 요소들에 의한 리액턴스 성분을 고려하여 리액턴스 성분을 제거할 수 있다.

제1 본딩 와이어(BW1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)는 예시적으로 단일한 본딩 와이어로 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 본딩 와이어(BW1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)는 이중 본딩 와이어로 구성될 수 있다. 이중 본딩 와이어는 단일 본딩 와이어에 비하여 작은 유도 리액턴스를 갖는다. 따라서, 이중 본딩 와이어인 경우의 연결 길이는 단일 본딩 와이어의 경우의 연결 길이와 다를 수 있다. 또한, 제1 연결 길이(L1) 및 제2 연결 길이(L2)는 연성 회로 기판(230)뿐만 아니라, 서브 마운트(220), 도전 패턴(EP), 제1 내지 제4 패드(P1~P4)등 임피던스 부정합을 초래하는 다양한 구성요소들의 기생 임피던스를 고려하여 결정될 수 있다.

도 5는 도 4의 광 송신 장치의 회로도이다. 설명의 편의상 도 4의 광 송신 장치(200)에서 서브 마운트(220) 및 회로 기판(250)은 생략하였다. 광 송신 장치(200)는 광 소자(210), 연성 회로 기판(230), 및 광 소자 구동 회로(240)를 포함한다. 광 소자(210) 및 연성 회로 기판(230)을 전기적으로 연결하는 도선은 본딩 와이어(BW)로 이해될 것이다. 도 4에 따르면, 연성 회로 기판(230)과 광 소자 구동 회로(240)는 솔더링으로 연결되나, 설명의 편의상 연성 회로 기판(230)과 광 소자 구동 회로(240)는 실선으로 연결되었다.

광 소자(210)는 애노드 단자 및 캐소드 단자를 포함한다. 광 소자(210)의 애노드 단자는 연성 회로 기판(230)의 제1 신호 전송선(TL1)과 연결된다. 광 소자(210)의 캐소드 단자는 연성 회로 기판(230)의 제2 신호 전송선(TL2)과 연결된다. 도 5를 참조하면, 제1 신호 전송선(TL1)은 복수의 애노드 유도성 리액턴스(L1a~Lna) 및 복수의 애노드 용량성 리액턴스(C1a~Cna)를 갖는다. 제2 신호 전송선(TL2)은 복수의 캐소드 유도성 리액턴스(L1c~Lnc) 및 복수의 캐소드 용량성 리액턴스(C1c~Cnc)를 갖는다. 제1 신호 전송선(TL1) 및 제2 신호 전송선(TL2)은 광 소자 구동 회로(240)와 연결된다.

복수의 애노드 유도성 리액턴스(L1a~Lna) 및 복수의 애노드 용량성 리액턴스(C1a~Cna)는 제1 신호 전송선(TL1)의 선로 임피던스이다. 복수의 캐소드 유도성 리액턴스(L1c~Lnc) 및 복수의 캐소드 용량성 리액턴스(C1c~Cnc)는 제2 신호 전송선(TL2)의 선로 임피던스이다. 제1 및 제2 신호 전송선들(TL1, TL2)의 선로 임피던스는 LC 래더(Ladder) 등가 회로로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일단이 광 소자(210)와 연결된 제1 애노드 유도성 리액턴스(L1a)는 제2 애노드 유도성 리액턴스(L2a) 및 제1 애노드 용량성 리액턴스(C1a)의 일단과 연결된다. 제2 애노드 유도성 리액턴스(L2a)의 타단은 제2 애노드 용량성 리액턴스(C2a)의 일단과 연결된다. 제1 및 제2 애노드 용량성 리액턴스(C1a, C2a)들의 타단은 접지된다.

도 2의 신호 전송선(22)과 비교하여, 연성 회로 기판(230)의 선로 임피던스는 용량성 리액턴스 성분이 추가된다. 만약, 도 2의 제1 및 제2 임피던스 정합 회로들(24, 25)을 도 5의 광 송신 장치(200)에 적용하는 경우, 용량성 리액턴스 성분에 의하여 임피던스 부정합이 발생할 수 있다. 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스는 180도의 위상 차이를 가지므로, 용량성 리액턴스 성분은 유도성 리액턴스 성분을 추가하여 상쇄될 수 있다. 따라서, 광 송신 장치(200)는 본딩 와이어(BW)의 유도성 리액턴스 성분을 이용하여 임피던스를 정합할 수 있다. 또한, 이 경우, 광 소자(210)와 연성 회로 기판(230)을 전기적으로 연결하기 위한 본딩 와이어(BW)를 이용하여 임피던스를 정합하므로, 별도의 임피던스 정합 회로가 요구되지 않는다.

도 6은 본딩 와이어의 길이에 따른 유도성 리액턴스 값을 도시한 그래프이다. 수평축은 본딩 와이어(BW)의 길이를 나타낸다. 즉, 수평축은 도 4의 연결 길이를 나타낸다. 수평축의 단위는 밀리미터(mm)이다. 수직축은 본딩 와이어(BW)의 길이에 따른 유도성 리액턴스 값을 나타낸다. 즉, 수직축은 본딩 와이어(BW)의 인덕턴스를 나타내고 단위는 헨리(H)이다. 본딩 와이어(BW)의 물질은 금으로 가정하고, 본딩 와이어(BW)의 직경은 1밀리미터로 가정한다. 또한, 본딩 와이어(BW)의 유전 상수는 3.9로 가정한다.

도 6을 참조하면, 단일 본딩 와이어(L11)인 경우, 이중 본딩 와이어(L12)인 경우, 및 삼중 본딩 와이어(L13)인 경우의 본딩 와이어의 길이에 따른 인덕턴스가 도시된다. 단일 본딩 와이어(L11), 이중 본딩 와이어(L12), 및 삼중 본딩 와이어(L13) 모두 연결 길이의 증가에 따라, 인덕턴스가 증가한다. 또한, 연결 길이에 대한 인덕턴스는 근사적으로 비례한다. 단일 본딩 와이어(L11)의 경우, 연결 길이가 1mm 증가하는 경우, 인덕턴스가 근사적으로 1nH 증가한다. 이중 본딩 와이어(L12)의 연결 길이의 증가에 따른 인덕턴스 증가량은 단일 본딩 와이어(L11)의 증가량보다 작다. 삼중 본딩 와이어(L13)의 연결 길이의 증가에 따른 인덕턴스 증가량은 이중 본딩 와이어(L12)의 증가량보다 작다.

도 6의 본딩 와이어는 도 4의 본딩 와이어(BW)에 적용될 수 있다. 본딩 와이어(BW)에 요구되는 인덕턴스 값은 연성 회로 기판(230)에 포함된 신호 전송선(TL)의 커패시턴스 값에 근거하여 결정될 수 있다. 본딩 와이어(BW)의 길이는 요구되는 인덕턴스 값에 근거하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 본딩 와이어(BW)에 요구되는 유도성 리액턴스가 0.8nH인 경우, 본딩 와이어(BW)의 연결 길이는 0.8nH에 대응되도록 조정될 수 있다. 또한, 해당 유도성 리액턴스 값을 갖도록, 제1 본딩 와이어(BW1)의 제1 연결 길이(L1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)의 제2 연결 길이(L2)가 조정될 수 있다.

제1 연결 길이(L1)는 광 소자(210) 및 서브 마운트(220) 사이의 이격 거리에 의하여 최소값 또는 최대값이 결정될 수 있다. 제2 연결 길이(L2)는 서브 마운트(220) 및 연성 회로 기판(230) 사이의 이격 거리에 의하여 최소값 또는 최대값이 결정될 수 있다. 즉, 광 소자(210), 서브 마운트(220), 및 연성 회로 기판(230)의 배치에 따라 제1 연결 길이(L1) 및 제2 연결 길이(L2)의 조절은 한계를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 본딩 와이어(BW1) 또는 제2 본딩 와이어(BW2)를 다중 본딩 와이어로 구현할 수 있다.

예를 들어, 제1 본딩 와이어(BW1)는 광 소자(210) 및 서브 마운트(220) 사이의 간격보다 짧게 형성하기 어렵다. 제1 본딩 와이어(BW1)의 유도성 리액턴스가 연성 회로 기판(230)에 의한 용량성 리액턴스보다 큰 경우, 제1 본딩 와이어(BW1)는 다중 본딩 와이어로 구현될 수 있다. 이 경우, 제1 본딩 와이어(BW1)에 의한 유도성 리액턴스는 감소하여 임피던스를 정합할 수 있다. 즉, 제1 본딩 와이어(BW1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)에 포함된 본딩 와이어의 개수 또는 길이를 다양하게 조절하여 임피던스 정합이 구현될 수 있다.

연결 길이뿐만 아니라 다양한 파라미터에 따른 유도성 리액턴스의 변화에 근거하여 임피던스 정합을 위한 본딩 와이어(BW)가 형성될 수 있다. 본딩 와이어(BW)의 유도성 리액턴스는 주파수, 직경, 또는 유전 상수 등에 근거하여 변경될 수 있고, 본딩 와이어(BW)의 연결 길이는 이러한 다양한 요인에 근거하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 단일 본딩 와이어의 경우, 전송 신호의 주파수가 증가할수록, 본딩 와이어(BW)의 유도성 리액턴스가 증가할 수 있다. 따라서, 광 송신 장치(200)의 설정된 주파수에 근거하여 본딩 와이어(BW)의 길이를 조정할 수 있다. 또한, 본딩 와이어(BW)의 직경이 증가할수록 본딩 와이어(BW)의 유도성 리액턴스가 감소할 수 있다. 따라서, 본딩 와이어(BW)의 직경에 근거하여 본딩 와이어(BW)의 연결 길이가 결정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치의 손실 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 수평축은 광 송신 장치의 구동을 위한 주파수를 GHz 단위로 나타낸다. 수직축은 주파수에 따른 반사 손실(Return Loss) 및 삽입 손실(Insertion Loss)을 데시벨(dB) 단위로 나타낸다. 도 7은 본딩 와이어(BW)를 이용하여 임피던스 정합을 구현하는 본 발명과 별도의 임피던스 정합 회로를 광 소자 구동 회로(240)와 연성 회로 기판(230) 사이에 구현하는 경우를 비교하여 나타낸다.

임피던스 정합 회로를 사용한 경우의 반사 손실(RLC)은 실선으로 도시된다. 임피던스 정합 회로를 사용한 경우의 삽입 손실(ILC)은 점선으로 도시된다. 본 발명과 같은 본딩 와이어(BW)를 이용한 경우의 반사 손실(RLB)은 굵은 실선으로 도시된다. 본딩 와이어(BW)를 이용한 경우의 삽입 손실(ILB)은 이점 쇄선으로 도시된다. 실험을 위한 본딩 와이어(BW)는 도 4의 구조와 같은 제1 본딩 와이어(BW) 및 제2 본딩 와이어(BW2)를 포함한다. 제1 본딩 와이어(BW1)의 유도성 리액턴스 성분은 0.4nH로 실험되었고, 제2 본딩 와이어(BW2)의 유도성 리액턴스 성분은 0.3nH로 실험되었다.

본딩 와이어(BW)를 이용한 광 송신 장치는 11GHz보다 작은 주파수 대역에서 -10dB이하의 반사 손실(RLB)을 나타낸다. 반면, 임피던스 정합 회로를 이용한 경우의 반사 손실(RLC)은 대부분 본딩 와이어(BW)를 이용한 광 송신 장치의 반사 손실(RLB)보다 높다. 본딩 와이어(BW)를 이용한 광 송신 장치의 반사 손실(RLB) 및 삽입 손실(ILB)은 임피던스 정합 회로를 사용한 경우의 반사 손실(RLC) 및 삽입 손실(ILC)보다 작은 손실 특성 변화를 갖는다. 즉, 임피던스 정합 회로를 사용하는 경우, 반사 손실(RLC)이 높고, 삽입 손실(ILC)의 변화가 매우 심하므로 10Gbps이상의 동작이 어려울 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치의 AC 응답 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 수평축은 광 송신 장치의 구동을 위한 주파수를 GHz 단위로 나타낸다. 수직축은 주파수에 따른 광 소자에 제공되는 AC 전류 응답 특성을 데시벨(dB) 단위로 나타낸다. 도 8은 본딩 와이어(BW)를 이용하여 임피던스 정합을 구현하는 본 발명과 별도의 임피던스 정합 회로를 광 소자 구동 회로(240)와 연성 회로 기판(230) 사이에 구현하는 경우를 비교하여 나타낸다.

임피던스 정합 회로를 사용한 경우의 AC 응답 특성(IC)은 실선으로 도시된다. 본 발명과 같은 본딩 와이어(BW)를 이용한 광 송신 장치의 AC 응답 특성(IB)은 점선으로 도시된다. 실험을 위한 본딩 와이어(BW)는 도 4와 같이 제1 본딩 와이어(BW1) 및 제2 본딩 와이어(BW2)를 포함한다. 제1 본딩 와이어(BW1)의 유도성 리액턴스 성분은 0.4nH로 실험되었고, 제2 본딩 와이어(BW2)의 유도성 리액턴스 성분은 0.3nH로 실험되었다.

임피던스 정합 회로를 사용한 경우의 광 송신 장치는 약 12.3GHz에서 -3dB의 AC 응답 특성(IC)을 갖는다. 본딩 와이어(BW)를 이용한 광 송신 장치는 약 13GHz에서 -3dB의 AC 응답 특성(IC)을 갖는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본딩 와이어(BW)의 유도성 기생 성분을 이용한 광 송신 장치의 -3dB 주파수 대역폭은 임피던스 정합 회로를 사용한 광 송신 장치에 비하여 증가한다. 또한, 임피던스 정합 회로를 사용한 경우에 비하여 본 발명의 실시예에 따른 광 송신 장치는 향상된 AC 응답 특성의 평탄도를 가질 수 있다.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.

10, 100: 광 송신 서브 어셈블리 20, 200: 광 송신 장치
21, 210: 광 소자 220: 서브 마운트
230: 연성 회로 기판 23, 240: 광 소자 구동 회로
BW: 본딩 와이어

Claims

전송 신호에 근거하여 광 신호를 생성하는 광 소자;
상기 광 소자에 상기 전송 신호를 제공하는 신호 전송선을 포함하는 연성 회로 기판; 및
상기 광 소자 및 상기 연성 회로 기판을 전기적으로 연결하고, 상기 신호 전송선의 커패시턴스 값을 보상하는 인덕턴스 값을 갖는 본딩 와이어를 포함하고,
상기 본딩 와이어의 상기 인덕턴스 값과 상기 신호 전송선의 상기 커패시턴스 값의 차이는 임계 리액턴스 이하인 광 송신 장치.