KR20190042803A - Multi-channel optical receiver module and methods of manufacturing - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a multi-channel light reception module and a manufacturing method thereof. The multi-channel light reception module includes a light transmitting unit for transmitting a light signal, an active element unit, and a lid. The light transmitting unit includes a planar waveguide, a light waveguide core, an over clad, an epoxy layer, a reflection film, and a micro Fresnel lens provided in an integral type at a point where a light signal of a light transmitting means of the over clad is output by a photolithography process.

Description

다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법 {MULTI-CHANNEL OPTICAL RECEIVER MODULE AND METHODS OF MANUFACTURING}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-

본 발명은 다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel light receiving module and a manufacturing method thereof.

인터넷의 대중화로 인하여 대용량의 정보나 데이터의 전송 요구에 의해 대용량 통신이 폭발적으로 증가하고 있고, 최근에는 40Gbps급 이나 100Gbps급의 광송수신모듈의 사용이 이더넷(Ethernet), 파이버 채널(fiber channel), 또는 액티브 옵티컬 케이블(active optical cable)을 통한 비디오 데이터 전송을 위해 증가하고 있다.In recent years, the use of 40 Gbps or 100 Gbps class optical transmission / reception modules has been used for Ethernet, fiber channel, Or for transmission of video data through an active optical cable.

이에 따라, 광모듈의 전송 속도가 급격하게 증가하고 있고, 아울러 저가 및 초소형 광 수신기 모듈 구현 기술이 절실하게 요구되고 있다.As a result, the transmission speed of the optical module is rapidly increasing, and a technology for implementing a low-cost and small-sized optical receiver module is desperately required.

이와 같이, 대용량의 데이터를 전송하기 위하여, 다중화/역다중화 장치를 이용한 다채널 (4채널 또는 그 이상 채널) 광송신 모듈과 광수신 모듈을 사용하게 된다.As described above, in order to transmit a large amount of data, a multi-channel (four channel or more channel) optical transmission module and a light reception module using a multiplexer / demultiplexer are used.

일반적으로, 하나의 광섬유에 10Gbps 또는 25Gbps의 전송 속도를 갖는 서로 다른 파장의 광신호를 다중화시켜 수십 Gbps 또는 100Gbps의 데이터를 전송하는 파장분할다중화 (WDM:　Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신이 기간망 및 메트로 망에 사용되고 있거나, 데이터 센터 내 서버간 신호 전송에는 4개 또는 그 이상의 광섬유를 병렬로 연결하여 데이터 전송 용량을 획기적으로 늘이는 다채널 광통신 방식이 사용되기도 한다.In general, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) optical communication system in which optical signals of different wavelengths having a transmission rate of 10 Gbps or 25 Gbps are multiplexed on one optical fiber and data of several tens Gbps or 100 Gbps is transmitted, In order to transmit signals between servers in a data center, a multi-channel optical communication system is used in which four or more optical fibers are connected in parallel to dramatically increase data transmission capacity.

종래의 광수신 모듈 및 이의 제조방법에 의하면, 광섬유 또는 광도파로와 같은 광전송수단에 어레이 렌즈를 접합하고, 상기 광전송수단에 경사진 반사층을 형성하여 이루어진 광학부와 기판 위에 PD 와 TIA를 실장한 전기부를 독립적으로 제작, 시험한 다음 능동 정렬하여 광수신 모듈을 제작하였다. According to the conventional light receiving module and the manufacturing method thereof, an optical part formed by bonding an array lens to an optical transmission means such as an optical fiber or an optical waveguide and forming a slanting reflective layer on the optical transmission means, and an electric The optical receiving module was fabricated by performing active alignment.

광전송수단의 광신호가 출력되는 지점에 정확하게 어레이 렌즈가 접합되도록 정렬마크를 이용하여 정렬한 후, 에폭시계 접착제를 경화(curing)시켜서 고정하는 공정을 거치게 된다. An alignment mark is used to align the array lens precisely at the point where the optical signal of the optical transmission means is output, and then the epoxy adhesive is cured and fixed.

이때, 에폭시계 접착제를 도포할 때 균일하게 도포되도록 세심한 주의가 필요하며, 또한 에폭시계 접착제를 경화시키는 과정에서 미세하게 뒤틀림 현상이 생길수 도 있다는 점에 유의할 필요가 있다.At this time, it is necessary to pay close attention to uniformly applying the epoxy-based adhesive, and it is also necessary to note that the epoxy-based adhesive may be slightly twisted in the process of curing the epoxy-based adhesive.

이로 인하여, 광섬유 또는 광도파로와 같은 광전송수단에 어레이 렌즈를 접합시, 에폭시계 접착제 적용공정에서 불량률이 증가하는 문제가 발생된다.As a result, when the array lens is bonded to the optical transmission means such as an optical fiber or an optical waveguide, a defect rate increases in an epoxy adhesive application process.

또한, 광도파로에 이미 리플로우를 일으켜 감광막으로 만들어진 마이크로 렌즈를 식각 마스크로 하여 유리재질의 광도파로를 식각하여 감광막 마이크로 렌즈의 형상을 광도파로에 제작할 수 방법도 게시가 되어 있으나 리프로우 공정은 온도와 시간을 정밀하게 제어해야 하는 번거로운 문제가 있다.There is also a method in which a shape of a photoresist microlens can be fabricated in an optical waveguide by etching an optical waveguide made of a glass material using a microlens made of a photoresist film as an etching mask by causing reflow in the optical waveguide, And the time is precisely controlled.

대한민국 등록특허공보 10-0621833(공고일자: 2006년09월13일, 발명의 명칭: 광연결장치 및 그제작방법, 출원인: 주식회사 나놉스)Korean Registered Patent Application No. 10-0621833 (Publication Date: September 13, 2006, entitled "Optical Connection Device and Method of Making the Same, Applicant: Nanos)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광전송 수단에 어레이 렌즈를 접합하는 공정 대신, 광전송 수단 중 하나인 평판형 광도파로에 있어서, 평판형 광도파로의 오버클래드(over clad) 층에 포토리소그래피 공정을 사용하여 직접 마이크로 프레넬 렌즈 어레이를 형성하는 다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a planar optical waveguide, which is one of optical transmission means, instead of a process of joining an array lens to an optical transmission means, in which an overclad layer of a planar optical waveguide is subjected to a photolithography process Thereby forming a micro Fresnel lens array directly, and a method of manufacturing the same.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 빛을 한 곳에 잘 모으는 역할을 하기 위한 프레넬 렌즈를 사용하여 집광효율을 향상시켜 광신호를 원하는 방향 및 장소로 집중시켜서 정렬 효율을 크게 향상시킬 수 있는 다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to improve the light-condensing efficiency by using a Fresnel lens for collecting the light in one place, thereby concentrating the optical signal in a desired direction and place, thereby greatly improving the alignment efficiency A channel light receiving module and a method of manufacturing the same.

본 발명의 한 특징에 다채널 광수신 모듈은 광신호를 전송하는 광전송부(100), 능동소자부(200)와 리드(300, Lid)를 포함할 수 있으며, 상기 광전송부(100)는 평판형도파로(110), 광도파로 코어(120), 오버클래드(130, over clad), 에폭시층(140), 마이크로 프레넬 렌즈(160) 및 반사막(170)을 포함 할 수 있으며, 상기 프레넬 렌즈 어레이는 포토리소그래피 공정에 의해 오버 클래드(over clad)의 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점에 일체형으로 구비될 수 있으며 별도의 프레넬 렌즈를 접착할 수도 있다.In one aspect of the present invention, a multi-channel optical receiving module may include an optical transmission unit 100, an active device unit 200, and leads 300 and Lid for transmitting an optical signal. The optical transmission unit 100 may include a flat plate And may include a waveguide 110, an optical waveguide core 120, an overclad 130, an epoxy layer 140, a microfresnel lens 160, and a reflection film 170, The array may be integrally provided at a point where an optical signal of an over-clad optical transmission means is output by a photolithography process, or may be adhered to another Fresnel lens.

이러한 특징에 따르면, 본 발명의 다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법은 광전송수단에 어레이 렌즈를 접합하지 않고 평판형 광도파로의 오버클래드층에 포토리소그래피 공정을 사용하여 직접 마이크로 프레넬 렌즈 어레이를 형성하여 어레이 렌즈를 접합하는 에폭시계 접착제 접합공정에서 발생될 수 있는 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 또한 빛을 한 곳에 잘 모으는 역할을 하기 위한 프레넬 렌즈를 사용함으로 집광효율을 향상시켜 광신호를 원하는 방향및 장소로 집중시켜서 정렬 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to this aspect, the multi-channel optical receiving module and the method of manufacturing the same of the present invention can form a micro-Fresnel lens array directly by using a photolithography process on the overclad layer of the planar optical waveguide without bonding the array lens to the optical transmission means. The Fresnel lens is used to reduce the defect rate that can be generated in the epoxy adhesive bonding process for bonding the array lens and to collect the light in one place, The alignment efficiency can be greatly improved by concentrating on a desired direction and place.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 프레넬 렌즈가 구비된 다채널 광수신 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 광수신 모듈의 제조방법을 도시한 흐름도이다. FIG. 1 is a block diagram of a multi-channel light receiving module having a micro-Fresnel lens according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a flowchart illustrating a method of fabricating a multi-channel light receiving module according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

그러면 첨부한 도면 1 내지 2를 참고로 하여 본 발명의 다채널 광수신 모듈 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a multi-channel optical receiving module and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 광수신 모듈 의 구성은 상기 광전송부(100)는 평판형 광도파로(110)를 포함하고, 상기 능동소자부(200)는 포토다이오드(220, Photo Diode)와, 상기 포토다이오드와 전기적으로 연결된 트랜스 임피던스 전치증폭소자(230, TIA: Trans Impedance Amplifier)를 포함하여 구성되어 있다. Referring to FIG. 1, a multi-channel light receiving module according to an embodiment of the present invention includes an optical transmission unit 100 including a planar optical waveguide 110, A photodiode 220, and a transimpedance amplifier 230 (TIA) electrically connected to the photodiode.

상기 평판형 광도파로(110)의 일측단부에 형성되어 있는 경사면에는 광도파로코어(120)을 통해 들어온 광신호인 입력광(150)을 반사시키는 반사막(170)이 형성되어 있으며, 상기 평판형 광도파로(110)에 오버 클래드층(130)이 형성되어 있고, 상기 오버클래드층(130)에 상기 반사막(170)에서 반사되는 상기 광신호가 출력되는 지점에 마이크로 프레넬 렌즈 어레이(160)가 형성되어 있으며, 상기 포토다이오드(220)는 상기 마이크로 프레넬 렌즈 어레이(160)의 하부에 정렬되어 위치된다.A reflective film 170 is formed on a sloped surface formed at one end of the planar optical waveguide 110 to reflect the input light 150 that is an optical signal input through the optical waveguide core 120, An over cladding layer 130 is formed on the waveguide 110 and a micro Fresnel lens array 160 is formed on the over cladding layer 130 at a position where the optical signal reflected by the reflection film 170 is output And the photodiode 220 is aligned and positioned below the micro-Fresnel lens array 160.

다음 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 광수신 모듈의 제조방법에 대해 상세히 설명을 한다.2, a method of manufacturing a multi-channel optical receiving module according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

오버클래드(130)의 일측면에 마이크로 프레넬 렌즈(160)를 형성할 수 있는 형상의 감광막을 형성하는 공정(S100), 상기 광도파로 코어(120)의 위치가 마이크로 프레넬 렌즈 중심에 위치하도록 한 후 노광광(미도시)을 보냄으로써 코팅된 감광막을 노광하는 공정(S200),A step S100 of forming a photoresist film having a shape capable of forming a microfresnel lens 160 on one side of the overclad 130, a step of positioning the optical waveguide core 120 at a center of the microfresnel lens A step (S200) of exposing the coated photoresist by sending an exposure light (not shown)

노광된 감광막을 현상하는 공정(S300), 현상된 감광막을 에칭(etching)공정을 통하여 마이크로 프레넬 렌즈를 형성하는 공정(S400), 마이크로 프레넬 렌즈(160) 일측에 형성된 정렬마크(161)를 기준으로 절단 후 렌즈가 있는 평판형 광도파로(110)와 오버클래드(130)의 일측을 경사면으로 가공하는 공정(S500), 및 가공된 경사면에 반사막(170)을 형성하는 공정(S600)을 포함한다. (S400) of forming a micro Fresnel lens through an etching process of the developed photoresist, a step of forming an alignment mark 161 formed on one side of the micro Fresnel lens 160 (S500) of processing a flat optical waveguide (110) having a lens after cutting with reference to one side of the overclad (130) to form an inclined plane, and a step (S600) of forming a reflective film (170) on the processed inclined plane do.

상기 마이크로 프레넬 렌즈(160)의 형상은 포토다이오우드(220)의 수광부 영역(210)의 형상에 따라 원형 혹은 타원형으로 형성할 수 있다.The shape of the micro Fresnel lens 160 may be circular or elliptical depending on the shape of the light receiving portion 210 of the photodiode 220.

또한, 상기 경사면은 마이크로 프레넬 렌즈의 설계값에 따라 정해지는 것으로 본 발명의 경우는 마이크로 프레넬 렌즈의 설계값에 의해 경사면의 각도가 결정된다.In addition, the inclined surface is determined according to the design value of the micro Fresnel lens. In the case of the present invention, the angle of the inclined plane is determined by the design value of the micro Fresnel lens.

이상에서 본 발명의 실시예에 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 광전송부 110: 평판형광도파로
120: 광도파로코어 130: 오버클래드
140: 에폭시 150: 광신호
160: 마이크로 프레넬렌즈 161: 정렬마크
170: 반사막 200: 능동소자부
210: 수광부영역 220: 포토다이오우드
230: 트랜스 임피던스 전치증폭소자(TIA)
240: 기판 250: 서브마운트
300: 리드(Lid)100: optical transmission unit 110: flat plate waveguide
120: optical waveguide core 130: overclad
140: Epoxy 150: Optical signal
160: Micro Fresnel lens 161: Alignment mark
170: reflective film 200: active element part
210: light receiving section region 220: photo diode
230: Transimpedance Preamplifier (TIA)
240: Substrate 250: Submount
300: Lead (Lid)

Claims (6)

광신호를 전송하는 광전송부,
능동소자부,
리드를
포함하며,
광전송부는 평판형도파로, 광도파로 코어, 오버클래드, 에폭시층, 마이크로 프레넬 렌즈 및 반사막
을 포함하는 다채널 광수신 모듈.An optical transmission unit for transmitting an optical signal,
Active element,
Lead
≪ / RTI &
The optical transmission portion includes a planar waveguide, an optical waveguide core, an overclad, an epoxy layer, a microfresnel lens,
Channel light receiving module. 제 1항에 있어서,
프레넬 렌즈 어레이는 포토리소그래피 공정에 의해 오버 클래드의 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점에 에칭공법에 의해 일체형으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the Fresnel lens array is provided integrally with the Fresnel lens array by an etching method at a point where an optical signal of an overclad optical transmission means is outputted by a photolithography process. 제1항에 있어서,
오버클래드의 두께는 1 내지 50마이크로미터(um)인 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the overclad is 1 to 50 micrometers (um). 제1항에 있어서,
상기 마이크로 프레넬 렌즈의 에칭 깊이는 1 내지 40 마이크로미터(um)인 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the etching depth of the micro-Fresnel lens is 1 to 40 micrometers (um). 제 1항에 있어서,
마이크로 프레넬 렌즈의 형상은 포토다이오우드의 수광부 영역의 형상에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the shape of the micro Fresnel lens is formed according to the shape of the light receiving region of the photodiode. 오버클래드의 일측면에 마이크로 프레넬 렌즈를 형성할 수 있는 형상의 감광막을 형성하는 공정,
광도파로 코어(120)의 위치가 마이크로 프레넬 렌즈 중심에 위치하도록 한 후 노광광(미도시)을 보냄으로써 코팅된 감광막을 노광하는 공정,
노광된 감광막을 현상하는 공정, 현상된 감광막을 에칭(etching)공정을 통하여 마이크로 프레넬 렌즈를 형성하는 공정,
마이크로 프레넬 렌즈 일측에 형성된 정렬마크를 기준으로 절단 후 렌즈가 있는 한쪽 끝을 경사면으로 가공하는 공정,
및 가공된 경사면에 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 다채널 광수신 모듈 제조방법.A step of forming a photoresist film having a shape capable of forming a microfresnel lens on one side of the overclad,
A step of exposing the coated photoresist film by irradiating an exposure light (not shown) so that the position of the optical waveguide core 120 is positioned at the center of the microfresnel lens,
A step of developing the exposed photoresist film, a step of forming a microfresnel lens through an etching process of the developed photoresist,
A step of machining one end of the lens having the lens after being cut on the basis of an alignment mark formed on one side of the microfresnel lens,
And forming a reflective film on the machined sloped surface.
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