KR20210050415A - Cooling optical transmission module device and manufacturing method thereof - Google Patents
Cooling optical transmission module device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210050415A KR20210050415A KR1020200029886A KR20200029886A KR20210050415A KR 20210050415 A KR20210050415 A KR 20210050415A KR 1020200029886 A KR1020200029886 A KR 1020200029886A KR 20200029886 A KR20200029886 A KR 20200029886A KR 20210050415 A KR20210050415 A KR 20210050415A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical transmission
- platform
- mounting groove
- silicon wafer
- transmission module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
- G02B6/4268—Cooling
- G02B6/4269—Cooling with heat sinks or radiation fins
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 냉각형 광송신 모듈 장치 및 그 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 제어가 필요한 광 송신 모듈에 있어 광소자/광학소자 등의 어셈블리가 완료된 후 최종적으로 Dicing에 의해 냉각 광 송신 모듈 및 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cooling type optical transmission module device and a method of manufacturing the device, and more particularly, in an optical transmission module requiring temperature control, after the assembly of an optical element/optical element, etc. is completed, the cooling light is finally cooled by dicing. It relates to a transmission module and a manufacturing method.
최근 데이터 트래픽이 급격히 증가함에 따라 대용량의 데이터를 고속으로 신호의 왜곡 없이 전송할 수 있는 광 송수신 모듈이 각광을 받고 있으며 대량 생산을 통한 가격 경쟁력 확보가 중요한 이슈이다. With the recent rapid increase in data traffic, optical transmission/reception modules capable of transmitting large amounts of data at high speed and without signal distortion are in the spotlight, and securing price competitiveness through mass production is an important issue.
기존의 광네트워크에서 광파장 안정화가 중요한 냉각형 광 송신 모듈(Cooled TOSA Module)에서는 패키지와 광 송신 플랫폼을 각 각의 제작 공정을 거친 후 개별로 패키징을 진행하여 제작되어서 대량 생산에 유리하지 못한 문제점이 있다. In the cooled TOSA Module, where optical wavelength stabilization is important in the existing optical network, the package and the optical transmission platform are individually packaged after each manufacturing process, which is not advantageous for mass production. have.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 현재 5G 및 6G LWDM(Local network Wavelength Division Multiplexing), DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 100GHz, 50GHz 등의 광파장 밴드를 가지는 광네트워크에서 광 파장 안정화가 중요한 냉각형 광 송신 모듈을 Wafer level 패키징 공정을 접목하여 대량 생산에 유리한 냉각형 광송신 모듈 장치를 제공하고자 한다. The present invention was conceived to solve the conventional problem, and optical wavelength stabilization is important in optical networks having optical wavelength bands such as 5G and 6G Local Network Wavelength Division Multiplexing (LWDM) and Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) 100 GHz and 50 GHz. We intend to provide a cooling type optical transmission module device that is advantageous for mass production by combining a cooling type optical transmission module with a wafer level packaging process.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치는 광 송신 플랫폼이 실장되기 위한 공간이 복수개 구비된 실리콘 웨이퍼; 상기 플랫폼 실장홈에 본딩되어 열을 외부로 방열시키는 열전 냉각기; 상기 열전 냉각기 상부에 구비되고, 광신호를 출력한 후 반사시켜 출력하는 상기 광 송신 플랫폼; 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 본딩되고, 실장된 상기 광 송신 플랫폼을 전기적으로 연결하는 유전체 서브 마운트; 및 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈을 덮은 후 밀폐시키는 동시에 전기적 경로를 제공하는 커버를 포함한다. A cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a silicon wafer having a plurality of spaces for mounting an optical transmission platform; A thermoelectric cooler bonded to the platform mounting groove to dissipate heat to the outside; The optical transmission platform provided on the thermoelectric cooler and configured to output an optical signal and then reflect and output the optical signal; A dielectric sub-mount bonded to the platform mounting groove of the silicon wafer and electrically connecting the mounted optical transmission platform; And a cover that covers and seals the platform mounting groove of the silicon wafer and provides an electrical path at the same time.
상기 실리콘 웨이퍼는, 습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 플랫폼 실장홈이 형성되고, 열전도율이 149 W/(mk)인 실리콘 재질이다. The silicon wafer is formed of a silicon material having a platform mounting groove formed through a wet etching process and a thermal conductivity of 149 W/(mk).
상기 실리콘 웨이퍼(100)는, 상기 플랫폼 실장홈(110)의 내부 기밀성 유지를 위한 Sealing 공정을 위해서 플랫폼 실장홈(110)의 상부 주위면에 상기 커버 접착을 위한 Solder 물질 또는 Epoxy 물질이 도포된다. The
상기 광 송신 플랫폼은 광신호를 상기 렌즈에 출력하는 광전소자; 상기 광전소자를 통해 출력되는 광신호의 수평 정렬하는 렌즈; 상기 렌즈에 의해 정렬된 광신호를 임의의 각도로 반사시키는 광학소자; 상기 광학소자에 의해 반사되지 못하고 투과된 광을 검출하는 모니터링 포토 다이오드; 및 상기 광전소자 동작 온도를 검출하는 온도 검출기를 포함한다. The optical transmission platform includes an optoelectronic device for outputting an optical signal to the lens; A lens for horizontally aligning the optical signal output through the photoelectric device; An optical element for reflecting the optical signal aligned by the lens at an arbitrary angle; A monitoring photodiode for detecting transmitted light that is not reflected by the optical device; And a temperature detector for detecting the operating temperature of the photoelectric device.
상기 커버는, 상기 광학소자를 통해 반사되는 광신호가 위치한 부분에 상면과 하면에 광파장에 대응되도록, 빛 투과 코팅 필름이 형성된다. The cover is formed with a light-transmitting coating film so as to correspond to light wavelengths on the upper surface and the lower surface at a portion where an optical signal reflected through the optical device is located.
상기 유전체 서브 마운트는, 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 실장 시, 메탈 패턴이 형성되고, 상기 플랫폼 실장홈에 실장된 광 송신 플랫폼과 같은 높이에 형성되는 제1 플랫부; 메탈 패턴이 형성되어 상기 플랫폼 실장홈을 밀폐하기 위한 커버를 지지하면서 전기적으로 접촉되는 제2플랫부; 및 메탈 패턴이 형성되고, 상기 제1 플랫부와 상기 제2 플랫부를 전기적으로 연결하는 경사부를 포함한다. The dielectric sub-mount may include: a first flat portion formed in a metal pattern when mounted in a platform mounting groove of the silicon wafer and formed at the same height as an optical transmission platform mounted in the platform mounting groove; A second flat portion having a metal pattern formed thereon to support the cover for sealing the platform mounting groove and being in electrical contact; And an inclined portion having a metal pattern formed thereon and electrically connecting the first flat portion and the second flat portion.
상기 유전체 서브 마운트의 복수의 메탈 패턴은, 고속 신호 연결을 위한 RF 선로, 상기 열전 냉각기 전원공급선, 상기 mPD 및 온도 검출기를 센싱할 수 있도록 연결된 저주파 신호선을 포함한다. The plurality of metal patterns of the dielectric sub-mount includes an RF line for high-speed signal connection, a power supply line for the thermoelectric cooler, and a low-frequency signal line connected to sense the mPD and a temperature detector.
그리고 상기 유전체 서브 마운트는 유리 재질이다. In addition, the dielectric sub-mount is made of glass.
상기 커버는, 하부면 둘레에 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈과 접촉한 후 실링하는 실링 패드; 상기 커버의 상부면 일측에 형성되는 RDL; 상기 RDL과 연결된 상태로 관통하여 형성되는 메탈 관통 패스; 및 상기 메탈 관통 패스와 연결되어 상기 실리콘 웨이퍼 밀폐 시 유전체 서브 마운트의 메탈 패턴에 접촉되는 메탈 패드를 포함한다. The cover may include a sealing pad for sealing after contacting the platform mounting groove of the silicon wafer around a lower surface; An RDL formed on one side of the upper surface of the cover; A metal penetration path formed through and connected to the RDL; And a metal pad connected to the metal through path to contact the metal pattern of the dielectric sub-mount when sealing the silicon wafer.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 제조 방법은실리콘 웨이퍼에 광 송신 플랫폼이 실장될 공간인 플랫폼 실장홈이 확보된 실리콘 웨이퍼를 생성하는 단계; 생성된 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 열전 냉각기를 본딩하는 단계; 상기 플랫폼 실장홈에 본딩된 열전 냉각기 상에 광 송신 플랫폼을 본딩하는 단계; 상기 플랫폼 실장홈내 열전 냉각기가 본딩되지 않은 위치에 Solder bump가 형성된 유전체 기반 서브 마운트를 본딩시키는 단계; 상기 광 송신 플랫폼과 유전체 서브 마운트간 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 커버를 상기 실리콘 웨이퍼에 본딩하여 밀폐시키고, 광 송신 플랫폼을 전기적으로 접속시키는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a cooling type optical transmission module according to an embodiment of the present invention comprises: generating a silicon wafer in which a platform mounting groove, which is a space in which an optical transmission platform is to be mounted, is secured on a silicon wafer; Bonding a thermoelectric cooler to the generated platform mounting groove of the silicon wafer; Bonding an optical transmission platform on the thermoelectric cooler bonded to the platform mounting groove; Bonding a dielectric-based sub-mount in which a solder bump is formed at a position in the platform mounting groove where the thermoelectric cooler is not bonded; Electrically connecting the optical transmission platform and the dielectric sub-mount; And bonding and sealing the cover to the silicon wafer, and electrically connecting the optical transmission platform.
그리고 Dicing 공정전에 Wafer level에서 광 송신 모듈의 동작 특성을 확인한후 Dicing 공정을 진행하는 단계를 더 포함한다. And before the dicing process, the step of performing the dicing process after confirming the operating characteristics of the optical transmission module at the wafer level.
상기 Dicing 공정 단계는, Laser dicing, Saw dicing 및 Scribing and Breaking 중 하나가 이용된다. In the dicing process step, one of laser dicing, saw dicing, and scribing and breaking is used.
상기 실리콘 웨이퍼를 생성하는 단계는, 습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 플랫폼 실장홈을 형성한다. In the step of generating the silicon wafer, a platform mounting groove is formed through a wet etching process.
또한, 상기 실리콘 웨이퍼를 생성하는 단계는, 상기 플랫폼 실장홈의 내부 기밀성 유지를 위한 Sealing 공정을 위해서 플랫폼 실장홈의 상부 주위면에 상기 커버 접착을 위한 물질을 도포하는 단계를 더 포함한다. In addition, the step of generating the silicon wafer further includes applying a material for bonding the cover to the upper peripheral surface of the platform mounting groove for a sealing process for maintaining the internal airtightness of the platform mounting groove.
그리고, 상기 커버를 상기 실리콘 웨이퍼에 본딩하여 밀폐시키고, 광 송신 플랫폼을 전기적으로 접속시키는 단계는, 상기 광학소자를 통해 반사되는 광신호가 위치한 부분에 상면과 하면에 광파장에 대응되도록 빛 투과 코팅 필름이 형성된다. In addition, in the step of bonding the cover to the silicon wafer and sealing it, and electrically connecting the optical transmission platform, a light-transmitting coating film is formed on the upper surface and the lower surface to correspond to the optical wavelength at the portion where the optical signal reflected through the optical element is located. Is formed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 송신 플랫폼이 실장될 수 있도록 공간이 형성된 실리콘 웨이퍼(SiOB) 상에 광전소자(LD, mPD)/광학소자(Mirror, Lens)/열전소자(열전 냉각기)/유리 인터포저(커버), 열센서(온도 검출기)의 조립 공정이 진행되므로 제조 공정이 단순하며, 생산성을 획기적으로 증가시킬 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, a photoelectric device (LD, mPD)/optical device (Mirror, Lens)/thermoelectric device (thermoelectric cooler)/ on a silicon wafer (SiOB) in which a space is formed so that an optical transmission platform can be mounted. Since the assembly process of the glass interposer (cover) and the thermal sensor (temperature detector) proceeds, the manufacturing process is simple and there is an effect that can dramatically increase productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 도 1의 세부 구성을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 도 1의 실리콘 웨이퍼를 설명하기 위한 모식도.
도 4는 도 1의 커버를 설명하기 위한 사시도.
도 5는 도 1의 커버를 설명하기 위한 측면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 패키징 공정도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a reference diagram for explaining a detailed configuration of FIG. 1;
3 is a schematic view for explaining the silicon wafer of FIG. 1.
Figure 4 is a perspective view for explaining the cover of Figure 1;
Figure 5 is a side view for explaining the cover of Figure 1;
6A to 6E are packaging process diagrams for explaining a manufacturing process of a cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cooling type optical transmission module according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, terms used in the present specification are for explaining embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements in which the recited component, step, operation and/or element is Or does not preclude additions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치는 실리콘 웨이퍼(100), 열전 냉각기(200), 광 송신 플랫폼(300), 유전체 서브 마운트(400), 커버(500)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention includes a
실리콘 웨이퍼(100)는 SI 웨이퍼(Wafer)로, 광 송신 플랫폼이 실장되기 위한 공간이 복수개 구비된다. 이러한 실리콘 웨이퍼는 도 3에 도시된 바와 같이, 간단한 습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 열전 냉각기(200), 광 송신 플랫폼(300) 및 유전체 서브 마운트(400)를 실장할 수 있는 플랫폼 실장홈(110)을 제공한다. 실리콘 웨이퍼(100)는 열전도율이 149 W/(mk)인 실리콘 재질인 것이 바람직하다. 이로 통해, 열전 냉각기(200) 방열에 유리하다. The
그리고, 실리콘 웨이퍼(100)는 플랫폼 실장홈(110)의 내부 기밀성 유지를 위한 Sealing 공정을 위해서 플랫폼 실장홈(110)의 상부 주위면에 Interposer가 형성된 커버(500) 접착을 위한 접착 물질(120)인 Solder 물질 또는 Epoxy 물질이 도포될 수 있다.In addition, the
열전 냉각기(200)는 상기 플랫폼 실장홈(110)에 삽입되어 상기 광 송신 플랫폼(300)에서 발생되는 열에 따라 동작하여 상기 광 송신 플랫품(300)의 열을 외부로 방열시킨다. 이러한, 열전 냉각기(200)는 2개의 이종 금속 접합부를 통해서 전류를 흘렸을 때 열이 흡수된다는 페르티에 효과가 적용된 열전 냉각 소자가 이용될 수 있으나 이를 한정하지 않고 다양한 열전 소자가 이용될 수 있다. The
광 송신 플랫폼(300)은 상기 열전 냉각기(200) 상부에 구비되고, 광신호를 출력하는 광전소자(310), 상기 광전소자(310)를 통해 출력된 광신호의 조사 위치를 결정하는 Collimation 렌즈(320), 상기 광전소자(310)로부터 렌즈(32)를 통해 조사되는 광신호를 반사시키는 광학소자(Mirror, 330), 상기 광전소자(310)로부터 출력된 광신호 중 상기 광학소자(330)에 의해 반사되지 않고 통과되는 광신호를 검출하는 모니터링 포토 다이오드(340) 및 상기 광전소자(310)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정기(350)가 구비된다. The
광전소자(310)는 광신호를 상기 렌즈(320)에 출력한다. The
렌즈(320)는 상기 광전소자(310)를 통해 출력되는 광신호의 수평을 정렬 (Collimation)한다. The
광학소자(330)는 상기 렌즈(320)에 의해 정렬된 광신호를 임의의 각도로 반사시킨다. 본 실시예에서의 광학소자(330)는 45o Mirror로써, 90o 경로가 변경되어 빛 투과 코팅 필름이 형성된 커버(500)을 통과하여 외부로 전달되도록 한다. The
모니터링 포토 다이오드(Monitoring Photo diode, 이하 “mPD”, 340)는 광전소자(310)의 광 출력량이 측정될 수 있도록, 광학소자(330)에 의해 45 o 로 반사되지 못하고 투과된 광을 검출한다. The monitoring photo diode (hereinafter referred to as “mPD”, 340) detects the transmitted light without being reflected by the optical device 330 at 45° so that the amount of light output of the photoelectric device 310 can be measured.
온도 검출기(350)는 광전소자(310) 동작 온도를 검출한다. 이렇게 검출된 광전소자(310)의 온도를 기준으로 열전 냉각기(200)가 동작되어 광전소자(310)에서 발생된 열을 외부로 방출시킨다. 이를 통해, 광전소자(310)의 동작 온도를 일정하게 유지될 수 있도록 하여 광전소자(310)의 출력 광파장을 안정화할 수 있는 효과가 있다. The
유전체 서브 마운트(400)는 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)에 실장 시, 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)에 실장된 광 송신 플랫폼(300)과 같은 높이에 형성되는 제1 플랫부(401), 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)에 열전 냉각기(Thermo-electric Cooler, 200), 광 송신 플랫폼(300)(TOSA Platform), 금속 패턴이 형성된 유전체 서브 마운트(400)가 실장된 후 밀폐하기 위한 커버(500)의 하부가 접촉되는 제2플랫부(402) 및 상기 제1 플랫부(401)와 상기 제2 플랫부(402)를 연결하는 경사부(403)로 이루어진다. When mounted in the
이러한 유전체 서브 마운트(400)에는 복수의 메탈 패턴(410)이 구비된다. 복수의 메탈 패턴(410)은 고속 신호 연결을 위한 RF 선로(411)와 열전 냉각기 전원공급선(412), mPD(340) 및 온도 검출기(350)을 센싱할 수 있도록 연결된 저주파 신호선(413, 414)을 포함한다. 여기서, 신호선(413, 414)은 도 2에 도시된 바와 같이, Solder bump(420)를 통해 커버(500)의 전극과 연결되는 것이 바람직하다. A plurality of
여기서, 유전체 서브 마운트(400)의 재질은 Bonding wire(550)에 의해 광전소자(310)로 열이 전달되는 것을 최소화하기 위해, 열전달이 잘 안되는 재질(예. Glass)인 것이 바람직하다. Here, the material of the
커버(500)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 글래스 재질의 판 형상으로, 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)을 덮은 후 밀폐시키는 동시에 전기적 경로를 제공한다. As shown in FIGS. 4 and 5, the
이를 위해, 커버(500)는 몸체(510), 실링 패드(520), RDL(530)(Redistribution Layer), 메탈 관통 패스(540) 및 메탈 패드(550)를 포함한다. To this end, the
몸체(510)는 유리 재질로 이루어지며, 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)을 밀폐시킨다. The
실링 패드(520)는 하부면 둘레에 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)의 상부면에 접촉한 후 실링하는 역할을 한다. The
RDL(530), 메탈 관통 패스(540) 및 메탈 패드(550)는 Hermetic sealing을 하면서도, 유전체 서브 마운트(400)와 전기적으로 연결할 수 있도록 메탈로 이루어진다. The
RDL(530)는 커버(500)의 상부면 일측에 형성되고, 메탈 관통 패스(540)는 상기 RDL(530)과 연결된 상태로 관통하여 형성되며, 상기 메탈 관통 패스(540)와 연결되어 커버(500)를 이용하여 실리콘 웨이퍼(100) 밀폐 시, 상기 메탈 패드(550)는 유전체 서브 마운트(400)의 메탈 패턴(410)과 접촉된다. The
여기서, 광 송신 모듈에서 광전소자로의 전기적 연결은 RDL(530)(Redistribution Layer)-Metal Via(530) - 메탈 패드(550) - Solder bump(420) - 유전체 서브 마운트(400)의 금속 패드(540) - Au wire(550) - 광 송신 플랫폼(300) 및 열전 냉각기(200)로 연결된다.Here, the electrical connection from the optical transmission module to the photoelectric device is RDL (530) (Redistribution Layer)-Metal Via (530)-Metal pad 550-Solder bump 420-Metal pad of the dielectric sub-mount 400 ( 540)-Au wire (550)-is connected to the
그리고 커버(500)은 광학소자(330)를 통해 반사되는 광신호의 출력 영역의 Bottom/Top에 해당 광 파장에 맞는 AR(Anti-reflection) coating부(550)이 구비된다. In addition, the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 육안으로 광 송신 모듈 내부가 투영 가능한 Glass 재질로 제작되어 실리콘 웨이퍼와 커버(500)간 Alignment 및 웨이퍼 접합(본딩)을 간단히 가시광 대역의 Vision 장치를 이용하여 할 수 있는 장점이 있다. Therefore, according to an embodiment of the present invention, the optical transmission module is made of a glass material that can be projected with the naked eye, so that alignment and wafer bonding (bonding) between the silicon wafer and the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 패키징 공정도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 장치의 공정 순서를 설명하기 위한 순서도이다. 6 is a packaging process diagram for explaining a manufacturing process of a cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a process sequence of a cooling type optical transmission module device according to an embodiment of the present invention. This is a flow chart for doing this.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광송신 모듈 제조 방법의 Wafer level 패키징 공정을 활용한 냉각형 광 송신 모듈 제작의 전체 공정에 대하여 도 3, 도 6a 내지 도 6e, 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, FIGS. 3, 6A to 6E, and 7 are shown for the entire process of manufacturing the cooling type optical transmission module using the Wafer level packaging process of the cooling type optical transmission module manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It will be described with reference.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼에 습식 식각 방법을 통해 광 송신 플랫폼(300)이 실장될 공간인 플랫폼 실장홈(110)이 확보된 실리콘 웨이퍼인 실리콘 웨이퍼(100)을 생성한다(S100). First, as shown in FIG. 3, a
이후, 도 6a에 도시된 바와 같이, 생성된 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)에 Die bonder 또는 Flip chip bonder를 활용하여 열전 냉각기(200)를 본딩한다(S200). 이때 본딩 재질은 열전 냉각기(200) 하부에서 실리콘으로 열 전달을 용이하면서 열 경화가 가능한 제품이 될 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 6A, the
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)에 본딩된 열전 냉각기(200) 상에 광 송신 플랫폼(300)을 본딩한다(S300). 이때는 2가지 방법으로 진행될 수 있는데, 첫번째는 광 송신 플랫폼(300) 전체를 열전 냉각기(200) 위에 본딩될 수 있으며 또는 광전소자(310)가 soldering된 AlN 기판을 열전 냉각기(200)위에 본딩하고 난 후 요소부품(mPD(340), 온도 검출기(350), 45o Mirror(330), 렌즈)들을 실장시킬 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 6B, the
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(100)의 플랫폼 실장홈(110)내 열전 냉각기(200)가 본딩되지 않은 위치에 Solder bump(420)가 형성된 유전체 기반 서브 마운트(400)를 본딩 시킨다(S400). Thereafter, as shown in FIG. 6C, bonding the dielectric-based sub-mount 400 in which the
이어서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 광 송신 플랫폼(300)과 유전체 서브 마운트(400)간의 Au wire(550) bonding을 통해서 Solder bump(420)와 광 송신 플랫폼(300)을 전기적으로 연결(S500)한 후 커버(500)를 실리콘 웨이퍼(100)에 본딩한다(S600). 여기서, Hermetic sealing는 방법에는 2가지 방법이 사용될 수 있는데, 첫번째로 커버(500)의 하부 금속 pattern과 실리콘 웨이퍼(100)의 Solder를 겹친 후 커버(500)를 투과되는 파장의 레이저 광원으로 solder를 용융하여 Hermetic sealing을 하는 방법과 플립칩 본더의 칩툴에 열을 가해 커버(500)에 열을 전달하여 실리콘 웨이퍼(100)의 solder 물질을 용융시켜 본딩하는 방법이 사용될 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 6D, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 냉각형 광 송신 모듈의 대량 생산에 불리한 점을 극복하고자 Wafer level 패키징 공정을 가능하도록 냉각형 광모듈 구조 및 제작 방법을 제안하여 대량 생산 공정을 통해 생산성을 획기적으로 증가시키며 이로 인한 제품을 저가격화를 할 수 있는 장점이 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to overcome the disadvantages of mass production of the existing cooling type optical transmission module, a cooling type optical module structure and manufacturing method is proposed to enable a wafer level packaging process, thereby dramatically improving productivity through a mass production process. It has the advantage of lowering the price of the product due to this increase.
한편, Dicing 공정전에 Wafer level에서 광 송신 모듈의 동작 특성을 확인한 후 Dicing 공정을 진행할 수 있다. 여기서, Dicing 공정에는 아래와 같은 여러가지 방법이 사용될 수 있다. Laser dicing, Saw dicing 및 Scribing and Breaking 중 하나가 이용될 수 있다. Meanwhile, before the dicing process, the dicing process may be performed after checking the operating characteristics of the optical transmission module at the wafer level. Here, the following various methods can be used for the dicing process. One of laser dicing, saw dicing and scribing and breaking can be used.
이러한, Dicing 완료 후 도 6e에 도시된 바와 같이, 최종적으로 동작 특성 테스트를 통해 광 송신 모듈을 완성할 수 있다. After completing the dicing, as shown in FIG. 6E, the optical transmission module may be finally completed through an operation characteristic test.
위에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각형 광 송신 모듈은 Single-channel을 갖는 모듈이지만 이에 국한되지 않고 광전소자(310)의 채널수를 확장하여 냉각형 Multi-channel 광 송신 모듈 제작이 가능하다. The cooling type optical transmission module according to an embodiment of the present invention described above is a module having a single-channel, but is not limited thereto, and a cooling type multi-channel optical transmission module can be manufactured by expanding the number of channels of the
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is only an example, and if one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, various modifications and changes within the scope of the technical idea of the present invention Of course this is possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.
Claims (16)
상기 플랫폼 실장홈에 본딩되어 열을 외부로 방열시키는 열전 냉각기;
상기 열전 냉각기 상부에 구비되고, 광신호를 출력한 후 반사시켜 출력하는 상기 광 송신 플랫폼;
상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 본딩되고, 실장된 상기 광 송신 플랫폼을 전기적으로 연결하는 유전체 서브 마운트; 및
상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈을 덮은 후 밀폐시키는 동시에 전기적 경로를 제공하는 커버를 포함하는 냉각형 광송신 모듈 장치.
A silicon wafer having a plurality of spaces for mounting the optical transmission platform;
A thermoelectric cooler bonded to the platform mounting groove to dissipate heat to the outside;
The optical transmission platform provided above the thermoelectric cooler and configured to output an optical signal and then reflect and output the optical signal;
A dielectric sub-mount bonded to the platform mounting groove of the silicon wafer and electrically connecting the mounted optical transmission platform; And
A cooling type optical transmission module device comprising a cover that covers and seals the platform mounting groove of the silicon wafer and provides an electrical path.
상기 실리콘 웨이퍼는,
습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 플랫폼 실장홈이 형성되는 것인 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The silicon wafer,
A cooling type optical transmission module device in which a platform mounting groove is formed through a wet etching process.
상기 실리콘 웨이퍼는,
열전도율이 149 W/(mk)인 실리콘 재질인 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The silicon wafer,
A cooling type optical transmission module device made of silicon with a thermal conductivity of 149 W/(mk).
상기 실리콘 웨이퍼는,
상기 플랫폼 실장홈의 내부 기밀성 유지를 위한 Sealing 공정을 위해서 플랫폼 실장홈의 상부 주위면에 상기 커버 접착을 위한 Solder 물질 또는 Epoxy 물질이 도포된 것인 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The silicon wafer,
A cooling type optical transmission module device in which a solder material or an epoxy material for attaching the cover is applied to the upper circumferential surface of the platform mounting groove for a sealing process for maintaining the internal airtightness of the platform mounting groove.
상기 광 송신 플랫폼은
광신호를 상기 렌즈에 출력하는 광전소자;
상기 광전소자를 통해 출력되는 광신호의 수평 정렬하는 렌즈;
상기 렌즈에 의해 정렬된 광신호를 임의의 각도로 반사시키는 광학소자;
상기 광학소자에 의해 반사되지 못하고 투과된 광을 검출하는 모니터링 포토 다이오드; 및
상기 광전소자 동작 온도를 검출하는 온도 검출기를 포함하는 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The optical transmission platform
An optoelectronic device for outputting an optical signal to the lens;
A lens for horizontally aligning the optical signal output through the photoelectric device;
An optical element for reflecting the optical signal aligned by the lens at an arbitrary angle;
A monitoring photodiode for detecting transmitted light that is not reflected by the optical device; And
Cooling type optical transmission module device comprising a temperature detector for detecting the operating temperature of the photoelectric device.
상기 커버는,
상기 광학소자를 통해 반사되는 광신호가 위치한 부분에 상면과 하면에 광파장에 대응되도록, 빛 투과 코팅 필름이 형성된 것인 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 5,
The cover,
A cooling type optical transmission module device in which a light-transmitting coating film is formed so as to correspond to optical wavelengths on the upper and lower surfaces at a portion where the optical signal reflected through the optical element is located.
상기 유전체 서브 마운트는,
상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 실장 시, 메탈 패턴이 형성되고, 상기 플랫폼 실장홈에 실장된 광 송신 플랫폼과 같은 높이에 형성되는 제1 플랫부;
메탈 패턴이 형성되어 상기 플랫폼 실장홈을 밀폐하기 위한 커버를 지지하면서 전기적으로 접촉되는 제2플랫부; 및
메탈 패턴이 형성되고, 상기 제1 플랫부와 상기 제2 플랫부를 전기적으로 연결하는 경사부를 포함하는 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The dielectric sub-mount,
When mounted in the platform mounting groove of the silicon wafer, a metal pattern is formed, the first flat portion formed at the same height as the optical transmission platform mounted in the platform mounting groove;
A second flat portion having a metal pattern formed thereon to support the cover for sealing the platform mounting groove and being in electrical contact; And
A cooling type optical transmission module device including an inclined portion having a metal pattern formed thereon and electrically connecting the first flat portion and the second flat portion.
상기 유전체 서브 마운트의 복수의 메탈 패턴은,
고속 신호 연결을 위한 RF 선로, 상기 열전 냉각기 전원공급선, 상기 mPD 및 온도 검출기를 센싱할 수 있도록 연결된 저주파 신호선을 포함하는 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 7,
The plurality of metal patterns of the dielectric sub-mount,
A cooling type optical transmission module device comprising an RF line for high-speed signal connection, a power supply line for the thermoelectric cooler, and a low frequency signal line connected to sense the mPD and a temperature detector.
상기 유전체 서브 마운트는
유리 재질인 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 7,
The dielectric sub-mount is
Cooled optical transmission module device made of glass.
상기 커버는,
하부면 둘레에 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈과 접촉한 후 실링하는 실링 패드;
상기 커버의 상부면 일측에 형성되는 RDL;
상기 RDL과 연결된 상태로 관통하여 형성되는 메탈 관통 패스; 및
상기 메탈 관통 패스와 연결되어 상기 실리콘 웨이퍼 밀폐 시 유전체 서브 마운트의 메탈 패턴에 접촉되는 메탈 패드를 포함하는 냉각형 광송신 모듈 장치.
The method of claim 1,
The cover,
A sealing pad for sealing after contacting the platform mounting groove of the silicon wafer around the lower surface;
An RDL formed on one side of the upper surface of the cover;
A metal penetration path formed through and connected to the RDL; And
A cooling type optical transmission module device comprising a metal pad connected to the metal through path to contact a metal pattern of a dielectric sub-mount when sealing the silicon wafer.
생성된 상기 실리콘 웨이퍼의 플랫폼 실장홈에 열전 냉각기를 본딩하는 단계;
상기 플랫폼 실장홈에 본딩된 열전 냉각기 상에 광 송신 플랫폼을 본딩하는 단계;
상기 플랫폼 실장홈내 열전 냉각기가 본딩되지 않은 위치에 Solder bump가 형성된 유전체 기반 서브 마운트를 본딩시키는 단계;
상기 광 송신 플랫폼과 유전체 서브 마운트간 전기적으로 연결하는 단계;
상기 커버를 상기 실리콘 웨이퍼에 본딩하여 밀폐시키고, 광 송신 플랫폼을 전기적으로 접속시키는 단계를 포함하는 냉각형 광송신 모듈 제조 방법.
Generating a silicon wafer in which a platform mounting groove, which is a space in which an optical transmission platform is to be mounted, is secured on the silicon wafer;
Bonding a thermoelectric cooler to the generated platform mounting groove of the silicon wafer;
Bonding an optical transmission platform on the thermoelectric cooler bonded to the platform mounting groove;
Bonding a dielectric-based sub-mount in which a solder bump is formed at a position in the platform mounting groove where the thermoelectric cooler is not bonded;
Electrically connecting the optical transmission platform and the dielectric sub-mount;
Bonding the cover to the silicon wafer and sealing it, and electrically connecting the optical transmission platform.
Dicing 공정전에 Wafer level에서 광 송신 모듈의 동작 특성을 확인한 후 Dicing 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 냉각형 광송신 모듈 제조 방법.
The method of claim 11,
Before the dicing process, a method of manufacturing a cooling type optical transmission module further comprising the step of performing a dicing process after confirming the operating characteristics of the optical transmission module at a wafer level.
상기 Dicing 공정 단계는,
Laser dicing, Saw dicing 및 Scribing and Breaking 중 하나가 이용되는 것인 냉각형 광송신 모듈 제조 방법.
The method of claim 12,
The dicing process step,
A cooling type optical transmission module manufacturing method that one of laser dicing, saw dicing, and scribing and breaking is used.
상기 실리콘 웨이퍼를 생성하는 단계는,
습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 플랫폼 실장홈을 형성하는 것인 냉각형 광송신 모듈 제조 방법.
The method of claim 11,
The step of generating the silicon wafer,
A cooling type optical transmission module manufacturing method that forms a platform mounting groove through a wet etching process.
상기 실리콘 웨이퍼를 생성하는 단계는,
상기 플랫폼 실장홈의 내부 기밀성 유지를 위한 Sealing 공정을 위해서 플랫폼 실장홈의 상부 주위면에 상기 커버 접착을 위한 물질을 도포하는 단계를 더 포함하는 냉각형 광송신 모듈 제조 방법.
The method of claim 14,
The step of generating the silicon wafer,
The cooling type optical transmission module manufacturing method further comprising the step of applying a material for adhesion to the cover on the upper circumferential surface of the platform mounting groove for a sealing process for maintaining the internal airtightness of the platform mounting groove.
상기 커버를 상기 실리콘 웨이퍼에 본딩하여 밀폐시키고, 광 송신 플랫폼을 전기적으로 접속시키는 단계는,
상기 광학소자를 통해 반사되는 광신호가 위치한 부분에 상면과 하면에 광파장에 대응되도록 빛 투과 코팅 필름이 형성된 것인 냉각형 광송신 모듈 제조 방법. The method of claim 11,
Bonding the cover to the silicon wafer and sealing it, and electrically connecting the optical transmission platform,
A cooling type optical transmission module manufacturing method, wherein a light-transmitting coating film is formed on an upper surface and a lower surface to correspond to the optical wavelength at a portion where the optical signal reflected through the optical device is located.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/081,536 US11239222B2 (en) | 2019-10-28 | 2020-10-27 | Cooled optical transmission module device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190134402 | 2019-10-28 | ||
KR20190134402 | 2019-10-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210050415A true KR20210050415A (en) | 2021-05-07 |
KR102506645B1 KR102506645B1 (en) | 2023-03-07 |
Family
ID=75916749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200029886A KR102506645B1 (en) | 2019-10-28 | 2020-03-10 | Cooling optical transmission module device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102506645B1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050114412A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-06 | 삼성전기주식회사 | Integrated optical system and method for manufacturing the same and apparatus for recording and/or reproducing information applied the same |
KR100858217B1 (en) * | 2008-01-04 | 2008-09-10 | 김정수 | Optical modulator package for bi-directional data communication |
WO2012151520A2 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | Lightwire LLC | Wafer scale packaging platform for transceivers |
JP2014116629A (en) * | 2009-06-05 | 2014-06-26 | Advanced Photonics Inc | Submount, optical module with the same, and method for manufacturing submount |
KR20150018963A (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-25 | 한국전자통신연구원 | Optical transmitter module with temperature device and method of manufacturing the same |
KR20160064365A (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-08 | 한국전자통신연구원 | Optical module |
KR20170052265A (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-12 | 한국전자통신연구원 | Multi-channel optical module and manufacture method thereof |
KR20190080241A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 주식회사 옵텔라 | Optical element package device having outstanding heat characterisic |
-
2020
- 2020-03-10 KR KR1020200029886A patent/KR102506645B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050114412A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-06 | 삼성전기주식회사 | Integrated optical system and method for manufacturing the same and apparatus for recording and/or reproducing information applied the same |
KR100858217B1 (en) * | 2008-01-04 | 2008-09-10 | 김정수 | Optical modulator package for bi-directional data communication |
JP2014116629A (en) * | 2009-06-05 | 2014-06-26 | Advanced Photonics Inc | Submount, optical module with the same, and method for manufacturing submount |
WO2012151520A2 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | Lightwire LLC | Wafer scale packaging platform for transceivers |
KR20150018963A (en) * | 2013-08-12 | 2015-02-25 | 한국전자통신연구원 | Optical transmitter module with temperature device and method of manufacturing the same |
KR20160064365A (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-08 | 한국전자통신연구원 | Optical module |
KR20170052265A (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-12 | 한국전자통신연구원 | Multi-channel optical module and manufacture method thereof |
KR20190080241A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 주식회사 옵텔라 | Optical element package device having outstanding heat characterisic |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102506645B1 (en) | 2023-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10735101B2 (en) | Method for manufacturing an optical communication device | |
US10345603B2 (en) | Optical module with light-receiving device and light-emitting device mounted on a base member | |
US20200185877A1 (en) | Optical module | |
KR101788540B1 (en) | Optical transmitter module with temperature device and method of manufacturing the same | |
CN110658597B (en) | Method and apparatus for coupling laser components | |
US7139296B2 (en) | Semiconductor laser chip unit and semiconductor laser module using the same | |
JP7119271B2 (en) | Laser diode package modules, distance detectors, electronic devices | |
US20220329039A1 (en) | Micromechanical optical component and manufacturing method | |
JP6984801B1 (en) | Semiconductor laser light source device | |
US20030044132A1 (en) | Laser module | |
JP5636877B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
US20170102508A1 (en) | Mounting component for optical fiber, optical module, and optical module manufacturing method | |
CN102377104A (en) | Optical module with ceramic package | |
JP4643891B2 (en) | Positioning method for parallel optical system connection device | |
JP2005191529A (en) | Optical device package with reflecting mirror and post for positioning | |
US11239222B2 (en) | Cooled optical transmission module device and method of manufacturing the same | |
US20190250342A1 (en) | Optical module and method of manufacturing optical module | |
US10014655B2 (en) | Optical module | |
JP2017212252A (en) | Light transmitter and optical module including the same | |
US7158549B2 (en) | Support structure for an optical device | |
KR102506645B1 (en) | Cooling optical transmission module device and manufacturing method thereof | |
US20060239621A1 (en) | Optical module and method for manufacturing same | |
CN115149391A (en) | Laser device | |
US20040258367A1 (en) | Electrooptical module | |
JP2005037947A (en) | Integrated fiber attach pad for optical package |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |