KR20230138434A - 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 - Google Patents

광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 Download PDF

Info

Publication number
KR20230138434A
KR20230138434A KR1020230038171A KR20230038171A KR20230138434A KR 20230138434 A KR20230138434 A KR 20230138434A KR 1020230038171 A KR1020230038171 A KR 1020230038171A KR 20230038171 A KR20230038171 A KR 20230038171A KR 20230138434 A KR20230138434 A KR 20230138434A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
edge
laser diode
emitting laser
type light
Prior art date
Application number
KR1020230038171A
Other languages
English (en)
Inventor
최성욱
Original Assignee
주식회사 라이팩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 라이팩 filed Critical 주식회사 라이팩
Publication of KR20230138434A publication Critical patent/KR20230138434A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0916—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H01L23/3128—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation the substrate having spherical bumps for external connection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5384—Conductive vias through the substrate with or without pins, e.g. buried coaxial conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/023—Redistribution layers [RDL] for bonding areas
    • H01L2224/0237—Disposition of the redistribution layers
    • H01L2224/02379—Fan-out arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06527—Special adaptation of electrical connections, e.g. rewiring, engineering changes, pressure contacts, layout
    • H01L2225/06531—Non-galvanic coupling, e.g. capacitive coupling
    • H01L2225/06534—Optical coupling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

본 발명은 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 패키지 내에 포함하며, 재배선층(RDL) 위에 PLC(Planar Light Circuit) 칩을 직접 조립하거나 메인 PCB을 통하여 조립되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다.
상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 상기 하부면에 80 내지 90 경사각을 이루는 경사면을 가지는 서브마운트; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 구동하기 위한 드라이버 IC: 및 상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버{Optical System In Package, Optical Module and Optical Transceiver Using the Same}
본 발명은 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 몰드 몸체 패키지 내에 포함하며, 재배선층 위에 PLC(Planar Light Circuit)를 직접 조립하거나 PCB(인쇄회로기판)을 통하여 조립되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다.
반도체 칩은 논리나 구동 IC의 역할을 수행할 뿐만 아니라 빛에 반응할 수 있는 수광소자 혹은 빛을 발광하는 발광소자를 제작할 수 있다. 이러한 광소자는 다양한 분야에 사용되고 있으며, 일 예로 서버 간의 광 연결을 담당하는 광 트랜시버, 혹은 TV와 셋탑 박스 간, 또는 VR(virtual reality) 글라스와 그래픽 처리 유닛(GPU) 간의 영상데이터를 전달하는 모듈에 사용될 수 있다.
또한, 광소자의 다른 응용으로는 발광 소자를 포함하는 근접 센서, TOF(Time Of Flight) 센서, LIDAR(Light Detection And Ranging) 등에 활용되고 있다.
광소자는 이를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 소자와 함께 사용되어야 하며, 이를 통해 광신호를 전자 신호의 형태로 변환해주게 된다. 일례로, 광데이터 전송을 하는 분야에서는 광신호를 디지털 신호로 변환해 주는 모듈을 위해 광소자와 전자 소자가 함께 사용될 수 있다. 다른 예로, 광센서 분야에서는 수광한 빛의 특성을 영상 데이터 혹은 Depth 데이터로 변환해 주는 소자가 광소자와 함께 사용될 수 있다.
위의 응용 모두 종래에는 대부분 배선 패턴이 제작된 PCB(인쇄회로기판)를 사용하여 복수의 칩들을 실장하고 wire-bonding에 의해 연결하고 있다. 이는 보통 칩-온-보드(CoB, Chip-on-Board) 방식의 패키지이다.
또한, PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 광/전 소자를 패키징할 수 있으며, 이는 초박형 패키지를 제작하면서 고정밀 재배선층(RDL)을 사용하여 성능을 높일 수 있는 기술이다.
한편, 광통신 시스템은 종종 전기 통신 시스템 및 데이터 통신 시스템과 같은 다양한 시스템에서 데이터를 송신하도록 사용된다. 전기 통신 시스템은 종종 몇 마일에서부터 수천 마일에 이르는 범위의 넓은 지리적 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다. 데이터 통신은 종종 데이터 센터를 통한 데이터의 송신을 포함한다. 그러한 시스템은 몇 미터에서부터 수백 미터에 이르는 범위의 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다.
일반적으로 300m 이내의 짧은 거리의 광통신의 경우는 발광 소자로서 멀티모드형인 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)를 사용하여 구현하고 있으나, VCSEL는 예를 들어, 10Km 이상의 장거리 송신이 불가능하다.
즉, 대량의 데이터를 300m 이상 수십 Km 거리의 장거리 전송이 요구되는 광 네트워크의 백본이나 데이터 센터 내에 채용되는 적어도 100G급 광트랜시버의 광송신 모듈(TOSA)은 파장(주파수)가 다른 4채널의 신호를 모아서 하나의 광섬유로 전송하기 위한 파장다중화기(WDM MUX) 기능을 수행하는 것이 요구된다.
이러한 파장다중화기(WDM MUX)는 장거리 송신이 가능한 싱글 모드(Single mode)의 에지형 발광 소자 4개와 WDM 전송을 위해 싱글 모드 도파로를 가지는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)의 정렬이 요구되고 있다.
특히, 장거리용 혹은 고출력 레이저 다이오드가 사용되는 경우, 싱글 모드를 출력하는 레이저가 사용되며 이는 칩의 측면으로 발광이 이루어지는 에지형 발광 레이저 다이오드 형태를 가지는 경우가 대부분이다. 따라서 이러한 소자를 효과적으로 패키징할 수 있는 방식이 필요하다.
장거리 송신이 가능한 칩의 에지(edge) 방향으로 광이 방사되는 에지형 발광 소자와 싱글 모드 도파로(single mode waveguide)를 가지는 AWG의 광학 정렬을 위해서는 서브-미크론(sub-micron) 단위의 광학 정렬이 x,y,z 방향으로 모두 이루어져야 한다.
그러나, 웨이퍼 레벨에서 에지형 발광 소자, 광학 부품(즉, AWG) 및 광섬유 사이에 x,y,z 모든 방향의 광학 정렬을 자동화하여 수동 정렬(Passive Alignment)을 사용하면서 조립 난이도를 해결하도록 소자간 배선에 의한 높이 공차를 완전히 해결하는 것은 어려움이 있다.
또한, 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)를 사용하여 LIDAR 센서를 위한 OPA(Optical Phase Array), 혹은 광통신을 위한 모듈레이터(Modulator)를 제작하는 경우가 많은데, 이 경우 레이저 다이오드 및 레이저 구동회로와 함께 조립이 되어야 한다.
: 한국공개특허공보 제10-2018-0097888호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 장거리용 혹은 고출력 레이저 다이오드를 사용하여 광/전 패키지를 수행하기 위해, 에지형 발광 레이저 다이오드를 사용하는 경우, PLC(Planar Light Circuit) 칩을 형성하는 실리콘 포토닉스(SiPh; Silicon Photonics) 칩 혹은 광학 기능을 가지는 광부품, 혹은 광섬유로 광학 커플링이 잘 될 수 있는 구조를 설계하는 것과, 레이저 다이오드와 전자 구동소자를 코패키지(Co-package) 하여서 성능 개선 및 저전력을 구현하는 것이다.
실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩을 사용하여서 광학 커플링을 하는 경우 그레이팅 커플러가 주로 많이 사용된다. 이 경우 빛을 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩의 표면에 거의 수직 방향(혹은 80~90도 사이)로 빛을 입사시켜야 한다. 하지만 싱글 모드 레이저 다이오드(Single Mode Laser Diode)의 경우 빛이 칩의 표면에 수평 방향으로 나오기 때문에 빛의 방향을 변경하기 위해서 렌즈 및 미러 등을 더 사용해야 하며 이는 조립의 복잡성과 비용을 증가시킨다.
또한, 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩의 전기적인 동작을 위해서는 구동 칩이 연결되어야 하는데, 외부 구동 칩을 배선 거리를 매우 짧게 해 주어야 신호 손실이 없는 우수한 성능의 동작이 가능해진다.
실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩을 사용하지 않더라도, 에지형 발광 레이저 다이오드와 광부품/광섬유와 연결을 해야 하는 경우가 많다. 이 경우도 마찬가지로 렌즈 등의 복잡한 광학계를 사용해야 하는 경우가 많은데, 본 발명에서는 이러한 부품간의 집적을 쉽고 정밀하게 구현하는 패키징 방법을 제안한다.
더욱이, 에지형 발광 레이저 다이오드와 같은 광학 칩을 사용하는 경우 방열 구조를 설계하는 것은 매우 중요하며, 이는 광학 칩에서 발열이 많이 발생할 뿐 아니라, 광학 칩의 발광 조건 혹은 수광 조건 등은 온도에 민감한 경우가 많기 때문에 방열 설계는 매우 중요한 부분이다. 기존 방식인 CoB 혹은 반도체 패키징을 사용하는 방식 모두, 발광하는 패키지 면에 방열 구조, 예를 들어, 히트 싱크(Heat Sink) 혹은 메탈 하우징(Metal Housing)과 연결되는 구조물을 두면 광학 경로를 가리게 되므로 반대면에 두는 것이 일반적이다.
따라서, 대부분 방열 경로는 패키지의 단자 패드가 위치하는 면으로 이루어지며, 이러한 경우는 패키지의 단자 패드가 형성된 면이 광 트랜시버의 메인 PCB(인쇄회로기판)로 연결되어 있으므로, 패키지의 방열이 메인 PCB의 서멀 비아(Thermal VIA)를 통해 일어나는 경우가 대부분이다. 따라서 기존 방식은 방열 구조와 칩 간의 방열 경로가 PCB에 의해 방해를 받게 되는 문제를 가진다.
본 발명에서는 상기한 문제를 해결하도록 에지형 발광 레이저 다이오드와 전자 구동소자인 드라이버 IC(Driver IC)를 패키지 내에 포함하며, 재배선층(RDL) 위에 PLC(Planar Light Circuit) 칩을 직접 조립하거나 메인 PCB(인쇄회로기판)을 통하여 조립되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP), 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및 상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및 상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브마운트는 경사면으로부터 상부면으로 연장 형성된 메탈전극을 더 포함하고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드는 상기 메탈전극에 전극단자가 연결될 수 있다.
또한, 상기 서브마운트의 상부면으로 연장 형성된 메탈전극은 제1면에 노출되며 상기 재배선층의 연결배선에 연결될 수 있다.
더욱이, 상기 서브마운트는 경사면으로부터 하부면으로 연장 형성된 메탈전극을 더 포함하고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드는 상기 메탈전극에 전극단자가 연결될 수 있다. 상기 서브마운트의 하부면으로 연장 형성된 메탈전극은 제2면에 노출되며 상기 재배선층의 연결배선에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 구동하기 위한 드라이버 IC; 및 상부면이 상기 드라이버 IC의 하부면에 면접촉되고 하부면이 제2면으로 노출되는 방열용 금속 구조물;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 일단부가 상기 재배선층의 연결배선에 연결되고 타단부가 상기 몰드 몸체를 관통하여 제2면에 노출되는 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via); 및 상기 제2면에 노출된 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via)의 타단부와 연결되며 제2면에 배치되는 복수의 외부접속단자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 제1면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 수신하는 그레이팅 커플러를 구비하는 PLC(Planar Light Circuit);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 수신하는 그레이팅 커플러를 구비하는 PLC(Planar Light Circuit);를 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 경사면을 갖는 렌즈 블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 가이드 블록; 및 상기 가이드 블록의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 경사면을 갖는 렌즈 블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트; 상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및 상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 PLC(Planar Light Circuit)의 그레이팅 커플러에 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호가 입사되는 경우, 상기 서브마운트의 경사면은 82도의 경사각을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 PLC(Planar Light Circuit)는 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)로 이루어지는 평판형 몸체; 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치의 몸체 내부에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광을 수신하는 그레이팅 커플러; 및 상기 평판형 몸체 내부에 배치되고 일단부가 상기 그레이팅 커플러에 연결된 도파관;을 포함할 수 있다.
상기 PLC(Planar Light Circuit)는 상기 도파관을 이용하여 MUX, DEMUX, 모듈레이션(Modulation), 빔 스티어링(Beam Steering), 빔 스플리터(beam splitter), 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing), 광학 필터(Optical Filter), 자유공간(Free Space) MUX/DEMUX 중 하나의 광학 소자를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 일체로 형성되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 포커싱(Focusing)하는 기능을 갖는 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 PLC는 상기 재배선층의 상부에 형성된 복수의 외부접속단자와 상기 인쇄회로기판(PCB) 내부의 연결배선을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 상기 렌즈 블록의 하부면에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드에서 발생되어 입사하는 광신호를 포커싱(Focusing)하기 위한 마이크로 렌즈; 및 상기 렌즈 블록의 출구에 발산되는 광신호를 직진하도록 평행한 광으로 만들기 위한 콜리메이션(Collimation) 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 경사면에서 굴절률 차이를 이용한 전반사에 의해 광경로를 직각으로 전환시키도록 상기 경사면은 몸체의 상부면에 형성된 정삼각형 노치부의 빗변에 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 복수 채널의 광신호를 발산하는 복수의 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 결합홈을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 결합홈에 상기 발광부로부터 발산된 광신호가 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 반사면을 갖는 선단부가 결합되며, 복수 채널의 광신호를 파장 분할 다중화(WDM)를 수행하여 광섬유에 전달하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 복수 채널의 광신호를 발산하는 복수의 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 발산된 복수 채널의 광신호가 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 반사면을 갖는 선단부가 결합되며, 복수 채널의 광신호를 파장 분할 다중화(WDM)를 수행하여 광섬유에 전달하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 후단부 수용공간에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 수납하며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 후단부가 상기 인쇄회로기판(PCB)에 결합되며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 LC 리셉터클은 후단부 측에 광 시스템-인-패키지(O-SIP)와 인쇄회로기판(PCB)로 이루어진 광모듈을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되어 있으며, 전단부 측에는 중앙부에 광섬유가 결합되는 광섬유결합요홈이 형성된 원통형 결합돌기가 돌출되어 있는 몸체; 및 상기 수용공간의 전방에는 몸체와 일체로 형성된 광학 렌즈;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 후단부에 상기 원통형 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홈이 구비되고 중앙부에 상기 광섬유가 지지되어 있는 광섬유 홀더를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 상기 재배선층의 상부에 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는 장거리 송신이 가능한 싱글 모드(Single mode)의 에지형 발광 소자와 WDM 전송을 위해 싱글 모드 도파로를 가지는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)를 x,y,z 모든 방향의 광학 정렬을 자동화하여 수동 정렬(Passive Alignment)을 사용하면서 조립 난이도를 해결하는 방법을 제안한다.
또한, 본 발명에서는 이를 위해 서브마운트(submount)을 이용하여 에지형 발광 레이저 다이오드의 칩의 옆면(에지면)으로 발광되는 광경로를 별도의 광학 부품 없이 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 수직으로 변경하는 방안을 제안한다.
더욱이, 본 발명에서는 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버를 제안한다. 상기 O-SIP는 광 엔진 모듈을 구성할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 PLC(Planar Light Circuit) 칩을 형성하는 실리콘 포토닉스의 그레이팅 커플러를 효율적으로 사용하기 위해서 서브마운트(submount)을 이용하여 에지형 발광 레이저 다이오드를 반도체 패키지 내에 세워서 패키징 하는 방식을 제안한다. 이 경우는 일반적인 에지형 발광 레이저 다이오드의 구조 및 공정을 변경하지 않고 그대로 사용할 수 있다.
또한, 레이저 다이오드, 전자 구동 소자(즉, 드라이버 IC를 포함하는 전자(Electronic) IC), 실리콘 포토닉스 간의 전기적인 연결을 효율적으로 수행하기 위해서 레이저 다이오드와 전자 구동 소자를 FOWLP 내에 반도체 패키지 방식으로 패키징하고, FOWLP 위에 실리콘 포토닉스 칩을 적층하여 전기적으로 연결함으로써 와이어 본딩(Wire-bonding) 없이 배선 라인의 길이를 최소화하는 방식을 채택한다.
상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC는 패키지 내에 몰드되며, 단자 패드와 발광부가 있는 IC의 면은 재배선층을 향하도록 몰드된다. 몰드 몸체 위에는 재배선층이 위치하며 상기 재배선층 또는 몰드 몸체 배면에는 외부접속단자가 위치하게 된다. 상기 재배선층 위에 추가적인 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 혹은 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 마이크로 렌즈, 광학계, 메타표면(Meta-surface) 혹은 다양한 패턴을 가지는 레이어를 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제작할 수 있다.
종래에는 빛을 굴절시켜 이미지를 선명하게 하거나, 증폭하는 렌즈로 유리를 사용해 왔다. 그런데 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)은 나노 크기의 기둥 또는 핀 같은 구조로 구성되어, 이미지 왜곡없이 빛을 집중시킬 수 있다.
상기와 같은 FOWLP 형태로 패키지하는 경우 패키지를 예를 들어, 광 트랜시버에 내장된 메인 PCB 상에 표면 실장(SMT: Surface Mount Technology)하고 나면 발광부가 상기 메인 PCB로 인해 막히는 경우가 생기게 된다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 메인 PCB에 관통구멍(through hole)을 내거나 투명한 자재를 사용하여 광출입구를 제작하여 문제를 해결할 수 있다. 이후 필요한 렌즈 및 광섬유 등의 광학 부품을 메인 PCB 상에서 조립할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 상기 드라이버 IC의 방열을 위해 몰드되는 드라이버 IC의 하부에 방열용 금속(Metal) 구조물을 배치할 수 있다. 상기 금속 구조물 면은 FOWLP의 재배선층과 대향하고 있는 패키지의 반대면에 금속 구조물이 노출되도록 개방(open)되게 되며, 상기 노출된 금속 구조물 면에는 히트 싱크(Heat Sink)나 TIM(Thermal Interface Material) 등의 방열 구조물로 연결되어 방열 경로(Path)를 형성하게 한다.
또한, 상기 드라이버 IC의 하부를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 금속 구조물을 FOWLP의 상부면에 위치한 재배선층에 연결해 줄 수 있다. 이 경우, FOWLP의 하부면 전체에 웨이퍼 레벨로 메탈을 형성(Deposition)하여 메탈 연결층을 형성한 후, 금속 구조물과 FOWLP의 재배선층을 도전성 VIA로 연결하거나, 혹은 상기 메탈 연결층에 의해 금속 구조물 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명은 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 별도의 기판을 사용하지 않고 SiP(System In Package) 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 SiP 외부와의 광 경로를 형성한 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package)를 개시한다. 본 발명의 O-SIP는 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 광 트랜시버를 가능하게 한다.
본 발명에서는 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적함과 동시에 기판을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 패키지함에 의해 슬림한 O-SIP를 구현할 수 있다.
상기 O-SIP는 SiP(System In Package) 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지 물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 실장하여 얻어지는 광모듈은 전체적으로 슬림한 구조를 형성할 뿐 아니라 메인 보드(PCB) 대신에 O-SIP의 배면에 부착되는 방열용 금속 구조물을 통하여 히트 싱크(Heat Sink) 또는 메탈로 이루어진 본체 하우징을 통하여 방열이 이루어질 수 있어 성능 저하를 막을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 에지형 발광 레이저 다이오드의 서브마운트(submount)을 이용한 패키징을 통해 칩의 옆면(에지면)으로 발광되는 광경로를 별도의 광학 부품 없이 수직으로 변경하는 방법을 제안한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 패키지에서는 부품의 성능, 조립 비용의 절감, 부품 크기의 최소화를 가져갈 수 있다.
본 발명에서는 장거리용 혹은 고출력 레이저 다이오드, 즉 에지형 발광 레이저 다이오드를 사용하여 광/전 패키지를 수행한 경우, 실리콘 포토닉스 칩 혹은 광학 기능을 가지는 광부품, 혹은 광섬유로 광학 커플링이 잘 될 수 있는 구조를 설계하며, 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 코패키징하여 성능 개선 및 저전력을 구현할 수 있다.
실리콘 포토닉스 칩을 사용하여서 광학 커플링을 하는 경우 그레이팅 커플러(Grating Coupler)가 주로 많이 사용된다. 이 경우 빛을 실리콘 포토닉스 칩의 표면에 거의 수직 방향(혹은 80~90도 사이)로 빛을 입사시켜야 한다. 특히, 상기 그레이팅 커플러(Grating Coupler)를 사용하여 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 빛을 수광하는 경우 수직축 대비 8도의 경사각을 가지고 입사하는 경우 광학 커플링 효과가 최대로 이루어질 수 있다.
하지만 싱글 모드(Single Mode) 레이저 다이오드의 경우 빛이 칩의 표면에 수평 방향, 즉 칩의 에지(edge) 방향으로 나오기 때문에 빛의 방향을 변경하기 위해서 렌즈 및 미러 등을 더 사용해야 하며, 이는 조립의 복잡성과 비용을 증가시킨다.
본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위하여 실리콘 포토닉스의 그레이팅 커플러를 효율적으로 사용하기 위해서 에지형 발광 레이저 다이오드를 반도체 패키지 내에 세워서 패키징하는 방식을 제안하며. 그 결과, 일반적인 에지형 발광 레이저 다이오드의 구조 및 제조공정을 변경하지 않고 그대로 사용할 수 있다.
또한, 에지형 발광 레이저 다이오드, 드라이버 IC, 실리콘 포토닉스(SiPh) 간의 전기적인 연결을 효율적으로 수행하기 위해서 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 FOWLP 내에 반도체 패키지 방식으로 패키징한 후, 상기 FOWLP의 몰드 몸체 상부의 재배선층 위에 실리콘 포토닉스 칩을 적층하면서 재배선층을 이용하여 전기적으로 연결함으로써 와이어 본딩(Wire-bonding) 없이 배선 라인의 길이를 최소화할 수 있다.
더욱이, 상기 실리콘 포토닉스 칩의 전기적인 동작을 위해서는 구동 칩이 연결되어야 하는데, 외부 구동 칩을 배선 거리를 매우 짧게 해 주어야 신호 손실이 없는 우수한 성능의 동작이 가능해진다.
실리콘 포토닉스 칩을 사용하지 않더라도, 에지형 발광 레이저 다이오드와 광부품/광섬유를 연결을 해야 하는 경우가 많다. 이 경우도 마찬가지로 렌즈 등의 복잡한 광학계를 사용해야 하는 경우가 많은데, 본 발명에서는 이러한 부품간의 집적을 쉽고 정밀하게 패키징할 수 있다.
본 발명에서는 기존 CoB(Chip-on-Board) 방식 및 FOWLP(Fan Out Wafer Level Packaging)를 통한 광학 제품보다 월등한 방열 성능을 보이는 제품을 제작할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 패키지 구조를 사용하는 경우, 하기 실시예에 서술된 바와 같이 각 응용에 따라 최소의 두께를 가지는 광모듈을 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 FOWLP 방식으로 패키징하고, PLC(Planar Light Circuit) 칩을 재배선층 위에 조립한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 O-SIP의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 각각 도 1에 도시된 O-SIP를 FOWLP 방식을 사용하여 제조하는 제조공정을 나타낸 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 레이저 다이오드(LD)의 전극이 칩의 상부와 하부에 배치된 경우의 패키지 방법을 나타낸 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따라 외부접속단자가 재배선층에 형성된 패키지 방법을 나타낸 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따라 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 광 통과 윈도우를 갖는 PCB와 PLC가 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따라 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 광 통과 윈도우를 갖는 PCB와 렌즈 블록이 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈을 나타낸 개략 단면도 및 제5실시예에 따른 광모듈을 이용하여 제작된 광 트랜시버를 나타낸 단면도이다.
도 9은 본 발명의 제6실시예에 따라 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 렌즈 블록이 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따라 제3실시예에 따른 O-SIP에 PCB와 AWG가 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따라 제1실시예에 따른 광모듈에서 PLC 대신에 AWG가 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 5에 도시된 제9실시예에 따른 O-SIP에서 에지형 발광 레이저 다이오드의 광 발산방향이 반대로 설정된 제9실시예를 나타낸 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명에 따른 O-SIP를 적용한 광모듈을 LC 리셉터(LC receptacle)클을 이용하여 광섬유와 연결한 광 트랜시버를 나타내는 단면도로서, 도 13a는 플라스틱 재질의 LC 리셉터클, 도 13b는 메탈 재질의 LC 리셉터클을 채용한 실시예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
본 발명은 광 트랜시버 등에 구비되는 광 시스템-인-패키지(Optical System In Package)에 관한 것으로, 상기 광 시스템-인-패키지(Optical System In Package)는 메인 PCB에 실장되어 광모듈을 구성할 수 있으며, 상기 광모듈은 광 트랜시버에 내장될 수 있다.
상기 메인 PCB에는 크게 광 송신 서브 어셈블리(TOSA ; Transmitter Optical Sub-Assembly)를 위한 LDD(레이저 다이오드 드라이버) 및 CDR(Clock Data Recovery), 광 수신 서브 어셈블리(ROSA ; Receiver Optical Sub-Assembly)를 위한 TIA(Transimpedance Amplifier)/LA(Limiting Amplifier) 및 CDR, 광 트랜시버의 전체적인 송수신 제어를 수행하는 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛)가 탑재될 수 있다.
상기 메인 PCB는 ADC, DAC를 구비하고 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛)와 FPGA에 의해 디지털 방식으로 신호처리하거나 DSP(디지털 신호 처리장치)와 드라이버로 구성되어 TOSA(광 송신 서브 어셈블리)와 ROSA(광 수신 서브 어셈블리)를 구동하는 것도 가능하다. 또한, 상기 메인 PCB는 이외에도 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체 내부에 에지형 발광 레이저 다이오드와 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 구동하거나 인터페이스 해주는 드라이버 IC가 몰딩되어 있으며, 광신호를 발생하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 구현하는 구조를 제안한다. 상기 O-SIP는 광 엔진 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명할 때, O-SIP와 FOWLP는 동일한 의미로 사용될 수 있다.
첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 에지형 발광 레이저 다이오드와 드라이버 IC를 FOWLP 방식으로 패키징하고, PLC(Planar Light Circuit) 칩을 재배선층 위에 조립한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 O-SIP의 평면도이며, 도 3a 내지 도 3g는 각각 도 1에 도시된 O-SIP를 FOWLP 방식을 사용하여 제조하는 제조공정을 나타낸 공정 단면도이다.
도 1을 참고하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 VIA를 사용하는 FOWLP 방식으로 O-SIP를 구현한 실시예를 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 이루어진 몰드 몸체(110) 내부에 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 드라이버 IC(150)를 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키징하고, 상기 몰드 몸체(110)의 제1면(112)에는 재배선층(RDL: ReDistribution Layer)(120)이 배치되어 있다.
상기 몰드 몸체(110)는 상부 및 하부가 평탄한 제1면(112)과 제2면(114)을 가지고 있다. 이 경우, 제1면(112)으로 상기 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 빛이 발산되고, 제2면(114)에는 외부와 연결하기 위한 복수의 외부접속단자(180)가 배치되어 있다. 이 경우 상기 외부접속단자(180)는 도 2에 도시된 바와 같이, 팬-아웃 형태로 배치될 수 있다.
상기 재배선층(120) 위에는 PLC(Planar Light Circuit)(300) 칩이 조립되어 있다.
상기 몰드 몸체(110)에는 제1면(112)으로부터 제2면(114)으로 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via)(182,184)가 관통하여 배치되어 있다. 상기 몰드 몸체(110)의 배면, 즉 제2면(114)에는 도전성 TMV(Through Mold Via)(182)를 통하여 상기 재배선층(120)의 연결배선(124a,124c)과 연결되는 예를 들어, 솔더볼로 이루어진 외부접속단자(180)가 형성되어 있다.
또한, 상기 몰드 몸체(110)의 일측에는 장거리 송신이 가능한 칩의 에지(edge) 방향으로 광이 방사되는 발광 소자로서 에지형 발광 레이저 다이오드(130)가 배치되고, 타측에는 에지형 발광 레이저 다이오드(130)를 구동하기 위한 드라이버 IC(150)가 배치된다.
더욱이, 본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 드라이버 IC(150)와 함께 I2C 통신, DSP(Digital Signal Processing), CDR(Clock Data Recovery), 이퀄라이저(Equalizer), TIA(TransImpedance Amplifier) 등을 수행하는 개별 IC 및 일체화된 IC로 구성될 수 있으며, 메모리(Memory), 로직(Logic), 아날로그 드라이버(Analogue Driver) 등 다양한 기능을 가지는 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 에지형 발광 레이저 다이오드(130), 드라이버 IC(150), PLC(Planar Light Circuit)(300) 칩을 Advanced Semiconductor Package 방식의 일종인 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키징하고 조립한 실시예이다.
본 발명에서는 장거리 송신이 가능한 칩의 에지(edge) 방향으로 광이 방사되는 발광 소자로서 에지형 발광 레이저 다이오드(130)를 FOWLP의 몰드 몸체(110) 내부에 수직으로 세워서 몰딩이 되게 되며, 이를 위해서 서브마운트(Submount)(140)를 사용한다.
본 발명에서 PLC(Planar Light Circuit)(300)는 광집적회로기판으로 역할을 하며 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩을 사용할 수 있고, 광학 커플링을 하는 경우 그레이팅 커플러(320)가 주로 많이 사용된다. 이 경우, 빛을 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩의 표면에 거의 수직 방향(혹은 몰드 몸체(110)의 바닥면으로부터 경사각(θ)이 80~90도 사이)로 빛을 입사시켜야 한다. 상기 에지형 발광 레이저 다이오드(130)로부터 발산되는 레이저 광은 직진성이 강해서 그레이팅 커플러(320)로부터 반사될 수 있으며, 이러한 반사를 줄이고 광학 커플링 효과를 높이기 위해서는 빛의 입사각도를 80~90도 사이로 설정하는 것이 바람직하다.
이를 위해 에지형 발광 레이저 다이오드(130)가 설치되는 서브마운트(Submount)(140)의 측면은 경사각(θ)이 80~90도 사이, 바람직하게는 82도로 형성되는 것이 요구된다.
상기 서브마운트(Submount)(140)는 에지형 발광 레이저 다이오드(130) 및 재배선층(120)의 연결배선(124b)과 연결을 하기 위해서 서브마운트(Submount)(140)의 측면으로부터 윗면을 따라 연속된 메탈 패턴(142,142a)이 배치되어 있다.
이 경우, 측면 메탈 패턴(142)에는 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 전극단자(132a,132b)가 연결되고, 윗면 메탈 패턴(142a)에는 재배선층(120)의 연결배선(124b)이 연결된다. 그 결과 에지형 발광 레이저 다이오드(130)는 메탈 패턴(142,142a)을 통하여 재배선층(120)의 연결배선(124b)에 연결될 수 있다.
이 경우, 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 서브마운트(Submount)(140) 사이의 전기적인 연결은 공정 본딩(Eutectic bonding), 솔더링(Soldering), 실버 페이스트(Silver Paste) 경화 등 여러가지 방식으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP(100)에서 서브마운트(Submount)(140)에 설치된 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 전기적 소자인 드라이버 IC(150)는 몰드 몸체(110) 내에 몰딩되어 있으며, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 전극단자(132a,132b)는 메탈 패턴(142,142a)을 통해서 재배선층(120)과 연결되고, 상기 드라이버 IC(150)의 단자패드(152,154)는 몰드 몸체(110)의 재배선층(120)을 통해서 연결이 이루어진다.
상기 O-SIP(100)의 재배선층(120)은 몰드 몸체(110) 내부의 소자간 연결, O-SIP(100)의 BGA(Ball Grid Array)로 이루어진 외부접속단자(180)와의 연결, O-SIP(100)의 외부에 배치된 PLC(300) 칩과의 전기적 연결을 담당할 수 있도록 몰드 몸체(110)의 제1면(112)에 배치된다.
상기 몰드 몸체(110)의 재배선층(120)에는 PLC(300)가 배치되며, 에지형 발광 레이저 다이오드(130)에서 나오는 빛을 수광하는 그레이팅 커플러(320)와 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 발광부(136)의 위치를 정렬시킨다. 또한, PLC(300)의 단자패드(218)와 재배선층(120) 상부의 연결패드(126)를 전기적으로 연결시켜서 드라이버 IC(150)가 연결배선(124b)을 통하여 PLC(300)를 구동할 수 있도록 한다.
상기 PLC(300)는 몸체(310)가 편판형 칩에 도파관(Waveguide)(330)가 형성이 되어 있어서 MUX, DEMUX, 모듈레이션(Modulation), 빔 스티어링(Beam Steering), 빔 스플리터(beam splitter), 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing) 등 다양한 기능을 수행하는 광집적회로기판으로 역할을 할 수 있으며, 또한 상기 PLC(300)는 광학 필터(Optical Filter), 자유공간(Free Space) MUX/DEMUX 등 다양한 광학 소자가 구현될 수 있다.
상기 PLC(300)로 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 칩을 사용하여서 광학 커플링을 하는 경우 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 대향한 위치에 그레이팅 커플러(320)가 주로 배치되어 있다.
상기 PLC(300)는 실리콘 포토닉스를 사용한 칩, 실리카(Silica) 또는 SiN 등을 사용하는 칩을 사용할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 O-SIP의 평면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 예를 들어, 4채널(4CH)을 구현하도록 4개 또는 1개의 서브마운트(Submount)(140)에 각각 에지형 발광 레이저 다이오드(130a-130d)가 장착되어 몰드 몰드(110) 내에 수직으로 세워져 나란히 배치되어 있고, 4개의 에지형 발광 레이저 다이오드(130a-130d)와 간격을 두고 에지형 발광 레이저 다이오드(130a-130d)를 구동하기 위한 4개의 드라이버가 집적되어 내장된 하나의 드라이버 IC(150)가 배치되어 있다.
상기 하나의 드라이버 IC(150)의 양 측면에는 각각 복수의 단자패드(152,154)가 배치되어 있다. 복수의 단자패드(152,154)는 재배선층(120)의 연결배선(124a-124c)에 연결되어 있다.
또한, 상기 연결배선(124a-124c)은 몰드 몸체(110)의 배면 양단부에 형성된 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via)(182,184)를 통하여 몰드 몸체(110)의 제2면(114)에 배치된 복수의 외부접속단자(180)와 연결되어 있다.
이하에 도 3a 내지 도 3g를 참고하여 도 1에 도시된 O-SIP를 FOWLP 방식을 사용하여 제조하는 제조공정을 설명한다.
먼저, 도 3a와 같이 서브마운트(Submount)(140)를 제작한다. 상기 서브마운트(Submount)(140)는 예를 들어, 실리콘(Silicon), SiN, 알루미늄 옥사이드(Aluminum oxide), COVAR 등 다양한 재질을 사용할 수 있다.
상기 서브마운트(Submount)(140)의 윗면과 측면에는 메탈을 플레이팅(Plating)하여 측면으로부터 윗면을 따라 연속하여 메탈 패턴(142,142a)이 연결되도록 한다. 이 경우, 에지형 발광 레이저 다이오드(130)가 부착되는 서브마운트(Submount)(140)의 윗면에는 각도를 주어서 레이저 빔이 수직 방향이 아니라 수직 방향으로부터 0~10도, 바람직하게는 8도 정도 각도를 주어서 발광할 수 있도록 조절할 수 있다.
이어서, 도 3b와 같이 준비된 서브마운트(Submount)(140)에 에지형 발광 레이저 다이오드(130)를 플립(Flip) 형태로 전기적 연결을 구현한다.
이후 도 3c와 같이 드라이버 IC(150)와 서브마운트(Submount)(140)의 메탈 패턴(142a)이 바닥을 향하도록 하여서 준비한 캐리어(Carrier)(190) 위에 놓는다. 이때 캐리어(190) 위에는 양면 접착성 테이프(192)를 라미네이션(Lamination)하여서 픽 앤 플레이스(Pick and Place)하는 칩이 고정되도록 한다.
또한, 상기 드라이버 IC(150)는 상부면에 미리 방열용 금속 구조물(160)을 부착시킨다.
이후 도 3d와 같이 몰딩재를 사용하여 드라이버 IC(150)와 서브마운트(Submount)(140), 에지형 발광 레이저 다이오드(130)를 몰딩한다. 상기 몰드는 P-Mold 혹은 C-Mold 방법 등을 사용할 수 있으며, 몰딩재는 에폭시 몰드 컴파운드(EMC; Epoxy Mold Compound)가 사용될 수 있다.
즉, 드라이버 IC(150)와 서브마운트(Submount)(140), 에지형 발광 레이저 다이오드(130)를 몰딩하기 위해서는 EMC(Epoxy Mold Compound), 에폭시(Epoxy) 수지 등을 사용할 수 있으며, 몰딩 단계는 웨이퍼(Wafer) 및 패널(Panel) 레벨로 한번에 여러개의 셀(cell)들이 몰딩될 수 있다. 몰딩재가 경화된 후 상부면을 금속 구조물(160)의 표면이 노출될 때 까지 CMP 방법으로 평탄화한다.
그후 몰드된 형태에서 캐리어(190)와 양면 접착성 테이프(192)를 제거한 후 뒤집으면, 도 3e와 같이 단자패드(152,154)가 위로 향하게 되며, 이 상태에서 도 3f와 같이 재배선층(120)을 형성하는 공정을 수행한다.
상기 몰드 몸체(110)의 제1면(112) 위에 재배선층(120)을 형성하게 되며, 상기 재배선층(120)은 도 4에 도시된 제2실시예와 같이 도전성 TMV(Through Mold Via)(182,184)를 통하여 몰드 몸체(110)의 제2면(114)에 형성된 외부접속단자(180)를 포함하거나, 도 5에 도시된 제3실시예와 같이 재배선층(120) 위에 외부접속단자(180)가 배치될 수 있다.
PLC(300) 칩이 재배선층(120) 위에 장착되는 경우는 도 4에 도시된 제2실시예와 같이 몰드 몸체(110)의 배면, 즉 제2면(114)에 외부접속단자(180)를 포함하고, 도 6에 도시된 바와 같이 PLC(300) 칩이 메인 PCB(200)에 실장되고 메인 PCB(200)가 직접 재배선층(120) 위에 장착되는 경우는 도 5에 도시된 제3실시예와 같이 재배선층(120) 위에 외부접속단자(180)가 배치되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 실시예와 같이 몰드 몸체(110)의 배면, 즉 제2면(114)에 외부접속단자(180)를 형성하는 경우, 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)는 메인 PCB(200)의 상부에 실장될 수 있다.
상기 재배선층(120)을 위한 절연막(122)을 형성하기 위해서는 폴리이미드(Polyimide), SiO2, 에폭시(Epoxy) 계열의 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 연결배선(124a-124c) 패턴 형성을 위해서 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정이 사용될 수 있다. 이 경우 연결배선(124a-124c)의 물질 자체가 현상 가능한 포토레지스트(PR) 역할을 할 수 있으며, PR 코팅을 추가로 한 후에 배선 레이어를 에칭할 수도 있다. 절연막(122) 생성을 한 이후 금속막을 디포지션(deposition)을 하는 과정을 가지며 재배선층(120)의 연결배선(124a-124c)을 형서할 때 사용되는 메탈은 Cu, Al, Au, Ag 등 다양한 금속 물질 혹은 이의 화합물로 형성될 수 있다. 상기 재배선층(120)에 생성되는 외부접속단자(180)는 LGA(Land Grid Array) 타입처럼 재배선층(120)의 메탈면을 바로 외부에 노출시키거나, BGA(Ball Grid Array) 타입처럼 솔더 볼(Solder Ball)을 몰드 몸체(110) 상부에 장착하여 제작할 수 있다.
그후, 도 3g와 같이 외부 PLC(300) 칩을 FOWLP 위에 고정시키면 광모듈(400)이 완성된다.
한편, 본 발명에서는 추가적인 방열을 위해 드라이버 IC(150)의 하부에 금속 구조물(160)을 형성할 수 있다. 상기 금속 구조물(160)의 크기는 드라이버 IC(150)보다 크거나 작을 수 있다. 금속 구조물(160)을 형성하는 방법은 드라이버 IC(150) 하부에 금속 구조물(160)을 부착한 후, 드라이버 IC(150)와 면접촉되는 금속 구조물(160)이 붙여진 상태로 FOWLP 공정을 수행할 수 있다.
이 경우, 드라이버 IC(150)와 금속 구조물(160)을 부착하기 위해 접착제(Adhesive)를 사용할 수 있으며, 상기 접착제는 실버 에폭시(Silver Epoxy) 혹은 에폭시, EMC, CNT 컴파운드를 사용할 수 있다. 가장 좋은 방열 성능과 전기적인 도전을 위해서는 실버 에폭시 등 전도성 물질을 사용하게 된다. 본 발명에서는 몰드 몸체(110)의 하부면에 전기 신호를 가하기 위해서도 금속 구조물(160)을 사용할 수 있다.
상기 서브마운트(Submount)(140)에 장착된 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 드라이버 IC(150) 및 재배선층(120)을 연결하려는 경우 몰드 몸체(110)에 VIA 형태의 도전성 구조를 형성해야 한다. 상기 VIA 형태의 도전성 구조는 도전성 비아(Via)를 포함하는 PCB를 사용하거나, Cu 조각을 사용하여 FOWLP 공정시에 다른 에지형 발광 레이저 다이오드(130) 및 드라이버 IC(150)와 함께 몰딩하게 되며 상/하부 메탈(Metal)이 노출되도록 한 후, IC 하부의 금속 구조물과 전기적으로 연결하여서 배선할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 레벨로 메탈(Metal)을 데포지션(Deposition)하여 패턴 없이 연결시킬 수도 있고, FOWLP 웨이퍼의 재배선층(120) 반대면에 다른 재배선층(120)을 형성하여 양면의 재배선층(120)을 서로 연결할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 전극이 칩의 상부와 하부에 위치된 경우 패키지 방법을 나타낸 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 단면도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)는 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 전극이 칩의 상부와 하부에 위치된 경우에 대한 패키지 방법이다. 이 경우 서브마운트(Submount)(140)를 제작하는 단계(도 3b) 이후에 본딩 와이어(134)를 사용한 와이어 본딩(Wire-bonding)에 의해 서브마운트(Submount)(140)의 메탈 패턴(144)과 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 반대면 전극을 연결해 줄 수 있다. 이후 패키징 과정은 동일하게 진행하면 된다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따라 외부접속단자(180)가 재배선층(120) 위에 형성된 패키지 방법을 나타낸 광 시스템-인-패키지(O-SIP)이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)는 몰드 몸체(110)를 관통하는 도전성 TMV(Through Mold Via)(182,184)를 사용하지 않고, 외부접속단자(180)와 재배선층(120)을 모두 몰드 몸체(110)의 제1면(112)에 형성한 구조이다.
상기 제3실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 PCB(200)와 결합되어 광모듈(400)을 구성할 수 있다.
이 경우, 메인 PCB(200)가 고정되는 위치는 도 6에 도시된 제4실시예와 같이 달라지게 된다. 또한, 에지형 발광 레이저 다이오드(130)로부터 발산된 광을 포커싱(Focusing)하는 기능을 갖는 마이크로 렌즈(Microlens)(170)를 몰드 몸체(110) 위의 재배선층(120)에 제작하여서 에지형 발광 레이저 다이오드(130)에서 나오는 빛을 집광하는 실시예를 추가적으로 표기하였다.
상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)에서 발산되는 광의 광경로가 메인 PCB(200)를 통과하면 길어지므로, 메인 PCB(200)의 내부에 광 통과 윈도우(220)를 형성한 후 마이크로 렌즈(Microlens)(170)와 같은 렌즈 구조물의 일부가 삽입되도록 하여서 마이크로 렌즈(170)와 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100) 사이의 거리를 줄여주어 빛의 퍼짐을 방지할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 광 통과 윈도우를 갖는 메인 PCB와 PLC가 결합된 제4실시예를 나타낸다.
도 6을 참고하면, 제4실시예에 따른 광모듈(400)에서는 메인 PCB(200)에 홀을 뚫은 후 광 통과 윈도우(220)를 갖는 메인 PCB(200) 위에 PLC(300)를 배치하는 실시예를 나타낸 것이다.
상기 구조를 가지는 O-SIP(100) 패키지는 메인 PCB(200)의 하부에 도 6과 같이 장착될 수 있으며, 이 때 SMT(Surface Mount Technology) 방법을 사용할 수 있다. 메인 PCB(200) 하부에 O-SIP(100)가 장착된 이후 O-SIP(100)의 발광부(136)에 출입하는 광 경로를 메인 PCB(200) 내부에 형성할 수 있다.
이 경우, 메인 PCB(200)를 관통하거나 일부 홈을 내어서 광 경로를 형성시키게 된다. 상기 광 경로 형성을 위해 메인 PCB(200)에 관통구멍(hole)을 가공하여 광 통과 윈도우(220)를 형성하거나, 투명한 소재로 PCB의 일부 혹은 전체면을 구성하여서 광 경로를 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 메인 PCB(200) 내부 혹은 메인 PCB(200) 표면에 광학 신호를 전달할 수 있는 구조가 있는 경우, 광신호를 메인 PCB(200)를 관통시키지 않고, 메인 PCB(200)에 있는 광학 구조물에 광 신호를 전달(연결)시킬 수 있다(도 10 참조).
이 경우, 상기 메인 PCB(200)는 기판 몸체(210)가 예를 들어, FR4로 이루어진 다층 인쇄회로기판(PCB) 뿐 아니라 Si 혹은 글래스(Glass)을 이용한 기판 내부에 형성된 연결배선(216)과 상기 연결배선(216)과 연결되는 단자패드(212,214,218)를 포함할 수 있다.
상기 메인 PCB(200) 위에 실장된 PLC(300)는 드라이버 IC(150)로부터 재배선층(120)의 연결배선(124c), 외부접속단자(180), 메인 PCB(200)의 연결배선(216)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제4실시예에 따른 광모듈(400)에서 PLC(300)의 선단부에는 어댑터를 통하여 광섬유가 정합될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따라 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 광 통과 윈도우를 갖는 PCB와 렌즈 블록이 결합된 광모듈이고, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈을 나타낸 개략 단면도 및 제5실시예에 따른 광모듈을 이용하여 제작된 광 트랜시버를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈(400)은 광 통과 윈도우(220)를 갖는 메인 PCB(200)의 하부에 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP(100)가 실장되고, 상기 메인 PCB(200)의 상부에 렌즈 블록(302)이 결합되어 있다.
본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈(400)과 제4실시예에 따른 광모듈(400)과의 차이점은 상기 메인 PCB(200)의 상부에 PLC(300) 대신에 렌즈 블록(302)이 결합되어 있는 점에서 차이가 있고 다른 부분은 동일하다.
제5실시예에 따른 광모듈(400)과 제4실시예에 따른 광모듈(400) 사이에 동일한 부분은 설명을 생략하고 차이점 부분만 설명한다.
상기 렌즈 블록(302)은 광모듈(400)이 후술하는 바와 같이 광 트랜시버의 하우징에 내부에 수납될 때, 상기 하우징과 동일한 방향으로 광경로(P)를 90도 전환시키기 위한 광학부품으로서, O-SIP(100)로부터 발산된 광이 메인 PCB(200)의 광 통과 윈도우(220)를 통과하여 상부로 향할 때, 광경로(P)를 메인 PCB(200)와 수평한 방향으로 직각으로 절곡시키기 위한 경사면(344)을 양면이 평탄면으로 이루어진 몸체(340)의 상부면에 구비하고 있다.
상기 렌즈 블록(302)의 몸체(340)는 플라스틱 또는 글래스로 이루어질 수 있고, 상기 경사면(344)에서 굴절률 차이를 이용한 전반사에 의해 광경로(P)를 직각으로 전환시키도록 정삼각형 형상의 노치부(342)를 몸체(340)의 상부면에 형성할 수 있다.
이 경우, 정삼각형 노치부(342)의 빗변이 45도 경사면을 이루고, 상기 경사면(344)은 O-SIP(100)에서 발생된 수직방향의 광신호가 메인 PCB(200)와 수평한 방향이 교차하는 지점에 위치하도록 설정된다.
상기 경사면(344)에 O-SIP(100)에서 발생된 수직방향의 광신호가 입사되는 위치에는 광을 집속시키기 위해 광을 포커싱(Focusing)하는 마이크로 렌즈(350)가 상기 렌즈 블록(302)의 하부면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈 블록(302)의 출구에도 발산되는 광신호가 퍼지지 않고 직진하도록 평행한 광으로 만들기 위한 콜리메이션(Collimation) 렌즈(352)가 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈(400)은 도 8a에 도시된 바와 같이 광 통과 윈도우(220)를 갖는 메인 PCB(200)의 하부에 O-SIP(100)가 실장되고, 상기 메인 PCB(200)의 상부에 렌즈 블록(302)이 결합되어 있다.
제5실시예에 따른 광모듈(400)을 이용하여 제작된 광 트랜시버(500)는 도 8b에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 8b를 참고하면, 본 발명에 따른 광 트랜시버(500)는 광모듈(400)을 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 하우징 내부에 조립하여 제조되는 광 트랜시버(500) 혹은 AOC(Active Optical Cable)를 제작한 예이다. 이 경우, 상기 광 트랜시버(500)의 후단부는 일측 단말기 등의 본체에 연결되고, 선단부에는 광케이블의 콘넥터가 결합된다.
이 경우, 방열을 위하여 광 트랜시버의 금속으로 이루어진 하부 하우징(420)과 O-SIP(100)의 방열용 금속 구조물(160) 사이에는 TIM(Thermal Interface Material)(280)이 삽입되어 방열이 이루어질 수 있다.
상기 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 하우징 내부에 조립되는 광모듈(400)은 렌즈 블록(302)의 선단부에 광섬유 결합홀더(Fiber Block)(430)가 물리적으로 결합되고, 광섬유 결합홀더(430)에는 피그테일 광섬유(pigtail fiber)(452)를 통해 LC 리셉터클(LC receptacle)(432)을 포함한 광케이블 커넥터와 연결될 수 있다. 또한, LC 리셉터클(432)의 선단부에는 광케이블(도시되지 않음)의 플러그가 결합되는 소켓결합부(434)가 돌출되어 있다.
상기한 실시예 설명에서는 서브 마우트(140)에 장거리 전송용 에지형 발광 레이저 다이오드(130)가 실장되는 것을 예시하였으나, O-SIP(100)의 패키지에 몰드되는 포토닉 IC로는 VCSEL이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 O-SIP(100)는 멀티-모드 광섬유(Multi-mode Fiber)를 통하여 100m~300m 이내의 단거리를 연결하는 광 트랜시버(500)의 송신기((TX)를 위한 광 엔진 모듈로 사용될 수 있다.
도 9은 본 발명의 제6실시예에 따라 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에 렌즈 블록이 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 광모듈(400)은 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP(100)의 상부에 렌즈 블록(302)이 결합된 구조를 가지고 있다.
본 발명의 제6실시예에 따른 광모듈(400)은 도 7에 도시된 제5실시예에서 광 통과 윈도우(220)를 갖는 메인 PCB(200) 대신에 광 통과 윈도우(382)를 갖는 가이드 블록(380)이 설치된 점에서 차이가 있고 나머지 부분은 동일하다.
제6실시예에 따른 광모듈(400)과 제5실시예에 따른 광모듈(400) 사이에 동일한 부분은 설명은 생략하고 차이점 부분만 설명한다.
제6실시예에 따른 광모듈(400)에 사용되는 렌즈 블록(302)은 광경로(P)를 90도 절곡시키기 위한 광학부품으로서, O-SIP(100)로부터 발산된 광이 메인 PCB(200)의 광 통과 윈도우(220)를 통과하여 상부로 향할 때, 광경로(P)를 메인 PCB(200)와 수평한 방향으로 직각으로 절곡시키기 위한 경사면(344)을 구비하고 있다.
제6실시예에 따른 광모듈(400)에 사용되는 렌즈 블록(302)은 제5실시예와 동일하며, O-SIP(100)에서 발생된 수직방향의 광신호가 메인 PCB(200)와 수평한 방향이 교차하는 지점에 45도 경사면(344)이 위치하도록 설정된다.
또한, 상기 렌즈 블록(302)의 하부면에는 광을 집속시키기 위해 광을 포커싱(Focusing)하는 마이크로 렌즈(350)가 형성되고 렌즈 블록(302)의 출구에도 발산되는 광신호가 퍼지지 않고 직진하도록 평행한 광으로 만들기 위한 콜리메이션(Collimation) 렌즈(352)가 형성될 수 있다.
상기 렌즈 블록(302)과 O-SIP(100) 사이에 삽입되는 가이드 블록(380)은 광 통과 윈도우(382)를 갖고 있으며, 상기 광 통과 윈도우(382)에는 상기 마이크로 렌즈(350)가 돌출되어 있다. 상기 가이드 블록(380)은 마이크로 렌즈(350)와 O-SIP(100) 사이의 거리를 최소로 좁히면서도 마이크로 렌즈(350)를 안전하게 보호하는 역할을 하게 된다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따라 제3실시예에 따른 O-SIP에 PCB와 AWG가 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 광모듈(400)은 일측 변에 결합홈(230)이 형성된 메인 PCB(200)의 하부에 O-SIP(100)를 실장하며, 상기 결합홈(230)에 AWG(Arrayed Waveguide Grating)(304)의 선단부가 삽입 결합된 구조를 갖는다.
제7실시예에 따른 광모듈(400)은 메인 PCB(200)의 일 측면에 AWG(304)의 선단부를 수납할 수 있는 슬롯 형태의 결합홈(230)이 구비되고, O-SIP(100)는 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 발광부(136)가 결합홈(230)에 정합되도록 메인 PCB(200)의 하부면에 실장된다.
이 경우, 상기 메인 PCB(200)의 하부에 배치된 단자패드(212)에는 재배선층(120)의 연결배선(124a)과 연결되는 솔더볼로 이루어진 외부접속단자(180)가 연결되어 있다.
상기 AWG(304)는 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)의 포토닉 IC로서 에지형 발광 레이저 다이오드(130)로부터 발생된 예를 들어, 4채널의 광신호를 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기능을 수행하여 광섬유(452)에 전달하는 역할을 한다.
상기 AWG(304)는 예를 들어, 광학 다중화(Multiplexing) 기능을 수행하는 광학 멀티플렉서부, 상기 광학 멀티플렉서부의 선단부에 연결되어 복수의 발광 소자로부터 입사된 복수의 광신호가 입력되는 복수의 입력 도파로 및 상기 광학 멀티플렉서부의 후단부에 연결되어 복수의 광신호가 멀티플렉싱된 후 출력되는 하나의 광신호를 출력하는 싱글 모드 출력 도파로를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 AWG(304)는 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 대향한 끝 부분은 각도가 있는 경사면(354)으로 가공하여 4개의 발광소자로부터 발생된 4채널의 광신호가 AWG(304)의 끝에서 수직 방향으로 절곡되어 AWG(304)의 4개의 입력 도파로를 통하여 입사할 수 있도록 한다. 상기 AWG(304)의 공기중에 노출된 경사면(354)에서는 전반사 굴절이 발생한다.
이에 따라 광송신용 광모듈(400)은 각 채널당 25Gbps×4채널 = 100Gbps의 파장다중화기(WDM MUX)를 실현할 수 있다. 또한, 광송신용 광모듈(400)은 각 채널당 10Gbps×10채널 = 100Gbps의 파장다중화기(WDM MUX)를 실현할 수 도 있다.
상기 제7실시예에 따른 광모듈(400)은 도 8b에 도시된 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 하우징 내부에 조립하여 제조되는 광 트랜시버(500) 혹은 AOC(Active Optical Cable)를 제작할 수 있다. 이 경우, 상기 광 트랜시버(500)의 후단부는 일측 단말기 등의 본체에 연결되고, 선단부에는 광케이블의 콘넥터가 결합된다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따라 제3실시예에 따른 O-SIP에 AWG가 결합된 광모듈을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(400)은 메인 PCB(200)를 사용하지 않고 제1실시예에 따른 O-SIP(100)에서 PLC(300) 대신에 직접 AWG(304)가 결합된 실시예를 나타낸 것이다.
본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(400)은 상기 O-SIP(100)의 에지형 발광 레이저 다이오드(130)와 대향한 AWG(304)의 끝 부분은 각도가 있는 경사면(354)으로 가공하여, 4개의 발광소자로부터 발생된 4채널의 광신호가 AWG(304)의 끝에서 수직 방향으로 절곡되어 AWG(304)의 4개의 입력 도파로를 통하여 입사하도록 한 것이다. 상기 AWG(304)의 공기중에 노출된 경사면(354)에서는 전반사 굴절이 발생한다.
본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(400)은 O-SIP(100)의 하부면에 재배선층(120)의 연결배선(124a)과 연결되는 솔더볼로 이루어진 외부접속단자(180)가 연결되어 있다.
도 12는 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 O-SIP에서 에지형 발광 레이저 다이오드의 광 발산방향이 반대로 설정된 제9실시예를 나타낸 단면도이다.
도 12를 참고하면, 도 5에서 에지형 발광 레이저 다이오드(130)의 광 발산방향이 반대로 형성된 경우이다. 제9실시예는 몰드 몸체(110)의 하측에 재배선층(120)이 배치되고 재배선층(120)에 외부접속단자(180)가 형성되며, 외부접속단자(180)에 메인 PCB(200)가 장착될 수 있다.
제9실시예의 O-SIP(100) 패키지는 메인 PCB(200)를 여전히 바닥면에 두면서 몰드 몸체(110) 내부에 도전성 TMV(Through Mold Via)(182)를 사용하지 않고도 광의 발산 방향을 위쪽으로 향하게 할 수 있는 구조이다.
제9실시예의 O-SIP(100) 패키지는 FOWLP를 페이스-업(Face Up) 방식으로 공정을 진행해야 할 수 있으며, 이 경우 Cu 스터드 메탈(Stud Metal)로 이루어진 금속 구조물(160)을 드라이버 IC(150) 위에 추가할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명에 따른 O-SIP와 광섬유를 커플링하는 LC 리셉터클(LC receptacle)의 결합 구조를 보여주는 것으로 5G 네트웍에 적용될 수 있는 광 트랜시버의 단면도로서, 도 13a는 플라스틱으로 이루어진 LC 리셉터클, 도 13b는 메탈 재질로 이루어진 LC 리셉터클을 채용한 실시예이다.
본 발명에 따른 광 트랜시버(500)는 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 적용한 광모듈(400)을 LC 리셉터클(360)을 이용하여 광섬유(410)와 결합한 구조를 가지며, 5G 네트웍에 적용될 수 있다.
먼저, 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 관통구멍(220)이 형성된 메인 PCB(200)에 실장한 후, LC 리셉터클(360)의 후단부에 조립하여 고정시킨다.
상기 O-SIP(100)를 메인 PCB(200)에 실장한 광모듈(400)을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 방법은 다음의 2가지 방법 중 하나로 이루어질 수 있다.
먼저, 상기 LC 리셉터클(360)은 몸체(361)의 후단부 측에 광모듈(400)을 수용할 수 있는 수용공간(362)이 구비되어 있으며, 수용공간(362)의 전방에는 광학 렌즈(364)가 일체로 형성되어 있고, 상기 몸체(361)의 전단부 측에는 중앙부에 광섬유(410)가 결합되는 광섬유결합요홈(363)이 형성된 원통형 결합돌기가 돌출되어 있다.
상기 원통형 결합돌기에는 광섬유 홀더(370)가 착탈 가능하게 결합되며, 상기 광섬유 홀더(370)는 후단부에 상기 원통형 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홈이 구비되고 중앙부에 상기 광섬유(410)가 지지되어 있다.
이에 따라 광섬유 홀더(370)를 몸체(361)의 원통형 결합돌기에 조립하면 광섬유(410)의 선단부가 광섬유결합요홈(363)에 수용되면서 상기 광학 렌즈(364)와의 광축 정렬이 이루어질 수 있다.
상기 광모듈(400)을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 방법은 도 13a에 도시된 바와 같이, LC 리셉터클(360)의 후단부의 수용공간(362)에 광모듈(400)의 메인 PCB(200)를 삽입시키면서 압입결합시키는 방식으로 고정시킬 수 있다.
도 13a에 도시된 LC 리셉터클(360)은 플라스틱으로 제작된 것이다.
이때 LC 리셉터클(360)과 메인 PCB(200)와의 고정은 LC 리셉터클(360)이 도 13a에 도시된 바와 같이 메인 PCB(200)를 감싸게 할 수도 있고, 메인 PCB(200)가 LC 리셉터클(360)보다 크게 제작하여 메인 PCB(200) 상에 LC 리셉터클(360)을 부착할 수 있다. 메인 PCB(200)를 통과한 광은 LC 리셉터클(360)에 있는 광학 렌즈(364)를 통해 광섬유(410)쪽으로 집광될 수 있다.
광학 정렬을 위해 LC 리셉터클(360)에 광섬유(410)를 삽입한 뒤 광섬유(410)의 광량을 측정하면서 최적 광량이 얻어지는 위치에서 LC 리셉터클(360)을 고정시키는 액티브(active) 정렬 방식을 사용할 수 있다.
상기 O-SIP(100)의 뒷면에는 온도 조절을 위한 TEC(Thermo Electric Cooler)를 부착시킬 수 있다. 이 경우 O-SIP(100)의 동작 온도 구간을 확장할 수 있다. 상기 TEC는 펠티어 효과(Peltier effect)를 사용하여 두 가지의 재료 접합점 사이에 열유속을 생성하는 냉각기로서 전류의 방향에 따라 전기 에너지를 소비하면서 장치의 한쪽에서 다른 쪽으로 열을 전달함에 의해 냉각한다.
일례로 발광소자로서 VCSEL을 사용하는 경우 사용 온도가 0℃~70℃ 정도로 제한되게 되는데, TEC를 부착하여 사용하면 -40℃에서 85℃까지 동작 온도를 넓힐 수 있다. 이와 같은 TEC의 사용은 상기한 O-SIP(100)의 실시예 구조에도 동일하게 적용할 수 있다. TEC를 사용하는 경우 O-SIP(100) 내부에 온도 측정을 위한 서미스터(Thermistor)를 내장할 수 있다.
상기 광모듈(400)을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 다른 방법은 도 13b에 도시된 바와 같이, LC 리셉터클(360)의 후단부의 수용공간(362)에 광모듈(400)의 O-SIP(100)와 메인 PCB(200)를 모두 삽입시키면서 메인 PCB(200)의 외주부를 압입결합시키고, LC 리셉터클(360)의 후단부에 실링용 커버(365)를 조립하는 것이다.
도 13b에 도시된 LC 리셉터클(360)은 메탈로 이루어진 것이며, LC 리셉터클(360)의 후단부에 실링용 커버(365)를 조립한 후, 웰딩(Welding)을 실시하면 고정 및 허메틱(Hermetic) 실링이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 에지형 발광 레이저 다이오드와 전자 구동소자인 드라이버 IC(Driver IC)를 패키지 내에 포함하며, 재배선층(RDL) 위에 PLC(Planar Light Circuit) 칩을 직접 조립하거나 메인 PCB(인쇄회로기판)을 통하여 조립되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈을 구현하는 데 적용할 수 있다.
상기 광모듈은 광통신 및 광센서 산업에 다양하게 사용될 수 있다. 광통신을 위해서는 데이터 센터 내부 서버간의 통신, 5G 및 6G 통신 네트워크를 위한 광 트랜시버를 위해 사용될 수 있다.
상기 광모듈은 뿐만 아니라 소형화, 집적화를 패키지 내부에서 구현하였으므로, 온-보드 광통신(On-board optical communication), 칩-투-칩 광통신(Chip-to-chip optical communication)에도 사용될 수 있다.
더욱이, 실리콘 광 위상 배열(OPA; Optical Phase Array)을 구현하여 빔 스티어링(Beam steering)을 칩상에서 구현할 수 있으며, 이는 차량용 LIDAR 등에 활용될 수 있다.
100: O-SIP 110: 몰드 몸체
112: 제1면 114: 제2면
120: 재배선층 122: 절연층
124a-124c,216: 연결배선 126: 연결패드
130-130d: 에지형 발광 레이저 다이오드 132-132b: 전극단자
134: 본딩 와이어 136: 발광부
140: 서브 마운트 142,142a,144: 메탈전극
150: 드라이버 IC 152,154: 단자패드
160: 금속 구조물 170: 마이크로 렌즈
180: 외부접속단자 182,184: TMV
190: 캐리어 192: 양면 접착성 테이프
200: 메인 PCB 210: 기판 몸체
212,214,218: 단자패드 220,382: 광 통과 윈도우
230: 결합홈 280: TIM
300: PLC 302: 렌즈 블록
304: AWG 310,340,361: 몸체
320: 그레이팅 커플러 330: 도파관
342: 노치부 344,354: 경사면
350: 마이크로 렌즈 352: 콜리메이션 렌즈
360,432: LC 리셉터클 362: 수용공간
363: 광섬유 결합요홈 364: 렌즈
365: 커버 370: 광섬유 홀더
380: 가이드 블록 400: 광모듈
410: 상부 하우징 420: 하부 하우징
430: 광섬유 결합홀더 434: 소켓결합부
450,452: 광섬유 500: 광 트랜시버

Claims (29)

  1. 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  2. 상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브마운트는 경사면으로부터 상부면으로 연장 형성된 메탈전극을 더 포함하고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드는 상기 메탈전극에 전극단자가 연결된 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브마운트의 상부면으로 연장 형성된 메탈전극은 제1면에 노출되며 상기 재배선층의 연결배선에 연결되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서브마운트는 경사면으로부터 하부면으로 연장 형성된 메탈전극을 더 포함하고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드는 상기 메탈전극에 전극단자가 연결된 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브마운트의 하부면으로 연장 형성된 메탈전극은 제2면에 노출되며 상기 재배선층의 연결배선에 연결되는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 구동하기 위한 드라이버 IC; 및
    상부면이 상기 드라이버 IC의 하부면에 면접촉되고 하부면이 제2면으로 노출되는 방열용 금속 구조물을 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  8. 제1항에 있어서,
    일단부가 상기 재배선층의 연결배선에 연결되고 타단부가 상기 몰드 몸체를 관통하여 제2면에 노출되는 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via); 및
    상기 제2면에 노출된 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via)의 타단부와 연결되며 제2면에 배치되는 복수의 외부접속단자;를 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  9. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 제1면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 수신하는 그레이팅 커플러를 구비하는 PLC(Planar Light Circuit);를 포함하는 광모듈.
  10. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 수신하는 그레이팅 커플러를 구비하는 PLC(Planar Light Circuit);를 포함하는 광모듈.
  11. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 경사면을 갖는 렌즈 블록;을 포함하는 광모듈.
  12. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 가이드 블록; 및
    상기 가이드 블록의 상부면에 실장되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 상기 광 통과 윈도우를 통하여 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 경사면을 갖는 렌즈 블록;을 포함하는 광모듈.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 PLC(Planar Light Circuit)의 그레이팅 커플러에 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호가 입사되는 경우, 상기 서브마운트의 경사면은 82도의 경사각을 가지는 광모듈.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 PLC(Planar Light Circuit)는
    실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)로 이루어지는 평판형 몸체;
    상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 위치의 몸체 내부에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광을 수신하는 그레이팅 커플러; 및
    상기 평판형 몸체 내부에 배치되고 일단부가 상기 그레이팅 커플러에 연결된 도파관;을 포함하는 광모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 PLC(Planar Light Circuit)는 상기 도파관을 이용하여 MUX, DEMUX, 모듈레이션(Modulation), 빔 스티어링(Beam Steering), 빔 스플리터(beam splitter), 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing), 광학 필터(Optical Filter), 자유공간(Free Space) MUX/DEMUX 중 하나의 광학 소자를 구현하는 광모듈.
  17. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 일체로 형성되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드로부터 발산된 광신호를 포커싱(Focusing)하는 기능을 갖는 마이크로 렌즈를 더 포함하는 광모듈.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 PLC는 상기 재배선층의 상부에 형성된 복수의 외부접속단자와 상기 인쇄회로기판(PCB) 내부의 연결배선을 통하여 전기적으로 연결되는 광모듈.
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 에지형 발광 레이저 다이오드와 대향한 상기 렌즈 블록의 하부면에 배치되어 상기 에지형 발광 레이저 다이오드에서 발생되어 입사하는 광신호를 포커싱(Focusing)하기 위한 마이크로 렌즈; 및
    상기 렌즈 블록의 출구에 발산되는 광신호를 직진하도록 평행한 광으로 만들기 위한 콜리메이션(Collimation) 렌즈;를 더 포함하는 광모듈.
  20. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 경사면에서 굴절률 차이를 이용한 전반사에 의해 광경로를 직각으로 전환시키도록 상기 경사면은 몸체의 상부면에 형성된 정삼각형 노치부의 빗변에 구비하는 광모듈.
  21. 복수 채널의 광신호를 발산하는 복수의 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 결합홈을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 결합홈에 상기 발광부로부터 발산된 광신호가 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 반사면을 갖는 선단부가 결합되며, 복수 채널의 광신호를 파장 분할 다중화(WDM)를 수행하여 광섬유에 전달하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating);를 포함하며,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광모듈.
  22. 복수 채널의 광신호를 발산하는 복수의 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부면에 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 발산된 복수 채널의 광신호가 입사할 때 90도 절곡이 이루어지는 반사면을 갖는 선단부가 결합되며, 복수 채널의 광신호를 파장 분할 다중화(WDM)를 수행하여 광섬유에 전달하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating);를 포함하며,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광모듈.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 서브마운트는 경사면으로부터 상부면으로 연장 형성된 메탈전극을 더 포함하고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드는 상기 메탈전극에 전극단자가 연결되며,
    상기 서브마운트의 상부면으로 연장 형성된 메탈전극은 제1면에 노출되며 상기 재배선층의 연결배선에 연결되는 광모듈.
  24. 제23항에 있어서,
    일단부가 상기 재배선층의 연결배선에 연결되고 타단부가 상기 몰드 몸체를 관통하여 제2면에 노출되는 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via); 및
    상기 제2면에 노출된 복수의 도전성 TMV(Through Mold Via)의 타단부와 연결되며 제2면에 배치되는 복수의 외부접속단자;를 더 포함하는 광모듈.
  25. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    후단부 수용공간에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 수납하며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하며,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광 트랜시버.
  26. 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드를 내부에 구비한 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 에지형 발광 레이저 다이오드의 발광부에 대응하는 부분에 상기 발광부로부터 수직방향으로 광신호를 발생할 때 광경로를 이루는 광 통과 윈도우를 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    후단부가 상기 인쇄회로기판(PCB)에 결합되며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하며,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    상부 및 하부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 일 측면이 경사면을 가지는 서브마운트;
    상기 몰드 몸체의 내부에 몰딩되며 상기 서브마운트의 경사면에 실장되어 상기 제1면으로 광신호를 발산하는 에지형 발광 레이저 다이오드; 및
    상기 몰드몸체의 제1면에 형성되며 상기 에지형 발광 레이저 다이오드를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 외부접속단자와 연결된 재배선층;을 포함하는 광 트랜시버.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 LC 리셉터클은
    후단부 측에 광 시스템-인-패키지(O-SIP)와 인쇄회로기판(PCB)로 이루어진 광모듈을 수용할 수 있는 수용공간이 구비되어 있으며, 전단부 측에는 중앙부에 광섬유가 결합되는 광섬유결합요홈이 형성된 원통형 결합돌기가 돌출되어 있는 몸체; 및
    상기 수용공간의 전방에는 몸체와 일체로 형성된 광학 렌즈;를 포함하는 광 트랜시버.
  28. 제27항에 있어서,
    후단부에 상기 원통형 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홈이 구비되고 중앙부에 상기 광섬유가 지지되어 있는 광섬유 홀더를 더 포함하는 광 트랜시버.
  29. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 재배선층의 상부에 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)을 더 포함하는 광 트랜시버.
KR1020230038171A 2022-03-23 2023-03-23 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 KR20230138434A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220036215 2022-03-23
KR20220036215 2022-03-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230138434A true KR20230138434A (ko) 2023-10-05

Family

ID=88101869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230038171A KR20230138434A (ko) 2022-03-23 2023-03-23 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230138434A (ko)
WO (1) WO2023182832A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180097888A (ko) 2017-02-24 2018-09-03 주식회사 지파랑 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196505A (ja) * 2005-01-11 2006-07-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
JP5318978B2 (ja) * 2012-01-23 2013-10-16 日本特殊陶業株式会社 光電気混載パッケージ及びその製造方法、光素子付き光電気混載パッケージ、光電気混載モジュール
JP2014164110A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Rohm Co Ltd 光通信モジュールおよびその製造方法
US9443835B2 (en) * 2014-03-14 2016-09-13 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods for performing embedded wafer-level packaging (eWLP) and eWLP devices, packages and assemblies made by the methods
US9541717B2 (en) * 2015-01-30 2017-01-10 Avago Technologies General IP (Singapore) Pta. Ltd. Optoelectronic assembly incorporating an optical fiber alignment structure
KR101964853B1 (ko) * 2015-11-11 2019-04-02 주식회사 지파랑 광 인터페이스를 가지는 반도체 칩 패키지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180097888A (ko) 2017-02-24 2018-09-03 주식회사 지파랑 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023182832A1 (ko) 2023-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11163126B2 (en) Light source assembly supporting direct coupling to an integrated circuit
US10454586B2 (en) Integrated transceiver with lightpipe coupler
US10436991B2 (en) Optical interconnect modules based on glass substrate with polymer waveguide
KR100411577B1 (ko) 광섬유 접속부 및 그것의 사용 방법
KR101929465B1 (ko) 광학모듈
CN113364525A (zh) 光模块
KR102619650B1 (ko) 초소형 광송신 모듈
CN113841075B (zh) 连接器插头及利用其的有源光缆组装体
US9151918B2 (en) Opto-electronic assembly for parallel high speed transmission
KR20230138434A (ko) 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버
KR20230122571A (ko) 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버
CN116088106A (zh) 一种光模块