WO2020116731A1 - 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 - Google Patents

커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 Download PDF

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WO2020116731A1
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alignment guide
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이상돈
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    • G02B6/4292—Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a connector plug, and more specifically, it is possible to assemble an optical fiber and an optical component by using an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide formed on one surface of an optical device module, so that passive alignment of optical components is also possible.
  • a connector plug that can be easily made, and an active optical cable (AOC) assembly using the same.
  • Optical engines are typically used to transmit data at high speed.
  • the optical engine includes hardware for converting an electrical signal into an optical signal, transmitting the optical signal, receiving the optical signal, and converting the optical signal back into an electrical signal.
  • the electrical signal is converted into an optical signal when it is used to modulate a light source device such as a laser.
  • Light from the source is coupled to a transmission medium such as an optical fiber.
  • a receiving device such as a detector.
  • the detector generates an electrical signal based on the optical signal received for use by the digital processing circuit.
  • Optical communication systems are often used to transmit data in various systems, such as telecommunication systems and data communication systems.
  • Telecommunication systems often involve the transmission of data over large geographical distances ranging from a few miles to thousands of miles.
  • Data communication often involves the transmission of data through a data center.
  • Such systems involve the transmission of data over distances ranging from a few meters to hundreds of meters.
  • Coupling components used to transmit electrical signals as optical signals and transmitting optical signals to optical transmission media such as optical cables are relatively expensive. Because of these costs, optical transmission systems are generally used as the backbone of networks that transmit large amounts of data over long distances.
  • current computer platform architecture designs can cover several different interfaces to connect one device to another. These interfaces provide input/output (I/O) to computing devices and peripherals, and various protocols and standards can be used to provide I/O. Different interfaces may use different hardware structures to provide the interface. For example, current computer systems typically have multiple ports with corresponding connection interfaces, executed by physical connectors and plugs at the ends of the cables connecting the devices.
  • I/O input/output
  • Different interfaces may use different hardware structures to provide the interface.
  • current computer systems typically have multiple ports with corresponding connection interfaces, executed by physical connectors and plugs at the ends of the cables connecting the devices.
  • Universal connector types include Universal Serial Bus (USB) subsystems with multiple associated USB plug interfaces, DisplayPort, High Definition Multimedia Interface (HDMI), Firewire (specified in IEEE 1394), or Other connector types may be provided.
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI High Definition Multimedia Interface
  • Firewire specified in IEEE 1394
  • Other connector types may be provided.
  • the size of an active optical cable (AOC) connector or the size of an optical engine embedded in the AOC It should be very thin, less than 1mm.
  • the conventional AOC is difficult to realize a thin thickness because it is packaged on a printed circuit board (PCB) in the form of bonding or COB (Chip On Board).
  • AOCs that meet these requirements are now available at a high price, which is due to incorrect alignment between PCBs, optical elements (PD/VCSEL), optical components (lenses or mirrors), and optical fibers ( This is because the cost of additional active alignment according to alignment is large, and it is expensive to form and assemble an accurate structure for passive alignment.
  • Patent Document 1 is an input/output (I/O) device, which includes both electrical and optical input/output interfaces, and the optical input/output interface includes at least one optical lens.
  • the first end includes at least one optical fiber terminated at the input/output connector and optically connected to the at least one optical lens, and a transceiver module including at least one lens for converting optical signals into electrical signals.
  • a second end of the at least one optical fiber is terminated in the transceiver module, and the input/output connector and the transceiver module disclose an input/output device that is not in contact.
  • an optical communication module is a mechanical device capable of fixing an optical cable for transmitting an optical signal, an optical device for converting an optical signal transmitted from an optical cable to an electrical signal or an optical signal to be transmitted from an optical signal, and such optical It must include an interface circuit to send and receive information with the device.
  • the optical cable fixing member, the optical element, and the interface circuit chips must be spaced apart from each other in a separate process, the area occupying the circuit board is wide, the manufacturing process is complicated, and the optical device is provided. Since an electrical signal is provided to the optoelectronic circuit through a conductive strip formed on the circuit board, there may be deterioration of the electrical signal.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and its purpose is to assemble optical fibers and optical components by using optical fiber alignment guide members and optical component alignment guides formed on one surface of the optical element module.
  • passive plug Passive Alignment
  • AOC active optical cable
  • Another object of the present invention is to provide an active optical cable (AOC) assembly using a connector plug having a simple structure in which an assembly of an optical element module, an optical fiber, and an optical component can be combined with a minimum component and an assembly process. .
  • AOC active optical cable
  • Still another object of the present invention is to form an optical fiber assembly channel of an open structure by using an optical fiber alignment guide member on one surface of an optical element module and to assemble optical fibers to separate optical elements and optical components even if individual optical components are used.
  • the alignment between and the alignment between the optical component and the optical fiber is to provide a connector plug and an active optical cable (AOC) assembly using the same, which can have high accuracy without misalignment using manual alignment technology.
  • AOC active optical cable
  • Another object of the present invention is a system-in-package (SIP; System In Package) type optical device module, the open (open) structure of the optical fiber assembly channel is integrally formed so that the optical engine can be packaged as a single chip or a single device. It is to provide a connector plug and an active optical cable (AOC) assembly using the same.
  • SIP System In Package
  • AOC active optical cable
  • Another object of the present invention is to provide an active optical cable (AOC) assembly that is capable of transmitting and receiving large amounts of data at a very high speed and is capable of manufacturing at a low cost while implementing a compact and slim structure with a thickness of 1 mm.
  • AOC active optical cable
  • a connector plug includes an optical element module having a light engine for generating an optical signal or receiving an optical signal therein; An optical fiber alignment guide member formed on one surface of the optical element module to form an optical fiber insertion channel in which at least one optical fiber is seated; And an optical component installed in the optical element module to transmit an optical signal between the optical fiber and the optical engine.
  • the optical component may be a reflective mirror installed obliquely at a 45° angle to the surface of the optical element module.
  • the reflective mirror may have a metal layer formed on a planar silicon substrate or a resin substrate.
  • a connector plug according to an embodiment of the present invention is installed in the optical element module and is disposed at a predetermined distance from the optical fiber alignment guide member so that the optical component is disposed at an orthogonal point between the optical element of the optical engine and the optical fiber.
  • Alignment guide may further include.
  • One edge of the reflective mirror is installed to contact the surface of the optical element module, the other edge is installed to contact the upper edge of the optical component alignment guide, and one edge of the reflective mirror is an optical component alignment guide from the front end of the optical component alignment guide. It can be positioned at a distance that is the same distance as the height of.
  • the optical component may be a 45° reflective mirror or a concave mirror having a reflective surface in the form of a concave.
  • the optical component may be a right angle prism disposed at an orthogonal point between the optical element of the light engine and the optical fiber.
  • the connector plug according to an embodiment of the present invention may further include an optical component alignment guide member serving as a stopper for aligning a right angle prism at an orthogonal point between the optical element of the light engine and the optical fiber.
  • the optical fiber alignment guide member may arrange optical fibers mounted in the optical fiber insertion channel on the same line as optical elements of the optical engine.
  • the optical component may be an optical path conversion element that converts a path of the optical signal by 90° to transmit light between the optical element of the light engine and the optical fiber.
  • the optical fiber alignment guide member may include a plurality of optical fiber alignment guides arranged at equal intervals to form a plurality of optical fiber insertion channels into which the plurality of optical fibers are inserted.
  • a connector plug according to an embodiment of the present invention is formed at the front ends of the plurality of optical fiber insertion channels to define a point where the front ends of the optical fibers are to be positioned when assembling the optical fibers by a pick-and-push method. It may further include a stopper protrusion.
  • An optical element array IC may be embedded in the optical element module such that a plurality of optical elements are disposed at predetermined distances from the front ends of the plurality of optical fiber insertion channels.
  • the connector plug according to an embodiment of the present invention is disposed on the surface of the optical element module in which each of the plurality of optical elements is embedded, and includes a plurality of optical lenses for controlling a path of light so that light generated from the optical element is focused on the optical component. It may further include.
  • the light generated from the optical element may be a collimating lens or a focusing lens that focuses light at one point to make a path close to parallel without being dispersed.
  • the optical component is an optical path conversion member disposed at an orthogonal point between the optical element of the optical engine and the optical fiber to reflect or refract the optical signal to transmit the optical signal between the optical fiber and the optical engine to convert the optical signal path by 90° Can be.
  • the optical element module is an optical engine sealed by a mold body; An external connection terminal electrically connected to the outside; And a wiring layer for interconnecting the external connection terminal and the light engine.
  • the external connection terminal is formed on the first surface of the mold body, the wiring layer is formed on the second surface of the mold body, a conductive vertical via formed through the mold body to interconnect the external connection terminal and the wiring layer; It may further include.
  • Connector plug is an optical device module having a light engine for generating an optical signal or receiving an optical signal therein; And an optical fiber alignment guide member formed on one surface of the optical element module to form an optical fiber insertion channel on which at least one optical fiber is seated.
  • the connector plug according to another embodiment of the present invention is disposed at an orthogonal point where the first direction of the optical signal intersects the second direction of the optical fiber insertion channel to reflect the optical signal to transmit the optical signal between the optical engine and the optical fiber, or It may further include an optical path converting member that converts the path of the optical signal by 90° by refraction.
  • the light path converting member may be a reflective mirror or a prism.
  • a connector plug includes an optical element module having a light engine that generates or receives an optical signal by an optical element encapsulated therein; First and second block guides formed on one surface of the optical element module and defining first and second installation regions along a longitudinal direction; An optical fiber fixing block installed in the first installation area and having an optical fiber insertion channel in which at least one optical fiber is seated on an upper surface; An optical component for transmitting the optical signal between the optical fiber and the optical engine; And an optical component alignment guide installed in the second installation area and supporting one end of the optical component.
  • a connector plug includes a pair of compartment protrusions projecting opposite to the inside of the first and second block guides to define the first and second installation areas; And at least one optical lens formed at a distance corresponding to at least one optical fiber seated in the optical fiber insertion channel inside the pair of partition protrusions.
  • An active optical cable (AOC) assembly includes a connector plug having an optical fiber insertion channel; And an optical cable in which an optical fiber is coupled to the optical fiber insertion channel, wherein the connector plug is the connector plug-in.
  • a method of manufacturing a connector plug includes preparing an optical element module having an optical engine generating an optical signal or receiving an optical signal by an optical element encapsulated therein; The optical element is arranged at a predetermined distance from the optical fiber alignment guide member and the optical fiber alignment guide member to form an optical fiber insertion channel in which at least one optical fiber is seated so that the optical element and optical fiber of the optical engine are automatically aligned and positioned.
  • an active optical cable (AOC) connector that enables high-speed transmission of dozens of Giga ⁇ 100G or more requires a compact and slim optical interface connector with a thickness of 1mm, and PCB, optical element (PD/ Mis-alignment should not occur while using passive alignment between VCSEL), optical parts (lenses or mirrors), and optical fibers.
  • AOC active optical cable
  • the position where misalignment occurs occurs mainly between the PCB-optical element, the optical element-mirror, the optical element-lens, and the mirror-optical fiber.
  • the assembly of the optical element module, the optical fiber and the optical component has a simple structure that can be combined with a minimum of components and assembly process.
  • optical fibers and optical components can be assembled using an optical component alignment guide and an optical component alignment guide formed on one surface of an optical element module incorporating an optical element, so that even if individual optical components (reflective mirrors or prisms) are used, the optical elements are used. And the alignment between the optical component and the optical component and the optical component can have high accuracy without misalignment.
  • the optical fiber is assembled to the optical fiber fixing block, and the optical component Optical components can be assembled obliquely using an alignment guide and an optical fiber, or a right-angle prism can be installed simply by using an optical component alignment guide as an optical component.
  • the optical device module can be realized in a compact size of 1/16 of a conventional one by packaging an optical device and a driving chip without using a substrate in a FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method using a semiconductor manufacturing process. .
  • FOWLP Fast Out Wafer Level Package
  • system-in-package (SIP; System In Package) type of optical device module opens (open) the optical fiber assembly channel structure in the integrally formed can be packaged in a light engine with a one-chip or a single element .
  • packaging can be performed without wire-bonding by mounting the optical element to the optical element module in the form of a flip chip, so that the signal resistance coefficient and the electrical resistance coefficient are reduced to improve the high frequency characteristics. do.
  • performance degradation caused by wire bonding of optical devices (PD/VCSEL) in which high-speed interconnections of tens of Giga to 100G or more are made can be solved.
  • the pick-and-place type may have a structure capable of automating the assembly of the optical fiber to the optical fiber assembly channel of the package.
  • an active optical cable (AOC) assembly optical interface connector
  • AOC active optical cable
  • the present invention is provided with an external connection terminal made of a solder ball between the board (PCB) and the board (PCB), between the chip (chip) and the chip (chip), between the board (PCB) and the chip (chip), the board (PCB ) And ultra-high-speed large-capacity data transmission between peripheral devices.
  • the connector plug of the present invention is a transponder chip that has both an electro-optical conversion function and an opto-electric conversion function, and includes system-in-package (SiP), system on chip (SOC), and system on board (SoB).
  • the package may be formed in one of Package-on-Package (PoP).
  • the active optical cable is a mini display port, a standard display port, a mini USB (Universal Serial Bus), a standard USB, PCI Express (PCIe), IEEE 1394 Firewire, Thunderbolt , Lightning, high-definition multimedia interface (HDMI), etc. can be implemented to meet the external data transmission standard specifications.
  • AOC active optical cable
  • the HDMI-type active optical cable (AOC) can simultaneously transmit a control signal to which video, audio, and copy protection (recording prevention) technology can be applied to one cable, thereby enabling high-speed broadband.
  • a digital signal may be applied to an encrypted transmission between an image reproducer (set-top box) and a video display device (TV) requiring data transmission.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an optical communication system constructed using an active optical cable (AOC) assembly according to the present invention.
  • AOC active optical cable
  • FIG. 2 is a plan view showing a connector plug in which an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide are integrally formed on one surface of an optical element module according to a first embodiment of the present invention.
  • AOC active optical cable
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating an enlarged portion of the optical component in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged front view showing the structure in which the optical fiber is assembled to the optical fiber alignment guide member in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a connector plug in which an optical fiber alignment guide member is integrally formed on one surface of an optical element module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an active optical cable (AOC) assembly in which optical fibers and optical components are assembled using the optical connector plug of FIG. 6 according to a second embodiment of the present invention.
  • AOC active optical cable
  • FIGS. 8A and 8B are front views of an active optical cable (AOC) assembly in which optical fibers are assembled using a modified optical fiber alignment guide member according to the third and fourth embodiments, respectively.
  • AOC active optical cable
  • FIGS. 9A and 9B are side views and A-A' sectional views of an active optical cable (AOC) assembly in which optical fibers are assembled using a modified optical fiber alignment guide member according to a fifth embodiment, respectively.
  • AOC active optical cable
  • 10A to 10C are cross-sectional views taken along line B-B' and C-C', respectively, of an active optical cable (AOC) assembly in which optical fibers are assembled using a modified optical fiber alignment guide member according to the sixth embodiment.
  • AOC active optical cable
  • 11A to 11C are side sectional views, D-D' and E-E', respectively, of a side view of an active optical cable (AOC) assembly in which optical fibers are assembled using a modified optical fiber alignment guide member according to the seventh embodiment.
  • AOC active optical cable
  • FIGS. 12A to 12G are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an optical device module used in an active optical cable (AOC) assembly according to the present invention using a FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method.
  • AOC active optical cable
  • FIGS. 13A to 13C are cross-sectional views each showing an outlet structure of an optical element (light emitting element) disposed in an optical element module.
  • FIGS. 14A and 14B are plan and cross-sectional views, respectively, showing an embodiment in which an active optical cable (AOC) assembly of the present invention is formed on-board interconnection to a board.
  • AOC active optical cable
  • AOC 15 is a longitudinal cross-sectional view of an active optical cable (AOC) assembly in which an optical fiber and an optical component are assembled using an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide formed in an optical device module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • AOC active optical cable
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of FIG. 15.
  • optical communication systems are commonly used as backbones in networks.
  • the optical communication system can provide various advantages for computer communication.
  • Computer communication refers to communications ranging from a few centimeters to hundreds of centimeters.
  • the present invention discloses a system applicable to computer communication as well as an optical communication system used for optical communication between a terminal located at a long distance and a terminal.
  • the optical system can use a semiconductor package that connects the optical fiber to an optical engine.
  • the optoelectronic element is a light emitting device or a light receiving device.
  • An example of a light emitting device is a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • An example of an optical receiving device is a photodiode (PD).
  • the driving circuit i.e., driving chip or optical IC
  • the photodiode works in conjunction with a trans-impedance amplifier to amplify the electrical signal due to the collision of photons on the photodiode.
  • a driving circuit is used to drive the light emitting device.
  • an optical device module package in which an optical device and a driving circuit are placed inside a package made of a system in package (SIP) type without using a substrate, and an optical path between the optical device and the SIP is formed.
  • SIP system in package
  • the driving circuit (driving chip) operating according to the optoelectronic device is integrated without the wire-bonding by using the flip chip package technology together with the optoelectronic device, and at the same time, the input/output is integrated while integrating the devices without using the substrate.
  • I/O is a fan-out technology that increases the input/output terminals by pulling them out, and a so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method can be implemented to package the optical elements and the driving chip to realize a slim optical element module.
  • the optical device module is a type of SIP technology and is packaged using a sealing material such as epoxy mold compound (EMC) to fix the chip (die) without using a substrate such as a PCB. By doing so, it can be downsized and slimmed to a level of 1/16, and can reduce costs.
  • EMC epoxy mold compound
  • optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide for seating an optical fiber and an optical component are integrally formed on one surface of the optical device module, and then individually An optical connector plug capable of fixing an optical fiber and an optical component by a dicing process to separate into a semiconductor package type is obtained.
  • an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide necessary for assembly of an optical element and an optical component are integrally formed on an optical element module wafer, and alignment between the optical element and the optical component by assembling the optical element and the optical component, Alignment between the optical component and the optical fiber can be achieved without misalignment, even if inexpensive Passive Alignment technology is used without using active alignment.
  • the light engine may refer to an optical element provided therein, and the optical fiber may refer to an optical fiber line having a coating layer removed from the optical fiber.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an optical communication system constructed using an active optical cable (AOC) assembly according to the present invention.
  • AOC active optical cable
  • the optical communication system 1 interconnects between the first and second terminals 10 and 20 to enable optical communication, and includes first and second connector plugs 100 and 200 at each end, and Between the second connector plugs 100 and 200, an optical cable 300a having an optical fiber therein is connected.
  • the first and second terminals 10 and 20 may be desktop or laptop computers, notebooks, ultrabooks, tablets, netbooks, or one of a number of computing devices not included in the respective devices.
  • the first and second terminals 10 and 20 may include many other types of electronic devices.
  • Other types of electronic devices include, for example, smartphones, media devices, personal digital assistants (PDAs), ultra mobile personal computers, multimedia devices, memory devices, cameras, voice recorders, I/O devices, servers, set-top boxes, printers , Scanner, monitor, entertainment control unit, portable music player, digital video recorder, networking device, gaming machine, gaming console.
  • PDAs personal digital assistants
  • I/O devices I/O devices
  • servers set-top boxes
  • printers printers
  • Scanner monitor
  • entertainment control unit portable music player
  • digital video recorder networking device
  • gaming machine gaming console.
  • the first and second terminals 10 and 20 are interconnected through the optical communication system according to the present invention, and the first and second connector plugs 100 and 200 are physically coupled to the housings 11 and 21 provided in each. At least one of the first and second occlusal ports 12 and 22 formed by the interface is provided.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 may support communication through an optical interface. In addition, the first and second connector plugs 100 and 200 may support communication through an electrical interface.
  • the first terminal 10 may include a first server with multiple processors
  • the second terminal 20 may include a second server with multiple processors.
  • the first server can be interconnected with the second server by the connector plug 100 and the occlusal port 12.
  • the first terminal 10 may include a set-top box
  • the second terminal 20 may include a television (TV), and vice versa.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 and the first and second occlusal ports 12 and 22 described herein may be one of numerous embodiments.
  • the second terminal 20 may be a peripheral I/O device.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 may be configured to engage with the first and second mating ports 12 and 22 of the first and second terminals 10 and 20.
  • the first and second occlusal ports 12 and 22 may also include one or more optical interface components.
  • the first occlusal port 12 may be combined with an I/O device, and a processing and/or terminal for transmitting an optical signal (or optical signal and electrical signal) between the processor 13 and the port 12 Parts may be provided.
  • the signal transmission may include conversion to a generation and optical signal or conversion to a reception and electrical signal.
  • the processors 13 and 23 provided in the first and second terminals 10 and 20 may process electrical and/or optical signal I/O signals, and a singular or plural number may be used.
  • Processors 13 and 23 may be microprocessors, programmable logic elements or arrays, microcontrollers, signal processors, or combinations including some or all of these.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 may include first and second light engines 110 and 210 in the connector plug, and the first and second connector plugs 100 and 200 may be active optical connectors or It can also be referred to as an active optical receptacle and an active optical plug.
  • an active optical connector can be configured to provide a physical connection interface to an occlusal connector and an optical assembly.
  • the optical assembly may also be referred to as a “sub assembly”.
  • An assembly may refer to a finished system or subsystem of a finished product or article of manufacture, but a subassembly may generally be combined with other parts or other subassemblies to complete the subassembly.
  • a sub-assembly is not distinguished from an "assembly" herein, and reference to the assembly may refer to what may be considered a sub-assembly.
  • the first and second light engines 110 and 210 may include any device configured to generate an optical signal according to various tasks, or to receive and process the optical signal.
  • the first and second light engines 110 and 210 are laser diodes for generating optical signals, optical integrated circuits (ICs) for controlling optical interfacing of the first and second connector plugs 100 and 200, optical signals It may be provided with any one or more of the photodiode for receiving.
  • the optical IC can be configured to control the laser diode and photodiode, drive the laser diode, and/or amplify the optical signal from the photodiode.
  • the laser diode includes a vertical resonant surface emitting laser diode (VCSEL).
  • the first and second light engines 110, 210 may be configured to process optical signals according to or in accordance with one or more communication protocols.
  • the optical and electrical interfaces may be required to operate according to the same protocol.
  • the first and second light engines 110 and 210 are specific connectors depending on whether the first and second light engines 110 and 210 process signals according to the protocol of the electrical I/O interface or other protocols or standards. It can be configured or programmed for the intended protocol within, and various light engines can be configured for various protocols.
  • a photodiode, or component having a photodiode circuit can be considered an optical terminal component because the photodiode converts the optical signal into an electrical signal.
  • the laser diode can be configured to convert an electrical signal into an optical signal.
  • the optical IC can be configured to drive the laser diode based on the signal to be optically transmitted by driving the laser diode to an appropriate voltage to generate an output for generating an optical signal.
  • the optical IC can be configured to amplify the signal from the photodiode.
  • the optical IC can be configured to receive and interpret and process the electrical signal generated by the photodiode.
  • an I/O complex may be provided to transfer optical signals (or optical and electrical signals) between the processors 13 and 23 and occlusal ports 12 and 22.
  • the I/O complex allows the processors 13 and 23 to communicate with the first and second terminals 10 and 20 via the first and second optical engines 110 and 210 of the first and second connector plugs 100 and 200. It can accommodate one or more I/O wiring configured to control one or more I/O links. I/O wiring can be configured to provide the ability to transmit data packets of one or more types of communication protocols.
  • Communication protocols include mini display port, standard display port, mini USB (Universal Serial Bus), standard USB, PCI Express (PCIe), IEEE 1394 Firewire, Thunderbolt, Lightning, and high-definition multimedia interface.
  • Data transmission standard standards such as (HDMI; High Definition Multimedia Interface) are satisfied, but are not limited thereto.
  • Each different standard may have a different configuration or pin out for the electrical contact assembly.
  • the size, shape and configuration of the connector may be subject to standards including tolerances for mating of the corresponding connector.
  • the lay-out of connectors for integrating optical I/O assemblies can be different in various standards.
  • Physically detachable coupling between the first and second connector plugs 100 and 200 and the occlusal ports 12 and 22 of the first and second terminals 10 and 20 is simultaneously provided to the occlusal ports 12 and 22.
  • Electrical I/O interfacing or optical interfacing may be performed through the interface.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 are soldered to the main board provided with the processors 13 and 23 instead of physically detachable coupling with the occlusal ports 12 and 22. It is also possible that the external connection terminal made of a ball is fixedly coupled. As a result, as shown in FIG.
  • the active optical cable (AOC) assembly of the present invention in which the first and second connector plugs 100 and 200 are connected to both ends of the optical cable 300a, for example, inside one terminal In between board (PCB) and board (PCB), between chip (chip), between chip (chip) and board (PCB), between board (PCB) and peripherals, terminal body and peripheral I/O It can be applied when it is necessary to transmit data at high speeds by interconnecting devices.
  • the first and second connector plugs 100 and 200 provided at each end are configured identically. Can be. Accordingly, hereinafter, the first connector plug 100 coupled with the first terminal 100, that is, the active optical cable (AOC) assembly will be described in detail.
  • AOC active optical cable
  • FIG. 2 is a plan view showing a connector plug in which an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide are integrally formed on one surface of an optical element module according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an optical fiber formed in the optical element module of FIG. 2.
  • It is a longitudinal cross-sectional view of an active optical cable (AOC) assembly in which an optical fiber and an optical component are assembled using an alignment guide member and an optical component alignment guide
  • FIG. 4 is an enlarged view showing an enlarged optical component coupling portion in FIG. 5 is an enlarged front view showing the structure in which the optical fiber is assembled to the optical fiber alignment guide member in FIG. 3.
  • AOC active optical cable
  • the active optical cable (AOC) assembly according to the first embodiment of the present invention includes a connector plug 100 and an optical cable 300a coupled thereto.
  • the connector plug 100 largely comprises an optical element module 101 manufactured in the form of a system in package (SIP) to include the optical engine 110, and the optical of the optical engine 110
  • An optical fiber having an open structure in which a plurality of optical fibers 301 to 304 are seated integrally formed on one surface of the optical element module 101 so that the elements 130 and the optical fibers 301 to 304 are automatically aligned and positioned.
  • the optical fiber alignment guide member 410 forming the insertion channel 305, the optical component 171 transmitting an optical signal between the optical fibers 301 to 304 and the optical engine 110, and the optical fiber alignment guide member 410 ) And is arranged at a predetermined distance to include an optical component alignment guide 400 for aligning the optical component 171.
  • the active optical cable (AOC) assembly according to the first embodiment will be described, for example, when the connector plug 100 is connected to four channels, that is, an optical cable 300a composed of four optical fibers 301 to 304.
  • the optical element module 101 serving as a base plate of the connector plug 100 is manufactured in the form of a system in package (SIP) to include the optical engine 110 therein, as described later.
  • SIP system in package
  • the optical element module 101 may include an active light engine 110 configured to actively generate and/or receive and process optical signals.
  • the optical engine 110 may include an optical element 130 for generating an optical signal or receiving an optical signal, and an optical IC 140 for controlling an optical interface by controlling the optical element.
  • the optical element module 101 is provided with an external connection terminal 160 disposed on the outer surface and a conductive vertical via 150 used for electrical interconnection in the vertical direction to the mold body 111. .
  • the optical element module 101 as shown in Figure 12f, various parts constituting the optical engine 110 on the lower surface, for example, the connection pad of the optical element 130 and the optical IC 140 ( A wiring layer 120 is formed to protect 131 and 141 and to electrically connect to each other.
  • an optical fiber alignment guide member 410 and an optical component alignment guide 400 are integrally formed on one surface (ie, the surface of the wiring layer 120) of the optical element module 101.
  • a plurality of optical fiber alignment guide members 410 for example, four optical fiber lines 301a to 304a are inserted and spaced on both sides so as to form four optical fiber insertion channels 305 that can be assembled.
  • the first and second optical fiber alignment guides 410a and 410b are protruded and three third to fifth optical fiber alignment guides 412a to 412c are protruded inside the first and second optical fiber alignment guides 410a and 410b. do.
  • the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c are arranged at equal intervals to form the optical fiber insertion channels 305 having the same width, and are formed in the form of a rectangular bar, and the first and fifth arranged outside.
  • the second optical fiber alignment guides 410a and 410b may have a relatively large area.
  • the optical fiber insertion channels 305 between the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c are respectively wider and gradually narrower compared to the inner side of the right entrance of the drawing, thereby optical fiber lines 301a to 304a.
  • the third to fifth optical fiber alignment guides 412a to 412c are formed with tapered portions 412a on both sides of the entrance such that the width of the entrance is narrow and wider by a predetermined length inward.
  • tapered portions 412a are formed on the inner surfaces of the first and second optical fiber alignment guides 410a and 410b so that the width of the optical fiber insertion channel 305 gradually narrows from the inlet.
  • tapered portions 412a are formed on the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c, a plurality of optical fiber lines 301a to 304a using pick-and-push equipment It is easy to insert the optical fiber lines 301a to 304a by picking them up one by one and pushing them into the optical fiber insertion channel 305 to assemble them.
  • the front ends of the optical fiber lines 301a to 304a are assembled.
  • the stopper protrusions 413 and 415 serving as a stopper for aligning the point where the position is to be formed are formed, and the stopper protrusions 413 and 415 facing the inner ends of the first and second optical fiber alignment guides 410a and 410b ( 411a, 411b).
  • optical fiber insertion channels 305 formed by the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c have a predetermined distance from the optical fiber insertion channel 305, and four optical elements (
  • the optical element array ICs 130a are embedded in the mold body 111 of the optical element module 101 so that 130 are disposed respectively.
  • optical lens 124 for changing (controlling) the path of the light L generated from the optical element 130, respectively, on the surface of the optical element module 101 in which four optical elements 130 are embedded at the bottom. May be formed to protrude.
  • the optical lens 124 is, for example, a function of a focusing lens that focuses a collimating lens or light L that makes the path close to parallel without dispersing the light L generated from the optical element 130 at one point By having the, it can be guided so that the light (L) is incident on the optical component 171 (or lens).
  • the optical lens 124 may be formed of a hemisphere having a diameter of 25 ⁇ m, for example.
  • the optical component alignment guide 400 is disposed at a predetermined distance from the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c, and the angle of the optical component 171 is set at a set position, for example, It is installed to align at 45°.
  • the optical fibers 301 to 304 and the optical elements 130 of the light engine 110 are arranged in an orthogonal relationship. Therefore, the optical component 171 is arranged to be inclined at a 45° angle to the surface of the optical element module 101 in order to transmit an optical signal between the optical fiber lines 301a to 304a or the optical fibers 301 to 304 and the optical element 130. It is required to be installed.
  • the optical component 171 is disposed at an orthogonal point between the optical element 130 of the optical engine 110 and the optical fiber lines 301a to 304a of the optical fibers 301 to 304, and the optical fibers 301 to 304 and the optical engine. Reflects or refracts the optical signal to transfer the optical signal between the 110, and serves as an optical path conversion member that converts the path of the optical signal by 90°.
  • the optical component 171 may change the path of light according to the shape, or the distance of the optical path may be adjusted according to the installation inclination angle ⁇ with respect to the surface of the optical element module 101 of the optical component 171.
  • a 45° reflective mirror or a concave mirror having a reflective surface in a concave shape may be used.
  • the concave type mirror collects the light L generated from the optical element 130 and changes a path to enter the core 310 of the optical fiber line 300a.
  • the optical component 171 focuses the light received from the optical fiber 300 onto the optical element 130 (eg, photodiode) of the optical engine 110, and the optical engine 110 It may be configured to focus light (L) from an optical element (for example, a laser diode) to the core 310 of the optical fiber 300.
  • the optical element 130 e.g, photodiode
  • the optical engine 110 It may be configured to focus light (L) from an optical element (for example, a laser diode) to the core 310 of the optical fiber 300.
  • the optical component 171 is a metal layer made of a metal such as Au, Ag, Al, Mg, Cu, Pt, Pd, Ni, Cr, for example, on a planar silicon substrate or a resin substrate 171 ( By depositing 171a) to a thickness of 100 to 200nm, it may be configured as a reflection mirror in which specular reflection of incident light is made.
  • the optical component 171 is illustrated as being composed of a reflective mirror installed obliquely on the surface of the optical element module 101, but the optical element 130 and the optical fibers 301 to 304 of the optical engine 110 are illustrated. Is disposed at an orthogonal point between the optical fiber line (301a ⁇ 304a) of the optical fiber 301 ⁇ 304 and the optical engine 110 to reflect or refract the optical signal to transmit the optical signal to convert the path of the optical signal 90 ° Any one that serves as an optical path conversion member can be used.
  • the optical component may be assembled, for example, on a surface of the optical element module 101 with a mirror injection product having a reflective surface at the same position as the reflective surface of the reflective mirror.
  • the optical component alignment guide 400 may be formed of rectangular protrusions protruding at the same height (h) as the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c, for example, 70 ⁇ m.
  • the thickness W of the optical component 171 is set to an appropriate thickness, as shown in FIG. 4, one edge of the cross section of the optical component 171 contacts the surface of the optical element module 101 and The other edge is set to be aligned with the upper edge of the optical component alignment guide 400.
  • the optical The inclination angle ⁇ with respect to the surface of the optical element module 101 of the component 171 is inclined at 45°.
  • the optical component 171 is supported so that one end is supported on the surfaces of the optical component alignment guide 400 and the optical element module 101, and the other end or side thereof contacts the tip of the optical fiber lines 301a to 304a or the optical fibers 301 to 304.
  • an epoxy or polyimide-based adhesive may be applied to the mutual contact points and irradiated with heat or UV to fix the adhesive.
  • the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a-so that the optical fiber lines 301a-304a or optical fibers 301-304, the optical element 130, and the optical lens 124 are arranged in a straight line. 412c) is set.
  • the optical fibers 301 to 304 are assembled to the optical fiber insertion channel 305 integrally formed on one surface of the optical element module 101, and the optical component alignment guide 400 and the optical fibers 301 to 304 ) Even if an individual optical component 171 is used by assembling the optical component 171 between the alignment between the optical element 130 and the optical component 171 and between the optical component 171 and the optical fibers 301 to 304. Even if the alignment does not use an active alignment and uses an inexpensive passive alignment technology, it can have high accuracy without misalignment.
  • the optical element module 101 may include an optical engine 110 (see FIG. 1) to provide an optical interface, and an external connection terminal 160 that satisfies one of various data transmission standard specifications is conductive on the outer surface. It is formed in a strip form.
  • the external connection terminal 160 may be implemented to satisfy, for example, a data transmission standard specification of a high-definition multimedia interface (HDMI), and the external connection terminal 160 has a conductive strip form according to the data transmission standard specification. It can be variously modified and can also be formed in the form of solder balls or metal bumps.
  • HDMI high-definition multimedia interface
  • the optical element module 101 may include an active light engine 110 configured to actively generate and/or receive and process optical signals.
  • the optical engine 110 may include an optical element 130 for generating an optical signal or receiving an optical signal, and an optical IC 140 for controlling an optical interface by controlling the optical element.
  • the optical element module 101 may be a processor (not shown), an encoder and/or decoder required for signal processing in addition to the optical IC 140, if necessary, passive elements such as R, L, C, or power-related IC chips. It may further include.
  • the optical element 130 may include, for example, a laser diode for generating an optical signal and/or a photodiode for receiving an optical signal.
  • the optical IC 140 may be configured to control laser diodes and photodiodes.
  • the optical IC 140 may be configured to drive a laser diode and amplify the optical signal from the photodiode.
  • the laser diode may include a VCSEL.
  • the optical element module 101 does not use a substrate, and integrates various components, for example, the optical element 130 and the optical IC 140 in the form of a flip chip, for example, an epoxy mold compound Molding is made of (EMC; Epoxy Mold Compound) to form the mold body (111).
  • EMC Epoxy Mold Compound
  • the mold body 111 serves to safely protect the light engine 110, which is packaged after being integrated, from impact.
  • a conductive vertical via 150 used for electrical interconnection with the external connection terminal 160 disposed on the outer surface of the optical element module 101 is provided on the mold body 111. It is arranged vertically.
  • the optical element module 101 protects various components constituting the optical engine 110 on the lower surface, for example, the optical elements 130 and the connection pads 131 and 141 of the optical IC 140 and mutually A wiring layer 120 for electrically connecting is formed.
  • the optical element 130 employs a device in which two connection pads 131 made of an anode and a cathode are disposed on the same surface as a portion where light enters and exits.
  • the wiring layer 120 includes a conductive wiring pattern 123a interconnecting the optical element 130 and the connection pads 131 and 141 disposed on the lower surface of the optical IC 140, and also, the optical IC 140 and the conductive vertical A conductive wiring pattern 123b interconnecting the vias 150 is formed. As a result, packaging can be done without wire-bonding.
  • the wiring layer 120 is made of a dielectric layer or a passivation layer material, for example, polyimide, PMMA (poly(methylmethacrylate)), benzocyclobutene (BCB) , Silicon oxide (SiO 2 ), acrylic, or other polymer-based insulating materials.
  • a dielectric layer or a passivation layer material for example, polyimide, PMMA (poly(methylmethacrylate)), benzocyclobutene (BCB) , Silicon oxide (SiO 2 ), acrylic, or other polymer-based insulating materials.
  • the wiring layer 120 is formed of a laser diode for generating the optical signal 130 and/or a photodiode for receiving the optical signal, the wiring layer 120 is configured to receive the optical signal generated or received therefrom. It may be made of a transparent material.
  • a window 125 through which an optical signal generated from the optical element 130 can pass is formed as shown in FIG. 13B.
  • an extended protrusion (for adjusting the distance between the embedded optical element 130 and the optical component 171 assembled on the surface of the wiring layer 120) 126).
  • the wiring layer 120 is an optical lens 124 for changing (controlling) the path of the light L generated from the optical element 130 even when it is formed of a transparent material. ) May be further included.
  • the optical lens 124 is, for example, a function of a focusing lens that focuses a collimating lens or light L that makes the path close to parallel without dispersing the light L generated from the optical element 130 at one point By having the, it can be guided so that the light (L) is incident on the optical component 171 (or lens).
  • the optical device module 101 is a flip chip process using a molding tape 30 having an adhesive layer (or release tape) 32 formed on one surface of the molding frame 31. ), various chip-shaped components to be integrated are attached to a predetermined position of the molding tape 30.
  • the molding tape 30 may be formed in a wafer form so that a manufacturing process can be performed at a wafer level, as shown in FIG. 12G.
  • Various components to be integrated in the optical element module 101 are, for example, an optical element 130 and an optical IC 140, a via PCB 153 required to form a conductive vertical via 150, and the like. It is mounted in a pick-and-place method. In this case, a processor necessary for signal processing may be included as necessary.
  • the mounting component determines the mounting direction so that the connection pad of the chip contacts the molding tape 30.
  • the via PCB 153 may penetrate the PCB with a laser or use a pattern and etching process to form a through hole and fill the through hole with a conductive metal to form a conductive vertical via 150.
  • the conductive metal may be formed of a metal such as gold, silver, copper, etc., but is not limited thereto, and a conductive metal is sufficient.
  • the method of forming the conductive vertical via 150 in the through hole is a substrate after filling the through hole with a conductive metal by sputtering, evaporation, plating in addition to a method of filling the conductive metal powder. It can be formed by flattening the surface.
  • the optical element 130 uses an element disposed on the same surface as the portion where two connecting pads 131 made of the anode and the cathode enter and exit the light.
  • a molding layer 33 is formed on the top of the molding tape 30 with, for example, an epoxy mold compound (EMC), and the surface is flattened after curing.
  • EMC epoxy mold compound
  • the upper surface of the cured mold is processed to expose the top of the conductive vertical via 150 by CMP (chemical mechanical polishing) treatment, the cured mold and the molding frame 31 are separated, as shown in FIG. 12C.
  • a slim mold body 111 is obtained.
  • the wiring layer 120 for inverting the obtained mold body 111 and protecting the connection pads 131 and 141 of the exposed optical element 130 and the optical IC 140 while electrically connecting to each other is shown in FIG. 12D. Form together.
  • an insulating layer for protecting the exposed optical elements 130 and the connection pads 131 and 141 of the optical IC 140 is first formed, and then a contact window for the connection pads 131 and 141 is formed. Subsequently, a conductive wiring pattern 123a interconnecting the connection pads 131 and 141 by forming a conductive metal layer and patterning the conductive metal layer, and a conductive wiring pattern interconnecting the optical IC 140 and the conductive vertical via 150 ( 123b).
  • the wiring patterns 123a and 123b form a conductive metal layer by a method such as sputtering or evaporation of conductive metals such as gold, silver, copper, and aluminum. Can be manufactured.
  • the insulating layer may be made of, for example, polyimide, poly(methylmethacrylate) (PMMA), benzocyclobutene (BCB), silicon oxide (SiO 2 ), acrylic, or other polymer-based insulating materials. .
  • the insulating layer is made of a transparent material to receive the optical signal generated or received because the optical element 130 is composed of a laser diode for generating an optical signal and/or a photodiode for receiving an optical signal. It can be done.
  • the optical lens 124 may be formed using an etch mask used to form the wiring layer 120, and formed by forming a protrusion corresponding to the lens with polyimide, followed by a reflow process.
  • a collimating lens having a shape can be formed.
  • Another method of forming the optical lens 124 is a silicon oxide (SiO 2 ) forming an insulating layer of the wiring layer 120 while forming a hemisphere-shaped etch mask made of photoresist (PR) and using the exposed insulating layer It can be formed by etching.
  • SiO 2 silicon oxide
  • the alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c and the optical component alignment guide 400 are formed simultaneously or independently.
  • the method and structure of forming the first to fifth optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412a to 412c will be described in detail later with reference to FIGS. 8A to 11C.
  • a metal layer is formed by depositing a conductive metal on the exposed conductive vertical via 150, and then patterning it to form a plurality of conductive strips satisfying one of the data transmission standard specifications for external connection.
  • the terminal 160 is formed.
  • the external connection terminal 160 may be variously modified according to a data transmission standard specification, or may be formed in the form of a solder ball or a metal bump.
  • a method of integrating the via PCB 153 into the optical element module 101 by a flip chip process to form the conductive vertical via 150 is proposed, but the mold body 111 is manufactured. After that, it is also possible to form the conductive vertical via 150.
  • the mold body 111 is formed using a laser or a pattern and an etching process to form a through hole, and the through hole is filled with a conductive metal or is conductive by sputtering, evaporation, or plating. After filling the through hole with a metal, it may be formed by flattening the mold surface.
  • the optical element module 101 of the present invention is packaged in a slim form by packaging the optical element 130 and the optical IC 140 without using a substrate in a FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method using a semiconductor manufacturing process. This can be done.
  • FOWLP Full Out Wafer Level Package
  • the connector plug 100 of the present invention is manufactured to form a system in package (SIP) type optical element module wafer 102 using a semiconductor process using the optical element module 101 as a wafer unit, as shown in FIG. 12G.
  • SIP system in package
  • the optical fiber alignment guide member 410 and the optical component alignment guide 400 for seating the optical fibers 301 to 304 and the optical component 171 are integrally integrated with one surface of the optical element module 101.
  • a plurality of optical fiber lines 301a to 304a and/or a plurality of optical fibers 301 to 304 may be fixed by a dicing process in which the optical element module wafers 102 are individually separated by sawing.
  • the engine package Optical Engine Package
  • the optical connector plug Optical Connector Plug
  • a plurality of optical fiber lines 301a to 304a and/or a plurality of optical fiber 301 to 304 are assembled as shown in FIG. It is.
  • the optical fibers 301 to 304 are assembled to the optical fiber insertion channel 305 integrally formed on one surface of the optical element module 101, and between the optical component alignment guide 400 and the optical fibers 301 to 304. Even if an individual optical component 171 is used by assembling the optical component 171, alignment between the optical element 130 and the optical component 171 and alignment between the optical component 171 and the optical fibers 301 to 304 are active. Even if the inexpensive Passive Alignment technology is used without alignment, high accuracy can be achieved without misalignment.
  • the connector plug 100 of the present invention has high productivity by integrally forming an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide required for assembly of optical fibers and optical components on the optical element module wafer 102 at a wafer level. .
  • the optical element array IC 130a disposed on the mold body 111 of the optical element module 101 includes a plurality of optical fiber lines 301a to 304a and/or optical fibers 301 to 304 inserted into the optical fiber insertion channel 305. It is arranged in the transverse direction.
  • the optical fiber 300 has a structure in which a clad 311 made of a material having a lower refractive index than a core and a coating layer 312 serving as a protective layer are sequentially formed on the outer side of the core 310 having a high refractive index. Have.
  • the optical fiber 300 uses the difference in refractive index between the core 310 and the clad 311 to propagate while light incident on the core 310 repeats total reflection at the interface between the core 310 and the clad 311. I am using the phenomenon.
  • the optical fiber is largely divided into a glass optical fiber (GOF) and a plastic optical fiber (POF).
  • Plastic optical fiber (POF) is relatively large in diameter compared to glass optical fiber (GOF), but it is easy to handle because the cross section of the core through which the light propagates is also large.
  • the core 310 is made of, for example, an acrylic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), a polycarbonate-based resin, or polystyrene
  • the clad 311 is, for example.
  • F-PMMA Fluorinated PMMA
  • the coating layer 312 may be made of, for example, PE.
  • an optical fiber composed of a F-PMMA (Fluorinated PMMA) clad on a polymethyl methacrylate (PMMA) core may be used.
  • a plurality of optical fibers 301 to 304 are combined to form one optical cable 300a as shown in FIGS. 2 and 8A and 8B in order to increase the overall bandwidth without being used as a single wire, a plurality of optical fibers 301 ⁇ 304) adjacent coating layer 312 may be formed in a mutually attached form to form a single body.
  • the diameter of each of the optical fibers 301 to 304 is commercialized according to the development of technology, and thus it can be applied to the present invention.
  • both the core 310 and the clad 311 are made of silica glass or multi-component glass having different refractive indices, and a coating layer 312 made of resin is formed on the outer circumference thereof.
  • the glass optical fiber (GOF) may be implemented in both single mode and multi-mode, and the diameters of the core 310 and clad 311 are 50/125 ⁇ m (multi mode) or 10/125 ⁇ m (single mode), respectively. ) Has an advantage that can be made of a small diameter compared to the plastic optical fiber (POF).
  • the portion inserted into the optical fiber insertion channel 305 of the connector plug 100 is peeled off the coating layer 312 to form a plurality of optical fiber lines consisting of only the core 310 and the clad 311 ( 301a to 304a), as shown in FIGS. 9A to 11B, a plurality of optical fiber mounting grooves 404,406 formed in a trench or V-groove shape in the wiring layer 120 of the optical element module 101 Each can be accommodated.
  • the coating layers 312 are manufactured in a form in which they are attached to each other to form a single body as a single optical cable 300a, and the coating layer on the outer periphery It is also possible to insert the optical fiber insertion channel 305 of the connector plug 100 as shown in Figs.
  • the diameter of each of the plurality of optical fibers 301 to 304 may be applied to 400 ⁇ m, and even when the 400 ⁇ m diameter optical fibers 301 to 304 are used, the overall thickness of the connector plug 100 may be applied. It can be implemented as slim as about 1mm.
  • the optical fibers 301 to 304 are inserted into the optical fiber insertion channel 305 of the connector plug 100 as the coating layer 312 is formed on the outer periphery, the optical fiber of wide width is seated as shown in FIGS. 11A and 11C. Form a groove.
  • the optical fiber insertion channel 305 formed in the connector plug 100 individually or entirely supports the 400 ⁇ m diameter optical fibers 301 to 304 as shown in the third and fourth embodiments shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the front and rear ends of the 125 ⁇ m diameter optical fiber lines 301a to 304a and 400 ⁇ m diameter optical fibers 301 to 304 are supported simultaneously. Can be.
  • optical fiber alignment guides 410a, 410b, 412d to 412f required to individually support the optical fibers 301 to 304 are formed on the wiring layer 120 of the optical element module 101, , In the fourth embodiment illustrated in FIG. 8B, optical fiber alignment guides 410a and 410b required to support the entire optical fibers 301 to 304 are formed on the wiring layer 120 of the optical device module 101.
  • optical fiber alignment guides 421 to 425 are formed at equal intervals to form the two optical fiber mounting grooves 406, and the entire optical fibers 301 to 304 are placed on the wiring layer 120 at the rear end portion that accommodates the optical fibers 301 to 304.
  • the optical fiber alignment guides 420 forming one optical fiber mounting groove are formed at both sides with a space therebetween.
  • optical fiber lines 301a to 304a having a diameter of 125 ⁇ m are disposed at the front end, and optical cables 300a having optical fibers 301 to 304 having a diameter of 400 ⁇ m at the rear end can be stably supported.
  • the tip portion receiving the optical fiber lines 301a to 304a is placed on the wiring layer 120 of the optical element module 101.
  • the optical fiber alignment guides 421 to 425 are formed to form four optical fiber mounting grooves 406 for accommodating each of the optical fiber lines 301a to 304a, and a wiring layer 120 is provided at a rear end portion for receiving the optical fibers 301 to 304.
  • optical fiber alignment guides 410a protruding from the wiring layer 120 and supporting both sides of the optical fibers 301 to 304 may be provided on both sides of the optical fiber mounting groove 402.
  • the optical fiber mounting grooves supporting the optical fiber lines 301a to 304a and the optical fibers 301 to 304 have a step difference, thereby simultaneously supporting the optical fiber and minimizing the mounting height.
  • the optical fiber mounting groove 402 formed by etching the wiring layer 120 serves as a stopper for limiting the insertion position of the optical fibers 301 to 304.
  • the seating grooves supporting the optical fiber lines 301a to 304a and the optical fibers 301 to 304 have a step difference.
  • the dots are the same as in the seventh embodiment, but are formed on a separate optical fiber fixing block 430 and bonded and fixed on the wiring layer 120 of the optical element module 101 or after forming a polymer layer on the wiring layer 120. It can be formed integrally by patterning.
  • the optical fiber fixing block 430 is attached to the optical fiber fixing block 430 so as to form four optical fiber mounting grooves 408 for accommodating each of the optical fiber lines 301a to 304a at the distal end of the optical fiber lines 301a to 304a.
  • four small optical fiber mounting grooves 404a accommodating a part of the lower ends of the optical fibers 301 to 304 inside the optical fiber mounting grooves 402a.
  • the method of assembling and fixing the optical fiber lines 301a to 304a and the optical fibers 301 to 304 on the optical fiber insertion channel 305 is first, by pre-adhesive epoxy or polyimide-based adhesive at the entrance of the optical fiber insertion channel 305.
  • pick-and-push (pick & push) equipment to pick up multiple optical fiber lines (301a to 304a) or optical fibers (301 to 304) one by one and push them into the optical fiber insertion channel (305).
  • pick-and-push (pick & push ) equipment to pick up multiple optical fiber lines (301a to 304a) or optical fibers (301 to 304) one by one and push them into the optical fiber insertion channel (305).
  • pick-and-push equipment to pick up multiple optical fiber lines (301a to 304a) or optical fibers (301 to 304) one by one and push them into the optical fiber insertion channel (305).
  • It can be used a method of curing the adhesive by irradiating heat or UV.
  • the connector plug 100 can be configured to support a single or multiple optical channels.
  • the connector plug 100 may include optical components 171 for transmission and reception and corresponding transmission/reception components of the optical engine 110.
  • the external connection terminal 160 is formed, for example, in the form of a conductive strip on the outer surface of the optical element module 101, and data of a high-definition multimedia interface (HDMI) is formed. It can be implemented to have a transmission standard specification.
  • HDMI high-definition multimedia interface
  • the external connection terminal 160 may be formed to protrude on the outer surface of the optical element module 101, or the external connection terminal 160 may be formed at the same level as the outer surface of the optical element module 101.
  • the mold body 111 and the wiring layer 120 are formed into thin films of 200 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively. It can be formed, the optical fiber alignment guide member is made to accommodate the optical fiber (301 ⁇ 304) having a diameter of 400 ⁇ m, as a result, the connector plug 100 of the present invention can realize a thickness of 1 mm, the overall small size It is made of.
  • SIP system in package
  • AOC active optical cable
  • the connector plug 100a used in the active optical cable (AOC) assembly includes an optical element module having a light engine 110 generating or receiving an optical signal therein ( 101); First and second block guides 450 and 452 defining first and second installation regions 460 and 462 for positioning the optical fiber fixing block 430 and the optical component alignment guide 400; A plurality of optical fiber mounting grooves 408 are formed in the first installation region 460 to accommodate and support the optical fibers 301 to 304 having a plurality of optical fiber lines 301a to 304a exposed at the tip.
  • the plurality of optical fiber mounting grooves 408 serve as the optical fiber insertion channel 305 having an open structure in which the plurality of optical fibers 301 to 304 of the first embodiment are seated.
  • the first and second block guides 450 and 452 have a pair of compartment protrusions 454 facing each other to define the first and second installation areas 460 and 462, and the inside of the pair of compartment protrusions 454
  • a plurality of optical lenses 124 are formed at intervals in the wiring layer 120 of the optical element module 101 in correspondence to the optical fibers 301 to 304 to be assembled.
  • the optical component 171 may be composed of a reflective mirror, and the optical components 301 to 304 are assembled and fixed to the optical fiber fixing block 430, and the optical component alignment guide 400 is installed. After the provisional assembly is made obliquely using the alignment guide 400 and the optical fibers 301 to 304, it is fixed using an adhesive.
  • the optical component 171 may employ a right angle prism that converts the path of the optical signal 90° instead of the reflective mirror.
  • the non-explanatory member number 320 denotes a support holder installed to support a plurality of optical fibers 301 to 304 each having a cylindrical structure on a seating surface of an optical fiber fixing block 430 that is a flat surface. .
  • the active optical cable (AOC) assembly according to the second embodiment is compared to the first embodiment, and the optical element module 101 is required to fix the optical fibers 301 to 304 where the optical fiber lines 301a to 304a are exposed. There is a difference in that the optical fiber alignment guide member is not directly formed on the upper portion of the wiring layer 120 but is formed on the optical fiber fixing block 430 and then assembled on the optical element module 101.
  • the active optical cable (AOC) assembly instead of forming the optical fiber alignment guide member directly on the upper portion of the wiring layer 120, the prefabricated optical fiber fixing block 430, the optical element module 101 By assembling, the manufacturing process time can be shortened.
  • the connector plug 100a when assembling the plurality of optical fibers 301 to 304 to the connector plug 100a, it can be mounted in a pick-and-place or pick-and-push method. It can be easily assembled.
  • Optical fibers 301 to 304 may be assembled to the optical fiber fixing block 430, and the optical parts 171 may be inclined using the optical component alignment guide 400 and the optical fibers 301 to 304.
  • the alignment between the optical element 130 and the optical component 171 and the alignment between the optical component 171 and the optical fibers 301 to 304 are cheap. Even if (Passive Alignment) technology is used, high accuracy can be achieved without misalignment.
  • FIG. 15 is a connector plug in which an optical fiber and an optical component are assembled using an optical fiber alignment guide member and an optical component alignment guide formed in an optical element module according to an eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of FIG. 15. .
  • the connector plug 100b used in the active optical cable (AOC) assembly includes a system (SIP) to include a light engine 110 that generates or receives an optical signal therein. Package) on the one side of the optical element module 101 so as to automatically align the optical element module 101 and optical elements 130 and optical fibers 301 to 304 of the optical engine 110 to be positioned.
  • the optical fiber alignment guide member 410 that is integrally formed to form the optical fiber insertion channel 305 having an open structure in which a plurality of optical fibers 301 to 304 are seated, and the optical element 130 of the optical engine 110.
  • an optical component 172 disposed at an orthogonal point between the optical fiber lines 301a to 304a of the optical fibers 301 to 304 to transmit an optical signal between the optical fibers 301 to 304 and the light engine 110, and the optical Includes an optical component alignment guide 400 for aligning the components 172 to be disposed at orthogonal points between the optical element 130 of the light engine 110 and the optical fiber lines 301a-304a of the optical fibers 301-304 Doing.
  • the connector plug 100b according to the eighth embodiment has the same basic structure as the connector plug 100 of the first embodiment shown in FIGS. 2 to 4, only between the optical fibers 301 to 304 and the light engine 110. The difference is that the optical component 172 is employed instead of the optical component 171 that transmits an optical signal.
  • the optical component 171 of the first embodiment is disposed at an orthogonal point between the optical element 130 of the light engine 110 and the optical fibers 301 to 304 to reflect or refract the optical signal to 90° the path of the optical signal. It serves as a light path converting element for converting, for example, by forming a metal layer 171a on a planar silicon substrate or a resin substrate 171, employing a reflection mirror in which specular reflection of incident light is performed. will be.
  • the optical component 172 is composed of a prism disposed at an orthogonal point between the optical element 130 of the light engine 110 and the optical fiber lines 301a to 304a of the optical fibers 301 to 304. And converts the path of the optical signal by 90° to serve as an optical path converting element that transmits light between the optical element 130 of the optical engine 110 and the optical fiber lines 301a to 304a of the optical fibers 301 to 304. You can use a right angle prism that can.
  • the right angle prism is a total reflection prism whose cross section becomes an isosceles right angle triangle, and may be made of transparent glass or acrylic, and the light incident perpendicularly to the side AB or the side AC in the right angle prism shown in FIG. 15 is side BC In 90° angle of deviation, it can play a role of injection.
  • the optical component alignment guide 400 has an optical component 172, that is, a right angle prism, at an orthogonal point between the optical element 130 of the optical engine 110 and the optical fiber lines 301a to 304a of the optical fibers 301 to 304. It serves to arrange them to be placed. That is, when one side AC of the right-angle prism (ABC) is mounted on one side of the optical element module 101, the side AB contacts the front end of the optical fiber alignment guide member 410 and the edge (C) is an optical component alignment guide ( 400).
  • an optical component 172 that is, a right angle prism
  • the right angle prism (ABC) is inserted into the optical fiber alignment guide member 410 and the optical component alignment guide 400 to fix the position, and apply epoxy or polyimide-based adhesive to the contact point and irradiate heat or UV, etc. Can be fixed by curing the adhesive.
  • the optical component alignment guide 400 serves as a stopper for supporting the right angle prism (ABC).
  • the connector plug 100b has an optical fiber 301 to 304 or an optical fiber line 301a to 304a on the optical fiber insertion channel 305 integrally formed on one surface of the optical element module 101.
  • the first connector plug connected to one end of the optical cable is described, but the second connector plug connected to the other end of the optical cable may also have the same configuration.
  • the optical element of the optical engine included in the first connector plug uses a photodiode receiving an optical signal. There is a difference.
  • the connector plug of the present invention comprises an external connection terminal 160 in the form of a plurality of conductive strips, solder balls or metal bumps that satisfy one of the data transmission standard specifications to interconnect the terminal and the terminal while constructing an active optical cable (AOC). It can also form.
  • AOC active optical cable
  • the external connection terminal 160 of the connector plug may be variously modified according to data transmission standard specifications.
  • the connector plug 100 of the present invention is applied when a physically detachable coupling is made to the occlusal port 12 of the terminal 10 as shown in FIG. 1. Can be.
  • the external connection terminal 160 is formed in the form of a solder ball or a metal bump, a board-to-board interconnection between a board (PCB) and a board (PCB) in one terminal, between the chip and the chip Chip-to-chip interconnection, board-to-chip interconnection, or on-board interconnection that interconnects between the terminal main board and peripheral I/O devices. board interconnection).
  • the connector plug 100 is soldered and fixed to a conductive electrode pad formed on a board using a solder ball or a metal bump like one chip instead of a physically detachable coupling to the occlusal port 12. It is combined.
  • 14A and 14B are plan and cross-sectional views, respectively, showing an application in which the connector plug of the present invention has an on-board interconnection on a board.
  • an on-board interconnect structure in which a connector plug according to an application example is directly mounted on a board includes an external connection terminal 160 of a connector plug 100 made of solder balls or metal bumps, for example.
  • the case is fixedly coupled to a conductive electrode pad formed on a board 41 constituting field programmable gate arrays (FPGA), DSP, controller, and the like.
  • FPGA field programmable gate arrays
  • the electrode pad of the board 41 combined with the solder ball of the external connection terminal 160 may be formed of, for example, a structure such as BGA (Ball Grid Arrys), QFN (Quad Flat Non-leaded Package). .
  • the board 41 may be, for example, a printed circuit board (PCB) used to configure an FPGA or a Complex Programmable Logic Device (CPLD), and a plurality of integrated circuits on the board 41
  • a circuit (IC) chip 43 and an electronic component 42 may be mounted.
  • FPGAs are generally applied to functional systems in various fields such as digital signal processors (DSPs), early versions of ASICs, software-defined radios, speech recognition, and machine learning systems, and one or two boards (41)
  • DSPs digital signal processors
  • ASICs application-defined radios
  • speech recognition speech recognition
  • machine learning systems and one or two boards (41)
  • the connector plug 100 may be directly coupled, and may serve to directly connect these systems to other functional boards (systems) or terminals through an optical cable 300a, respectively.
  • a connector plug 100 or an active optical cable (AOC) assembly having an external connection terminal 160 made of solder balls or metal bumps is a transponder having both an electro-optical conversion function and an opto-electric conversion function.
  • IC integrated circuit
  • SiP system-in-package
  • the connector plug 100 is formed in the form of a system on chip (SOC).
  • SOC system on chip
  • Various functions may be built in a single chip, or a package may be formed in the form of a System on Board (SoB) or a Package on Package (PoP).
  • the integrated circuit (IC) chip or functional element that can be packaged together in the form of SiP, SoC, SoB or PoP is a processor having a signal processing function, for example, a central processing unit (CPU), a micro processor unit (MPU) ), MCU (Micro Controller Unit), DSP (Digital Signal Processor), ISP (Image Signal Processor) integrated circuit chip (IC Chip), vehicle ECU (Electronic) requiring multiple integrated circuits (IC) for various functions Control units), autonomous vehicles, and artificial intelligence (AI).
  • CPU central processing unit
  • MPU micro processor unit
  • MCU Micro Controller Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • ISP Image Signal Processor
  • IC Chip vehicle ECU (Electronic) requiring multiple integrated circuits (IC) for various functions Control units), autonomous vehicles, and artificial intelligence (AI).
  • AI artificial intelligence
  • the present invention can configure an active optical cable (AOC) assembly using a connector plug that can be easily made passive alignment of optical components, and can transmit and receive large amounts of data at ultra-high speeds of several tens of Giga ⁇ 100G or more. It can be applied to an active optical cable (AOC) used for data transmission between a board and a UHDTV class TV and peripheral devices.
  • AOC active optical cable

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

본 발명은 광소자를 내장한 광소자 모듈의 일면에 광소자와 광섬유를 자동으로 정렬하여 위치설정하기 위한 광섬유 정렬 가이드를 일체로 형성함에 의해 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 광 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈의 일면에 형성되어 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재; 및 상기 광소자 모듈에 설치되어 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품;을 포함한다.

Description

커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체
본 발명은 커넥터 플러그에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 광소자 모듈의 일면에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품을 조립할 수 있어 광학부품의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 관한 것이다.
광 엔진(optical engine)은 통상 데이터를 고속으로 전송하도록 사용된다. 광 엔진은 전기 신호를 광신호로 변환하고, 그 광신호를 송신하고, 광신호를 수신하고, 광신호를 다시 전기 신호로 변환하기 위한 하드웨어를 포함한다. 전기 신호는 전기 신호가 레이저와 같은 광 소스 장치를 변조하도록 사용될 때 광신호로 변환된다. 소스로부터의 광은 광섬유와 같은 송신 매체에 결합된다. 다양한 광 송신 매체를 통해 광 네트워크를 통과하고 그 목적지에 도달한 후, 광은 검출기와 같은 수신 장치에 결합된다. 검출기는 디지털 처리회로에 의해 사용하기 위해 수신된 광신호를 기반으로 전기 신호를 발생한다.
광 통신 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. 전기 신호를 광신호로 전송하도록 사용되고 광신호를 광 케이블과 같은 광 송신 매체에 전달하는 결합 컴포넌트는 비교적 비싸다. 이러한 비용 때문에, 광 송신 시스템은 일반적으로 대량의 데이터를 장거리로 전송하는 네트워크의 백본으로서 사용된다.
한편, 현재의 컴퓨터 플랫폼 아키텍처 디자인은 하나의 디바이스를 다른 디바이스에 연결하기 위해 여러 가지 상이한 인터페이스를 망라할 수 있다. 이들 인터페이스는 컴퓨팅 디바이스 및 주변기기에 I/O(입력/출력)를 제공하며, I/O 제공을 위해 다양한 프로토콜과 표준을 사용할 수 있다. 상이한 인터페이스는 인터페이스를 제공하기 위해 상이한 하드웨어 구조를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 현재의 컴퓨터 시스템은 통상적으로, 디바이스들을 연결하는 케이블의 단부에서 물리적 커넥터 및 플러그에 의해 실행되는, 대응 연결 인터페이스를 갖는 다중 포트를 구비한다.
보편적인 커넥터 형태는 다수의 관련 USB 플러그 인터페이스를 갖는 USB(Universal Serial Bus) 서브시스템, 디스플레이포트(DisplayPort), HDMI(High Definition Multimedia Interface), 파이어와이어(Firewire)(IEEE 1394에 규정됨), 또는 기타 커넥터 형태를 구비할 수 있다.
또한, 예를 들어, 셋탑 박스를 이용하는 UHD 텔레비전(TV)과 같이 분리된 2 장치 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 전송이 필요한 경우 전기 및 광 입출력 인터페이스 커넥터가 요구된다.
더욱이, UHD 텔레비전 내부에 보드와 보드 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 필요한 경우에는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구된다.
즉, TV 등에서는 얇은 폼 팩터(form factor)를 만족시켜면서 고속의 전송을 가능하게 하기 위해서는 액티브 광 케이블(AOC: Active Optical Cable) 커넥터의 크기 또는 AOC에 내장된 광 엔진(optical engine)의 크기가 1mm 이하로 매우 얇아야 한다. 그러나, 종래의 AOC는 인쇄회로기판(PCB) 위에 본딩 혹은 COB(Chip On Board) 형태로 패키징하므로 얇은 두께를 실현하기 어렵다.
이러한 요구사항들을 만족하는 AOC는 현재 높은 가격으로 공급되고 있는 데 이러한 높은 공급 가격은 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러), 광섬유(optical fiber) 사이의 부정확한 정렬(alignment)에 따른 추가적인 능동 정렬(active alignment) 비용이 대부분을 차지하기 때문이며, 수동 정렬(Passive Alignment)을 위한 정확한 구조 형성 및 조립에 비용이 많이 소요된다.
또한, 수십 Giga~100 G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)을 위해서는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩(wire-bonding) 때문에 발생하는 성능 저하를 해결하는 것이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0059869호(특허문헌 1)에는 입출력(I/O) 장치로서, 전기 및 광 입출력 인터페이스 양자를 포함하고 상기 광 입출력 인터페이스는 적어도 하나의 광 렌즈를 포함하는 입출력 커넥터, 제1 단부는 상기 입출력 커넥터에서 터미네이션하고 상기 적어도 하나의 광 렌즈에 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 광 파이버, 및 광신호들을 전기 신호들로 변환하며 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 송수신기 모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 광 파이버의 제2 단부는 상기 송수신기 모듈에서 터미네이션하고, 상기 입출력 커넥터 및 상기 송수신기 모듈은 접하고 있지 않는 입출력 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 1의 입출력 장치는 광 엔진 등의 광소자와 구동칩들이 인쇄회로기판을 이용하여 조립되고 있어, 높은 정확도와 생산성을 도모할 수 있는 자동화가 어렵고, 소형화와 슬림화가 어려운 문제가 있다.
일반적으로 광통신 모듈(module)은 광신호를 전송하는 광케이블을 고정할 수 있는 기계적 장치와, 광케이블로부터 전송된 광신호를 전기적 신호로 또는 광케이블로 전송할 광신호를 전기적 신호로부터 변환하는 광소자와 이러한 광소자와 정보를 주거나 받기 위한 인터페이스(interface) 회로를 포함하여야 한다.
종래의 광통신 모듈은 광케이블 고정 부재 및 광소자와, 인터페이스 회로 칩들을 각각 별도의 과정으로 회로 기판에서 서로 이격하여 배치해야 하므로 회로 기판을 차지하는 면적이 넓어지며, 제조과정이 복잡하고, 또한 광소자가 제공한 전기적 신호가 회로 기판에 형성된 전도성 스트립을 통하여 광전자 회로에 제공되므로 전기적 신호의 열화도 있을 수 있다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 광소자 모듈의 일면에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품을 조립할 수 있어 광학부품의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광소자 모듈, 광섬유 및 광학부품의 조립체가 최소한의 구성부품과 조립공정으로 결합될 수 있는 심플한 구조를 갖는 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드부재를 사용하여 개방(open) 구조의 광섬유 조립채널을 일체로 형성하고 광섬유를 조립함에 의해 개별적인 광학부품을 사용할지라도 광소자와 광학부품 사이의 정렬과, 광학부품와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬 기술을 이용하여 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있는 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시스템-인-패키지(SIP; System In Package) 형태의 광소자 모듈에 개방(open) 구조의 광섬유 조립채널이 일체로 형성되어 광 엔진을 원칩 또는 단일 소자로 패키지화할 수 있는 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 구조를 구현하면서 저렴한 비용으로 제조 가능한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈의 일면에 형성되어 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재; 및 상기 광소자 모듈에 설치되어 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광학부품은 광소자 모듈의 표면에 45°로 경사지게 설치되는 반사 미러일 수 있다. 이 경우, 상기 반사 미러는 평면의 실리콘 기판 또는 수지 기판에 메탈층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 광소자 모듈에 설치되며 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 상기 광학부품이 배치되도록 광섬유 정렬 가이드부재와 미리 설정된 거리를 두고 배치되는 광학부품 정렬 가이드;를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 미러의 일측 모서리가 광소자 모듈의 표면에 접촉하고 다른 모서리가 상기 광학부품 정렬 가이드의 상단 모서리에 접촉하도록 설치되며, 상기 반사 미러의 일측 모서리가 광학부품 정렬 가이드의 선단부로부터 광학부품 정렬 가이드의 높이와 동일한 거리 만큼 떨어진 지점에 위치설정될 수 있다.
상기 광학부품은 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러일 수 있다.
상기 광학부품은 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 배치되는 직각 프리즘일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 직각 프리즘이 배치되도록 정렬시키는 스토퍼 역할을 하는 광학부품 정렬 가이드부재를 더 포함할 수 있다.
상기 광섬유 정렬 가이드부재는 광섬유 삽입채널에 장착된 광섬유를 광 엔진의 광소자와 동일선상에 배치시킬 수 있다.
또한, 상기 광학부품은 상기 광신호의 경로를 90° 변환하여 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이에 광을 전달하는 광 경로 변환소자일 수 있다.
상기 광섬유 정렬 가이드부재는 상기 복수개의 광섬유가 삽입되는 복수의 광섬유 삽입채널을 형성하도록 동일한 간격으로 배치된 복수의 광섬유 정렬 가이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 복수의 광섬유 삽입채널의 선단부에 형성되어 픽-앤-푸쉬(pick & push)방식으로 광섬유를 조립할 때 광섬유의 선단부가 위치할 지점을 정의하기 위한 복수의 스토퍼 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 광섬유 삽입채널의 선단부와 미리 설정된 거리를 두고 복수의 광소자가 각각 배치되도록 광소자 어레이 IC가 광소자 모듈의 내부에 매입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 각각 상기 복수의 광소자가 매입된 광소자 모듈의 표면에 배치되어 광소자로부터 발생된 광이 광학부품에 집속하도록 광의 경로를 제어하기 위한 복수의 광학 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광소자로부터 발생된 광이 분산되지 않고 평행에 가깝게 경로를 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 또는 광을 한점에 집속하는 포커싱 렌즈일 수 있다.
상기 광학부품은 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 배치되어 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하도록 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재일 수 있다.
상기 광소자 모듈은 몰드 몸체에 의해 봉지된 광 엔진; 외부와 전기적으로 연결되는 외부접속단자; 및 상기 외부 접속 단자와 광 엔진을 상호 연결하기 위한 배선층;을 포함할 수 있다.
상기 외부 접속단자는 몰드 몸체의 제1면에 형성되고, 상기 배선층은 몰드 몸체의 제2면에 형성되며, 상기 외부 접속단자와 배선층을 상호 연결하도록 몰드 몸체를 관통하여 형성되는 도전성 수직 비아;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 및 상기 광소자 모듈의 일면에 형성되어 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 광신호의 제1방향과 광섬유 삽입채널의 제2방향이 교차하는 직교 지점에 배치되어 광 엔진과 광섬유 사이에서 광신호를 전달하도록 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재를 더 포함할 수 있다.
상기 광 경로 변환부재는 반사 미러 또는 프리즘일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 봉지된 광소자에 의해 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈의 일면에 형성되며 길이방향을 따라 제1 및 제2 설치영역을 정의하는 제1 및 제2 블록 가이드; 상기 제1설치영역에 설치되며 상부면에 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 갖는 광섬유 고정블록; 상기 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품; 및 상기 제2설치영역에 설치되며 광학부품의 일단을 지지하는 광학부품 정렬 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 상기 제1 및 제2 설치영역을 정의하도록 제1 및 제2 블록 가이드의 내측에 대향하여 돌출된 한쌍의 구획돌기; 및 상기 한쌍의 구획돌기의 내측에 광섬유 삽입채널에 안착된 적어도 하나의 광섬유에 대응하여 간격을 두고 형성된 적어도 하나의 광학 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 광섬유 삽입채널을 갖는 커넥터 플러그; 및 상기 광섬유 삽입채널에 광섬유가 결합되는 광케이블;을 포함하며, 상기 커넥터 플러그는 상기 커넥터 플러그인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그의 제조방법은 내부에 봉지된 광소자에 의해 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈을 준비하는 단계; 상기 광 엔진의 광소자와 광섬유를 자동으로 정렬하여 위치 설정하도록 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재와 상기 광섬유 정렬 가이드부재와 미리 설정된 거리를 두고 배치되어 광학부품을 정렬시키기 위한 광학부품 정렬 가이드를 광소자 모듈의 일면에 형성하는 단계; 상기 광섬유 삽입채널에 광섬유를 조립하는 단계; 및 상기 광학부품 정렬 가이드부재와 광섬유 사이에 광 엔진의 광소자와 광섬유를 정렬하도록 광학부품을 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 수십 Giga~100G 이상의 고속의 전송을 가능하게 하는 액티브 광 케이블(AOC) 커넥터는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구되며, 합리적인 제조비용을 만족시키기 위해서는 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러), 광섬유(optical fiber) 사이에 수동 정렬(Passive Alignment)을 사용하면서 오 정렬(Mis-alignment)이 발생하지 않아야 된다.
오 정렬이 발생하는 위치는 PCB-광소자, 광소자-미러(mirror), 광소자-렌즈, 미러(mirror)-광섬유(optical fiber) 사이에서 주로 발생한다.
본 발명에서는 광소자 모듈, 광섬유 및 광학부품의 조립체가 최소한의 구성부품과 조립공정으로 결합될 수 있는 심플한 구조를 갖는다.
또한, 본 발명에서는 광소자를 내장한 광소자 모듈의 일면에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품을 조립할 수 있어 개별적인 광학부품(반사 미러 또는 프리즘)을 사용할지라도 광소자와 광학부품 사이의 정렬과, 광학부품과 광섬유 사이의 정렬이 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명 실시예에서는 광섬유 고정블록과 광학부품 정렬 가이드를 제1 및 제2 블록 가이드에 의해 정의된 제1 및 제2 설치영역에 조립한 후, 광섬유 고정블록에 광섬유를 조립하고, 광학부품 정렬 가이드와 광섬유를 이용하여 광학부품을 경사지게 조립하거나 광학부품으로서 광학부품 정렬 가이드를 이용화여 간단히 직각 프리즘을 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 광소자 모듈을 종래의 1/16 정도의 초소형으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시스템-인-패키지(SIP; System In Package) 형태의 광소자 모듈에 개방(open) 구조의 광섬유 조립채널이 일체로 형성되어 광 엔진을 원칩 또는 단일 소자로 패키지화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 광소자를 플립 칩(flip chip) 형태로 광소자 모듈에 장착함에 의해 와이어-본딩(wire-bonding) 없이 패키징이 이루어질 수 있어 신호저항계수 및 전기저항계수가 감소되어 고주파 특성이 좋아지게 된다. 그 결과, 수십 Giga~100G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)이 이루어지는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩 때문에 발생하는 성능 저하를 해결할 수 있다.
본 발명에서는 픽-앤-플레이스 타입(Pick & Place type)으로 패키지의 광섬유 조립채널에 광섬유 조립을 자동화할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에서는 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체(광 인터페이스 커넥터)를 제공할 수 있다.
본 발명에서는 단말기의 교합 포트에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있는 있다.
또한, 본 발명에서는 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자를 구비하고 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이에 초고속 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있다.
본 발명의 커넥터 플러그는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP), SOC(System on Chip), SoB(System on Board), 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 중 하나의 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 액티브 광 케이블(AOC)은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 외부연결단자를 구현할 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 HDMI 타입의 액티브 광 케이블(AOC)은 1 케이블에 영상, 음성, 복제방지(녹화방지) 기술을 적용할 수 있는 컨트롤 신호를 동시에 전송 가능하여 광대역(High bandwidth)의 고속 데이터 전송을 요하는 영상재상기기(셋탑박스)와 영상표시기기(TV) 사이에 디지털 신호를 암호화 전송에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드가 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 광소자 모듈에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품이 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도이다.
도 4는 도 3에서 광학부품 결합 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 5는 도 3에서 광섬유 정렬 가이드부재에 광섬유가 조립된 구조를 나타내는 확대 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드부재가 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따라 도 6의 광 커넥터 플러그를 이용하여 광섬유와 광학부품이 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 제3 및 제4 실시예에 따라 변형된 광섬유 정렬 가이드부재를 이용하여 광섬유가 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 정면도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 제5실시예에 따라 변형된 광섬유 정렬 가이드부재를 이용하여 광섬유가 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 측면도 및 A-A' 선 단면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 제6실시예에 따라 변형된 광섬유 정렬 가이드부재를 이용하여 광섬유가 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 측면도, B-B' 및 C-C' 선 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 각각 제7실시예에 따라 변형된 광섬유 정렬 가이드부재를 이용하여 광섬유가 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 측면도, D-D' 및 E-E' 선 단면도이다.
도 12a 내지 도 12g는 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 사용되는 광소자 모듈을 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 각각 광소자 모듈에 배치된 광소자(발광소자)의 출구 구조를 나타내는 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 액티브 광 케이블(AOC) 조립체가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 실시예를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제8실시예에 따라 광소자 모듈에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품이 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도이다.
도 16은 도 15의 부분 확대도이다.
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.
전기 신호를 광신호로 그리고 그 역으로 변환하는 소자의 가격으로 인하여, 광 통신 시스템은 일반적으로 네트워크에서 백본으로서 사용된다. 그러나, 광 통신 시스템은 컴퓨터 통신에 다양한 장점을 제공할 수 있다. 컴퓨터 통신은 몇 센티미터에서 수백 센티미터에 이르는 통신을 지칭한다.
본 발명에서는 장거리에 위치한 단말기와 단말기 사이의 광 통신에 사용되는 광 통신 시스템 뿐 아니라 컴퓨터 통신에 적용 가능한 시스템을 개시한다.
광 시스템은 광섬유를 광 엔진(Optical Engine)에 접속하는 반도체 패키지를 사용할 수 있다. 광전자 소자는 발광 장치 또는 광 수신 장치이다. 발광 장치의 일 예는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)이다. 광 수신 장치의 일 예는 포토다이오드(PD; Photodiode)이다.
구동회로(즉, 구동칩 또는 광 IC)는 광소자에 따라 동작하도록 사용된다. 예를 들면, 포토다이오드는 포토다이오드 상의 광자의 충돌로 인한 전기 신호를 증폭하기 위한 트랜스-임피던스 증폭기와 함께 동작한다. 광전자 소자가 발광 장치인 경우, 구동회로는 발광 장치를 구동하도록 사용된다.
광소자와 구동회로를 기판을 사용하지 않고 SIP(System In Package) 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고 광소자와 SIP 외부와의 광 경로를 형성한 광소자 모듈 패키지를 개시한다. 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 광 송신 시스템을 가능하게 한다.
본 발명에서는 광전자 소자에 따라 동작하는 구동회로(구동칩)를 광전자 소자와 함께 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 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 슬림한 광소자 모듈을 구현할 수 있다.
광소자 모듈은 SIP 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
또한, 다양한 정렬 기술이 광전자 소자(광소자)가 매입된 반도체 패키지(광소자 모듈)에 조립되는 광섬유와 정렬하는데 사용된다. 광소자 모듈은 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 광섬유와 광학부품을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 광소자 모듈의 일면에 일체로 형성하고, 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 광섬유와 광학부품을 고정시킬 수 있는 광 커넥터 플러그(Optical Connector Plug)가 반도체 패키지 타입으로 얻어진다.
더욱이, 광소자 모듈 웨이퍼에 광소자와 광학부품의 조립에 필요한 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 일체로 형성하고, 광소자와 광학부품을 조립함에 의해 광소자와 광학부품 사이의 정렬과, 광학부품과 광섬유 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 이루어질 수 있다.
이하의 상세한 설명에서 광 엔진은 그 내부에 구비된 광소자를 지칭할 수 있고, 광섬유는 광섬유에서 피복층을 제거한 광섬유 라인을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이를 상호 연결하여 광통신이 이루어지게 하며, 각각의 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)를 구비하며, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 사이에는 광섬유를 내장한 광케이블(300a)이 연결되어 있다
여기서, 제1 및 제2 단말기(10,20)는 각각 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터, 노트북, 울트라북, 태블릿, 넷북, 또는 이에 포함되지 않는 다수의 컴퓨팅 디바이스 중 하나일 수 있다.
제1 및 제2 단말기(10,20)는 컴퓨팅 디바이스 이외에, 많은 다른 형태의 전자 디바이스가 포함될 수 있다. 다른 형태의 전자 디바이스는 예를 들어, 스마트폰, 미디어 디바이스, PDA(개인용 휴대 단말기), 울트라 모바일 퍼스널 컴퓨터, 멀티미디어 디바이스, 메모리 디바이스, 카메라, 보이스 레코더, I/O 디바이스, 서버, 셋탑 박스, 프린터, 스캐너, 모니터, 엔터테인먼트 제어 유닛, 휴대용 뮤직 플레이어, 디지털 비디오 레코더, 네트워킹 디바이스, 게임기, 게이밍 콘솔을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 단말기(10,20)는 본 발명에 따른 광 통신 시스템을 통하여 상호 연결되며, 각각에 구비된 하우징(11,21)에는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 물리적으로 결합되어 인터페이스가 이루어지는 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 적어도 하나씩 설치되어 있다.
제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 광 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다. 또한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 전기 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다.
일부 예시적 실시예에서, 제1단말기(10)는 다수의 프로세서를 구비하는 제1서버를 포함할 수 있으며, 제2단말기(20)는 다수의 프로세서를 구비하는 제2서버를 포함할 수 있다.
이들 실시예에서, 제1서버는 커넥터 플러그(100) 및 교합 포트(12)에 의해 제2서버와 상호연결될 수 있다. 다른 실시예에서는, 제1단말기(10)가 셋탑 박스를 포함할 수 있고, 제2단말기(20)가 텔레비전(TV)을 포함할 수 있으며, 그 반대일 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재되는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 및 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 수많은 실시예들 중 하나일 수 있다.
또한, 제2단말기(20)는 주변 I/O 장치일 수 있다.
제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 제1 및 제2 단말기(10,20)의 제1 및 제2 교합 포트(12,22)와 교합하도록 구성될 수 있다.
제1 및 제2 교합 포트(12,22)는 또한 하나 이상의 광 인터페이스 부품을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1교합 포트(12)는 I/O 장치와 결합될 수 있으며, 프로세서(13)와 포트(12) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 처리 및/또는 단자 부품을 구비할 수 있다. 상기 신호 전달은 발생 및 광신호로의 변환 또는 수신 및 전기 신호로의 변환을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 단말기(10,20)에 구비된 프로세서(13,23)는 전기 및/또는 광 신호 I/O 신호를 처리할 수 있으며, 단수 또는 복수 개가 사용될 수 있다. 프로세서(13,23)는 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능한 논리 소자나 어레이, 마이크로컨트롤러, 신호 처리기, 또는 이들의 일부 또는 전부를 포함하는 조합일 수 있다.
제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 커넥터 플러그 내에 제1 및 제2 광 엔진(light engine)(110,210)을 구비할 수 있으며, 이러한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 액티브 광 커넥터 또는 액티브 광 리셉터클 및 액티브 광 플러그로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 이러한 액티브 광 커넥터는 교합 커넥터 및 광학 조립체에 대한 물리적 연결 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 광학 조립체는 "서브 조립체"로 지칭될 수도 있다. 조립체는 완제품, 또는 제조 물품의 완성된 시스템 또는 서브 시스템을 지칭할 수 있지만, 서브 조립체는 일반적으로 서브 조립체를 완성하기 위해 다른 부품 또는 다른 서브 조립체와 조합될 수 있다. 그러나, 서브 조립체는 본 명세서에서 "조립체"와 구별되지 않으며, 조립체에 대한 언급은 서브 조립체로 간주될 수 있는 것을 지칭할 수 있다.
제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 다양한 작업에 따라 광신호를 발생시키고, 또는 광신호를 수신 및 처리하도록 구성된 임의의 디바이스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 광 인터페이싱을 제어하기 위한 광 집적회로(IC), 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드 중 어느 하나 이상을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 IC는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하거나, 레이저 다이오드를 구동하거나, 및/또는 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 수직 공진 표면 발광 레이저 다이오드(VCSEL)를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라서 또는 그에 부합하여 광신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 광신호 및 전기 신호를 전달하도록 구성되는 실시예에서는, 광 인터페이스 및 전기 인터페이스가 동일한 프로토콜에 따라서 작동되도록 요구될 수 있다.
제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 전기 I/O 인터페이스의 프로토콜에 따라 신호를 처리하는지, 다른 프로토콜 또는 표준에 따라 신호를 처리하는 지에 따라서 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 특정 커넥터 내의 의도된 프로토콜을 위해서 구성되거나 또는 프로그래밍될 수 있으며, 다양한 광 엔진이 다양한 프로토콜을 위해서 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 포토다이오드, 또는 포토다이오드 회로를 갖는 부품은 포토다이오드가 광신호를 전기 신호로 변환하므로 광 단자 부품으로 간주될 수 있다. 레이저 다이오드는 전기 신호를 광신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 광신호를 생성하기 위한 출력을 발생하기 위해 레이저 다이오드를 적절한 전압으로 구동함으로써 레이저 다이오드를 광학적으로 송신될 신호에 기초하여 구동하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드로부터의 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드에 의해 발생된 전기 신호를 수신하고 이를 해석하여 처리하도록 구성될 수 있다.
본 발명 실시예에서, 프로세서(13,23)와 교합 포트(12,22) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 I/O 콤플렉스(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. I/O 콤플렉스는 프로세서(13,23)가 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 제1 및 제2 광 엔진(110,210)을 거쳐서 제1 및 제2 단말기(10,20)와 통신할 수 있는 하나 이상의 I/O 링크를 제어하도록 구성된 하나 이상의 I/O 배선을 수용할 수 있다. I/O 배선은 통신 프로토콜의 하나 이상의 형태의 데이터 패킷을 전송하는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 다양한 통신 프로토콜 또는 표준이 사용될 수 있다. 통신 프로토콜은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI; High Definition Multimedia Interface) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하지만 이것에 한정되지는 않는다.
각각의 다른 표준이 전기 접점 조립체를 위한 다른 구성 또는 핀 배열(pin out)을 구비할 수 있다. 또한, 커넥터의 크기, 형상 및 구성은 대응 커넥터의 교합을 위한 공차를 포함하는 표준에 종속될 수 있다. 따라서, 광 I/O 조립체를 통합하기 위한 커넥터의 레이-아웃은 다양한 표준에서 상이할 수 있다.
제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 제1 및 제2 단말기(10,20)의 교합 포트(12,22)사이에는 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트(12,22)에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있다.
또한, 후술하는 다른 실시예에서 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 교합 포트(12,22)와 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어는 대신에 프로세서(13,23)를 구비하는 메인 보드에 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자가 고정 결합되는 것도 가능하다. 그 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 광케이블(300a)의 양 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 연결된 본 발명의 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 예를 들어, 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 칩(chip)과 보드(PCB) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이, 단말기 본체와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하여 초고속 대용량 데이터 전송이 필요한 경우에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이에 광통신이 이루어지도록 연결될 때, 각 단부에 구비된 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1단말기(100)와 결합되는 제1커넥터 플러그(100), 즉 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 광소자 모듈의 일면에 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드가 일체로 형성된 커넥터 플러그를 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 2의 광소자 모듈에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품이 조립된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도이며, 도 4는 도 3에서 광학부품 결합 부분을 확대하여 나타낸 확대도이고, 도 5는 도 3에서 광섬유 정렬 가이드부재에 광섬유가 조립된 구조를 나타내는 확대 정면도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 커넥터 플러그(100)와 이에 결합된 광케이블(300a)을 포함한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 커넥터 플러그(100)는 크게 광 엔진(110)을 포함하도록 SIP(System In Package) 형태로 제작되는 광소자 모듈(101)과, 상기 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)를 자동으로 정렬하여 위치 설정하도록 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성되어 복수의 광섬유(301~304)가 안착되는 개방(open) 구조의 광섬유 삽입채널(305)을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재(410)와, 광섬유(301~304)와 광 엔진(110) 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품(171)과, 상기 광섬유 정렬 가이드부재(410)와 미리 설정된 거리를 두고 배치되어 광학부품(171)을 정렬시키기 위한 광학부품 정렬 가이드(400)를 포함하고 있다.
제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 커넥터 플러그(100)에 4개 채널, 즉 4개의 광섬유(301~304)로 이루어진 광케이블(300a)이 연결된 경우를 예를 들어 설명한다.
우선, 커넥터 플러그(100)의 베이스 플레이트로서 역할을 하는 광소자 모듈(101)은 후술하는 바와 같이 그 내부에 광 엔진(110)을 포함하도록 SIP(System In Package) 형태로 제작된다.
광소자 모듈(101)은 도 3에 도시된 바와 같이, 광신호를 능동적으로 발생시키고 및/또는 수신 및 처리하도록 구성된 액티브 광 엔진(110)을 구비할 수 있다. 광 엔진(110)은 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하기 위한 광소자(130)와 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 IC(140)를 구비할 수 있다.
또한, 광소자 모듈(101)에는 외측면에 배치된 외부접속단자(160)와 전기적인 상호 연결에 이용되는 도전성 수직 비아(via)(150)가 몰드 몸체(111)에 수직방향으로 배치되어 있다.
더욱이, 광소자 모듈(101)은 도 12f에 도시된 바와 같이, 하부면에 광 엔진(110)을 구성하는 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)이 형성되어 있다.
상기 광소자 모듈(101)의 일면에는 광케이블(300a)을 구성하는 4개의 광섬유(301~304)로부터 피복층을 제거하여 코어(310)의 외주에 클래드(311)가 형성된 4개의 광섬유 라인(301a~304a)이 삽입되어 조립될 수 있는 광섬유 삽입채널(305)이 형성되어 있다.
본 발명의 제1실시예에서는 광소자 모듈(101)의 일면(즉, 배선층(120) 표면)에 광섬유 정렬 가이드부재(410)와 광학부품 정렬 가이드(400)를 일체로 형성한다.
먼저 광섬유 정렬 가이드부재(410)는 복수개, 예를 들어, 4개의 광섬유 라인(301a~304a)이 삽입되어 조립될 수 있는 4개의 광섬유 삽입채널(305)을 형성하도록 양측에 간격을 두고 한쌍의 제1 및 제2 광섬유 정렬 가이드(410a,410b)를 돌출 형성하고, 제1 및 제2 광섬유 정렬 가이드(410a,410b) 내부에 3개의 제3 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(412a~412c)를 돌출 형성한다.
제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)는 동일한 폭을 갖는 광섬유 삽입채널(305)을 형성하도록 동일한 간격으로 배치되며 직사각형 바 형태로 형성하며, 외측에 배치된 제1 및 제2 광섬유 정렬 가이드(410a,410b)는 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c) 사이의 광섬유 삽입채널(305)은 각각 도면을 우측 입구가 내측과 비교하여 넓고 점차적으로 좁아져서 광섬유 라인(301a~304a)의 외경과 대응하는 폭을 가진다.
이를 위해 제3 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(412a~412c)는 입구의 폭이 좁고 내측으로 일정 길이만큼 넓어지도록 입구의 양측면에 테이퍼부(412a)가 형성되어 있다.
또한, 제1 및 제2 광섬유 정렬 가이드(410a,410b)의 내측면에도 광섬유 삽입채널(305)의 폭이 입구로부터 점차적으로 좁아지도록 테이퍼부(412a)가 형성되어 있다.
제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)에 테이퍼부(412a)가 형성됨에 따라 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 복수의 광섬유 라인(301a~304a)을 하나씩 집어서 광섬유 삽입채널(305)에 밀어 넣어서 조립하는 방법으로 광섬유 라인(301a~304a)의 삽입이 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 제3 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(412a~412c)의 내측 단부 양측에는 각각 광섬유 라인(301a~304a)을 광섬유 삽입채널(305)에 밀어 넣어서 조립할 때, 광섬유 라인(301a~304a)의 선단부가 위치할 지점을 정렬하기 위한 스토퍼 역할을 하는 스토퍼 돌기(413,415)가 형성되어 있고, 제1 및 제2 광섬유 정렬 가이드(410a,410b)의 내측 단부에도 스토퍼 돌기(413,415)에 대향하는 스토퍼 돌기(411a,411b)가 배치되어 있다.
제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)에 의해 형성되는 4개의 광섬유 삽입채널(305)에는 광섬유 삽입채널(305)과 미리 설정된 거리를 두고 그 하부에는 4개의 광소자(130)가 각각 배치되도록 광소자 어레이 IC(130a)가 광소자 모듈(101)의 몰드 몸체(111)에 매입되어 있다.
또한, 하부에 4개의 광소자(130)가 매입된 광소자 모듈(101)의 표면에는 각각 광소자(130)로부터 발생된 광(L)의 경로를 변경(제어)하기 위한 광학 렌즈(124)가 돌출되어 형성될 수 있다.
광학 렌즈(124)는 예를 들어, 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 분산되지 않고 평행에 가깝게 경로를 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 또는 광(L)을 한점에 집속하는 포커싱 렌즈의 기능을 갖도록 하여, 광학부품(171)(또는 렌즈)에 광(L)이 입사되도록 안내할 수 있다.
이 경우, 광학 렌즈(124)는 예를 들어, 직경이 25㎛인 반구로 이루어질 수 있다.
상기 광학부품 정렬 가이드(400)는 제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)와 미리 설정된 거리를 두고 배치되어 광학부품(171)을 설정된 위치에 설정된 각도, 예를 들어, 45°로 정렬시키기 위해 설치된다.
광섬유(301~304)와 광 엔진(110)의 광소자(130)는 직교 관계로 배치되어 있다. 따라서, 광학부품(171)은 광섬유 라인(301a~304a) 또는 광섬유(301~304)와 광소자(130) 사이에서 광신호를 전달하기 위해서는 광소자 모듈(101)의 표면에 45°로 경사지게 배치되어 설치되는 것이 요구된다.
즉, 광학부품(171)은 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 배치되어 광섬유(301~304)와 광 엔진(110) 사이에서 광신호를 전달하도록 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재로서 역할을 한다. 광학부품(171)은 형상에 따라 광의 경로를 변경시키거나, 광학부품(171)의 광소자 모듈(101) 표면에 대한 설치 경사각(θ)에 따라 광 경로의 거리 조절이 이루어질 수 있다.
광학부품(171)은, 예를 들어, 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러가 사용될 수 있다. 상기 콘케이브형 미러는 광소자(130)로부터 발생되어 입사된 광(L)을 모아서 광섬유 라인(300a)의 코어(310)로 입사하도록 경로를 변경시키는 역할을 한다.
바람직한 실시예에서, 광학부품(171)은 광섬유(300)로부터 수신된 광을 광 엔진(110)의 광소자(130)(예를 들어, 포토다이오드) 상에 포커싱하고, 광 엔진(110)의 광소자(예를 들어, 레이저 다이오드)로부터의 광(L)을 광섬유(300)의 코어(310)로 집속하도록 구성될 수 있다.
광학부품(171)은 평면의 실리콘 기판, 또는 수지 기판(171)에 예를 들어, Au, Ag, Al, Mg, Cu, Pt, Pd, Ni, Cr 등의 금속(metal)으로 이루어진 메탈층(171a)을 100~200nm 두께로 증착함에 의해 입사 광의 전반사(specular reflection)가 이루어지는 반사 미러로 구성될 수 있다.
상기 제1실시예 설명에서는 광학부품(171)가 광소자 모듈(101) 표면에 경사지게 설치되는 반사 미러로 구성된 것을 예시하였으나, 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 배치되어 광섬유(301~304)와 광 엔진(110) 사이에서 광신호를 전달하도록 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재로서 역할을 하는 것이라면 모두 사용 가능하다.
상기 광학부품은 예를 들어, 반사 미러의 반사면과 동일한 위치에 반사면을 갖는 미러 사출물 등을 광소자 모듈(101) 표면에 조립하는 것도 가능하다.
상기 광학부품 정렬 가이드(400)는 제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)와 동일한 높이(h), 예를 들어, 70㎛로 돌출된 직사각형 돌기로 이루어질 수 있다.
이 경우,광학부품(171)의 두께(W)를 적절한 두께로 설정하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 광학부품(171)의 단면의 일측 모서리가 광소자 모듈(101)의 표면에 접촉하고 다른 모서리가 상기 광학부품 정렬 가이드(400)의 상단 모서리에 정렬되도록 설정한다.
이때, 광학부품(171)의 단면의 일측 모서리가 광학부품 정렬 가이드(400)의 선단부로부터 광학부품 정렬 가이드(400)의 높이(h)와 동일한 거리(H) 만큼 떨어진 지점에 위치할 경우, 광학부품(171)의 광소자 모듈(101)의 표면에 대한 경사각(θ)은 45°로 경사지게 배치된다.
광학부품(171)은 광학부품 정렬 가이드(400)와 광소자 모듈(101)의 표면에 일단부가 지지되고 타단 또는 측면이 광섬유 라인(301a~304a) 또는 광섬유(301~304)의 선단부와 접촉하도록 가조립한 상태에서 상호 접촉지점에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 도포하고 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법으로 고정시킬 수 있다.
본 발명에서는 광섬유 라인(301a~304a) 또는 광섬유(301~304), 광소자(130), 광학 렌즈(124)가 일직선상에 배치되도록 제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)의 위치가 설정된다.
본 발명의 제1실시예에서는 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성된 광섬유 삽입채널(305)에 광섬유(301~304)를 조립하고, 광학부품 정렬 가이드(400)와 광섬유(301~304) 사이에 광학부품(171)을 조립함에 의해 개별적인 광학부품(171)을 사용할지라도 광소자(130)와 광학부품(171) 사이의 정렬과 광학부품(171)과 광섬유(301~304) 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.
광소자 모듈(101)은 광 인터페이스를 제공하기 위해 광 엔진(110)(도 1 참조)을 구비할 수 있고, 외측면에는 다양한 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 외부접속단자(160)가 도전성 스트립 형태로 형성되어 있다.
본 발명에서는 외부접속단자(160)가 예를 들어, 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 구현될 수 있으며, 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 도전성 스트립 형태는 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.
광소자 모듈(101)은 광신호를 능동적으로 발생시키고 및/또는 수신 및 처리하도록 구성된 액티브 광 엔진(110)을 구비할 수 있다. 광 엔진(110)은 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하기 위한 광소자(130)와 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 IC(140)를 구비할 수 있다. 또한, 광소자 모듈(101)은 필요에 따라 광 IC(140) 이외에 신호처리에 필요한 프로세서(도시되지 않음), 인코더 및/또는 디코더, R, L, C 등의 수동 소자, 또는 파워 관련 IC 칩을 더 포함할 수 있다.
광소자(130)는 예를 들어, 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드를 구동하고 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 VCSEL을 포함할 수 있다.
광소자 모듈(101)은 기판을 사용하지 않고, 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 형태로 집적하면서, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩이 이루어져서 몰드 몸체(111)를 구성하고 있다. 그 결과 몰드 몸체(111)는 집적된 후 패키징이 이루어지는 광 엔진(110)을 충격으로부터 안전하게 보호하는 역할을 한다.
광소자 모듈(101)에는 도 12f에 도시된 바와 같이, 외측면에 배치된 외부접속단자(160)와 전기적인 상호 연결에 이용되는 도전성 수직 비아(via)(150)가 몰드 몸체(111)에 수직방향으로 배치되어 있다.
또한, 광소자 모듈(101)은 하부면에 광 엔진(110)을 구성하는 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)이 형성되어 있다.
이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 채용한다.
상기 배선층(120)에는 광소자(130)와 광 IC(140)의 하부면에 배치된 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123a)과, 또한, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123b)이 매입 형성되어 있다. 그 결과, 와이어-본딩 없이 패키징이 이루어질 수 있다.
상기 배선층(120)은 절연층(dielectric layer) 또는 패시베이션층(passivation layer) 재료로 이루어지며, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO2), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.
상기 배선층(120)은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 도 13a와 같이 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 배선층(120)은 불투명한 재료로 이루어지는 경우, 도 13b와 같이 광소자(130)로부터 발생된 광신호가 통과할 수 있는 윈도우(125)가 형성된다.
더욱이, 배선층(120)은 도 13c와 같이 투명한 재료로 형성되는 경우에도 매입된 광소자(130)와 배선층(120)의 표면에 조립되는 광학부품(171)과의 거리를 조정하기 위하여 연장돌기부(126)를 구비할 수 있다.
또한, 배선층(120)은 도 3 및 도 12f에 도시된 바와 같이, 투명한 재료로 형성되는 경우에도 광소자(130)로부터 발생된 광(L)의 경로를 변경(제어)하기 위한 광학 렌즈(124)를 더 포함할 수 있다.
광학 렌즈(124)는 예를 들어, 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 분산되지 않고 평행에 가깝게 경로를 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 또는 광(L)을 한점에 집속하는 포커싱 렌즈의 기능을 갖도록 하여, 광학부품(171)(또는 렌즈)에 광(L)이 입사되도록 안내할 수 있다.
이하에 도 12a 내지 도 12f를 참고하여, 본 발명에 따른 광소자 모듈(101)의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 몰딩 프레임(31)의 일면에 접착층(또는 릴리즈 테이프)(32)이 형성된 몰딩 테이프(30)를 이용하여 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적될 각종 칩 형태의 부품을 몰딩 테이프(30)의 미리 설정된 위치에 부착시킨다.
이 경우, 몰딩 테이프(30)는 도 12g와 같이, 웨이퍼 레벨로 제조 프로세스가 진행될 수 있도록 웨이퍼 형태로 이루어질 수 있다.
광소자 모듈(101)에 집적될 각종 부품은, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140), 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 데 필요한 비아 PCB(153) 등이며, 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장한다. 이 경우, 필요에 따라 신호처리에 필요한 프로세서를 포함할 수 있다. 실장되는 부품은 칩의 연결패드가 몰딩 테이프(30)에 접촉하도록 실장방향을 정한다.
비아 PCB(153)는 PCB에 레이저로 관통하거나 패턴 및 식각 공정을 사용하여 관통공(through hole)을 형성하고 관통공을 도전성 금속으로 매립하여 도전성 수직 비아(150)를 형성할 수 있다. 상기 도전성 금속은 예를 들어, 금(gold), 은(silver), 구리(copper) 등의 금속으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도전성 금속이면 충분하다. 또한, 관통공에 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 방법은 도전성 금속 분말을 충진하는 방법 이외에 스퍼터(sputter), 증착(evaporation), 도금(plating)으로 전도성 금속으로 관통공을 매립한 후, 기판 표면을 평탄화하여 형성될 수 있다.
이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 사용한다.
이어서, 도 12b와 같이, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩 테이프(30)의 상부에 몰딩층(33)을 형성하고 경화 후 표면을 평탄화한다. 이어서, 경화된 몰드의 상부면을 CMP(chemical mechanical polishing) 처리하여 도전성 수직 비아(150))의 상단이 드러나도록 가공한 후, 경화된 몰드와 몰딩 프레임(31)을 분리하면, 도 12c에 도시된 슬림한 몰드 몸체(111)가 얻어진다.
이어서, 얻어진 몰드 몸체(111)를 반전시키고, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)을 도 12d와 같이 형성한다.
먼저, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호하기 위한 절연층을 먼저 형성하고, 이어서 연결패드(131,141)에 대한 접촉창을 형성한다. 이어서, 도전성 금속층을 형성하고 이를 패터닝하여 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123a)과, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123b)을 형성한다.
배선패턴(123a,123b)은 금(gold), 은(silver), 구리(copper), 알루미늄(aluminium) 등의 도전성 금속을 스퍼터(sputter), 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 도전성 금속층을 형성하여 제조될 수 있다.
그 후, 도전성 배선패턴(123a,123b)을 커버링하는 절연층을 형성한다.
절연층은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO2), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.
이 경우, 절연층은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
그 후, 배선층(120)이 투명한 재료로 형성되는 경우 도 12e와 같이 광소자(130)로부터 발생된 광이 통과하는 경로, 즉 배선층(120)의 표면에 콜리메이팅을 위한 광학 렌즈(124)를 형성한다.
상기 광학 렌즈(124)는 배선층(120)을 형성할 때 사용되는 식각 마스크를 이용하여 형성할 수 있으며, 폴리이미드(polyimide)로 렌즈에 대응하는 돌기부를 형성한 후 리플로우 공정을 실시함에 의해 반구 형상의 콜리메이팅 렌즈를 형성할 수 있다.
광학 렌즈(124)를 형성하는 다른 방법은 실리콘 산화물(SiO2)로 배선층(120)의 절연층을 형성하면서 포토 레지스트(PR)로 이루어진 반구 형상의 식각 마스크를 형성하고 이를 이용하여 노출된 절연층을 식각하여 형성할 수 있다.
한편 본 발명에서는 도 12e와 같이 광학 렌즈(124)를 형성하면서 복수의 광섬유 라인(301a~304a) 및/또는 광섬유(301~304)와 광학부품(171)을 정렬하기 위한 제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)와 광학부품 정렬 가이드(400)를 동시에 형성하거나 독립적으로 형성한다.
제1 내지 제5 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412a~412c)를 형성하는 방법과 구조는 도 8a 내지 도 11c를 참고하여 추후에 상세하게 설명한다.
이어서, 도 12f와 같이, 노출된 도전성 수직 비아(150)의 상부에 도전성 금속을 증착하여 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립을 형성하여 외부접속단자(160)를 형성한다.
상기 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.
상기 실시예에서는 도전성 수직 비아(150)를 형성하기 위하여 비아 PCB(153)를 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적시키는 방법을 제안하고 있으나, 몰드 몸체(111)를 제조한 후 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 것도 가능하다.
즉, 몰드 몸체(111)를 레이저나 패턴 및 식각 공정을 사용하여 관통공(through hole)을 형성하고 관통공을 도전성 금속으로 매립하거나 스퍼터(sputter), 증착(evaporation), 도금(plating)으로 전도성 금속으로 관통공을 매립한 후, 몰드 표면을 평탄화하여 형성될 수 있다.
본 발명의 광소자 모듈(101)은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자(130)와 광 IC(140)를 패키지함에 의해 슬림한 형태로 패키징이 이루어질 수 있다.
본 발명의 커넥터 플러그(100)는 도 12g에 도시된 바와 같이, 광소자 모듈(101)을 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 SIP(System In Package)형 광소자 모듈 웨이퍼(102)를 형성하는 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 광섬유(301~304)와 광학부품(171)을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 가이드부재(410)와 광학부품 정렬 가이드(400)를 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성한다.
이어서, 광소자 모듈 웨이퍼(102)를 소잉(sawing)하여 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 복수의 광섬유 라인(301a~304a) 및/또는 복수의 광섬유(301~304)를 고정시킬 수 있는 광 엔진 패키지(Optical Engine Package), 즉, 광 커넥터 플러그(Optical Connector Plug)가 반도체 패키지 타입으로 제조된다.
상기와 같이 얻어진 광 엔진 패키지(Optical Engine Package)의 일면에는 도 2와 같이 복수의 광섬유 라인(301a~304a) 및/또는 복수의 광섬유(301~304)가 조립되는 광섬유 삽입채널(305)이 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성된 광섬유 삽입채널(305)에 광섬유(301~304)를 조립하고, 광학부품 정렬 가이드(400)와 광섬유(301~304) 사이에 광학부품(171)을 조립함에 의해 개별적인 광학부품(171)을 사용할지라도 광소자(130)와 광학부품(171) 사이의 정렬과 광학부품(171)과 광섬유(301~304) 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.
더욱이, 본 발명의 커넥터 플러그(100)는 웨이퍼 레벨로 광소자 모듈 웨이퍼(102)에 광섬유와 광학부품의 조립에 필요한 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 일체로 형성함에 따라 높은 생산성을 가지게 된다.
광소자 모듈(101)의 몰드 몸체(111)에 배치되는 광소자 어레이 IC(130a)는 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 복수의 광섬유 라인(301a~304a) 및/또는 광섬유(301~304)에 대응하여 횡방향으로 배치된다.
광섬유(300)는 높은 굴절률을 가지는 코어(core)(310)의 외측에 코어보다 굴절률이 낮은 재료로 이루어진 클래드(clad)(311)와 보호층 역할을 하는 피복층(312)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있다. 광섬유(300)는 코어(310)와 클래드(311) 사이의 굴절률 차이를 이용하여 코어(310)에 입사된 광이 코어(310)와 클래드(311) 사이의 경계면에서 전반사를 반복하면서 전파가 이루어지는 현상을 이용하고 있다.
이 경우, 광섬유는 크게 유리 광섬유(GOF)와 플라스틱 광섬유(POF)로 나누어진다. 플라스틱 광섬유(POF)는 유리 광섬유(GOF)와 비교할 때 직경이 상대적으로 크나 광이 전파되는 코어의 단면적도 크기 때문에 취급이 용이하다.
플라스틱(plastic) 광섬유(POF)는 코어(310)가 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리스티렌 등으로 이루어지고, 클래드(311)가 예를 들어, F-PMMA(Fluorinated PMMA), 불소 수지나 실리콘 수지 등으로 이루어지고, 피복층(312)은 예를 들어, PE 등으로 이루어질 수 있다. 플라스틱(plastic) 광섬유는 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 코어에 F-PMMA(Fluorinated PMMA) 클래드로 이루어진 광섬유를 사용할 수 있다.
광섬유가 단선으로 사용되지 않고 전체적인 대역폭을 증가시키기 위하여 도 도 2 및 도 8a, 도 8b와 같이 복수의 광섬유(301~304)가 결합되어 하나의 광케이블(300a)을 구성하는 경우 복수의 광섬유(301~304)의 인접한 피복층(312)은 상호 붙어있는 형태로 제작되어 단일체를 이룰 수 있다.
상기한 플라스틱(plastic) 광섬유(POF)인 경우 기술의 발전에 따라 광섬유(301~304) 각각의 직경이 400㎛인 것도 상용화되어 있어 본 발명에 적용할 수 있다.
유리(glass) 광섬유(GOF)는 코어(310)와 클래드(311)가 모두 굴절률이 서로 다른 실리카 유리 또는 다성분 유리로 이루어지고, 그 외주에 수지로 이루어진 피복층(312)이 형성되어 있다.
유리(glass) 광섬유(GOF)는 싱글 모드와 멀티 모드 모두로 구현될 수 있으며, 코어(310)와 클래드(311)의 직경이 각각 50/125㎛(멀티 모드) 또는 10/125㎛(싱글 모드)로 플라스틱 광섬유(POF)에 비하여 소직경으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.
유리(glass) 광섬유(GOF)인 경우, 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 부분을 피복층(312)을 벗겨서 코어(310)와 클래드(311)만으로 이루어진 복수의 광섬유 라인(301a~304a)을, 도 9a 내지 도 11b에 도시된 바와 같이, 광소자 모듈(101)의 배선층(120)에 트랜치 또는 V-그루브(V-groove) 형태로 이루어진 복수의 광섬유안착홈(404,406)에 각각 수용될 수 있다.
또한, 유리(glass) 광섬유(GOF)인 경우, 복수의 광섬유(301~304)의 피복층(312)이 상호 붙어있는 형태로 제작되어 하나의 광케이블(300a)로서 단일체를 이룰 수 있으며, 외주에 피복층(312)이 형성되어 있는 상태 그대로 도 8a, 도 8b 및 도 11c와 같이 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 것도 가능하다.
이 경우, 본 발명에서는 복수의 광섬유(301~304) 각각의 직경은 400㎛인 것을 적용할 수 있으며, 이러한 400㎛ 직경의 광섬유(301~304)을 사용할지라도 커넥터 플러그(100)의 전체적인 두께를 1mm 정도로 슬림하게 구현할 수 있다.
외주에 피복층(312)이 형성되어 있는 상태 그대로 광섬유(301~304)를 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입하는 경우는 도 11a 및 도 11c에 도시된 바와 같이 광폭의 광섬유안착홈을 형성한다.
커넥터 플러그(100)에 형성되는 광섬유 삽입채널(305)은 도 8a 및 도 8b에 도시된 제3 및 제4 실시예와 같이 400㎛ 직경의 광섬유(301~304)를 개별적으로 또는 전체를 지지하거나, 도 9a 및 도 9b에 도시된 제5실시예와 같이 선단부와 후단부에서 125㎛ 직경의 광섬유 라인(301a~304a)과 400㎛ 직경의 광섬유(301~304)를 동시에 지지하는 형태로 지지할 수 있다.
도 8a에 도시된 제3실시예에서는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 위에 광섬유(301~304)를 개별적으로 지지하는 데 필요한 광섬유 정렬 가이드(410a,410b,412d~412f)를 형성하고, 도 8b에 도시된 제4실시예에서는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 위에 광섬유(301~304) 전체를 지지하는 데 필요한 광섬유 정렬 가이드(410a,410b)를 형성한다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 제5실시예에서는 광섬유 라인(301a~304a)을 수용하는 선단부에는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 위에 광섬유 라인(301a~304a) 각각을 수용하기 위한 4개의 광섬유안착홈(406)을 형성하도록 광섬유 정렬 가이드(421~425)를 동일한 간격으로 형성하고, 광섬유(301~304)를 수용하는 후단부에는 배선층(120) 위에 광섬유(301~304) 전체를 수용하도록 하나의 광섬유안착홈을 형성하는 광섬유 정렬 가이드(420)를 간격을 두고 양측에 형성한다.
이에 따라 선단부에 125㎛ 직경의 광섬유 라인(301a~304a)이 배치되고 후단부에 400㎛ 직경의 광섬유(301~304)를 갖는 광케이블(300a)을 안정되게 지지할 수 있다.
또한, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 제7실시예에서는 광섬유 삽입채널(305)을 형성할 때, 광섬유 라인(301a~304a)을 수용하는 선단부에는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 위에 광섬유 라인(301a~304a) 각각을 수용하기 위한 4개의 광섬유안착홈(406)을 형성하도록 광섬유 정렬 가이드(421~425)를 형성하고, 광섬유(301~304)를 수용하는 후단부에는 배선층(120)을 식각하여 광섬유(301~304) 전체를 수용하는 하나의 광섬유안착홈(402)을 형성한다.
이 경우, 광섬유안착홈(402)의 양측변에는 배선층(120)으로부터 돌출되어 광섬유(301~304)의 양측면을 지지하는 광섬유 정렬 가이드(410a)를 구비할 수 있다.
제7실시예는 광섬유 라인(301a~304a)과 광섬유(301~304)를 지지하는 광섬유안착홈이 단차를 가지고 있어 이를 동시에 지지하면서도 실장 높이를 최소화할 수 있는 이점이 있다. 배선층(120)을 식각하여 형성된 광섬유안착홈(402)은 광섬유(301~304)의 삽입위치를 한정하는 스토퍼 역할을 한다.
더욱이, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 제6실시예에서는 광섬유 삽입채널(305)을 형성할 때, 광섬유 라인(301a~304a)과 광섬유(301~304)를 지지하는 안착홈이 단차를 가지고 있다는 점은 제7실시예와 동일하나 별도의 광섬유 고정블록(430)에 형성하고 이를 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 위에 접합 고정시키거나 또는 배선층(120) 위에 폴리머층을 형성한 후 이를 패터닝하여 일체로 형성할 수 있다.
상기 광섬유 고정블록(430)에는 광섬유 라인(301a~304a)을 수용하는 선단부에는 광섬유 라인(301a~304a) 각각을 수용하기 위한 4개의 광섬유안착홈(408)을 형성하도록 광섬유 고정블록(430)에 광섬유 정렬 가이드(431~435)를 형성하고, 광섬유(301~304)를 수용하는 후단부에는 광섬유 고정블록(430)을 식각하여 광섬유(301~304) 전체를 수용하는 하나의 광섬유안착홈(402a)과, 광섬유안착홈(402a) 내부에 광섬유(301~304) 각각의 하단부 일부를 수용하는 4개의 소형 광섬유안착홈(404a)을 형성한다.
상기와 같이 광섬유 삽입채널(305)에 광섬유 라인(301a~304a)과 광섬유(301~304)를 조립 고정하는 방법은 먼저, 광섬유 삽입채널(305)의 입구에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 미리 설정한 용량만큼 채우고, 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 복수의 광섬유 라인(301a~304a) 또는 광섬유(301~304)를 하나씩 집어서 광섬유 삽입채널(305)에 밀어 넣은 후, 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법을 사용할 수 있다.
커넥터 플러그(100)는 단수 또는 복수의 광 채널을 지지하도록 구성될 수 있다. 복수의 광 채널을 구비하는 실시예에서는, 커넥터 플러그(100)는 송신 및 수신을 위한 광학부품(171) 및 광 엔진(110)의 대응 송수신 부품을 구비할 수 있다.
상기와 같이 반도체 패키지 타입으로 제조되는 커넥터 플러그(100)는 외부접속단자(160)가 예를 들어, 광소자 모듈(101)의 외측면에 도전성 스트립 형태로 형성되어 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 갖도록 구현될 수 있다.
이 경우, 외부접속단자(160)는 광소자 모듈(101)의 외측면에 돌출되어 형성되거나, 외부접속단자(160)가 광소자 모듈(101)의 외측면과 동일한 레벨로 형성될 수 있다.
이 경우, 광소자 모듈(101)은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP 방식으로 SIP(System In Package) 패키지를 형성함에 따라 몰드 몸체(111)와 배선층(120)이 각각 200㎛, 100㎛ 두께로 박막으로 형성될 수 있게 되었고, 광섬유 정렬 가이드부재는 직경이 400㎛인 광섬유(301~304)를 수용하도록 제작되어, 그 결과 본 발명의 커넥터 플러그(100)는 1㎜ 두께를 구현할 수 있으며, 전체적으로 소형 크기로 제작된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 도 6 및 도 7을 참고하여 설명한다.
제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 사용되는 커넥터 플러그(100a)는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)(110)을 구비하는 광소자 모듈(101); 광섬유 고정블록(430)과 광학부품 정렬 가이드(400)를 위치 설정하기 위한 제1 및 제2 설치영역(460,462)을 정의하는 제1 및 제2 블록 가이드(450,452); 상기 제1설치영역(460)에 설치되며 선단부에 복수의 광섬유 라인(301a~304a)이 노출된 광섬유(301~304)를 수용하여 지지하도록 내부에 복수의 광섬유안착홈(408)이 형성되어 있는 광섬유 고정블록(430); 상기 광신호를 광섬유와 광 엔진 (110)사이에서 전달하는 광학부품(171); 및 상기 제2설치영역(462)에 설치되며 광학부품(171)의 일단을 지지하는 스토퍼 역할을 하는 광학부품 정렬 가이드(400);를 포함하고 있다.
복수의 광섬유안착홈(408)은 제1실시예의 복수의 광섬유(301~304)가 안착되는 개방(open) 구조의 광섬유 삽입채널(305)과 동일한 역할을 한다.
상기 제1 및 제2 블록 가이드(450,452)는 제1 및 제2 설치영역(460,462)을 정의하도록 내측에 한쌍의 구획돌기(454)가 대향하여 돌출되어 있으며, 한쌍의 구획돌기(454)의 내측에는 조립되는 광섬유(301~304)에 대응하여 복수의 광학 렌즈(124)가 광소자 모듈(101)의 배선층(120)에 간격을 두고 형성되어 있다.
제2실시예에서 광학부품(171)은 반사 미러로 구성될 수 있으며, 광섬유 고정블록(430)에 광섬유(301~304)가 조립 고정되고, 광학부품 정렬 가이드(400)가 설치된 상태에서 광학부품 정렬 가이드(400)와 광섬유(301~304)를 이용하여 경사지게 가조립이 이루어진 후, 접착제를 사용하여 고정된다.
또한, 광학부품(171)은 반사 미러 대신에 광신호의 경로를 90° 변환하는 직각 프리즘을 채용할 수 있다.
제2실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7에서 미설명 부재번호(320)는 각각 원통형 구조의 복수의 광섬유(301~304)를 평탄면인 광섬유 고정블록(430)의 안착면에 보다 넓은 면적으로 지지될 수 있게 설치된 지지홀더를 가리킨다.
제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 제1실시예와 비교할 때, 광소자 모듈(101)은 광섬유 라인(301a~304a)이 노출된 광섬유(301~304)를 고정하는 데 필요한 광섬유 정렬 가이드부재가 배선층(120)의 상부에 직접 형성되지 않고 광섬유 고정블록(430)에 형성된 후 광소자 모듈(101)에 조립되는 점에서 차이가 있다.
그 결과, 제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 광섬유 정렬 가이드부재를 배선층(120)의 상부에 직접 형성하는 대신에 미리 제작된 광섬유 고정블록(430)을 광소자 모듈(101)에 조립함에 의해 제조공정시간을 단축할 수 있다.
제2실시예에서는, 복수의 광섬유(301~304)를 커넥터 플러그(100a)에 조립할 때 픽-앤-플레이스(pick & place) 또는 픽-앤-푸쉬(pick & push) 방식으로 실장할 수 있어 용이하게 조립이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 제2실시예에서는 광섬유 고정블록(430)과 광학부품 정렬 가이드(400)를 제1 및 제2 블록 가이드(450,452)에 의해 정의된 제1 및 제2 설치영역(460,462)에 조립한 후, 광섬유 고정블록(430)에 광섬유(301~304)를 조립하고, 광학부품 정렬 가이드(400)와 광섬유(301~304)를 이용하여 광학부품(171)을 경사지게 조립할 수 있다.
따라서, 제2실시예에서는 개별적인 광학부품(171)을 사용할지라도 광소자(130)와 광학부품(171) 사이의 정렬과 광학부품(171)과 광섬유(301~304) 사이의 정렬이 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.
도 15는 본 발명의 제8실시예에 따라 광소자 모듈에 형성된 광섬유 정렬 가이드부재와 광학부품 정렬 가이드를 이용하여 광섬유와 광학부품이 조립된 커넥터 플러그이고, 도 16은 도 15의 부분 확대도이다.
제8실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 사용되는 커넥터 플러그(100b)는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)(110)을 포함하도록 SIP(System In Package) 형태로 제작되는 광소자 모듈(101)과, 상기 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)를 자동으로 정렬하여 위치 설정하도록 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성되어 복수의 광섬유(301~304)가 안착되는 개방(open) 구조의 광섬유 삽입채널(305)을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재(410)와, 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 배치되어 광섬유(301~304)와 광 엔진(110) 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품(172)과, 상기 광학부품(172)을 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 배치되도록 정렬시키기 위한 광학부품 정렬 가이드(400)를 포함하고 있다.
제8실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 도 2 내지 도 4에 도시된 제1실시예의 커넥터 플러그(100)와 기본 구조는 동일하며, 단지 광섬유(301~304)와 광 엔진(110) 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품(171) 대신에 광학부품(172)이 채용된 점이 다르다.
제8실시예의 설명시에 제1실시예의 커넥터 플러그(100)와 동일한 부분은 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1실시예의 광학부품(171)은 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304) 사이의 직교 지점에 배치되어 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환소자의 역할을 하는 것으로, 예를 들어, 평면의 실리콘 기판, 또는 수지 기판(171)에 메탈층(171a)을 형성하여 입사 광의 전반사(specular reflection)가 이루어지는 반사 미러를 채용한 것이다.
제8실시예에서 광학부품(172)은 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 배치되는 프리즘(prism)으로 구성되며, 광신호의 경로를 90° 변환하여 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이에 광을 전달하는 광 경로 변환소자의 역할을 할 수 있는 직각 프리즘을 사용할 수 있다.
상기 직각 프리즘은 단면이 2등변 직각 삼각형이 되는 전반사 프리즘으로서 투명한 유리 또는 아크릴로 제작될 수 있으며, 도 15에 도시된 직각 프리즘(ABC)에서 측면 AB 또는 측면 AC에 수직으로 입사한 광을 측면 BC에서 90° 편각(angle of deviation)하여 사출하는 역할을 할 수 있다.
상기 광학부품 정렬 가이드(400)는 광 엔진(110)의 광소자(130)와 광섬유(301~304)의 광섬유 라인(301a~304a) 사이의 직교 지점에 광학부품(172), 즉 직각 프리즘이 배치되도록 정렬시키는 역할을 한다. 즉, 직각 프리즘(ABC)의 일측면 AC이 광소자 모듈(101)의 일면에 장착될 때, 측면 AB이 광섬유 정렬 가이드부재(410)의 선단부와 접촉하고 모서리(C)가 광학부품 정렬 가이드(400)에 제한되도록 설치된다. 즉, 직각 프리즘(ABC)은 광섬유 정렬 가이드부재(410)와 광학부품 정렬 가이드(400)에 삽입되어 위치가 고정되며, 접촉지점에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 도포하고 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법으로 고정시킬 수 있다.
이 경우, 광학부품 정렬 가이드(400)는 직각 프리즘(ABC)를 지지하는 스토퍼 역할을 한다.
상기한 바와 같이, 제8실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 광소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성된 광섬유 삽입채널(305)에 광섬유(301~304) 또는 광섬유 라인(301a~304a)을 조립하고, 광학부품 정렬 가이드(400)와 광섬유 정렬 가이드부재(410) 사이에 광학부품(172)을 조립함에 의해 개별적인 광학부품(172)을 사용할지라도 광소자(130)와 광학부품(172) 사이의 정렬과 광학부품(172)과 광섬유(301~304) 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.
상기한 실시예 설명에서는 광케이블의 일측 단부에 연결된 제1커넥터 플러그에 대하여 설명하였으나, 광케이블의 타측 단부에 연결된 제2커넥터 플러그도 동일한 구성을 가질 수 있다. 단, 제1커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자가 광신호를 발생하는 레이저 다이오드가 사용된 경우, 제2커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자는 광신호를 수신하는 포토다이오드가 사용되는 점에서 차이가 있다.
본 발명의 커넥터 플러그는 액티브 광 케이블(AOC)을 구성하면서 단말기와 단말기를 상호 연결하도록 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 외부접속단자(160)를 형성할 수도 있다.
또한, 상기 커넥터 플러그의 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격 이외에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
복수의 도전성 스트립으로 외부접속단자(160)를 형성하는 경우는 본 발명의 커넥터 플러그(100)가 도 1과 같이 단말기(10)의 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 경우에 적용될 수 있다.
외부접속단자(160)가 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성되는 경우는 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이의 상호 연결(board-to-board interconnection), 칩과 칩 사이의 상호 연결(chip-to-chip interconnection), 보드와 칩 사이의 상호 연결(board-to-chip interconnection)이나 또는 단말기 메인 보드와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하는 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)에 적용될 수 있다.
이 경우는 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 대신에 커넥터 플러그(100)가 하나의 칩과 같이 솔더 볼이나 금속 범프를 이용하여 보드(board)에 형성된 도전성 전극패드에 솔더링되어 고정 결합되는 것이다.
상기와 같이, 물리적인 교합 포트-커넥터 플러그 결합을 생략함에 따라 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱을 거치지 않고 온-보드 상호 연결이 이루어지게 된다.
그 결과, 온-보드 상호 연결이 이루어지면 신호 경로를 최소한으로 단축함에 의해 신호 저하와 지터를 감소시키고 신호 무결성을 향상시키며, 신호 경로 상의 기생전류성분으로 인해 발생하는 데이터 오류를 감소시킬 수 있으며, 전반적인 보드 개발 작업을 줄여서 엔지니어링 비용을 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 커넥터 플러그가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 응용예를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 14a 및 도 14b를 참고하면, 응용예에 따른 커넥터 플러그가 보드에 바로 탑재된 온-보드 상호 연결 구조는 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 커넥터 플러그(100)의 외부접속단자(160)가 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Arrays), DSP, 콘트롤러 등을 구성하는 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 고정 결합되는 경우이다.
즉, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 매칭시킨 후 리플로우(reflow) 공정을 거침에 따라 커넥터 플러그(100)와 보드(41) 사이의 상호 연결이 이루어지게 된다. 이 경우, 외부접속단자(160)의 솔더 볼과 결합되는 보드(41)의 전극패드는 예를 들어, BGA(Ball Grid Arrys), QFN(Quad Flat Non-leaded Package) 등의 구조로 이루어질 수 있다.
상기 보드(board)(41)는 예를 들어, FPGA 또는 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 등을 구성하는 데 사용되는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있으며, 보드(board)(41) 위에는 복수의 집적회로(IC) 칩(43)과 전자 부품(42)이 탑재될 수 있다.
FPGA는 일반적으로 디지털 신호 프로세서(DSP), ASIC 초기버전, 소프트웨어 정의 라디오, 음성인식, 머신러닝 시스템 등의 다양한 분야의 기능성 시스템에 적용되고 있으며, 보드(board)(41)에 1개 또는 2개의 커넥터 플러그(100)가 직접 결합될 수 있으며, 각각 광케이블(300a)을 통하여 이들 시스템을 다른 기능성 보드(시스템) 또는 단말기에 바로 연결하는 역할을 할 수 있다.
더욱이, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 갖는 커넥터 플러그(100) 또는 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP; System in Package) 형태로 복수의 다른 기능을 갖는 집적회로(IC) 칩들이 단일 패키지로 통합되거나, SOC(System on Chip) 형태로 커넥터 플러그(100)를 포함하여 여러가지 기능이 단일 칩에 내장되거나, SoB(System on Board) 또는 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.
상기한 SiP, SoC, SoB 또는 PoP 형태로 함께 패키지가 이루어질 수 있는 집적회로(IC) 칩 또는 기능 소자는 예를 들어, 신호처리 기능을 갖는 프로세서로서 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), DSP(Digital Signal Processor), ISP(Image Signal Processor)의 집적회로 칩(IC Chip), 각종 다기능 처리용 복수의 집적회로(IC)를 필요로 하는 차량용 ECU(Electronic Control Unit), 자율주행 차량, 인공지능(AI) 등의 집적회로 칩(IC Chip)을 들 수 있다.
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 광학부품의 수동 정렬(Passive Alignment)도 쉽게 이루어질 수 있는 커넥터 플러그를 이용하여 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 구성할 수 있으며, 수십 Giga~100G 이상의 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하여 보드와 보드 사이, UHDTV급의 TV와 주변기기 사이의 데이터 전송에 사용되는 액티브 광 케이블(AOC)에 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈;
    상기 광소자 모듈의 일면에 형성되어 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 정렬 가이드부재; 및
    상기 광소자 모듈에 설치되어 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하는 광학부품;을 포함하는 커넥터 플러그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학부품은 광소자 모듈의 표면에 45°로 경사지게 설치되는 반사 미러인 커넥터 플러그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사 미러는 평면의 실리콘 기판 또는 수지 기판에 메탈층이 형성된 커넥터 플러그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광소자 모듈에 설치되며 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 상기 광학부품이 배치되도록 광섬유 정렬 가이드부재와 미리 설정된 거리를 두고 배치되는 광학부품 정렬 가이드;를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사 미러의 일측 모서리가 광소자 모듈의 표면에 접촉하고 다른 모서리가 상기 광학부품 정렬 가이드의 상단 모서리에 접촉하도록 설치되며,
    상기 반사 미러의 일측 모서리가 광학부품 정렬 가이드의 선단부로부터 광학부품 정렬 가이드의 높이와 동일한 거리 만큼 떨어진 지점에 위치설정되는 커넥터 플러그.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학부품은 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러인 커넥터 플러그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학부품은 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 배치되는 직각 프리즘인 커넥터 플러그.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 직각 프리즘이 배치되도록 정렬시키는 스토퍼 역할을 하는 광학부품 정렬 가이드부재를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 정렬 가이드부재는 광섬유 삽입채널에 장착된 광섬유를 광 엔진의 광소자와 동일선상에 배치시키는 커넥터 플러그.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광학부품은 상기 광신호의 경로를 90° 변환하여 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이에 광을 전달하는 광 경로 변환소자인 커넥터 플러그.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 정렬 가이드부재는 복수의 광섬유가 삽입되는 복수의 광섬유 삽입채널을 형성하도록 동일한 간격으로 배치된 복수의 광섬유 정렬 가이드를 포함하는 커넥터 플러그.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유 삽입채널의 선단부에 형성되어 픽-앤-푸쉬(pick & push)방식으로 광섬유를 조립할 때 광섬유의 선단부가 위치할 지점을 정의하기 위한 복수의 스토퍼 돌기를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유 삽입채널의 선단부와 미리 설정된 거리를 두고 복수의 광소자가 각각 배치되도록 광소자 어레이 IC가 광소자 모듈의 내부에 매입되어 있는 커넥터 플러그.
  14. 제13항에 있어서,
    각각 상기 복수의 광소자가 매입된 광소자 모듈의 표면에 배치되어 광소자로부터 발생된 광이 광학부품에 집속하도록 광의 경로를 제어하기 위한 복수의 광학 렌즈를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학부품은 광 엔진의 광소자와 광섬유 사이의 직교 지점에 배치되어 광섬유와 광 엔진 사이에서 광신호를 전달하도록 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 90° 변환하는 광 경로 변환부재인 커넥터 플러그.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광소자 모듈은
    몰드 몸체에 의해 봉지된 광 엔진;
    외부와 전기적으로 연결되는 외부접속단자; 및
    상기 외부 접속 단자와 광 엔진을 상호 연결하기 위한 배선층;을 포함하는 커넥터 플러그.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 외부 접속단자는 몰드 몸체의 제1면에 형성되고, 상기 배선층은 몰드 몸체의 제2면에 형성되며,
    상기 외부 접속단자와 배선층을 상호 연결하도록 몰드 몸체를 관통하여 형성되는 도전성 수직 비아;를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  18. 내부에 봉지된 광소자에 의해 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈;
    상기 광소자 모듈의 일면에 형성되며 길이방향을 따라 제1 및 제2 설치영역을 정의하는 제1 및 제2 블록 가이드;
    상기 제1설치영역에 설치되며 상부면에 적어도 하나의 광섬유가 안착되는 광섬유 삽입채널을 갖는 광섬유 고정블록;
    상기 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품; 및
    상기 제2설치영역에 설치되며 광학부품의 일단을 지지하는 광학부품 정렬 가이드;를 포함하는 커넥터 플러그.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 설치영역을 정의하도록 제1 및 제2 블록 가이드의 내측에 대향하여 돌출된 한쌍의 구획돌기; 및
    상기 한쌍의 구획돌기의 내측에 광섬유 삽입채널에 안착된 적어도 하나의 광섬유에 대응하여 간격을 두고 형성된 적어도 하나의 광학 렌즈;를 더 포함하는 커넥터 플러그.
  20. 광섬유 삽입채널을 갖는 커넥터 플러그; 및
    상기 광섬유 삽입채널에 광섬유가 결합되는 광케이블;을 포함하며,
    상기 커넥터 플러그는 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 커넥터 플러그인 액티브 광 케이블(AOC) 조립체.
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