WO2023153908A1 - 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 - Google Patents

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

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WO2023153908A1
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sip
electronic
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    • H01L2224/0237—Disposition of the redistribution layers
    • H01L2224/02379—Fan-out arrangement

Definitions

  • the present invention relates to an optical system-in-package (O-SIP), and more particularly, to an optical system-in-package (O-SIP) including a photonic IC and an electronic IC in a package, and an optical module using the same and an optical transceiver.
  • O-SIP optical system-in-package
  • O-SIP optical system-in-package
  • a semiconductor chip not only serves as a logic or driving IC, but also can manufacture a light-receiving element capable of responding to light or a light-emitting element emitting light.
  • These optical devices are used in various fields, and for example, an optical transceiver responsible for optical connection between servers, an optical module that transmits image data between a TV and a set-top box, or between VR (virtual reality) glasses and a graphic processing unit (GPU) can be used for
  • a proximity sensor including a light emitting element, a time of flight (TOF) sensor, and a light detection and ranging (LIDAR) sensor are utilized.
  • TOF time of flight
  • LIDAR light detection and ranging
  • An optical device must be used together with an electronic device that drives or interfaces the optical device, and through this, an optical signal is converted into an electronic signal.
  • an optical element and an electronic element may be used together for a module that converts an optical signal into a digital signal.
  • an element that converts characteristics of received light into image data or depth data may be used together with an optical element.
  • PCB printed circuit board
  • CoB Chip-on-Board
  • a semiconductor packaging method according to the FOWLP can be used to package optical/electronic devices at the wafer level. It is a technology that can improve performance by using a high-precision redistribution layer (RDL).
  • RDL redistribution layer
  • optical path is perpendicular to the light emitting device chip, so the optical path is arranged on one side of the package and electrical connection with the outside is made on the opposite side of the package. to form terminal pads for Also, in such an optical/electronic package, a redistribution layer for connecting chips molded therein is disposed on one surface of the optical/electronic package having an optical path.
  • An object to be solved by the present invention is that when an optical/electronic package is performed using a semiconductor package, since a fan-out terminal pad is disposed on the opposite surface of the package, the first surface opposite to the first surface of the package. It is to solve the problem of forming a conductive via (VIA) penetrating the package in order to connect to a fan-out terminal pad disposed on two surfaces.
  • VIP conductive via
  • terminal pads and the redistribution layer (RDL) that interconnects chips molded inside the package are located on opposite sides of the package using the conductive VIA, unless the wiring layer inside the package is made on both sides. Terminal pads can only be arranged in Fan-Out form, and placement in Fan-In form is impossible. If the fan-in type terminal pad arrangement including the area where the chip is located is excluded and the terminal pad arrangement is only fan-out type, the advantage of integration is lost due to the increase in the area of the package.
  • redistribution layers can be formed on both sides of the package to manufacture fan-in and fan-out type pads, but this causes an increase in process cost.
  • this increases the cost more than the cost of simply increasing the redistribution layer disposed on one side.
  • the heat transfer path may be obstructed if the molded chip is dissipated through the lower part of the package due to the addition of the redistribution layer below the package.
  • the existing method has a problem that the heat dissipation path between the heat dissipation structure and the chip is obstructed by the PCB.
  • the present invention can provide an optical system-in-package (O-SIP) including a photonic IC and an electronic IC in a package, an optical module and an optical transceiver using the same.
  • O-SIP optical system-in-package
  • an optical module obtained by combining an O-SIP having a light emitting element and a light receiving element at the same time with a main board (PCB) or a module board (PCB) is combined with a case having an IR window to have a simple and slim structure
  • a proximity sensor of can be provided.
  • an optical system-in-package includes a mold body having flat first and second surfaces on lower and upper portions; Photonic IC molded inside the mold body to expose bonding pads on the second surface: Electronic IC molded inside the mold body at a distance from the photonic IC so that bonding pads are exposed on the second surface and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body and having a plurality of fan-out terminal pads arranged to electrically connect the photonic IC and the electronic IC to the outside while interconnecting the photonic IC and the electronic IC.
  • the photonic IC may include at least one of a light emitting element, a light receiving element, a chip providing an additional function to the light emitting element or light receiving element or processing a signal, and a PLC (Planar Lightwave Circuit).
  • the electronic IC includes a driving circuit for driving the light emitting element, a circuit for receiving and amplifying and/or converting an electrical signal from the light receiving element, a laser diode driver (LD Driver) IC, a CDR (Clock Data Recovery), It may include one of an equalizer, a TransImpedance Amplifier (TIA), I2C communication, and Digital Signal Processing (DSP).
  • a driving circuit for driving the light emitting element a circuit for receiving and amplifying and/or converting an electrical signal from the light receiving element
  • LD Driver laser diode driver
  • CDR Chip Data Recovery
  • It may include one of an equalizer, a TransImpedance Amplifier (TIA), I2C communication, and Digital Signal Processing (DSP).
  • TIA TransImpedance Amplifier
  • I2C communication I2C communication
  • DSP Digital Signal Processing
  • An optical system-in-package (O-SIP) according to an embodiment of the present invention has upper surfaces bonded to lower portions of the photonic IC and electronic IC and first and second metal structures for heat dissipation having exposed lower surfaces, respectively. may further include.
  • An optical system-in-package (O-SIP) is inserted between the photonic IC and the electronic IC through the mold body, and the upper end is connected to the redistribution layer and the lower end is exposed.
  • a third metal structure and a metal connection layer interconnecting lower surfaces of the first to third metal structures to connect the redistribution layer to lower portions of the photonic IC and the electronic IC, the lower surfaces of which are exposed.
  • the optical system-in-package (O-SIP) may further include a thermal interface material (TIM) installed under the metal connection layer to form a heat dissipation path to the metal housing of the main body.
  • TIM thermal interface material
  • the optical system-in-package may form a light transmitting subassembly (TOSA) to which a light emitting element is applied as the photonic IC and a light receiving subassembly (ROSA) to which a light receiving element is applied as a photonic IC. .
  • TOSA light transmitting subassembly
  • ROSA light receiving subassembly
  • the photonic IC includes a light input/output unit on a second surface, and a micro lens formed on a redistribution layer (RDL) located above the optical input/output unit through a micro electro mechanical system (MEMS) or an imprint process.
  • RDL redistribution layer
  • MEMS micro electro mechanical system
  • a meta-surface serving as a metalens may be further included.
  • a photonic IC and an electronic IC for driving or interfacing the photonic IC are molded inside a mold body having flat first and second surfaces on the lower and upper sides.
  • an optical system-in-package (O-SIP) for generating signals or receiving optical signals; and a lower surface of which the optical system-in-package (O-SIP) is mounted, and a plurality of electronic components for controlling transmission and reception of the optical system-in-package (O-SIP) are mounted on an upper surface.
  • PCB circuit board
  • the printed circuit board (PCB) generates or receives an optical signal in a vertical direction from the photonic IC at a portion corresponding to the optical input/output part of the photonic IC. It is characterized in that it includes a through hole forming an optical path when the optical path is formed.
  • a plurality of fan-out terminal pads are electrically connected to the outside while interconnecting the photonic IC and the electronic IC on the second surface where the optical input/output unit of the photonic IC is disposed.
  • the optical module according to an embodiment of the present invention is positioned above the through hole of the printed circuit board (PCB) and bends the optical path 90 degrees from vertical to horizontal to transfer the optical signal between the optical fiber and the photonic IC. It further includes an optical component, and the optical component may be connected to an optical cable connector including an LC receptacle through an optical fiber.
  • PCB printed circuit board
  • a photonic IC and an electronic IC for driving or interfacing the photonic IC are molded inside a mold body having flat first and second surfaces on the lower and upper sides.
  • an optical system-in-package (O-SIP) for generating signals or receiving optical signals;
  • the optical system-in-package (O-SIP) is mounted on a lower surface, and a plurality of electronic components for controlling transmission and reception of the optical system-in-package (O-SIP) are mounted on an upper surface,
  • a printed circuit board (PCB) having a slot-type coupling groove on one side thereof; and a front end portion having an inclined surface is coupled to the coupling groove, and when an optical signal of multiple channels generated from the photonic IC is received, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) function is performed to transmit the optical signal to the optical fiber or receive the optical signal from the optical fiber.
  • AWG arrayed waveguide grating
  • the rear end of the AWG may be connected to an optical cable connector including an LC receptacle through a ferrule and an optical fiber.
  • the optical system-in-package includes a mold body having flat first and second surfaces on lower and upper portions; Photonic IC molded inside the mold body to expose bonding pads on the first surface: Electronic IC molded inside the mold body at a distance from the photonic IC to expose bonding pads on the first surface and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body and having a plurality of fan-out terminal pads disposed to electrically connect the photonic IC and the electronic IC to the outside while interconnecting the photonic IC and the electronic IC.
  • An optical transceiver is characterized in that it includes an optical module: and a housing accommodating the optical module.
  • O-SIP optical system in package
  • the photonic IC and the electronic IC are molded in a package, and an exposed surface of the IC having a terminal pad and an optical input/output portion is molded to face the redistribution layer (RDL).
  • RDL redistribution layer
  • a redistribution layer is positioned on the mold, and terminal pads for external connection may be positioned on the redistribution layer.
  • a micro lens, an optical system, a meta-surface, or a layer having various patterns may be fabricated at a wafer level through an additional MEMS (Micro Electro Mechanical System) or imprint process.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the meta-surface which serves as a metalens, is composed of nano-sized pillars or fin-like structures, and can focus light without image distortion.
  • the optical input/output may be blocked by the main PCB.
  • SMT Surface Mount Technology
  • the present invention can solve the problem by making a through hole in the main PCB or by making a light entrance using a transparent material. After that, necessary optical components such as lenses and optical fibers can be assembled on the main PCB.
  • a metal structure for heat dissipation may be disposed under the molded photonic IC and electronic IC for heat dissipation of the photonic IC and electronic IC.
  • the metal structure surface is opened so that the metal structure is exposed on the opposite side of the package facing the redistribution layer of the FOWLP, and a heat sink or thermal interface material (TIM) is formed on the exposed metal structure surface. It is connected to a heat dissipation structure such as to form a heat dissipation path.
  • the metal structure may be connected to a redistribution layer located on the upper surface of the FOWLP.
  • the metal structure and the redistribution layer of the FOWLP are connected with a conductive VIA, or the metal structure by the metal connection layer. can be electrically connected between them.
  • the photonic IC is an integrated circuit that performs optical processing and plays a role in converting optical signals into electrical signals or converting electrical signals into optical signals.
  • the photonic IC 130 may be a light emitting device such as a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) or a Laser Diode (LD), or a photodiode (PD).
  • VCSEL Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
  • LD Laser Diode
  • PD photodiode
  • Photodiode avalanche photodiode (APD), CMOS image sensor (CIS) in which a plurality of photodiodes (PD) are arranged in an array, CCD image sensor, ToF (Time of Flight)
  • CMOS image sensor CIS
  • PD photodiodes
  • CCD image sensor CCD image sensor
  • ToF Time of Flight
  • the photonic IC is manufactured by processing a Si substrate based on a CMOS manufacturing process, and includes a laser diode (LD) capable of generating a laser beam and a grating (SiPh; Silicon Photonics) can also be applied.
  • the silicon photonics (SiPh) may generate laser in a direction perpendicular to one surface of the chip from the grating.
  • the avalanche photodiode is a photodiode (PD) having a photocurrent amplification mechanism therein, and can be widely used as an optical detector in optical transmission.
  • the electronic IC is used to operate according to the photonic IC.
  • the electronic IC may operate with a trans-impedance amplifier for amplifying an electrical signal due to photon collision on the photodiode.
  • the electronic IC may use a driving circuit that drives the light emitting device.
  • the O-SIP of the present invention uses a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), a CMOS image sensor (CIS), and a CCD image instead of the electronic IC.
  • PD photodiode
  • APD avalanche photodiode
  • CIS CMOS image sensor
  • CCD image instead of the electronic IC.
  • a sensor, a time of flight (ToF) sensor, and a chip that additionally includes a signal processing device as a circuit or integrated circuit (IC) that provides additional functions to these or processes signals may be applied.
  • the O-SIP of the present invention is a photonic IC, such as a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), a light-emitting device such as a laser diode (LD), and a photodiode.
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • LD laser diode
  • PD photodiode
  • Avalanche Photodiode Avalanche Photodiode
  • CIS CMOS Image Sensor in which a plurality of photodiodes (PD) are arranged in an array, CCD image sensor, ToF (Time It may include both a light receiving element such as a sensor of flight and an electronic IC 140 for driving the photonic IC 130.
  • the present invention is an optical system-in-package in which a plurality of photonic ICs and electronic ICs are placed inside a package made of a SiP form without using a separate substrate, and an optical path between the photonic IC and the outside of the SiP is formed ( O-SIP: Optical System In Package) is disclosed.
  • O-SIP Optical System In Package
  • an electronic IC (chip) operating according to the photonic IC is integrated together with the photonic IC using a flip chip package technology without wire-bonding and at the same time, elements are integrated without using a substrate.
  • a slim O-SIP can be implemented by packaging the photonic IC and electronic IC with a fan-out technology that increases the number of input/output terminals by pulling out the input/output (I/O) terminals, the so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method. there is.
  • the O-SIP is a type of SiP (System In Package) technology, and is packaged using an encapsulation material such as an epoxy mold compound (EMC) to fix a chip (die) without using a substrate such as a PCB.
  • EMC epoxy mold compound
  • the optical module obtained by combining the O-SIP according to the present invention to the main board (PCB) or module board (PCB) not only forms a slim structure as a whole, but also is attached to the rear surface of the O-SIP instead of the main board (PCB) Since heat can be dissipated through a heat sink or a body housing made of metal through a metal structure for heat dissipation, performance degradation can be prevented.
  • An optical proximity sensor using infrared reflected light that is reflected from a target and returned after infrared (IR) light is emitted has a light emitting element that emits infrared (IR) light and a light receiving element that drives the light emitting element and has a built-in An optical system-in-package (O-SIP) in which a proximity sensor IC having a light receiving function is molded into a mold body; And when the optical system-in-package (O-SIP) is mounted on a lower surface, a printed circuit board having a through hole forming a path of light in a portion corresponding to the light input and output parts of the light emitting element and the light receiving element ( PCB); and the optical proximity sensor is characterized in that it is used by being coupled to a portion where an IR window (Infrared Radiation window) is formed in a portion corresponding to the through hole in the housing of the main body.
  • IR window Infrared Radiation window
  • an optical module obtained by combining an O-SIP having a light emitting element and a light receiving element simultaneously with a main board (PCB) or a module board (PCB) is combined with a case having an IR window to achieve a simple and slim structure.
  • a proximity sensor can be configured.
  • the present invention can solve the problems of cost increase, inefficiency of terminal pad arrangement, and deterioration in heat dissipation performance due to the use of conductive VIA, which are pointed out as disadvantages of the existing FOWLP using conductive VIA.
  • fan-in and fan-out terminal pad arrangements can be used at the same time, so terminal pad arrangement can be efficiently done. Miniaturization and process cost reduction can be achieved.
  • an optical module having a minimum thickness can be manufactured according to each application.
  • the optical module obtained by combining the O-SIP according to the present invention to the main board (PCB) or module board (PCB) not only forms a slim structure as a whole, but also is attached to the rear surface of the O-SIP instead of the main board (PCB) Since heat can be dissipated through a heat sink or a body housing made of metal through a metal structure for heat dissipation, performance degradation can be prevented.
  • an optical module obtained by combining an O-SIP having a light emitting element and a light receiving element simultaneously with a main board (PCB) or a module board (PCB) is combined with a case having an IR window to make a simple and slim It is possible to configure the proximity sensor of the structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a package in which a photonic IC using a light emitting device and an electronic IC are embedded in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a first embodiment of the present invention.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a modified example in which partial or full openings are formed in a redistribution layer in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a first embodiment of the present invention.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a package in which a photonic IC using a light emitting device and a plurality of electronic ICs are embedded in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a second embodiment of the present invention.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a photonic IC using a light emitting element and a light receiving element in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a third embodiment of the present invention and a package in which an electronic IC is embedded.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a package in which a TOSA and a ROSA are separately configured in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a fourth embodiment of the present invention and metal structures for heat dissipation are stacked.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP and optical components according to the first embodiment are mounted on a main PCB according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an optical transceiver fabricated using an optical module according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to a seventh embodiment of the present invention.
  • 10A to 10D are a plan perspective view, a rear perspective view, a rear view, and a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 10C of an optical module for a single-mode detachable optical transceiver according to a seventh embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view of the optical module shown in FIG. 10C.
  • FIGS 12a to 12c show a proximity sensor according to an eighth embodiment of the present invention, respectively, a plan view of an O-SIP chip for a proximity sensor and a perspective view showing an embodiment in which the O-SIP chip for a proximity sensor is mounted on a sensor PCB. and a cross-sectional view showing the structure of the proximity sensor.
  • semiconductor packages are required to play four major roles: mechanical protection, electrical connection, mechanical connection, and heat dissipation.
  • the semiconductor package serves to protect semiconductor chips/devices from external mechanical and chemical impacts by wrapping them with package materials such as EMC (Epoxy Mold Compound).
  • the package serves to physically/electrically connect the molded chip to the system. Electrically, a path must be made to supply power to the chip by connecting the chip and the system, and to input or output signals to perform the desired function. Mechanically, the chip must be well connected so that it stays attached to the system while in use.
  • the semiconductor package completely surrounds the chip, and at this time, if the semiconductor package does not dissipate heat well, the chip overheats and the temperature of the device or chip molded inside rises above the operating temperature, resulting in a situation in which the device or chip stops operating. may be Therefore, it is essential for the semiconductor package to effectively dissipate heat. As the speed of semiconductor products increases and functions increase, the importance of the cooling role of the package is increasing.
  • SiP System in Package
  • a SiP has all parts as a complete system consisting of several chips including a signal processing device such as a microprocessor and multiple memories.
  • the present invention relates to an optical system in package provided in an optical transceiver, etc., and may be mounted on a main PCB to configure an optical module, and the optical module may be embedded in the optical transceiver.
  • the main PCB includes a Laser Diode Driver (LDD) and a Clock Data Recovery (CDR) for Transmitter Optical Sub-Assembly (TOSA) and a TIA for Receiver Optical Sub-Assembly (ROSA).
  • LDD Laser Diode Driver
  • CDR Clock Data Recovery
  • TOSA Transmitter Optical Sub-Assembly
  • ROSA Receiver Optical Sub-Assembly
  • MCU microcontroller unit
  • the main PCB includes an ADC and a DAC and digitally processes signals by a microcontroller unit (MCU) and an FPGA or consists of a digital signal processing unit (DSP) and a driver and is composed of TOSA (optical transmission subassembly) and ROSA (optical reception). It is also possible to drive a sub-assembly).
  • MCU microcontroller unit
  • DSP digital signal processing unit
  • the main PCB may be configured in various ways other than that.
  • 1 is a cross-sectional view showing a package in which a photonic IC using a light emitting element and an electronic IC are embedded in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a first embodiment of the present invention
  • 2 is a cross-sectional view of an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to the first embodiment of the present invention, in which partial or full openings are formed in the redistribution layer.
  • O-SIP optical system-in-package
  • O-SIP 100 includes a photonic IC 130 and an electronic IC 140 inside a mold body 110, and the mold body 110 faces each other and has a flat surface. It has a first surface (lower surface) 112 and a second surface (upper surface) 114.
  • a redistribution layer (RDL) 120 including a plurality of terminal pads 150 for external connection of a package is formed on the second surface (upper surface) 114 of the mold body 110 .
  • a photonic IC 130 and an electronic IC 140 are integrated without wire-bonding using a flip chip package technology and at the same time a board (PCB) ), fan-out technology that increases the number of input/output terminals by pulling out the input/output (I/O) terminals while integrating the elements without using the so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method. It is possible to implement a slim O-SIP (100) while completely solving the height tolerance due to wiring.
  • the O-SIP 100 can be miniaturized and slimmed down to about 1/16 compared to a package using a conventional PCB, and cost reduction can be achieved.
  • the O-SIP 100 is a type of SiP (System In Package) technology, and integrates the photonic IC 130 and the electronic IC 140 in a flip chip form without using a substrate such as a PCB.
  • the mold body 110 is constituted by packaging using an encapsulating material such as an epoxy mold compound (EMC) to fix a chip (die).
  • EMC epoxy mold compound
  • the mold body 110 serves to safely protect the light engine module, which is packaged after being integrated, from impact.
  • the O-SIP 100 having the photonic IC 130 and the electronic IC 140 inside the mold body 110 may constitute a light engine module.
  • the O-SIP 100 performs a manufacturing process using a semiconductor process on a wafer basis, and then the redistribution layer 120 including a plurality of terminal pads 150 on the second surface 114 of the package
  • the O-SIP 100 is obtained as a semiconductor package type by integrally forming and individually separating the dicing process.
  • the photonic IC 130 and the electronic IC 140 are molded inside the package, and a terminal on which a solder ball for electrical connection is mounted on the second surface 114 of the mold body 110.
  • the pad 150 and the light input/output unit 133 are disposed together.
  • the photonic IC 130 is an integrated circuit (IC) that performs optical processing and serves to convert optical signals into electrical signals or convert electrical signals into optical signals.
  • the photonic IC 130 may include, for example, a light emitting device such as a VCSEL or a laser diode (LD), a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), or a CMOS image sensor (CMOS).
  • a light emitting device such as a VCSEL or a laser diode (LD), a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), or a CMOS image sensor (CMOS).
  • Image Sensor CIS
  • CCD image sensor light receiving element
  • ToF Time of Flight
  • IC circuit or integrated circuit
  • the photonic IC 130 may include a Planar Lightwave Circuit (PLC), and a waveguide is formed on a flat-plate chip to provide a beam splitter, a modulator, and a wavelength division multiplexing (WDM). ; Wavelength Division Multiplexing).
  • PLC Planar Lightwave Circuit
  • WDM wavelength division multiplexing
  • the electronic IC 140 drives or interfaces the photonic IC 130, and is an IC that performs electrical signal processing, receiving and amplifying/converting electrical signals from the photonic IC 130, and the like. It can include a laser diode driver (LD Driver) IC, CDR (Clock Data Recovery), Equalizer (Equalizer), TIA (TransImpedance Amplifier), I2C communication, DSP (Digital Signal Processing), etc. It can be composed of IC.
  • LD Driver laser diode driver
  • CDR Chip Data Recovery
  • Equalizer Equalizer
  • TIA TransImpedance Amplifier
  • I2C communication Digital Signal Processing
  • DSP Digital Signal Processing
  • the O-SIP 100 may further include elements having various functions such as a memory, a logic processor, and an analog driver. .
  • various materials including semiconductor materials such as GaAs, InGaAs, Si, SiN, Glass, Quartz, and SiON may be used as an element for the photonic IC 130, and the electronic IC
  • semiconductor materials such as Si, SiC, and SiGe may also be used for the element 140.
  • an encapsulation material such as an epoxy mold compound (EMC) or epoxy resin may be used, and the molding step is performed at a wafer and panel level at once. Several cells may be molded.
  • EMC epoxy mold compound
  • epoxy resin epoxy resin
  • a redistribution layer 120 is formed on the second surface (upper surface) 114 of the mold body 110 formed by the encapsulation material, and the redistribution layer 120 is a terminal pad 150 for external connection of the package. ) is included.
  • polyimide poly(methylmethacrylate) (PMMA), benzocyclobutene (BCB), silicon oxide (SiO 2 ), acrylic, epoxy (Epoxy) series
  • PMMA poly(methylmethacrylate)
  • BCB benzocyclobutene
  • SiO 2 silicon oxide
  • acrylic epoxy
  • Epoxy epoxy
  • the material of the wiring layer itself may serve as developable photoresist (PR), and the wiring layer may be etched after additional PR coating.
  • PR developable photoresist
  • the metal used in the redistribution layer 120 may be formed of various metal materials such as Cu, Al, Au, Ag, or a compound thereof.
  • the redistribution layer 120 shown in FIG. 1 includes bonding pads 134a, 134b, and 144a of the photonic IC 130 and the electronic IC 140 exposed to the second surface 114 of the mold body 110. 144b), a plurality of fan-out type terminal pads for interconnection between the photonic IC 130 and the electronic IC 140 and for connection to the outside of the O-SIP 100 at the same time Bonding pads 134a and 134b (144a and 144b) and the top of the package using first and second connection wires 126 and 128 made of metal formed on the first and second insulating layers 122 and 124 to form 150.
  • the terminal pad 150 is connected in two steps.
  • the terminal pad 150 for external connection generated on the redistribution layer 120 directly exposes the metal surface of the redistribution layer 120 to the outside like a Land Grid Array (LGA) type, or the BGA (Ball Ball) shown in FIG. Like the Grid Array type, it can be manufactured by mounting solder balls on the top of the package.
  • LGA Land Grid Array
  • BGA Ball
  • the photonic IC 130 is composed of a laser diode for generating an optical signal and/or a photodiode for receiving an optical signal
  • the redistribution layer 120 transmits an optical signal generated or received therefrom.
  • the first and second insulating layers 122 and 124 may be made of a transparent material as shown in FIG. 1 .
  • the redistribution layer 120 includes an opening 136 through which an optical signal generated from the photonic IC 130 passes, as shown in FIG. 2 . may be partially or entirely formed.
  • the optical lens 160 may be, for example, a collimating lens that makes the light L generated from the photonic IC 130 not be dispersed and makes a nearly parallel path or a focusing lens that focuses the light L to one point.
  • PCB printed circuit board
  • the O-SIP 100 includes a photonic IC 130 and an electronic IC to configure a light engine module in a FOWLP method that does not use a VIA.
  • An optical system in package (O-SIP) including the IC) 140 in a package may be implemented.
  • FIG. 3 shows a photonic IC 130 using a light emitting element and a plurality of electronic ICs 140 in an optical system-in-package (O-SIP) 101 using semiconductor packaging according to a second embodiment of the present invention.
  • O-SIP optical system-in-package
  • optical system-in-package (O-SIP) 100 using the semiconductor packaging according to the first embodiment described above includes a single photonic IC 130 and a single electronic IC 140
  • An optical system-in-package (O-SIP) 101 using semiconductor packaging according to the second embodiment includes a package in which a single photonic IC 130 and a plurality of electronic ICs 140 and 142 are embedded. can do.
  • an optical system-in-package (O-SIP) 102 using semiconductor packaging includes a light emitting element 131 such as a VCSEL as a photonic IC. and a light receiving element 132 such as a photodiode (PD) can be used simultaneously.
  • a light emitting element 131 such as a VCSEL as a photonic IC.
  • a light receiving element 132 such as a photodiode (PD) can be used simultaneously.
  • the O-SIP 102 is a photonic IC and includes the light emitting element 131 and the light receiving element 132 together with the electronic IC 140 inside the mold body 110. Since it is packaged in a single semiconductor chip, transmission and reception of an optical signal can be performed using a SiP package made of a single semiconductor chip.
  • the O-SIP 102 according to the third embodiment of the present invention can be used for the proximity sensor 302 shown in FIGS. 12A to 12C.
  • FIG. 5 is a structure in which TOSA and ROSA are separated in an optical system-in-package (O-SIP) using semiconductor packaging according to a fourth embodiment of the present invention, and a metal structure for heat dissipation is formed on the first surface (lower surface). It is a cross-sectional view showing the stacked package.
  • O-SIP optical system-in-package
  • an optical system-in-package (O-SIP) according to a fourth embodiment of the present invention separates a light transmitting sub assembly (TOSA) 100a and a light receiving sub assembly (ROSA) 100b. It is also possible to configure
  • the optical system-in-package (O-SIP) according to the fourth embodiment of the present invention applies a light emitting element 131 such as a VCSEL as a photonic IC in the case of a light transmission sub assembly (TOSA) 100a.
  • a light receiving element 132 such as a photodiode (PD) is applied as a photonic IC.
  • the TOSA 100a uses a light emitting device 131 such as a VCSEL as a photonic IC and a driving circuit for driving the light emitting device 131 as an electronic IC 140.
  • a redistribution layer 120 is formed on the second surface 114 of the mold body 110, and a heat dissipation device 170 is provided on the first surface 112 of the mold body 110.
  • first and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation may be respectively formed below the photonic IC 130 and the electronic IC 140 to dissipate heat.
  • Sizes of the first and second metal structures 171 and 172 may be larger or smaller than those of the photonic IC 130 and the electronic IC 140 , respectively.
  • the FOWLP process can be performed.
  • an adhesive can be used to attach various photonic ICs 130 and electronic ICs 140 and metal pieces, which can be made of silver epoxy or epoxy, EMC, and CNT (carbon nanotube) compounds. can be used For the best heat dissipation performance and electrical conductivity, it is recommended to use a conductive material such as silver epoxy. In the present invention, it can also be used to apply electrical signals to the lower surfaces of the photonic IC 130 and the electronic IC 140.
  • the metal structure 173 is molded together with other photonic ICs 130 and electronic ICs 140 during FOWLP using a PCB including vias or a Cu piece.
  • metal is deposited on the lower portions of the photonic IC 130 and the electronic IC 140 to form a metal connection layer 174 ), and the redistribution layer 120 may be formed on the photonic IC 130 and the electronic IC 140 .
  • the first and second metal structures 171 and 172 may be electrically connected to the redistribution layer 120 through the third metal structure 173 for vias and wired.
  • metal may be deposited on the lower side at the wafer level to connect without a pattern, or a wiring layer may be formed on the opposite side of the redistribution layer 120 of the FOWLP wafer to be connected to each other with double-sided wiring layers.
  • the metal connection layer 174 can be used as a ground by electrically connecting the redistribution layer 120 to the metal connection layer 174 through the third metal structure 173 for Via. Heat from the redistribution layer 120 can be easily discharged to the first surface (lower surface) 112 through the metal structure 173 for vias.
  • the light receiving sub-assembly (ROSA) 100b also applies a light receiving element 130b such as a photodiode (PD) as a photonic IC 130, and a light receiving element 130b as an electronic IC (Electronic IC) 140.
  • a light receiving element 130b such as a photodiode (PD) as a photonic IC 130
  • a light receiving element 130b as an electronic IC (Electronic IC) 140.
  • An IC that performs a function of receiving and amplifying/converting the electrical signal obtained from the above can be applied.
  • a redistribution layer 120 is formed on the second surface 114 of the mold body 110, and a photonic IC 130 and an electronic IC are formed on the first surface 112 of the mold body 110 for additional heat dissipation.
  • First and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation may be respectively formed below the 140 .
  • first and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation may be electrically connected to the redistribution layer 120 through the third metal structure 173 for Via and wired.
  • optical system-in-package according to the fourth embodiment of the present invention can be electrically connected to the redistribution layer 120 through the third metal structure 173 for wide vias, thereby minimizing inductance. there is.
  • the O-SIP 100 includes a photonic IC 130 and an electronic IC 140 inside the mold body 110, and the second surface (upper surface) of the mold body 110 ) 114 is formed with a redistribution layer (RDL) 120 including a plurality of terminal pads 150 .
  • RDL redistribution layer
  • the O-SIP 100 grinds the first surface (lower surface) 112 of the mold body 110 instead of forming the first and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation.
  • Lower surfaces of the photonic IC 130 and the electronic IC 140 may be planarized to be exposed.
  • the light transmission sub-assembly (TOSA) 100a may be used when implementing a TOF sensor (Time Of Flight Sensor).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the optical module 300 according to the fifth embodiment of the present invention can be obtained by mounting the O-SIP 100 according to the first embodiment on the main PCB 200.
  • the O-SIP 100 applies, for example, a light-emitting element such as a VCSEL or a light-receiving element such as a photodiode (PD) as the photonic IC 130 inside the mold body 110, , An electronic IC (Electronic IC) 140 is embedded, a redistribution layer 120 is formed on the second surface 114 of the mold body 110, and terminal pads 150 are solder balls on the redistribution layer 120.
  • a light-emitting element such as a VCSEL or a light-receiving element such as a photodiode (PD)
  • PD photodiode
  • the O-SIP 100 having the above structure may be mounted on the first surface (lower surface) 212 of the main PCB 200 using solder balls of the terminal pad 150, and at this time, SMT (Surface Mount Technology) method can be used.
  • the optical module 300 is mounted on the second surface (upper surface) 214 of the main PCB 200, and various electronic components necessary for controlling transmission and reception of optical signals are mounted.
  • an optical path entering and exiting may be formed inside the main PCB 200 .
  • an optical path may be formed by penetrating the main PCB 200 as shown in FIG. 6 or by making some grooves in the main PCB 200 as shown in FIG. 9 .
  • a light passage window 210 is formed by processing a through hole in the main PCB 200 to form an optical path, or a part or the entire surface of the PCB is formed with a transparent material to form an optical path.
  • the main PCB 200 may include wiring patterns formed on Si or glass.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP and optical components according to the first embodiment are mounted on a main PCB according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the optical module 300 according to the sixth embodiment of the present invention has a structure in which the O-SIP 100 and the optical component 162 according to the first embodiment are mounted on the main PCB 200. Have.
  • the optical module 300 may use an optical component 162 for connection with the optical fiber 318 inside the optical transceiver 400 .
  • the optical component 162 may be manufactured from a plastic injection molding material, and a reflective surface that bends the light path from vertical to horizontal by 90 degrees, and a primary collimation for making the incident light into parallel light so that it travels straight without spreading Two lenses of a lens 162b and a secondary focusing lens for focusing incident light may be provided inside.
  • the distance between the primary collimation lens 162b and the photonic IC 130 of the O-SIP 100 is reduced by inserting a part of the lens structure, thereby preventing light from spreading.
  • a coupling protrusion 162a is provided on the opposite surface of the primary collimation lens 162b, and a fiber block 164 is physically coupled to the coupling protrusion 162a, and the fiber block 164 may be connected to an optical cable connector including an LC receptacle 320 through a pigtail fiber 318.
  • a socket coupling portion 322 to which a plug of an optical cable (not shown) is coupled protrudes from the front end of the LC receptacle 320 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an optical transceiver fabricated using an optical module according to a sixth embodiment of the present invention.
  • optical transceiver 400 manufactured by assembling an optical module 300 obtained using an O-SIP 100 inside a housing composed of an upper housing 410 and a lower housing 420, or an Active Optical Cable (AOC) ) is an example of production.
  • AOC Active Optical Cable
  • the rear end of the optical transceiver 400 is connected to a body such as a terminal, and a connector of an optical cable is coupled to the front end.
  • the optical transceiver 400 is an optical module 300 of FIG. 7 on the main PCB 200 or an optical transmission sub assembly (TOSA) 100a and optical reception in the O-SIP according to the fourth embodiment shown in FIG. A sub-assembly (ROSA) 100b may be applied.
  • TOSA optical transmission sub assembly
  • ROSA sub-assembly
  • a thermal interface material (TIM) 180 is inserted between the lower housing 420 made of metal of the optical transceiver and the metal connection layer 174 for heat dissipation of the O-SIP 100 to dissipate heat.
  • the main PCB 200 is removed from the path from the chip of the photonic IC 130 and the electronic IC 140 inside the O-SIP 100 package to the metal housing 420. By removing it, the thermal resistance can be greatly reduced.
  • a VCSEL may be used as the photonic IC 130 molded in the package of the O-SIP 100 .
  • the O-SIP 100 is a light engine for a transmitter (TX) of an optical transceiver 400 that connects a short distance within 100m to 300m through a multi-mode fiber 318. Can be used as a module.
  • the PD when used as the photonic IC 130 inside the O-SIP 100, it can be used as a light engine module for the receiver RX of the optical transceiver 400.
  • the optical signal is transmitted to the optical structure (optical element) on the main PCB without passing the optical signal through the main PCB ( connection) can be made.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an optical module in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIGS. 10A to 10D are respectively according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view of the optical module shown in FIG. 10C.
  • An optical module according to a seventh embodiment of the present invention having a structure capable of transmitting an optical signal to the inside of the main PCB or to the surface of the main PCB will be described with reference to FIGS. 9 to 11 .
  • the optical module 300 according to the seventh embodiment should be placed close to each other in order not to use an additional lens between the AWG 310 and the O-SIP 100.
  • the optical module 300 mounts the O-SIP 100 according to the first embodiment on the main PCB 200, and the coupling groove 215 of the main PCB 200 It has a structure in which an Arrayed Waveguide Grating (AWG) 310 is inserted into.
  • AWG Arrayed Waveguide Grating
  • the optical module 300 has a coupling groove 215 in the form of a slot capable of accommodating the front end of the AWG 310 on one side of the main PCB 200. mounted on the first surface (lower surface) 212 of the main PCB 200 so that the optical input/output 132 of the photonic IC 130 of the O-SIP 100 is matched with the coupling groove 215 do.
  • the rear end of the first surface (lower surface) 212 of the main PCB 200 is provided with an external connection terminal 220 connected to a body such as a terminal on one side.
  • an AWG support 314 is installed on the rear surface of the main PCB 200 to fix the front end of the AWG 310 to the main PCB 200 .
  • the AWG 310 may be connected to an optical cable connector including an LC receptacle 320 through a ferrule 316 and a pigtail fiber 318 connected thereto at the rear end.
  • a socket coupling portion 322 to which a plug of an optical cable (not shown) is coupled protrudes from the front end of the LC receptacle 320 .
  • the optical module 300 according to the seventh embodiment may constitute the optical transceiver 400 by being assembled to the optical transceiver housing shown in FIG. 8 .
  • a thermal interface material (TIM) 180 is inserted between the housing 420 made of metal and the metal connection layer 174 for heat dissipation of the O-SIP 100. and heat dissipation can be achieved.
  • the optical module 300 for a single-mode removable optical transceiver may use the ROSA 100b shown in FIG. 5 .
  • the O-SIP 100 is a main one of a light transmitting sub assembly (TOSA) 100a and a light receiving sub assembly (ROSA) 100b. It has a structure in which the AWG 310 is coupled to a coupling groove 215 coupled to a lower portion of the PCB 200 and formed on one side.
  • TOSA light transmitting sub assembly
  • ROSA light receiving sub assembly
  • the AWG 310 is a photonic IC 130 of the TOSA 100a and emits light such as a VCSEL.
  • the 4-channel optical signal generated from the device performs a WDM (Wavelength Division Multiplexing) function and transmits it to the optical fiber 318.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • the AWG 310 includes, for example, an optical multiplexer unit performing an optical multiplexing function, a plurality of input waveguides connected to the front end of the optical multiplexer unit and inputting a plurality of optical signals incident from a plurality of light emitting devices, and the It may include a single-mode output waveguide connected to the rear end of the optical multiplexer and outputting one optical signal that is output after a plurality of optical signals are multiplexed.
  • the end portion of the AWG 310 facing the photonic IC 130 is processed into an angled inclined surface 312 so that 4-channel optical signals generated from 4 light emitting devices are transmitted from the end of the AWG 310. It is bent in the vertical direction so that it can be incident through the four input waveguides of the AWG 310. Total internal reflection and refraction occurs on the inclined surface 312 of the AWG 310 exposed to the air.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an embodiment in which an optical module 300 for optical reception for an optical transceiver using WDM is formed using an O-SIP and an AWG according to an embodiment of the present invention.
  • a photonic IC of the ROSA 100b includes a light-receiving element such as a photodiode (PD). 132) is used.
  • PD photodiode
  • the AWG 310 can de-mux various wavelengths using a PLC.
  • the rear end of the AWG 310 is processed into an inclined surface 312 having an angle so that light is bent at the end of the AWG 310 and emitted in a vertical direction.
  • the light-receiving element 132 such as the photodiode (PD) of the de-muxed light receiving sub-assembly (ROSA) 100b bent on the inclined surface 312 of the AWG 310 and emitted in the vertical direction and is converted into an electrical signal.
  • PD photodiode
  • ROSA de-muxed light receiving sub-assembly
  • FIGS 12a to 12c show a proximity sensor according to an eighth embodiment of the present invention, respectively, a plan view of an O-SIP chip for a proximity sensor and a perspective view showing an embodiment in which the O-SIP chip for a proximity sensor is mounted on a sensor PCB. and a cross-sectional view showing the structure of the proximity sensor.
  • the O-SIP 102 chip for a proximity sensor is a photonic IC that drives a light emitting element 131 such as an IR LED that emits infrared (IR) light and the light emitting element 131 and operates with a PD. Since the same light-receiving element 132 is embedded, a proximity sensor IC 140a having a light-receiving function is included.
  • the light emitting element 131 and the light receiving element 132 each have light input/output units 133 and 137 on top thereof, and the proximity sensor IC 140a chip has a plurality of terminal pads 138, and O-SIP (102) As the chip is packaged in the form of FOWLP, a plurality of terminals each having solder balls attached to the surface of the redistribution layer 120 to be connected to the plurality of terminal pads 138 on the surface of the O-SIP 102. A pad 150 is disposed outside the package.
  • the optical proximity sensor 302 is composed of an O-SIP 102 and a sensor PCB 200a having a through hole 210, and a proximity sensor O-SIP 102 chip. It is mounted on the lower part of this sensor PCB 200a.
  • FIG. 12B shows a light emitting area cone 306a showing the angle of the area where the infrared (IR) light is emitted from the light emitting element 131 and the infrared light reflected from the target and returned after the infrared (IR) light is emitted.
  • Light-receiving area cones 306b representing angles of areas where reflected light is received by the light-receiving element 132 through the through hole 210 are respectively displayed. In this case, it can be seen that the light emitting area cone 306a is included in the light receiving area cone 306b.
  • the optical proximity sensor 302 is composed of an O-SIP 102 and a sensor PCB 200a having a through hole 210, and the optical proximity sensor 302 is a terminal ( 500) may be used by being coupled to a portion where an IR window (Infrared Radiation window) 520 is formed at a portion corresponding to the through hole 210 of the housing 510 of the main body.
  • IR window Infrared Radiation window
  • the basic structure of the O-SIP 102 used in the optical proximity sensor 302 is the same as the structure shown in FIG.
  • the O-SIP 102 is a photonic IC and includes a light emitting element 131 such as an IR LED that emits infrared (IR) light and a light receiving element 132 such as a PD driving the light emitting element 131. It has a built-in proximity sensor IC (140a) having a light receiving function.
  • the proximity sensor IC 140a may include a signal processing circuit capable of setting operating conditions of the sensor, determining proximity, and communicating with the outside.
  • the light-receiving element 132 can be implemented by being embedded in the proximity sensor IC 140a, but FIG. 12C shows a case in which the light-receiving element 132 and the proximity sensor IC 140a are separately embedded.
  • a light interference shielding film 125 for preventing interference between emitted light and received light is provided between the first and second insulating layers 122 and 124 of the redistribution layer 120.
  • connection wire 123 When forming the connection wire 123 therebetween, it may be implemented using a metal capable of blocking the passage of light.
  • the light input/output parts 133 and 137 of the light emitting element 131 and the light receiving element 132 of the O-SIP 102 cover the second surface 114 on which the terminal pad 150 of the O-SIP 102 is disposed. is heading
  • the sensor PCB 200a forms a through hole 210 in a portion opposite to the light input/output parts 136 and 137 so that the sensor A light path is formed on the PCB 200a. Accordingly, after infrared (IR) light is emitted from the light emitting element 131 of the proximity sensor 302, the reflected infrared light reflected from the target and returned is incident to the light receiving element 132 through the through hole 210 to receive / emit light. make this happen
  • the through hole 210 of the sensor PCB 200a should be formed along a line that does not interfere with the divergence angle and the receiving angle of the desired infrared (IR) light.
  • the optical proximity sensor 302 can be implemented in a slim structure because the proximity sensor IC 140a for driving or interfacing the light emitting element 131 and the light receiving element 132 is included in the package.
  • An optical system-in-package (O-SIP) of the present invention includes a photonic IC and an electronic IC in a package by using an optical FOWLP that does not use a conductive VIA, and uses the photonic IC. It can be applied to modules and optical transceivers.
  • the present invention relates to a method of implementing an optical system-in-package (O-SIP) that integrates a system using optical elements into an integrated package. It can be used in various ways in the optical communication and optical sensor industries. For optical communication, it can be used for communication between servers inside a data center and for optical transceivers for 5G and 6G communication networks.
  • O-SIP optical system-in-package
  • miniaturization and integration are realized inside the package, it can be used for on-board optical communication and chip-to-chip optical communication. Moreover, it can also be used when transmitting high-capacity audio and video data between a TV or signboard and a set-top box.
  • the present invention can be used in applications where it is important to reduce the size of a module such as a wireless earphone or a smart phone through the implementation of a proximity sensor having a low profile.

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Abstract

본 발명은 포토닉 IC 및 전자 IC 등을 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다. 본 발명의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 포토닉 IC: 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 포토닉 IC와 간격을 두고 몰딩된 전자 IC: 및 상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버
본 발명은 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포토닉 IC 및 전자 IC 등을 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다.
반도체 칩은 논리나 구동 IC의 역할을 수행할 뿐만 아니라 빛에 반응할 수 있는 수광소자 혹은 빛을 발광하는 발광소자를 제작할 수 있다. 이러한 광소자는 다양한 분야에 사용되고 있으며, 일 예로 서버 간의 광 연결을 담당하는 광 트랜시버, 혹은 TV와 셋탑 박스 간, 또는 VR(virtual reality) 글라스와 그래픽 처리 유닛(GPU) 간의 영상데이터를 전달하는 광모듈에 사용될 수 있다.
또한, 광소자의 다른 응용으로는 발광 소자를 포함하는 근접 센서, TOF(Time Of Flight) 센서, LIDAR(Light Detection And Ranging) 등에 활용되고 있다.
광소자는 이를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 소자와 함께 사용되어야 하며, 이를 통해 광신호를 전자 신호의 형태로 변환해주게 된다. 일례로, 광데이터 전송을 하는 분야에서는 광신호를 디지털 신호로 변환해 주는 모듈을 위해 광소자와 전자 소자가 함께 사용될 수 있다. 다른 예로, 광센서 분야에서는 수광한 빛의 특성을 영상 데이터 혹은 Depth 데이터로 변환해 주는 소자가 광소자와 함께 사용될 수 있다.
위의 응용 모두 종래에는 대부분 배선 패턴이 제작된 PCB(인쇄회로기판)를 사용하여 복수의 칩들을 실장하고 wire-bonding에 의해 연결하고 있다. 이는 보통 칩-온-보드(CoB, Chip-on-Board) 방식의 패키지이다.
또한, PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 광/전 소자를 패키징할 수 있으며, 이는 초박형 패키지를 제작하면서 고정밀 재배선층(RDL)을 사용하여 성능을 높일 수 있는 기술이다.
반도체 패키지를 사용하여 광/전 패키지를 수행하는 경우, 대부분 광학 경로가 발광소자 칩에 대하여 수직인 경우가 많아 패키지의 일면에 광학 경로가 배치되게 하고, 패키지의 반대면에 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 패드를 형성하게 된다. 또한 이러한 광/전 패키지는 내부에 몰딩된 칩들 사이를 연결하기 위한 재배선층은 광학 경로가 있는 광/전 패키지의 일면에 배치되게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 패키지를 사용하여 광/전 패키지를 수행할 때 패키지의 반대면에 팬-아웃(Fan-Out) 단자 패드가 배치되므로, 패키지의 제1면으로부터 반대면인 제2면에 배치된 팬-아웃(Fan out) 단자 패드와 연결을 위해 패키지를 관통하여 도전성 비아(VIA)를 형성해야하는 문제를 해결하는 것이다.
패키지에 도전성 VIA를 포함하기 위해서는 반도체 패키징 단계에서 추가적인 공정을 사용하거나, 도전성 VIA가 형성된 PCB 혹은 도전성 VIA 구조물을 함께 패키징하는 방식을 사용하게 된다. 이러한 도전성 VIA의 생성은 재료비 혹은 공정비가 증가하는 단점을 가지게 된다.
뿐만 아니라, 도전성 VIA를 사용하는 패키지는 패키지 내부에 몰딩된 칩들을 상호 연결하는 재배선층(RDL: ReDistribution Layer)과 단자 패드가 서로 반대면에 위치하기 때문에, 패키지 내부의 배선층을 양면으로 제작하지 않으면 단자 패드는 Fan-Out 형태의 배치만 가능하며 Fan-In 형태의 배치는 불가능하게 된다. 칩이 위치하는 면적을 포함하는 Fan-In 형태의 단자 패드 배치를 배제하고 Fan-Out 형태로만 단자 패드를 배치하는 경우 패키지의 면적 증가로 인해 집적화의 장점을 잃게 된다.
따라서, Fan-In 형태의 단자 패드 배치가 불가능한 문제를 해결하기 위해서 패키지 양면으로 재배선층을 형성하여 Fan-In과 Fan-Out 형태의 패드를 제작할 수 있으나, 이는 공정 비용의 증가를 야기한다. 특히 패키지의 양면에 배치된 재배선층 패턴을 정밀하게 정렬하기 위한 노력이 있어야 하므로, 이는 단순히 일면에 배치한 재배선층을 더 크게 늘리는 비용보다 더 비용이 증가하게 된다. 뿐만 아니라 패키지 양면으로 재배선층을 형성하는 경우 패키지 하부의 재배선층 추가로 인해서 몰딩된 칩의 방열이 패키지 하부를 통해 이루어지는 경우, 열전달 경로를 방해할 수 있다.
또한, 광학 칩을 사용하는 경우 방열 구조를 설계하는 것은 매우 중요하며, 이는 광학 칩에서 발열이 많이 발생할 뿐 아니라, 광학 칩의 발광 조건 혹은 수광 조건 등은 온도에 민감한 경우가 많기 때문에 방열 설계는 매우 중요한 부분이다. 기존의 패키지 방식인 CoB 혹은 반도체 패키징을 사용하는 방식은 모두, 발광하는 패키지 면에 방열 구조(히트 싱크(Heat Sink) 혹은 메탈 하우징(Metal Housing)과 연결되는 구조물)를 두면 광학 경로를 가리게 되므로 반대면에 두는 것이 일반적이다.
따라서, 대부분 방열 경로는 패키지의 단자 패드가 위치하는 면으로 이루어지며, 이러한 경우는 패키지의 단자 패드가 형성된 면이 광 트랜시버의 메인 PCB(인쇄회로기판)로 연결되어 있으므로, 패키지의 방열이 메인 PCB의 서멀 비아(Thermal VIA)를 통해 일어나는 경우가 대부분이다. 따라서 기존 방식은 방열 구조와 칩 간의 방열 경로가 PCB에 의해 방해를 받게 되는 문제를 가진다.
본 발명에서는 상기한 문제를 해결하도록 포토닉 IC 및 전자 IC 등을 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 발광소자와 수광소자를 동시에 구비한 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 결합되어 얻어지는 광모듈은 IR 윈도우를 구비한 케이스와 결합되어 간단하고 슬림한 구조의 근접센서를 제공할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 포토닉 IC: 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 포토닉 IC와 간격을 두고 몰딩된 전자 IC: 및 상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포토닉 IC는 발광소자, 수광소자, 상기 발광소자나 수광소자에 부가적인 기능을 제공하거나 신호 처리를 담당하는 칩 및 PLC(Planar Lightwave Circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자 IC는 상기 발광소자를 구동하기 위한 구동회로, 상기 수광소자로부터의 전기 신호를 입력받아 증폭 및/또는 변환하는 회로, 레이저 다이오드 드라이버(LD Driver) IC, CDR(Clock Data Recovery), 이퀄라이저(Equalizer), TIA(TransImpedance Amplifier), I2C 통신, DSP(Digital Signal Processing) 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 각각 상부면이 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상기 포토닉 IC와 전자 IC 사이에 상기 몰드몸체를 관통하여 삽입되며 상단부가 재배선층과 연결되고 하단부가 노출된 비아용 제3금속 구조물; 및 상기 제1 내지 제3 금속 구조물의 하부면을 상호 연결하여 상기 재배선층을 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부와 연결하며 하부면이 노출되는 메탈 연결층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상기 메탈 연결층의 하부에 설치되어 본체의 메탈 하우징으로 방열 경로를 형성하기 위한 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함할 수 있다.
상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상기 포토닉 IC로서 발광소자를 적용한 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)와 포토닉 IC로서 수광소자를 적용한 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 포토닉 IC는 제2면에 광출입부를 포함하며, 상기 광출입부의 상부에 위치한 재배선층(RDL)에 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 또는 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 형성되는 마이크로 렌즈 또는 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체 내부에 포토닉 IC와 상기 포토닉 IC를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 IC가 몰딩되어 있으며, 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장된 인쇄회로기판(PCB);를 포함하며, 상기 인쇄회로기판(PCB)은 상기 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 상기 포토닉 IC의 광출입부가 배치된 제2면에 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 관통구멍 상부에 위치설정되어 상기 광신호를 광섬유와 포토닉 IC 사이에서 전달하도록 광경로를 수직에서 수평으로 90도 절곡하는 광학 부품을 더 포함하며, 상기 광학 부품은 광섬유를 통하여 LC 리셉터클을 포함한 광케이블 커넥터와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체 내부에 포토닉 IC와 상기 포토닉 IC를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 IC가 몰딩되어 있으며, 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 일 측면에 슬롯 형태의 결합홈이 구비된 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 결합홈에 끝 부분은 경사면을 가지는 선단부가 결합되며, 상기 포토닉 IC로부터 발생된 복수 채널의 광신호가 수신될 때 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기능을 수행하여 광섬유에 전달하거나 상기 광섬유로부터 수신된 광신호를 디먹싱(De-MUXing)하여 상기 경사면을 통하여 상기 포토닉 IC로 전송하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 AWG의 후단부는 페룰(Ferrule)과 광섬유를 통하여 LC 리셉터클을 포함한 광케이블 커넥터와 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 포토닉 IC: 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 포토닉 IC와 간격을 두고 몰딩된 전자 IC: 및 상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결되기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 광모듈: 및 상기 광모듈을 수용하는 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 FOWLP에서 도전성 VIA를 사용하여서 제작되는 광 패키지에 존재하는 문제점들을 해결하기 위해, 도전성 VIA를 사용하지 않는 광학 FOWLP를 사용하여 포토닉 IC(Photonic IC)와 전자 IC(Electronic IC)를 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package), 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버를 제안한다. 상기 O-SIP는 광 엔진 모듈을 구성할 수 있다.
상기 포토닉 IC와 전자 IC는 패키지 내에 몰드되며, 단자 패드와 광출입부가 있는 IC의 노출면은 재배선층(RDL)을 향하도록 몰드된다. 몰드 위에는 재배선층이 위치하며 상기 재배선층에는 외부접속용 단자 패드가 위치할 수 있다. 상기 재배선층 위에는 추가적인 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 혹은 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 마이크로 렌즈, 광학계, 메타표면(Meta-surface) 혹은 다양한 패턴을 가지는 레이어를 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제작할 수 있다.
종래에는 빛을 굴절시켜 이미지를 선명하게 하거나, 증폭하는 렌즈로 유리로 사용해 왔다. 그런데 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)은 나노 크기의 기둥 또는 핀 같은 구조로 구성되어, 이미지 왜곡없이 빛을 집중시킬 수 있다.
상기와 같은 FOWLP 형태로 패키지하는 경우 패키지를 예를 들어, 광 트랜시버에 내장된 메인 PCB 상에 표면 실장(SMT: Surface Mount Technology)하고 나면 광출입부가 상기 메인 PCB로 인해 막히는 경우가 생기게 된다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 메인 PCB에 관통구멍(through hole)을 내거나 투명한 자재를 사용하여 광출입구를 제작하여 문제를 해결할 수 있다. 이후 필요한 렌즈 및 광섬유 등의 광학 부품을 메인 PCB 상에서 조립할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 방열을 위해 몰드되는 포토닉 IC와 전자 IC의 하부에 방열용 Metal 구조물을 배치할 수 있다. 상기 Metal 구조물 면은 FOWLP의 재배선층과 대향하고 있는 패키지의 반대면에 Metal 구조물이 노출되도록 개방(open)되게 되며, 상기 노출된 Metal 구조물 면에는 히트 싱크(Heat Sink)나 TIM(Thermal Interface Material) 등의 방열 구조물로 연결되어 방열 경로(Path)를 형성하게 한다.
또한, 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 Metal 구조물을 FOWLP의 상부면에 위치한 재배선층에 연결해 줄 수 있다. 이 경우, FOWLP의 하부면 전체에 웨이퍼 레벨로 메탈을 형성(Deposition)하여 메탈 연결층을 형성한 후, Metal 구조물과 FOWLP의 재배선층을 도전성 VIA로 연결하거나, 혹은 상기 메탈 연결층에 의해 Metal 구조물 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 O-SIP에서 상기 포토닉 IC(Photonic IC)는 광학적인 처리를 하는 집적회로(Integrated Circuit)이며, 광신호를 전기신호로 변환하거나 전기신호를 광신호로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 일례로, 상기 포토닉 IC(130)(Photonic IC)는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), 레이저 다이오드(LD; Laser Diode)와 같은 발광소자, 또는 포토다이오드(PD; Photodiode), 애벌런치 포토다이오드(APD; Avalanche Photodiode), 포토다이오드(PD)가 어레이(array)로 복수개 배열되어 있는 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS), CCD 이미지 센서, ToF(Time of Flight) 센서 및 이들에 부가적인 기능을 제공하거나 신호 처리를 담당하는 회로를 추가적으로 포함하는 칩일 수 있다.
또한, 상기 포토닉 IC(Photonic IC)는 CMOS 제조 공정을 기반으로 Si 기판을 처리하여 제작되는 것으로 레이저 빔을 발생할 수 있는 레이저 다이오드(LD)와 그레이팅(grating)을 내장한 실리콘 포토닉스(SiPh; Silicon Photonics)를 적용하는 것도 가능하다. 상기 실리콘 포토닉스(SiPh)는 그레이팅(grating)으로부터 칩의 일면에 수직방향으로 레이저를 발생할 수 있다.
상기 애벌런치 포토다이오드(APD)는 내부에 광전류의 증폭 기구를 가진 포토다이오드(PD)로서 광전송에서 광검파기로 널리 사용될 수 있다.
또한, 상기 전자 IC(Electronic IC)는 상기 포토닉 IC(Photonic IC)에 따라 동작하도록 사용된다. 예를 들면, 상기 포토닉 IC)가 포토다이오드인 경우, 상기 전자 IC(Electronic IC)는 포토다이오드 상의 광자의 충돌로 인한 전기 신호를 증폭하기 위한 트랜스-임피던스 증폭기와 함께 동작할 수 있다. 상기 포토닉 IC가 발광 소자인 경우, 상기 전자 IC는 발광 장치를 구동하는 구동회로가 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 O-SIP는 상기 전자 IC(Electronic IC) 대신에 포토다이오드(PD; Photodiode), 애벌런치 포토다이오드(APD; Avalanche Photodiode), CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS), CCD 이미지 센서, ToF(Time of Flight) 센서 및 이들에 부가적인 기능을 제공하거나 신호 처리를 담당하는 회로나 집적회로(IC)로서 신호처리장치를 추가적으로 포함하는 칩을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 O-SIP는 상기 포토닉 IC(Photonic IC)로서 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), 레이저 다이오드(LD; Laser Diode)와 같은 발광소자, 포토다이오드(PD; Photodiode), 애벌런치 포토다이오드(APD; Avalanche Photodiode), 포토다이오드(PD)가 어레이(array)로 복수개 배열되어 있는 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS), CCD 이미지 센서, ToF(Time of Flight) 센서와 같은 수광소자 및 상기 포토닉 IC(130)(Photonic IC)를 구동하기 위한 전자 IC(140)(Electronic IC)를 모두 포함할 수 있다.
본 발명은 복수의 포토닉 IC와 전자 IC를 별도의 기판을 사용하지 않고 SiP 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고, 상기 포토닉 IC와 SiP 외부와의 광 경로를 형성한 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package)를 개시한다. 본 발명의 O-SIP는 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 광 트랜시버를 가능하게 한다.
본 발명에서는 상기 포토닉 IC에 따라 동작하는 전자 IC(칩)를 포토닉 IC와 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 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 패키지함에 의해 슬림한 O-SIP를 구현할 수 있다.
상기 O-SIP는 SiP(System In Package) 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지 물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 결합되어 얻어지는 광모듈은 전체적으로 슬림한 구조를 형성할 뿐 아니라 메인 보드(PCB) 대신에 O-SIP의 배면에 부착되는 방열용 메탈 구조물을 통하여 히트 싱크(Heat Sink) 또는 메탈로 이루어진 본체 하우징을 통하여 방열이 이루어질 수 있어 성능 저하를 막을 수 있다.
본 발명에 따른 적외선(IR) 광이 발사된 후 목표물로부터 반사되어 되돌아오는 적외선 반사광을 이용하는 광학 근접센서는 적외선(IR) 광을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자를 구동하며 수광소자를 내장하고 있어 수광을 기능을 가진 근접센서 IC가 몰드몸체에 몰딩되어 있는 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 하부면에 실장될 때, 상기 발광소자와 수광소자의 광출입부에 대응하는 부분에 광의 경로를 형성하는 관통구멍을 구비하는 인쇄회로기판(PCB);을 포함하며, 상기 광학 근접센서는 본체의 하우징에 상기 관통구멍에 대응하는 부분에 IR 윈도우(Infrared Radiation window)가 형성된 부분에 결합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 발광소자와 수광소자를 동시에 구비한 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 결합되어 얻어지는 광모듈은 IR 윈도우를 구비한 케이스와 결합되어 간단하고 슬림한 구조의 근접센서를 구성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 기존 도전성 VIA를 사용하는 FOWLP의 단점으로 지적되는 도전성 VIA 사용에 따른 비용상승, 단자 패드 배치의 비효율성, 방열성능 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 Fan-in과 Fan-out 단자 패드 배치를 동시에 사용할 수 있어 단자 패드 배치를 효율적으로 할 수 있고, 그 결과 단자 패드를 더 집적화할 수 있게 되면 패키지 크기를 작게 할 수 있어 제품의 소형화와 공정 비용 절감을 달성할 수 있다.
더욱이, 기존 CoB(Chip-on-Board) 방식 및 도전성 VIA를 사용하는 FOWLP를 통한 광학 패키지 제품보다 월등한 방열 성능을 보이는 패키지를 제작할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 O-SIP 구조를 사용하는 경우, 하기 실시예에 서술된 바와 같이 각 응용에 따라 최소의 두께를 가지는 광모듈을 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 결합되어 얻어지는 광모듈은 전체적으로 슬림한 구조를 형성할 뿐 아니라 메인 보드(PCB) 대신에 O-SIP의 배면에 부착되는 방열용 메탈 구조물을 통하여 히트 싱크(Heat Sink) 또는 메탈로 이루어진 본체 하우징을 통하여 방열이 이루어질 수 있어 성능 저하를 막을 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 발광소자와 수광소자를 동시에 구비한 O-SIP를 메인 보드(PCB) 또는 모듈 보드(PCB)에 결합되어 얻어지는 광모듈은 IR 윈도우를 구비한 케이스와 결합되어 간단하고 슬림한 구조의 근접센서를 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 발광소자를 사용한 포토닉 IC와 전자 IC가 내장된 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에서 재배선층에 부분 또는 전체 개구가 형성된 변형예의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 발광소자를 사용한 포토닉 IC와 복수의 전자 IC가 내장된 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 발광소자와 수광소자를 사용한 포토닉 IC와 전자 IC가 내장된 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 TOSA와 ROSA를 분리하여 구성하고 방열용 Metal 구조물이 적층된 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP와 광학 부품을 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 광모듈을 이용하여 제작된 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 싱글 모드 착탈식 광 트랜시버용 광모듈의 평면 사시도, 배면 사시도, 배면도 및 도 10c의 A-A선 단면도이다.
도 11은 10c에 도시된 광모듈의 부분 확대 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명의 제8실시예에 따른 근접센서를 나타내는 것으로, 근접센서용 O-SIP 칩의 평면도, 근접센서용 O-SIP 칩을 센서 PCB에 실장한 실시예를 나타내는 사시도 및 근접센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
일반적으로 반도체 패키지는 기계적 보호(Protection), 전기적 연결(Electrical Connection), 기계적 연결(Mechanical Connection), 열 방출(Heat Dissipation) 등의 4가지 주요한 역할을 하는 것이 요구된다.
반도체 패키지는 반도체 칩/소자를 EMC(Epoxy Mold Compound)와 같은 패키지 재료로 감싸, 외부의 기계적 및 화학적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다
패키지는 물리적/전기적으로 몰딩된 칩을 시스템에 연결하는 역할을 한다. 전기적으로는 칩과 시스템을 연결해 칩에 전원을 공급하고, 원하는 기능을 할 수 있도록 신호를 입력하거나 출력할 수 있는 통로를 만들어야 한다. 또한 기계적으로는 칩이 사용되는 동안 시스템에 잘 부착되어 있도록 잘 연결해야 한다.
동시에 칩/소자에서 발생하는 열을 빠르게 발산시켜 주어야 한다. 반도체 제품이 동작하면 전류가 흐르는 것이고, 전류가 흐르면 필연적으로 저항이 생기며 그에 따른 열이 생긴다.
반도체 패키지는 칩을 완전히 둘러싸고 있으며, 이때 반도체 패키지가 열을 잘 발산하지 못하면 칩이 과열되고 내부에 몰딩된 소자나 칩의 온도가 동작가능온도 이상으로 올라 결국 소자나 칩의 동작이 멈추는 상황이 생길 수도 있다. 그러므로 반도체 패키지는 효과적으로 열을 발산해주는 역할이 필수다. 반도체 제품의 속도가 빨라지고, 기능이 많아짐에 따라 패키지의 냉각 역할의 중요성은 점점 더 커지고 있다.
SiP(System in Package)는 하나의 패키지 안에 여러 개의 칩을 적층 또는 배열하여 하나의 독립된 기능을 가지도록 구성한다. 통상적으로 SiP는 마이크로프로세서와 같은 신호처리장치와 복수의 메모리를 포함하는 여러 개의 칩으로 구성되는 완전한 시스템으로서의 모든 부분을 갖추고 있다.
본 발명은 광 트랜시버 등에 구비되는 광 시스템-인-패키지(Optical System In Package)에 관한 것으로, 메인 PCB에 실장되어 광모듈을 구성할 수 있으며, 상기 광모듈은 광 트랜시버에 내장될 수 있다.
상기 메인 PCB에는 크게 광 송신 서브 어셈블리(TOSA ; Transmitter Optical Sub-Assembly)를 위한 LDD(레이저 다이오드 드라이버) 및 CDR(Clock Data Recovery), 광 수신 서브 어셈블리(ROSA ; Receiver Optical Sub-Assembly)를 위한 TIA(Transimpedance Amplifier)/LA(Limiting Amplifier) 및 CDR, 광 트랜시버의 전체적인 송수신 제어를 수행하는 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛)가 탑재될 수 있다.
상기 메인 PCB는 ADC, DAC를 구비하고 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛)와 FPGA에 의해 디지털 방식으로 신호처리하거나 DSP(디지털 신호 처리장치)와 드라이버로 구성되어 TOSA(광 송신 서브 어셈블리)와 ROSA(광 수신 서브 어셈블리)를 구동하는 것도 가능하다. 또한, 상기 메인 PCB는 이외에도 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 발광소자를 사용한 포토닉 IC와 전자 IC가 내장된 패키지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에서 재배선층에 부분 또는 전체 개구가 형성된 변형예의 단면도이다.
이하에 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 몰드몸체(110) 내부에 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 포함하며, 몰드몸체(110)는 서로 대향하며 평탄한 제1면(하부면)(112) 및 제2면(상부면)(114)을 가지고 있다. 상기 몰드몸체(110)의 제2면(상부면)(114)에는 패키지의 외부접속을 위한 복수의 단자 패드(150)를 포함하는 재배선층(RDL)(120)이 형성되어 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적하면서 동시에 기판(PCB)을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃(Fan-out) 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키지함에 의해 소자간 배선에 의한 높이 공차를 완전히 해결하면서 슬림한 O-SIP(100)을 구현할 수 있다. 상기 O-SIP(100)는 종래의 PCB를 사용한 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
상기 O-SIP(100)는 SiP(System In Package) 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 형태로 집적하면서, 예를 들어, 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지물질을 사용하여 패키지함에 의해 몰드몸체(110)를 구성하고 있다.
그 결과, 몰드몸체(110)는 집적된 후 패키징이 이루어지는 광 엔진 모듈을 충격으로부터 안전하게 보호하는 역할을 한다. 상기 몰드몸체(110) 내부에 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 구비하는 상기 O-SIP(100)는 광 엔진 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 상기 O-SIP(100)는 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 패키지의 제2면(114)에 복수의 단자 패드(150)를 포함하는 재배선층(120)을 일체로 형성하고, 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 상기 O-SIP(100)는 반도체 패키지 타입으로 얻어진다.
상기 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)는 패키지 내부에 몰딩이 되어 있으며, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에 전기적인 접속을 위한 솔더 볼(solder ball)이 실장되는 단자 패드(150)와 광출입부(133)가 함께 배치된다. 상기 포토닉 IC(130)는 광학적인 처리를 하는 집적회로(IC)이며, 광신호를 전기신호로 변환하거나 전기신호를 광신호로 변환시키는 역할을 한다.
상기 포토닉 IC(130)는 일례로, VCSEL, 레이저 다이오드(LD; Laser Diode)와 같은 발광소자, 포토다이오드(PD; Photodiode), 애벌런치 포토다이오드(APD; Avalanche Photodiode), CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS), CCD 이미지 센서, ToF(Time of Flight) 센서와 같은 수광소자 및 이들에 부가적인 기능을 제공하거나 신호 처리를 담당하는 회로나 집적회로(IC)로서 신호처리장치를 추가적으로 포함하는 칩을 적용할 수 있다.
또한, 상기 포토닉 IC(130)는 PLC(Planar Lightwave Circuit)를 포함할 수 있으며, 편판형 칩에 도파관(waveguide)이 형성되어 빔 스플리터(beam splitter), 모듈레이터(modulator), 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing) 등의 기능을 하는 소자이다.
상기 전자 IC(140)는 상기 포토닉 IC(130)를 구동하거나 인터페이스 해주는 것으로, 전기적인 신호 처리, 포토닉 IC(130)로부터의 전기 신호를 입력받아 증폭/변환하는 기능 등을 수행하는 IC를 포함할 수 있으며, 레이저 다이오드 드라이버(LD Driver) IC, CDR(Clock Data Recovery), 이퀄라이저(Equalizer), TIA(TransImpedance Amplifier), I2C 통신, DSP(Digital Signal Processing) 등을 수행하는 개별 IC 및 일체화된 IC로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 메모리(Memory), 로직 처리장치(logic processor), 아날로드 드라이버(Analogue Driver) 등 다양한 기능을 가지는 소자를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 포토닉 IC(Photonic IC)(130)를 위한 소자로는 GaAs, InGaAs, Si, SiN, Glass, Quartz, SiON 등 반도체 물질을 포함한 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 상기 전자 IC(Electronic IC)(140)를 위한 소자 또한 Si, SiC, SiGe 등 다양한 반도체 물질이 사용될 수 있다. 상기 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 몰딩하기 위해서는 에폭시 몰드 화합물(EMC), 에폭시 수지 등의 봉지물질을 사용할 수 있으며, 몰딩 단계는 웨이퍼(Wafer) 및 패널(Panel) 레벨로 한번에 여러개의 셀(cell)들이 몰딩될 수 있다.
상기 봉지물질에 의해 형성되는 몰드몸체(110)의 제2면(상부면)(114) 위에 재배선층(120)을 형성하게 되며, 상기 재배선층(120)은 패키지의 외부접속용 단자 패드(150)를 포함하고 있다.
상기 재배선층(120)을 위한 절연막을 형성하기 위해서는 폴리이미드(Polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO2), 아크릴, 에폭시(Epoxy) 계열의 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 배선 레이어 패턴 형성을 위해서 포트리소그래피(photo-lithography) 공정이 사용될 수 있다.
이 경우, 배선 레이어의 물질 자체가 현상 가능한 PR(Photoresist) 역할을 할 수 있으며, PR 코팅을 추가로 한 후에 배선 레이어를 식각(Etch)할 수도 있다. 절연막 생성을 한 이후 메탈(Metal)을 데포지션(deposition)하는 과정을 가지며 재배선층(120)에 사용되는 메탈은 Cu, Al, Au, Ag 등 다양한 메탈 물질 혹은 이의 화합물로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 재배선층(120)은 상기 몰드몸체(110)의 제2면(114)으로 노출된 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140) 각각의 본딩패드(134a,134b)(144a,144b)로부터 상기 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140) 사이의 상호 연결과 동시에 O-SIP(100)의 외부와의 접속을 위해 팬-아웃(Fan-out) 형태의 복수의 단자 패드(150)를 형성하도록 제1 및 제2 절연층(122,124)에 형성된 메탈로 이루어진 제1 및 제2 연결배선(126,128)을 이용하여 본딩패드(134a,134b)(144a,144b)와 패키지 상부의 단자 패드(150)를 2단계로 연결한 것이다.
상기 재배선층(120)에 생성되는 외부접속용 단자 패드(150)는 LGA(Land Grid Array) 타입처럼 재배선층(120)의 메탈면을 바로 외부에 노출시키거나, 도 1에 도시된 BGA(Ball Grid Array) 타입처럼 솔더 볼(solder ball)을 패키지 상부에 장착하여 제작할 수 있다.
이 경우, 상기 재배선층(120)은 포토닉 IC(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 제1 및 제2 절연층(122,124)은 도 1과 같이 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 재배선층(120)은 제1 및 제2 절연층(122,124)이 불투명한 재료로 이루어지는 경우, 도 2와 같이 포토닉 IC(130)로부터 발생된 광신호가 통과할 수 있는 개구부(136)가 일부 또는 전체적으로 형성될 수 있다.
더욱이, 재배선층(120)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 절연층(122,124)이 투명한 재료로 형성되는 경우에도 포토닉 IC(130)로부터 발생된 광(L)의 경로를 변경(제어)하기 위한 광학 렌즈(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 렌즈(160)는 예를 들어, 포토닉 IC(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, 도 6 및 도 7에 도시된 광모듈(300)의 인쇄회로기판(PCB)(200)에 배치된 광학 부품(162), 예를 들어, 미러 또는 렌즈에 광(L)이 입사되도록 안내할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 VIA를 사용하지 않는 FOWLP 방식으로 광 엔진 모듈을 구성하도록 포토닉 IC(Photonic IC)(130)와 전자 IC(Electronic IC)(140)를 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package)를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(101)에 발광소자를 사용한 포토닉 IC(130)와 복수의 전자 IC(140)가 내장된 패키지를 나타낸 단면도이다.
상기한 제1실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(100)는 단일의 포토닉 IC(130)와 단일의 전자 IC(140)를 포함하고 있으나, 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(101)는 단일의 포토닉 IC(130)와 복수의 전자 IC(140, 142)가 내장된 패키지를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)(102)는 도 4에 도시된 바와 같이, 포토닉 IC로서 VCSEL와 같은 발광소자(131)와 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자(132)를 동시에 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 O-SIP(102)는 포토닉 IC로서 발광소자(131)와 수광소자(132)를 전자 IC(140)와 함께 몰드몸체(110) 내부에 패키지되는 것이므로, 하나의 반도체 칩 형태로 이루어진 SiP 패키지를 이용하여 광신호의 송신과 수신이 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 제3실시예에 따른 O-SIP(102)는 후술하는 바와 같이, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 근접센서(302)에 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 패키징을 이용한 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 TOSA와 ROSA를 분리하여 구성하고, 제1면(하부면)에 방열용 Metal 구조물이 적층된 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)와 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)를 분리하여 구성하는 것도 가능하다.
이 경우, 본 발명의 제4실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)인 경우 포토닉 IC로서 VCSEL와 같은 발광소자(131)를 적용하고, 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)인 경우 포토닉 IC로서 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자(132)를 적용한다.
즉, 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)는 포토닉 IC로서 VCSEL와 같은 발광소자(131)를 적용하고, 전자 IC(Electronic IC)(140)로서 발광소자(131)를 구동하는 구동회로를 적용할 수 있으며, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에는 재배선층(120)이 형성되고, 몰드몸체(110)의 제1면(112)에는 방열장치(170)가 구비되어 있다.
상기 방열장치(170)는 방열을 위해 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 하부에 각각 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)의 크기는 각각 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140) 보다 크거나 작을 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성하는 방법으로 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140) 하부에 메탈(Metal) 조각을 부착한 후 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)와 메탈 조각이 붙여진 상태로 FOWLP 공정을 수행할 수 있다. 이 경우 각종 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)와 메탈 조각을 부착하기 위해서 접착제(Adhesive)를 사용할 수 있으며, 이는 실버 에폭시(Silver Epoxy) 혹은 에폭시, EMC, CNT(Carbon nanotube) 콤파운드를 사용할 수 있다. 가장 좋은 방열 성능과 전기적인 도전을 위해서는 실버 에폭시 등의 전도성 물질을 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서는 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 하부면에 전기 신호를 가하기 위해서도 사용될 수 있다.
또한, 상기 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)와 재배선층(120)을 연결하려는 경우 FOWLP에 VIA 형태의 도전성 구조를 형성해야 한다. 본 발명에서는 금속 구조물(173)은 Via를 포함하는 PCB를 사용하거나, Cu 조각을 사용하여 FOWLP시 다른 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)와 함께 몰딩한다. 이어서, Via용 제3금속 구조물(173)의 상/하부 Metal이 노출되도록 그라인딩하여 평탄화한 후, 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 하부에 금속을 데포지션하여 메탈 연결층(174)을 형성하고, 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 상부에 재배선층(120)을 형성할 수 있다.
그 결과, 상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)과 전기적으로 연결하여서 배선할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 레벨(Wafer Level)로 금속(Metal)을 하부에 데포지션(Deposition)하여서 패턴 없이 연결시킬 수도 있고, FOWLP 웨이퍼의 재배선층(120) 반대면에 배선층을 형성하여 양면 배선층으로 서로 연결할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)을 메탈 연결층(174)과 전기적으로 연결하여 메탈 연결층(174)을 그라운드(Ground)로 이용할 수 있고, 또한 상기 재배선층(120)의 열을 Via용 금속 구조물(173)을 통하여 제1면(하부면)(112)으로 쉽게 배출할 수 있다.
상기 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b) 또한 포토닉 IC(130)로서 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자(130b)를 적용하고, 전자 IC(Electronic IC)(140)로서 수광소자(130b)로부터 얻어진 전기 신호를 입력받아 증폭/변환하는 기능 등을 수행하는 IC를 적용할 수 있다.
또한, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에는 재배선층(120)이 형성되고, 몰드몸체(110)의 제1면(112)에는 추가적인 방열을 위해 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 하부에는 각각 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성할 수 있다.
더욱이, 상기 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)과 전기적으로 연결하여서 배선할 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 광폭의 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)과 전기적으로 연결할 수 있어 인덕턴스를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 O-SIP(100)는 몰드몸체(110) 내부에 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)를 포함하고 있으며, 상기 몰드몸체(110)의 제2면(상부면)(114)에는 복수의 단자 패드(150)를 포함하는 재배선층(RDL)(120)이 형성되어 있다.
이 경우, 본 발명에 따른 O-SIP(100)는 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성하는 대신에 몰드몸체(110)의 제1면(하부면)(112)을 그라인딩하여 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)의 하부면이 노출되도록 평탄화할 수 있다.
상기와 같이 포토닉 IC(130) 및 전자 IC(140)의 하부면이 노출되면 직접 방열이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)는 TOF 센서(Time Of Flight Sensor)를 구현할 때 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 광모듈(300)은 상기 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 메인 PCB(200)에 실장함에 의해 얻어질 수 있다.
상기 제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 예를 들어, 몰드몸체(110) 내부에 포토닉 IC(130)로서 VCSEL와 같은 발광소자나 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자를 적용하고, 전자 IC(Electronic IC)(140)를 내장하고, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에 재배선층(120)이 형성되며, 재배선층(120)에 단자 패드(150)가 솔더 볼을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 구조를 가지는 O-SIP(100)는 메인 PCB(200)의 제1면(하부면)(212)에 단자 패드(150)의 솔더 볼을 이용하여 장착될 수 있으며, 이 때 SMT(Surface Mount Technology) 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 메인 PCB(200)의 제2면(상부면)(214)에는 광모듈(300)로서 광신호의 송신과 수신을 제어하는 데 필요한 각종 전자 부품이 실장되어 있다.
상기 메인 PCB(200)제1면(하부면)(212)에 O-SIP(100) 패키지 소자가 장착된 이후 O-SIP(100) 패키지의 포토닉 IC(130)의 광출입부(132)에 출입하는 광경로를 메인 PCB(200) 내부에 형성할 수 있다. 이 경우, 도 6과 같이 메인 PCB(200)를 관통하거나 도 9와 같이 메인 PCB(200)에 일부 홈을 내어서 광경로를 형성시킬 수 있다.
도 6과 같이 광경로 형성을 위해 메인 PCB(200)에 관통구멍(hole)을 가공하여 광 통과 윈도우(210)를 형성하거나, 투명한 소재로 PCB의 일부 혹은 전체면을 구성하여서 광경로를 형성시킬 수 있다. 상기 메인 PCB(200)는 Si 혹은 글래스에 형성된 배선 패턴을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP와 광학 부품을 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 광모듈(300)은 제1실시예에 따른 O-SIP(100)와 광학 부품(162)을 메인 PCB(200)에 실장한 구조를 가지고 있다.
상기 광모듈(300)은 도 8에 도시된 바와 같이 광 트랜시버(400) 내부에서 광섬유(318)와 연결을 위해 광학 부품(162)을 사용할 수 있다. 이 경우, 광학 부품(162)은 플라스틱 사출물로 제작할 수 있으며, 광경로를 수직에서 수평으로 90도 꺾어주는 반사면과, 입사광을 퍼지지 않고 직진하도록 평행한 광으로 만들기 위한 1차 콜리메이션(Collimation) 렌즈(162b) 및 입사광을 집속시키기 위한 2차 포커싱(Focusing) 렌즈의 2개 렌즈를 내부에 구비할 수 있다.
또한, FOWLP 방식으로 제조된 O-SIP(100)의 포토닉 IC(130)에서 발산되는 빛의 광경로가 메인 PCB(200)를 통과하면 길어지므로, 메인 PCB(200)의 광 통과 윈도우(210)에 상기 렌즈의 구조물 일부가 삽입되도록 하여서 1차 콜리메이션 렌즈(162b)와 O-SIP(100)의 포토닉 IC(130) 사이의 거리를 줄여주어 빛의 퍼짐을 방지할 수 있다. 상기 1차 콜리메이션 렌즈(162b)의 반대면에는 결합돌기(162a)를 구비하며, 결합돌기(162a)에는 광섬유 결합홀더(Fiber Block)(164)가 물리적으로 결합되고 광섬유 결합홀더(Fiber Block)(164)에는 피그테일 광섬유(pigtail fiber)(318)를 통해 LC 리셉터클(LC receptacle)(320)을 포함한 광케이블 커넥터와 연결될 수 있다. 또한, LC 리셉터클(LC receptacle)(320)의 선단부에는 광케이블(도시되지 않음)의 플러그가 결합되는 소켓결합부(322)가 돌출되어 있다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 광모듈을 이용하여 제작된 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
도 8은 O-SIP(100)를 이용하여 얻어진 광모듈(300)을 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 하우징 내부에 조립하여 제조되는 광 트랜시버(400) 혹은 AOC(Active Optical Cable)를 제작한 예이다. 이 경우, 상기 광 트랜시버(400)의 후단부는 일측 단말기 등의 본체에 연결되고, 선단부에는 광케이블의 콘넥터가 결합된다.
상기 광 트랜시버(400)는 메인 PCB(200) 위에 도 7의 광모듈(300) 또는 도 5에 도시된 제4실시예에 따른 O-SIP에서 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)와 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)를 적용할 수 있다.
이 경우, 방열을 위하여 광 트랜시버의 금속으로 이루어진 하부 하우징(420)과 O-SIP(100)의 방열용 메탈 연결층(174) 사이에는 TIM(Thermal Interface Material)(180)이 삽입되어 방열이 이루어질 수 있다.
이러한 방열 구조를 통하여 O-SIP(100) 패키지 내부의 포토닉 IC(130)와 전자 IC(140)의 칩에서부터 메탈 하우징(Metal Housing)(420)까지 경로(Path)에서 메인 PCB(200)를 제거함으로써 열저항을 크게 줄일 수 있다.
도 8의 광 트랜시버(400)에서 O-SIP(100)의 패키지에 몰드되는 포토닉 IC(130)로는 VCSEL이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 O-SIP(100)는 멀티-모드 광섬유(Multi-mode Fiber)(318)를 통하여 100m~300m 이내의 단거리를 연결하는 광 트랜시버(400)의 송신기((TX)를 위한 광 엔진 모듈로 사용될 수 있다.
또한, O-SIP(100) 내부에 포토닉 IC(130)로 PD를 사용하는 경우, 광 트랜시버(400)의 수신기(RX)를 위한 광 엔진 모듈로 사용될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 메인 PCB 내부 혹은 메인 PCB 표면에 광학 신호를 전달할 수 있는 구조가 있는 경우, 광신호를 메인 PCB를 관통시키지 않고, 메인 PCB에 있는 광학 구조(광 소자)에 광 신호를 전달(연결)시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제7실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이고, 도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 싱글 모드 착탈식 광 트랜시버용 광모듈의 평면 사시도, 배면 사시도, 배면도 및 도 10c의 A-A선 단면도이며, 도 11은 10c에 도시된 광모듈의 부분 확대 단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참고하여 메인 PCB 내부 혹은 메인 PCB 표면에 광학 신호를 전달할 수 있는 구조가 있는 본 발명의 제7실시예에 따른 광모듈을 설명한다.
제7실시예에 따른 광모듈(300)은 AWG(310)와 O-SIP(100) 사이에 추가 렌즈를 사용하지 않으려면 가깝게 배치하여야 한다.
이를 위해 본 발명의 제7실시예에 따른 광모듈(300)은 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 메인 PCB(200)에 실장하며, 메인 PCB(200)의 결합홈(215)에 AWG(Arrayed Waveguide Grating)(310)이 삽입 결합된 구조를 갖는다.
도 10a 내지 도 10d를 참고하면, 제7실시예에 따른 광모듈(300)은 메인 PCB(200)의 일 측면에 AWG(310)의 선단부를 수납할 수 있는 슬롯 형태의 결합홈(215)이 구비되고, O-SIP(100)의 포토닉 IC(130)의 광출입부(132)가 결합홈(215)에 정합되도록 메인 PCB(200)의 제1면(하부면)(212)에 실장한다. 상기 메인 PCB(200)의 제1면(하부면)(212) 후단부에는 일측 단말기 등의 본체에 연결되는 외부접속단자(220)가 구비되어 있다.
이어서 상기 결합홈(215)에 AWG(310)의 선단부를 삽입한 후, 메인 PCB(200)의 배면에 AWG 지지대(314)를 설치하여 AWG(310)의 선단부를 메인 PCB(200)에 고정시킨다.
상기 AWG(310)는 후단부에 페룰(Ferrule)(316)과 이에 연결된 피그테일 광섬유(pigtail fiber)(318)를 통해 LC 리셉터클(LC receptacle)(320)을 포함한 광케이블 커넥터와 연결될 수 있다. 또한, LC 리셉터클(LC receptacle)(320)의 선단부에는 광케이블(도시되지 않음)의 플러그가 결합되는 소켓결합부(322)가 돌출되어 있다.
상기 제7실시예에 따른 광모듈(300)은 도 8에 도시된 광 트랜시버용 하우징에 조립되어 광 트랜시버(400)를 구성할 수 있다.
또한, 상기 O-SIP(100)의 제1면에는 금속으로 이루어진 하우징(420)과 O-SIP(100)의 방열용 메탈 연결층(174) 사이에 TIM(Thermal Interface Material)(180)이 삽입되어 방열이 이루어질 수 있다.
도 11을 참고하면, 본 발명에 따른 싱글 모드 착탈식 광 트랜시버용 광모듈(300)은 도 5에 도시된 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)를 적용할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 광모듈(300)은 O-SIP(100)가 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)와 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b) 중 하나가 메인 PCB(200)의 하부에 결합되고 일 측면에 형성된 결합홈(215)에 AWG(310)가 결합된 구조를 가진다.
먼저, 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)가 상기 광모듈(300)에 적용된 경우 상기 AWG(310)는 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)(100a)의 포토닉 IC(130)로서 VCSEL와 같은 발광소자로부터 발생된 예를 들어, 4채널의 광신호를 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기능을 수행하여 광섬유(318)에 전달하는 역할을 한다.
상기 AWG(310)는 예를 들어, 광학 다중화(Multiplexing) 기능을 수행하는 광학 멀티플렉서부, 상기 광학 멀티플렉서부의 선단부에 연결되어 복수의 발광 소자로부터 입사된 복수의 광신호가 입력되는 복수의 입력 도파로 및 상기 광학 멀티플렉서부의 후단부에 연결되어 복수의 광신호가 멀티플렉싱된 후 출력되는 하나의 광신호를 출력하는 싱글 모드 출력 도파로를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 AWG(310)는 포토닉 IC(130)와 대향한 끝 부분은 각도가 있는 경사면(312)으로 가공하여 4개의 발광소자로부터 발생된 4채널의 광신호가 AWG(310)의 끝에서 수직 방향으로 절곡되어 AWG(310)의 4개의 입력 도파로를 통하여 입사할 수 있도록 한다. 상기 AWG(310)의 공기중에 노출된 경사면(312)에서는 전반사 굴절이 발생한다.
이에 따라 광송신용 광모듈(300)은 각 채널당 25Gbps×4채널 = 100Gbps의 파장다중화기(WDM MUX)를 실현할 수 있다. 또한, 광송신용 광모듈(300)은 각 채널당 10Gbps×10채널 = 100Gbps의 파장다중화기(WDM MUX)를 실현할 수 도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 O-SIP와 AWG를 사용하여 WDM을 사용하는 광 트랜시버를 위한 광수신용 광모듈(300)를 형성한 실시예의 단면도이다.
도 11을 참고하면, 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)가 광모듈(300)에 적용된 경우 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)의 포토닉 IC로서 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자(132)를 사용한다.
상기 AWG(310)는 PLC를 사용하여 여러가지 파장을 De-MUX할 수 있다. 이 경우, AWG(310)의 후단부 끝 부분은 각도가 있는 경사면(312)으로 가공하여 빛이 AWG(310)의 끝에서 절곡되어 수직 방향으로 방출될 수 있도록 한다.
AWG(310)의 경사면(312)에서 절곡되어 수직 방향으로 방출된 디먹싱(De-MUXing)된 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)(100b)의 포토다이오드(PD)와 같은 수광소자(132)에 입사되어 전기신호로 변환된다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명의 제8실시예에 따른 근접센서를 나타내는 것으로, 근접센서용 O-SIP 칩의 평면도, 근접센서용 O-SIP 칩을 센서 PCB에 실장한 실시예를 나타내는 사시도 및 근접센서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12a를 참고하면, 근접센서용 O-SIP(102) 칩은 포토닉 IC로서 적외선(IR) 광을 방출하는 IR LED와 같은 발광소자(131)와 상기 발광소자(131)를 구동하며 PD와 같은 수광소자(132)를 내장하고 있어 수광 기능을 가진 근접센서 IC(140a)를 포함하고 있다.
상기 발광소자(131)와 수광소자(132)는 각각 그의 상부에 광출입부(133,137)를 구비하며, 상기 근접센서 IC(140a) 칩은 복수의 단자 패드(138)를 가지고 있고, O-SIP(102) 칩은 FOWLP 형태로 패키지가 이루어짐에 따라 O-SIP(102)의 표면에는 상기 복수의 단자 패드(138)와 연결되도록 재배선층(120)의 표면에 각각 솔더 볼이 부착된 복수의 단자 패드(150)가 패키지의 외곽에 배치되어 있다.
도 12b를 참고하면, 본 발명에 따른 광학 근접센서(302)는 O-SIP(102)와 관통구멍(210)을 갖는 센서 PCB(200a)로 구성되며, 근접센서용 O-SIP(102) 칩이 센서 PCB(200a)의 하부에 실장되어 있다.
도 12b에는 상기 발광소자(131)로부터 적외선(IR) 광이 발광되는 영역의 각도를 나타낸 발광영역콘(cone)(306a)과 상기 적외선(IR) 광이 발사된 후 목표물로부터 반사되어 되돌아오는 적외선 반사광이 관통구멍(210)을 통하여 수광소자(132)에 수광되는 영역의 각도를 나타낸 수광영역콘(cone)(306b)이 각각 표시되어 있다. 이 경우, 상기 발광영역콘(cone)(306a)은 수광영역콘(cone)(306b) 내부에 포함되는 것을 알 수 있다.
도 12c를 참고하면, 본 발명에 따른 광학 근접센서(302)는 O-SIP(102)와 관통구멍(210)을 갖는 센서 PCB(200a)로 구성되며, 상기 광학 근접센서(302)는 단말기(500) 등의 본체의 하우징(510)에 상기 관통구멍(210)에 대응하는 부분에 IR 윈도우(Infrared Radiation window)(520)가 형성된 부분에 결합하여 사용될 수 있다.
상기 광학 근접센서(302)에 사용되는 O-SIP(102)의 기본적인 구조는 도 4에 제시한 구조와 동일하다.
즉, O-SIP(102)는 포토닉 IC로서 적외선(IR) 광을 방출하는 IR LED와 같은 발광소자(131)와, 상기 발광소자(131)를 구동하며 PD와 같은 수광소자(132)를 내장하고 있어 수광을 기능을 가진 근접센서 IC(140a)를 구비한다. 상기 근접센서 IC(140a)는 센서의 동작 조건을 설정하고 근접 여부를 판단하며 외부와 통신할 수 있는 신호처리회로를 포함할 수 있다.
상기 수광소자(132)는 근접센서 IC(140a)에 내장되어 구현될 수 있는 것이나, 도 12c에는 수광소자(132)와 근접센서 IC(140a)를 분리하여 내장한 경우를 나타낸 것이다.
또한, 상기 발광소자(131)와 수광소자(132) 사이에는 발사광과 수신광 사이의 간섭을 막기 위한 빛간섭가림막(125)이 재배선층(120)의 제1 및 제2 절연층(122,124) 사이에 연결배선(123)을 형성할 때, 빛의 통과를 차단할 수 있는 금속을 사용하여 구현될 수 있다.
상기 O-SIP(102)의 발광소자(131)와 수광소자(132) 각각의 광출입부(133,137)는 O-SIP(102)의 단자 패드(150)가 배치된 제2면(114)을 향하고 있다.
따라서, 상기 근접센서용 O-SIP(102)가 센서 PCB(200a)에 실장될 때, 상기 센서 PCB(200a)는 광출입부(136,137)에 대향한 부분에 관통구멍(210)을 형성하여 센서 PCB(200a)에 광의 경로를 형성하고 있다. 이에 따라 근접센서(302)의 발광소자(131)로부터 적외선(IR) 광이 발사된 후 목표물로부터 반사되어 되돌아오는 적외선 반사광이 관통구멍(210)을 통하여 수광소자(132)에 입사되어 수/발광이 이루어지게 한다. 상기 센서 PCB(200a)의 관통구멍(210)은 원하는 적외선(IR) 광의 발산각과 수광각을 방해하지 않는 선에서 형성이 되어야 한다.
본 발명에 따른 광학 근접센서(302)는 발광소자(131)와 수광소자(132)를 구동하거나 인터페이스하기 위한 근접센서 IC(140a)가 패키지 내부에 포함되어 있어 슬림한 구조로 구현될 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 발명의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 도전성 VIA를 사용하지 않는 광학 FOWLP를 사용하여 포토닉 IC(Photonic IC)와 전자 IC(Electronic IC)를 패키지 내에 포함하며, 이를 이용하여 광모듈 및 광 트랜시버에 적용할 수 있다.
본 발명은 광학 소자를 사용하는 시스템을 일체화된 패키지화하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 구현하는 방법에 대한 것이다. 이는 광통신 및 광센서 산업에 다양하게 사용될 수 있다. 광통신을 위해서는 데이터 센터 내부 서버간의 통신, 5G 및 6G 통신 네트워크를 위한 광 트랜시버를 위해 사용될 수 있다.
뿐만 아니라 소형화, 집적화를 패키지 내부에서 구현하였으므로, 온-보드 광통신(On-board optical communication), 칩-투-칩 광통신(Chip-to-chip optical communication)에도 사용될 수 있다. 더욱이, TV 혹은 전광판과 셋탑 박스 간에 고 용량의 오디오, 비디오 데이터 전송을 할 때에도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 로우 프로파일(Low Profile)을 가지는 근접센서의 구현을 통해 무선 이어폰, 스마트 폰 등 모듈의 크기를 줄이는 것이 중요한 응용에서 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 포토닉 IC:
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 포토닉 IC와 간격을 두고 몰딩된 전자 IC: 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토닉 IC는 발광소자, 수광소자, 상기 발광소자나 수광소자에 부가적인 기능을 제공하거나 신호 처리를 담당하는 칩 및 PLC(Planar Lightwave Circuit) 중 적어도 하나를 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 IC는 상기 발광소자를 구동하기 위한 구동회로, 상기 수광소자로부터의 전기 신호를 입력받아 증폭 및/또는 변환하는 회로, 레이저 다이오드 드라이버(LD Driver) IC, CDR(Clock Data Recovery), 이퀄라이저(Equalizer), TIA(TransImpedance Amplifier), I2C 통신, DSP(Digital Signal Processing) 중 하나를 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  4. 제1항에 있어서,
    각각 상부면이 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물을 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포토닉 IC와 전자 IC 사이에 상기 몰드몸체를 관통하여 삽입되며 상단부가 재배선층과 연결되고 하단부가 노출된 비아용 제3금속 구조물; 및
    상기 제1 내지 제3 금속 구조물의 하부면을 상호 연결하여 상기 재배선층을 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부와 연결하며 하부면이 노출되는 메탈 연결층;을 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  6. 제4항에 있어서,
    상기 메탈 연결층의 하부에 설치되어 본체의 메탈 하우징으로 방열 경로를 형성하기 위한 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 상기 포토닉 IC로서 발광소자를 적용한 광 송신 서브 어셈블리(TOSA)와 포토닉 IC로서 수광소자를 적용한 광 수신 서브 어셈블리(ROSA)를 형성하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토닉 IC는 제2면에 광출입부를 포함하며,
    상기 광출입부의 상부에 위치한 재배선층(RDL)에 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 또는 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 형성되는 마이크로 렌즈 또는 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)을 더 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP).
  9. 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체 내부에 포토닉 IC와 상기 포토닉 IC를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 IC가 몰딩되어 있으며, 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP); 및
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장된 인쇄회로기판(PCB);를 포함하며,
    상기 인쇄회로기판(PCB)은 상기 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 포함하는 광모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 포토닉 IC의 광출입부가 배치된 제2면에 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층을 더 포함하는 광모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 관통구멍 상부에 위치설정되어 상기 광신호를 광섬유와 포토닉 IC 사이에서 전달하도록 광경로를 수직에서 수평으로 90도 절곡하는 광학 부품을 더 포함하며,
    상기 광학 부품은 광섬유를 통하여 LC 리셉터클을 포함한 광케이블 커넥터와 연결되는 광모듈.
  12. 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체 내부에 포토닉 IC와 상기 포토닉 IC를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 IC가 몰딩되어 있으며, 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 일 측면에 슬롯 형태의 결합홈이 구비된 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 결합홈에 끝 부분은 경사면을 가지는 선단부가 결합되며, 상기 포토닉 IC로부터 발생된 복수 채널의 광신호가 수신될 때 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기능을 수행하여 광섬유에 전달하거나 상기 광섬유로부터 수신된 광신호를 디먹싱(De-MUXing)하여 상기 경사면을 통하여 상기 포토닉 IC로 전송하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)를 포함하는 광모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 AWG의 후단부는 페룰(Ferrule)과 광섬유를 통하여 LC 리셉터클을 포함한 광케이블 커넥터와 연결되는 광모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 포토닉 IC:
    상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 포토닉 IC와 간격을 두고 몰딩된 전자 IC: 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 포토닉 IC와 전자 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결되기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 광모듈.
  15. 광모듈: 및
    상기 광모듈을 수용하는 하우징;을 포함하며,
    상기 광모듈은 제9항 또는 제12항에 따른 광모듈인 광 트랜시버.
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