WO2023153910A1 - 광 시스템-인-패키지를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 - Google Patents

광 시스템-인-패키지를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 Download PDF

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WO2023153910A1
WO2023153910A1 PCT/KR2023/002119 KR2023002119W WO2023153910A1 WO 2023153910 A1 WO2023153910 A1 WO 2023153910A1 KR 2023002119 W KR2023002119 W KR 2023002119W WO 2023153910 A1 WO2023153910 A1 WO 2023153910A1
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photonic
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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 module using an optical system-in-package, and more particularly, to an optical module and an optical module using an optical system-in-package (O-SIP) including a photonic IC and an electronic IC in a package. It's about the transceiver.
  • 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, optical transceivers responsible for optical connection between servers, or between TVs and set-top boxes, or VR (virtual reality) glasses and graphics processing units (GPUs).
  • VR virtual reality
  • GPUs graphics processing units
  • 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 provides an optical module and an optical transceiver using an optical system-in-package (O-SIP) including a photonic IC and an electronic IC in a package.
  • O-SIP optical system-in-package
  • an optical module drives or interfaces a photonic IC and the photonic IC inside a mold body having flat first and second surfaces at the bottom and top.
  • an optical system-in-package (O-SIP) in which an electronic IC is molded and generates an optical signal or receives an optical signal; and a vertical coupler mounted on the optical system-in-package (O-SIP) and having a through-hole inside the body corresponding to the light input/output of the photonic IC; wherein the through-hole includes an optical fiber. It is characterized in that is combined.
  • the optical system-in-package may include 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 may include a light emitting element and a light receiving element.
  • An optical module includes first and second metal structures for heat dissipation with upper surfaces bonded to lower portions of the photonic IC and electronic IC and lower surfaces exposed; a third metal structure for a via inserted between the photonic IC and the electronic IC through the mold body and having an upper end connected to a redistribution layer and a lower end exposed; 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 includes a mold body having flat first and second surfaces at 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 arranged to electrically connect the photonic IC and the electronic IC to the outside while interconnecting the photonic IC and the electronic IC.
  • the redistribution layer disposed above the light input/output unit of the photonic IC may have an opening.
  • 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 or receiving an optical signal; an optical fiber holder coupled to a rear end of the optical fiber to support at least one optical fiber therein and having a pair of coupling grooves; And a lower surface is mounted on the upper part of the optical system-in-package (O-SIP), has a receiving space for accommodating the optical fiber holder at the upper end, and a pair of coupling protrusions coupled to the pair of coupling grooves on both sides It is characterized in that it includes; a vertical coupler protruding.
  • optical alignment may be made to the light emitting element or light receiving element of the optical system-in-package (O-SIP) of the plurality of optical fibers.
  • O-SIP optical system-in-package
  • a photonic IC and an electronic IC that drives or interfaces 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 or receiving an optical signal;
  • O-SIP optical system-in-package
  • the optical system-in-package (O-SIP) is mounted on a lower surface, and an optical signal is generated or received in a vertical direction from the photonic IC at a portion corresponding to an optical input/output part of the photonic IC.
  • a first printed circuit board having a through hole forming an optical path
  • an optical fiber holder coupled to the rear end of the plurality of optical fibers to support the plurality of optical fibers therein, and having the optical system-in-package (O-SIP) mounted thereon through the through hole at the front end.
  • O-SIP optical system-in-package
  • the first printed circuit board (PCB) is a flexible printed circuit board (PCB), a plurality of electronic components that perform transmission and reception control for the optical system-in-package (O-SIP) are mounted, and the It may further include a second printed circuit board (PCB) to which one end of the first printed circuit board (PCB) is connected.
  • PCB flexible printed circuit board
  • O-SIP optical system-in-package
  • a photonic IC and an electronic IC for driving or interfacing the photonic IC are molded inside a mold body having first and second flat surfaces on the lower and upper sides, , an optical system-in-package (O-SIP) for generating or receiving an optical signal;
  • the optical system-in-package (O-SIP) is mounted on a lower surface, and an optical signal is generated or received in a vertical direction from the photonic IC at a portion corresponding to an optical input/output part of the photonic IC.
  • a printed circuit board (PCB) having a through hole forming an optical path when the light is on; and an LC receptacle having a rear end coupled to the printed circuit board (PCB) and an optical fiber coupled to the front end.
  • the optical module according to an embodiment of the present invention is mounted on the back of the optical system-in-package (O-SIP) and cools the optical system-in-package (TEC) (Thermo Electric Cooler) may be further included.
  • O-SIP optical system-in-package
  • TEC optical system-in-package
  • a photonic IC and an electronic IC that drives or interfaces 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 or receiving an optical signal;
  • O-SIP optical system-in-package
  • the optical system-in-package (O-SIP) is mounted on a lower surface, and an optical signal is generated or received in a vertical direction from the photonic IC at a portion corresponding to an optical input/output part of the photonic IC.
  • PCB printed circuit board
  • O-SIP optical system-in-package
  • a sealing material for sealing a printed circuit board (PCB) on which the optical system-in-package (O-SIP) is mounted may be filled in the rear end accommodating space of the LC receptacle.
  • An optical transceiver includes an optical module; and a housing accommodating the optical module therein.
  • 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 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
  • a plurality of photodiodes (PD) are arranged in an array
  • CCD image sensor CCD image sensor
  • ToF Time It may include both a light receiving element such as a sensor of flight and an electronic IC for driving the photonic IC.
  • 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.
  • 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.
  • 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 a vertical coupler is coupled to an O-SIP according to the first embodiment according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8a and 8b are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an O-SIP coupled with a vertical coupler according to a sixth embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an optical module in which an optical fiber is directly coupled to an O-SIP to which a vertical coupler is coupled, obtained according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an optical module in which a ribbon type optical fiber holder is coupled to an O-SIP to which a vertical coupler is coupled according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 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 using an FPCB according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a longitudinal cross-sectional view of an optical module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a structure in which an optical fiber holder is directly coupled to an O-SIP in an optical module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG 14 is a partially enlarged view of an optical module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • 15 is a cross-sectional view showing an optical transceiver implemented using an optical module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating an optical transceiver in which an optical module to which an O-SIP according to the first embodiment is applied according to a ninth embodiment of the present invention is connected to an optical fiber using an LC receptacle.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing an optical transceiver in which an optical module to which an O-SIP according to the first embodiment is applied is coupled to an LC receptacle according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing an optical transceiver in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to a tenth embodiment of the present invention, coupled to an LC receptacle, and then sealed.
  • 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 may include an IC that performs electrical signal processing, a function of receiving and amplifying/converting an electrical signal from the photonic IC 130, a laser diode driver IC, It can be composed of individual ICs and integrated ICs that perform CDR (Clock Data Recovery), Equalizer, TIA (TransImpedance Amplifier), I2C communication, DSP (Digital Signal Processing), and the like.
  • CDR Lock Data Recovery
  • Equalizer Equalizer
  • TIA TransImpedance Amplifier
  • I2C communication 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 stages.
  • 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 redistribution layer 120 prevents the path of the light L generated from the photonic IC 130 even when the first and second insulating layers 122 and 124 are formed of a transparent material.
  • An optical lens 160 for changing (controlling) may be further included.
  • the optical lens 160 may be, for example, a collimating lens that makes the path of the light L generated from the photonic IC 130 nearly parallel without being dispersed, or a focusing lens that focuses the light L to one point. to have the function of
  • 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 silver epoxy or epoxy, EMC, CNT (Carbon nanotube) compound.
  • EMC Electrode Cylinder
  • CNT Carbon nanotube
  • 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, for example, to implement a Time Of Flight Sensor (TOF) sensor.
  • TOF 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.
  • the optical input/output 133 of the photonic IC 130 in the O-SIP 100 package An optical path entering and exiting may be formed inside the main PCB 200 .
  • an optical path passing through the main PCB 200 may be formed as shown in FIG. 6 .
  • a through hole 210 serving as a light passage window 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.
  • a light path can be formed.
  • 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 a vertical coupler is coupled to an O-SIP according to the first embodiment according to the sixth embodiment of the present invention
  • FIGS. 8A and 8B are respectively related to the sixth embodiment of the present invention. It is a process cross-sectional view showing the manufacturing process of an optical module in which a vertical coupler is coupled to an O-SIP according to the present invention.
  • FIGS. 7 to 8B an optical module in which a vertical coupler 340 is coupled to an O-SIP 103 according to a sixth embodiment of the present invention is shown.
  • the O-SIP 103 is the same as the O-SIP 100 according to the first embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
  • the vertical coupler 340 mounted on the upper surface of the O-SIP 103 has a structure in which a plurality of through holes 342 are formed in the body 344.
  • the photonic IC 130 embedded in the mold body 110 of the O-SIP 103 is composed of, for example, 4 channels, 4 light emitting elements and/or light receiving elements are formed as a single chip. can be provided.
  • the vertical coupler 340 has, for example, four through holes 342 formed in the body 344, and each of the four through holes 342 includes four light emitting elements and/or light receiving elements. It is formed at intervals opposite to the light input/output part 133 of the.
  • a plurality of pre-manufactured vertical couplers 340 are aligned with the light-emitting elements and/or light-receiving elements 133 of the plurality of O-SIPs 100 using a PnP equipment (Pick and Place Machine) and attached using a bonding method.
  • PnP equipment Pick and Place Machine
  • the through hole 342 of the vertical coupler 340 may be processed through laser hole processing in the Si wafer.
  • the vertical coupler 340 having the through hole 342 may be manufactured through plastic injection.
  • Alignment of the vertical coupler 340 may be performed at the wafer or panel level during the FOWLP process to increase assembly efficiency. Alternatively, after sawing/dicing the FOWLP wafer 105 and after SMT of the O-SIP 100 on the control PCB 200, the vertical coupler 340 may be aligned in the same manner.
  • the wafer 105 is diced to obtain the O-SIP 103 according to the sixth embodiment in which the vertical coupler 340 is mounted on the O-SIP 100. there is.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an optical module in which an optical fiber is directly coupled to an O-SIP to which a vertical coupler is coupled obtained according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a vertical coupler according to a seventh embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view showing an optical module in which a ribbon type optical fiber holder is coupled to an O-SIP coupled with
  • the vertical coupler 340 is coupled to the O-SIP 100 employing a light emitting element emitting light in a vertical direction such as a VCSEL as a photonic IC 130 inside a mold body 110. By doing so, it is possible to couple the optical fibers 318 directly without using an optical lens or the like.
  • the O-SIP 103 shows an optical module in which a plurality of optical fibers 318 are directly coupled to a plurality of through holes 342 of a vertical coupler 340, respectively.
  • the plurality of optical fibers 318 may be integrated into an optical fiber ribbon 319 to facilitate handling.
  • the vertical coupler 340 is precisely formed with a plurality of through holes 342 in which a plurality of optical fibers 318 can be accommodated, and the vertical coupler 340 uses a PnP device (Pick and Place Machine).
  • PnP device Pick and Place Machine
  • both structures are connected through a precisely formed fiducial mark or hole in the vertical coupler 340 and a fiducial mark inside the O-SIP 100 It can be precisely aligned to a pre-set position.
  • a vertical coupler 350 modified to increase coupling force while accommodating a ribbon type optical fiber holder 319 instead of the above vertical coupler 340 is mounted on the O-SIP (100).
  • the deformed vertical coupler 350 has an accommodation space for accommodating the ribbon-shaped optical fiber holder 319 inside, and a pair of coupling protrusions 354 protrude from both sides of the accommodation space of the body.
  • the ribbon-type optical fiber holder 319 has a structure in which the front ends of a plurality of optical fibers 318 are received and integrated into the body, and a pair of coupling grooves 319a coupled to the pair of coupling protrusions 354 are formed in the body. Available on both sides.
  • the front ends of the plurality of optical fibers 318 are respectively connected to the O-SIP 100 without using an optical lens.
  • Optical alignment may be made to the light input/output part 133 of the light emitting element and/or the light receiving element.
  • the optical fiber 318 may be vertically aligned to the O-SIP 100, and in this case, alignment and bonding between the optical fiber 318 and the O-SIP 100 are performed.
  • a ribbon-type optical fiber holder 319 surrounding the optical fiber 318 may be additionally used to supplement the fixing strength.
  • an active method of measuring and monitoring the optical efficiency at the end of the optical fiber and performing adjustment while monitoring may be used, or the passive (described in FIG. 7 above) Passive method can be used.
  • FIG. 11 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 using an FPCB according to the eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view according to the eighth embodiment of the present invention
  • 13 is an enlarged cross-sectional view showing a structure in which an optical fiber holder is directly coupled to an O-SIP in an optical module according to an eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is an eighth embodiment of the present invention. It is a partially enlarged view of the optical module according to.
  • 15 is a cross-sectional view showing an optical transceiver implemented using an optical module according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the optical module 304 according to the eighth embodiment of the present invention mounts the O-SIP 100 according to the first embodiment on the FPCB 202 connected to the main PCB 200 has one structure.
  • the O-SIP 100 according to the first embodiment is pre-manufactured with the TIM 180 attached to the rear surface for heat dissipation, and then mounted on the FPCB 202 having the through hole 210 formed thereon.
  • the O-SIP 100 can be easily mounted on the FPCB 202 because, for example, a solder ball is mounted on a terminal pad.
  • the O-SIP 100 is mounted on the FPCB 202 so that the through hole 210 of the FPCB 202 is aligned with the light input/output 133 of the light emitting element and/or the light receiving element.
  • An optical fiber holder 330 is coupled to the rear end of the optical fiber 318 and an LC receptacle 320 is connected to the front 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 fiber holder 330 is inserted through the through hole 210 of the FPCB 202, and the front end of the light emitting element and/or light receiving element of the O-SIP 100
  • the sealing portion 332 is formed by performing sealing using epoxy in a state where the optical fiber holder 330 is positioned at the light input/output portion 133 of the optical fiber holder 330 can be fixed.
  • the fixing of the optical fiber holder 330 by the epoxy sealing may be formed on the O-SIP 100 or on the FPCB 202 .
  • the optical module 304 is an optical fiber holder ( 330) can be simply coupled and fixed to the O-SIP 100 by inserting and fixing the optical fiber 318.
  • the FPCB 202 on which the O-SIP 100 is mounted may have a coupling hole 218 used when assembling the housing of the optical transceiver 402 at the front end.
  • an optical module 304 according to an eighth embodiment of the present invention is assembled inside an optical transceiver housing composed of an upper housing 410 and a lower housing 420 to form an optical transceiver 402. It can be.
  • the front surface of the coupling protrusion 430 is formed at right angles to the inner circumferential surface of the upper housing 410, and the rear end is inclined so that the cross section of the coupling protrusion 430 is triangular.
  • the TIM 180 coupled to the O-SIP 100 faces the front surface of the coupling protrusion 430. Combinations are made so that a sum is achieved.
  • the rear end of the optical module 304 in which the optical fiber holder 330 is assembled to the O-SIP 100 through the through hole 210 of the FPCB 202 passes through the FPCB 202 to the main PCB 200 ), and the front end is connected to the LC receptacle 320 through the optical fiber 318.
  • the installation of the O-SIP 100 This is an embodiment implemented by giving an angle rather than a horizontal direction.
  • optical fiber 318 can be directly optically coupled to the O-SIP 100 without using an additional structure such as an optical lens, components can be reduced.
  • the O-SIP 100 according to the present invention may be erected vertically with respect to the surface of the main PCB 200, or at another angle (eg, 30 degrees). can be placed.
  • the O-SIP 100 can be connected using FPCB, and in an embodiment not shown in the drawing, it can be installed vertically on the main PCB 200 and then fixed by soldering.
  • the O-SIP 100 may be installed on the FPCB 202 or may be placed on a rigid PCB and then connected to the FPCB.
  • the rear end of the optical transceiver housing composed of the upper housing 410 and the lower housing 420 is connected to a body such as a terminal installed on one side, and the socket coupling portion 322 of the LC receptacle 320 is connected to the front end.
  • a plug of an optical cable may be coupled and connected to another terminal disposed on the other side.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an optical transceiver in which an optical module to which an O-SIP according to the first embodiment is applied according to the ninth embodiment of the present invention is connected to an optical fiber using an LC receptacle
  • FIG. It is a cross-sectional view showing an optical transceiver in which the optical module to which the O-SIP according to the first embodiment is applied is coupled to the LC receptacle according to the embodiment.
  • the optical transceiver according to the ninth embodiment of the present invention has a structure in which an optical module to which the O-SIP 100 according to the first embodiment is applied is coupled to an optical fiber 318 using an LC receptacle 360, can be applied
  • the O-SIP 100 is mounted on the main PCB 201 in which the through hole 210 is formed, and then assembled and fixed to the rear end of the LC receptacle 360.
  • a Thermo Electric Cooler (TEC) 185 for temperature control may be attached to the back of the O-SIP 100.
  • the TEC 185 is a cooler that generates heat flux between two materials junctions using the Peltier effect, and cools by transferring heat from one side of the device to the other while consuming electrical energy according to the direction of the current. do.
  • the operating temperature is limited to 0 ° C to 70 ° C, but when a TEC 185 is attached and used, the operating temperature can be extended from -40 ° C to 85 ° C.
  • the use of the TEC 185 can be equally applied to the structure of the O-SIP 100 described above.
  • a thermistor for temperature measurement may be embedded inside the O-SIP 100.
  • a method of combining the optical module in which the O-SIP 100 is mounted on the main PCB 201 with the LC receptacle 360 may be performed in one of the following three ways.
  • the LC receptacle 360 is provided with an accommodation space 362 capable of accommodating an optical module at the rear end of the body 361, and an optical lens 364 is integrated in the front of the accommodation space 362. It is formed, and on the front end side of the body 361, a cylindrical coupling protrusion having an optical fiber coupling concave 363 coupled to the optical fiber 318 is formed in the central portion.
  • An optical fiber holder 330a is detachably coupled to the cylindrical coupling protrusion, and the optical fiber holder 330a has a coupling groove at the rear end into which the cylindrical coupling protrusion is inserted and coupled, and the optical fiber 318 is supported at the central portion. there is.
  • the optical axis alignment with the optical lens 364 can be achieved while the front end of the optical fiber 318 is accommodated in the optical fiber coupling groove 363.
  • the method of coupling the optical module to the LC receptacle 360 is press-fitting while inserting the main PCB 201 of the optical module into the receiving space 362 at the rear end of the LC receptacle 360. can be fixed in this way.
  • the method of combining the optical module with the LC receptacle 360 is to make the main PCB 201a larger than the outer diameter of the LC receptacle 360, and attach the LC receptacle 360 to the main PCB 201a. ) is also possible.
  • light passing through the through hole 210 of the main PCBs 201 and 201a from the O-SIP 100 may be focused toward the optical fiber 318 through the optical lens 364 of the LC receptacle 360. .
  • the optical fiber holder 330a is coupled to the front end of the LC receptacle 360, the optical fiber 318 is inserted into the optical fiber coupling groove 363, and then the optical fiber ( 318), an active method of fixing the optical fiber holder 330a at a position where an optimal amount of light is obtained while measuring the amount of light may be used.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing an optical transceiver in which an O-SIP according to the first embodiment is mounted on a main PCB according to a tenth embodiment of the present invention, coupled to an LC receptacle, and then sealed.
  • the O-SIP 100 is installed in the main PCB 201 in the receiving space at the rear end of the body 371 of the LC receptacle 370 After all the mounted optical modules are inserted, the sealing portion 373 is formed by filling the receiving space 362 at the rear end of the LC receptacle 370 with an epoxy sealing agent.
  • the body 371 of the LC receptacle 370 has an optical fiber coupling groove 373 formed in the center of which an optical fiber 318 is inserted and coupled. Accordingly, when the optical fiber 318 is coupled to the optical fiber coupling groove 373, the front end portion passes through the through hole 210 of the main PCB 201 and can be aligned with the light input/output 133 of the O-SIP 100 .
  • the optical module includes a photonic IC and an electronic IC in a package using an optical FOWLP that does not use a conductive VIA, , can be applied to 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.

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Abstract

본 발명은 포토닉 IC 및 전자 IC 등을 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다. 본 발명의 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 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부에 실장되며, 몸체 내부에 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 관통구멍을 갖는 수직방향 커플러;를 포함하며, 상기 관통구멍에 광섬유가 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

광 시스템-인-패키지를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버
본 발명은 광 시스템-인-패키지를 이용한 광모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포토닉 IC 및 전자 IC 등을 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버에 관한 것이다.
반도체 칩은 논리나 구동 IC의 역할을 수행할 뿐만 아니라 빛에 반응할 수 있는 수광소자 혹은 빛을 발광하는 발광소자를 제작할 수 있다. 이러한 광소자는 다양한 분야에 사용되고 있으며, 일 예로 서버 간의 광 연결을 담당하는 광 트랜시버, 혹은 TV와 셋탑 박스 간, 또는 VR(virtual reality) 글라스와 그래픽 처리 유닛(GPU) 간의 영상데이터를 전달하는 모듈에 사용될 수 있다.
또한, 광소자의 다른 응용으로는 발광 소자를 포함하는 근접 센서, TOF(Time Of Flight) 센서, LIDAR(Light Detection And Ranging) 등에 활용되고 있다.
광소자는 이를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 소자와 함께 사용되어야 하며, 이를 통해 광신호를 전자 신호의 형태로 변환해주게 된다. 일례로, 광데이터 전송을 하는 분야에서는 광신호를 디지털 신호로 변환해 주는 모듈을 위해 광소자와 전자 소자가 함께 사용될 수 있다. 다른 예로, 광센서 분야에서는 수광한 빛의 특성을 영상 데이터 혹은 Depth 데이터로 변환해 주는 소자가 광소자와 함께 사용될 수 있다.
위의 응용 모두 종래에는 대부분 배선 패턴이 제작된 PCB(인쇄회로기판)를 사용하여 복수의 칩들을 실장하고 wire-bonding에 의해 연결하고 있다. 이는 보통 칩-온-보드(CoB, Chip-on-Board) 방식의 패키지이다.
또한, PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 광/전 소자를 패키징할 수 있으며, 이는 초박형 패키지를 제작하면서 고정밀 재배선층(RDL)을 사용하여 성능을 높일 수 있는 기술이다.
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)를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 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 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부에 실장되며, 몸체 내부에 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 관통구멍을 갖는 수직방향 커플러;를 포함하며, 상기 관통구멍에 광섬유가 결합되는 되는 것을 특징으로 한다.
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 포함할 수 있다.
또한, 상기 포토닉 IC는 발광소자와 수광소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 각각 상부면이 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물; 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.
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 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 포토닉 IC의 광출입부 상부에 배치된 상기 재배선층은 개구부를 가질 수 있다.
또한, 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); 적어도 하나의 광섬유를 내부에 지지하도록 상기 광섬유의 후단부에 결합되며, 한쌍의 결합요홈을 구비하는 광섬유 홀더; 및 저면이 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부에 실장되며, 상단부에 상기 광섬유 홀더를 수용하는 수용공간을 구비하며, 양측에는 상기 한쌍의 결합요홈과 결합하는 한쌍의 결합돌기가 돌출되어 있는 수직방향 커플러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 광섬유 홀더가 수직방향 커플러의 수용공간에 결합될 때, 상기 복수의 광섬유 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 발광소자 또는 수광소자의 광출입부에 광학 정렬이 이루어질 수 있다.
더욱이, 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, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 제1인쇄회로기판(PCB); 및 복수의 광섬유를 내부에 지지하도록 상기 복수의 광섬유의 후단부에 결합되며, 선단부가 상기 관통구멍을 통하여 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되는 광섬유 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 제1인쇄회로기판(PCB)은 가요성 인쇄회로기판(PCB)이며, 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장되고 상기 제1인쇄회로기판(PCB)의 일단부가 연결된 제2인쇄회로기판(PCB)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 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, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 후단부가 상기 인쇄회로기판(PCB)에 결합되며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 광모듈은 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 뒷면에 실장되어 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 냉각시키기 위한 TEC(Thermo Electric Cooler)를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 트랜시버는 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, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및 후단부 수용공간에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 수납하며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 LC 리셉터클의 후단부 수용공간은 후면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 실링하기 위한 실링제가 충진될 수 있다.
본 발명에 따른 광 트랜시버는 광모듈; 및 상기 광모듈을 내부에 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.
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(Photonic IC)를 구동하기 위한 전자 IC(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.
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.
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-SIP에 수직방향 커플러가 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 수직방향 커플러가 결합된 O-SIP의 제조공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따라 얻어진 수직방향 커플러가 결합된 O-SIP에 광섬유가 직접 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 수직방향 커플러가 결합된 O-SIP에 리본형 광섬유홀더가 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 FPCB를 이용하여 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈의 길이방향 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈에서 광섬유 홀더가 O-SIP에 직접 결합된 구조를 나타낸 확대단면도이다.
도 14는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈의 부분확대도이다.
도 15는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈을 이용하여 구현된 광 트랜시버를 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제9실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 적용한 광모듈을 LC 리셉터클을 이용하여 광섬유와 연결한 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제9실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 적용한 광모듈을 LC 리셉터클에 결합한 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제10실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 LC 리셉터클과 결합한 후 실링한 광 트랜시버를 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 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 한다.
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 예를 들어, 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(133)에 출입하는 광경로를 메인 PCB(200) 내부에 형성할 수 있다. 이 경우, 도 6과 같이 메인 PCB(200)를 관통하는 광경로를 형성시킬 수 있다.
도 6과 같이 광경로 형성을 위해 메인 PCB(200)에 관통구멍(hole)을 가공하여 광 통과 윈도우 역할을 하는 관통구멍(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-SIP에 수직방향 커플러가 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이고, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 O-SIP에 수직방향 커플러가 결합된 광모듈의 제조공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 7 내지 도 8b를 참고하면, 본 발명의 제6실시예에 따라 O-SIP(103)에 수직방향 커플러(340)가 결합된 광모듈을 나타낸다.
상기 O-SIP(103)는 제1실시예에 따른 O-SIP(100)와 동일한 것이고, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 O-SIP(103)의 상부면에 실장되는 수직방향 커플러(340)는 몸체(344)에 복수의 관통구멍(342)이 형성된 구조를 가지고 있다.
상기 O-SIP(103)의 몰드몸체(110)에 내장된 포토닉 IC(130)는 예를 들어, 4채널로 구성될 때, 4개의 발광소자 및/또는 수광소자가 하나의 칩으로 형성되어 제공될 수 있다.
이 경우, 상기 수직방향 커플러(340)는 몸체(344)에 형성된 관통구멍(342)은 예를 들어, 4개로 이루어지고, 4개의 관통구멍(342)은 각각 4개 발광소자 및/또는 수광소자의 광출입부(133)에 대향하는 간격으로 형성된다.
본 발명에서는 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 복수개 포함하도록 FOWLP 방식으로 웨이퍼(105)를 제작한 후, 미리 제작된 복수개의 수직방향 커플러(340)를 각각 PnP 장비(Pick and Place Machine)를 이용하여 복수의 O-SIP(100)의 발광소자 및/또는 수광소자의 광출입부(133)에 정렬하여 본딩방식으로 부착한다.
상기 수직방향 커플러(340)는 Si 웨이퍼에 레이저 구멍(Laser hole) 가공을 통해서 관통구멍(342)을 가공할 수 있다. 혹은 플라스틱 사출을 통해 관통구멍(342)을 가지는 수직방향 커플러(340)를 제작할 수도 있다.
상기 수직방향 커플러(340)의 정렬은 FOWLP 공정시 웨이퍼나 패널 레벨에서 진행하여 조립 효율을 증가시킬 수 있다. 혹은, FOWLP 웨이퍼(105)를 소잉/다이싱한 후, 제어 PCB(200)에 O-SIP(100)를 SMT한 후에도 동일하게 수직방향 커플러(340)의 정렬을 진행할 수도 있다.
그 후, 도 8b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(105)를 다이싱하여 O-SIP(100)에 수직방향 커플러(340)가 실장된 제6실시예에 따른 O-SIP(103)를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따라 얻어진 수직방향 커플러가 결합된 O-SIP에 광섬유가 직접 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 수직방향 커플러가 결합된 O-SIP에 리본형 광섬유홀더가 결합된 광모듈을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 광모듈에서는 몰드몸체(110) 내부에 포토닉 IC(130)로서 VCSEL와 같은 수직방향으로 광을 발산하는 발광소자를 채용한 O-SIP(100)에 수직방향 커플러(340)를 결합시킴에 의해 광학 렌즈 등을 사용하지 않고 직접 광섬유(318)를 결합시키는 것이 가능하다.
도 9를 참고하면, 제6실시예에 따른 O-SIP(103)에서는 수직방향 커플러(340)의 복수의 관통구멍(342)에 각각 복수의 광섬유(318)가 직접 결합되는 광모듈을 나타낸다.
이 경우, 상기 복수의 광섬유(318)는 취급을 용이하게 하도록 광섬유 리본(319)에 수용되어 일체화가 이루어질 수 있다.
상기 수직방향 커플러(340)는 복수의 광섬유(318)가 수납될 수 있는 복수의 관통구멍(342)이 정밀하게 형성된 것으로, 상기 수직방향 커플러(340)는 PnP 장비(Pick and Place Machine)를 이용하여 복수의 O-SIP(100)에 실장하면, 상기 수직방향 커플러(340)에 정밀하게 형성된 피듀셜 마크(Fiducial mark) 또는 구멍과 O-SIP(100) 내부의 피듀셜 마크를 통해서 양 구조물을 정밀하게 미리 설정된 위치에 정렬할 수 있다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 광모듈에서는 상기한 수직방향 커플러(340) 대신에 리본형 광섬유홀더(319)를 수용하면서 결합력을 높이기 위해 변형된 수직방향 커플러(350)가 O-SIP(100)에 실장되어 있다.
상기 변형된 수직방향 커플러(350)는 내측에 상기 리본형 광섬유홀더(319)를 수용하는 수용공간이 형성되어 있으며, 상기 몸체의 수용공간 양측에는 한쌍의 결합돌기(354)가 돌출되어 있다.
상기 리본형 광섬유홀더(319)는 복수의 광섬유(318)의 선단부를 몸체 내부에 수용하여 일체화시킨 구조를 가지며, 상기 한쌍의 결합돌기(354)와 결합되는 한쌍의 결합요홈(319a)이 몸체의 양측에 구비되어 있다.
따라서, 상기 리본형 광섬유홀더(319)를 상기 변형된 수직방향 커플러(350)에 조립하면, 상기 한쌍의 결합돌기(354)가 한쌍의 결합요홈(319a)에 결합되어 조립된 상태를 유지할 수 있다.
상기와 같이, 상기 리본형 광섬유홀더(319)를 상기 변형된 수직방향 커플러(350)에 조립하면, 광학 렌즈 등을 사용하지 않고 복수의 광섬유(318)의 선단부는 각각 O-SIP(100)의 발광소자 및/또는 수광소자의 광출입부(133)에 광학 정렬이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제7실시예에 따른 광모듈에서는 광섬유(318)가 O-SIP(100)에 수직으로 정렬될 수 있으며, 이 경우 광섬유(318)와 O-SIP(100) 사이에 정렬과 접합을 위해서 광섬유(318)를 감싸는 리본형 광섬유홀더(319)를 추가로 사용하여 고정 강도를 보완할 수 있다.
광섬유(318)와 O-SIP(100) 사이의 광정렬을 실시하기 위해서는 광섬유 끝단에서 광효율을 측정하여 모니터링하면서 조정을 실시하는 능동(Active) 방식을 사용할 수도 있고, 상기한 도 7에서 설명한 수동(Passive) 방식을 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 FPCB를 이용하여 메인 PCB에 실장한 광모듈을 나타내는 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈의 길이방향 단면도이며, 도 13은 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈에서 광섬유 홀더가 O-SIP에 직접 결합된 구조를 나타낸 확대단면도이고, 도 14는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈의 부분확대도이다.
도 15는 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈을 이용하여 구현된 광 트랜시버를 나타낸 단면도이다.
도 11 내지 도 14를 참고하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(304)은 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 메인 PCB(200)와 연결된 FPCB(202)에 실장한 구조를 가지고 있다.
제1실시예에 따른 O-SIP(100)는 배면에 방열을 위해 TIM(180)이 부착되어 있는 상태로 미리 제작한 후, 관통구멍(210)이 형성된 FPCB(202)에 실장된다.
상기 O-SIP(100)는 예를 들어, 단자 패드에 솔더 볼이 탑재되어 있어 쉽게 FPCB(202)에 실장될 수 있다.
상기 O-SIP(100)는 발광소자 및/또는 수광소자의 광출입부(133)에 FPCB(202)의 관통구멍(210)이 정렬되도록 FPCB(202)에 실장된다.
광섬유(318)는 후단부에 광섬유 홀더(330)가 결합되고, 선단부에 LC 리셉터클(LC receptacle)(320)이 연결되어 있다.
또한, LC 리셉터클(LC receptacle)(320)의 선단부에는 광케이블(도시되지 않음)의 플러그가 결합되는 소켓결합부(322)가 돌출되어 있다.
그 후, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유 홀더(330)를 FPCB(202)의 관통구멍(210)을 통하여 삽입한 후 선단부가 상기 O-SIP(100)의 발광소자 및/또는 수광소자의 광출입부(133)에 위치시킨 상태에서 에폭시를 이용한 실링을 실시하여 실링부(332)를 형성하면 상기 광섬유 홀더(330)의 고정이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 에폭시 실링에 의한 상기 광섬유 홀더(330)의 고정은 상기 O-SIP(100) 상에 형성되거나 FPCB(202) 상에서 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(304)은 FPCB(202)에 실장된 상기 O-SIP(100)에 FPCB(202)의 관통구멍(210)을 통하여 광섬유 홀더(330)를 삽입하여 고정시킴에 의해 광섬유(318)를 간단하게 상기 O-SIP(100)에 결합 고정시킬 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 O-SIP(100)가 실장된 FPCB(202)는 선단부에 광 트랜시버(402)의 하우징에 조립할 때 이용되는 결합구멍(218)을 구비할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(304)은 광 트랜시버(402)를 구성하도록 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 광 트랜시버 하우징 내부에 조립될 수 있다.
이 경우, 상기 상부 하우징(410)의 내부에는 상기 FPCB(202)의 결합구멍(218)에 결합이 이루어지는 결합돌기(430)가 돌출되어 있다.
상기 결합돌기(430)의 전면은 상부 하우징(410)의 내주면과 직각으로 형성되어 있고, 후단부는 경사져 있어 결합돌기(430)의 단면은 삼각형으로 이루어져 있다.
따라서, 상기 FPCB(202)의 결합구멍(218)이 결합돌기(430)에 걸리도록 조립하면, 상기 O-SIP(100)에 결합된 TIM(180)은 상기 결합돌기(430)의 전면에 면접합이 이루어지도록 결합이 이루어진다. 또한, 상기 FPCB(202)의 관통구멍(210)을 통하여 O-SIP(100)에 상기 광섬유 홀더(330)가 조립된 광모듈(304)은 후단부가 상기 FPCB(202)를 통하여 메인 PCB(200)와 연결되고, 선단부는 광섬유(318)를 통하여 LC 리셉터클(LC receptacle)(320)에 연결된다.
상기와 같이, 본 발명의 제8실시예에 따른 광모듈(304)은 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 광 트랜시버 하우징 내부에 조립될 때, 상기 O-SIP(100)의 설치 방향을 수평 방향이 아닌 각도를 주어서 실시한 실시예이다.
이 경우, 광학 렌즈 등의 추가적인 구조물을 사용하지 않고 광섬유(318)를 O-SIP(100)에 직접 광결합하여 조립할 수 있어 부품을 절감할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 O-SIP(100)는 도 15에 도시된 바와 같이, 메인 PCB(200)의 면을 기준으로 수직으로 세워질 수 있고, 혹은 기타 각도(예: 30도)를 가지고 배치를 할 수 있다.
O-SIP(100)의 배치에 각도를 주기 위한 방안으로는 FPCB를 사용하여 연결할 수 있으며, 도면에 표시되지 않은 실시예로 메인 PCB(200)에 수직으로 설치한 후 솔더링하여 고정할 수도 있다. 가요성 FPCB를 사용하는 경우, O-SIP(100)는 FPCB(202) 위에 설치될 수도 있고, 리지드(Rigid) PCB 위에 배치된 후 FPCB와 연결될 수 있다.
두 경우 모두, 도 12와 같이 O-SIP(100)의 광출입구(133) 아래 FPCB(202)에 광경로를 형성하는 관통구멍(210)을 통하여 빛을 통과시킨다.
이에 따라 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420)으로 이루어진 광 트랜시버 하우징의 후단부에 일측에 설치된 단말기 등의 본체에 연결되고, 선단부에는 LC 리셉터클(LC receptacle)(320)의 소켓결합부(322)에 광케이블(도시되지 않음)의 플러그가 결합되어 타측에 배치된 다른 단말기에 연결될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제9실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 적용한 광모듈을 LC 리셉터클을 이용하여 광섬유와 연결한 광 트랜시버를 나타내는 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제9실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 적용한 광모듈을 LC 리셉터클에 결합한 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제9실시예에 따른 광 트랜시버는 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 적용한 광모듈을 LC 리셉터클(360)을 이용하여 광섬유(318)와 결합한 구조를 가지며, 5G 네트웍에 적용될 수 있다.
먼저, 제1실시예에 따른 O-SIP(100)를 관통구멍(210)이 형성된 메인 PCB(201)에 실장한 후, LC 리셉터클(360)의 후단부에 조립하여 고정시킨다.
상기 O-SIP(100)의 뒷면에는 온도 조절을 위한 TEC(Thermo Electric Cooler)(185)를 부착시킬 수 있다. 이 경우 O-SIP(100)의 동작 온도 구간을 확장할 수 있다. 상기 TEC(185)는 펠티어 효과(Peltier effect)를 사용하여 두 가지의 재료 접합점 사이에 열유속을 생성하는 냉각기로서 전류의 방향에 따라 전기 에너지를 소비하면서 장치의 한쪽에서 다른 쪽으로 열을 전달함에 의해 냉각한다.
일례로 발광소자로서 VCSEL을 사용하는 경우 사용 온도가 0℃~70℃ 정도로 제한되게 되는데, TEC(185)를 부착하여 사용하면 -40℃에서 85℃까지 동작 온도를 넓힐 수 있다. 이와 같은 TEC(185)의 사용은 상기한 O-SIP(100)의 실시예 구조에도 동일하게 적용할 수 있다. TEC(185)를 사용하는 경우 O-SIP(100) 내부에 온도 측정을 위한 서미스터(Thermistor)를 내장할 수 있다.
O-SIP(100)를 메인 PCB(201)에 실장한 광모듈을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 방법은 다음의 3가지 방법 중 하나로 이루어질 수 있다.
먼저, 상기 LC 리셉터클(360)은 몸체(361)의 후단부 측에 광모듈을 수용할 수 있는 수용공간(362)이 구비되어 있으며, 수용공간(362)의 전방에는 광학 렌즈(364)가 일체로 형성되어 있고, 상기 몸체(361)의 전단부 측에는 중앙부에 광섬유(318)가 결합되는 광섬유결합요홈(363)이 형성된 원통형 결합돌기가 돌출되어 있다.
상기 원통형 결합돌기에는 광섬유 홀더(330a)가 착탈 가능하게 결합되며, 상기 광섬유 홀더(330a)는 후단부에 상기 원통형 결합돌기가 삽입 결합되는 결합홈이 구비되고 중앙부에 상기 광섬유(318)가 지지되어 있다.
이에 따라 광섬유 홀더(330a)를 몸체(361)의 원통형 결합돌기에 조립하면 광섬유(318)의 선단부가 광섬유결합요홈(363)에 수용되면서 상기 광학 렌즈(364)와의 광축 정렬이 이루어질 수 있다.
상기 광모듈을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 방법은 도 16에 도시된 바와 같이, LC 리셉터클(360)의 후단부의 수용공간(362)에 광모듈의 메인 PCB(201)를 삽입시키면서 압입결합시키는 방식으로 고정시킬 수 있다.
상기 광모듈을 LC 리셉터클(360)과 결합시키는 방법은 도 17에 도시된 바와 같이, 메인 PCB(201a)를 LC 리셉터클(360)의 외경보다 더 크게 제작하여 메인 PCB(201a)에 LC 리셉터클(360)을 부착하는 것도 가능하다.
이 경우, 상기 O-SIP(100)로부터 메인 PCB(201,201a)의 관통구멍(210)을 통과한 광은 LC 리셉터클(360)의 광학 렌즈(364)를 통하여 광섬유(318) 쪽으로 집광될 수 있다.
본 발명에서는 LC 리셉터클(360)과 광섬유(318)의 정렬을 위해 LC 리셉터클(360)의 선단부에 광섬유 홀더(330a)를 결합하여 광섬유(318)를 광섬유결합요홈(363)에 삽입한 뒤 광섬유(318)의 광량을 측정하면서 최적광량이 얻어지는 위치에서 광섬유 홀더(330a)를 고정시키는 능동(active) 방식을 사용할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제10실시예에 따라 제1실시예에 따른 O-SIP를 메인 PCB에 실장한 광모듈을 LC 리셉터클과 결합한 후 실링한 광 트랜시버를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제10실시예에 따른 상기 광모듈을 LC 리셉터클(370)과 결합시키는 방법은 LC 리셉터클(370)의 몸체(371) 후단부의 수용공간에 O-SIP(100)가 메인 PCB(201)에 실장된 광모듈을 전부 삽입시킨 후, LC 리셉터클(370) 후단부의 수용공간(362)을 에폭시 실링제로 충진하여 실링부(373)를 형성하는 것이다.
상기 LC 리셉터클(370)의 몸체(371)는 중앙부에 광섬유(318)가 삽입되어 결합되는 광섬유 결합요홈(373)이 형성되어 있다. 이에 따라 광섬유 결합요홈(373)에 광섬유(318)를 결합시키면 선단부가 메인 PCB(201)의 관통구멍(210)을 통과하여 O-SIP(100)의 광출입부(133)에 정렬될 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)를 이용하여 광모듈은 도전성 VIA를 사용하지 않는 광학 FOWLP를 사용하여 포토닉 IC(Photonic IC)와 전자 IC(Electronic IC)를 패키지 내에 포함하며, 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.

Claims (15)

  1. 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
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부에 실장되며, 몸체 내부에 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 관통구멍을 갖는 수직방향 커플러;를 포함하며,
    상기 관통구멍에 광섬유가 결합되는 광모듈.
  2. 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 포함하는 광모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포토닉 IC는 발광소자와 수광소자를 포함하는 광모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    각각 상부면이 상기 포토닉 IC와 전자 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물;
    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 광모듈.
  5. 제1항에 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 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 광모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포토닉 IC의 광출입부 상부에 배치된 상기 재배선층은 개구부를 갖는 광모듈.
  7. 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);
    적어도 하나의 광섬유를 내부에 지지하도록 상기 복수의 광섬유의 후단부에 결합되며, 한쌍의 결합요홈을 구비하는 광섬유 홀더; 및
    저면이 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 상부에 실장되며, 상단부에 상기 광섬유 홀더를 수용하는 수용공간을 구비하며, 양측에는 상기 한쌍의 결합요홈과 결합하는 한쌍의 결합돌기가 돌출되어 있는 수직방향 커플러;를 포함하는 광모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광섬유 홀더가 수직방향 커플러의 수용공간에 결합될 때, 상기 적어도 하나의 광섬유는 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 발광소자 또는 수광소자의 광출입부에 광학 정렬이 이루어지는 광모듈.
  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);
    하부면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되고, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 제1인쇄회로기판(PCB); 및
    복수의 광섬유를 내부에 지지하도록 상기 복수의 광섬유의 후단부에 결합되며, 선단부가 상기 관통구멍을 통하여 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장되는 광섬유 홀더;를 포함하는 광모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1인쇄회로기판(PCB)은 가요성 인쇄회로기판(PCB)이며,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 대한 송수신 제어를 수행하는 복수의 전자부품이 실장되고 상기 제1인쇄회로기판(PCB)의 일단부가 연결된 제2인쇄회로기판(PCB)을 더 포함하는 광모듈.
  11. 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, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    후단부가 상기 인쇄회로기판(PCB)에 결합되며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 광 트랜시버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 뒷면에 실장되어 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 냉각시키기 위한 TEC(Thermo Electric Cooler)를 더 포함하는 광모듈.
  13. 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, 상기 포토닉 IC의 광출입부에 대응하는 부분에 상기 포토닉 IC로부터 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신할 때 광경로를 이루는 관통구멍을 갖는 인쇄회로기판(PCB); 및
    후단부 수용공간에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 수납하며, 선단부에 광섬유가 결합되는 LC 리셉터클;을 포함하는 광 트랜시버.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 LC 리셉터클의 후단부 수용공간은 후면에 상기 광 시스템-인-패키지(O-SIP)가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 실링하기 위한 실링제가 충진되는 광모듈.
  15. 광모듈; 및
    상기 광모듈을 내부에 수용하는 하우징;을 포함하며,
    상기 광모듈은 제1항, 제7항, 제9항 중 어느 한 항에 따른 광모듈인 광 트랜시버.
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