KR101276508B1

KR101276508B1 - 광전 배선 모듈

Info

Publication number: KR101276508B1
Application number: KR1020110131470A
Authority: KR
Inventors: 이승훈; 이익균; 박건철; 송인덕
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-18
Anticipated expiration: 2031-12-09

Abstract

본 발명은 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송 또는 기기 간 대용량 데이터 고속 전송을 위한 광전 배선 모듈에 관한 것으로, 광 직접 접속(butt-coupling), 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 위한 수평 정렬 구조의 광소자 패키지(예; VCSEL PKG, PD PKG) 기반의 광전 배선 모듈을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 광전 배선 모듈에 있어서, 소자의 장착 및 연결을 위한 배선 및 전극패드가 형성된 기판; 외부 기기에 전기 접속을 위해 상기 기판에 장착된 전기커넥터; 신호의 광전 변환 또는 전광 변환을 수행하는 광소자 패키지; 상기 광소자 패키지의 구동을 제어하는 광제어소자; 및 상기 광소자 패키지에서 출사 또는 입사되는 광신호를 전송하는 광전송로를 포함하며, 상기 광소자 패키지는 하우징으로 광소자 칩이 덮여있는 구조이며, 상기 광소자 패키지는 상기 기판과의 전기적 연결을 위한 리드를 포함하며, 상기 광소자 패키지의 리드는 상기 기판의 상부면에 형성된 전극패드 위에 전기적 연결되게 장착되어, 상기 광소자 칩의 광 입사 또는 출사 방향이 상기 기판의 길이 방향과 같이 수평 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈을 제공한다.

Description

광전 배선 모듈{Optical Interconnection Module}

본 발명은 광전 배선 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송 또는 기기 간 대용량 데이터 고속 전송을 위한 광전 배선 모듈에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 광 직접 접속(butt-coupling), 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 위한 수평 정렬 구조의 광소자 패키지(예; VCSEL PKG, PD PKG) 기반의 광전 배선 모듈에 관한 것이다.

최근의 전자 기기(예; 스마트폰, 스마트TV, 컴퓨터, 태블릿 PC, 디스플레이, 디지털 카메라, 캠코더, MP3, 게임기, 네비게이션 등)은 IT 기술 발전에 힘입어 고성능, 고속화, 집적화 및 소형화(박형화)가 진행되고 있다.

최근의 전자 기기 트렌드는 기기 내 또는 기기 간에 고화질, 3D 영상 콘텐츠와 같은 대용량 데이터 고속 전송 기술을 요구하고 있으며, 이에 따라 신호 감쇄, 노이즈, EMI/EMC, Impedance Matching, Cross Talk, Skew, 연결배선 소형화 등이 큰 이슈로 부각되고 있다.

일반적으로, 기기 내 또는 기기 간 데이터 전송에 있어 구리 기반의 배선, 즉 기기 내에서는 전기 커넥터가 사용되고, 기기 간에서는 전기 케이블이 사용되고 있다.

그러나, 구리 배선은 대용량 데이터 고속 전송 니즈를 충족시키지 못할 뿐만 아니라, 앞서 언급한 최근의 전자 기기 트렌드에 부합한 각종 기술적 이슈를 해소하지 못하고 있다.

이를 해결하기 위한 기술로 최근에 광 배선 기술이 연구, 개발되고 있다. 즉, 광 배선은 수십 채널의 병렬 전기신호 라인을 직렬 광신호 라인으로 대체하여 대용량 데이터 고속 전송이 가능하며, 노이즈, EMI/EMC, Impedance Matching, Cross Talk, Skew, 연결배선 소형화 등의 기술적 문제를 해소할 수 있다.

도 1은 기기 내 보드 간 연결에 사용되는 종래기술의 광 케이블 모듈에 대한 일실시예 사시도이다.

도 1에 도시된 광 케이블 모듈은 일본 등록특허 제4631671호(발명의 명칭: "광 케이블 모듈 및 광 케이블 모듈을 가지는 전자 기기")[이하 '종래기술1'이라 함]에 개시된 내용이며, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1의 광 케이블 모듈은 송신부(10a)와 수신부(10b)로 구성되며, 송신부는 기판(6a) 상의 VCSEL 칩(3a), 전극패드(5a), 본딩 와이어(7a), 액상수지(8a) 및 높이지지부재(4a)로 구성되고, 수신부는 기판(6b) 상의 PD 칩(3b), 전극패드(5b), 본딩 와이어(7b), 액상수지(8b) 및 높이지지부재(4b)로 구성되고, 송신부와 수신부 간의 연결 배선으로 광도파로(2)로 구성된다.

도 1의 광 케이블 모듈 동작을 살펴보면, 송신부와 연결된 메인보드의 전기신호(즉 영상 데이터)는 기판(6a) 상의 전극패드(5a)를 통한 Driver-IC[미도시]의 제어를 통해 VCSEL 칩(3a)에서 광신호로 변환되며, VCSEL 칩(3a)로부터 윗방향으로 수직 출사되어 광도파로(2)의 끝단의 45° 미러면에 반사되어 광도파로(2)를 통해 수신부로 전송된다.

수신부에서는 광도파로(2)의 끝단의 45° 미러면을 통해 광신호가 아랫방향으로 수직 반사되어 기판(6b) 상의 PD 칩(3b)으로 입사되며, 기판(6b) 상의 전극패드(5b)를 통한 TIA[미도시]의 제어를 통해 PD 칩(3b)에서 전기신호로 변환되어 수신부와 연결된 디스플레이보드로 입력된다.

도 2는 기기 내 칩 간 연결에 사용되는 종래기술의 광전 변환 모듈에 대한 일실시예 사시도이다.

도 2에 도시된 광전 변환 모듈은 대한민국 등록특허 제810665호(발명의 명칭: "광전변환모듈 및 그 제조방법")[이하 '종래기술2'라 함]에 개시된 내용이며, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 2의 광전 변환 모듈은 PCB(500) 상에 송신부(200)와 수신부(300)가 구성되며, 송신부와 수신부 간의 연결 배선으로 광도파로(400)가 구성된다.

송신부(200)는 IC기판(200a)과, 이 IC기판(200a)의 상면에 형성된 전극패드(211, 212), 이 IC기판(200a)의 측면에 형성된 전극패드(220)와, 상기 전극패드(211, 212)를 통해 IC기판(200a)의 상면에 본딩된 Driver-IC(230)와, 상기 전극패드(220)를 통해 IC기판(200a)의 측면에 본딩된 VCSEL 칩(251)으로 구성된다.

수신부(300)는 IC기판(300a)과, 이 IC기판(300a)의 상면에 형성된 전극패드(311, 312), 이 IC기판(300a)의 측면에 형성된 전극패드(320)와, 상기 전극패드(311, 312)를 통해 IC기판(300a)의 상면에 본딩된 TIA(330)와, 상기 전극패드(320)를 통해 IC기판(300a)의 측면에 본딩된 PD 칩(350)으로 구성된다.

그런데, 종래기술1은 VCSEL 칩과 광도파로 간에 45° 미러면을 이용한 수직 정렬 구조를 가지고 높이지지부재를 사용하기 때문에 광 손실 문제, 광 결합 이격거리 발생 문제, 저배화가 불리하여 소형화할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래기술1은 VCSEL 칩 보호를 위해 밀봉 액상수지를 사용하기 때문에 액상수지 팽창으로 광도파로가 영향을 받아 광 포커싱이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

또한, 종래기술1은 제조 공정에서 광도파로 45° 가공 공정이 필요하며, VCSEL 칩과 광도파로 간 정렬을 수작업에 의해 미세하게 조정해야 되기 때문에 양산 속도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

종래기술2는 IC기판의 측면에 VCSEL 칩을 전극패드와 솔더볼을 사용해 장착하기 때문에 VCSEL 칩의 고정을 보장하지 못하며, 그에 따라 VCSEL 칩의 물리적 장착 불안정성 문제점이 있다.

또한, 종래기술2는 VCSEL 칩의 표면에 광도파로를 접착제를 사용해 장착하기 때문에 광도파로의 물리적 고정을 보장하지 못하며, 그에 따라 광 포커싱이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

또한, 종래기술2는 제조 공정에서 pick-up 장비를 사용해 VCSEL 칩을 IC기판의 측면에 위치시켜 장착하는데 공정 신뢰성을 보장하지 못해 양산성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 저가격, 소형화(높이/면적), 대량 생산성(제조 용이성, 공정 단순화)을 보장하면서, 광 결합 신뢰성 보장, 부품 장착 물리적 안정성 보장을 위한, 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송 또는 기기 간 대용량 데이터 고속 전송을 위한 광전 배선 모듈을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명은 저비용, 고신뢰성의 제조 공정을 가지면서 기기 내 및 기기 간에 범용적으로 적용될 수 있는 상용화 가능한 광전 배선 모듈을 제공하고자 하며, 특히 광 직접 접속(butt-coupling), 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 위한 수평 정렬 구조의 광소자 패키지(예; VCSEL PKG, PD PKG) 기반의 광전 배선 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광전 배선 모듈에 있어서, 소자의 장착 및 연결을 위한 배선 및 전극패드가 형성된 기판; 외부 기기에 전기 접속을 위해 상기 기판에 장착된 전기커넥터; 신호의 광전 변환 또는 전광 변환을 수행하는 광소자 패키지; 상기 광소자 패키지의 구동을 제어하는 광제어소자; 및 상기 광소자 패키지에서 출사 또는 입사되는 광신호를 전송하는 광전송로를 포함하며, 상기 광소자 패키지는 하우징으로 광소자 칩이 덮여있는 구조이며, 상기 광소자 패키지는 상기 기판과의 전기적 연결을 위한 리드를 포함하며, 상기 광소자 패키지의 리드는 상기 기판의 상부면에 형성된 전극패드 위에 전기적 연결되게 장착되어, 상기 광소자 칩의 광 입사 또는 출사 방향이 상기 기판의 길이 방향과 같이 수평 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈을 제공한다.

상기와 같은 본 발명은 광전 배선 모듈의 소자 및 부품을 별도의 가공 없이 그대로 사용할 수 있으며, 저비용, 고신뢰성으로 대량 생산이 용이하며, 이러한 소자 및 부품을 기판에 장착하는 공정이 용이하여 제조 속도 등의 양산성을 보장할 수 있다. 아울러, 광전송로의 미러면 가공 공정을 하지 않아도 된다.

또한, 본 발명은 광소자 패키지와 광전송로 간의 수평 정렬 구조로서, 렌즈, 미러 등의 별도의 부재 없이 광소자 패키지와 광전송로가 서로 근접된 거리로 광 직접 접속(butt-coupling)될 수 있고, 광소자 패키지와 광전송로 결합 시 계측장비로 측정을 하면서 위치 조정 등을 수행하는 능동 광학 정렬이 아닌 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 할 수 있고, 광 결합 신뢰성 보장, 부품 장착 물리적 안정성 등을 보장할 수 있다.

또한, 본 발명은 수직 정렬이 아닌 수평 정렬 구조를 가지기 때문에 광 결합 이격거리를 최소화하여 광전 배선 모듈의 소형화, 저배화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 기기 내 및 기기 간에 범용적으로 적용될 수 있으며, 응용 제품에 적용되는데 있어 성능, 신뢰성을 보장할 수 있어 광전 배선 모듈의 상용화를 도모할 수 있다.

도 1은 기기 내 보드 간 연결에 사용되는 종래기술의 광 케이블 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 2는 기기 내 칩 간 연결에 사용되는 종래기술의 광전 변환 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 4는 본 발명에서 제시하는 광소자 패키지에 대한 일실시예 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 송수신부를 구비한 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 6은 본 발명의 광전 배선 모듈이 적용되는 기기를 보여주기 위한 설명도.
도 7은 본 발명의 광전 배선 모듈에 사용되는 전기커넥터를 보여주기 위한 설명도.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광전 배선 모듈(30)의 송신부 또는 수신부는 기판(31) 상의 전기커넥터(32), 광제어소자(33), 광소자 패키지(34), 광전송로(35) 및 전극패드(36)를 포함한다.

도 4는 본 발명에서 제시하는 광소자 패키지에 대한 일실시예 사시도이며, 본 발명의 이해를 도모하고자 투시도를 도시하였다. 도 4a는 광소자 패키지(34)를 45° 측면 위에서 바라 본 투시도이고, 도 4b는 광소자 패키지(34)를 밑에서 위로 바라 본 투시도이다.

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광소자 패키지는 소정 크기의 개구부(46)가 형성된 하우징(45)과, 하우징(45) 내에 실장되는 광소자 칩(44)과, 광소자 칩(44)의 전극패드(42)에 전기적 연결되어 하우징(45)의 바닥면에서 외부로 노출된 형태의 리드(43)로 구성된다. 여기서, 하우징(45)은 광소자 칩(44)을 모두 덮거나, 광소자 칩(44)의 광 입사 또는 출사 방향의 일부 측면만을 덮는 형태의 구조를 가질 수 있다. 이러한 본 발명의 광소자 패키지를 일명 'Side View 광소자 패키지'라 정의할 수 있으며, 사출물 하우징과 금속 리드와 광소자 칩으로 패키징하여 구현할 수 있다.

특히, 본 발명에서 광소자 패키지(34)의 리드(43)는 하우징(45)의 바닥면에 형성되어 기판(31)의 상부면에 형성된 전극패드(36) 위에 전기적 연결되게 장착되며, 기판(31) 상의 광소자 패키지(34) 장착 위치에 대해 광 입사 또는 출사 방향이 기판의 길이 방향과 같이 수평 구조를 갖게 광소자 칩(44)이 하우징(45) 내에 실장되어 있다. 여기서, 광소자 패키지(34)를 기판(31)에 장착하는데 있어 광소자 패키지(34)의 리드(43)와 기판(31)의 전극패드(36) 간에 플립 칩 본딩(flip chip bonding), SMT, 리플로우(reflow), 와이어 본딩(wire bonding) 중 어떠한 공정을 사용해도 무방하다.

도 4c는 본 발명에서 제시하는 광소자 패키지에 대한 다른 실시예를 보여주는 사시도이다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광소자 패키지는 절연성기판(81) 상면에 전극패드(82)가 형성되어 있으며, 절연성기판 상면의 전극패드(82)와 전기적 연결되는 리드(83)가 절연성기판(81)의 측면에 형성되어 있다. 상기 절연성기판(81) 상면의 전극패드(82)에 광소자 칩(84)이 장착되며, 상기 절연성기판(81) 상면의 광소자 칩(84)을 덮는 하우징(85)을 포함한다. 상기 하우징(85)의 상부는 소정 크기를 갖는 개구부(86)가 형성되어 있다. 이러한 광소자 패키지는 사출물 하우징과 금속 리드와 광소자 칩으로 패키징하여 구현할 수 있다.

도 4c의 광소자 패키지의 리드(83)는 기판(31)의 상부면에 형성된 전극패드(36) 위에 전기적 연결되게 장착되어, 기판(31) 상에 광소자 패키지가 장착되는 경우에 광소자 칩(44)의 광 입사 또는 출사 방향이 기판(31)의 길이 방향과 같이 동일한 수평 선 상에 이루어지게 된다.

본 발명에서 도 4와 같은 광소자 패키지를 안출한 이유는 다음과 같다.

일반적으로 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 공진 표면 발광 레이저 다이오드)은 DBR 레이저가 그 끝이 돌려진 형태로서 통상의 LD와 다르게 광이 측면이 아닌 표면에서 방출된다.

즉, VCSEL 칩의 다이가 광전 배선 모듈의 기판 상면에 장착되어 기판 윗방향으로 광을 방출하며, 광전송로와 광 결합을 하기 위해 45° 미러면을 사용해 90°로 수직되게 경로 변경을 해 줘야 한다.

다시 말하면, 기판에 올려진 광전송로를 향해 광을 방출할 수 있게 VCSEL 칩을 기판에 장착할 수 없으며, 그에 따라, 종래기술에서 설명한 바와 같이 VCSEL 칩을 기판 상면에 장착하거나 기판 측면에 장착하는 경우에 많은 문제점이 발생함을 확인할 수 있다.

한편, 주지의 LED 패키지도 광 출사면의 반대면측[즉 칩의 다이 부분]에 리드가 형성된 구조이므로 이 역시 기판에 올려진 광전송로를 향해 광을 방출할 수 없다. 즉, LED 패키지 구조를 광전 배선 모듈에 전용하더라도 광 결합을 보장할 수 없는 것이다.

이에, 본 발명에서는 기판 위에서 VCSEL 칩과 광전송로가 평행한 동일 축 상에 배치되어 광 결합할 수 있게 하기 위해[주; 이를 본 발명에서는 '수평 정렬 구조'라 정의함] 도 4와 같은 광소자 패키지를 제시하며, 이로부터 광 직접 접속(butt-coupling), 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 달성할 수 있는 것이다.

물론, VCSEL과 PD가 동일한 구조를 가지기 때문에 본 발명에서 PD도 도 4와 같이 광소자 패키지화 할 수 있다. 즉, 후술할 발광소자 패키지(54) 및 수광소자 패키지(64)는 상기 설명한 광소자 패키지(34)의 구조를 따른다.

상기 발광소자 패키지(54)는 발광소자 칩을 구비하고, 이 발광소자 칩은 소정 파장 대역 및 수~수십 Gbps 성능을 갖는 VCSEL, LED 등으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 VCSEL인 것이 좋다. 상기 수광소자 패키지(64)는 수광소자 칩을 구비하고, 이 수광소자 칩은 PD 등으로 구현될 수 있다.

본 발명의 광소자 패키지(34)와 광전송로(70) 간 광 결합 구조에 대해서는 하기에서 다시 상세히 후술하기로 한다.

이하, 기술 설명 이해를 도모하고자 본 발명에 대해 도 5를 참조하여 송신부 및 수신부를 구비한 광전 배선 모듈로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 송수신부를 구비한 광전 배선 모듈에 대한 일실시예 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광전 배선 모듈(40)의 송신부(50)는 제1기판(51) 상의 제1전기커넥터(52), 발광제어소자(53), 발광소자 패키지(54) 및 제1전극패드(55)를 포함하고, 수신부(60)는 제2기판(61) 상의 제2전기커넥터(62), 수광제어소자(63), 수광소자 패키지(64) 및 제2전극패드(65)를 포함하고, 송신부(50)와 수신부(60) 간에 광전송로(70)가 구성된다. 부가적으로, 송신부(50)의 제1기판(51), 광전송로(70) 및 수신부(60)의 제2기판(61)에는 전기신호 전송을 위한 별도의 전기 배선이 더 형성되어 있을 수 있다.

도 5의 광전 배선 모듈의 소자 및 부품, 즉 제1전기커넥터(52), 발광제어소자(53), 발광소자 패키지(54), 제2전기커넥터(62), 수광제어소자(63), 수광소자 패키지(64)는 서로 독립적으로 기판(51, 61) 상에 배치되는 구조를 가진다. 이러한 소자 및 부품은 기판 상에 개별적으로 또는 동시에 플립 칩 본딩(flip chip bonding), SMT, 리플로우(reflow), 와이어 본딩(wire bonding) 등과 같은 어느 하나의 공정 또는 선택적 조합 공정을 통해 장착될 수 있다.

상기 제1기판(51) 및 제2기판(61)은 각종 소자를 장착(실장)하기 위한 배선 및 전극패드를 구비하고 있다. 이러한 기판(51, 61)은 단면 PCB, 양면 PCB, 다층 PCB, FPC, IC기판, 인터포저 등 절연 특성을 갖는 기재로 이루어지면 족하고, 고밀도, 소형화 회로 구현이 용이한 다층 PCB인 것이 바람직하다.

즉, 도 5와 같이 제1기판(51)은 제1전기커넥터(52), 발광제어소자(53), 발광소자 패키지(54)의 리드(다이)와의 전기적 접속을 위한 제1전극패드(55) 등과 같은 배선 및 전극패드가 형성되어 있다. 제2기판(61)은 제2전기커넥터(62), 수광제어소자(63), 수광소자 패키지(64)의 리드(다이)와의 전기적 접속을 위한 제2전극패드(65) 등과 같은 배선 및 전극패드가 형성되어 있다.

상기 발광제어소자(53)는 제1전기커넥터(52)를 통해 입력받은 전기신호 신호처리를 거쳐 이 전기신호가 광신호로 변환되도록 발광소자 패키지(54)를 구동, 제어한다. 이러한 발광제어소자(53)는 SerDes 칩, Driver-IC, 저항기 등의 부품으로 구성될 수 있다.

상기 수광제어소자(63)는 수광소자 패키지(64)를 구동, 제어하여 광전송로(70)로부터 입력받은 광신호를 전기신호로 변환되도록 하여 신호처리 한다. 이러한 수광제어소자(63)는 TIA(Trans-impedance Amplifier), 증폭기, SerDes 칩 등의 부품으로 구성될 수 있다.

상기 광전송로(70)는 광도파로, 광파이버(예; POF 등) 등으로 구현될 수 있으며, 광 전송 매개체로서 코어, 클래드를 구비하면 족하다.

본 발명에서 발광소자 패키지(54)와 광전송로(70) 간의 광 결합, 수광소자 패키지(64)와 광전송로(70) 간의 광 결합에 대해 도 3과 도 4를 함께 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4에서, 광소자 패키지(34)의 리드(43)를 기판(31) 상의 전극패드(36) 위에 올려 장착하고, 광전송로(35)의 소정 길이로 돌출된 코어를 광소자 패키지(34)의 하우징(45) 상부에 형성된 소정 크기를 갖는 개구부(46)로 삽입한다. 이때, 광전송로(35)의 코어 끝단을 광소자 패키지(34) 내부의 광소자 칩(44)의 출사면(또는 입사면)에 거의 근접되는 위치(예; 수십 ㎛ 이내의 이격 거리)까지 삽입하는 것이 바람직하다. 덧붙여, 광소자 패키지(34)의 개구부(46)의 직경은 광전송로(35)의 코어의 직경과 동일하거나 소정 크기 이상 더 큰 것이 바람직하다.

그리고, 광소자 패키지(34)의 개구부(46)를 통해 광 투과성 에폭시를 주입해 하우징(45) 내부를 충진하여, 서로 이격된 광전송로(35) 코어와 광소자 칩(44) 출사면(또는 입사면) 사이의 광 결합을 보상하고, 광전송로(35) 코어의 흔들거림을 잡아줘 고정 부착되도록 한다. 여기서, 광 투과성 에폭시는 광전송로(35)와 비슷한 굴절률을 가지며, 광 투과성이 좋은 폴리머 계열의 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다. 일례로, 1.2 ~ 1.8의 굴절률을 가지고, 광전송로(35)의 파장 대역에서 80 ~ 95%의 광 투과율을 가지는 광 투과성 에폭시가 사용될 수 있다.

한편, 광전송로(35)의 흔들거림 방지 및 고정 부착을 위하여 광전송로(35)를 기판(31) 상에 올리고 광전송로(35)의 측면 및 하면에 에폭시 접착, 충진을 할 수 있다.

위와 같은 광소자 패키지와 광전송로 간 광 결합 구조를 갖는 본 발명의 광전 배선 모듈은 다음과 같은 장점이 있다.

광소자 패키지 등을 포함하는 광전 배선 모듈의 소자 및 부품을 별도의 가공 없이 그대로 사용할 수 있으며, 저비용, 고신뢰성으로 대량 생산이 용이하며, 이러한 소자 및 부품을 기판에 장착하는 공정이 용이하여 제조 속도 등의 양산성을 보장할 수 있다. 아울러, 광전송로의 미러면 가공 공정을 하지 않아도 된다.

광소자 패키지와 광전송로 간의 수평 정렬 구조로서, 렌즈, 미러 등의 별도의 부재 없이 광소자 패키지와 광전송로가 서로 근접된 거리로 광 직접 접속(butt-coupling)될 수 있고, 광소자 패키지와 광전송로 결합 시 계측장비로 측정을 하면서 위치 조정 등을 수행하는 능동 광학 정렬이 아닌 수동 광학 정렬(passive-alignment)을 할 수 있고, 광 결합 신뢰성 보장, 부품 장착 물리적 안정성 등을 보장할 수 있다.

수직 정렬이 아닌 수평 정렬 구조를 가지기 때문에 광 결합 이격거리를 최소화하여 광전 배선 모듈의 소형화, 저배화를 도모할 수 있다.

기기 내 및 기기 간에 범용적으로 적용될 수 있으며, 응용 제품에 적용되는데 있어 성능, 신뢰성을 보장할 수 있어 광전 배선 모듈의 상용화를 도모할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 광전 배선 모듈의 전기커넥터, 즉 전기 접속 인터페이스에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 광전 배선 모듈이 적용되는 기기를 보여주기 위한 설명도이고, 도 7은 본 발명의 광전 배선 모듈에 사용되는 전기커넥터를 보여주기 위한 설명도이다.

본 발명의 광전 배선 모듈은 기기 내에서 보드 간 대용량 데이터 고속 전송 또는 기기 간 대용량 데이터 고속 전송에 사용될 수 있는데, 기기 내에 탑재되는 경우에는 광전 배선 모듈이 보드에 장착되며, 기기 간에 탑재되는 경우에는 광전 배선 모듈이 해당 기기에 장착된다.

이를 위해 광전 배선 모듈의 송신부(50) 및 수신부(60)는 보드 또는 기기와의 전기적 접속을 위한 제1전기커넥터(52) 및 제2전기커넥터(62)를 각각 구비한다. 덧붙여, 일반적으로 보드와의 전기 접속 인터페이스는 전기커넥터, 기기와의 전기 접속 인터페이스는 전기단자로 통칭하는데, 본 발명에서 전기커넥터는 전기단자를 포함하는 것으로 정의한다.

기기 내 광전 배선 모듈에 대해 스마트폰에서 CPU와 디스플레이 간 영상 데이터 전송을 예로 들며, 기기 간 광전 배선 모듈에 대해 DVD와 스마트TV 간 영상 데이터 전송을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

기기 내 광전 배선 모듈에서, 송신부(50)의 제1기판(51) 상의 제1전기커넥터(52)가 메인보드에 장착(탈착)되어 전기적 접속이 이루어지며, 메인보드에서 보내는 전기신호가 제1전기커넥터(52)를 통해 발광제어소자(53)로 입력된다. 한편, 수신부(60)의 제2기판(61) 상의 제2전기커넥터(62)가 디스플레이보드에 장착(탈착)되어 전기적 접속이 이루어지며, 수광제어소자(63)로부터 수신되는 전기신호가 제2전기커넥터(62)를 통해 디스플레이보드로 입력된다.

기기 간 광전 배선 모듈에서, 송신부(50)의 제1기판(51) 상의 제1전기커넥터(52)가 DVD의 출력포트에 장착(탈착)되어 전기적 접속이 이루어지며, DVD의 전기신호가 제1전기커넥터(52)를 통해 발광제어소자(53)로 입력된다. 한편, 수신부(60)의 제2기판(61) 상의 제2전기커넥터(62)가 스마트TV의 입력포트에 장착(탈착)되어 전기적 접속이 이루어지며, 수광제어소자(63)로부터 수신되는 전기신호가 제2전기커넥터(62)를 통해 스마트TV로 입력된다.

한편, 도 3에는 전기커넥터가 기판 하면에 장착되어 있는 것을 예로 들어 설명하였으나, 광소자 패키지 등 다른 부품이 장착된 동일한 면(기판 상면) 또는 기판 측면 또는 기판 상면(또는 하면)과 측면에 걸쳐 장착될 수 있다.

그리고, 전기커넥터 구조/형태에 대해 도 3에서 예시적으로 도시하였으나, 도 7과 같이 본 발명의 광전 배선 모듈에 사용되는 전기커넥터는 B2B 커넥터, FPC 커넥터, PCB to Wire 커넥터, MMI 커넥터, HDMI 커넥터, USB 커넥터 등 다양한 전기커넥터가 기판에 장착될 수 있다.

전술한 본 발명의 일실시예에서는 단방향 데이터 전송의 광전 배선 모듈을 예로 들어 설명하였으나, 제1기판(51)에 송수신부를 함께 구성하고 제2기판(61)에 송수신부를 함께 구성하여 양방향 데이터 전송의 광전 배선 모듈을 구현할 수 있으며, 제1기판(51) 및 제2기판(61) 각각에 다수의 송수신부, 즉 광소자 패키지 어레이를 구성하여 다채널 양방향 데이터 전송의 광전 배선 모듈을 구현할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 사출물 하우징에 광소자 칩을 패키징하여 광소자 패키지를 구성하였으나, 광소자(예; VCSEL, PD)와 광제어소자(예; Driver-IC, TIA, SerDes)를 사출물 하우징에 함께 단일 패키징하여 구현할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

31 : 기판 32 : 전기커넥터
33 : 광제어소자 34 : 광소자 패키지
35 : 광전송로 36 : 전극패드
42 : 전극패드 43 : 리드
44 : 광소자 칩 45 : 하우징
46 : 개구부

Claims

광전 배선 모듈에 있어서,
소자의 장착 및 연결을 위한 배선 및 전극패드가 형성된 기판;
외부 기기에 전기 접속을 위해 상기 기판에 장착된 전기커넥터;
신호의 광전 변환 또는 전광 변환을 수행하는 광소자 패키지;
상기 광소자 패키지의 구동을 제어하는 광제어소자; 및
상기 광소자 패키지에서 출사 또는 입사되는 광신호를 전송하는 광전송로를 포함하며,
상기 광소자 패키지는 하우징으로 광소자 칩이 덮여있는 구조이며,
상기 광소자 패키지는 상기 기판과의 전기적 연결을 위한 리드를 포함하며,
상기 광소자 패키지의 리드는 상기 기판의 상부면에 형성된 전극패드 위에 전기적 연결되게 장착되어, 상기 광소자 칩의 광 입사 또는 출사 방향이 상기 기판의 길이 방향과 같이 수평 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 광소자 패키지는,
소정 크기의 개구부가 형성된 하우징과,
상기 하우징 내에 실장되는 광소자 칩과,
상기 광소자 칩의 전극패드에 전기적 연결되어 상기 하우징의 바닥면에서 외부로 노출되어 있는 리드
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 광소자 패키지는,
절연성기판 상면에 전극패드가 형성되어 있고, 상기 절연성기판 상면의 전극패드와 전기적 연결되는 리드가 절연성기판 측면에 형성되어 있고, 상기 절연성기판 상면의 전극패드에 광소자 칩이 장착되어 있고, 상기 절연성기판 상면의 광소자 칩을 덮는 하우징에 소정 크기의 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
삭제
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 광소자 패키지와 상기 광전송로 간을 광 결합하는데 있어,
상기 광전송로의 소정 길이로 돌출된 코어를 상기 광소자 패키지의 하우징에 형성된 개구부에 삽입하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 6 항에 있어서,
상기 광전송로를 삽입하는데 있어,
상기 광전송로 코어 끝단을 상기 광소자 패키지 내부의 광소자 칩의 출사면 또는 입사면에 근접되는 위치까지 삽입하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 6 항에 있어서,
상기 광소자 패키지와 상기 광전송로 간을 광 결합하는데 있어,
상기 광소자 패키지의 개구부를 통해 광 투과성 에폭시를 주입해 상기 광소자 패키지의 내부를 충진하는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 6 항에 있어서,
상기 광소자 패키지는,
상기 기판의 전극패드 위에서 플립 칩 본딩(flip chip bonding), SMT, 리플로우(reflow), 와이어 본딩(wire bonding) 중 어느 하나의 공정으로 상기 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 전기커넥터는,
기기 내 보드에 전기적 접속되기 위한 인터페이스를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 전기커넥터는,
기기의 외부포트에 전기적 접속되기 위한 인터페이스를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 전기커넥터는,
상기 기판의 상면 또는 상기 기판의 하면 또는 상기 기판의 측면 또는 상기 기판의 상면과 측면에 걸쳐 또는 상기 기판의 하면과 측면에 걸쳐 상기 기판 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 광전 배선 모듈.