KR101920320B1 - 광송신기 및 이를 포함하는 광모듈 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 블록; 상기 블록의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 발광소자; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 히터; 및 상기 기판에 결합되는 복수 개의 리드를 포함하고, 상기 히터는 상기 복수 개의 리드전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 광송신기 및 이를 포함하는 광통신모듈을 포함한다.

Description

광송신기 및 이를 포함하는 광모듈{OPTICAL TRANSMITTER AND OPTICAL MODULE INCLUDING THE SAME}

실시 예는 광통신에 사용되는 광송신기 및 이를 포함하는 광모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 광 송수신 모듈은 각종 광통신 기능을 하나의 패키지 내에 수용하여 광섬유와 연결이 가능하도록 모듈화한 것을 말한다. 광 송수신 모듈은 일반적으로 전력 소비가 적고 장거리에 활용 가능한 레이저 다이오드를 광원으로 이용한 광송신기와 포토 다이오드를 이용하여 광통신을 하는 광수신기를 하나로 모듈화하여 사용되고 있다.

양방향 광송수신 모듈은 기본적으로 광송신기, 광수신기, 광학필터, 및 리셉터클 등을 포함한다. 또한, 반사 노이즈에 의해 레이저 다이오드의 특성이 불안해지는 것을 방지하기 위해 아이솔레이터가 장착된다.

종래 광송신기는 레이저 다이오드, 레이저 다이오드의 광 출력을 감시하는 모니터링 PD, 및 레이저 다이오드의 온도를 센싱하는 써미스터 등을 포함할 수 있다. 이러한 광송신기는 TO-56 헤더를 갖는 티오-캔 타입일 수 있다.

최근 인터넷 데이터사용량이 증가함에 따라 광통신소자 및 광트랜시버의 대역폭을 높일 필요가 있다. 따라서, 동일 환경조건 (동작 환경온도, 광통신소자 및 광트랜시버의 크기, 소비전력 등)에서 고대역폭의 광트랜시버가 요구되고 있다.

현재 상용화된 광소자 및 광트랜시버는 I-temp(-40~85℃)환경에서 10Gb/s까지 사용되고 있으나, 10Gb/s 이상의 대역폭을 갖은 광소자 및 광트랜시버는 I-temp. 사양을 만족하지 못하고 있다.

10Gb/s이상의 대역폭을 갖는 상용화 레이저 다이오드들은 대부분 S-temp(0 내지 70℃)제품이거나 E-temp (-20 내지 85℃) 제품이다. 따라서 서비스업체들이 요구하는 광트랜시버를 만들기 위해서는 온도를 보상을 통하여 I-temp(-40 내지 85℃) 환경에서도 사용할 수 있도록 해야 한다.

10Gb/s이상의 대역폭 레이저 다이오드가 I-temp 지원이 어려운 주요원인은 저온에서의 밴드폭(Bandwidth) 부족과 SMSR(Side mode suppression ratio) 사양 미달이다. 저온으로 갈수록 임계 전류(Threshold current) 감소하고 이는 작동 전류(operating current)를 낮춰 레이저 다이오드의 밴드폭(Bandwidth) 감소를 초래하게 된다. 또, 온도 변화가 클수록 주입전류 변조에 따른 모드 변화가 커져 SMSR 사양 미달이 발생한다. SMSR은 광트랜시버 기준으로 30dB보다 커야한다.

따라서, 사양이 미달인 레이저 다이오드를 I-temp에서도 사용 가능하도록 온도를 보상하는 기술이 요구된다.

일반적으로 사용하는 온도 보상 방법은 TO-Can 외부에 히터(Ceramic heater)를 부착하여 사용 하거나, TO-can 내부에 TEC(Thermoelectric cooler)를 사용하여 온도를 제어하는 방법을 사용할 수 있다.

그러나, 외부 히터를 이용하여 온도를 보상하는 구조는 가열해야 하는 체적이 크고, 레이저 다이오드와의 거리가 멀고, 열 저항(Thermal resistance)이 크기 때문에 열 손실이 큰 단점이 있다.

또한, TEC(Thermoelectric cooler)를 이용하여 온도를 보상하는 구조는 가격이 매우 비싸고 TEC 부피가 크기 때문에 상용화된 TO-56에 적용하기 어려우며, 모든 온도에서 항상 일정온도를 맞추기 위해 구동되기 때문에 소비전력이 높은 단점이 있다.

실시 예는 TO-CAN 내부에 히터가 배치된 광송신기를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 특징에 따른 광송신기는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 블록; 상기 블록의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 발광소자; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 히터; 및 상기 기판상에 배치되는 복수 개의 리드를 포함하고, 상기 히터는 상기 복수 개의 리드 중 적어도 하나와 전기적으로 연결된다.

상기 히터와 상기 복수 개의 리드 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 제1 와이어를 포함할 수 있다.

상기 블록의 일 측면 상에서 상기 제1서브 마운트와 이격 배치되는 제2서브 마운트를 포함할 수 있다.

상기 기판 상에 배치되는 제3서브 마운트 및 상기 제3서브 마운트 상에 배치되는 모니터링 수광소자를 포함할 수 있다.

상기 제2서브 마운트는 상기 복수 개의 리드 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 도전층을 포함할 수 있다.

상기 제1서브 마운트는 상기 발광소자가 배치되는 제1전극패턴, 상기 제1전극 패턴과 이격 배치되는 제2전극패턴, 및 상기 제1전극패턴과 제2전극패턴 사이에 배치되는 제3전극패턴을 포함하고, 상기 히터는 상기 제2전극패턴에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2서브 마운트는 상기 제1전극패턴과 전기적으로 연결되는 제5전극패턴, 및 상기 제3전극패턴과 전기적으로 연결되는 제6전극패턴을 포함하고, 상기 제1전극패턴과 상기 제5전극패턴은 제4와이어에 의해 연결되고, 상기 제3전극패턴과 상기 제6전극패턴은 제5와이어에 의해 연결될 수 있다.

상기 히터는 상기 발광소자와 상기 모니터링 수광소자 사이에 배치될 수 있다.

상기 모니터링 수광소자는 상기 복수 개의 리드 중 제1리드와 제2리드에 전기적으로 연결되고, 상기 히터는 상기 제1리드와 제2리드에 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광통신모듈은, 케이스; 상기 케이스에 삽입되는 광송신기, 광수신기, 및 리셉터클을 포함하고, 상기 광송신기는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 블록; 상기 블록의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 발광소자; 상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 히터; 및 상기 기판상에 배치되는 복수 개의 리드를 포함하고, 상기 히터는 상기 복수 개의 리드 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.

실시 예에 따르면, 레이저 다이오드와 근접한 위치에 히터가 위치하기 때문에 외부에서 히터를 부착한 방식에 비해서 온도보상 효과가 우수하다.

또한, 히터가 서브 마운트에 박막형태로 구성되기 때문에 가격경쟁력이 높고, TEC에 비해서 부피를 최소화 할 수 있어 공간적 장점이 있다. 또한, 소비전력을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 모듈을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광송신기를 보여주는 도면이고,
도 3은 도 2의 A 부분 확대도이고,
도 4a는 히터가 비아홀에 의해 기판과 전기적으로 연결되는 구조를 보여주는 도면이고,
도 4b는 레이저 다이오드와 모니터링 PD의 배치관계를 보여주는 도면이고,
도 5a는 종래 전극 패턴을 보여주는 도면이고,
도 5b는 실시 예에 따라 제1 서브마운트와 제2 서브마운트가 분리된 구조를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광송신기를 보여주는 도면이고,
도 7은 도 6의 B 부분 확대도이고,
도 8은 히터가 광송신기 외부에 배치된 구조를 보여주는 도면이고,
도 9는 TEC가 배치된 구조를 보여주는 도면이고,
도 10은 히터의 위치에 따라 레이저 다이오드의 온도 상승 성능을 시뮬레이션한 도면이고,
도 11은 히터의 종류와 위치에 따른 레이저 다이오드의 온도 상승 정도를 비교한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 모듈을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 모듈은, 케이스(100)와, 케이스(100)에 삽입되는 리셉터클(200), 광송신기(300), 및 광수신기(400)를 포함한다.

케이스(100)는 리셉터클(200), 광송신기(300), 및 광수신기(400)가 삽입되는 복수 개의 개구를 포함한다. 구체적으로 리셉터클(200)과 광송신기(300)는 케이스(100) 내에서 서로 마주보도록 배치되며, 광수신기(400)는 광송신기(300)가 삽입된 방향과 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 리셉터클(200), 광송신기(300), 및 광수신기(400)의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.

리셉터클(200)은 외부 커넥터와 연결되어 외부에서 출력된 제2광신호를 제1광학필터(510)를 향해 출력할 수 있다. 리셉터클(200)은 케이스(100)에 결합되는 제1홀더(230)와, 제1홀더(230)에 끼워지고 내부에 광섬유(211)가 배치되는 스터브(210), 스터브(210)에 결합되는 슬리브(240), 및 제1홀더(230)에 결합되고 외부 커넥터가 연결 가능한 제2홀더(250)를 포함할 수 있다.

광송신기(300)는 리셉터클(200)의 광섬유(211)를 통해 외부로 제1광신호를 전송할 수 있다. 제1광신호는 광섬유(211)에서 출력되는 제2광신호의 파장과 다른 파장을 갖는다. 광송신기(300)는 광원(310), 기판(320), 및 렌즈(330)를 포함하는 일반적인 티오-캔(TO-CAN)의 구조가 모두 적용될 수 있다.

광원(310)은 반도체 발광소자로 이루어지며, 전기적 신호를 광신호로 변환하여 출력한다. 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode)일 수 있다. 레이저 다이오드는 전력소비가 적고 스펙트럼의 폭이 좁아, 높은 출력의 광을 미세하게 집광할 수 있는 장점이 있다. 이하에서는 광원을 레이저 다이오드로 설명한다.

레이저 다이오드(310)가 안착되는 기판(320)은 원판 형상으로 형성되고, 복수 개의 리드전극(340)이 관통 삽입된다. 리드전극(340)은 광원과 외부의 회로기판(미도시) 사이의 전기적인 패스를 형성한다. 일 예로 각각의 리드전극에는 정극성(+) 신호, 부극성(-) 신호, 및 그라운드 신호가 출력될 수 있다.

렌즈(330)는 제1광신호를 집광하여 리셉터클(200) 측으로 전달한다. 렌즈(330)는 리셉터클(200)의 광섬유(211)와 광학적으로 결합될 수 있도록 적절한 위치에 배치될 수 있다.

거리조절부재(600)는 케이스(100)의 타 측에 배치되는 제1조절부재(610), 및 제1조절부재(610)에 삽입 고정되는 제2조절부재(620)를 포함한다. 제2조절부재(620)와 제1조절부재(610)의 삽입 정도에 따라 광송신기(300)에서 출사되는 제1광신호가 광섬유(211)에 도달하는 거리가 조절될 수 있다. 따라서, 제2조절부재(620)와 제1조절부재(610)의 삽입 정도에 따라 광송신기(300)의 출력이 조절될 수 있다. 광송신기(300)는 제2조절부재(620)의 일 측에 삽입 고정될 수 있다.

제1조절부재(610)와 제2조절부재(620)는 내부가 빈 원통 형상으로 제작되며, 직경은 서로 다르게 제작될 수 있다. 제2조절부재(620)는 제1조절부재(610)에 적절한 위치에 삽입된 후, 용접 등에 의해 고정될 수 있다. 이때, 적절한 위치란 요구되는 제1광신호 출력 레벨로 조절된 위치일 수 있다.

광수신기(400)는 외부로부터 광섬유(211)를 통해 수신된 제2광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 광수신기(400)는 포토 다이오드(Photo Diode)를 포함한다. 포토 다이오드에 광신호가 입사하면, 입사 광량에 비례하는 역방향 전류가 흐른다. 즉, 광수신기(400)는 입사하는 광량에 따라 출력 전류를 변화시켜 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.

제1광학필터(510)는 광 필터(Optical Filter)로서, 광송신기(300)와 리셉터클(200) 사이에 배치될 수 있고, 광송신기(300)로부터 전송된 광신호를 통과시켜 리셉터클(200)의 광섬유(211)로 전달한다.

제1광학필터(510)는 특정한 파장의 광신호만 통과시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1필터는 광송신기(300)에서 출력되는 제1광신호는 통과시키고, 외부로부터 리셉터클(200)의 광섬유(211)를 통해 출력되는 제2광신호는 반사시킬 수 있다. 제1광학필터(510)는 45도 필터로 구성되어 제2광신호를 입사 방향과 수직한 방향으로 반사시킬 수 있으나, 제1광학필터(510)의 배치 및 반사 각도는 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1광학필터는 스플리터(splitter)일 수도 있다.

제2광학필터(530)는 제1광학필터(510)에 의해 반사된 제2광신호를 통과시킨다. 제2광학필터(530)를 통과한 제2광신호는 광수신기(400)로 전송되어 광수신기(400)에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다.

제2광학필터(530)는 제1광학필터(510)에 의해 수직하게 반사된 광신호를 통과시키기 위해 제1광학필터(510)와 마주보게 배치될 수 있고, 0도 필터로 구성될 수 있다.

아이솔레이터(520)는 광섬유(211) 또는 광모듈 내에 구비된 광부품에 의해 반사되어 수신되는 광신호를 차단할 수 있다. 아이솔레이터(520)는 미리 설정된 편광 성분의 광신호만을 통과시키는 편광자와 검광자 및 내부에 입력된 광신호를 45도 선편광 회전시키는 패러데이 회전자를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광송신기를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 A 부분 확대도이고, 도 4a는 히터가 비아홀에 의해 기판과 전기적으로 연결되는 구조를 보여주는 도면이고, 도 4b는 레이저 다이오드와 모니터링 PD의 배치관계를 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 광송신기는 기판(320), 기판(320)상에 배치되는 블록(321), 블록(321)의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트(350), 제1서브 마운트(350) 상에 배치되는 레이저 다이오드(310), 제1서브 마운트(350) 상에 배치되는 히터(315), 및 기판(320)상에 배치되는 복수 개의 리드전극(340)을 포함할 수 있다.

기판(320)은 원판 형상을 갖고, 일면과 타면을 가질 수 있다. 기판(320)은 복수 개의 리드전극(340)이 삽입될 수 있다. 기판(320)은 TO-56 헤더일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.

블록(321)은 기판(320)의 일 측으로 돌출될 수 있다. 블록(321)은 기판(320)과 일체로 형성될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 부재일 수도 있다. 기판(320)과 블록(321)은 모두 금속과 같은 전도성 재질을 포함할 수 있다.

블록(321)은 반원 기둥 형상을 가질 수 있다. 따라서, 반원 기둥의 일측면(322)은 서브 마운트가 배치될 수 있도록 평탄면을 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 삼각 기둥 또는 사각 기둥과 같은 다각형 구조를 가질 수도 있다.

제1서브 마운트(350)는 블록(321)의 일측면에 배치될 수 있다. 제1서브 마운트(350)는 열 전도율이 높고, 비전도성 재질이고, 유전율이 높은 재질이면 특별히 한정하지 않는다. 예시적으로 제1서브 마운트(250)는 AlN 재질을 포함할 수 있다.

제1서브 마운트(350)는 제1방향(X 방향)으로 연장될 수 있다. 제1방향(X 방향)은 블록(321)의 돌출 방향(Y방향)과 수직한 방향일 수 있다.

제1서브 마운트(250)는 레이저 다이오드(310)가 배치되는 제1전극패턴(351), 제1전극패턴(351)과 이격 배치된 제2전극패턴(353), 및 제1전극패턴(351)과 제2전극패턴(353) 사이에 배치되는 제3전극패턴(352)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3전극패턴(351, 353, 352)은 제1방향으로 순서대로 배치될 수 있다.

레이저 다이오드(310)는 제1전극패턴(351) 상에 배치되고 와이어에 의해 제3전극패턴(352)과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어 연결은 레이저 다이오드(310)의 타입에 따라 적절히 변형될 수 있다. 레이저 다이오드(310)는 적외선 파장대의 광을 출력하는 레이저 다이오드일 수 있다. 예시적으로 레이저 다이오드(310)는 분포귀환형 레이저 다이오드(DFD-LD)일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.

히터(315)는 제2전극패턴(353) 및 제4전극패턴(354)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 히터(315)는 제2전극패턴(353)과 제4전극패턴(354)을 통해 전류가 인가되면 열을 발생할 수 있다. 따라서, 내부 온도가 조절되어 레이저 광의 파장을 제어할 수 있다.

히터(315)는 전류가 인가되면 열을 발생하는 다양한 재질이 모두 포함될 수 있다. 예시적으로 히터(315)는 Ta₂N (Tantalum Nitride)을 포함할 수 있다. Ta₂N는 박막 증착이 용이하고 고온에서 물성이 변하지 않는 장점이 있다.

히터(315)의 저항값은 5옴 내지 25옴일 수 있다. 저항값이 5옴 보다 낮으면 효율이 떨어지고, 25옴 이상에서는 DAC (Digital Analog Convert) 변환이 어려운 문제가 있다.

제4전극패턴(354)은 제1와이어(W1)에 의해 제1리드전극(341)에 연결될 수 있다. 제3전극패턴(352)은 비아홀(353a)에 배치된 관통전극(미도시)을 통해 기판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 모니터링 PD(370)의 단자는 제2와이어(W2)에 의해 기판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 기판(320) 및 블록(321)은 제5리드전극(345)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제5리드전극(345)는 그라운드 전극일 수 있다. 기판(320)과 블록(321)은 전도성 재질로 이루어지므로 히터(315)가 연결된 제3전극패턴(353)은 블록(321) 및 기판(320)을 통해 제5리드전극(345)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 모니터링 PD(370)는 제2와이어(W2)에 의해 기판(320) 및 제5리드전극(345)과 전기적으로 연결될 수 있다.

실시 예에 따르면 비아홀(353a)을 이용하여 전극을 연결하므로 와이어 공정을 생략할 수 있으며, 1개의 리드전극에 2개의 전극(히터 전극 및 PD 전극)을 그라운드로 묶어 사용할 수 있으므로 구조를 단순화할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 모니터링 PD(370)는 기판(320) 상에 배치된 제3서브 마운트(371) 상에 배치될 수 있다. 모니터링 PD(370)는 레이저 다이오드(310)의 후면으로 출사되는 광(L2)을 감지하여 출사광의 광량을 검출할 수 있다.

이때, 기판(320)의 수직 방향을 기준으로 모니터링 PD(370)는 5도 내지 15도의 경사 각도(θ1)를 가질 수 있다. 따라서, 레이저 다이오드(310)에서 소정 각도로 기울어진 광(L2)을 감지할 수 있다. 따라서, 레이저 다이오드(310)의 후면에서 출사된 광이 모니터링 PD(370)에서 의해 반사(L3)되어도 다시 레이저 다이오드(310)에 입사되지 않는다. 따라서, 레이저 다이오드의 광 특성이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 제2서브 마운트(360)는 블록(321)의 일측면에서 제1서브 마운트(350)보다 기판(320)에 더 가까이 배치될 수 있다. 제2서브 마운트(360)는 제1서브 마운트(350)와 동일한 재질로 제작될 수 있다. 또한, 제2서브 마운트(360)의 크기 및 두께는 제1서브 마운트(350)와 동일할 수 있다.

제1서브 마운트(350)와 제2서브 마운트(360)의 이격 간격(d1)은 20㎛ 내지 1000㎛일 수 있다. 제2서브 마운트(360)는 제1전극패턴(351)과 연결되는 제5전극패턴(361), 및 제2전극패턴(353)과 연결되는 제6전극패턴(362)을 포함할 수 있다.

제1전극패턴(351)과 제5전극패턴(361)은 제4와이어(W4)로 연결될 수 있고, 제2전극패턴(353)과 제6전극패턴(362)은 제5와이어(W5)로 연결될 수 있다. 이때, 제1전극패턴(351)과 제5전극패턴(361) 사이에는 브릿지 패턴(356)이 배치될 수 있다. 제1전극패턴(351)과 브릿지 패턴(356)은 도전 패드(355)로 연결될 수 있으며, 브릿지 패턴과 제5전극패턴(361)은 와이어(W4)로 연결될 수 있다.

브릿지 패턴(356)은 신호가 TO-can 내부에 전달되는 전극패턴의 임피던스를 매칭하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 브릿지 패턴(356)에 의해 전극패턴의 임피던스가 정합되어 고속 전송이 가능해질 수 있다.

제5전극패턴(361)은 제3리드전극(344)과 전기적으로 연결되는 제1솔더(363)를 포함할 수 있다. 제6전극패턴(362)은 제4리드전극(343)과 전기적으로 연결되는 제2솔더(364)를 포함할 수 있다. 솔더는 Au-Sn을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. Au-Sn은 RF 특성에 유리할 수 있다. 실시 예에 따르면, 제1서브 마운트(350)와 제2서브 마운트(360)를 분리하여 와이어의 길이를 짧게 제작할 수 있으므로 RF 특성을 개선할 수 있다. 여기서 RF 특성이란 레이저 다이오드(310)의 온/오프 펄스 폭을 제어하여 신호를 전송하는 속도로 정의할 수 있다. 즉, RF 특성이 좋다는 의미는 고속 전송이 가능하다는 의미일 수 있다.

도 5a는 종래 전극 패턴을 보여주는 도면이고, 도 5b는 실시 예에 따라 제1 서브마운트와 제2 서브마운트가 분리된 구조를 보여주는 도면이다.

도 5a를 참조하면, 일체형 서브 마운트 구조는 전극 패턴(S1)에 직접 리드전극을 솔더링하는 경우 레이저 다이오드(310)가 실장되는 영역이 용융되어 레이저 다이오드(310)과 전극 패턴(S1)에 솔더링이 불가능해지는 문제가 있다. 따라서, 이 경우 Ag 에폭시 등을 이용하여 레이저 다이오드(310)를 서브 마운트에 접착할 수 있으나, Ag 에폭시는 레이저 다이오드에서 발생하는 열이 잘 방출하지 못하므로 RF 특성이 악화될 수 있다.

이에 반해, 실시 예의 따른 광 모듈은 제1서브마운트(350)와 제2서브마운트(360)가 분리되어 있으므로 도 5b와 같이 제2서브마운트(360)를 먼저 블록(321)에 배치하고 리드전극(341, 342)을 솔더링할 수 있다. 이후, 에폭시 등을 이용하여 제1서브마운트(350)를 블록(321)에 고정할 수 있다. 따라서, 리드전극의 솔더링에 의해 레이저 다이오드가 실장되는 영역이 용융되는 문제를 개선할 수 있다. 이후 와이어에 의해 제1서브마운트(350)의 전극패턴과 제2서브마운트(360)의 전극패턴을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따르면 제1서브 마운트(350)와 제2서브 마운트(360)가 이격 배치되어 RF 특성을 개선할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광송신기를 보여주는 도면이고, 도 7은 도 6의 B 부분 확대도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 히터(315)는 제1방향으로 레이저 다이오드(310)와 모니터링 PD(370) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 레이저 다이오드(310)가 배치되는 제1전극패턴(351)과 히터(315)는 공차 마진을 위해 제1방향으로 약 20um 내지 100um의 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이러한 구조는 레이저 다이오드(310)와 인접 배치되어 온도 보상 효과가 뛰어난 장점이 있다. 나머지 구조는 도 3에서 설명한 구조가 그대로 적용될 수 있다. 히터(315)의 일측은 관통홀(353)에 의해 기판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 8은 히터가 광송신기 외부에 배치된 구조를 보여주는 도면이고, 도 9는 TEC가 배치된 구조를 보여주는 도면이고, 도 10은 히터의 위치에 따라 레이저 다이오드의 온도 성능을 시뮬레이션한 도면이고, 도 11은 히터의 종류와 위치에 따른 레이저다이오드의 온도 상승 정도를 비교한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 광송신기의 외부에 히터(H1)를 배치할 수 있다. 이러한 구조는 구조가 간단한 장점이 있으나 외부 히터(H1)를 이용하여 내부에 배치된 레이저 다이오드(310)의 온도를 제어하는 구조이므로 온도 보상 효과가 떨어지는 문제가 있다.

도 9를 참조하면, 내부에 TEC(H2)를 이용하여 온도를 보상하는 구조는 가격이 매우 비싸고, TEC(H2)의 부피가 크기 때문에 상용화된 TO-56에 적용하기 어려우며, 모든 온도에서 항상 일정온도를 맞추기 위해 구동되기 때문에 소비전력이 높아지는 문제가 있다.

도 10은 -40℃의 환경에서 히터(315)에 0.5W를 인가하고 레이저 다이오드(310)의 온도를 시뮬레이션한 결과이다. 도 10의 (a)는 외부 히터(315)가 배치된 광송신기고, 도 10의 (b)는 도 2의 광송신기고, 도 10(c)는 도 6의 광송신기다.

도 10의 (b)와 도 10(c)에 비해 도 10의 (a)는 온도가 적게 보상되었음을 확인할 수 있다. 즉, 도 10의 (b)는 -40℃에서 1.6℃로 상승한 크게 상승한 반면, 도 10의 (a)는 -40℃에서 -27.5℃로 온도 보상이 작음을 확인할 수 있다.

도 11을 참조하면, 광송신기의 외부에 히터(315)가 배치된 경우에 비해 송신기 내부에 히터(315)가 배치되면 온도 보상 효과가 뛰어남을 확인할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 기판;
   상기 기판상에 배치되는 블록;
   상기 블록의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트;
   상기 블록의 일 측면에 배치되고, 상기 제1서브 마운트와 이격 배치되는 제2서브 마운트;
   상기 기판 상에 배치되는 제3서브 마운트;
   상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 발광소자;
   상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 히터;
   상기 제3서브 마운트 상에 배치되는 모니터링 PD; 및
   상기 기판에 결합되는 복수 개의 리드전극을 포함하고,
   상기 제1서브 마운트는 제1전극패턴, 상기 제1전극패턴과 이격 배치되는 제2전극패턴, 상기 제1전극패턴과 제2전극패턴 사이에 배치되는 제3전극패턴, 및 상기 제2전극패턴과 이격배치되는 제4전극패턴을 포함하고,
   상기 제2서브 마운트는 상기 제1전극패턴과 전기적으로 연결되는 제5전극패턴, 및 상기 제3전극패턴과 전기적으로 연결되는 제6전극패턴을 포함하고,
   상기 발광소자는 상기 제1전극패턴 및 상기 제3전극패턴과 전기적으로 연결되고,
   상기 히터는 상기 제2전극패턴 및 상기 제4전극패턴과 전기적으로 연결되고,
   상기 제1전극패턴과 상기 제5전극패턴은 제4와이어에 의해 연결되고, 상기 제3전극패턴과 상기 제6전극패턴은 제5와이어에 의해 연결되고,
   상기 제5전극패턴과 상기 제6전극패턴은 솔더에 의해 상기 리드전극과 각각 전기적으로 연결되고,
   상기 제4전극패턴은 상기 제1서브 마운트를 관통하는 관통전극에 의해 상기 블록과 전기적으로 연결되고,
   상기 모니터링 PD는 와이어에 의해 상기 기판과 전기적으로 연결되고,
   상기 블록과 기판은 상기 복수 개의 리드전극 중 그라운드 전극과 전기적으로 연결하고,
   상기 히터와 상기 모니터링 PD는 와이어에 의해 서로 다른 리드전극과 전기적으로 연결되고,
   상기 히터는 Ta₂N를 포함하고, 상기 히터의 저항값은 5Ω 내지 25Ω인 광송신기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 히터와 상기 복수 개의 리드전극 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 제1 와이어를 포함하는 광송신기.
   
3. 제1항에 있어서,
   제1항에 있어서,
   상기 솔더는 Au-Sn을 포함하는 광송신기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 히터는 상기 발광소자와 상기 모니터링 PD 사이에 배치되는 광송신기.
   
5. 케이스;
   상기 케이스에 삽입되는 광송신기, 광수신기, 및 리셉터클을 포함하고,
   상기 광송신기는,
   기판;
   상기 기판상에 배치되는 블록;
   상기 블록의 일측면에 배치되는 제1서브 마운트;
   상기 블록의 일 측면에 배치되고, 상기 제1서브 마운트와 이격 배치되는 제2서브 마운트;
   상기 기판 상에 배치되는 제3서브 마운트;
   상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 발광소자;
   상기 제1서브 마운트 상에 배치되는 히터;
   상기 제3서브 마운트 상에 배치되는 모니터링 PD; 및
   상기 기판에 결합되는 복수 개의 리드전극을 포함하고,
   상기 제1서브 마운트는 제1전극패턴, 상기 제1전극패턴과 이격 배치되는 제2전극패턴, 상기 제1전극패턴과 제2전극패턴 사이에 배치되는 제3전극패턴, 및 상기 제2전극패턴과 이격배치되는 제4전극패턴을 포함하고,
   상기 제2서브 마운트는 상기 제1전극패턴과 전기적으로 연결되는 제5전극패턴, 및 상기 제3전극패턴과 전기적으로 연결되는 제6전극패턴을 포함하고,
   상기 발광소자는 상기 제1전극패턴 및 상기 제3전극패턴과 전기적으로 연결되고,
   상기 히터는 상기 제2전극패턴 및 상기 제4전극패턴과 전기적으로 연결되고,
   상기 제1전극패턴과 상기 제5전극패턴은 제4와이어에 의해 연결되고, 상기 제3전극패턴과 상기 제6전극패턴은 제5와이어에 의해 연결되고,
   상기 제5전극패턴과 상기 제6전극패턴은 솔더에 의해 상기 리드전극과 각각 전기적으로 연결되고,
   상기 제4전극패턴은 상기 제1서브 마운트를 관통하는 관통전극에 의해 상기 블록과 전기적으로 연결되고,
   상기 모니터링 PD는 와이어에 의해 상기 기판과 전기적으로 연결되고,
   상기 블록과 기판은 상기 복수 개의 리드전극 중 그라운드 전극과 전기적으로 연결하고,
   상기 히터와 상기 모니터링 PD는 와이어에 의해 서로 다른 리드전극과 전기적으로 연결되고,
   상기 히터는 Ta₂N를 포함하고, 상기 히터의 저항값은 5Ω 내지 25Ω인 광 통신 모듈.
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