KR101924939B1

KR101924939B1 - 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101924939B1
Application number: KR1020170024623A
Authority: KR
Inventors: 이상돈
Original assignee: 주식회사 지파랑
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: CN112114406B; US11169335B2; KR20180097889A; CN110326172A; WO2018155924A1; EP3588693A4; CN110326172B; US20210405309A1; US11550106B2; CN112114406A; EP3588693A1; US20200233160A1

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자 모듈을 패키지하고, 광소자 모듈을 반사면 미러를 내장한 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼에 정렬함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 커넥터 플러그는 광섬유가 안착되는 광섬유안착홈이 일측에 형성된 광 서브 어셈블리; 일측에 상기 광섬유안착홈에 대응하는 덮개요홈을 구비하고 상기 광섬유안착홈의 상부에 커버로 결합되어 상기 광섬유가 삽입되는 광섬유 삽입채널을 형성하며, 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 및 상기 광 서브 어셈블리에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법{Slim Type Connector Plug, Active Optical Cable Assembly Using the Same and Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자 모듈을 패키지하고, 광소자 모듈을 45° 반사면 미러를 내장한 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼에 정렬함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

광 엔진(optical engine)은 통상 데이터를 고속으로 전송하도록 사용된다. 광 엔진은 전기 신호를 광신호로 변환하고, 그 광신호를 송신하고, 광신호를 수신하고, 광신호를 다시 전기 신호로 변환하기 위한 하드웨어를 포함한다. 전기 신호는 전기 신호가 레이저와 같은 광 소스 장치를 변조하도록 사용될 때 광신호로 변환된다. 소스로부터의 광은 광섬유와 같은 송신 매체에 결합된다. 다양한 광 송신 매체를 통해 광 네트워크를 통과하고 그 목적지에 도달한 후, 광은 검출기와 같은 수신 장치에 결합된다. 검출기는 디지털 처리회로에 의해 사용하기 위해 수신된 광신호를 기반으로 전기 신호를 발생한다.

광 통신 시스템은 종종 전기 통신 시스템 및 데이터 통신 시스템과 같은 다양한 시스템에서 데이터를 송신하도록 사용된다. 전기 통신 시스템은 종종 몇 마일에서부터 수천 마일에 이르는 범위의 넓은 지리적 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다. 데이터 통신은 종종 데이터 센터를 통한 데이터의 송신을 포함한다. 그러한 시스템은 몇 미터에서부터 수백 미터에 이르는 범위의 거리에 걸친 데이터의 송신을 포함한다. 전기 신호를 광신호로 전송하도록 사용되고 광신호를 광 케이블과 같은 광 송신 매체에 전달하는 결합 컴포넌트는 비교적 비싸다. 이러한 비용 때문에, 광 송신 시스템은 일반적으로 대량의 데이터를 장거리로 전송하는 네트워크의 백본으로서 사용된다.

한편, 현재의 컴퓨터 플랫폼 아키텍처 디자인은 하나의 디바이스를 다른 디바이스에 연결하기 위해 여러 가지 상이한 인터페이스를 망라할 수 있다. 이들 인터페이스는 컴퓨팅 디바이스 및 주변기기에 I/O(입력/출력)를 제공하며, I/O 제공을 위해 다양한 프로토콜과 표준을 사용할 수 있다. 상이한 인터페이스는 인터페이스를 제공하기 위해 상이한 하드웨어 구조를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 현재의 컴퓨터 시스템은 통상적으로, 디바이스들을 연결하는 케이블의 단부에서 물리적 커넥터 및 플러그에 의해 실행되는, 대응 연결 인터페이스를 갖는 다중 포트를 구비한다.

보편적인 커넥터 형태는 다수의 관련 USB 플러그 인터페이스를 갖는 USB(Universal Serial Bus) 서브시스템, 디스플레이포트(DisplayPort), HDMI(High Definition Multimedia Interface), 파이어와이어(Firewire)(IEEE 1394에 규정됨), 또는 기타 커넥터 형태를 구비할 수 있다.

또한, 예를 들어, 셋탑 박스를 이용하는 UHD 텔레비전(TV)과 같이 분리된 2 장치 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 전송이 필요한 경우 전기 및 광 입출력 인터페이스 커넥터가 요구된다.

더욱이, UHD 텔레비전 내부에 보드와 보드 사이에 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 필요한 경우에는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구된다.

즉, TV 등에서는 얇은 폼 팩터(form factor)를 만족시켜면서 고속의 전송을 가능하게 하기 위해서는 액티브 광 케이블(AOC: Active Optical Cable) 커넥터의 크기 또는 AOC에 내장된 광 엔진(optical engine)의 크기가 1mm 이하로 매우 얇아야 한다. 그러나, 종래의 AOC는 인쇄회로기판(PCB) 위에 본딩 혹은 COB(Chip On Board) 형태로 패키징하므로 얇은 두께를 실현하기 어렵다.

이러한 요구사항들을 만족하는 AOC는 현재 높은 가격으로 공급되고 있는 데 이러한 높은 공급 가격은 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러), 광섬유(optical fiber) 사이의 부정확한 정렬(alignment)에 따른 추가적인 능동 정렬(active alignment) 비용이 대부분을 차지하기 때문이며, 수동 정렬(Passive Alignment)을 위한 정확한 구조 형성 및 조립에 비용이 많이 소요된다.

또한, 수십 Giga~100 G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)을 위해서는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩(wire-bonding) 때문에 발생하는 성능 저하를 해결하는 것이 요구되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0059869호(특허문헌 1)에는 입출력(I/O) 장치로서, 전기 및 광 입출력 인터페이스 양자를 포함하고 상기 광 입출력 인터페이스는 적어도 하나의 광 렌즈를 포함하는 입출력 커넥터, 제1 단부는 상기 입출력 커넥터에서 터미네이션하고 상기 적어도 하나의 광 렌즈에 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 광 파이버, 및 광신호들을 전기 신호들로 변환하며 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 송수신기 모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 광 파이버의 제2 단부는 상기 송수신기 모듈에서 터미네이션하고, 상기 입출력 커넥터 및 상기 송수신기 모듈은 접하고 있지 않는 입출력 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 1의 입출력 장치는 광 엔진 등의 광소자와 구동칩들이 인쇄회로기판을 이용하여 조립되고 있어, 높은 정확도와 생산성을 도모할 수 있는 자동화가 어렵고, 소형화와 슬림화가 어려운 문제가 있다.

일반적으로 광통신 모듈(module)은 광신호를 전송하는 광케이블을 고정할 수 있는 기계적 장치와, 광케이블로부터 전송된 광신호를 전기적 신호로 또는 광케이블로 전송할 광신호를 전기적 신호로부터 변환하는 광소자와 이러한 광소자와 정보를 주거나 받기 위한 인터페이스(interface) 회로를 포함하여야 한다.

종래의 광통신 모듈은 광케이블 고정 부재 및 광소자와, 인터페이스 회로 칩들을 각각 별도의 과정으로 회로 기판에서 서로 이격하여 배치해야 하므로 회로 기판을 차지하는 면적이 넓어지며, 제조과정이 복잡하고, 또한 광소자가 제공한 전기적 신호가 회로 기판에 형성된 전도성 스트립을 통하여 광전자 회로에 제공되므로 전기적 신호의 열화도 있을 수 있다.

: 한국 공개특허공보 제10-2014-0059869호

따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자 모듈을 패키지하고, 광소자 모듈을 45° 반사면 미러를 내장한 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼에 정렬함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 광소자 모듈 웨이퍼와 광섬유가 안착되는 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly) 웨이퍼를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA; Wafer Level Alignment) 방식으로 정렬함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용하여 오 정렬 없이 이루어질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 한번의 WLA에 의해 복수의 광소자와 광섬유를 정합할 수 있어 높은 정확도와 생산성을 도모할 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 슬림한 광소자 모듈을 구현할 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 시스템-인-패키지(SIP; System In Package) 형태의 광소자 모듈과 광 서브 어셈블리(OSA)를 웨이퍼 레벨로 결합하여 광섬유 조립채널이 포함된 광 엔진을 원칩 또는 단일 소자로 패키지화할 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광소자를 플립 칩(flip chip) 형태로 광소자 모듈에 장착함에 의해 와이어-본딩 없이 패키징이 이루어질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 픽-앤-플레이스 타입(Pick & Place type)으로 패키지의 광섬유 조립채널에 광섬유를 조립을 자동화할 수 있는 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 구조를 구현하면서 저렴한 비용으로 제조 가능한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 단말기의 교합 포트에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있는 슬림형 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자를 구비하고 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이에 초고속 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있는 슬림형 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP), SoC(System on Chip), SoB(System on Board), 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 중 하나의 형태로 패키지가 이루어질 수 있는 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그는 광섬유가 안착되는 광섬유안착홈이 일측에 형성되고 상기 광섬유안착홈의 내측단부에 반사면이 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly); 상기 광 서브 어셈블리에 적층되며 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 및 상기 광 서브 어셈블리의 반사면에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 상기 광소자 모듈에 적층되며, 광섬유가 조립되는 광섬유안착홈이 형성된 광섬유 지지부; 상기 광소자 모듈에 적층되며, 상기 광섬유의 코어와 대향한 부분에 반사면이 형성된 지지기판; 상기 지지기판의 반사면에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품; 및 상기 지지기판과 광소자 모듈 사이의 공간을 채워주는 스페이서(spacer);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 광섬유가 안착될 광섬유안착홈이 일측에 형성되고, 상기 광섬유안착홈에 안착된 광섬유의 코어에 대향한 부분에 반사면이 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly); 상기 광 서브 어셈블리에 적층되며 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈; 및 상기 광 서브 어셈블리의 반사면에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터 플러그는 광섬유가 안착될 광섬유안착홈이 일측에 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly); 상기 광 서브 어셈블리에 적층되며 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하고, 상기 광섬유안착홈에 안착된 광섬유의 코어에 대향한 부분에 반사면이 형성된 광소자 모듈; 및 상기 광소자 모듈의 반사면에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 단말기의 교합포트에 결합되는 커넥터 플러그; 및 상기 커넥터 플러그의 광섬유 조립채널에 적어도 하나의 광섬유가 결합되는 광케이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 플러그의 제조방법은 광섬유가 안착될 광섬유안착홈이 일측에 형성되고 상기 광섬유안착홈에 안착된 광섬유의 코어에 대향한 부분에 반사면이 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly)를 준비하는 단계; 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈을 준비하는 단계; 상기 광소자 모듈의 광 엔진으로부터 발생된 광신호가 광 서브 어셈블리의 반사면에서 반사 또는 굴절되어 광섬유의 코어에 수신되도록 광 서브 어셈블리에 광소자 모듈을 정렬하는 단계; 및 상기 정렬된 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 수십 Giga~100G 이상의 고속의 전송을 가능하게 하는 액티브 광 케이블(AOC) 커넥터는 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 광 인터페이스 커넥터가 요구되며, 합리적인 제조비용을 만족시키기 위해서는 PCB, 광소자(PD/VCSEL), 광학부품(렌즈나 미러), 광섬유(optical fiber) 사이에 수동 정렬(Passive Alignment)을 사용하면서 오 정렬(Mis-alignment)이 발생하지 않아야 된다.

오 정렬이 발생하는 위치는 PCB-광소자, 광소자-미러(mirror), 광소자-렌즈, 미러(mirror)-광섬유(optical fiber) 사이에서 주로 발생한다.

본 발명에서는 SIP(System In Package) 형태의 광소자 모듈 웨이퍼와 45° 반사면 미러를 내장한 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 수동 정렬 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 높은 정확도를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 한번의 WLA에 의해 복수의 광소자, 광학부품 및 광섬유를 정렬할 수 있어 높은 스루풋(through-put)을 도모할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 광소자 모듈을 종래의 1/16 정도의 초소형으로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 SIP(System In Package) 형태의 광소자 모듈과 광 서브 어셈블리(OSA)를 웨이퍼 레벨로 결합하여 광섬유 조립채널이 포함된 광 엔진을 원-패키지화할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 광소자를 플립 칩(flip chip) 형태로 광소자 모듈에 장착함에 의해 와이어-본딩(wire-bonding) 없이 패키징이 이루어질 수 있어 신호저항계수 및 전기저항계수가 감소되어 고주파 특성이 좋아지게 된다. 그 결과, 수십 Giga~100G 이상의 고속 상호 접속(interconnection)이 이루어지는 광소자(PD/VCSEL)의 와이어 본딩 때문에 발생하는 성능 저하를 해결할 수 있다.

본 발명에서는 픽-앤-플레이스 타입(Pick & Place type)으로 패키지의 광섬유 조립채널에 광섬유 조립을 자동화할 수 있는 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하며 소형이면서 1mm 두께로 슬림화된 액티브 광 케이블(AOC) 조립체(광 인터페이스 커넥터)를 제공할 수 있다.

본 발명에서는 단말기의 교합 포트에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있는 있다.

또한, 본 발명에서는 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자를 구비하고 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 칩(chip) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이에 초고속 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있다.

본 발명의 커넥터 플러그는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP), SOC(System on Chip), SoB(System on Board), 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 중 하나의 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 액티브 광 케이블(AOC)은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 외부연결단자를 구현할 수 있다.

그 결과, 본 발명에 따른 HDMI 타입의 액티브 광 케이블(AOC)은 1 케이블에 영상, 음성, 복제방지(녹화방지) 기술을 적용할 수 있는 컨트롤 신호를 동시에 전송 가능하여 광대역(High bandwidth)의 고속 데이터 전송을 요하는 영상재상기기(셋탑박스)와 영상표시기기(TV) 사이에 디지털 신호를 암호화 전송에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 광 인터페이스 부분과 광섬유 인입부분에 대한 확대도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에서 광섬유 삽입채널의 다양한 구조를 나타내는 확대도이다.
도 4d는 광섬유의 단면 확대도이다.
도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 분해도이다.
도 6a 내지 도 6d는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 외부접속단자를 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)를 지원하는 형태로 구현한 응용예의 평면도, 우측면도, 사시도 및 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)를 지원하는 형태로 구현한 샘플 사진이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 광소자 모듈을 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 광소자 모듈에 배치된 광소자(발광소자)의 출구 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도, 도 10a의 반전 상태도, 도 10b의 A 부분을 확대한 확대도, 도 10b의 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도 및 광 서브 어셈블리(OSA)에서 광섬유가 결합되는 부분을 나타낸 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 제4실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도 및 도 12b의 B 부분을 확대한 확대도이다.
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제6실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 나타낸 것으로, 각각 광 서브 어셈블리(OSA)가 광소자 모듈 보다 작은 경우, 가이드 돌기를 이용하여 광 서브 어셈블리(OSA)를 광소자 모듈에 정렬시킨 상태를 나타내는 조립 평면도 및 단면도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 커넥터 플러그(100)가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 제7실시예를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

전기 신호를 광신호로 그리고 그 역으로 변환하는 소자의 가격으로 인하여, 광 통신 시스템은 일반적으로 네트워크에서 백본으로서 사용된다. 그러나, 광 통신 시스템은 컴퓨터 통신에 다양한 장점을 제공할 수 있다. 컴퓨터 통신은 몇 센티미터에서 수백 센티미터에 이르는 통신을 지칭한다.

본 발명에서는 장거리에 위치한 단말기와 단말기 사이의 광 통신에 사용되는 광 통신 시스템 뿐 아니라 컴퓨터 통신에 적용 가능한 시스템을 개시한다.

광 시스템은 광섬유를 광 엔진(Optical Engine)에 접속하는 반도체 패키지를 사용할 수 있다. 광전자 소자는 발광 장치 또는 광 수신 장치이다. 발광 장치의 일 예는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)이다. 광 수신 장치의 일 예는 포토다이오드(PD; Photodiode)이다.

구동회로(즉, 구동칩 또는 광 IC)는 광소자에 따라 동작하도록 사용된다. 예를 들면, 포토다이오드는 포토다이오드 상의 광자의 충돌로 인한 전기 신호를 증폭하기 위한 트랜스-임피던스 증폭기와 함께 동작한다. 광전자 소자가 발광 장치인 경우, 구동회로는 발광 장치를 구동하도록 사용된다.

광소자와 구동회로를 기판을 사용하지 않고 SIP(System In Package) 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고 광소자와 SIP 외부와의 광 경로를 형성한 광소자 모듈 패키지를 개시한다. 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 광 송신 시스템을 가능하게 한다.

본 발명에서는 광전자 소자에 따라 동작하는 구동회로(구동칩)를 광전자 소자와 함께 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적함과 동시에 기판을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 슬림한 광소자 모듈을 구현할 수 있다.

광소자 모듈은 SIP 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.

또한, 다양한 정렬 기술이 광전자 소자(광소자)를 반도체 패키지에 삽입되는 광섬유와 정렬하는데 사용된다. 광소자 모듈은 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 제조 프로세스를 진행하고, 광섬유가 안착되는 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly)도 웨이퍼 레벨로 제조 프로세스를 진행한 후, 광소자 모듈이 집적된 광소자 모듈 웨이퍼와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬하여 접합시킨 후, 접합된 웨이퍼를 소잉(sawing)하여 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 광섬유를 고정시킬 수 있는 광 엔진 패키지(Optical Engine Package)가 반도체 패키지 타입으로 얻어진다.

더욱이, 광소자 모듈 웨이퍼와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬하여 접합함에 따라 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 능동 정렬을 이용하지 않고 저렴한 수동 정렬(Passive Alignment) 기술을 이용할지라도 오 정렬 없이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 이용하여 구성되는 광 통신 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.

광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이를 상호 연결하여 광통신이 이루어지게 하며, 각각의 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)를 구비하며, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 사이에는 광섬유를 내장한 광 케이블(300a)이 연결되어 있다

여기서, 제1 및 제2 단말기(10,20)는 각각 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터, 노트북, 울트라북, 태블릿, 넷북, 또는 이에 포함되지 않는 다수의 컴퓨팅 디바이스 중 하나일 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)는 컴퓨팅 디바이스 이외에, 많은 다른 형태의 전자 디바이스가 포함될 수 있다. 다른 형태의 전자 디바이스는 예를 들어, 스마트폰, 미디어 디바이스, PDA(개인용 휴대 단말기), 울트라 모바일 퍼스널 컴퓨터, 멀티미디어 디바이스, 메모리 디바이스, 카메라, 보이스 레코더, I/O 디바이스, 서버, 셋탑 박스, 프린터, 스캐너, 모니터, 엔터테인먼트 제어 유닛, 휴대용 뮤직 플레이어, 디지털 비디오 레코더, 네트워킹 디바이스, 게임기, 게이밍 콘솔을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)는 본 발명에 따른 광 통신 시스템을 통하여 상호 연결되며, 각각에 구비된 하우징(11,21)에는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 물리적으로 결합되어 인터페이스가 이루어지는 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 적어도 하나씩 설치되어 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 광 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다. 또한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 전기 인터페이스를 통한 통신을 지원할 수 있다.

일부 예시적 실시예에서, 제1단말기(10)는 다수의 프로세서를 구비하는 제1서버를 포함할 수 있으며, 제2단말기(20)는 다수의 프로세서를 구비하는 제2서버를 포함할 수 있다.

이들 실시예에서, 제1서버는 커넥터 플러그(100) 및 교합 포트(12)에 의해 제2서버와 상호연결될 수 있다. 다른 실시예에서는, 제1단말기(10)가 셋탑 박스를 포함할 수 있고, 제2단말기(20)가 텔레비전(TV)을 포함할 수 있으며, 그 반대일 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재되는 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200) 및 제1 및 제2 교합 포트(12,22)가 수많은 실시예들 중 하나일 수 있다.

또한, 제2단말기(20)는 주변 I/O 장치일 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 제1 및 제2 단말기(10,20)의 제1 및 제2 교합 포트(12,22)와 교합하도록 구성될 수 있다.

제1 및 제2 교합 포트(12,22)는 또한 하나 이상의 광 인터페이스 부품을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1교합 포트(12)는 I/O 장치와 결합될 수 있으며, 프로세서(13)와 포트(12) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 처리 및/또는 단자 부품을 구비할 수 있다. 신호 전달은 발생 및 광신호로의 변환 또는 수신 및 전기 신호로의 변환을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 단말기(10,20)에 구비된 프로세서(13,23)는 전기 및/또는 광 신호 I/O 신호를 처리하는 역할을 할 수 있으며, 단수 또는 복수 개가 사용될 수 있다. 프로세서(13,23)는 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능한 논리 소자나 어레이, 마이크로컨트롤러, 신호 처리기, 또는 이들의 일부 또는 전부를 포함하는 조합일 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 커넥터 플러그 내에 제1 및 제2 광 엔진(light engine)(110,210)을 구비할 수 있으며, 이러한 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 액티브 광 커넥터 또는 액티브 광 리셉터클 및 액티브 광 플러그로 지칭될 수 있다.

일반적으로, 이러한 액티브 광 커넥터는 교합 커넥터 및 광학 조립체에 대한 물리적 연결 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 광학 조립체는 "서브 조립체"로 지칭될 수도 있다. 조립체는 완제품, 또는 제조 물품의 완성된 시스템 또는 서브 시스템을 지칭할 수 있지만, 서브 조립체는 일반적으로 서브 조립체를 완성하기 위해 다른 부품 또는 다른 서브 조립체와 조합될 수 있다. 그러나, 서브 조립체는 본 명세서에서 "조립체"와 구별되지 않으며, 조립체에 대한 언급은 서브 조립체로 간주될 수 있는 것을 지칭할 수 있다.

제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 다양한 작업에 따라 광신호를 발생시키고, 또는 광신호를 수신 및 처리하도록 구성된 임의의 디바이스를 포함할 수 있다.

실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드, 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 광 인터페이싱을 제어하기 위한 광 집적회로(IC), 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드 중 어느 하나 이상을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 IC는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하거나, 레이저 다이오드를 구동하거나, 및/또는 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL)를 포함한다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 하나 이상의 통신 프로토콜에 따라서 또는 그에 부합하여 광신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 광신호 및 전기 신호를 전달하도록 구성되는 실시예에서는, 광 인터페이스 및 전기 인터페이스가 동일한 프로토콜에 따라서 작동되도록 요구될 수 있다.

제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 전기 I/O 인터페이스의 프로토콜에 따라 신호를 처리하는지, 다른 프로토콜 또는 표준에 따라 신호를 처리하는 지에 따라서 제1 및 제2 광 엔진(110,210)은 특정 커넥터 내의 의도된 프로토콜을 위해서 구성되거나 또는 프로그래밍될 수 있으며, 다양한 광 엔진이 다양한 프로토콜을 위해서 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 포토다이오드, 또는 포토다이오드 회로를 갖는 부품은 포토다이오드가 광신호를 전기 신호로 변환하므로 광 단자 부품으로 간주될 수 있다. 레이저 다이오드는 전기 신호를 광신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 광신호를 생성하기 위한 출력을 발생하기 위해 레이저 다이오드를 적절한 전압으로 구동함으로써 레이저 다이오드를 광학적으로 송신될 신호에 기초하여 구동하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드로부터의 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다. 광 IC는 포토다이오드에 의해 발생된 전기 신호를 수신하고 이를 해석하여 처리하도록 구성될 수 있다.

본 발명 실시예에서, 프로세서(13,23)와 교합 포트(12,22) 사이에서 광신호(또는 광신호 및 전기 신호)를 전달하는 I/O 콤플렉스(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. I/O 콤플렉스는 프로세서(13,23)가 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)의 제1 및 제2 광 엔진(110,210)을 거쳐서 제1 및 제2 단말기(10,20)와 통신할 수 있는 하나 이상의 I/O 링크를 제어하도록 구성된 하나 이상의 I/O 배선을 수용할 수 있다. I/O 배선은 통신 프로토콜의 하나 이상의 형태의 데이터 패킷을 전송하는 능력을 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 다양한 통신 프로토콜 또는 표준이 사용될 수 있다. 통신 프로토콜은 미니 디스플레이 포트, 표준 디스플레이 포트, 미니 USB(Universal Serial Bus), 표준 USB, PCI 익스프레스(PCIe), IEEE 1394 파이어 와이어(Firewire), 선더볼트(Thunderbolt), 라이트닝(lightning), 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI; High Definition Multimedia Interface) 등의 데이터 전송 표준 규격을 만족하지만 이것에 한정되지는 않는다.

각각의 다른 표준이 전기 접점 조립체를 위한 다른 구성 또는 핀 배열(pin out)을 구비할 수 있다. 또한, 커넥터의 크기, 형상 및 구성은 대응 커넥터의 교합을 위한 공차를 포함하는 표준에 종속될 수 있다. 따라서, 광 I/O 조립체를 통합하기 위한 커넥터의 레이-아웃은 다양한 표준에서 상이할 수 있다.

제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)와 제1 및 제2 단말기(10,20)의 교합 포트(12,22)사이에는 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어짐과 동시에 교합 포트(12,22)에 구비된 인터페이스를 통하여 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱이 이루어질 수 있다.

또한, 후술하는 다른 실시예에서 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 교합 포트(12,22)와 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어는 대신에 프로세서(13,23)를 구비하는 메인 보드에 솔더 볼로 이루어지는 외부접속단자가 고정 결합되는 것도 가능하다. 그 결과 도 1에 도시된 바와 같이, 광케이블(300a)의 양 단부에 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)가 연결된 본 발명의 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이, 칩(chip)과 칩(chip) 사이, 칩(chip)과 보드(PCB) 사이, 보드(PCB)와 주변장치 사이, 예를 들어, 단말기 본체와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하여 초고속 대용량 데이터 전송이 필요한 경우에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 광 통신 시스템(1)은 제1 및 제2 단말기(10,20) 사이에 광통신이 이루어지도록 연결될 때, 각 단부에 구비된 제1 및 제2 커넥터 플러그(100,200)는 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1단말기(100)와 결합되는 제1커넥터 플러그(100), 즉 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 길이방향 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 광 인터페이스 부분과 광섬유 인입부분에 대한 확대도이며, 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 우측면 중 광섬유가 삽입된 부분의 확대도이고, 도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체의 분해도이다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 커넥터 플러그(100)와 이에 결합된 광케이블(300a)을 포함한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 커넥터 플러그(100)는 크게 광 엔진(110)을 포함하도록 SIP(System In Package) 형태로 제작되는 광소자 모듈(101)과, 광섬유가 안착되는 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly)(190)를 포함하며, 상기 광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 형성된 광섬유 삽입채널(305)에 광섬유 케이블(300a)과 연결된 복수의 광섬유(300)가 삽입되어 있다.

본 발명의 커넥터 플러그(100)는 도 8g에 도시된 바와 같이, 광소자 모듈(101)을 웨이퍼 형태로 제작한 SIP(System In Package) 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 웨이퍼 형태로 제작한 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA; Wafer Level Alignment) 방식으로 수동 정렬하여 일체화시킨 후 다이싱함에 의해 개별적인 커넥터 플러그(100)를 제작한다.

본 발명의 광소자 모듈(101)은 후술하는 바와 같이, 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자와 구동칩을 패키지함에 의해 슬림한 형태로 제작될 수 있다.

광소자 모듈(101)은 광 인터페이스를 제공하기 위해 광 엔진(110)(도 1 참조)을 구비할 수 있고, 외측면에는 다양한 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 외부접속단자(160)가 도전성 스트립 형태로 형성되어 있다.

도 7에는 외부접속단자(160)가 예를 들어, 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 만족하도록 구현된 실시예를 나타내는 샘플 사진을 나타낸 것이다.

이 경우, 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 도전성 스트립 형태는 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.

광소자 모듈(101)은 광신호를 능동적으로 발생시키고 및/또는 수신 및 처리하도록 구성된 액티브 광 엔진(110)을 구비할 수 있다. 광 엔진(110)은 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하기 위한 광소자(130)와 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 IC(140)를 구비할 수 있다. 또한, 광소자 모듈(101)은 필요에 따라 광 IC(140) 이외에 신호처리에 필요한 프로세서(도시되지 않음), 인코더 및/또는 디코더, R, L, C 등의 수동 소자, 또는 파워 관련 IC 칩을 더 포함할 수 있다.

광소자(130)는 예를 들어, 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 제어하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광 IC(140)는 레이저 다이오드를 구동하고 포토다이오드로부터의 광신호를 증폭시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 다이오드는 VCSEL을 포함할 수 있다.

광소자 모듈(101)은 기판을 사용하지 않고, 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 형태로 집적하면서, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩이 이루어져서 몰드 몸체(111)를 구성하고 있다. 그 결과 몰드 몸체(111)는 집적된 후 패키징이 이루어지는 광 엔진(110)을 충격으로부터 안전하게 보호하는 역할을 한다.

광소자 모듈(101)에는 도 8f에 도시된 바와 같이, 외측면에 배치된 외부접속단자(160)와 전기적인 상호 연결에 이용되는 도전성 수직 비아(via)(150)가 몰드 몸체(111)에 수직방향으로 배치되어 있다.

또한, 광소자 모듈(101)은 하부면에 광 엔진(110)을 구성하는 각종 부품, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)이 형성되어 있다.

이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 채용한다.

상기 배선층(120)에는 광소자(130)와 광 IC(140)의 하부면에 배치된 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123a)과, 또한, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123b)이 매입 형성되어 있다. 그 결과, 와이어-본딩 없이 패키징이 이루어질 수 있다.

상기 배선층(120)은 절연층(dielectric layer) 또는 패시베이션층(passivation layer) 재료로 이루어지며, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO₂), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.

상기 배선층(120)은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 도 9a와 같이 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 배선층(120)은 불투명한 재료로 이루어지는 경우, 도 9b와 같이 광소자(130)로부터 발생된 광신호가 통과할 수 있는 윈도우(125)가 형성된다.

더욱이, 배선층(120)은 투명한 재료로 형성되는 경우에도 광소자(130)와 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 배치되는 광학부품(171), 예를 들어, 미러 또는 렌즈와의 거리를 조정하기 위하여 연장돌기부(126)를 구비할 수 있다.

또한, 배선층(120)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 투명한 재료로 형성되는 경우에도 광소자(130)로부터 발생된 광(L)의 경로를 변경(제어)하기 위한 광학 렌즈(124)를 더 포함할 수 있다.

광학 렌즈(124)는 예를 들어, 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 분산되지 않고 평행에 가깝게 경로를 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 또는 광(L)을 한점에 집속하는 포커싱 렌즈의 기능을 갖도록 하여, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 배치되는 광학부품(171), 예를 들어, 미러 또는 렌즈에 광(L)이 입사되도록 안내할 수 있다.

광학부품(171)은 광소자(130)와 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 조립된 광섬유 사이에 배치되어 광신호를 반사 또는 굴절하여 광신호의 경로를 변환하는 광 경로 변환부재로서 역할을 한다.

더욱이, 배선층(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)가 조합되어 복수의 광섬유(300)를 수용하는 광섬유 삽입채널(301)을 형성할 때, 후술하는 덮개요홈(122)의 내측단부(121)는 광섬유(300)의 삽입 깊이를 미리 설정된 깊이로 제한하기 위한 스토퍼 역할을 한다.

이하에 도 8a 내지 도 8f를 참고하여, 본 발명에 따른 광소자 모듈(101)의 제조방법을 설명한다.

먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 몰딩 프레임(31)의 일면에 접착층(또는 릴리즈 테이프)(32)이 형성된 몰딩 테이프(30)를 이용하여 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적될 각종 칩 형태의 부품을 몰딩 테이프(30)의 미리 설정된 위치에 부착시킨다.

이 경우, 몰딩 테이프(30)는 도 8g와 같이, 웨이퍼 레벨로 제조 프로세스가 진행될 수 있도록 웨이퍼 형태로 이루어질 수 있다.

광소자 모듈(101)에 집적될 각종 부품은, 예를 들어, 광소자(130)와 광 IC(140), 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 데 필요한 비아 PCB(153) 등이며, 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장한다. 이 경우, 필요에 따라 신호처리에 필요한 프로세서를 포함할 수 있다. 실장되는 부품은 칩의 연결패드가 몰딩 테이프(30)에 접촉하도록 실장방향을 정한다.

비아 PCB(153)는 PCB에 레이저로 관통하거나 패턴 및 식각 공정을 사용하여 관통공(through hole)을 형성하고 관통공을 도전성 금속으로 매립하여 도전성 수직 비아(150)를 형성할 수 있다. 상기 도전성 금속은 예를 들어, 금(gold), 은(silver), 구리(copper) 등의 금속으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도전성 금속이면 충분하다. 또한, 관통공에 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 방법은 도전성 금속 분말을 충진하는 방법 이외에 스퍼터(sputter), 증착(evaporation), 도금(plating)으로 전도성 금속으로 관통공을 매립한 후, 기판 표면을 평탄화하여 형성될 수 있다.

이 경우, 광소자(130)는 애노드와 캐소드로 이루어진 2개의 연결패드(131)가 광이 출입하는 부분과 동일한 면에 배치된 소자를 사용한다.

이어서, 도 8b와 같이, 예를 들어, 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)로 몰딩 테이프(30)의 상부에 몰딩층(33)을 형성하고 경화 후 표면을 평탄화한다. 이어서, 경화된 몰드의 상부면을 CMP(chemical mechanical polishing) 처리하여 도전성 수직 비아(150))의 상단이 드러나도록 가공한 후, 경화된 몰드와 몰딩 프레임(31)을 분리하면, 도 8c에 도시된 슬림한 몰드 몸체(111)가 얻어진다.

이어서, 얻어진 몰드 몸체(111)를 반전시키고, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)을 도 8d와 같이 형성한다.

먼저, 노출된 광소자(130)와 광 IC(140)의 연결패드(131,141)를 보호하기 위한 절연층을 먼저 형성하고, 이어서 연결패드(131,141)에 대한 접촉창을 형성한다. 이어서, 도전성 금속층을 형성하고 이를 패터닝하여 연결패드(131,141)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123a)과, 광 IC(140)와 도전성 수직 비아(via)(150)를 상호 연결하는 도전성 배선패턴(123b)을 형성한다.

배선패턴(123a,123b)은 금(gold), 은(silver), 구리(copper), 알루미늄(aluminium) 등의 도전성 금속을 스퍼터(sputter), 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 도전성 금속층을 형성하여 제조될 수 있다.

그 후, 도전성 배선패턴(123a,123b)을 커버링하는 절연층을 형성한다.

절연층은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO₂), 아크릴, 또는 다른 폴리머 기반의 절연재료로 이루어질 수 있다.

이 경우, 절연층은 광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드 및/또는 광신호를 수신하기 위한 포토다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되거나 또는 수신되는 광신호를 수신하도록 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

그 후, 배선층(120)이 투명한 재료로 형성되는 경우 도 8e와 같이 광소자(130)로부터 발생된 광이 통과하는 경로, 즉 배선층(120)의 표면에 콜리메이팅 렌즈(124)를 형성한다.

상기 렌즈(124)는 배선층(120)을 형성할 때 사용되는 식각 마스크를 이용하여 형성할 수 있으며, 폴리이미드(polyimide)로 렌즈에 대응하는 돌기부를 형성한 후 리플로우 공정을 실시함에 의해 반구 형상의 콜리메이팅 렌즈를 형성할 수 있다.

렌즈(124)를 형성하는 다른 방법은 실리콘 산화물(SiO₂)로 배선층(120)의 절연층을 형성하면서 포토 레지스트(PR)로 이루어진 반구 형상의 식각 마스크를 형성하고 이를 이용하여 노출된 절연층을 식각하여 형성할 수 있다.

그 후, 배선층(120)의 일측을 식각하여 광섬유 삽입채널(301)에 광섬유(300)를 삽입할 때 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)를 고정하기 위한 사다리꼴형 또는 트랜치형 덮개요홈(122)(도 4 참조)을 광섬유 삽입채널(301)에 대응한 갯수만큼 형성한다.

이 경우, 상기 덮개요홈(122)의 내측단부(121)는 광섬유의(300)의 조립시에 상기 광섬유의(300) 단부면과 상기 45° 반사면 사이에 미리 정해진 거리를 설정하도록 멈춤(stop)을 제공한다.

이어서, 도 8f와 같이, 노출된 도전성 수직 비아(150)의 상부에 도전성 금속을 증착하여 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립을 형성하여 외부접속단자(160)를 형성한다.

상기 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성될 수도 있다.

상기 실시예에서는 도전성 수직 비아(150)를 형성하기 위하여 비아 PCB(153)를 플립 칩(flip chip) 공정으로 광소자 모듈(101)에 집적시키는 방법을 제안하고 있으나, 몰드 몸체(111)를 제조한 후 도전성 수직 비아(150)를 형성하는 것도 가능하다.

즉, 몰드 몸체(111)를 레이저나 패턴 및 식각 공정을 사용하여 관통공(through hole)을 형성하고 관통공을 도전성 금속으로 매립하거나 스퍼터(sputter), 증착(evaporation), 도금(plating)으로 전도성 금속으로 관통공을 매립한 후, 몰드 표면을 평탄화하여 형성될 수 있다.

본 발명의 광소자 모듈(101)은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 기판을 사용하지 않고 광소자(130)와 광 IC(140)를 패키지함에 의해 슬림한 형태로 패키징이 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서는 광소자 모듈(101)을 복수의 광섬유(300)를 고정하기 위한 커버로 이용하여 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 상부에 결합된다.

이에 따라 광소자 모듈(101)의 배선층(120)에는 도 4a에 도시된 바와 같이 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 상부에 형성된 광섬유안착홈(172)과 조합하여 광섬유 삽입채널(305)을 형성하여 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(301~304)를 고정하기 위한 덮개요홈(122)이 광섬유(301~304)에 대응한 갯수만큼 형성된다.

상기 덮개요홈(122)은 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)를 상부의 3지점에서 접촉하여 고정하는 구조를 가질 수 있다. 이를 위해 덮개요홈(122)은 광섬유(300)의 최상단부와 상측의 양측부가 접촉하도록 깊이가 얕은 트랜치형 요홈 형태로 이루어질 수 있다.

그러나, 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)를 고정하기 위하여 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 일측에 형성되는 덮개요홈(122)은 필수적인 것은 아니고 생략될 수도 있다. 즉, 광섬유안착홈(172)에 대응하는 광소자 모듈(101)의 배선층(120) 일측은 평판형의 덮개로 이루어져서, 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)와 선접촉이 이루어질 수도 있다.

또한, 광소자 모듈(101)의 몰드 몸체(111)에 배치되는 광소자(130) 또한 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 복수의 광섬유(301~304)에 대응하여 횡방향으로 배치된다.

광섬유(300)는 도 4d에 도시된 바와 같이, 높은 굴절률을 가지는 코어(core)(310)의 외측에 코어보다 굴절률이 낮은 재료로 이루어진 클래드(clad)(311)와 보호층 역할을 하는 피복층(312)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있다. 광섬유(300)는 코어(310)와 클래드(311) 사이의 굴절률 차이를 이용하여 코어(310)에 입사된 광이 코어(310)와 클래드(311) 사이의 경계면에서 전반사를 반복하면서 전파가 이루어지는 현상을 이용하고 있다.

이 경우, 광섬유는 크게 유리 광섬유(GOF)와 플라스틱 광섬유(POF)로 나누어진다. 플라스틱 광섬유(POF)는 유리 광섬유(GOF)와 비교할 때 직경이 상대적으로 크나 광이 전파되는 코어의 단면적도 크기 때문에 취급이 용이하다.

플라스틱(plastic) 광섬유(POF)는 코어(310)가 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리스티렌 등으로 이루어지고, 클래드(311)가 예를 들어, F-PMMA(Fluorinated PMMA), 불소 수지나 실리콘 수지 등으로 이루어지고, 피복층(312)은 예를 들어, PE 등으로 이루어질 수 있다. 플라스틱(plastic) 광섬유는 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 코어에 F-PMMA(Fluorinated PMMA) 클래드로 이루어진 광섬유를 사용할 수 있다.

광섬유가 단선으로 사용되지 않고 전체적인 대역폭을 증가시키기 위하여 도 4a, 도 4b 및 도 6a와 같이 복수의 광섬유(301~304)가 결합되어 하나의 광 케이블(300a)을 구성하는 경우 복수의 광섬유(301~304)의 인접한 피복층(312)은 상호 붙어있는 형태로 제작되어 단일체를 이룰 수 있다.

상기한 플라스틱(plastic) 광섬유(POF)인 경우 기술의 발전에 따라 광섬유(301~304) 각각의 직경이 400㎛인 것도 상용화되어 있어 본 발명에 적용할 수 있다.

유리(glass) 광섬유(GOF)는 코어(310)와 클래드(311)가 모두 굴절률이 서로 다른 실리카 유리 또는 다성분 유리로 이루어지고, 그 외주에 수지로 이루어진 피복층(312)이 형성되어 있다.

유리(glass) 광섬유(GOF)는 싱글 모드와 멀티 모드 모두로 구현될 수 있으며, 코어(310)와 클래드(311)의 직경이 각각 50/125㎛(멀티 모드) 또는 10/125㎛(싱글 모드)로 플라스틱 광섬유(POF)에 비하여 소직경으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.

유리(glass) 광섬유(GOF)인 경우, 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 부분을 피복층(312)을 벗겨서 코어(310)와 클래드(311)만으로 이루어진 복수의 광섬유(301a,302a,303a,304a)를, 도 4c에 도시된 바와 같이, 지지기판(170)에 V-그루브(V-groove) 형태로 이루어진 복수의 광섬유안착홈(172d)에 각각 수용될 수 있다.

또한, 유리(glass) 광섬유(GOF)인 경우, 복수의 광섬유(301~304)의 피복층(312)이 상호 붙어있는 형태로 제작되어 하나의 광 케이블(300a)로서 단일체를 이룰 수 있으며, 외주에 피복층(312)이 형성되어 있는 상태 그대로 도 4a, 도 4b 및 도 6a와 같이 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입되는 것도 가능하다.

이 경우, 본 발명에서는 복수의 광섬유(301~304) 각각의 직경은 400㎛인 것을 적용할 수 있으며, 이러한 400㎛ 직경의 광섬유(301~304)를 사용할지라도 커넥터 플러그(100)의 전체적인 두께를 1mm 정도로 슬림하게 구현할 수 있다.

외주에 피복층(312)이 형성되어 있는 상태 그대로 광섬유(301~304)를 커넥터 플러그(100)의 광섬유 삽입채널(305)에 삽입하는 경우는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 광섬유안착홈을 형성할 수 있다.

먼저, 도 4a에 도시된 광섬유 삽입채널(305)은 지지기판(170)에 단일체로 붙어 있는 복수의 광섬유(301~304)를 수용할 수 있는 하나의 광섬유안착홈(172)이 수용홈으로서 구비되어 있다.

이 경우, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 지지기판(170)에 형성되는 단일의 광섬유안착홈(172)은 대략 복수의 광섬유(301~304) 전체를 수용하는 폭과 상단의 일부가 노출되는 깊이를 가지고 있다. 광섬유안착홈(172)은 양측 벽(172c)이 경사면을 가지는 트랜치형 요홈 구조로서, 양측 벽(172c)은 복수의 광섬유(301~304)의 외측에 배치된 광섬유(301,304)의 측면과 접촉되는 경사면을 가지고 있다.

도 4b에 도시된 광섬유 삽입채널(305)은 지지기판(170)의 상측에 단면이 복수개의 광섬유(301~304)가 각각 수용될 수 있는 복수의 트랜치형 요홈 형태를 갖는 광섬유안착홈(172e)으로 이루어져 있다.

상기 복수의 광섬유안착홈(172e)에 결합되는 복수의 광섬유(301~304)는 코어의 외주에 클래드와 피복층이 코팅되고, 인접한 광섬유의 상기 피복층은 상호 분리된 형태를 갖는다.

이 경우, 지지기판(170)에 형성되는 복수개의 광섬유안착홈(172e) 각각은 양측 벽(172c)이 복수의 광섬유(301~304)의 측면과 접촉될 수 있는 경사면을 가지고 있어, 광섬유안착홈(172e)에 안착된 광섬유(301~304)를 최하단부와 양측부의 3지점에서 접촉하여 고정하는 트랜치형 요홈 구조를 가지고 있다.

광섬유안착홈(172e)의 형상은 이에 한정되지 않고 다른 형상으로 변형될 수 있다.

광 서브 어셈블리(OSA)(190)는 실리콘(Si), 유리(glass) 또는 플라스틱으로 이루어지며, 상기한 광섬유(300)가 안착되는 복수의 광섬유안착홈(172)이 형성된 지지기판(170)과, 상기 지지기판(170)의 하부에 적층되어 강도를 보강하기 위한 강도보강층(180)을 포함할 수 있다.

이 경우, 강도보강층(180)은 예를 들어, 에폭시 수지 등을 박막으로 형성하여 사용할 수 있다.

지지기판(170)에는 광소자(130)와 대향한 부분, 즉 복수의 광섬유안착홈(172)의 전면에 반사면이 형성되어, 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 수직으로 입사할 때 입사된 광(L)을 직각방향으로 배치된 광섬유(300)의 코어(310)로 입사하도록 경로를 변경시키는 광학부품(171)이 형성되어 있다.

광학부품(171)은, 예를 들어, 45° 반사면에 거울이 형성된 45° 반사 미러 또는 45° 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러(174)가 사용될 수 있다. 상기 콘케이브형 미러(174)는 광소자(130)로부터 발생되어 입사된 광(L)을 모아서 광섬유(300)의 코어로 입사하도록 경로를 변경시키는 역할을 한다. 상기 미러는 반사면에 예를 들어, Au, Al, Cu, Pt 등의 금속(metal)으로 이루어진 메탈층을 100~200nm 두께로 증착함에 의해 형성될 수 있다.

상기 지지기판(170)은 45° 반사 미러와 V-그루브(V-groove)를 동시에 형성할 수 있다.

제1방법은 Si 기판(웨이퍼)의 (110)면과 (111)면의 식각 속도 차이를 만들어서 (110)면으로 45° 에칭을 하는 방법이다. 이 방법은 식각면이 모두 45°(110면)이므로, 미러(mirror) 면과 V-그루브(V-groove)의 벽면이 모두 45°가 된다. 하나의 마스크 패턴으로 한번에 반사면과 V-그루브를 만들 수 있다. 그 후 반사면에만 선택적으로 메탈을 증착(deposition)하면 45° 반사 미러가 완성된다.

제1방법을 단계별로 세분화하여 설명하면, 먼저, Si 웨이퍼(기판) 위에 마스크를 (110) 방향으로 정렬(align)하여 식각 마스크로 사용할 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

그 후, 식각 마스크가 형성된 Si 웨이퍼(기판)를 식각액으로 TMAH-Triton 용액을 사용하여 비등방성 식각(anisotropic etching)을 실시하면 45° 반사면과 V-그루브를 함께 형성할 수 있다.

이어서, 반사면에만 선택적으로 메탈을 증착(deposition)하고, Si 웨이퍼의 배면을 그라인딩(grinding)하여 지지기판(170)을 원하는 두께로 만든다.

끝으로 Si 기판의 깨짐을 방지하기 위한 물질로서 에폭시 수지를 지지기판(170)의 배면에 증착하여 강도보강층(180)을 형성한다.

지지기판(170)을 형성하는 제2방법은 기존 방법대로 식각액으로 KOH 용액을 사용하여 Si 웨이퍼(기판)를 식각하여 (111) 방향으로 Si V-그루브(V-groove)를 형성한다.

이어서, 45° 날을 가진 소잉기로 V-그루브 끝부분의 벽면을 갈아내어 45°반사면을 형성하고, 반사면을 식각하여 러프니스(roughness)를 개선하거나 실리콘 산화막을 형성한 후 벗겨내는 방식으로 러프니스를 개선한다.

그 후, 반사면에 선택적으로 메탈을 증착하고, Si 웨이퍼의 배면을 그라인딩하여 지지기판(170)을 원하는 두께로 만든다.

바람직한 실시예에서, 광학부품(171)은 광섬유(300)로부터 수신된 광을 광 엔진(110)의 광소자(130)(예를 들어, 포토다이오드) 상에 포커싱하고, 광 엔진(110)의 광소자(예를 들어, 레이저 다이오드)로부터의 광(L)을 광섬유(300)의 코어(310)로 집속하도록 구성될 수 있다.

커넥터 플러그(100)는 단수 또는 복수의 광 채널을 지지하도록 구성될 수 있다. 복수의 광 채널을 구비하는 실시예에서는, 커넥터 플러그(100)는 송신 및 수신을 위한 광학부품(171) 및 광 엔진(110)의 대응 송수신 부품을 구비할 수 있다.

이하에 도 8g를 참고하여 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)의 광학식 정렬방법에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 도 8g와 같이, 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)를 각각 준비한다.

광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)에는 웨이퍼 레벨로 제조 공정을 진행할 때, 액티브 영역마다 가장자리에 정렬 마커(alignment marker)를 미리 형성해 놓는다. 또한, 정렬 마커는 웨이퍼의 4 모서리에 배치될 수도 있다.

정렬 마커(alignment marker)를 이용하여 광소자 모듈 웨이퍼와 OSA 웨이퍼를 정렬하는 방법은 예를 들어, 투명 기판인 경우 광학 현미경을 사용하는 제1방법, 정렬될 웨이퍼 중 하나에 스루홀을 형성하고 이를 통하여 다른 웨이퍼와 정렬하는 제2방법, 적외선(IR)에 투명한 Si 웨이퍼인 경우 투과전자현미경(TEM; transmission electron microscope)의 반대편을 IR광을 배치하고 정렬 마커를 정렬하는 제3방법, 하나의 웨이퍼의 전면에 정렬 마커를 배치하고 다른 하나의 웨이퍼의 배면에 정렬 마커를 배치하여 광학 현미경으로 정렬 마커를 정렬하는 제4방법, 정렬될 2개의 웨이퍼의 전면에 각각 정렬 마커를 배치하고 웨이퍼 사이에 2쌍의 현미경을 배치하고 정렬 마커를 정렬하는 제5방법, 2개의 현미경 세트와 변형 웨이퍼 테이블을 이용하여 정렬 마커를 정렬하는 제6방법(3DAlign Method) 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

상기한 정렬 마커를 이용한 광학식 정렬방법은 광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)가 각각 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)로 웨이퍼 레벨로 제조가 이루어지는 경우에 적용 가능하다.

그러나, 광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 크기가 동일하지 않은 경우, 웨이퍼 레벨로 정렬이 이루어질 수 없다.

광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 크기가 동일하지 않은 경우, 상기한 정렬 마커를 이용한 광학식 정렬방법 대신에 가이드 패턴 등을 이용하여 정렬할 수 있다. 물론 광소자 모듈(101)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 크기가 동일한 경우에도 가이드 패턴을 이용한 정렬방법을 적용할 수 있다.

즉, 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a) 중 하나에 정렬 돌기부를 형성하고, 다른 하나에 정렬 돌기부가 정합되어 결합되는 정렬 요홈을 형성할 수 있다.

먼저, 후술하는 도 12a에 도시된 제4실시예와 같이, 광소자 모듈(101)이 광 서브 어셈블리(OSA)(190) 보다 작은 경우, 지지기판(170b)의 일측에 스토퍼 또는 정렬 가이드 역할을 하는 연장부(170c)를 돌출 형성하고 광소자 모듈(101a)을 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 제1실시예를 포함하여, 후술될 도 10a 및 도 11a에 도시된 제2 및 제3 실시예에서 광 서브 어셈블리(OSA)가 광소자 모듈 보다 작게 구현될 수 있고, 가이드 패턴을 이용한 정렬방법을 적용할 수 있다.

광 서브 어셈블리(OSA)가 광소자 모듈 보다 작게 구현되는 경우 도 14a 및 도 14b를 참고하여 광 서브 어셈블리(OSA)와 광소자 모듈의 정렬방법을 설명한다.

도 14a 및 도 14b와 같이, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)가 광소자 모듈(101) 보다 작은 경우, 광소자 모듈(101)의 접합면에 정렬용 가이드 돌기(127)를 형성하고 이를 이용하여 쉽게 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 단일 광소자 모듈(101) 또는 광소자 모듈 웨이퍼(102)에 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 정렬시킬 수 있다.

도 14b에서 정렬용 가이드 돌기(127)는 직사각형 형태의 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 그 내부에 수용하도록 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 폭과 대응하는 거리를 두고 평행하게 배치된 한쌍의 제1 및 제2 가이드 돌기(127a,127b)와, 상기 제1 및 제2 가이드 돌기(127a,127b)의 일측 단부를 가로막도록 직각으로 배열된 제3 가이드 돌기(127c)를 포함한다. 상기 제1 내지 제3 가이드 돌기(127a~127c)는 20 내지 50㎛ 두께로 형성되는 것이 적당하다.

이 경우, 제1 및 제2 가이드 돌기(127a,127b)의 타측 단부에는 복수의 광섬유가 배치되는 것을 고려하여 제3 가이드 돌기(127c)와 마주보는 가이드 돌기를 형성하지 않는 것이 바람직하다. 제1 내지 제3 가이드 돌기(127a~127c)는 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 둘러싸도록 접합면으로부터 돌출된 구조를 가진다.

또한, 제1 내지 제3 가이드 돌기(127a~127c)의 내측 영역에는 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 접합면에 형성된 정렬 요홈(도시되지 않음)과 정렬이 이루어지는 제1 및 제2 정렬 돌기부(127d,127e)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1정렬 돌기부(127d)는 예를 들어, 소형 돌기 형태를 이루며, 제2정렬 돌기부(127e)는 일정한 길이를 갖는 선형 돌기 형태를 이룰 수 있다.

상기한 바와 같이 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬하면, 수동방법일지라도 광소자(130)와 미러(광학부품), 정렬과 미러(광학부품)와 광섬유(300) 사이의 정렬이 한번에 정확하게 이루어질 수 있어 고효율로 달성할 수 있다.

그 후, 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)에 공정 합금(Eutectic Alloy)층 또는 접착층을 미리 형성한 후, 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 정렬한 상태에서 열을 가하여 두 웨이퍼(102,190a)를 접착한다.

상기 공정합금층은 예를 들어, Au-Sn 합금을 이용하여 구현될 수 있으며, 허메틱 실링(hermetic sealing)이 이루어질 수 있다. 또한, 접착층은 예를 들어, 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 폴리머 접착제를 사용할 수 있다.

이어서, 접착된 웨이퍼를 소잉(sawing)하여 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 광섬유(300)를 고정시킬 수 있는 광 엔진 패키지(Optical Engine Package), 즉, 커넥터 플러그(100)가 반도체 패키지 타입으로 제조된다.

상기와 같이 얻어진 광 엔진 패키지(Optical Engine Package)의 일측면에는 도 4와 같이 복수의 광섬유(301~304)가 삽입되는 광섬유 삽입채널(301)이 형성되어 있다.

이 경우, 광섬유 삽입채널(301)을 형성하는 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a), 즉, 지지기판(170)의 입구에는 도 3b에 도시된 바와 같이, 광섬유(301~304)의 삽입을 용이하게 하도록 입구를 점진적으로 넓혀주는 경사부(173)를 형성할 수 있다.

광 엔진 패키지(Optical Engine Package)의 광섬유 삽입채널(301)에 광섬유(301~304)를 삽입하는 방법은 먼저, 광섬유 삽입채널(301)의 입구에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 미리 설정한 용량만큼 채우고, 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 광섬유(301~304)를 하나씩 집어서 광섬유 삽입채널(301)에 밀어 넣은 후, 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법을 사용한다.

상기와 같이 반도체 패키지 타입으로 제조되는 커넥터 플러그(100)는 외부접속단자(160)가 광소자 모듈(101)의 외측면에 도전성 스트립 형태로 형성되어 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 갖는 경우, 도 6a 내지도 6c와 같이 구현된다. 도 7에는 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 갖는 커넥터 플러그(100)의 샘플 사진이 도시되어 있다.

도시된 실시예에서는 외부접속단자(160)가 광소자 모듈(101)의 외측면에 돌출되어 형성된 것이나, 외부접속단자(160)가 광소자 모듈(101)의 외측면과 동일한 레벨로 형성될 수 있다.

또한, 도시된 실시예에서는 외부접속단자(160)가 광소자 모듈(101)의 외측면에만 형성된 것이나, 도 6d에 도시된 변형예와 같이, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)에 도전성 수직 비아(via)(151)를 수직방향으로 형성하고, 광소자 모듈(101)의 배선층(120)과 도전성 수직 비아(via)(151) 사이에 솔더 볼(152)을 이용하여 연결할 수 있다.

변형예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에서 커넥터 플러그(100b)는 제1실시예와 비교할 때, 광섬유 덮개가 없이 광섬유(300)를 실장하는 타입으로서, 광소자 모듈(101a)과, 상기 광소자 모듈(101a)과 광섬유(300)를 지지하는 광 서브 어셈블리(OSA)(190)를 포함하고 있다.

상기 광소자 모듈(101a)은 제1실시예의 광소자 모듈(101)과 비교할 때 광섬유의 상부를 덮는 덮개 부분이 삭제되어 길이가 축소된 것을 제외하고 기능적으로 동일한 구조를 가지고 있다.

상기 변형예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 광섬유(300)의 상부를 커버하는 커버가 없는 구조이므로, 지지기판(170)의 일측에 먼저 광소자 모듈(101a)을 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장하고, 이어서 광섬유안착홈(172)에 광섬유(300)를 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장할 수 있어 용이하게 조립이 이루어질 수 있게 된다.

이 경우, 광섬유안착홈(172)의 내측단부는 지지기판(170)에 광소자 모듈(101a)과 광섬유(300)를 조립할 때 스토퍼 역할을 한다.

상기 광섬유(300)를 지지기판(170)의 광섬유안착홈(172)에 조립할 때, 먼저 광섬유안착홈(172)에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 미리 설정한 용량만큼 채우고, 광섬유(300)를 광섬유안착홈(172)에 조립한 후, 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법으로 고정시킨다.

커넥터 플러그(100b)는 SIP 패키지, 즉 광소자 모듈(101a)의 불필요한 면적을 줄일 수 있어서 비용을 절감할 수 있다.

또한, 커넥터 플러그(100b)는 광소자 모듈(101a)과 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 2개의 구조물로 구성됨에 따라 전체 두께를 박막으로 구현할 수 있다.

이 경우, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)의 하부면에도 도전성 스트립, 또는 솔더볼이나 금속 범프 형태의 외부접속단자(161)를 형성할 수 있어, 커넥터 플러그(100)의 상부면과 하부면에 각각 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI)의 데이터 전송 표준 규격을 갖는 것도 가능하다.

이 경우, 광소자 모듈(101)은 반도체 제조공정을 이용한 FOWLP 방식으로 SIP(System In Package) 패키지를 형성함에 따라 몰드 몸체(111)와 배선층(120)이 각각 200㎛, 100㎛ 두께로 박막으로 형성될 수 있게 되었고, 광 서브 어셈블리(OSA)(190)는 직경이 400㎛인 광섬유(300)를 수용하면서 700㎛로 제작되어, 그 결과 본 발명의 커넥터 플러그(100)는 1㎜ 두께를 구현할 수 있으며, 전체적으로 가로×세로×높이가 8.20×9.30×1㎜의 소형 크기로 제작된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬할 때, 광소자 모듈(101)이 광섬유(300)를 고정하기 위한 커버로 이용할 수 있는 조립 구조를 가짐에 따라 슬림한 구조를 구현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 수동 정렬 기술을 이용할지라도 광소자 모듈 웨이퍼(102)와 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼(190a)를 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬함에 따라 광소자(130)와 미러(광학부품) 사이의 정렬과 미러(광학부품)와 광섬유(300) 사이의 정렬이 정확하게 이루어질 수 있으며, 한번의 정렬에 의해 간단하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 도 10a 내지 도 10d를 참고하여 설명한다.

제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에 사용되는 커넥터 플러그(100a)는 광섬유(300)의 일부를 수용하여 지지하는 광섬유안착홈(172)이 일측면에 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly)(191); 상기 광섬유안착홈(172)에 대응하여 광섬유의 나머지 부분을 수용하여 지지하는 광섬유안착홈(177)을 구비하고 상기 광섬유안착홈(172)의 상부에 결합되어 상기 광섬유(300)가 삽입되는 광섬유 삽입채널을 형성하는 광섬유 덮개(176); 상기 광 서브 어셈블리(1910와 광섬유 덮개(176)의 상부에 적층되며, 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)(110)을 구비하는 광소자 모듈(101); 및 상기 광 서브 어셈블리에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품(171)을 포함하고 있다.

제2실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

제2실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 제1실시예와 비교할 때, 광소자 모듈(101)은 배선층(120)의 하부면이 광섬유(300)를 고정하는 덮개요홈(122)을 형성하는 대신에 평탄면을 가지고 있다는 점에서 차이가 있고, 광섬유(300)를 홀딩하기 위한 광 서브 어셈블리(OSA)(190)는 하기와 같이 변경되었다.

제2실시예에서 광 서브 어셈블리(OSA)(191)는 예를 들어, 유리(glass)로 이루어진 지지기판(170a), 광섬유(300)를 고정하도록 지지기판(170a)의 일측과 광소자 모듈(101) 사이에 배치되는 광섬유 덮개(176), 및 지지기판(170a)의 타측과 광소자 모듈(101) 사이의 공간을 채워주는 스페이서(spacer)(175)를 포함하고 있다.

광섬유 덮개(176)와 스페이서(spacer)(175)는 예를 들어, 실리콘으로 이루어져 있다.

우선, 광섬유 덮개(176)와 스페이서(spacer)(175)는, 광소자 모듈(101)의 평탄한 배선층(120)과 균일한 접합이 이루어질 수 있도록 동일한 높이를 가지는 것이 요구된다.

상기 지지기판(170a)과 광섬유 덮개(176)에는 각각 복수의 광섬유(301~304)를 지지할 수 있도록 제1실시예와 유사한 복수의 광섬유안착홈(172,177)을 형성한다.

또한, 지지기판(170a)에는 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)의 코어(310)에 대향한 부분에 45° 반사면을 형성하고, 반사면에 메탈층을 형성하여 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 광 서브 어셈블리(OSA)(191)에 수직으로 입사할 때 입사된 광(L)을 직각방향으로 배치된 광섬유(300)의 코어(310)로 입사하도록 경로를 변경시키는 미러, 즉 광학부품(171)을 형성한다.

이 경우, 스페이서(175)와 광섬유 덮개(176)가 서로 대향하는 부분에는 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 미러에 도달할 때 방해가 되지 않도록 각각 경사면을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 제2실시예에 따른 지지기판(170a)은 도 10d에 도시된 바와 같이, 복수의 광섬유(301~304)의 상부를 커버하는 부분을 제거하는 것도 가능하다. 이 경우, 복수의 광섬유(301~304)를 커넥터 플러그(100a)에 조립할 때 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장할 수 있어 용이하게 조립이 이루어질 수 있게 된다.

제2실시예에서는 지지기판(170a)에 광섬유 덮개(176)를 정렬하여 조립한 후, 다시 광소자 모듈(101)을 정렬하여 조립하는 2회의 웨이퍼 레벨 정렬(WLA)이 필요하다는 점에서 단 1회의 웨이퍼 레벨 정렬(WLA)이 실시되는 제1실시예와 차이가 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 도 11a 및 도 11b를 참고하여 설명한다.

제3실시예의 설명시에 제2실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

제3실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에서 커넥터 플러그(100a)는 제2실시예와 비교할 때, 서브 어셈블리(OSA)(191)에서 광섬유(300)가 결합되는 부분을 제외하고 나머지 부분은 동일하다.

상기 지지기판(170a)과 광섬유 덮개(176)에는 각각 복수의 광섬유(301~304)를 수용하여 지지할 수 있도록 제1실시예와 유사한 복수의 광섬유안착홈(172,177)이 형성되어 있다.

이에 따라 지지기판(170a)에 광섬유 덮개(176)가 조립되면 광섬유가 삽입되는 광섬유 삽입채널이 형성된다. 이 경우, 광섬유 삽입채널에 광섬유(300)의 삽입을 용이하게 하도록 지지기판(170a)의 내측으로부터 선단부를 향하여 광섬유안착홈(172)의 깊이를 증가시키는 것이 바람직하다. 즉, 광섬유 삽입채널의 입구(173a)는 내측에 비하여 상하의 폭이 더 넓게 설정된다.

그 결과, 제3실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 제2실시예와 비교하여 픽-앤-푸쉬(pick & push) 장비를 사용하여 광섬유(300)를 하나씩 집어서 광섬유 삽입채널에 밀어 넣어 조립하는 공정이 쉽게 이루어질 수 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 도 12a 및 도 12b를 참고하여 설명한다.

제4실시예의 설명시에 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

제4실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에서 커넥터 플러그(100b)는 제1 내지 제3실시예와 비교할 때, 광섬유 덮개가 없이 광섬유(300)를 실장하는 타입으로서, 광소자 모듈(101a)과, 상기 광소자 모듈(101a)과 광섬유(300)를 지지하는 지지기판(170b)을 포함하고 있다.

즉, 광소자 모듈(101a)은 광소자(130)와 광 IC(140)를 구비한 광 엔진(110)이 플립 칩(flip chip) 형태로 집적되어 있으며, 외주가 에폭시 몰드 화합물(EMC)로 몰딩된 몰드 몸체(111)가 둘러싸고 있고, 하부면에 광소자(130)와 광 IC(140)를 보호함과 동시에 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선층(120)이 형성된 SIP 패키지이다.

상기 지지기판(170b)은 광소자 모듈(101a)과 광섬유(300)를 안정적으로 지지하기 위해 일측 바닥면이 광소자 모듈(101a)의 배선층(120a)과 접촉하면서 일측 단부가 광소자 모듈(101a)의 일측면을 수용하여 지지하도록 상측으로 연장부(170c)가 형성되어 있으며, 또한 타측의 바닥에는 광섬유(300)를 지지하도록 광섬유안착홈(172)이 형성되어 있다.

상기 지지기판(170b)은 실리콘(Si), 유리(glass) 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 웨이퍼 레벨로 제조 프로세스가 이루어질 수 있다.

또한, 지지기판(170b)에는 광섬유안착홈(172)에 안착된 광섬유(300)의 코어(310)에 대향한 부분에 45° 반사면을 형성하고, 반사면에 메탈층을 형성하여, 광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 광 서브 어셈블리(OSA)를 구성하는 지지기판(170b)에 수직으로 입사할 때 입사된 광(L)을 직각방향으로 배치된 광섬유(300)의 코어(310)로 입사하도록 경로를 변경시키는 미러, 즉 광학부품(171)을 형성한다.

또한, 메탈층이 형성된 45° 반사면과 광섬유안착홈(172)의 내측단부(172b) 사이에는 단차부(172a)가 형성되어 있으며, 상기 내측단부(172b)는 광섬유의(300)의 조립시에 상기 광섬유의(300) 단부면과 상기 45° 반사면 사이에 미리 정해진 거리를 설정하도록 멈춤(stop)을 제공한다.

제4실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 광섬유(300)의 상부를 커버하는 커버가 없는 구조이므로, 지지기판(170b)의 일측에 먼저 광소자 모듈(101a)을 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장하고, 이어서 광섬유안착홈(172)에 광섬유(300)를 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 실장할 수 있어 용이하게 조립이 이루어질 수 있게 된다.

이 경우, 지지기판(170b)에서 광섬유안착홈(172)의 내측단부(172b)는 조립된 광섬유(300)의 선단부가 광소자 모듈(101a)의 단부와 일치하도록 설정되어 있다.

따라서, 지지기판(170b)의 연장부(170c)와 광섬유안착홈(172)의 내측단부(172b)는 지지기판(170b)에 광소자 모듈(101a)과 광섬유(300)를 조립할 때 스토퍼 역할을 한다.

상기 광섬유(300)를 지지기판(170b)의 광섬유안착홈(172)에 조립할 때, 먼저 광섬유안착홈(172)에 에폭시 또는 폴리이미드 계열의 접착제를 미리 설정한 용량만큼 채우고, 광섬유(300)를 광섬유안착홈(172)에 조립한 후, 열 또는 UV 등을 조사하여 접착제를 경화시키는 방법으로 고정시킨다.

제4실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 SIP 패키지, 즉 광소자 모듈(101a)의 불필요한 면적을 줄일 수 있어서 비용을 절감할 수 있다.

또한, 제4실시예에 따른 커넥터 플러그(100b)는 광소자 모듈(101a)과 지지기판(170b)의 2개의 구조물로 구성됨에 따라 전체 두께를 박막으로 구현할 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체를 도 13을 참고하여 설명한다.

제5실시예의 설명시에 제4실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.

제5실시예에 따른 액티브 광 케이블(AOC) 조립체에서 커넥터 플러그(100c)는 광섬유 덮개가 없이 광섬유(300)를 실장하는 타입으로서, 제4실시예와 비교할 때, 45° 반사면에 메탈층을 형성하여, 경로를 변경시키는 미러를 형성한 구조에 차이가 있다.

즉, 제5실시예에서는 광소자 모듈(101a)의 배선층(120) 하부에 광의 경로를 변경시키는 미러가 일체로 형성되어 있다. 광소자 모듈(101a)이 제4실시예와 같이 SIP 패키지 형태로 제작될 때, 광 엔진(110)과 외부접속단자(160)를 상호 연결하기 위한 배선패턴(123a,123b)이 매입된 배선층(120)을 포함하며, 배선층(120)의 하부면은 절연층으로 투명한 폴리이미드를 사용할 수 있다.

광소자(130)와 대향한 폴리이미드 절연층을 식각하여 45° 반사면을 형성하고, 반사면에 메탈층을 형성하여, 광의 경로를 변경시키는 미러, 즉 광학부품(171)을 형성할 수 있다.

또한, 배선층(120)과 반사면의 하부에는 예를 들어, 지지기판(170b)과의 접합을 위한 스페이서 역할을 하도록 폴리이미드로 평탄층(178)을 형성한다.

이 경우, 평탄층(178)의 굴절률을 광학부품(171)이 형성되는 폴리이미드 절연층보다 굴절률보다 낮은 재료를 사용하게 되면, 반사면에 메탈층을 형성하지 않을지라도 광소자(130)로부터 발생되어 반사면으로 입사되는 광은 굴절률의 차이에 의해 45°반사면에서 전반사가 일어나서 광의 경로가 직각으로 굴절될 수 있다.

더욱이, 광소자 모듈(101a)과 지지기판(170b) 사이의 정렬을 위해 폴리이미드 절연층(178)의 하부에 BGA(Ball Grid Array)(152a)를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 광소자 모듈(101a)과 지지기판(170b) 사이의 정렬은 BGA(Ball Grid Array)(152a)를 이용하여 자기 정렬(self alignment) 방식으로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 제5실시예에서는 광소자 모듈(101a)에 광의 경로를 변경시키는 광학부품(171)을 일체로 형성함에 의해 광소자(130)와 광학부품(171) 사이의 정렬이 더 정확하게 구현될 수 있다.

본 발명에서는 광소자 모듈 웨이퍼와 광섬유가 수용되는 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼를 수동 정렬 기술을 이용한 웨이퍼 레벨 정렬(WLA) 방식으로 정렬함에 의해 광소자와 미러 사이의 정렬과 미러와 광섬유 사이의 정렬이 오 정렬 없이 이루어질 수 있어 광 손실을 감소시키며, 커넥터 플러그를 슬림형 구조로 구현할 수 있다.

그 결과, 본 발명에서는 액티브 광 케이블(AOC) 보급의 가장 큰 장벽인 정렬 비용과 이에 따른 제조 비용 상승 문제를 해결할 수 있고, 기존 패키징 방법보다 더 우월한 성능을 보장하는 패키징 방법을 제공한다.

상기한 실시예 설명에서는 광 케이블의 일측 단부에 연결된 제1커넥터 플러그에 대하여 설명하였으나, 광 케이블의 타측 단부에 연결된 제2커넥터 플러그도 동일한 구성을 가질 수 있다. 단, 제1커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자가 광신호를 발생하는 레이저 다이오드가 사용된 경우, 제2커넥터 플러그에 포함된 광 엔진의 광소자는 광신호를 수신하는 포토다이오드가 사용되는 점에서 차이가 있다.

본 발명의 커넥터 플러그는 액티브 광 케이블(AOC)을 구성하면서 단말기와 단말기를 상호 연결하도록 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립, 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 외부접속단자(160)를 형성할 수도 있다.

또한, 상기 커넥터 플러그의 외부접속단자(160)는 데이터 전송 표준 규격 이외에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

도 6a 및 도 6b와 같이 복수의 도전성 스트립으로 외부접속단자(160)를 형성하는 경우는 본 발명의 커넥터 플러그(100)가 도 1과 같이 단말기(10)의 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 경우에 적용될 수 있다.

외부접속단자(160)가 솔더 볼이나 금속 범프 형태로 형성되는 경우는 하나의 단말기 내부에서 보드(PCB)와 보드(PCB) 사이의 상호 연결(board-to-board interconnection), 칩과 칩 사이의 상호 연결(chip-to-chip interconnection), 보드와 칩 사이의 상호 연결(board-to-chip interconnection)이나 또는 단말기 메인 보드와 주변 I/O 장치 사이를 상호 연결하는 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)에 적용될 수 있다.

이 경우는 교합 포트(12)에 물리적으로 착탈 가능한 결합이 이루어지는 대신에 커넥터 플러그(100)가 하나의 칩과 같이 솔더 볼이나 금속 범프를 이용하여 보드(board)에 형성된 도전성 전극패드에 솔더링되어 고정 결합되는 것이다.

상기와 같이, 물리적인 교합 포트-커넥터 플러그 결합을 생략함에 따라 전기 I/O 인터페이싱 또는 광 인터페이싱을 거치지 않고 온-보드 상호 연결이 이루어지게 된다.

그 결과, 온-보드 상호 연결이 이루어지면 신호 경로를 최소한으로 단축함에 의해 신호 저하와 지터를 감소시키고 신호 무결성을 향상시키며, 신호 경로 상의 기생전류성분으로 인해 발생하는 데이터 오류를 감소시킬 수 있으며, 전반적인 보드 개발 작업을 줄여서 엔지니어링 비용을 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 커넥터 플러그가 보드에 온-보드 상호 연결(on-board interconnection)이 이루어진 제7실시예를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

도 15a 및 도 15b를 참고하면, 제7실시예에 따른 커넥터 플러그가 보드에 바로 탑재된 온-보드 상호 연결 구조는 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 커넥터 플러그(100)의 외부접속단자(160)가 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Arrays), DSP, 콘트롤러 등을 구성하는 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 고정 결합되는 경우이다.

즉, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 보드(board)(41)에 형성된 도전성 전극패드에 매칭시킨 후 리플로우(reflow) 공정을 거침에 따라 커넥터 플러그(100)와 보드(41) 사이의 상호 연결이 이루어지게 된다. 이 경우, 외부접속단자(160)의 솔더 볼과 결합되는 보드(41)의 전극패드는 예를 들어, BGA(Ball Grid Arrys), QFN(Quad Flat Non-leaded Package) 등의 구조로 이루어질 수 있다.

상기 보드(board)(41)는 예를 들어, FPGA 또는 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 등을 구성하는 데 사용되는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있으며, 보드(board)(41) 위에는 복수의 집적회로(IC) 칩과 전자 부품(42)이 탑재될 수 있다.

FPGA는 일반적으로 디지털 신호 프로세서(DSP), ASIC 초기버전, 소프트웨어 정의 라디오, 음성인식, 머신러닝 시스템 등의 다양한 분야의 기능성 시스템에 적용되고 있으며, 보드(board)(41)에 1개 또는 2개의 커넥터 플러그(100)가 직접 결합될 수 있으며, 각각 광케이블(300a)을 통하여 이들 시스템을 다른 기능성 보드(시스템) 또는 단말기에 바로 연결하는 역할을 할 수 있다.

더욱이, 솔더 볼이나 금속 범프로 이루어진 외부접속단자(160)를 갖는 커넥터 플러그(100) 또는 액티브 광 케이블(AOC) 조립체는 전기-광 변환 기능과 광-전기 변환 기능을 함께 갖고 있는 트랜스폰더(transponder) 칩으로서 시스템-인-패키지(SiP; System in Package) 형태로 복수의 다른 기능을 갖는 집적회로(IC) 칩들이 단일 패키지로 통합되거나, SOC(System on Chip) 형태로 커넥터 플러그(100)를 포함하여 여러가지 기능이 단일 칩에 내장되거나, SoB(System on Board) 또는 패키지-온-패키지(PoP; Package on Package) 형태로 패키지가 이루어질 수 있다.

상기한 SiP, SoC, SoB 또는 PoP 형태로 함께 패키지가 이루어질 수 있는 집적회로(IC) 칩 또는 기능 소자는 예를 들어, 신호처리 기능을 갖는 프로세서로서 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), DSP(Digital Signal Processor), ISP(Image Signal Processor)의 집적회로 칩(IC Chip), 각종 다기능 처리용 복수의 집적회로(IC)를 필요로 하는 차량용 ECU(Electronic Control Unit), 자율주행 차량, 인공지능(AI) 등의 집적회로 칩(IC Chip)을 들 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 수십 Giga~100G 이상의 초고속으로 대용량 데이터의 송수신이 가능하여 보드와 보드 사이, UHDTV급의 TV와 주변기기 사이의 데이터 전송에 사용되는 액티브 광 케이블(AOC)에 적용할 수 있다.

1; 광 통신 시스템 10,20: 단말기
11,21: 하우징 12,22: 교합포트
13,23: 프로세서 30: 몰딩 테이프
31: 몰딩 프레임 32: 접착층
41: 보드 42: 전자 부품
33: 몰딩층 100~100c,200: 커넥터 플러그
101,101a: 광소자 모듈 102: 광소자 모듈 웨이퍼
110,210: 광 엔진 120: 배선층
121,172b: 내측단부 122: 덮개요홈
123a,123b: 배선패턴 124: 광학 렌즈
125: 윈도우 126: 연장돌기부
127a-127c: 가이드 돌기 127d,127e: 정렬돌기부
130: 광소자 131,141: 연결패드
140: 광 IC 150,151: 도전성 수직 비아
152: 솔더 볼 153: 비아 PCB
160,161: 외부접속단자 170~170b: 지지기판
171: 광학부품 171a: 반사면
172,172d,172e,177: 광섬유안착홈 172a: 단차부
172b: 내측단부 172c: 벽
173: 경사부 173a: 입구
174: 콘케이브형 미러 175: 스페이서
176: 광섬유 덮개 178: 절연층
180: 강도보강층 190: 광 서브 어셈블리(OSA)
190a: 광 서브 어셈블리(OSA) 웨이퍼 300~304: 광섬유
301: 광섬유 삽입채널 310: 코어
311: 클래드 312: 피복층

Claims

광섬유가 안착되는 광섬유안착홈이 일측에 형성되고 상기 광섬유안착홈의 내측단부에 반사면이 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly);
상기 광 서브 어셈블리에 적층되며 내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진(light engine)을 구비하는 광소자 모듈; 및
상기 광 서브 어셈블리의 반사면에 설치되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 광학부품;을 포함하며,
상기 광소자 모듈은
제1면 및 제2면을 갖는 몰드 몸체;
상기 몰드 몸체의 제1면에 형성되어 외부와 전기적으로 연결되는 외부접속단자;
상기 몰드 몸체에 의해 봉지되고, 상기 제2면으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진;
상기 몰드 몸체를 관통하여 형성되며 상기 외부접속단자와 전기적으로 연결된 도전성 수직 비아; 및
상기 몰드 몸체의 제2면에 형성되어 상기 도전성 수직 비아와 광 엔진을 상호 연결하기 위한 배선층;을 포함하는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광 엔진은
광신호를 발생하는 레이저 다이오드;
광신호를 수신하는 포토다이오드; 및
상기 레이저 다이오드와 포토다이오드를 제어하는 광 집적회로(IC);를 포함하는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광소자 모듈의 광 엔진은,
상기 몰드 몸체의 제2면에 수직방향으로 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광소자; 및
상기 광소자를 제어하여 광 인터페이스를 제어하기 위한 광 집적회로;를 포함하며,
상기 광 서브 어셈블리는 상기 광섬유안착홈이 일측에 형성되고 상기 광섬유안착홈을 따른 제1방향과 상기 광소자의 광신호 방향이 교차하는 지점에 반사면을 갖는 지지기판을 포함하며,
상기 광학부품은 상기 반사면에 형성되어 광신호를 광섬유와 광 엔진 사이에서 전달하는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광섬유안착홈은 단면이 복수의 광섬유가 수용될 수 있는 폭을 갖는 하나의 트랜치형 요홈 형태로 이루어지고,
상기 광섬유안착홈에 결합되는 복수의 광섬유는 코어의 외주에 클래드와 피복층이 코팅되고, 인접한 광섬유의 상기 피복층은 상호 붙어서 단일체 형태를 갖는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광섬유안착홈은 단면이 복수개의 광섬유가 각각 수용될 수 있는 복수의 트랜치형 요홈 형태로 이루어지고,
상기 복수의 광섬유안착홈에 결합되는 복수의 광섬유는 코어의 외주에 클래드와 피복층이 코팅되고, 인접한 광섬유의 상기 피복층은 상호 분리된 형태를 갖는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 외부접속단자는 도전성 스트립으로 이루어지며, 상기 커넥터 플러그는 교합포트에 착탈 가능하게 결합되는 커넥터 플러그.
제1항에 있어서,
상기 배선층은
상기 도전성 수직 비아와 광 엔진을 상호 연결하기 위한 배선패턴; 및
상기 배선패턴을 피복하는 절연층;을 포함하는 커넥터 플러그.
제16항에 있어서,
상기 절연층은 투명하며,
상기 광학부품과 대향한 절연층의 표면에 형성되어 광 엔진으로부터 발생된 광의 경로를 변경하기 위한 렌즈를 더 포함하는 커넥터 플러그.
제1항에 있어서,
상기 외부접속단자는 솔더 볼, 금속 범프 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 커넥터 플러그는 보드에 고정 결합되는 커넥터 플러그.
제1항에 있어서,
상기 커넥터 플러그는 보드와 보드 사이, 칩과 칩 사이, 보드와 칩 사이 중 어느 하나의 상호 연결(on-board interconnection)에 적용되는 커넥터 플러그.
제1항에 있어서,
상기 광소자 모듈은 신호처리용 칩, 인코더, 디코더, 수동 소자, 파워 칩 중 적어도 하나를 더 포함하는 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광소자 모듈의 도전성 수직 비아는 몰드 몸체를 관통하여 매입된 비아 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 커넥터 플러그.
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제1항에 있어서,
상기 광섬유안착홈의 내측단부는 조립된 광섬유의 선단부가 광소자 모듈의 단부와 일치하도록 설정되는 커넥터 플러그.
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광섬유 삽입채널을 갖는 커넥터 플러그; 및
상기 광섬유 삽입채널에 적어도 하나의 광섬유가 결합되는 광케이블;을 포함하며,
상기 커넥터 플러그는 제1항에 따른 커넥터 플러그인 액티브 광 케이블(AOC) 조립체.
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제34항에 있어서,
상기 커넥터 플러그는 집적회로 칩에 내장되는 액티브 광 케이블(AOC) 조립체.
광섬유가 안착될 광섬유안착홈이 일측에 형성되고 상기 광섬유안착홈에 안착된 광섬유의 코어에 대향한 부분에 반사면이 형성된 광 서브 어셈블리(OSA; Optical Sub Assembly)를 준비하는 단계;
내부에 광신호를 발생하거나 광신호를 수신하는 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈을 준비하는 단계;
상기 광소자 모듈의 광 엔진으로부터 발생된 광신호가 광 서브 어셈블리의 반사면에서 반사 또는 굴절되어 광섬유의 코어에 수신되도록 광 서브 어셈블리에 광소자 모듈을 정렬하는 단계; 및
상기 정렬된 광 서브 어셈블리와 광소자 모듈을 접합하는 단계;를 포함하며,
상기 광소자 모듈을 준비하는 단계는
몰딩 프레임에 접착층이 형성된 몰딩 테이프에 적어도 하나의 광 엔진을 구성하는 광소자와 광 집적회로 및 적어도 하나의 도전성 수직 비아가 형성된 비아 PCB를 미리 설정된 위치에 부착시키는 단계;
에폭시 몰드 화합물(EMC)로 몰딩 테이프의 상부에 몰딩층을 형성하고 경화 후 표면을 평탄화하는 단계;
상기 경화된 몰드의 상부면을 도전성 수직 비아의 상단이 드러나도록 CMP(chemical mechanical polishing) 처리한 후, 경화된 몰드와 몰딩 프레임을 분리하여 몰드 몸체를 얻는 단계; 및
얻어진 몰드 몸체를 반전시키고, 노출된 광소자와 광 집적회로의 연결패드를 상호 전기적으로 연결하기 위한 배선패턴을 절연층 내부에 매입형성하는 배선층을 형성하는 단계;를 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
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제38항에 있어서,
상기 배선층이 투명한 재료로 형성되며, 광소자로부터 발생된 광의 경로를 변경하기 위한 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
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제38항에 있어서,
상기 노출된 도전성 수직 비아의 상부에 도전성 금속을 증착하여 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 금속층을 패터닝하여 데이터 전송 표준 규격 중 하나를 만족하는 복수의 도전성 스트립을 형성하여 외부접속단자를 형성하는 단계;를 더 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
제38항에 있어서,
상기 광 서브 어셈블리의 외측면에 배치되며, 데이터 전송 표준 규격을 만족하는 외부접속단자를 더 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 외부접속단자는 상기 광 서브 어셈블리를 관통하여 배치된 도전성 수직 비아를 통하여 광 엔진(light engine)과 전기적으로 연결되는 커넥터 플러그의 제조방법.
제38항에 있어서,
상기 광 서브 어셈블리의 광섬유안착홈에 접착제를 충진한 후, 픽-앤-플레이스(pick & place) 방식으로 광섬유를 광섬유안착홈에 조립하는 단계;를 더 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
제38항에 있어서,
상기 광 서브 어셈블리(OSA)를 준비하는 단계는
Si 기판 위에 마스크를 (110) 방향으로 정렬하여 식각 마스크로 사용할 포토레지스트(PR) 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스트(PR) 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출된 부분에 비등방성 식각(anisotropic etching)을 실시하여 상기 광섬유가 안착되는 V-그루브를 형성하는 단계;를 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
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제45항에 있어서,
상기 Si 기판의 배면을 그라인딩(grinding)하여 Si 기판을 원하는 두께로 만드는 단계; 및
Si 기판의 깨짐을 방지하기 위해 Si 기판의 배면에 강도보강층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 커넥터 플러그의 제조방법.
제38항에 있어서,
상기 광 엔진을 구비하는 광소자 모듈을 준비하는 단계는 플립 칩(flip chip) 공정을 이용하여 형성되는 커넥터 플러그의 제조방법.