KR20060027101A

KR20060027101A - 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060027101A
Application number: KR1020040075936A
Authority: KR
Inventors: 한영탁; 박윤정; 박상호; 신장욱; 김덕준; 성희경
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-03-27
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: KR100659587B1

Abstract

본 발명은 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 광도파로부가 형성되고 발광소자가 실장되는 PLC 광소자와, 상기 PLC 광소자의 상부에 결합되고 소정의 광섬유가 고정되는 광섬유블록과, 상기 PLC 광소자의 일 측면에 부착되고 입력되는 광 파장을 분리하기 위한 박막 필터부와, 상기 PLC 광소자 및 포토 다이오드가 부착된 복수개의 PD 캐리어가 실장되는 서브 마운트부를 하이브리드 집적함으로써, 광 송수신 모듈을 저 가격으로 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

광 송수신 모듈, PLC 광소자, 박막 필터부, 분기형 광도파로, 방향성 결합기, 서브 마운트부, 발광소자, 포토 다이오드

Description

삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법{Optical tranceiver module and a method for manufacturing the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼파장 광 송수신 모듈을 설명하기 위해 일부분이 분리된 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 서브 마운트부에 PD 캐리어가 실장되는 부분을 설명하기 위한 확대 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 PLC 광소자에 발광소자가 실장되는 부분을 설명하기 위한 분리 사시도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 광섬유블록과 PLC 광소자가 결합된 상태를 나타낸 단면도로서, 도 4a는 사다리꼴 기둥형상의 돌출부를 가진 광섬유블록과 PLC 광소자의 결합 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 사각 기둥형상의 돌출부를 가진 광섬유블록과 PLC 광소자의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***

100 : PLC 광소자, 110 : 실리콘 기판,

120 : 클래드부, 120a,120b : 상/하부 클래드층,

121 : 실장홈, 122 : 가이드홈,

123 : Cr/Ni/Au 전극, 124,425 : 솔더,

130 : 발광소자, 140 : 분기형 광도파로,

150 : 방향성 결합기, 160 : 제1 다모드 광도파로,

170 : 제2 다모드 광도파로, 200 : 광섬유블록,

210 : 몸체부, 220 : 광섬유,

230 : 결합홈, 240,240' : 돌출부,

300 : 박막 필터부, 400 : 서브 마운트부,

410 : 쿼츠 기판, 420a~420c : 광 수신부,

421 : 디지탈 포토 다이오드, 422a~422c : PD 캐리어,

423a~423c : 실장트랜치, 424a~424c,426 : 전극,

427 : 와이어 본딩, 500 : 전치 증폭기

본 발명은 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자, 광도파로부, 소정의 광섬유를 갖는 광섬유 블록 및 박막 필터부가 실장되는 PLC 광소자를 포토 다이오드가 부착된 복수개의 PD 캐리어가 실장되는 서브 마운트부에 하이브리드 집적함으로써, 광 송수신 모듈을 저 가격으로 대량 생산할 수 있는 광 송수신 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 백본망(Backbone Network)에서 주로 사용되었던 광통신 시스템이 가입자망으로 확대됨에 따라 가입자망 구성에 필요한 각종 광모듈의 수요가 급 증하고 있다.

특히, 양방향 광 송수신 모듈(Bi-directional Optical Transceiver Module)이나 삼파장 광 송수신 모듈(Optical Triplexer Transceiver Module) 등 가입자에 설치되는 광 송수신 모듈의 경우, 저 가격화 및 대량생산이 경쟁력을 결정하는 가장 중요한 요소이다.

따라서, 고기능 저가격의 광모듈 제작을 위하여 광도파로 소자, 박막필터, 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 및 포토 다이오드(Photo Diode, PD)와 같은 능동소자를 동시에 하이브리드 집적하는 광집적 모듈 기술이 개발되고 있다.

종래의 하이브리드 광집적 모듈기술에서는, 삼파장 광 송수신 모듈을 제작하기 위한 방법으로 실리카 평판 광도파로(Planar Lightwave Circuit, 이하 'PLC'라 칭함) 광소자에 약 30㎛정도의 홈을 두 곳에 형성하여 박막필터를 삽입하는 방법으로 1310/1490/1550nm 파장을 분리시키는 파장다중화 소자를 구현하며, 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD)와 같은 능동소자 들을 실리카 플랫폼에 정밀 플립칩 본딩(Flip-chip Bonding)하여 실장하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 상술한 종래 기술에서 반사되는 광의 손실은 상기 박막필터를 삽입하는 정도에 따라서 크게 변하는 문제점이 있다. 즉, 상기 박막필터를 삽입하는 홈을 정확한 위치에 폭이 좁으면서 깊이 방향으로 균일하게 형성하기 어렵고, 상기 박막필터를 홈에 삽입하고 굴절률 정합 에폭시로 고정할 때, 틀어짐 현상(Tilt)이 발생하여 반사되는 광도파로 측에 광이 정확하게 입사되지 않기 때문이다.

따라서, 상기 박막필터에서 반사되는 광손실을 1dB 내외로 감소시키기 어려 우며, 이것은 대량 생산 시 수율을 저하시키는 요소로 저 가격화에 불리할 수밖에 없다.

또한, 종래의 기술에서 상기 레이저 다이오드(LD)나 포토 다이오드(PD) 등의 능동소자 실장 시 ~㎛ 이내의 정렬 정밀도를 확보하기 위하여 고가의 플립칩 본딩 장비를 사용해야 하며, 상기 PLC 광소자에 직접 V자 형상의 홈을 형성하여 소정의 광섬유를 피그테일링하는 것은 매우 힘든 공정으로 대량생산에 적합하지 않다.

따라서, 보다 쉽게 상기 박막필터를 상기 PLC 광소자에 고정하고, 저가의 정렬장비를 이용하여 능동소자를 실장하며, 전체의 제품 수율을 저하시키지 않는 방법으로 광섬유를 수동정렬 및 피그테일링하는 방법이 제시되어야만 대량 생산으로 이어질 수 있고 상용화가 가능하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발광소자, 광도파로부, 소정의 광섬유를 갖는 광섬유블록 및 박막 필터부가 실장되는 PLC 광소자를 포토 다이오드가 부착된 복수개의 PD 캐리어가 실장되는 서브 마운트부에 하이브리드 집적함으로써, 광 송수신 모듈을 저 가격으로 대량 생산할 수 있는 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 소정의 광도파로부가 형성되고, 발광소자가 실장되는 PLC 광소자; 상기 PLC 광소자의 상부에 결합되고, 소정의 광섬유가 고정되는 광섬유블록; 상기 PLC 광소자의 일 측면에 부착되고, 입력되는 광 파장을 분리하기 위한 박막 필터부; 및 상기 PLC 광소자 및 포토 다이오 드가 부착된 복수개의 PD 캐리어가 실장되는 서브 마운트부를 포함하여 이루어진 삼파장 광 송수신 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은, (a) 기판의 상부에 분기형 광도파로 및 방향성 결합기가 형성되고, 상기 기판의 상부 일측에 발광소자가 실장된 PLC 광소자를 형성하는 단계; (b) 상기 PLC 광소자의 상부에 소정의 광섬유가 고정된 광섬유블록을 수동정렬하여 실장하는 단계; (c) 상기 PLC 광소자의 일 측면에 입력되는 광 파장을 분리하기 위한 박막 필터부를 설치하는 단계; 및 (d) 그 상면에 상기 PLC 광소자를 실장하고, 상기 분기형 광도파로 및 상기 방향성 결합기를 통해 출력된 광을 수신하도록 복수개의 광 수신부를 실장하는 서브 마운트부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송수신 모듈을 설명하기 위해 일부분이 분리된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 서브 마운트부에 PD 캐리어가 실장되는 부분을 설명하기 위한 확대 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 PLC 광소자에 발광소자가 실장되는 부분을 설명하기 위한 분리 사 시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송수신 모듈은, PLC 광소자(100), 광섬유블록(200), 박막 필터부(300) 및 서브 마운트부(400)를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 PLC 광소자(100)는 소정의 실리콘 기판(110) 및 상기 실리콘 기판(110)의 상면에 형성되는 클래드부(120)로 이루어지며, 상기 클래드부(120)는 소정 두께의 상/하부 클래드층(120a,120b)(도 4a 및 도 4b 참조)으로 형성되어 있다.

또한, 상기 클래드부(120)의 상부 일측에는 소정의 발광소자(130)가 실장되도록 소정의 실장홈(121)이 형성되어 있고, 상기 광섬유블록(200)이 결합 가능하도록 소정의 가이드홈(122)이 형성되어 있으며, 상기 클래드부(120) 상에는 소정의 광도파로부 즉, 단일모드 광도파로인 분기형 광도파로(140) 및 방향성 결합기(150)가 형성되어 있다.

또한, 상기 클래드부(120)의 상부 일측에는 상기 발광소자(130)의 타측(후면)에서 출력되는 광을 효과적으로 수신하기 위하여 제1 다모드 광도파로(160)가 형성되어 있으며, 상기 박막 필터부(300)로부터 반사되는 광의 손실을 감소시킴과 아울러 상기 박막 필터부(300)로부터 반사된 광이 상기 서브 마운트부(400)에 실장된 광 수신부(410c)에 수신될 수 있도록 제2 다모드 광도파로(170)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 발광소자(130)는 약 1310nm 파장의 광을 출력하는 레이저 다이 오드 예컨대, SC-SSLD로 구현됨이 바람직하다.

또한, 상기 분기형 광도파로(140)는 Y자 형상의 단일모드 광도파로로 구성되어 있으며, 상기 발광소자(130)의 일측(전면) 및 상기 광섬유블록(200)에 고정된 광섬유(220)로부터 전송된 광을 복수의 방향으로 분기시켜 전달하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 Y자 형상의 각 말단은 상기 발광소자(130)의 일측, 상기 박막 필터부(300) 및 상기 광섬유(220)가 접속되어 있으며, 상기 Y자 형상의 교차점에는 상기 방향성 결합기(150)가 연결됨이 바람직하다.

또한, 상기 방향성 결합기(150)는 상기 분기형 광도파로(140) 즉, 상기 Y자 형상의 교차점에 연결되어 있으며, 상기 분기형 광도파로(140)를 통해 전달되는 광의 파장에 따라 분리하는 기능을 수행한다.

즉, 상기 방향성 결합기(150)는 상기 발광소자(130)의 일측으로부터 전송된 광 예컨대, 1310nm 파장의 광이 상기 분기형 광도파로(140)를 통해 전달되어 크로스(Cross) 커플링시키고, 상기 광섬유(220)로부터 전송된 광 예컨대, 1490/1550nm 파장의 광이 상기 분기형 광도파로(140)를 통해 전달되어 투과(Through) 커플링시키는 기능을 수행한다.

한편, 상기 방향성 결합기(150)는 곡률반경 및 소자의 크기를 줄이기 위하여 1.5%??의 굴절률 차이와 4.5㎛의 폭과 높이를 갖는 단일모드 광도파로 코어(core)를 이용함이 바람직하다.

상기 광섬유블록(200)은 판 형상의 몸체부(210)로 이루어지고, 상기 몸체부(210)의 일 측면에는 상기 광섬유(220)가 삽입 고정되도록 V자 형상의 결합홈(230) 이 형성되어 있으며, 상기 결합홈(230)의 양측으로 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 가이드홈(122)에 삽입되도록 길이방향으로 한 쌍의 돌출부(240)가 형성되어 있다.

이러한 상기 돌출부(240)는 사다리꼴 또는 사각 기둥형상으로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 반원형 또는 다각 기둥형상 등으로 이루어질 수도 있다.

상기 박막 필터부(300)는 상기 PLC 광소자(100)의 일 측면에 부착되어 있으며, 입력되는 광 예컨대, 1310/1490/1550nm의 파장에 따라 분리하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 박막 필터부(300)는 유전체의 1490nm 투과형 박막필터로서, 1490nm 파장의 광을 투과시키고, 1550nm 파장의 광을 반사시킨다. 또한, 상기 박막 필터부(300)는 1310nm 파장의 광을 반사시킬 수도 있다.

상기 서브 마운트부(Submount)(400)는 소정 두께의 쿼츠(Quartz) 기판으로 이루어지며, 상기 PLC 광소자(100) 및 복수개의 광 수신부(420a~420c)가 고정시키기 위한 것으로서, 그 상면에는 상기 PLC 광소자(100)가 실장되어 있으며, 그 상부 일측에는 복수개의 광 수신부(420a~420c)를 실장하기 위한 소정의 실장트랜치(423a~423c)가 형성되어 있다.

이때, 상기 광 수신부(420a~420c)는 상기 발광소자(130)의 타측, 상기 광섬유(220)를 통하여 입력된 광이 상기 분기형 광도파로(140) 및 상기 방향성 결합기(150)를 통해 출력된 광을 수신하기 위한 것으로서, 모니터용 포토 다이오드(Monitoring Photo Diode)(미도시), 디지탈 포토 다이오드(Digital Photo Diode)(421) 및 아날로그 포토 다이오드(Analog Photo Diode)(미도시)가 각각 부착 된 PD 캐리어(422a~422c)로 구성되어 있다.

상기 모니터용 포토 다이오드는 상기 PLC 광소자(100) 상에 형성된 제1 다모드 광도파로(160)를 통해 상기 발광소자(130)의 타측으로부터 전송된 광을 수신하도록 실장되어 있고, 상기 디지탈 포토 다이오드(421)는 상기 박막 필터부(300)로부터 투과된 광을 수신 받도록 실장되어 있으며, 상기 아날로그 포토 다이오드는 상기 박막 필터부(300)로부터 반사된 광이 상기 PLC 광소자(100) 상에 형성된 제2 다모드 광도파로(170)를 통해 전달되어 수신 받도록 실장되어 있다.

여기서, 상기 모니터용 포토 다이오드 및 상기 아날로그 포토 다이오드는 도면상에 도시되어 있지 않지만, 상기 디지탈 포토 다이오드(421)와 동일한 조건으로 실장되어 있다.

한편, 상기 서브 마운트부(400)의 상부에는 상기 광 수신부(420a~420c)의 수신감도를 증가시키기 위하여 상기 광 수신부(420a~420c)의 근처에 위치되도록 전치증폭기(500)가 더 포함됨이 바람직하다.

이하에는 전술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 삼파장 광 송수신 모듈의 동작원리 및 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 삼파장 광 송수신 모듈의 동작원리를 설명하면, 상기 발광소자(130)로부터 출력된 1310nm 파장의 광은 상기 분기형 광도파로(140)를 통해 전달되고, 상기 방향성 결합기(150)에서 크로스(Cross) 커플링되어 출력되며, 상기 광섬유(220)로부터 입력된 1490/1550nm 파장의 광은 상기 방향성 결합기(150)를 투과(Through) 커플링되어 진행한다.

그리고, 상기 투과된 1550nm 파장의 광은 상기 박막 필터부(300)에 의하여 반사되어 제2 다모드 광도파로(170)를 통해 상기 아날로그 포토 다이오드가 부착된 PD 캐리어(422c)로 수신되며, 1490nm 파장의 광은 상기 박막 필터부(300)를 투과하여 디지탈 포토 다이오드(421)가 부착된 PD 캐리어(422b)로 수신된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송수신 모듈의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 실리콘 기판(110)의 상면에 상기 분기형 광도파로(140) 및 상기 방향성 결합기(150)가 형성된 소정 두께의 상/하부 클래드층(120a,120b)(도 4a 및 도 4b 참조)을 형성한 후, 상기 상/하부 클래드층(120a)(120b) 상에 예컨대, 건식 식각법(Dry etching)을 통해 소정의 실장홈(121)을 형성한다.

상기 실장홈(121)의 바닥면에는 전자빔 증착법(E-beam Evaporation)을 통해 소정의 Cr/Ni/Au 전극(123) 및 솔더(Solder)(124)를 각각 증착한 후, 예컨대, 사진 식각법(Photolithography)을 통해 패터닝하여 PLC 광소자(100)를 제작한다.

이때, 상기 솔더(124)의 재료로는 Au-Sn, Pb-Sn 및 Pb-In 등의 다양한 재료를 사용할 수 있으며, 특히 통상적인 Pb-Sn 솔더 제팅법(Jetting Method)을 이용할 경우, 상기 전자빔 증착법에 의하여 다량의 Au(금)을 소모하지 않아도 되므로 저가형 광모듈 제작에 유리하다.

다음으로, 상기 제작된 PLC 광소자(100)를 원하는 크기로 자른(Dicing)후, ±1㎛로 칩 크기가 정밀하게 조절된 발광소자(130) 예컨대, 모드크기 변환 레이저 다이오드인 SC-SSLD를 상기 실장홈(121)에 삽입 및 다이본딩하여 상기 PLC 광소자 (100) 상에 형성된 분기형 광도파로(140)와의 결합손실이 최소화 되도록 실장한다.

이때, 상기 실장홈(121)은 상기 발광소자(130)가 삽입될 수 있도록 폭과 길이를 약 ±1㎛ 정도의 여유를 두어 가공함이 바람직하다.

또한, 상기 PLC 광소자(100)의 일 측면 즉, 상기 분기형 광도파로(140)와 상기 제2 다모드 광도파로(170)가 교차하는 모서리 부분에 박막 필터부(300)를 예컨대, 굴절률 정합 에폭시를 이용하여 부착한다.

또한, 상기 상/하부 클래드층(120a)(120b) 상에 상기 광섬유블록(200)의 돌출부(240)가 결합되도록 예컨대, 건식 식각법을 통해 소정의 가이드홈(Guide Groove)(122)을 형성한 후, 상기 PLC 광소자(100)의 상부에 상기 광섬유(220)가 고정된 광섬유블록(200)을 수동정렬하여 실장한다. 그리고, 상기 가이드홈(122)은 상기 실장홈(121)의 형성 시 동시에 형성할 수 있기 때문에, 추가의 공정이 필요하지 않는 효과가 있다.

이때, 상기 광섬유블록(200)은 판 형상의 몸체부(210)를 형성한 후, 상기 몸체부(210)의 일 측면에 상기 광섬유(220)의 일부를 고정시키기 위한 V자 형상의 결합홈(230)을 형성하고, 상기 광섬유(220)를 수동정렬하기 위하여 상기 결합홈(230)의 양측으로 상기 몸체부(210)의 일 측면에 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 가이드홈(122)에 결합되도록 한 쌍의 돌출부(240)를 형성한다.

그리고, 상기 돌출부(240)를 상기 가이드홈(122)에 결합 시 상기 광섬유(220)의 단면이 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 분리형 광도파로(140)의 단면과 완전하게 밀착(Butt-Coupling)되도록 예컨대, 굴절률 정합 에폭시를 이용하여 피그테 일링(Pig-Tailing)함이 바람직하다.

또한, 상기 광섬유블록(200) 특히, 상기 돌출부(240)는 실리콘 이방성 식각법, 건식 식각법 또는 핫 엠보싱(Hot-Embossing) 기법 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 형성함으로써, 정밀하게 치수가 제어된 상기 광섬유블록(200)을 저 가격으로 대량 생산할 수 있다.

다음으로, 상기 PLC 광소자(100) 및 복수개의 광 수신부(420a~420c)를 실장하기 위한 서브 마운트부(400)를 제작한다. 즉, 상기 서브 마운트부(400)는 예컨대, 쿼츠(Quartz) 기판(410)의 상부에 예컨대, 전도성 에폭시(Conducive Epoxy)를 이용하여 상기 PLC 광소자(100)를 부착한 후, 상기 쿼츠 기판(410)의 상부 일측에 예컨대, 건식 식각법을 통해 상기 광 수신부(420a~420c)가 실장될 복수개의 실장트랜치(423a~423c)를 형성한다.

그리고, 상기 실장트랜치(423a~423c) 상에는 예컨대, 전자빔 증착법 또는 Pb-Sn 솔더 제팅법을 통해 소정의 전극(424a~424c) 및 솔더(425)를 각각 증착한 후, 예컨대, 사진 식각법을 통해 패터닝하고 정밀하게 절단한다. 이때, 상기 솔더(425)는 약 150℃ 정도의 저온에서 용융 가능하게 형성함이 바람직하다.

한편, 본 발명의 참조 도면상에는 도시되어 있지 않지만, 상기 실장트랜치(423a,423c) 상에도 상기 실장트랜치(423b)에 증착된 솔더(425)와 동일한 조건으로 소정의 솔더(Solder)가 증착되어 있다.

또한, 상기 서브 마운트부(400)의 제작 시 동일한 방법으로 상기 실장트랜치(423a~423c)에 실장되는 복수개의 광 수신부(420a~420c)를 제작한다. 즉, 상기 광 수신부(420a~420c)는 소정의 쿼츠(Quartz) 기판으로 이루어진 PD 캐리어(422a~422c)를 형성하는데, 상기 PD 캐리어(422a~422c)의 일 측면에는 예컨대, 전자빔 증착법을 통해 소정의 전극(426)을 형성하여 소정의 패턴을 형성한 후, 상기 실장트랜치(423a~423c)에 삽입되도록 가공한다.

한편, 본 발명의 참조 도면상에는 도시되어 있지 않지만, 상기 PD 캐리어(422a,422c) 상에도 상기 PD 캐리어(422b)에 증착된 소정의 전극(426)과 동일한 조건으로 소정의 전극이 형성되어 있다.

다음으로, 상기 제작된 PD 캐리어(422a~422c)에 수광 부분 직경이 약 80㎛ 정도인 모니터용 포토 다이오드(미도시), 디지탈 포토 다이오드(421) 및 아날로그 포토 다이오드(미도시)를 상기 PLC 광소자(100)의 모서리 부분의 분기형 광도파로(140)의 코어(core) 중심과 수직방향으로 정렬되도록 위치시킨 후, 예컨대, 전도성 에폭시를 이용하여 다이본딩하고, 각 포토 다이오드의 애노드(Anode) 전극과 PD 캐리어(422a~422c)에 형성된 전극(426)을 서로 와이어 본딩(Wire bonding)(427)하여 연결한다.

이후에, 각각의 포토 다이오드가 부착된 PD 캐리어(422a~422c)를 도 2와 같이 서브 마운트부(400)에 위치시킨 후, 소정의 열을 가한 상태에서 다이본딩하여 상기 서브 마운트부(400) 및 상기 PD 캐리어(422a~422c)에 형성된 전극(426)이 서로 수직방향으로 연결되도록 한다.

또한, 상기 PD 캐리어(422a~422c)와 상기 분기형 광도파로(140) 사이에 예컨대, 굴절률 정합 에폭시를 삽입하여 경화시킴으로써, 상기 광 수신부(420a~420c)의 반응감도(Responsivity)를 높임과 동시에 상기 PD 캐리어(422a~422c)의 부착 강도를 보강해줄 수 있다.

한편, 상기 서브 마운트부(400) 및 상기 PD 캐리어(422a~422c)의 재질은 쿼츠 기판, 알루미나(Alumina), 실리카 또는 폴리머 물질로 증착된 실리콘 기판, 열경화성 플라스틱 또는 고주파 손실 및 유전율이 낮으며 가공성이 있는 물질로 형성된 기판 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다.

추가로, 상기 광 수신부(420a~420c)의 근처에 위치되도록 상기 서브 마운트부(400)의 상부에 상기 광 수신부(420a~420c)의 수신감도(Sensitivity)를 증가시키기 위한 전치증폭기(Pre-amp)(500)가 더 설치될 수 있다.

한편, 상기 서브 마운트부(400)에 형성되는 실장트랜치(423a~423c)는 필요에 따라서 가공하지 않을 수 있다. 즉, 상기 PD 캐리어(422a~422c)를 정확하게 절단하여 폭을 일정하게 유지하고, 상기 PD 캐리어(422a~422c)에 수평방향 중심 및 폭을 인식할 수 있도록 전극 형성 시 마크를 표시한다. 그리고, 상기 PLC 광소자(100)의 모서리 표면에 분기형 광도파로(140)를 기준으로 전극을 이용하여 PD 캐리어의 폭과 수평방향 중심을 표시하는 정렬마크를 형성함으로써, 상기 PD 캐리어(422a~422c)의 다이본딩 시 상기 서브 마운트부(400)에 실장트랜치(423a~423c)를 형성하지 않고 각 정렬마크들을 서로 일치시켜 수평방향으로 정확하게 실장할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 광섬유블록과 PLC 광소자가 결합된 상태를 나타낸 단면도로서, 도 4a는 사다리꼴 기둥형상의 돌출부를 가진 광 섬유블록과 PLC 광소자의 결합 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 사각 기둥형상의 돌출부를 가진 광섬유블록과 PLC 광소자의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 상기 광섬유블록(200)의 일 측면에 소정의 경사각을 갖는 사다리꼴 기둥형상의 돌출부(240)를 형성하여 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 가이드홈(122)에 삽입하는 구조로서, 예컨대, 실리콘 이방성 식각법을 이용하여 상기 광섬유(220)를 삽입 고정시키기 위한 V자 형상의 결합홈(230) 및 수직/수평 정렬용 사다리꼴 기둥형상의 돌출부(240)를 형성한다.

상기 사다리꼴 기둥형상의 돌출부(240)의 높이를 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 가이드홈(122)의 깊이보다 낮게 형성하면 수평 방향으로 정확하게 정렬되고, 상기 PLC 광소자(100)의 상부 클래드층(120a) 두께에 의하여 상기 광섬유(220)의 코어(core)와 단일모드 광도파로 즉, 분기형 광도파로(140)의 코어(core)의 수직 방향 정밀도가 결정된다. 따라서, 상기 상부 클래드층(120a)의 두께를 ~1㎛ 내외로 조절함이 바람직하다.

도 4b를 참조하면, 상기 광섬유블록(200)의 일 측면에 수직의 사각 기둥형상의 돌출부(240')를 형성하여 상기 PLC 광소자(100)에 형성된 가이드홈(122)에 삽입하는 구조로서, 예컨대, ICP(Inductive Coupled Plasma) 건식 식각법을 이용하여 수직의 사각 기둥형상의 돌출부(240')를 가공한 후, 상기 실리콘 이방성 식각법을 이용하여 상기 광섬유(220)를 삽입 고정시키기 위한 V자 형상의 결합홈(230)을 형성한다.

상기 사각 기둥형상의 돌출부(240')의 높이와 상기 PLC 광소자(100)에 형성 된 가이드홈(122)의 바닥에 남아있는 하부 클래드층(120b)의 두께에 의하여 상기 광섬유(220)의 코어(core)와 단일모드 광도파로 즉, 분기형 광도파로(140)의 코어(core)의 수직 방향 정렬상태가 결정된다.

또한, 상기 사각 기둥형상의 돌출부(240')가 상기 가이드홈(122)에 삽입 가능하도록 상기 가이드홈(122)의 폭을 상기 사각 기둥형상의 돌출부(240')의 폭 보다 ±1㎛ 크게 가공해야 하기 때문에, 수평 방향의 정밀도는 상기 가이드홈(122)의 폭에 의하여 결정된다.

전술한 본 발명에 따른 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 삼파장 광 송수신 모듈 및 그 제조방법에 따르면, 소정의 광도파로부가 형성되고, 발광소자가 실장되는 PLC 광소자와, 상기 PLC 광소자의 상부에 결합되고, 소정의 광섬유가 고정되는 광섬유블록과, 상기 PLC 광소자의 일 측면에 부착되고, 입력되는 광의 파장에 따라 분리하기 위한 박막 필터부와, 상기 PLC 광소자 및 복수개의 광 수신부가 실장되는 서브 마운트부를 하이브리드 집적함으로써, 광 송수신 모듈을 저 가격으로 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광 능동소자 즉, 발광소자의 크기를 정밀하게 조절 한 후, PLC 광소자에 형성된 실장홈에 삽입하는 방법으로 정렬하여 다이본딩함으로써, 고가의 정렬장비가 필요하지 않아 종래 기술에서 광소자를 ~㎛ 이내의 정밀도로 정렬하기 위한 플립칩 공정 등 고비용 공정을 삭감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, PLC 광소자에 형성된 실장홈 내에 솔더를 형성할 때 전자소자 실장 시 통상의 Pb-Sn 솔더 제팅법을 이용함으로써, 전자빔 증착에 의하여 다량의 Au(금)을 소모하지 않아도 되므로 저가형 광모듈 제작에 유리한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광 송수신 모듈 제작 시 PLC 광소자에 박막 필터부 삽입용 홈을 형성하고 유전체 박막필터를 삽입하는 기존 종래 기술과는 달리, 방향성 결합기를 형성하여 박막 필터부를 상기 PLC 광소자의 모서리 부분에 용이하게 부착할 수 있는 구조를 제공함으로써, 대량 생산과 저 가격화를 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수개의 포토 다이오드를 PD 캐리어에 부착하고, PD 캐리어를 PLC 광소자와 수동정렬 및 다이본딩 방법으로 서브 마운트부에 실장함으로써, 저가의 광 송수신 모듈을 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광섬유블록의 일 측면에 사다리꼴 또는 사각 기둥형상의 돌출부 및 V자 형상의 결합홈을 형성하고, PLC 광소자에 정렬용 가이드홈을 가공한 후, 광섬유블록을 가이드홈에 고정하는 방법을 사용함으로써, 수동정렬에 의한 피그테일링을 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광섬유블록의 일 측면에 형성된 사다리꼴 또는 사 각 기둥형상의 돌출부 및 V자 형상의 결합홈을 핫 엠보싱(Hot-Embossing) 기법을 이용하여 가공함으로써, 정밀하게 치수가 제어된 광섬유블록을 저 가격으로 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광섬유블록을 PLC 광소자에 형성된 가이드홈에 수동정렬하여 피그테일링 함으로써, PLC 광소자에 직접 V 홈을 형성하여 광섬유를 부착하는 종래의 공정에 비해 수율의 향상을 기대할 수 있어 광 송수신 모듈 저 가격화에 매우 유리한 이점이 있다.

Claims

소정의 광도파로부가 형성되고, 발광소자가 실장되는 PLC 광소자;

상기 PLC 광소자의 상부에 결합되고, 소정의 광섬유가 고정되는 광섬유블록;

상기 PLC 광소자의 일 측면에 부착되고, 입력되는 광 파장을 분리하기 위한 박막 필터부; 및

상기 PLC 광소자 및 복수개의 광 수신부가 실장되는 서브 마운트부를 포함하여 이루어진 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 광도파로부는,

상기 발광소자의 일측 및 상기 광섬유로부터 전송된 광을 복수의 방향으로 분기시켜 전달하기 위한 분기형 광도파로; 및

상기 분기형 광도파로 상에 연결되고, 상기 분기형 광도파로를 통해 전달되는 광 파장을 분리하기 위한 방향성 결합기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 2 항에 있어서, 상기 방향성 결합기는 상기 발광소자의 일측으로부터 전송된 광이 상기 분기형 광도파로를 통해 전달되어 크로스 커플링시키고, 상기 광섬유로부터 전송된 광이 상기 분기형 광도파로를 통해 전달되어 투과 커플링시키는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 2 항에 있어서, 상기 분기형 광도파로는 Y자 형상의 단일모드 광도파로로 이루어지고, 상기 Y자 형상의 각 말단은 상기 발광소자, 상기 박막 필터부 및 상기 광섬유에 접속되며, 상기 Y자 형상의 교차점에 상기 방향성 결합기가 연결되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 PLC 광소자는,

기판 및 상기 기판의 상면에 형성되는 클래드부로 이루어지되,

상기 클래드부의 상부 일측에 상기 발광소자가 실장되도록 소정의 실장홈 및 상기 광섬유블록이 결합 가능하도록 소정의 가이드홈이 각각 형성되고, 상기 클래드부 상에 상기 광도파로부가 형성되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 5 항에 있어서, 상기 광섬유블록의 일 측면에 상기 광섬유가 삽입 고정되도록 V자 형상의 결합홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 삽입되도록 길이방향으로 한 쌍의 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 6 항에 있어서, 상기 돌출부는 사다리꼴 또는 사각 기둥형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 광 수신부는 상기 발광소자의 타측 및 상기 광섬유로부터 입력된 광이 상기 광도파로부를 통해 전달되어 수신 받을 수 있도록 상기 서브 마운트부에 실장되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는 1310nm 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유로부터 전송되는 광의 파장은 1490/1550nm 인 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 박막 필터부는 1550nm 또는 1310nm 파장의 광을 반사시키고, 1490nm 파장의 광을 투과시키는 투과형 박막필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 광 수신부는 모니터용 포토 다이오드, 디지털 포토 다이오드 및 아날로그 포토 다이오드로 이루어지되,

상기 모니터용 포토 다이오드는 상기 PLC 광소자 상에 형성된 제1 다모드 광도파로를 통해 상기 발광소자의 타측으로부터 전송된 광을 수신하도록 실장되고, 상기 아날로그 포토 다이오드는 상기 박막 필터부로부터 반사된 광이 상기 PLC 광소자 상에 형성된 제2 다모드 광도파로를 통해 전달되어 수신 받도록 실장되며, 상 기 디지탈 포토 다이오드는 상기 박막 필터부로부터 투과된 광을 수신 받도록 실장되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 광 수신부의 근처에 위치되도록 상기 서브 마운트부의 상부에 설치되고, 상기 광 수신부의 수신감도를 증가시키기 위한 전치증폭기가 더 포함하여 이루어진 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈.
(a) 기판의 상부에 분기형 광도파로 및 방향성 결합기가 형성되고, 상기 기판의 상부 일측에 발광소자가 실장된 PLC 광소자를 형성하는 단계;

(b) 상기 PLC 광소자의 상부에 소정의 광섬유가 고정된 광섬유블록을 수동정렬하여 실장하는 단계;

(c) 상기 PLC 광소자의 일 측면에 입력되는 광 파장을 분리하기 위한 박막 필터부를 설치하는 단계; 및

(d) 그 상면에 상기 PLC 광소자를 실장하고, 상기 분기형 광도파로 및 상기 방향성 결합기를 통해 출력된 광을 수신하도록 복수개의 광 수신부를 실장하는 서브 마운트부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 단계(a)에서 상기 PLC 광소자는,

(a1) 기판의 상면에 상기 분기형 광도파로 및 상기 방향성 결합기가 형성된 소정 두께의 클래드층을 형성하는 단계;

(a2) 상기 클래드층 상에 건식 식각법을 통해 소정의 실장홈을 형성하고, 전자빔 증착법 또는 솔더 제팅법을 통해 소정의 전극 및 솔더를 각각 증착한 후, 사진 식각법을 통해 패터닝하는 단계;

(a3) 상기 실장홈에 상기 발광소자를 삽입 및 다이본딩하여 상기 분기형 광도파로와의 결합손실이 최소화 되도록 실장하는 단계; 및

(a4) 상기 클래드층 상에 상기 광섬유블록이 결합되도록 상기 건식 식각법을 통해 소정의 가이드홈을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 단계(b)에서 광섬유블록은,

(b1) 판 형상의 몸체부를 형성하는 단계;

(b2) 상기 몸체부의 일면에 상기 광섬유의 일부를 고정시키기 위한 V자 형상의 결합홈을 형성하는 단계; 및

(b3) 상기 결합홈의 양측으로 상기 몸체부의 일면에 상기 PLC 광소자에 형성된 가이드홈에 결합되도록 한 쌍의 돌출부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 16 항에 있어서, 상기 돌출부를 상기 가이드홈에 결합 시 상기 광섬유의 단면이 상기 PLC 광소자에 형성된 분리형 광도파로의 단면과 완전하게 밀착되도록 굴절률 정합 에폭시를 이용하여 피그테일링 하는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 실장홈 및 상기 가이드홈을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 광섬유블록은 실리콘 이방성 식각법, 건식 식각법 또는 핫 엠보싱 기법 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 광 수신부의 근처에 위치되도록 상기 서브 마운트부의 상부에 상기 광 수신부의 수신감도를 증가시키기 위한 전치증폭기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 단계(c)에서 상기 박막 필터부는 상기 PLC 광소자의 일 측면에 굴절률 정합 에폭시를 이용하여 부착하는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 14 항에 있어서, 상기 단계(d)에서 상기 서브 마운트부는,

(d1) 기판의 상부 일측에 건식 식각법을 통해 상기 광 수신부가 실장될 복수 개의 실장트랜치를 형성하고, 상기 실장트랜치 상에 전자빔 증착법 또는 솔더 제팅법을 통해 소정의 전극 및 솔더를 각각 증착한 후, 사진 식각법을 통해 패터닝하는 단계;

(d2) 상기 기판의 상부에 전도성 에폭시를 이용하여 상기 PLC 광소자를 부착하는 단계; 및

(d3) 각각의 실장트랜치에 상기 발광소자, 상기 분기형 광도파로 및 상기 방향성 결합기를 통해 출력된 광을 수신하도록 상기 광 수신부를 실장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 22 항에 있어서, 상기 서브 마운트부의 재질은 쿼츠 기판, 알루미나, 실리카 또는 폴리머 물질로 증착된 실리콘 기판, 열경화성 플라스틱 또는 고주파 손실 및 유전률이 낮으며 가공성이 있는 물질로 형성된 기판 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 22 항에 있어서, 상기 단계(d3)에서 상기 광 수신부는,

(d3-1) 소정의 기판에 전자빔 증착법을 통해 전극을 형성하여 소정의 패턴을 형성한 후, 상기 실장트랜치에 삽입되도록 가공하여 PD 캐리어를 형성하는 단계;

(d3-2) 상기 PD 캐리어의 일측에 소정의 포토 다이오드를 전도성 에폭시를 통해 다이본딩하여 부착하는 단계;

(d3-3) 상기 포토 다이오드의 애노드 전극과 상기 PD 캐리어에 형성된 전극 을 서로 와이어 본딩하여 연결하는 단계; 및

(d3-4) 상기 PD 캐리어에 형성된 전극과 상기 실장트랜치에 형성된 전극이 서로 수직방향으로 연결되도록 위치시킨 후, 소정의 열을 통해 다이본딩하여 실장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 24 항에 있어서, 상기 PD 캐리어와 상기 PLC 광소자에 형성된 분기형 광도파로 사이에 상기 포토 다이오드의 반응감도를 증가시킴과 동시에 상기 PD 캐리어의 부착 강도를 보강하기 위해 굴절률 정합 에폭시를 삽입하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.
제 24 항에 있어서, 상기 PD 캐리어의 재질은 쿼츠, 알루미나, 실리카 또는 폴리머 물질로 증착된 실리콘 기판, 열경화성 플라스틱 또는 고주파 손실 및 유전률이 낮으며 가공성이 있는 물질로 형성된 기판 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼파장 광 송수신 모듈의 제조방법.