KR100468130B1 - 광전자 어셈블리 및 그 제조 방법 - Google Patents

광전자 어셈블리 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광 소자(16, 18, 22)를 위한 패키지 및 상기 패키지(10)를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 패키지는(10)는, 위치결정 플로어(14), 플랫폼(20) 및 정밀하게 결정된 높이의 선택적 링 프레임(32)을 구비한 준-평면 기판(12)을 포함한다. 광 소자(16, 18, 22)는 기판 플로어(14), 돌출된 플랫폼(20) 및 프레임(32) 위에 피크 앤드 플레이스된다.

Description

광전자 어셈블리 및 그 제조 방법{AN OPTOELECTRONIC ASSEMBLY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
광전자 소자를 포함하고, 안전하게 보호하며, 광 섬유와 결합시키고, 전기적으로 접속시키기 위해, 밀봉된 패키지가 필요하다. 광전자 패키징은 광전자 제조에서 가장 어렵고 비용이 많이 드는 작업중의 하나이다. 광전자 패키지는 광 소자들간에 마이크론이하의 미세한 정렬(alignment)과, 고속의 전기적 접속, 우수한 열 소산(dissipation), 및 높은 신뢰성을 제공한다. 이러한 특징들의 제공은, 전자 패키지보다 더 크고, 보다 비용이 많이 들며, 제조하는데 보다 어려운 광전자 패키지를 초래하였다. 또한, 오늘날의 고성능 버터플라이 패키지는 매우 많은 기계 부분(서브마운트(submounts), 브래킷(brackets), 페룰(ferrules) 등), 3차원(3-D) 정렬요구, 및 적은 기계적 접근가능성의 특징이 있기 때문에, 광전자 패키지의 현재의 설계 및 그와 관련된 제조 공정은 자동화에 불충분하게 적응된다.
Kovatz에 의한 미국특허번호 제4.953,006호에는 에지-결합된(edge-coupled) 광전자 장치가 기재되어 있다. 이 패키지는, 예를 들면, 레이저와 같은 광전자 장치가 렌즈 또는 광 섬유와 같은 외부 광 소자와 결합되도록, 윈도우를 갖는 커버를 포함한다. 이 패키지는 밀봉성(hermeticity) 및 고속의 전기적 접속을 제공하지만, 광소자 또는 광 섬유와의 결합(coupling) 또는 콜리메이션(collimation)을 정렬 및 장착하기 위한 방법을 제공하지는 않는다.
Kluitmans 및 Tjassens에 의한 미국특허번호 제5,005,178호, 및 Shineno에 의한 미국특허번호 제5,227,646호에는 광 소자 및 광전자 소자에 대한 패키지가 기재되어 있다. Kluimans 등은 광 섬유에 결합된 레이저 다이오드에 대한 패키지를 논의하고 있다. 그 패키지는 레이저가 고속으로 사용되도록 도전 로드(conducting rod)를 포함한다. Shigeno는 동봉된 레이저 다이오드를 냉각하기 위한 열 싱크(heat sink)를 기술하고 있는데, 여기서, 레이저 다이오드는 광 섬유에 결합되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기의 두 특허 모두에서, 패키지를 구성할 때에 레이저 다이오드를 광 섬유와 정렬하는 것은 어렵다. 두 디자인은 모두 복잡한 3차원 배열로 많은 부분을 사용하고, 자동화된 어셈블리에 적합하지 않다. Farmer에 의한 미국특허번호 제5,628,196호에는 반도체 레이저를 위한 열 싱크를 포함하지만 레이저를 다른 광소자에 결합하기 위한 효과적인 수단을 제공하지 않는 패키지가 기재되어 있다.
정렬시의 곤란성은 용접(welding)이 패키지의 제조에 포함되는 경우에 보다 많은 문제가 된다. 용접 공정의 결과는 그 구조가 용접될 때에 시프트(shift)의 발생을 야기한다. 이에 따라, 용접하기 전에 정렬되지만, 용접 공정의 결과는 이러한 시프트의 발생을 야기할 것이다. 마이크론 이하의 정밀도가 요구되는 경우에, 이러한 시프트는 전체 양품률에 영향을 준다. 그러나, 이러한 시프트를 감소시키기 위한 바람직한 기술이 존재하지 않는다.
본 발명의 실시예는 종래 기술에서의 한계를 극복하고 있다.
본 발명은 일반적으로 광 소자를 갖는 광전자 어셈블리(optoelectronic assembly) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 준-평면(quasi-planar) 기판 및 상에 장착된 광 소자를 가지는 어셈블리 및 플렉셔(flexure) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 아래에 제시된 상세한 설명 및 첨부된 본 발명의 여러 실시예의 도면으로부터 보다 완전히 이해되지만, 그러나, 이것은 특정 실시예에 대해 본 발명을 제한하는 것이 아니며, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
도1은 광전자 패키지 어셈블리의 일실시예를 도시한 도면.
도2a는 제거가능한 위치결정 툴을 이용한 플렉셔 정렬 전의 어셈블리의 투시도.
도2b는 플렉셔 정렬 전의 어셈블리의 측면도.
도2c는 플렉셔 정렬 전의 어셈블리의 상부도.
도3a는 제거가능한 위치결정 툴을 이용하여 정렬된 플렉셔를 갖는 어셈블리의 투시도.
도3b는 플렉셔 레그의 정렬 및 최종 부착 후의 어셈블리의 측면도.
도3c는 플렉셔 레그의 정렬 및 부착 후의 어셈블리의 상부도.
도4a는 4개의 레그를 갖는 플렉셔의 일실시예를 도시한 도면.
도4b는 4개의 레그를 갖는 플렉셔의 뒤쪽 레그를 이용한 미세 정렬 단계를 도시한 도면.
도5는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도6은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도7은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도8은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도9는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도10은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도11은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도12는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도13은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도14는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도15는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도16은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도17은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도18은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
도19는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 도면.
발명의 요약
광전자 패키지가 기재되어 있다. 일실시예에서, 광전자 패키지는 플로어를 갖는 기판, 기판에 결합된 제1 광 소자, 제2 광 소자, 및 제2 광 소자를 제1 광 소자에 광학적으로 정렬시키기 위해, 제2 광 소자 및 기판에 결합된 플렉셔를 포함한다. 일실시예에서, 플렉셔는 스프링부를 이용하여 바디에 결합된 다수의 레그를 가지며, 플렉셔의 바디는 바디의 영역에서 접합된 두 부분을 가지는데, 그 영역은 상기 두 부분에 대해 실질적으로 축소된 폭을 갖는다.
광전자 어셈블리가 기재되어 있다. 다음의 상세한 설명에서는, 설명을 목적으로, 여러가지 특정한 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이 실행될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 실시예에서는, 본 발명을 모호하지 않게 하기 위해 주지된 구조 및 장치들이 블록도 형식으로 도시되었다.
개요
광전자 소자를 위한 패키지 및 그 패키지를 제조하는 방법이 설명된다. 패키지는, 소자들을 지지하고 패키지내의 하나 또는 그 이상의 소자들을 정렬하기 위해, 하나 또는 그 이상의 광 소자에 결합되는 플렉셔(flexure)를 사용한다. 플렉셔는 통상적으로 피크 앤드 플레이스(pick and place) 장착 방법의 부분으로서 패키지 내부의 일부분에 부착(예, 용접)된다. 이 패키지의 실시예는, 광 소자의 미세 정렬의 부분으로서 사용되는 용접이 웰드 시프트(weld shift)를 감소시키거나 또는 최소화하도록 수행된다는 점에서 유리하다. 일실시예에서, 정렬은 3차원적으로 조정가능하다. 이 특징들은 아래에서 보다 상세히 논의될 것이다.
고성능 광전자 패키지에서, 결정적인 광 소자들은 플랫폼 높이 제어와 2차원적인 피크 앤드 플레이스의 조합으로 얻어질 수 있는 것보다 더 정확한 배치를 필요로 한다. 이것은 높은 광 결합 효과를 달성하기 위해 마이크론 이하의 정밀도로 정렬되어야 하는 단일 모드 섬유(fibers)의 경우이다. 일실시예에서, 이러한 소자들은 적은 양의 수직 조정(vertical adjustment)을 가능하게 하는 소형 플렉셔를 이용하여 장착된다. 일실시예에서, 플렉셔는, 에칭(etching) 또는 스탬핑(stampping)되고 나서 프레스에서 구부러질 수 있는 얇은 스프링 스틸로 이루어진다. 플렉셔는 기판위 또는 프레임의 각 사이드 위에 놓이는 둘 또는 그 이상의 레그로 이루어질 수 있다. 일실시예에서, 레그는 광 소자를 지지 또는 고정하는 바디(body)에 의해 연결된다. 스프링 특성을 갖는 물질의 두 섹션이 레그를 바디에 연결시킨다.
플렉셔는 본래(구부러지지 않은) 상태에서 바디에 부착된 광 소자의 광 축이 패키지의 광 평면 위에 놓이도록 설계될 수 있다. 높이의 최종 조정은 플렉셔에 압력을 가함으로써 얻어지고, 이에 따라 바디 높이가 낮아진다. 플렉셔를 기판 평면에 평행한 평면으로 드래깅(dragging)하는 것은 측면 위치를 교정하기 위해 수행될 수 있다. 적절한 정렬에 도달하면, 레그는 프레임 또는 기판에 영구적으로 부착된다. 부착은, 예를 들면, 레이저 용접, 솔더링 또는 접착 본딩에 의해 이루어질 수 있다. 플렉셔 설계의 또다른 예에서, 플렉셔는 둘 이상의 레그를 가진다. 제1 레그 쌍은 대략적인 광 정렬 후에 프레임에 부착된다. 그리고 나서, 플렉셔는 2개의 제1 레그가 부착된 후에 남은 잔여 유연성(residual flexibility)을 이용하여, 정교하게 재정렬된다. 최적 위치에 도달하면, 나머지 레그를 부착한다.
이에 따라, 본 발명의 적어도 일실시예는 소자들이 쉽고 정확하게 패키지 내에 정렬되도록 하는 광 소자에 대한 패키지를 제공한다. 이러한 패키지는 저렴하게 자동화 가능한 방법으로 제조될 수 있다.
광 패키지의 실시예들은, 패키지 내의 광 소자 정렬의 정확도를 유지하면서, 낮은 비용으로 대량 생산될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
도1은 프레임(32) 및 플렉셔(24)를 갖는 광전자 어셈블리(10)의 일실시예를 도시하고 있다. 어셈블리(10)는 또한 위치결정 플로어(positioning floor)(14)를 갖는 기판(12)을 포함하는데, 이것은 실질적으로 평면이고, 기판(12)은 낮은 열팽창 계수를 갖는 전기적으로 절연된 영역을 포함한다. 일실시예에서, 돌출된 플랫폼이 위치결정 플로어(14) 상에 생성된다.
일실시예에서, 패키지는 장착 표면 및 패키지 바닥 벽을 제공하는 위치결정 플로어를 갖는 기판을 포함한다. 일실시예에서, 기판 및 위치결정 플로어는 실질적으로 평면이다. 일실시예에서, 하나 또는 그 이상의 돌출된 플랫폼이 또한 장착 표면상에 제공된다. 돌출된 플랫폼은, 예를 들면, 구리 텅스텐, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 옥사이드, 다이아몬드, 및 붕소 나이트라이드와 같은 높은 열 전도 물질로 이루어진 서브마운트일 수 있다. 돌출된 플랫폼은, 예를 들면, 솔더링 또는 브레이징(brazing)에 의해 부착될 수 있거나, 또는 기판 물질 자체의 일부가 될 수 있다.
광 소자는 위치결정 플로어(14) 및 플랫폼(20) 상에 장착된다. 일실시예에서, 렌즈(16)는 기판(12) 위에 장착되고, 예를 들면, 레이저 다이오드와 같은, 에지 발광 광전자 소자(18)는 플랫폼(20) 위에 장착된다. 다른 광 소자들이 사용될 수도 있다.
광 소자(22)는, 예를 들면, 솔더링, 브레이징 또는 용접에 의해, 플렉셔(24)에 부착된다. 일실시예에서, 플렉셔(24)는 2개의 레그(26, 27), 바디(30), 및 레그(26, 27)와 바디(30)의 접합점에 있는 두 스프링 영역(28, 29)을 포함한다. 일실시예에서, 소자(22)는 단일 모드 광 섬유이지만, 다른 광 소자와의 광학적 정렬이 요구되는 모든 소자가 될 수 있다.
프레임(32)이 기판(12)에 부착될 수 있다. 레그(26, 27)의 끝이 프레임(32)에 부착된다. 플렉셔(24) 및 그것의 부착 방법은 아래에서 보다 상세히 논의될 것이다. 일실시예에서, 프레임(32)은 홈(36)이 있는 돌출 암(34)을 가진다. 홈(36)은 패키지의 외측으로 섬유(22)의 밀폐 통로를 가능하게 한다.
캡(38)이 프레임(32)에 부착되어, 이로써 완전한 밀봉을 만든다. 일실시예에서, 캡(38)은 프레임(32)의 외부와 홈(36) 및 섬유(22)의 상부에서 밀봉되는 상부의 모자 형태와 주변의 입술모양(40)을 가질 수 있다. 밀봉(hermetic seal)은 솔기 용접, 솔더링 및 접착 본딩과 같은 공정에 의해 생성될 수 있다.
일실시예에서, 와이어 본드(42)는 능동 광 소자(18)를 위치결정 플로어(14)의 상부에 있는 도전 패턴(44)과 접속시킨다. 충전된 도전 비아(46)는 패턴(44)을 위치결정 플로어(14) 하부의 도전 패턴(48)에 밀봉하여 접속시킨다. 위치결정 플로어(14) 하부의 핀(50)은 다른 비아(미도시)를 통해 패키지 내부의 전기 소자들과의 접속을 위해 제공된다. 패턴(48, 44)과 충전된 비아(46)의 조합은, 밀봉 내부의 광전자 소자로부터 패키지(10) 주변에 있는 핀(50)으로 전기적인 신호를 분배하기 위한 효과적이고 낮은 기생 메커니즘을 제공한다. 대안적으로, 신호들은 표면 장착을 위해 패키지 아래에 볼 그리드 어레이로 분배될 수 있다.
도2a-2c, 3a-3c, 4a 및 4b는 플렉셔 정렬 장치 및 정렬 방법을 도시하고 있다. 일실시예에서, 플렉셔(24)는 바디(30) 및 2개의 레그(26, 27)를 포함하고 있다. 두 스프링 영역(28, 29)은 레그(26, 27)를 바디(30)에 접속시킨다. 레그(26, 27)의 끝은 프레임(32) 위에 놓인다. 대안의 설계에서는, 레그의 끝이 기판(12)위에 직접 놓일 수 있다. 바디(30)는 광 소자(22)를 가지고 있다. 일실시예에서, 광 소자(22)는 광 섬유를 포함한다. 일실시예에서, 플렉셔(24)는 스프링 스틸의 납작한 스탬핑 또는 에칭된 조각으로 만들어지는 것이 바람직하다. 스프링 영역(28, 29)은 메탈 두께의 절반을 화학적으로 제거함으로써 만들어진다. 그리고 나서, 실질적으로 납작한 플렉셔(24)는 레그(26, 27) 및 스프링 영역(28, 29)을 만들기 위해 프레스에서 형성된 후, 그 재료에 스프링 특성을 주기 위해 고온에서 어닐링된다. 대안의 실시예에서, 이 재료는 이미 스프링 특성을 가지고 있어서 어닐링이 필요없을 수 있다. 일실시예에서, 플렉셔(24)는 약 170 마이크론 두께이고, 스프링 영역(28, 29)은 약 85 마이크론 두께이다. 다음으로부터 광 소자(22)의 정밀한 3차원 정렬을 가능하게 하기 위해 레그(26, 27), 바디(30) 및 스프링 영역(28, 29)이 어떻게 설계되는지가 명확해질 것이다.
먼저, 예를 들면, 솔더링 또는 접착 본딩과 같은 공정에 의해 광 소자(22)를 플렉셔(24)의 바디(30)에 부착시킴으로써 이 공정이 시작된다. 그리고 나서, 플렉셔(24) 및 부착된 광 소자를, 도2a에 도시된 바와 같이, 광 어셈블리(10)상에 대략적으로 정렬되도록 놓는다. 이 시점에서, 플렉셔(24)는 다른 부착 방법없이 간단히 프레임(32) 위에 (또는 링-레스(ring-less) 실시예에서는 기판(12) 위에) 놓인다. 하나 이상의 제1 광 소자(16)가 광 어셈블리(10)에 미리 부착되고, 플렉셔(24)를 이용하여 정렬될 광 소자(22) 및 광 축(BC)에 대하여, 광 축(OA)을 결정한다. 일실시예에서, 레이저 다이오드(18) 및 렌즈(16)는, 플렉셔(24)가 정렬되기 전에, 광 어셈블리 상에 부착된다. 일실시예에서, 플렉셔(24)는, 도2b의 어셈블리(10)의 측면도에 도시된 바와 같이, 광 축(BC)이 광 축(OA)보다 높게 설계된다. 일실시예에서, 플렉셔(24)에 압력이 가해지지 않은 경우, BC는 OA보다 약 100 내지 200 마이크론 높다. 도2c의 어셈블리의 상부도는 축 OA 및 BC가 플렉셔(24)의 수평면 정렬에서 서로 차이가 날 수도 있다는 것을 보여준다.
바디(30)의 상부에 압력을 가하기 위해 제거가능한 정렬 툴(52)이 사용된다. 툴(52)은 바디(30)상에 매칭 그립핑 홀(58, 59)에 맞는 원뿔형 끝단(56, 57)을 갖는 핀(55, 54) 형태이다. 도4a 및 도5b에서의 정렬 툴의 형태는 단지 일례로서 주어진 것이라는 것이 이해되어야 한다. 플렉셔 위에 일시적으로 고정시키고, 바디(30)에 압력을 가하는 기능을 제공하는 다른 툴들이 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계될 수 있다. 예를 들면, 플렉셔의 홈과 툴의 매칭 세트는 핀과 홀이 맞물린 설계로 대체될 수 있다. 진공 툴이 또한 사용될 수 있다.
미세 정렬 단계 동안에, 툴(52)이 바디(30)위로 내려진다. 원뿔형 끝단(56, 57)이 홀(58, 59)에 꼭 맞춰진다. 툴은 바디(30)에 압력을 가하여, 스프링 영역(28, 29)이 그 압력 하에서 휘도록 한다. 그 다음에, 이것은 도3b에 도시된 바와 같이, 레그(26, 27)가 펼쳐지고, 축(BC)이 축(OA)에 정렬되도록 낮아지게 한다. 툴(52)은 또한, 도3c의 상부도에서 보여지는 바와 같이, 축 OA 및 BC의 가로 및 세로가 정렬될 때까지, 그것을 따라 플로어(14)의 평면, 드래깅 플렉셔(24) 및 레그(26)에 평행인 면에서 이동된다. 일실시예에서, 레이저(18)가 파워-업되고, 플렉셔(24)가 미세 정렬을 수행하는 동안에, 섬유의 출력에서 결합된 파워를 측정함으로써, 정렬이 모니터링된다. 요구된 정렬이 달성되면, 레그 끝이 링 프레임(32) 또는 기판(12)에 부착된다. 하나의 부착 공정은 레이저 빔(62)을 통한 레이저 마이크로용접(microwelding)이고, 이것은 용접 스팟(60, 61)을 형성한다. 용접 스팟은 금속성의 레그(26)를 금속성 링 프레임(32)에 영구적으로 부착시킨다. 또한, UV 큐러블 접착제(UV curable adhesive), 에폭시 또는 솔더링과 같은 다른 부착 공정이 사용될 수도 있다. 레그의 최종 부착이 완료된 후, 툴(52)은 어셈블리로부터 올려지고, 도3b 및 3c에 도시된 정렬된 어셈블리가 남게 된다.
대부분의 부착 공정은 부착 동작 동안에 미소한, 바람직하지 않은 시프트 또는 드리프트를 유발한다. 접착제의 경우에, 시프트는 통상적으로 접착제의 수축에 의해 야기되고, 솔더링의 경우에는, 응고 단계 동안의 솔더 부피의 변화 및 온도 사이클 동안에 부품의 팽창 및 수축에 의해 시프트가 야기되며, 레이저 용접의 경우에는, 일반적으로 용접후 시프트(post-weld shift)가 관찰된다.
도4a는 이러한 시프트 효과를 감소시키거나 또는 최소화하고, 보다 큰 정렬 정밀도 및 재생산성을 가능하게 하는 일실시예의 플렉셔를 도시하고 있다. 도4a의 플렉셔(70)는 2쌍의 레그, 즉, 앞쪽 레그 쌍(26, 27) 및 뒤쪽 레그 쌍(74, 75)을 포함한다. 앞쪽 레그 쌍은 도4b에 도시된 바와 같이 광 소자(16)에 가까이 위치되고, 툴(52)과 그립핑 홀(58, 59)을 이용하여 전술된 방법에 따라 정렬된다. 앞쪽 레그(26, 27)는 전술된 바와 같이, 레이저 용접 스팟(60, 61) 등을 이용하여 프레임(32)에 영구적으로 부착된다. 부착후 시프트는 뒤쪽 레그 쌍(74, 75)에 가까이 위치한 뒤쪽 그립핑 홀(76, 77) 및 툴(52)을 이용하여, 두 번째 정렬 단계에서 교정된다. 플렉셔(70)의 잔여 유연성은, 플렉셔(70)의 뒤쪽을 툴(52)로 이동시킴으로써, 광 소자(22)의 끝(80)의 적은 위치결정 교정을 가능하게 한다. 두 번째 정렬 후에, 뒤쪽 레그가 레이저 용접 스팟(78, 79)에 의해 프레임(32)에 부착된다. 그리고 나서, 정렬 툴(52)은 어셈블리로부터 끌어 올려진다. 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 용접 공정을 수행하기 위한 다른 방법들이 있다.
대안의 플렉셔 실시예
도5는 도4a에서의 플렉셔의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도5를 참조하면, 플렉셔는 바디(86) 및 2쌍의 레그를 포함하고, 여기서, 2개의 앞쪽 레그를 접속하기 위한 스프링부(82)가 축소되었다. 도5에서, 연결된 앞쪽 레그(81)를 바디(86)에 결합시키기 위한 바디 스프링부(82)는 뒤쪽 레그(85)를 바디(86)에 결합시키는 스프링부(83, 84)보다 전체 영역에서 보다 작다. 이것은 앞쪽 레그가 접속(예, 용접)된 후에, 바디(86)에 대한 이동의 자유를 제공한다. 이 부가적인 이동의 자유는, 앞쪽 레그 쌍을 용접한 후, 뒤쪽 레그 쌍을 용접하기 전에, 플렉셔에 결합된 광 섬유(또는 다른 소자)를 정렬하는데 이용될 수 있다. 이러한 이동성은 플렉셔의 제거 부분(89)에 의해 달성된다. 이 제거는 레그(81)가 패키지에 부착된 후에 이루어질 수 있다.
도6은 플렉셔의 대안적인 실시예이다. 도6을 참조하면, 플렉셔는 바디(96) 및 2쌍의 레그를 포함하는데, 여기서, 2개의 앞쪽 레그를 플렉셔 바디에 접속시키는 스프링부(90, 91)가 도4a에 도시된 실시예보다 축소되었다. 그러나, 이 부분(93, 94)의 형태는 바디(86)와 앞쪽 레그 사이에 보다 큰 기계적 경로를 제공하여, 이에 따라 보다 큰 기계적인 유연성을 제공하게 된다.
도7은 도4a에서의 플렉셔의 대안의 실시예를 도시한 것으로, 여기서, 각각의 레그는 한 쌍의 홀 형상의 고정공을 포함하는데, 이 사이에서 플렉셔를 기판에 접속시키기 위해 레이저 펄스를 이용하여 스팟 웰드가 이루어진다. 도7을 참조하면, 뒤쪽 레그 중의 하나가 홀 형상의 고정공(101, 102)을 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 고정공(101, 102) 사이의 위치(103)에서, 플렉셔의 레그를 기판에 고정시키기 위해 스팟 웰드가 만들어진다. 유사하게, 홀 형상의 고정공(104, 105)은 그 둘 사이에 스팟 웰드 위치(106)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 또한, 도7에서의 플렉셔는 섬유의 배치를 위한 홈(115)을 포함하고 있음을 주목하자.
도8은 도7에 도시된 플렉셔에 대한 대안의 실시예를 도시하고 있다. 도8을 참조하면, 플렉셔는 스팟 용접 또는 기판과의 그 밖의 접속을 위한 장소로서 사용되는 홀 형상의 고정공(1105)을 포함한다. 도7과 유사하게, 도8은 플렉셔의 바디를 위아래로 이동(즉, 기판쪽으로 및 기판으로부터 멀리 이동) 가능하게 하는 스프링부(1109)를 가진다. 플렉셔는 또한 플렉셔의 앞쪽 레그가 부착된 후, 뒤쪽 레그가 용접되기 전에 제거되는 추출 또는 제거 영역(1103, 1104)을 포함한다. 이것은, 제거 영역(1103, 1104)이 제거되면, 플렉셔의 바디가, 플렉셔에 결합된 광 섬유(또는 소자)와의 보다 나은 정렬을 달성하기 위해, 영역(1102)에서 이동하는 섬유를 갖는 네크 영역(1101)에 대해 회전할 수 있다는 점에서 유용하다. 따라서, 플렉셔의 바디는 (위에서 봤을 때) 그것의 접속 부분의 사이즈보다 훨씬 작은 네크 영역(1101)에서 결합되는 부분을 가진다.
일실시예에서, 광전자 어셈블리를 제조할 때 및 플렉셔를 기판에 접속할 때에, 그 제조 공정은 앞쪽 레그를 기판에 장착하고 나서 제거 영역(1103, 1104)을 제거하는 단계로 시작하는 일련의 단계들을 포함한다. 제거 영역(1103, 1104)을 제거한 후에, 섬유(홈 영역(1110)에 이미 결합된) 또는 다른 소자가 플렉셔를 이동함으로써 정렬되어, 네크 영역(1101)에서 움직이고, 영역(1102)에 대해 이동이 자유로워진다. 정렬이 달성되면, 플렉셔의 뒤쪽 레그가 기판에 접속된다.
도9는 도8에서의 플렉셔 실시예의 변형예를 도시하고 있다. 도9를 참조하면, 플렉셔를 기판에 접속하기 위한 용접 영역이 홀 형상의 고정공(1105) 대신에 슬롯(1215) 형식으로 만들어진다. 상기 슬롯 형상의 고정공(1215)은 접속을 위한 보다 긴 표면 영역의 이점을 제공한다. 예를 들면, 광 소자의 광학적 정렬을 달성하기 위해, 플렉셔가 기판위에 배치되고, 기판쪽으로 압축된 후에, 레그들이 펼쳐진다. 레그가 펼쳐지기 때문에, 접속점으로 원형의 홀을 갖는 것과는 대조적으로 슬롯의 일부분이 (그 길이로 인해) 기판과의 접촉면에 남을 가능성이 많다. 단지 레그만이 접촉점으로서 원형 홀을 사용하는 경우, 플렉셔가 기판쪽으로 압축된 후에, 홀은 더이상 기판과의 직접적인 접촉이 될 수 없고, 이것은 용접 공정을 더욱 어렵게 만들 수 있다.
도10은 도8에서의 플렉셔의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 도10을 참조하면, 플렉셔 바디에 결합된 섬유의 정렬을 용이하게 하기 위해, 앞쪽 레그가 기판에 부착된 후, 뒤쪽 레그의 접속 이전에 제거되는 제거 영역(1301, 1302)을 포함한다. 플렉셔 바디에 결합된 광 소자(예, 섬유)는 기판을 향하는 플렉셔의 아래쪽 부분에 장착(예, 솔더링, 접착 등)된다는 것을 주목하자.
도11은 플렉셔의 대안적 실시예를 도시한 것으로, 여기서, 각각의 앞쪽 레그 쌍 위의 플렉셔의 두 영역은, 플렉셔의 이동을 용이하게 하기 위해, 플렉셔를 기판에 접속시킨 후, 뒤쪽 레그를 고정시키기 전에 제거된다. 도11을 참조하면, 섹션(1401, 1402, 1403, 1404)은 앞쪽 레그를 기판에 고정시킨 후에 제거되어, 영역(1405)과 같은 영역이 레그 중의 하나를 플렉셔 바디에 접속시킨다. 이 제거는도8 및 도9에 도시된 것과 유사한 플렉셔를 제공한다. 플렉셔는 또는 레그 위에 슬롯을 포함하는데, 이것은 보다 많은 유연성을 제공한다. 플렉셔 바디에 결합된 광 소자(예, 섬유)는 기판을 향하는 플렉셔의 아래쪽 부분에 장착(예, 솔더링, 접착 등)된다는 것을 주목하자.
도12는 영역(1501, 1502)에 결합된 플렉셔의 앞쪽 레그를 고정시킨 후에 영역(1501, 1502)을 제거하여, 네크 영역(1503)이 섬유를 정렬할 때에 피벗(pivot)으로 역할하도록 하는 플렉셔의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 플렉셔는 또한 바디에 대한 고정성(rigidity)을 부가하는 사이드 영역(1505, 1506)을 포함한다. 플렉셔 바디에 결합된 광 소자(예, 섬유)는 기판을 향하는 플렉셔의 아래쪽 부분에 장착(예, 솔더링, 접착 등)된다는 것을 주목하자.
도13은 앞쪽 레그를 플렉셔 바디에 결합시키는 영역(1601, 1602)이, 앞쪽 레그를 기판에 고정시킨 후에 제거되어, 섬유를 정렬할 때에 플렉셔의 뒤 부분이 네크 영역(1603) 주위를 이동하도록 하게 하는, 플렉셔의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 각각의 레그는 한 쌍의 슬롯 형상의 고정공을 갖는다. 플렉셔 실시예의 레그를 고정시키는 것은, 각 레그상의 고정공(1605, 1604) 사이의 영역(1606)과 같은, 플렉셔의 영역에서 용접함으로써 수행된다. 고정 영역(1607)은 플렉셔에 대한 지지를 부가한다.
도14는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 이 플렉셔는 부가적인 강도(stiffness) 및 고정성을 위한, 바디상의 사이드 영역, 즉 고정부(1706)를 포함한다. 또한, 도14의 플렉셔는, 제조 공정 동안에 홈(1705)에 결합되고 그 안에 들어가는 섬유의 정렬을 가능하게 하기 위해, 제거가능 영역(1701) 및 네크영역(1703)을 포함한다.
도15는 플렉셔의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 플렉셔의 네트 영역과 도14와의 차이점의 의미는 피벗 접합부와 섬유 끝 사이의 거리가 다르다는 점이다.
일실시예에서, 어셈블리 공정을 용이하게 하기 위해, 플렉셔는 섬유의 중심을 맞추기 위한 꼬리 영역을 포함한다. 도16, 17, 18 및 19는 지느러미부(fin)를 갖는 플렉셔의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 도16 및 18은 섬유를 지지하는 홈의 양쪽에 지느러미 형식으로 이러한 센터링 영역을 도시하고 있다. 도16을 참조하면, 지느러미부(1901, 1902)는 섬유를 센터링하는데 사용된다. 도18의 플렉셔는 플렉셔를 용접하기 위한 웰드 스트립 또는 웰드/콘택 영역(1905)과 고정 영역을 가진다. 유사하게, 도17을 참조하면, 지느러미부(2001, 2002)가 섬유를 센터링하는데 사용된다.
여기에 설명된 기계적인 시스템은, 자기 기록 헤드, MEM, 및 의료 장비 등과 같은, 유사한 정렬 허용오차(tolerance)를 갖는 다른 정밀 부분을 정렬하는데 사용될 수 있다.
이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는, 앞의 상세한 설명을 읽은 후에, 본 발명의 많은 대안예 및 변경예가 가능하다는 것이 명백해질 것이며, 예시적인 수단으로 도시 및 설명된 특정 실시예는 제한적인 의도가 아니라는 것이 이해될 것이다. 따라서, 여러 실시예의 세부사항들에 대한 참조부호는, 본 발명에 대한 필수요소로 여겨지는 특징들만을 열거한 청구범위를 제한하려고 의도된 것은 아니다.

Claims (62)

  1. 플로어를 갖는 기판;
    상기 기판에 결합된 제1 광 소자;
    제2 광 소자; 및
    상기 제2 광 소자를 상기 제1 광 소자와 광학적으로 정렬되도록 유지하기 위해, 상기 제2 광 소자 및 상기 기판에 결합되고, 다수의 스프링 영역을 이용하여 바디에 결합된 제1 및 제2 레그 쌍을 갖는 다수의 레그를 포함하는 비-평면 플렉셔(non-planar flexure)를 포함하되, 상기 다수의 스프링 영역은, 상기 다수의 레그가 상기 기판에 부착되지 않고 상기 플렉셔에 압력이 가해지면, 상기 다수의 레그가 펼쳐지도록 하고, 상기 다수의 레그 중 하나 이상은 상기 플렉셔를 상기 기판에 결합시키는데 사용되는 하나 이상의 고정공
    을 포함하는 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플렉셔는 상기 하나 이상의 고정공에서 상기 기판에 용접되는
    패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고정공은 하나 이상의 슬롯을 포함하는
    패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고정공은 한 쌍의 홀을 포함하고, 상기 한 쌍의 홀 사이에 용접 부위가 위치되는
    패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 홀은 상기 용접 부위를 갖는 한 쌍의 슬롯을 포함하고, 상기 용접 부위는 상기 한 쌍의 슬롯 사이의 스트립(strip)인
    패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 소자는 에지-결합(edge-coupled) 광전자 소자를 포함하는
    패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 소자는 에지-결합 광전자 소자를 포함하고, 상기 제2 광 소자는 광 섬유를 포함하는
    패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에지-결합 광전자 소자는 레이저 다이오드를 포함하는
    패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 소자는 렌즈를 포함하는
    패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 소자는 광 섬유를 포함하는
    패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광 섬유는 단일 모드 광 섬유인
    패키지.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 광 패키지를 제조 및 정렬하기 위한 방법에 있어서,
    제1 광 소자가 부착된 위치결정 플로어(positioning floor)를 갖는 기판에 대해 제2 광 소자가 부착된 플렉셔의 위치를 결정하는 단계 - 여기서, 상기 플렉셔는 적어도 2개의 레그를 가짐 - ;
    제거가능한 위치결정 툴을 이용하여, 상기 제1 및 제2 광 소자의 광 축이 수직면에 정렬될 때까지, 상기 플렉셔의 상부(top)에 압력을 가하는 단계;
    상기 위치결정 툴을 이용하여, 상기 제1 및 제2 광 소자의 광 축이 수평면에 대략적으로 정렬될 때까지, 상기 플렉셔를 상기 기판 위에서 이동시키는 단계;
    상기 플렉셔의 제1 끝단에서 다수의 제1 레그를 상기 기판에 결합시키는 단계;
    광 섬유와 상기 제2 광 소자 사이의 광학적 정렬을 조정하기 위해 상기 플렉셔를 이동시키는 단계; 및
    상기 플렉셔의 제2 끝단에서 다수의 제2 레그를 상기 기판에 결합시키는 단계
    를 포함하고,
    여기서, 상기 다수의 제1 또는 제2 레그 중 적어도 하나를 결합시키는 단계는 상기 다수의 레그 중 적어도 하나를 각 레그 내의 고정공에서 상기 기판에 스팟 용접하는 단계를 포함하는
    방법.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 제28항에 있어서,
    상기 다수의 제1 및 제2 레그를 상기 기판에 결합시키는 단계는 상기 다수의 제1 및 제2 레그를 상기 기판에 스팟 용접하는 단계를 포함하는
    방법.
  33. 삭제
  34. 제28항에 있어서,
    상기 고정공은 슬롯을 포함하는
    방법.
  35. 제28항에 있어서,
    상기 다수의 제1 또는 제2 레그 중 적어도 하나를 결합시키는 단계는 상기 다수의 레그 중 적어도 하나를 각 레그 내의 한 쌍의 고정공 사이의 상기 기판에 스팟 용접하는 단계를 포함하는
    방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 한 쌍의 고정공은 한 쌍의 슬롯을 포함하고, 상기 한 쌍의 슬롯 사이의 스트립에서 스팟 용접이 일어나는
    방법.
  37. 제28항에 있어서,
    상기 수직면은 상기 기판 평면에 대해 직각을 이루고, 상기 수평면은 상기 기판 평면에 대해 평행인
    방법.
  38. 삭제
  39. 플로어를 갖는 기판;
    상기 기판에 결합된 제1 광 소자;
    제2 광 소자; 및
    상기 기판에 결합된 플렉셔
    를 포함하고,
    여기서, 상기 플렉셔는,
    바디;
    다수의 레그 - 상기 다수의 레그 중 적어도 하나는 다수의 고정공을 포함하고, 상기 다수의 고정공 중 적어도 하나는 상기 플렉셔를 상기 기판에 결합시키는데 사용됨 - ; 및
    상기 레그와 상기 바디를 결합시키는 다수의 스프링부를 포함하는
    패키지.
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 제39항에 있어서,
    상기 플렉셔는 상기 하나 이상의 고정공에서 상기 기판에 용접되는
    패키지.
  43. 제39항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고정공은 하나 이상의 슬롯을 포함하는
    패키지.
  44. 제39항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고정공은 한 쌍의 홀을 포함하고, 상기 한 쌍의 홀 사이에 용접 부위가 위치하는
    패키지.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 한 쌍의 홀은 상기 용접 부위를 갖는 한 쌍의 슬롯을 포함하고, 상기 용접 부위는 상기 한 쌍의 슬롯 사이의 스트립인
    패키지.
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 패키지를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    제2 광 소자의 광 축이 제1 광 소자에 대략적으로 광학적 정렬되도록, 상기 제1 광 소자가 부착된 기판 상에 위치가 정해지는, 하나 이상의 고정공이 있는 다수의 레그를 갖는 플렉셔에 압력을 가하는 단계;
    상기 플렉셔의 제1 끝단에서 다수의 제1 레그를 상기 기판에 결합시키는 단계;
    상기 제2 광 소자와 상기 제1 광 소자 사이의 광학적 정렬을 조정하기 위해 상기 플렉셔를 이동시키는 단계; 및
    상기 플렉셔의 제2 위치에서 다수의 제2 레그를 상기 기판에 결합시키는 단계
    를 포함하고,
    여기서, 상기 다수의 제1 및 제2 레그 중 적어도 하나를 상기 기판에 결합시키는 단계는 상기 고정공에서 이루어지는
    방법.
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 제48항에 있어서,
    상기 다수의 제1 또는 제2 레그 중 적어도 하나를 결합시키는 단계는 상기 다수의 레그 중 적어도 하나를 각 레그 내의 상기 하나 이상의 고정공에서 상기 기판에 용접하는 단계를 포함하는
    방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 고정공은 슬롯을 포함하는
    방법.
  56. 제48항에 있어서,
    상기 다수의 제1 또는 제2 레그 중 적어도 하나를 결합시키는 단계는 상기 다수의 레그 중 적어도 하나를 각 레그 내의 한 쌍의 고정공 사이의 상기 기판에 용접하는 단계를 포함하는
    방법.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 한 쌍의 고정공은 한 쌍의 슬롯을 포함하는
    방법.
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
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  62. 삭제
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