KR100491377B1 - 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법에 관한 것이다.

본 발명의 광통신용 부품 패키징은 콜리메이터, 외부하우징, 필터, 에폭시, 필터홀더를 포함하여 이루어진 광통신용 부품 패키징에 있어서, 상기 필터와 콜리메이터를 정렬하기 위한 구면체 필터홀더; 상기 구면체 필터홀더에 틸트를 주기 위한 진공 지그; 상기 구면체 필터홀더를 구동하기 위한 6축(X, Y, Z, Tx, Ty, Tz)의 정렬 모터 및 상기 구면체 필터홀더를 고정하고 정렬하기 위한 외부하우징으로 구성된 광통신용 부품 패키징으로 구성됨에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법은 접합면의 비대칭 구조를 구면체 필터홀더를 적용하여 제거함으로써 접합시 비대칭 구조에 따른 열변형 틀어짐에 의한 손실 변화와 온도 특성 평가에 따른 손실 변화를 최소화 할 수 있으며, 틸트(Tilt) 정렬에서 접합면 이종재료간의 갭(Gap)이 상이하여 적용이 불가능한 레이저 웰딩(Laser Welding)을 본 발명에서는 적용할 수 있고 상기 방법을 적용시 접합 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하는 장점이 있고, 생산성 증대와 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

광통신용 부품 패키징 및 제작 방법{Optical device and method for packaging and manufacturing it}

본 발명은 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 이심 콜리메이터, 구면체 필터홀더, 필터홀더 고정지그, 실링지그, 필터, 에폭시, 솔더, 그리고 외부하우징으로 이루어진 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법에 관한 것이다.

종래의 광통신용 필터 부품 제작에 대한 하나의 구조도를 도 1(가)에 나타내었다. 제작 방법은 다음과 같다. 즉, 그린렌즈와 단심 피그테일을 조합한 콜리메이터(101)를 제작하고 이를 필터(105)와 정렬하여 최소 손실이 되도록 하였다. 필터홀더(104)를 제작하여 필터를 접합하였으며 필터가 접합된 이심 콜리메이터와 단심 콜리메이터를 정렬후 위치를 고정하기 위해 콜리메이터 외곽의 금속홀더와 외부하우징(103)에 솔더링을 하였다. 콜리메이터의 그린렌즈와 파이버 피그테일을 에폭시를 사용하여 글래스 튜브와 접합 후 글래스 튜브 외곽에 메탈 튜브를 끼우고 열경화형 에폭시로 접합하였다. 또한, 필터 홀더(104)와 필터(105)와의 조립을 위해 열경화형 에폭시(106)를 적용하였다. 필터가 접합된 이심 콜리메이터와 단심 콜리메이터를 정렬하고 솔더링을 하여 고정하였다. 콜리메이터와 필터의 에폭시 경화를 위해 챔버를 사용하였다. 솔더링 및 열경화가 끝난 제품에 대한 광 특성을 검사하고 패키징을 마친다.

종래 기술에 의한 또 다른 예를 도 1(나)에 나타내었다. 정렬방법은 도 1(가)의 예와 유사하나, 필터(105)와 그린렌즈(110)를 도 1(나)와 같이 위치시킨 후 에폭시(106)로 접합하여 위치를 고정시킨다.

그러나, 도 1(가)의 종래기술은 최적 정렬시 틸트 정렬이 필수적이며 이에 따라 필터홀더(104)와 필터(105) 그리고 콜리메이터(101, 102)와 외부하우징(103) 사이에 비대칭적인 구조가 형성된다. 비대칭적인 구조하에 에폭시 또는 솔더가 투입된 경우 온도의 변화와 장기적인 신뢰성 테스트를 진행시 불량 발생률이 증가하게 되며, 최적 정렬 후 위치 고정을 위해 솔더를 주입하여 고정할 경우 비대칭 구조를 갖고 있는 제품의 경우 열변형에 따른 광 특성 손실이 커지는 단점과 가열시간이 길어질 경우 솔더링시 발생하는 220~250°의 고온이 전체부품에 전달되어 열팽창계수에 따른 열변형이 발생하게 된다. 고온에서 발생한 열변형은 솔더링이 완료된 후 냉각될 때 수축을 하게 되며, 이로 인해 최적 정렬 상태가 변하게 된다.

또한, 에폭시를 적용하여 콜리메이터를 외부하우징과 고정시 강도 및 열변형에 취약하므로 신뢰성에 큰 문제점이 있었다.

도 1(나)의 종래기술은 일반적으로 에폭시의 열팽창 계수는 솔더에 비해 2배 이상의 큰 값을 갖고 있고 필터와 그린렌즈를 에폭시로 직접 접합하므로 온도에 따른 신뢰성에 큰 문제점이 있었다.

또 다른 종래기술에서의 문제점은 에폭시 및 솔더의 복합적인 적용으로 인해 공정이 연결되지 못하는 단점이 있어 공정 라인 세팅시 연속적인 작업이 불가능하다.

광부품 패키징의 공정 컨트롤의 어려움 중 하나는 광파이버를 처리하는 방법이 어렵기 때문이다. 광부품 패키징시 최적 정렬위치를 찾기 위해 광 손실 측정이 필수적이며, 이를 위해 광파이버 절단, 세척, 접속 및 기타 복잡한 처리를 필요로 한다. 부품의 생산력과 불량률을 줄이기 위해서는 연속적인 작업이 가능하도록 공정을 개선하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 틸트를 적용한 정렬이 주가 되는 경우 접합부위의 비대칭성에 의한 접합과정에서의 정렬 틀어짐과 제품 제작 후 온도 변화 환경 시험시 열변형에 의한 틀어짐으로 인해 제품의 불량 발생이 높아져, 틸트에 민감한 광통신 부품 제작시 접합부위의 비대칭성을 제거함으로 인해 접합시 틀어짐에 의한 손실과 온도 특성 평가에 따른 손실 변화를 최소화 되도록 하는 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 콜리메이터, 외부하우징, 필터, 에폭시, 필터홀더를 포함하여 이루어진 광통신용 부품 패키징에 있어서, 상기 필터와 콜리메이터를 정렬하기 위한 구면체 필터홀더; 상기 구면체 필터홀더에 틸트를 주기 위한 진공 지그; 상기 구면체 필터홀더를 구동하기 위한 6축(X, Y, Z, Tx, Ty, Tz)의 정렬 모터 및 상기 구면체 필터홀더를 고정하고 정렬하기 위한 외부하우징으로 구성된 광통신용 부품 패키징에 의해 달성된다.본 발명의 또 다른 목적은 6축의 정렬 모터로 구동되는 구면체 필터홀더와 4축의 정렬 모터로 구동되는 이심 콜리메이터를 정렬하기 위해 외부하우징을 SUS304로 가공하는 단계; 구면체 필터홀더를 정렬한 후 고정하기 위해 필터홀더 고정지그를 삽입하고, 외부하우징 상부를 덮어 상기 외부하우징 상부와 필터홀더 고정지그를 솔더링하는 단계; 외부하우징 상부의 실링을 위해 실링지그를 삽입하고 솔더링하는 단계 및 이심 콜리메이터와 필터를 통과한 빛과 단심 콜리메이터를 최적 정렬하기 위해 단심 콜리메이터를 센터로부터 일정간격 떨어진 곳에 파이버가 관통하도록하고 정렬이 완료된 후 솔더를 사용하여 단심 콜리메이터와 외부 하우징을 접합하는 단계로 이루어진 광통신용 부품 패키징 제작 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 광통신용 필터 부품 패키징 개략도이다. 도 2와 같이 본 발명의 구성은 이심 콜리메이터(201, 202), 구면체 필터홀더(206), 필터홀더 고정지그(210), 실링지그(211), 필터(209), 에폭시, 솔더(203), 그리고 외부하우징(204)으로 되어 있으며, 본 발명의 제작기술은 구면체 필터홀더와 이를 고정하고 정렬하기 위한 외부하우징을 적용하여 솔더링을 적용시 비대칭적인 구조를 제거하여 고 신뢰성을 갖는 광필터 부품을 제작함에 있다.

다음, 도 3은 구면체 필터홀더를 적용한 광부품 제작 공정에 대한 개략도이다. 도 3과 같이 필터홀더와 이심 콜리메이터를 정렬하기 위한 개략도는 도 3(가)와 같다. 구면체 필터홀더를 적용하여 필터를 콜리메이터와 정렬하기 위해 외부하우징을 SUS304(스테인레스강)로 가공하여 제작하였다. 콜리메이터를 삽입할 홀을 양쪽으로 그림과 같이 가공하였으며 필터홀더를 안착하기 위해 구면체 바닥을 도 3(가)와 같이 외부하우징에 가공하였다. 외부하우징은 콜리메이터를 삽입 후 솔더링을 위해 Au 도금 처리를 하였다.

구면체 필터홀더에 틸트를 주기 위해 진공 지그(214)를 제작하였으며 이를 구동하기 위해 6축 정렬 모터(X, Y, Z, Tx, Ty, Tz)를 사용하였다. 4축(X, Y, Z, Tz)은 필터와 콜리메이터의 최적 정렬을 위해 사용하였다. 이심 콜리메이터의 한쪽 파이버에 빛을 통과시키고 반대쪽 파이버에 수광되는 빛의 양을 감지하여 최대 파워를 갖는 정렬 위치를 찾도록 하였다.

이때 도 3(가)에서 표시한 지지대(213)는 구면체 필터홀더의 회전반경을 구속하기 위한 지그이다.

구면체 필터홀더를 정렬한 후 위치를 고정하기 위해 외부하우징 상부를 도 3(나)와 같이 제작하였다. 필터 정렬을 완료 후 필터홀더 고정지그(210)를 삽입한 후 외부하우징 상부(212)를 덮고 외부하우징 상부(401)와 필터홀더 고정지그(210)를 솔더링하여 접합하였다. 그리고, 외부하우징 상부와 하부는 솔더링으로 접합하였다.

외부하우징의 실링을 위해 도 3(다)와 같이 실링지그(211)를 삽입하고 솔더링을 하여 밀봉하였다. 도 3(나)의 작업을 종료 후 지지대(213)를 제거하고 실링지그(211)를 삽입하여 솔더링으로 접합을 완료하였다.

이심 콜리메이터와 필터를 통과한 빛과 단심 콜리메이터를 최적 정렬하기 위해 도면 3(라)와 같이 제작하였다. 단심 콜리메이터를 제작시 이심 콜리메이터와 같이 센터로부터 일정 간격 떨어진 곳에 파이버가 관통하도록 하였다. 단심 콜리메이터를 이와 같이 제작함으로써 이심 콜리메이터에서 나오는 빛의 각도와 단심 콜리메이터로 입사되는 빛의 각도가 동일하므로 단심 콜리메이터를 정렬시 틸트 정렬이 필요 없게 된다. 단심 콜리메이터(208)를 도면과 같이 Z축 정렬과 R축 정렬하여 최적 정렬위치를 정하였으며 정렬이 완료된 후 솔더(203)를 사용하여 단심 콜리메이터(208)와 외부하우징을 접합하였다. 이심 콜리메이터를 접합하기 위한 외부하우징 가공홀과 단심 콜리메이터를 접합하기 위한 외부하우징 가공홀의 센터 중심은 도 2의 마지막 도와 같이 일정간격 떨어져 있다. 이는 빛이 필터를 경유할 때 센터로부터 일정간격 아래로 벌어지게 되기 때문이며 이를 도 4의 광경로 분석으로 설명할 수 있다.

YiYun Wang등의 "Manufacturing and testing consideration of various DWDM components"를 참조하면 θ2는 -1.883645도, r2는 -0.034997mm, r4는 -0.075351mm임을 알 수 있다. (피그테일과 렌즈의 틈이 0.012mm, 렌즈와 필터의 틈이 0.005mm, 입사빛의 파장이 1533.77nm, 피그테일과 렌즈의 각이 8도, 파이버의 굴절률이 1.46, 그리고 그린렌즈의 중심에서의 굴절률이 1.590260222인 경우) 이를 참조하여 광경로를 계산하면 단심 콜리메이터의 정렬을 위해서는 센터가 0.2 ~ 0.25 mm 옵셋(Offset) 되어야 함을 알 수 있다. 외부하우징의 홀 가공시 이를 적용하여 옵셋을 주어 콜리메이터 삽입 홀을 가공하였다.

(다른 실시예)

구면체 필터 홀더를 적용한 또 다른 예는 도 5와 같다. 상기에서 서술한 바와 같이 구면체 필터홀더를 적용시, 이종 재료간의 접합면의 비대칭 구조를 최소화 할 수 있다. 이러한 특징을 적용하면 외부하우징(204)과 단심 콜리메이터(207)를 각각 이심 과 단심 콜리메이터에 도 5와 같은 외부하우징을 위치시키고 필터와 틸트 정렬을 하고 이심과 단심 콜리메이터를 회전 및 Z축 정렬을 하여 손실을 최소화할 수 있다. 최적 정렬을 마친 후 3-point Laser Welder를 적용하여 웰딩(215)을 하고 콜리메이터를 재정렬 후 솔더링으로 접합하여 패키징을 하는 방법이다.

따라서, 본 발명의 광통신용 부품 패키징 및 제작 방법은 접합면의 비대칭 구조를 구면체 필터홀더를 적용하여 제거함으로써 접합시 비대칭 구조에 따른 열변형 틀어짐에 의한 손실 변화와 온도 특성 평가에 따른 손실 변화를 최소화 할 수 있으며, 틸트 정렬에서 접합면 이종재료간의 갭이 상이하여 적용이 불가능한 레이저 웰딩을 본 발명에서는 적용할 수 있고 상기 방법을 적용시 접합 공정을 단순화하고 연속적인 작업이 가능하도록 하는 장점이 있고, 생산성 증대와 가격 경쟁력 및 품질의 균일성을 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1의 (가)와 (나)는 종래기술의 광통신용 필터 부품 패키징 개략도를 도시한 것으로,

(가)는 3개 포트를 갖는 광통신용 필터 부품 패키징의 구조도이고,

(나)는 낮은 백-리플렉션(Back-Reflection) 파장분할 멀티플렉서의

구조도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광통신용 필터 부품 패키징 개략도이다.

도 3의 (가), (나), (다) 및 (라)는 본 발명에 따른 광통신용 필터 부품 패키징 방법의 개략도를 도시한 것으로,

(가)는 필터홀더와 이심 콜리메이터를 정렬하기 위한 개략도이고,

(나)는 외부하우징 상부의 개략도이고,

(다)는 외부하우징의 실링을 삽입한 개략도이며,

(라)는 이심 콜리메이터와 필터를 통과한 빛과 싱글 콜리메이터를 최적 정렬하기 위한 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 패키징시 광경로 및 정렬 민감도이다.

도 5는 본 발명에 따른 패키징의 다른 실시 예의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201, 202 : 이심콜리메이터 203 : 솔더

204 : 외부하우징 205 : 외부하우징 하부

206 : 구면체 필터홀더 207,208 : 단심콜리메이터

209 : 필터 210 : 필터홀더 고정지그

211 : 실링지그 212 : 외부하우징 상부

213 : 지지대 214 : 진공 지그

215 : 웰딩

Claims (5)

1. 콜리메이터, 외부하우징, 필터, 에폭시, 필터홀더를 포함하여 이루어진 광통신용 부품 패키징에 있어서,

   상기 필터와 콜리메이터를 정렬하기 위한 구면체 필터홀더;

   상기 구면체 필터홀더에 틸트를 주기 위한 진공 지그;

   상기 구면체 필터홀더를 구동하기 위한 6축(X, Y, Z, Tx, Ty, Tz)의 정렬 모터; 및

   상기 구면체 필터홀더를 고정하고 정렬하기 위한 외부하우징

   을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광통신용 부품 패키징.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정렬 모터의 4축(X, Y, Z, Tz)은 필터와 콜리메이터의 정렬시 사용하는 것을 특징으로 하는 광통신용 부품 패키징.
3. 6축의 정렬 모터로 구동되는 구면체 필터홀더와 4축의 정렬 모터로 구동되는 이심 콜리메이터를 정렬하기 위해 외부하우징을 SUS304로 가공하는 단계;

   구면체 필터홀더를 정렬한 후 고정하기 위해 필터홀더 고정지그를 삽입하고, 외부하우징 상부를 덮어 상기 외부하우징 상부와 필터홀더 고정지그를 솔더링하는 단계;

   외부하우징 상부의 실링을 위해 실링지그를 삽입하고 솔더링하는 단계; 및

   이심 콜리메이터와 필터를 통과한 빛과 단심 콜리메이터를 최적 정렬하기 위해 단심 콜리메이터를 센터로부터 일정간격 떨어진 곳에 파이버가 관통하도록 하고 정렬이 완료된 후 솔더를 사용하여 단심 콜리메이터와 외부 하우징을 접합하는 단계

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 광통신용 부품 패키징 제작 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 단심 콜리메이터는 이심 콜리메이터에서 나오는 빛의 각도와 단심 콜리메이터로 입사되는 빛의 각도가 동일한 것을 특징으로 하는 광통신용 부품 패키징 제작 방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 구면체 필터홀더는 최적 정렬을 마친 후 3-point Laser Welder를 이용하여 웰딩을 하는 것을 특징으로 하는 광통신용 부품 패키징 제작 방법.