KR100894152B1 - 평판광회로 기반 광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

평판광회로 기반 광소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 광소자는 평판광회로, 주 기판 및 연결 기판을 포함한다. 평판광회로에는 광섬유에 연결되는 광도파로가 상부에 형성되어 있고, 광도파로 상에 능동소자가 형성되어 있다. 주 기판은 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점을 제공한다. 연결 기판은 내부에 다수의 비아를 형성하고, 다수의 비아와 솔더볼 또는 범프를 사용하여 평판광회로의 전기 패드와 주 기판의 연결점 사이를 전기적으로 연결한다. 본 발명에 따르면, 평판광회로 위에 형성된 와이어 본딩을 없앨 수 있으므로 와이어 본더와 같은 고가의 장비와 숙력된 인력이 필요하지 않으며, 또한 와이어 본딩에 따른 와이어 취급의 어려움이 해결되므로, 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
Figure R1020070025845
와이어본딩, 평판광회로, 광도파로, 범프, 솔더링

Description

평판광회로 기반 광소자 및 그 제조 방법 {OPTICAL DEVICE BASED PLANAR LIGHT WAVEGUIDE CIRCUIT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1a는 종래 기술에 따른 와이어 본딩에 의한 평판광회로 내에서의 전기적 연결 구조에 대한 예시도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 와이어 본딩에 의한 평판광회로와 기판 사이의 전기적 연결 구조에 대한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 연결 기판에 비아를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 비아의 각 상부 표면에 도체 패드를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 도체 패드 상에 솔더볼 또는 범프를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 주 기판에 솔더볼 또는 범프를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로에 연결 기판 을 연결하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자 형성 과정에서, 연결 기판에 주 기판을 연결하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명은 평판광회로(Planar Light Waveguide Cricuit:PLC) 기반 광소자에 관한 것으로, 특히 광도파로를 기반으로 하는 평판광회로 기반 광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 광 신호의 분기, 변조, 스위칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 반도체 기판상에 광신호 전송 매체가 되는 코아층과, 클래드 층을 적층함으로써, 광소자를 집적화시키는 평판광회로에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 평판광회로로 제조되는 광통신 소자 또는 반도체 전기 소자를 구동시키기 위한 구동 전원 및 신호 입/출력을 위한 전기적 연결은 와이어 본딩 또는 웨지 본딩 기술을 이용하여 수행되고 있다.
따라서, 이러한 전기적 연결을 위해서는 와이어 본딩을 수행하는 와이어 본 더 및 웨지 본딩을 수행하는 웨지 본더라는 고가의 장비가 필요하고, 또한 고도로 숙련된 작업자가 필요하게 된다. 또한, 소자들 위에 또는 기판과 소자들 사이에 연결된 와이어들의 두께가 수 mil(1/10 inch) 이하로 얇기 때문에 전공정이 자동화되지 않는다면 공정 작업시 매우 조심스러운 작업이 이루어져야 한다. 그리고 좀더 다양한 응용에 있어서도 와이어때문에 사용에 제약 조건이 발생할 수 있다.
현재 모든 전자 소자를 포함한 광소자도 크기는 작아지나 성능은 높아지는 쪽으로 발전하고 있다. 그러나, 특히 본 발명에서 다루고자 하는 광소자의 경우, 능동 광소자를 제작함에 있어서 일반적으로 티오 캔(TO CAN) 기술을 이용한 구현이 이루어지고 있다. 이러한 티오 캔 기술은 능동 소자의 출현 이래로 많이 사용되어 안정된 기술과 안정된 특성을 유지하고 있다. 그러나, 티오 캔 내부에서 와이어 본딩이 이루어지지만, 그 크기가 작아지는데 한계가 있고, 또한 패키징을 위하여 많은 광학 부품들을 필요로 하고 있어 제품 단가를 낮추는 데도 한계가 있으며, 그 성능을 뛰어넘어 새로운 제품으로의 다양한 응용은 어려운 상황이다.
이하, 도 1a와 도 1b를 참조하여, 종래 기술에 따른 와이어 본딩에 의한 평판광회로 내에서의 전기적 연결 구조의 예를 설명한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 와이어 본딩에 의한 평판광회로 내에서의 전기적 연결 구조에 대한 예시도이며, 도 1b는 종래 기술에 따른 와이어 본딩에 의한 평판광회로와 기판 사이의 전기적 연결 구조에 대한 예시도이다.
도 1a를 참조하면, 평면 기판(14) 상에 광도파로(20)가 형성된 평판광회로(1) 상에 집적된 포토 다이오드(Photo Diode, 이하 "PD"라고 함)(13)의 표면에 형성된 전기 패드(12)나 레이저 다이오드(Laser Diode, 이하 "LD"라고 함)(15)의 표면에 형성된 전기 패드(16)로부터 평판광회로(1) 표면의 전기 패드(10L, 10R)로 와이어(11)가 연결되어 서로 전기적으로 연결된 형태를 이루고 있다.
도 1b를 참조하면, 평판광회로(1) 표면의 전기 패드(10L, 10R)로부터 주 기판(17)의 전기 패드(18L, 18R)로 와이어(21)가 연결되어 서로 전기적으로 연결된 형태를 이루고 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 와이어(11, 21)를 통한 전기 패드들의 연결을 수행하는 와이어 본딩 공정은 평판광회로(1)에 연결되는 광섬유(19)로 인하여 매우 불편하다는 문제점이 있다. 또한, 광섬유(19) 때문에 공정의 순서를 달리하여 작업하는 것에도 한계가 있다. 더욱이 도 1b의 작업 후에 케이스 작업을 하던지 아니면 광소자 작업 후 광소자만을 케이스 작업을 진행하는데, 와이어(11, 21)의 단락을 방지하기 위하여 필요 이상으로 케이스의 높이와 폭을 넓게 제작하여야 한다는 문제가 발생한다.
평판광회로가 티오 캔 기반의 광소자에 비해 크기면에서 좀더 작게 제작할 수 있다는 장점을 가지지만 이것 역시 그 크기를 원하는 만큼 또한 안정된 패키징 공정으로 제작할 수 없다는 문제가 발생한다. 또한 종래의 와이어 본딩으로 제작된 평판광회로는 케이스 또는 몰드를 사용하여 소자 위를 덮어야만 한다는 단점을 가지고 있어 일반 PCB(Printed Circuit Board) 기반 제품들과의 응용에 있어서 크기를 줄이는 것에 한계를 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 광소자 제조 공정의 불편함을 제거하고, 일반적인 PCB 기술을 사용하여 쉽게 제작이 가능하며, 생산 단가 또한 낮출 수 있는 평판광회로 기반 광소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 하나의 특징에 따른 광소자는,
광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자로서,
상기 광섬유에 연결되는 광도파로가 상부에 형성되어 있고, 상기 광도파로 상에 능동소자가 형성되어 있는 평판광회로; 상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점을 제공하는 주 기판; 및 내부에 다수의 비아를 형성하고, 상기 다수의 비아와 솔더볼 또는 범프를 사용하여 상기 평판광회로의 전기 패드와 상기 주 기판의 연결점 사이를 전기적으로 연결하는 연결 기판을 포함한다.
여기서, 상기 연결 기판에 형성된 다수의 비아의 하부 표면에는 각각 도체 패턴이 형성되어 있고, 솔더볼 또는 범프를 통해 상기 각 도체 패턴의 하부 표면이 상기 평판광회로의 전기 패드에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 광소자는,
광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자로서,
상기 광섬유에 연결되는 광도파로가 상부에 형성되어 있고, 상기 광도파로 상에 능동소자가 형성되어 있는 평판광회로; 및 상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점을 제공하는 주 기판을 포함하고, 솔더볼 또는 범프를 사용하여 상기 평판광회로의 전기 패드와 상기 주 기판의 연결점 사이를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 광소자 제조 방법은,
광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자를 제조하는 방법으로서,
a) 상기 광섬유에 연결되는 광도파로를 상부에 형성하고, 상기 광도파로 상에 능동소자를 형성하여 평판광회로－여기서 평판광회로 상에는 전기 패드가 형성되어 있음－를 형성하는 단계; b) 내부에 다수의 비아가 형성된 연결 기판을 형성하는 단계; c) 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 사용하여 상기 연결 기판의 다수의 비아의 하부면과 상기 평판광회로의 전기 패드를 각각 전기적으로 연결하는 단계; 및 d) 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 사용하여, 상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점과 상기 연결 기판의 다수의 비아의 상부면을 각각 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 광소자 제조 방법은,
광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자를 제조하는 방법으로서,
a) 상기 광섬유에 연결되는 광도파로를 상부에 형성하고, 상기 광도파로 상에 능동소자를 형성하여 평판광회로－여기서 평판광회로 상에는 전기 패드가 형성되어 있음－를 형성하는 단계; 및 b) 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 사용하여, 상기 평판광회로의 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점과 상기 평판광회로의 전기 패드를 각각 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 평판광회로 기반의 광소자는 평면 기판(101) 상에 광도파로(102)가 형성된 평판광회로(100)와, 평판광회로(100) 상에 집적된 PD(103) 및 LD(105)의 각 표면에 형성된 전기 패드(104, 106)와 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(107, 108)를 주 기판(200)의 하부 표면에 연결시키는 연결 기판(300)으로 이루어진다. 이 때, 평판광회로(100)의 광도파로(102)에는 광섬유(109)가 연결된다.
여기서, 연결 기판(300)은 평판광회로(100)의 전기 패드(104, 106, 107, 108)와 주 기판(200)의 하부 표면을 연결하기 위해, 내부에 연결 기판(200)의 상부 표면과 하부 표면을 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 비아(301, 302, 303, 304)가 물리적으로 형성되어 있고, 비아(301, 302, 303, 304) 각각의 하부 표면에는 전기 패드들간의 연결 거리를 조절하기 위한 도체 패드(305, 306, 307, 308)가 각각 형성되어 있다. 이 때, 연결 기판(300) 및 주 기판(200)은 경성 또는 연성 PCB일 수 있다. 이러한 기판으로는 일반적으로 많이 사용되는 것으로, 신뢰성이 확보된 PCB인 경우에는 사용이 가능하다. 또한, 각 비아(301, 302, 303, 304)의 내부는 도체가 증착 또는 도금 처리되어 전기적인 연결이 가능하도록 한다. 또한, 도체 패드(305, 306, 307, 308)의 높이는 평판광회로(100) 상에 집적된 PD(103), LD(105) 등의 능동 소자의 높이에 따라 결정된다. 이러한 도체 패드(305, 306, 307, 308)는 표면실장 기술 또는 기판을 제작할 때 일괄 공정으로 스크린 프린팅 방법 등을 이용하여 제작될 수 있다.
한편, 연결 기판(300)의 하부 표면에 형성된 도체 패드(305, 306, 307, 308)와 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)는 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)에 의해 전기적으로 연결된다. 또한, 연결 기판(300)의 비아(301, 302, 303, 304) 각각의 상부 표면과 주 기판(200)의 하부 표면은 솔더볼 또는 범프(201, 202, 203, 204)에 의해 전기적으로 연결된다. 이 때, 도체 패드(305, 306, 307, 308)의 크기는 솔더볼에 의한 솔더링 공정 또는 범프에 의한 다이 본딩 공정 중에 인접 패드 위의 솔더 등의 침투로부터 영향을 줄이기 위해 도체 패드간의 인접 거리가 고려되어야 하며, 도체 패드 위의 용융된 솔더가 다른 곳으로 퍼지지 않도록 도체 패드 위는 공정 중에 이물질이 없이 깨끗하도록 유지되어야 한다.
또한, 솔더볼 또는 범프(201, 202, 203, 204)가 형성되는 주 기판(200)의 하부 표면에는 평판광회로(100)의 전기 패드(104, 106, 107, 108)에 구동 전원 또는 입/출력 신호를 연결하는 전극 또는 전기 패드(도시되지 않음)가 구비되어 있다.
한편, 연결 기판(300)과 평판광회로(100)를 연결할 때, 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)의 높이 조절이 가능하다면, 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 사용하지 않고, 바로 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)를 이용하여 연결 기판(300)의 비아(301, 302, 303, 304)의 하부 표면과 평판광회로(100)의 전기 패드(104, 106, 107, 108)를 직접 연결하여도 좋다.
상기한 평판광회로(100) 상의 전기 패드(104, 106, 107, 108)와 주 기판(200)간의 전기적 연결 경로는 다음과 같다.
평판광회로(100) 상의 전기 패드(107)는 솔더볼 또는 범프(311), 도체 패드(305), 연결 기판(300)의 비아(301) 및 솔더볼 또는 범프(201)를 통해 주 기판(200)에 연결된다.
평판광회로(100)의 PD(103) 상에 형성된 전기 패드(104)는 솔더볼 또는 범프(312), 도체 패드(306), 연결 기판(300)의 비아(302) 및 솔더볼 또는 범프(202)를 통해 주 기판(200)에 연결된다.
평판광회로(100)의 LD(105) 상에 형성된 전기 패드(106)는 솔더볼 또는 범 프(313), 도체 패드(307), 연결 기판(300)의 비아(303) 및 솔더볼 또는 범프(203)를 통해 주 기판(200)에 연결된다.
평판광회로(100) 상의 전기 패드(108)는 솔더볼 또는 범프(314), 도체 패드(308), 연결 기판(300)의 비아(304) 및 솔더볼 또는 범프(204)를 통해 주 기판(200)에 연결된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 연결 기판을 형성하는 과정을 도시한 도면으로, 도 3a는 연결 기판(300)에 비아(301, 302, 303, 304)를 형성하는 과정을 도시한 도면이고, 도 3b는 비아(301, 302, 303, 304)의 각 상부 표면에 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 형성하는 과정을 도시한 도면이며, 도 3c는 도체 패드(305, 306, 307, 308) 상에 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 평판광회로(100)와 주 기판(200)을 연결하기 위해 연결 기판(300)의 상부 표면과 하부 표면을 관통하는 비아 홀을 형성한 후, 그 내부를 도체 증착 또는 도금을 하여 비아(301, 302, 303, 304)를 형성한다. 이 때, 비아(301)는 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(107)의 위치에 대응되고, 비아(302)는 평판광회로(100)의 PD(103) 상에 형성된 전기 패드(104)의 위치에 대응되며, 비아(303)는 평판광회로(100)의 LD(105) 상에 형성된 전기 패드(106)의 위치에 대응되고, 비아(304)는 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(108)의 위치에 대응되도록 형성되어야 한다. 상기한 비아 홀 및 도체 증착 또는 도금 방법은 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법들에 의해 수행되므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
다음, 도 3b를 참조하면, 도 3a에서 형성된 연결 기판(300)의 비아(301, 302, 303, 304)의 상부 표면 각각에 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 형성한다. 이 때, 도체 패드(305)는 비아(301)의 상부 표면에 형성되고, 도체 패드(306)는 비아(302)의 상부 표면에 형성되며, 도체 패드(307)는 비아(303)의 상부 표면에 형성되고, 도체 패드(308)는 비아(304)의 상부 표면에 형성된다. 이러한 도체 패드(305, 306, 307, 308)도 통상적으로 사용되는 방법을 통해 형성되며, 예컨대 표면 실장 기술 또는 스크린 프린팅 방법 등으로 형성될 수 있다. 여기서, 도체 패드(305, 306, 307, 308)의 높이는 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)를 통해 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 평판광회로(100)의 전기 패드(104, 106, 107, 108)에 각각 연결하였을 때 틈이 없이 서로 밀착할 수 있도록 결정된다. 즉, 평판광회로(100)에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108) 중 PD(103)와 LD(105) 상에 형성된 전기 패드(104, 106)의 높이가 평판광회로(100) 상에 직접 형성된 전기 패드(107, 108)의 높이보다 높기 때문에 전기 패드(107, 108)에 대응되는 도체 패드(305, 308)의 높이가 전기 패드(104, 106)에 대응되는 도체 패드(306, 307)의 높이보다 높게 형성된다.
다음, 도 3c를 참조하면, 도 3b에서 형성된 연결 기판(300)의 도체 패드(305, 306, 307, 308)의 표면 각각에 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)를 형성한다. 이 때, 솔더볼 또는 범프(311)는 도체 패드(305)의 표면에 형성되고, 솔더볼 또는 범프(312)는 도체 패드(306)의 표면에 형성되며, 솔더볼 또는 범프(313)는 도체 패드(307)의 표면에 형성되고, 솔더볼 또는 범프(314)는 도체 패드(308)의 표면에 형성된다. 여기서, 솔더볼은 솔더링 공정을 위한 것이고, 범프는 다이 본딩 공정을 위한 것으로, 표면 실장 기술 또는 도금 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 이외의 통상적인 방법을 사용하여 솔더볼 또는 범프를 형성할 수도 있다. 또한, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 솔더볼 또는 범프 대신에 Au(Ag, Ni 등)의 스터드 범프(stud bump) 등으로 대체될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에서 주 기판에 솔더볼 또는 범프를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 주 기판(200)의 상부 표면에 솔더볼 또는 범프(201, 202, 203, 204)를 형성한다. 이 때, 솔더볼 또는 범프(201)는 연결 기판(300)의 비아(301)의 위치에 대응되도록 형성되고, 솔더볼 또는 범프(202)는 연결 기판(300)의 비아(302)의 위치에 대응되도록 형성되며, 솔더볼 또는 범프(203)는 연결 기판(300)의 비아(303)의 위치에 대응되도록 형성되고, 솔더볼 또는 범프(204)는 연결 기판(300)의 비아(304)의 위치에 대응되도록 형성된다. 또한, 솔더볼은 솔더링 공정을 위한 것이고, 범프는 다이 본딩 공정을 위한 것으로, 표면 실장 기술 또는 도금 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 이외의 통상적인 방법을 사용하여 솔더볼 또는 범프를 형성할 수도 있다. 또한, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 솔더볼 또는 범프 대신에 Au(Ag, Ni 등)의 스터드 범프(stud bump) 등으로 대체될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자를 형성하는 과정을 도시한 도면으로, 도 5a는 평판광회로에 연결 기판을 연결하는 과정을 도시한 도면이고, 도 5b는 연결 기판에 주 기판을 연결하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 도 3c의 과정을 통해 제조된 연결 기판(300)을 평판광회로(100)의 상부에 위치시킨 후, 연결 기판(300)에 형성된 도체 패드(305, 306, 307, 308)가 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108) 위에 위치하도록 위치를 정렬시킨다. 이 때, 연결 기판(300) 상에 형성된 도체 패드(305)는 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(107)의 위치와 일치하도록 정렬되고, 도체 패드(306)는 전기 패드(104)의 위치와 일치하도록 정렬되며, 도체 패드(307)는 전기 패드(106)의 위치와 일치하도록 정렬되고, 도체 패드(308)는 전기 패드(108)의 위치와 일치하도록 정렬된다.
그 후, 연결 기판(300)의 도체 패드(305, 306, 307, 308)에 각각 형성된 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)가 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)의 표면에 각각 위치하도록 정렬한 후, 솔더링 또는 다이 본딩 공정을 통해 연결 기판(300)의 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)에 각각 연결하여 고정시킨다. 이 때, 필요한 경우, 솔더링 공정이나 본딩 공정 중에 연결 기판(300)에 하향하는 압력을 가하여 연결 기판(300)을 평판광회로(100)에 연결 고정시킬 수 있다.
상기한 과정에서, 각 소자들의 위치 정렬 과정과 솔더링 공정 또는 다이 본딩 공정 등을 통한 소자들 간의 연결 고정 등의 기술은 통상적으로 사용되는 방법에 의해 가능하므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략하여도 당업자들에게 쉽게 이해될 것이다.
또한, 솔더링과 같은 방법이 사용되는 경우, 여러 개의 샘플을 한번에 동시에 리플로우(reflow) 방식 등을 이용하여 구현할 수 있다. 이렇게 다량의 샘플을 한번에 작업할 수 있으므로, 생산시간 감소 및 생산비 감소 등의 큰 이점이 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 연결 기판(300)이 외장 케이스 역할을 하므로, 별도의 외장 케이스가 필요하지 않게 되어, 생산 단가가 보다 낮아질 수 있고, 또한 외장 케이스가 필요 없어지므로 두께나 크기면에서 작아져서 크기 때문에 사용할 수 없었던 정보통신 기기로의 응용에 하나의 새로운 대안이 될 수 있다.
다음, 도 5b를 참조하면, 도 4를 통해 제조된 주 기판(200)을 도 5a를 통해 제조된 평판광회로(100) 상에 연결된 연결 기판(300)의 상부에 위치시킨 후, 주 기판(200)에 형성된 솔더볼 또는 범프(201, 202, 203, 204) 각각이 연결 기판(300)에 형성된 비아(301, 302, 303, 304)의 상부 표면 위에 각각 위치하도록 위치를 정렬시킨다. 이 때, 주 기판(200)의 하부 표면에 형성된 솔더볼 또는 범프(201)는 연결 기판(300)에 형성된 비아(301)의 위치와 일치하도록 정렬되고, 솔더볼 또는 범프(202)는 연결 기판(300)에 형성된 비아(302)의 위치와 일치하도록 정렬되며, 솔더볼 또는 범프(203)는 연결 기판(300)에 형성된 비아(303)의 위치와 일치하도록 정렬되고, 솔더볼 또는 범프(204)는 연결 기판(300)에 형성된 비아(304)의 위치와 일치하도록 정렬된다.
그 후, 주 기판(200)의 하부 표면에 형성된 솔더볼 또는 범프(201, 202, 203, 204)가 연결 기판(300)에 형성된 비아(301, 302, 303, 304)의 상부 표면에 닿도록 위치시킨 후, 솔더링 또는 다이 본딩 공정을 통해 주 기판(200)의 하부 표면을 연결 기판(300)에 형성된 비아(301, 302, 303, 304)에 각각 연결하여 고정시킨다. 이 때, 필요한 경우, 솔더링 공정이나 본딩 공정 중에 주 기판(200)에 하향하는 압력을 가하여 주 기판(200)을 연결 기판(300)에 연결 고정시킬 수 있다.
상기한 과정에서, 각 소자들의 위치 정렬 과정과 솔더링 공정 또는 다이 본딩 공정 등을 통한 소자들 간의 연결 고정 등의 기술은 통상적으로 사용되는 방법에 의해 가능하므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략하여도 당업자들에게 쉽게 이해될 것이다.
상기한 과정을 통해, 본 발명의 실시예에서는 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자 제조시, 도체 와이어를 이용하는 대신에 솔더볼 또는 범프를 사용하여 소자 간의 전기적 연결을 이룸으로써, 솔더볼 또는 범프의 크기가 도체 와이어에 비하여 면적이 크다는 이점으로 평판광회로와 주 기판 사이의 부착 강도를 높일 수 있으므로 전기적, 물리적 안정성을 높일 수 있고, 솔더볼 또는 범프의 크기와 평판광회로의 전기 패드의 크기가 크기 때문에 이들을 부착할 때에 공정 마진이 크게 되어 생산성 향상을 가질 수 있으므로, 따라서 낮은 생산단가로 높은 효율을 올릴 수 있다는 장점을 가지게 된다.
한편, 상기에서는 연결 기판(300)과 평판광회로(100)를 연결할 때, 도체 패 드(305, 306, 307, 308)를 사용하여 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)들의 높이의 차이를 보상하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)와 연결 기판(300)에 형성된 비아(301, 302, 303, 304)를 연결하는 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)의 높이를 조절하여 도체 패드(305, 306, 307, 308)를 사용하지 않고, 바로 솔더볼 또는 범프(311, 312, 313, 314)를 이용하여 연결 기판(300)의 비아(301, 302, 303, 304)의 하부 표면과 평판광회로(100)의 전기 패드(104, 106, 107, 108)를 직접 연결할 수도 있다.
또한, 상기에서는 평판광회로(100)와 주 기판(200)을 연결 기판(300)을 사용하여 전기적으로 연결하는 구성에 대해 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결 기판(300)을 사용하지 않고, 주 기판(200)에 높이 조절을 위한 도체 패드(211, 212)를 추가로 형성하여 주 기판(200)을 직접 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)에 연결할 수도 있다. 보다 구체적으로, 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108) 중 높이 조절이 필요한 전기 패드(107, 108)에 대응되는 주 기판(200)의 솔더볼 또는 범프(201, 204) 상에 도체 패드(211, 212)를 각각 형성하고, 그 도체 패드(211, 212) 상에 다시 전기 패드(107, 108)와의 연결을 위한 솔더볼 또는 범프(213, 214)를 형성함으로써, 주 기판(200)이 평판광회로(100) 상에 형성된 전기 패드(104, 106, 107, 108)에 직접 연결될 수 있다. 이러한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하여도 상기에서 도 2 내지 도 5를 사용하여 설명한 내용 을 참조하는 경우 당업자에게 쉽게 이해될 것이다. 이와 같이, 연결 기판(300)을 사용하지 않고, 주 기판(200)과 평판광회로(100)를 직접 연결함으로써, 광소자의 두께가 매우 감소될 수 있다. 또한 사용되는 기판의 수도 줄일 수 있어 생산비 감소로도 이어질 수 있다.
비록, 본 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상기 개시된 실시 예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허 청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.
본 발명에 따르면, 평판광회로의 능동 광소자에 필요한 전원 공급 및 신호 입/출력에 필요한 전기적 연결을 위하여, 와이어 본딩 없이 비아가 형성된 연결 기판을 사용하여 주기판과 평판광회로를 솔더볼을 통한 솔더링 공정 또는 범프를 통한 다이 본딩 공정을 통해 연결함으로써, 전기적 안정성 및 공정에서의 안정성을 높일 수 있으며, 또한 케이스가 필요 없으므로 크기도 줄일 수 있다.
또한, 크기를 줄임으로써 다양한 제품에서의 응용에 가능한 장점을 가지고 좀더 넓은 범위에서의 사용이 가능하고, 와이어 본더와 같은 고가의 장비가 필요하지 않게 되며, 또한 공정상의 작업이 용이해지므로, 고도로 숙련된 작업자가 필요하지 않게 되어 생산비를 낮출 수 있다.

Claims (16)

  1. 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에 있어서,
    상기 광섬유에 연결되는 광도파로가 상부에 형성되어 있고, 상기 광도파로 상에 능동소자가 형성되어 있는 평판광회로;
    상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점을 제공하는 주 기판; 및
    내부에 다수의 비아를 형성하고, 상기 다수의 비아와 솔더볼 또는 범프를 사용하여 상기 평판광회로의 전기 패드와 상기 주 기판의 연결점 사이를 전기적으로 연결하는 연결 기판
    을 포함하는 광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 기판에 형성된 다수의 비아의 하부 표면에 각각 도체 패턴이 형성되어 있고,
    솔더볼 또는 범프를 통해 상기 각 도체 패턴의 하부 표면이 상기 평판광회로의 전기 패드에 각각 전기적으로 연결되는
    것을 특징으로 하는 광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 기판에 형성된 도체 패턴의 높이는 상기 평판광회로의 전기 패드의 높이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 기판에 형성된 다수의 비아는 그 내부가 도체로 증착되거나 도금 처리되어 전기적인 연결이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 광소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 기판 및 주 기판은 경성 또는 연성 PCB(Printed Circuit Board)인 것을 특징으로 하는 광소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    솔더볼 또는 범프를 통해 상기 주 기판의 연결점이 상기 연결 기판에 형성된 다수의 비아의 상부 표면에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    솔더볼 또는 범프를 통해 상기 연결 기판에 형성된 다수의 비아의 하부 표면이 상기 평판광회로의 전기 패드에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  8. 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자에 있어서,
    상기 광섬유에 연결되는 광도파로가 상부에 형성되어 있고, 상기 광도파로 상에 능동소자가 형성되어 있는 평판광회로; 및
    상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점을 제공하는 주 기판
    을 포함하고,
    솔더볼 또는 범프를 사용하여 상기 평판광회로의 전기 패드와 상기 주 기판의 연결점 사이를 전기적으로 연결하는
    것을 특징으로 하는 광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주 기판의 연결점에 각각 제1 솔더볼 또는 제1 범프가 형성되어 있고,
    상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프 중 일부의 솔더볼 또는 범프의 표면에 도체 패턴과 상기 도체 패턴의 표면에 제2 솔더볼 또는 제2 범프가 형성되어 있으며,
    상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프 및 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 통해 상기 주 기판의 연결점이 상기 평판광회로의 전기 패드에 각각 전기적으로 연결되는
    것을 특징으로 하는 광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도체 패턴 및 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프의 형성 여부는 상기 평판광회로의 전기 패드의 높이에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  11. 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상기 광섬유에 연결되는 광도파로를 상부에 형성하고, 상기 광도파로 상에 능동소자를 형성하여 평판광회로－여기서 평판광회로 상에는 전기 패드가 형성되어 있음－를 형성하는 단계;
    b) 내부에 다수의 비아가 형성된 연결 기판을 형성하는 단계;
    c) 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 사용하여 상기 연결 기판의 다수의 비아의 하부면과 상기 평판광회로의 전기 패드를 각각 전기적으로 연결하는 단계; 및
    d) 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 사용하여, 상기 평판광회로 상에 형성된 전기 패드 또는 상기 능동소자 상에 형성된 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점과 상기 연결 기판의 다수의 비아의 상부면을 각각 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 연결 기판 내부에 다수의 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 다수의 비아홀 내부를 도체 증착 또는 도금 처리하여 상기 다수의 비아를 형성하는 단계;
    상기 다수의 비아의 하부 표면에 각각 도체 패드를 형성하는 단계; 및
    상기 도체 패드의 각 표면에 상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 형성하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 평판광회로의 전기 패드 상에 상기 연결 기판에 형성된 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 제1 솔더볼 또는 상기 제1 범프에 대한 솔더링 또는 다이 본딩을 수행하여 상기 연결 기판의 다수의 비아의 하부면과 상기 평판광회로의 전기 패드를 각각 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 연결점에 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 각각 형성하는 단계;
    상기 연결 기판의 다수의 비아의 상부면의 위치에 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 제2 솔더볼 또는 상기 제2 범프에 대한 솔더링 또는 다이 본딩을 수행하여 상기 연결 기판의 다수의 비아의 상부면과 상기 연결점을 각각 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
  15. 광섬유가 연결된 평판광회로 기반의 광소자를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상기 광섬유에 연결되는 광도파로를 상부에 형성하고, 상기 광도파로 상에 능동소자를 형성하여 평판광회로－여기서 평판광회로 상에는 전기 패드가 형성되어 있음－를 형성하는 단계; 및
    b) 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 사용하여, 상기 평판광회로의 전기 패드에 구동 전원을 제공하거나 또는 입/출력 신호의 전기적 연결을 위한 연결점과 상기 평판광회로의 전기 패드를 각각 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 연결점에 상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프를 각각 형성하는 단계;
    상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프 중 일부 솔더볼 또는 범프에 도체 패드를 형성하는 단계;
    상기 도체 패드 상에 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 형성하는 단계;
    상기 평판광회로의 전기 패드 상에 상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프 및 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프를 위치 정렬시키는 단계; 및
    상기 제1 솔더볼 또는 제1 범프 및 상기 제2 솔더볼 또는 제2 범프에 대한 솔더링 또는 다이 본딩을 수행하여 상기 평판광회로의 전기 패드와 상기 연결점을 각각 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 광소자 제조 방법.
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