KR100960745B1 - 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 칩과 빔스플리터 및 수신용 포토 다이오드 칩이 하나의 패키지 하우징에 내장되어 광신호의 전송과 수신을 동시에 수행하는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 있어서 상부에 레이저 다이오드 칩이 설치되는 서브마운트의 측면에 쐐기형 홈을 형성하여 빔스플리터를 결합시킬 수 있도록 하는 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 관한 것이다.

본 발명에 따른 양방향 통신용 광모듈 패키지는 레이저 다이오드 칩(100)과 빔스플리터(200)와 수신용 포토 다이오드 칩(400)이 하나의 패키지 하우징에 내장되는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 있어서, 상기 레이저 다이오드 칩(100)은 서브마운트(300)의 상부에 결합되고, 이 서브마운트(300)의 일측면에는 쐐기형 홈(310)이 형성되어 이 쐐기형 홈(310)에 상기 빔스플리터(200)가 끼움 결합되고, 상기 수신용 포토 다이오드 칩(400)은 서브마운트(300)의 쐐기형 홈(310)에 결합된 빔스플리터(200)의 하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

광모듈, 빔스플리터, 실리콘웨이퍼, 반사율, 굴절률, 레이저 다이오드

Description

쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지 {Optical modulator package for bi-directional data communication}

본 발명은 양방향 통신용 광모듈 패키지 구조에 관한 것으로, 특히 레이저 다이오드 칩과 빔스플리터 및 수신용 포토 다이오드 칩이 하나의 패키지 하우징에 내장되어 광신호의 전송과 수신을 동시에 수행하는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 있어서 상부에 레이저 다이오드 칩이 설치되는 서브마운트의 측면에 쐐기형 홈을 형성하여 빔스플리터를 결합시킬 수 있도록 하는 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 관한 것이다.

근래에 들어 대용량의 정보 전송 및 고속의 정보 통신을 위하여 빛을 정보 전송의 매개로 하는 광통신이 일반화되어 있다. 근래에 있어서 가로 길이 및 세로 길이가 각각 0.3㎜ 정도인 반도체 레이저 다이오드 칩을 이용하여 손쉽게 10Gbps(giga bit per sec)의 전기 신호를 레이저 빛으로 변환할 수 있으며, 반도체 광 수광소자를 이용하여 광섬유를 통해 전송되어오는 광신호를 전기신호로 손쉽게 변환할 수 있다. 빛은 매우 특이한 특성을 갖는 에너지파로서 어느 한 지역에 동시에 존재하는 여러 빛들이 서로 상호 작용을 하기 위해서는 상호 작용의 대상이 되는 빛들이 동일한 파장을 가지거나, 빛의 위상(phase)이 맞아야 하며, 또한 진행 방향이 일치하여야 한다. 그러므로 빛은 서로 간의 간섭성이 매우 떨어지며 이러한 빛의 특성을 이용하여 여러 가지 파장을 갖는 빛을 동시에 하나의 광섬유를 통하여 전송하는 파장분할(Wavelength division multiplexing: WDM) 방식의 광통신이 선호되고 있다. 이러한 WDM 방식의 광통신은 신호의 전송 매질인 광섬유를 공유할 수 있게 해줌으로써 광섬유 포설에 따른 비용을 줄여준다는 점에서 매우 경제적인 통신 방법이다.

근래에는 광섬유를 통신 가입자의 집 내부까지 연결하는 FTTH(Fiber To The Home)가 일반화 되어가고 있는 추세이다. 광섬유를 통신 가입자의 집 내부까지 끌어들여 광통신을 하는 FTTH 방식에서는 통신 가입자의 집 내부에서 광신호를 생성하여 광통신의 기지국으로 보내는 상향 광통신과 광통신의 기지국에서 전송되어 오는 광신호를 전기신호로 바꾸어주는 하향 광통신이 필요하다. 이러한 상·하향 광통신을 수행하는 방법으로 상향 광신호를 처리하는 광섬유와 하향 광신호를 처리하는 광섬유를 별도로 포설하여 사용하는 방법이 있지만 이러한 방법은 광섬유의 낭비를 가져오게 된다. 그러므로 최근에는 한 가닥의 광섬유를 통하여 상향 광신호 및 하향 광신호를 전송하는 양방향(bidirectional) 광통신 방법이 널리 채택되고 있다. 광섬유를 통하여 하향 전송되어 오는 광신호를 수신하여 전기 신호로 바꾸어주는 광 수광 소자와, 전기신호를 광신호로 바꾸어 광섬유를 통하여 전송하는 광 송신 소자를 일체화하여 하나의 광섬유와 광 결합이 일어나도록 제작된 모듈을 통칭하여 BiDi 모듈이라고 일컬어지고 있다.

도 1은 종래 일반적인 BiDi 모듈의 구조를 보이고 있다.

이하, 도 1을 설명하는데 있어 BiDi 하우징(1)에 설치되어 광섬유(2)로 광신호를 상향 전송하는 TO형 레이저 다이오드(4)에서 방출되는 빛의 파장이 1550㎚이며, 광섬유(2)에서 하향 전송되어 TO형 수광소자(5)로 입사하는 빛의 파장을 1300㎚로 가정하여 설명한다. 도 1에서 45°빔스플리터(filter)(3)는 굴절률이 상대적으로 높고 낮은 유전체 박막을 복수의 층으로 교대로 증착함으로써 1550㎚의 파장에 대해서는 투과를 하며 1300㎚의 파장은 반사를 하는 파장 선택성을 갖도록 제작할 수 있다. 그러므로 TO형 레이저 다이오드(4)에서 발산되는 1550㎚의 파장을 가지는 레이저 빛은 45°빔스플리터(3)를 그대로 투과하여 광섬유(2)로 광신호 빛이 집속하게 하며 광섬유(2)에서 발산하는 1300㎚ 파장의 하향 빛은 1300㎚ 파장의 빛을 반사하는 45°빔스플리터(3)에서 진행 방향이 90°꺽여 TO형 수광소자(5)로 진입하게 된다. 그러므로 BiDi 모듈을 사용함으로써 하나의 광섬유(2)를 이용하여 동시에 신호의 상·하향 전송이 이루어지게 된다. 그러나 기존의 BiDi 모듈은 TO형 레이저 다이오드(4) 및 TO형 수광소자(5) 등 2개의 TO형 모듈을 내부에 장착함으로써 부피가 커지게 되고, 광섬유(2)와 TO형 레이저 다이오드(4)의 정밀한 광 정렬뿐만 아니라 광섬유(2)와 TO형 수광소자(5)를 광 정렬하여야 하므로 정렬을 위한 부품 조립 시간 및 비용이 높아지는 문제점이 있었다.

이러한 도 1과 같은 종래의 BiDi 모듈의 단점을 줄이기 위하여 하나의 TO형 모듈에 레이저 다이오드 칩, 수광소자 및 45°빔스플리터를 집적하는 집적형 BiDi 모듈에 대한 연구 개발이 있었다. Yoon(IEEE PHOTONIC TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 16, NO. 8, 2004, p1954) 등은 반도체 레이저 다이오드 칩, 수광소자인 포토 다이오드 칩 및 45°빔스플리터 등을 하나의 기판에 실장하여 TO형 패키지로 조립한 예를 보였다. 이들이 사용한 45°빔스플리터의 크기는 대략 길이가 1.2㎜, 두께가 0.6㎜인 빔스플리터이다. 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 레이저 빛은 대략 반가폭(Full width at half maximum: FWHM)이 30∼40°정도의 발산각을 가지면서 방출된다. 그러므로 반도체 레이저 다이오드 칩과 광섬유 사이에는 레이저 다이오드 칩에서 발산된 빛을 광섬유의 단면에 집속시키기 위한 렌즈가 필요하게 된다. 이 집속 렌즈의 크기가 제한되어 있으므로 통상적인 TO형 패키지의 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 렌즈까지의 거리는 통상적으로 1.1㎜ 정도이다. 이때 통상적으로 사용되는 렌즈의 직경은 최대 2㎜ 정도이다. 그러므로 반도체 레이저 다이오드 칩으로부터 발산되는 빛이 렌즈에 의해 잘 집속되기 위해서는 렌즈에 투사되는 레이저 빛의 크기가 작은 것이 유리하고 이는 반도체 레이저 다이오드 칩의 광 출력면과 렌즈 사이의 길이를 짧게 하는 것으로 이루어질 수 있다. 통상적인 BiDi 모듈에서는 TO형 레이저 다이오드 패키지 및 TO형 포토 다이오드 패키지의 각각에 렌즈가 구비되어 있어 렌즈로부터 반도체 레이저 다이오드 칩의 광 출력면, 렌즈로부터 포토 다이오드 칩의 광 흡수층 사이의 거리가 최적 조건으로 설정되게 된다. 그러나 반도체 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 및 45°빔스플리터를 하나의 기판에 집적하는 집적형 BiDi 모듈에서는 사용되는 45°빔스플리터의 크기 때문에 레이 저 다이오드 칩으로부터 렌즈까지의 거리가 멀어지게 되며, 이에 따라 레이저 다이오드 칩으로부터 발산되는 빛이 너무 커지게 되는 문제가 발생한다. 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저 빛의 발산각도를 줄여주는 작은 크기의 렌즈가 기판에 추가적으로 필요하게 된다. 이러한 논의는 광섬유로부터 방출되어 포토 다이오드 칩으로 입사하는 하향 신호광에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 그러므로 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 그리고 45°빔스플리터를 하나의 기판에 집적하기 위해서는 마이크로 렌즈라 불리는 2개의 소형 렌즈가 추가되어야한다. 45°빔스플리터의 두께를 얇게 만드는 방법은 45°빔스플리터를 기판에 세울 때 안정성이 떨어지므로 최소한 길이가 1.2㎜, 두께가 0.5㎜ 이상의 크기를 가져야 한다. 이렇게 크기가 큰 45°빔스플리터를 사용할 경우에 45°빔스플리터의 크기로 인해 레이저 다이오드 칩과 렌즈 사이의 거리가 멀어지는 문제는 해결하기 어려운 과제이며, 추가적으로 마이크로 렌즈의 필요성이 제기된다. 또한, 추가적인 마이크로 렌즈가 부착되게 됨으로써 레이저 다이오드 칩, 포토 다이오드 칩, 45°빔스플리터 및 추가적인 렌즈를 부착하기 위한 기판의 바닥 면적이 넓어지는 단점이 있다. 참조하는 Yoon 등의 논문에 따르면 이들은 바닥면적이 2.1㎜×2.0㎜ 이었다.

추가적인 마이크로 렌즈를 이용하여 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 그리고 45°빔스플리터를 하나의 기판에 집적하는 또 다른 방법이 Shimura 등에 의해 발표되었다(IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 18, NO. 16, AUGUST 15, 2006, p1738). 이들의 방식에서도 레이저 다이오드 칩과 45°빔스플리터 사이의 거리 및 포토 다이오드 칩과 45°빔스플리터 사이의 거리가 0.9㎜ 정도로 멀어짐으로 과도하게 레이저 빛의 크기가 커지게 되는 문제가 발생하며 이를 해결하기 위해 레이저 다이오드 칩과 45°빔스플리터 사이 및 포토 다이오드 칩과 45°빔스플리터 사이에 추가적인 마이크로 렌즈를 사용하고 있다. 참조하는 Shimura 등의 논문에서도 레이저 다이오드 칩, 포토 다이오드 칩, 45°빔스플리터 및 추가적인 마이크로 렌즈를 부착하기 위한 기판의 바닥 면적이 2.0㎜×2.0㎜를 넘고 있다.

전술한 두 개의 참증 논문에서 보이듯이 마이크로 렌즈를 사용할 경우에는 추가적인 마이크로 렌즈의 위치에 따라 레이저 빛들의 광 경로가 달라지게 된다. 그러므로 광섬유와의 높은 광결합 효율을 위해서는 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩, 2개의 마이크로 렌즈 및 45°빔스플리터의 위치를 매우 정밀하게 조절하여야 한다. 마이크로 렌즈를 정확한 위치에 정밀하게 부착하기 위해서는 마이크로 렌즈 자체의 크기가 또한 매우 정밀하게 조절되어야 하고, 부착 방법 또한 매우 높은 수준의 정밀도를 확보할 수 있어야 하며, 이러한 방법은 조립 비용이 많이 들어가는 문제점을 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 및 빔스플리터를 하나의 기판에 집적하여 양방향 광통신을 가능하게 하는 양방향 광통신 모듈을 제작함에 있어서 레이저 다이오드 칩에서 발산되는 레이저 빛과 광섬유에서 발산되어 포토 다이오드 칩으로 진행하는 레이저 빛의 퍼짐을 방지하기 위해 삽입하는 마이크로 렌즈를 삭제하여 각 부품들의 광정렬이 손쉽게 이루어지도록 하며, 마이크로 렌즈를 사용하지 않음으로 인하여 저가격에 양방 통신용 광모듈 패키지를 제작할 수 있도록 하며, 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 및 빔스플리터를 실장하는 바닥 면적을 최소화함으로써 TO56형 등의 초소형 패키지에도 쉽게 적용할 수 있는 광모듈 패키지를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 빔스플리터를 평판형으로 제작하되 직육면체의 형태로 제작하고 45°의 경사각도를 가지는 서브마운트에 부착함으로써 손쉽게 45°경사각을 가지는 빔스플리터의 기능을 제공하는 데 있다.

본 발명에서는 레이저 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리 및 포토 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리를 최소화함으로써 마이크로 렌즈가 필요 없도록 하는 방법을 제시한다. 이를 위하여 본 발명에서는 초소형의 평판형 빔스플리터를 제작하고, 45°경사각을 가지는 서브마운트 제작 방법을 제시하며, 45°의 경사각을 가지는 서브마운트에 평판형 빔스플리터를 부착하여 45°경사 빔스플리터의 기능을 가지게 하며, 레이저 다이오드 칩과 포토 다이오드 칩 및 45°경사 빔스플리터를 배치하는 방법을 제시함으로써 레이저 다이오드 칩, 포토 다이오드 칩, 45°경사 빔스플리터를 하나의 기판에 조립하여 양방향 광통신을 저렴하게 구현하는 방법을 제시한다.

본 발명에 따른 양방향 통신용 광모듈 패키지 구조는 레이저 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리 및 포토 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리를 최소화할 수 있으므로 마이크로 렌즈의 필요성이 없어지게 되어 마이크로 렌즈를 제거할 수 있으며, 이러한 마이크로 렌즈를 제거함으로써 마이크로 렌즈의 부착 위치 이상에 의한 광경로 이상 문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 종래의 방법에서는 수신용 포토 다이오드 칩을 세워서 배치하여야 하나 본 발명에서는 레이저 다이오드 칩 및 수신용 포토 다이오드 칩을 모두 바닥에 눕힌 형태로 조립할 수 있도록 하므로써 레이저 다이오드 칩 및 수신용 포토 다이오드 칩의 위치 조절이 매우 용이한 효과가 있다. 뿐만 아니라, 서브마운트를 45°경사지게 제작하고 평판형으로 제작된 빔스플리터를 부착하는 방법으로 손쉽게 45°경사 빔스플리터를 제작하게 하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 통신용 광모듈 패키지의 전체적인 구조도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 통신용 광모듈 패키지는 서브마운트(300)의 일측면에 형성된 쐐기형 홈(310)에 빔스플리터(200)가 부착 설치되어 빔스플리터(200)가 수평 바닥면에 대하여 45°의 경사각을 갖는다. 이 서브마운트(300) 상부에 45°기울어진 빔스플리터(200)의 전면 경사면을 향하여 레이저 다이오드 칩(100)이 설치된다.

상기 서브마운트(300)의 측면에는 수신용 포토 다이오드 칩(400)과 수신용 포토 다이오드 칩 서브마운트(500)가 설치된다.

상기 빔스플리터(200)는 바닥면에 대해 45°의 경사각을 갖는 필터(이하, 45°경사 빔스플리터라 명칭한다)로서, 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면은 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산되는 레이저 빛에 해당되는 파장의 빛을 반사하는 특성을 갖도록 하고, 도면에 표시되어 있지 않은 상부의 광섬유로부터 발산되어 포토 다이오드 칩(400) 쪽으로 진행하는 레이저 빛에 해당되는 파장의 레이저 빛에 대해서는 투과하는 특성을 갖도록 제작된다. 본 발명의 실시예에서는 광섬유를 통하여 전송되어 오는 외부 광신호를 검출하기 위한 제 1 포토 다이오드 칩과 레이저 다이오드 칩(100)의 동작 상태를 감시하기 위한 제 2 포토 다이오드 칩이 필요한데, 설명의 편의를 위해 외부 광신호를 검출하기 위한 제 1 포토 다이오드 칩을 수신용 포토 다이오드 칩(400)이라 명칭하고 레이저 다이오드 칩(100)의 동작 상태를 감시하기 위한 제 2 포토 다이오드 칩을 감시용 포토 다이오드 칩(600)이라 명칭하기로 한다, 또한, 이하에서는 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산되는 송신용 레이저 빛은 1550㎚의 파장을 가지며, 광섬유에서 수신용 포토 다이오드 칩(400)으로 진행하는 수신용 레이저 빛은 1300㎚의 파장을 갖는다고 가정하여 설명하는데, 이러한 파장 분류는 단지 설명의 편의를 위한 것이고 실질적으로는 파장이 뒤바뀌어도 그대로 적용된다. 이렇게 제작된 구조의 모듈에서 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산된 1550㎚의 레이저 빛은 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면에서 반사되어 진행 방향이 90°꺽여 상부의 광섬유로 전송되게 된다. 빛은 진행 경로가 가역적(reversible)인 특성을 가지므로 광섬유로부터 발산되는 1300㎚ 파장의 레이저 빛은 레이저 다이오드 칩(100)에서 광섬유로 진행하는 1550㎚ 파장의 레이저 빛의 진행의 반대 방향으로 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면으로 입사하게 된다. 광섬유에서 발산되는 1300㎚의 레이저 빛에 대하여 45°경사 빔스플리터(200)는 투과되는 특성을 가지므로 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면에 도착한 1300㎚의 레이저 빛은 45°경사 빔스플리터(200) 내부로 흡수되어 진행하게 된다.

본 발명의 실시예에서 상기 45°경사 빔스플리터(200)는 1300㎚ 또는 1550㎚의 근적외선 영역의 파장을 흡수하지 않는 실리콘 또는 유리를 그 모재로 하는데, 45°경사 빔스플리터(200) 내부를 진행하는 1300㎚ 파장의 레이저 빛은 45°경사 빔스플리터(200)를 투과하여 45°경사 빔스플리터(200)의 후면 경사면으로 탈출하게 된다. 45°경사 빔스플리터(200)의 후면 경사면으로 탈출된 1300㎚ 파장의 레이저 빛은 스넬의 법칙에 따라 45°경사 빔스플리터(200)에 도달하기 전의 진행 방향과 동일한 진행 방향, 즉 수직 하향 방향을 갖게 된다. 따라서, 45°경사 빔스플리터(200)를 투과한 1300㎚ 파장의 레이저 빛은 서브마운트(300)의 측면에 배치된 수신용 포토 다이오드 칩(400)으로 진행하게 되어 광섬유로부터 발생된 1300㎚ 파장의 레이저 빛은 수신용 포토 다이오드 칩(400)에 수신되어 전송되어오는 광신호를 수신하게 된다.

상기 수신용 포토 다이오드 칩(400)은 서브마운트(300)의 측면 바닥에 설치되는 수신용 포토 다이오드 칩 서브마운트(500) 상부에 설치되어 45°경사 빔스플리터(200)의 하부에 위치되고, 감시용 포토 다이오드 칩(600)은 서브마운트(300)의 타측면 바닥에 설치되는 감시용 포토 다이오드 칩 서브마운트(700)의 일측에서 레이저 다이오드 칩(100) 방향을 향하여 설치된다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 일측면에 쐐기형 홈이 형성된 서브마운트의 제작 과정을 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 AlN, BeO, SiC 등의 세라믹 재질의 기판의 상부의 일부분을 단면이 90°의 각도를 가지는 회전 톱날(S1)을 이용하여 쐐기형 홈(310)을 형성한다. 이때, 회전 톱날(S1)은 기판의 수직면에 대해 대칭성을 가져 쐐기형 홈(310)에는 기판 수직면에 대해 각각 45°경사각을 가지는 두개의 면(311)(312)이 형성된다.

도 4에서 보이는 바와 같이, 이렇게 상부에 45°경사각을 가지는 쐐기형 홈(310)이 형성된 기판의 홈과 홈 사이를 평판형의 톱날(S2)을 이용하여 완전히 잘라낸 후, 잘라진 각각의 기판을 시계방향으로 90°회전시키면 일측면에 수평에 대해 상·하 45°의 경사각을 가지는 쐐기형 서브마운트(300)가 제작된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 45°경사 빔스플리터의 단면을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 45°경사 빔스플리터(200)는 평판형 빔스플리터(200)로서, 이 평판형 빔스플리터(200)의 상부면은 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산된 파장의 레이저 빛은 반사시키고, 광섬유로부터 전송되어 오는 레이저 빛은 투과시키도록 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막을 교대로 증착하여 제작된다. 이때, 평판형 빔스플리터(200)의 재질로는 1310㎚의 파장과 1550㎚의 파장에 대해 흡수도가 낮은 실리콘 또는 유리가 적절하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 5의 과정으로 제작된 평판형 빔스플리터를 서브마운트 측면의 쐐기형 홈에 부착하여 평판형 빔스플리터의 상부면 및 하부면이 수평에 대해 45°경사각을 가지게 하는 과정을 나타낸 것이다.

통상 쐐기형 홈(310)이 형성된 서브마운트(300)를 도 3에서와 같이 sawing 방법으로 제작할 때, 도 3에서 보이는 90°각도의 단면을 가지는 톱날(S1)의 끝이 완벽하게 수직을 유지하기 어렵다.

도 7은 90°각도의 단면을 가지는 톱날로 제작된 쐐기형 서브마운트의 통상적인 sawing 단면을 나타낸 것으로, 도 7의 점선(A)에 표시된 바와 같이 쐐기형 서브마운트의 통상적인 sawing 단면의 끝은 round형이 된다. 이런 형상의 쐐기형 홈에 90°단면을 가지는 평판형 빔스플리터(200)를 부착할 때 평판형 빔스플리터(200)와 쐐기형 서브마운트의 단면이 밀착되기 어렵다.

도 8은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에 따라 서브마운트의 쐐기형 경사면의 교점 부근을 더 제거하여 홈을 형성하는 서브마운트 제작하는 과정을 나타낸 것이다.

먼저, 도 3의 과정에 의해 톱날 형태로 제작된 쐐기형 홈(310)의 꼭지점 부분, 즉 두 면(311)(312)이 맞닿는 부분을 좁은 단면적을 가지는 평판 톱날(S3)을 이용하여 이중으로 움푹패인 홈(313)을 형성하게 된다. 이후, 도 4에 도시된 방법으로 기판을 절단하여 서브마운트(300)를 완성하게 된다.

도 9는 상기 도 8의 과정으로 제작된 서브마운트의 쐐기형 홈에 평판형 빔스플리터가 끼워진 결합도를 나타낸 것으로, 서브마운트(300)의 측면에 형성된 쐐기형 홈(310)에 평판형 빔스플리터(200)를 결합하여 평판형 빔스플리터(200)의 전면 경사면 및 후면 경사면이 수평에 대해 45°경사각을 가지게 함과 동시에, 평판형 빔스플리터(200)의 두 면이 서브마운트(300) 쐐기형 홈(310)의 두 면(311)(312)과 맞닿게 조립되므로 조립 안정성이 향상된 형태의 조립이 이루어질 수 있도록 한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드 칩에서 발산되는 송신용 레이저 빛의 진행 경로를 나타낸 것이고, 도 11은 외부의 광섬유로부터 발산되는 수신용 레이저 빛의 진행 경로를 나타낸 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산된 1310㎚ 파장의 레이저 빛은 수평면에 대해 45°경사각을 가지는 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 반사면에서 반사하여 연직 상방에 있는 도면에 표시되지 않은 렌즈를 통하여 집속되어 광섬유로 전송되게 된다. 또한, 레이저 다이오드 칩(100)의 후면에서 발산되는 감시용 레이저 빛은 감시용 포토 다이오드 칩(600)으로 전송된다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 광섬유에서 발산되는 1550㎚ 파장의 레이저 빛은 1310㎚ 파장의 레이저 빛의 역방향으로 전송되어 수평면에 대해 45°경사각을 가지는 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면에 도달하게 된다. 45°경사 빔스플리터(200)는 1550㎚에 대해 투과의 특성을 갖도록 제작되므로 광섬유에서 발산되는 1550㎚ 파장의 레이저 빛은 45°경사 빔스플리터(200)의 전면 경사면을 투과하여 후면 경사면으로 탈출하여 45°경사 빔스플리터(200)의 하부에 위치한 수신용 포토 다이오드 칩(400)으로 입사하여 전기신호로 바뀌게 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 TO형 패키지 하우징에 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지의 부분 단면도를 나타낸 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, TO형 패키지 하우징은 금속의 원형 스템 베이스(stem base)(13)에 복수의 동공을 형성하고 이 동공에 전극 핀(15)을 삽입한 후 전극 핀(15)과 스템 베이스(13) 사이를 글라스 비드(glass bead)(14)를 이용하여 절연 밀봉시키게 된다.

상기 스템 베이스(13) 상부에 상술한 레이저 다이오드 칩(100)과 45°경사 빔스플리터(200)가 결합된 서브마운트(300)를 설치하고, 이 서브마운트(300) 일측의 스템 베이스(13) 상부에 수신용 포토 다이오드 칩(400)이 상부에 결합된 수신용 포토 다이오드 칩 서브마운트(500)를 설치하며, 서브마운트(300) 타측의 스템 베이스(13) 상부에 감시용 포토 다이오드 칩(600)이 결합된 감시용 포토 다이오드 칩 서브마운트(700)를 설치하게 된다.

또한, 이러한 형태의 스템 베이스(13)에 상부에 구멍을 형성하고 이 구멍에 유리재질의 윈도우 글라스(window glass)(12)로 밀봉되어진 금속재질의 캡(11)을 덮어 패키지 하우징을 제작하게 된다.

상기의 구성으로 이루어진 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지 구조는 레이저 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리 및 포토 다이오드 칩과 45°경사 빔스플리터 사이의 거리를 최소화할 수 있게 되어 광 정렬을 용이하게 해준다.

도 1은 종래 일반적인 BiDi 모듈의 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 양방향 통신용 광모듈 패키지의 전체적인 구조도,

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 일측면에 쐐기형 홈이 형성된 서브마운트의 제작 과정도,

도 5는 본 발명에 따른 45°경사 빔스플리터의 단면도,

도 6은 본 발명에 따라 평판형 빔스플리터를 서브마운트 측면의 쐐기형 홈에 부착하는 결합도,

도 7은 90°각도의 단면을 가지는 톱날로 제작된 쐐기형 서브마운트의 통상적인 쐐기형 홈 단면도,

도 8은 본 발명에 따라 서브마운트의 쐐기형 경사면의 교점 부근을 더 제거하여 홈을 형성하는 서브마운트 제작 과정도,

도 9는 본 발명에 따른 서브마운트의 쐐기형 홈에 평판형 빔스플리터가 부착된 결합도,

도 10은 본 발명에 따라 레이저 다이오드 칩에서 발산되는 송신용 레이저 빛의 진행 경로도,

도 11은 본 발명에 따라 외부의 광섬유로부터 발산되는 수신용 레이저 빛의 진행 경로도,

도 12는 본 발명에 따라 TO형 패키지 하우징에 쐐기형 서브마운트를 가지는 양방향 통신용 광모듈 패키지의 부분 단면도를 나타낸 것이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 레이저 다이오드 칩 200 : 45°경사 빔스플리터

300 : 서브마운트 400 : 수신용 포토 다이오드 칩

500 : 수신용 포토 다이오드 칩 서브마운트

600 : 감시용 포토 다이오드 칩

700 : 감시용 포토 다이오드 칩 서브마운트

10 : 패키지 하우징 11 : 캡

12 : 윈도우 글라스 13 : 스템 베이스

14 : 글라스 비드 15 : 전극

Claims (4)

1. 레이저 다이오드 칩(100)과 빔스플리터(200)와 수신용 포토 다이오드 칩(400)이 하나의 패키지 하우징에 내장되는 양방향 통신용 광모듈 패키지에 있어서,

   상기 레이저 다이오드 칩(100)은 서브마운트(300)의 상부에 결합되고, 상기 서브마운트(300)의 일측면에는 쐐기형 홈(310)이 형성되어 이 쐐기형 홈(310)에 상기 빔스플리터(200)가 결합되며,

   상기 수신용 포토 다이오드 칩(400)은 서브마운트(300)의 쐐기형 홈(310)에 결합된 빔스플리터(200)의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 통신용 광모듈 패키지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 서브마운트(300)의 쐐기형 홈(310)은 수평에 대해 각각 상향과 하향의 45°경사각을 이루는 두 면(311)(312)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 통신용 광모듈 패키지.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 서브마운트(300)의 쐐기형 홈(310)에는 상향과 하향의 45°경사각을 이루는 두 면(311)(312)이 만나는 지점에서 내측으로 함몰된 홈(313)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 통신용 광모듈 패키지.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 서브마운트(300)는 AlN, BeO, SiC, Si 중 어느 하나의 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 통신용 광모듈 패키지.

Images