KR101131665B1 - 광 플레이너 파장 선택 필터 및 제조 방법 - Google Patents

광 플레이너 파장 선택 필터 및 제조 방법 Download PDF

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KR101131665B1 KR1020097009262A KR20097009262A KR101131665B1 KR 101131665 B1 KR101131665 B1 KR 101131665B1 KR 1020097009262 A KR1020097009262 A KR 1020097009262A KR 20097009262 A KR20097009262 A KR 20097009262A KR 101131665 B1 KR101131665 B1 KR 101131665B1
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모토로라 모빌리티, 인크.
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Abstract

광 플레이너 파장 선택 필터(100)는 인쇄 회로 기판(110) 상에 형성된다. 웨이브가이드 및 프리 트래블 존(240)을 포함하는 격층 구조를 생성하기 위해 광 저손실 중합체가 사용된다. 회절 격자(270)는, 한 웨이브가이드(232)로부터의 광이 프리 트래블 존(240)에서 빠져나와 다른 웨이브가이드(234, 236, 238)를 통해 전달되도록 격자에 의해 회절되도록, 인쇄 회로 기판(110) 상에 전략적으로 배치된다. 광 저손실 중합체는 유기적으로 기능화된 알콕시실란의 가수 분해 및 중축합 반응의 반응 생성물이다. 적합한 격자로, 장치는 1310, 1490, 1550 ㎚의 주파수로 광 트리플렉서로서 사용될 수 있다.
광 플레이너 파장 선택 필터, 인쇄 회로 기판, 광 저손실 중합체, 회절 격자, 웨이브가이드

Description

광 플레이너 파장 선택 필터 및 제조 방법{OPTICAL PLANAR WAVELENGTH SELECTIVE FILTER AND METHOD OF MANUFACTURE}
본 발명은 일반적으로 디지털 광 스위칭 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 데이터 통신에 이용되는 광 파장 선택 필터에 관한 것이다.
광 데이터 송신은 메트로 네트워크 서비스의 주류 기술이 되고 있다. 이 기술은 여전히 비용이 많이 들지만, 고객에게 가까운 시스템으로 인기가 있다. PCB(printed circuit boards) 상의 광 데이터 접속의 문제점은 종래 기술에서 주지되어 왔지만, 광 웨이브가이드(optical waveguides)에 광을 안내하기 위한 연결 구조(coupling structures)를 비용 효율적으로 제조하는 문제는 여전히 광 PCB가 광범위한 구현 상태에 도달할 수 있게 하는 방법으로는 해결되지 않았다. 광의 리디렉션(redirection)은 광 상호 접속 문제에 중심 역할을 한다. 광을 안내하는 일부 방법은 광 칩-대-칩(chip-to-chip) 데이터 송신에 사용되지만, 다른 방법은 페룰 디자인(ferrule design)에 기초하여 상호 접속을 제공한다. 또 다른 방법은 표면에 수직인 광을 리디렉트(redirect)하기 위해 구부러진 내장된 섬유와 잠망경 방식(periscope approach)을 포함한다. 여기서, 칩은 액티브 디바이스를 캐리하고 내장된 광 웨이브가이드로 또한 내장된 광 웨이브가이드로부터 광을 직접 안내한 다. 그러나, 전형적인 PCB 제작과 양립할 수 있는 상호 접속의 저비용 제조 방법은 여전히 결여되어 있다.
개별적인 도면들 전체에 걸쳐 유사한 참조부호가 동일하거나 기능적으로 유사한 구성요소를 지칭하고 이하의 상세한 설명과 함께 명세서에 포함되어 명세서 일부를 형성하는 첨부된 도면들은 다양한 실시예를 추가적으로 도시하고 본 발명에 따른 다양한 원리 및 장점을 모두 설명하는 기능을 한다. 본 발명을 보다 정확하게 그리기 위해 도면의 일부 요소는 반듯이 치수대로 도시되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 광 플레이너 파장 선택 필터의 도 2의 단면 1-1을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 광 플레이너 파장 선택 필터의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른 일례의 광 플레이너 파장 선택 필터의 응답을 도시한 그래프이다.
요구되는 바와 같이, 본 발명의 상세한 실시예들이 본 명세서에 기재된다. 그러나, 기재된 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있는 본 발명의 단지 예들에 불과하다는 것은 자명하다. 그러므로, 본 명세서에 기재된 특정 구조적 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되고, 청구의 범위에 대한 기본, 및 본 발명을 가상적으로 임의의 적절하게 상세화된 구조를 다양하게 사용하도록 당업자 를 가르치기 위한 대표적인 기본으로서 해석되어야 한다. 또한, 여기에 이용된 용어 및 문구는 제한적인 것으로 받아들여서는 안되고, 오히려 본 발명의 이해가능한 설명을 제공하려는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 하나(a 또는 an)는 1 또는 1 이상으로서 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 복수(plurality)는 2 또는 2 이상으로 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 다른 하나(another)는 적어도 제2 또는 그 이상으로서 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 포함함(including) 및/또는 구비함(having)은 포함함(comprising)(즉, 개방 언어(open language))으로 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 연결(coupled)은 반드시 직접적인 접속 또는 기계적인 접속은 아니더라도 접속(connected)으로서 정의된다.
광 플레이너 파장 선택 필터는 인쇄 회로 기판(printed circuit substrate) 상에 형성된다. 웨이브가이드 및 프리 트래블 존(free travel zone)을 포함하는 계층 구조(layered structure)를 생성하기 위해 광 저손실 중합체(low optical loss polymer)가 사용된다. 회절 격자는, 한 웨이브가이드로부터의 광이 프리 트래블 존에서 빠져나와 다른 웨이브가이드를 통해 전달되게 격자에 의해 회절되도록, PCB에 전략적으로 배치된다. 광 저손실 중합체는 유기적으로 기능화된 알콕시실란(organically functionalized alkoxysilanes)의 가수 분해(hydrolysis) 및 중축합 반응(polycondensation reaction)의 반응 생성물(reaction product)이다. 적합한 격자를 갖는, 장치는 1310, 1490, 1550 ㎚의 주파수에서 디지털 광 트리플렉서(digital optical triplexer)로서 사용될 수 있다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 광 플레이너 파장 선택 필터(100)가, PCB, 예를 들어, 통상 FR-4라고 지칭되는 널리 공지된 적층 에폭시-유리 구성물, 또는 폴리이미드-글래스 등의 다른 타입의 기판과 같은 기판(110) 상에 형성된다. 광 플레이너 파장 선택 필터의 베이스로서 작용하는 기판은, 또한, 도금 관통홀(plated through holes), 비아(via), 회로 트레이스, 솔더 레지스트, 솔더, 및 레지스터, 커패시터, 칩 캐리어 등의 컴포넌트 등의 다른 구조를 포함할 수 있다. PCB(110)의 한 측면에, 광 저손실 중합체가 피착되어, 버퍼 층(120)이라고 지칭되는 접착층(adherent layer)을 형성한다. 이 중합체는 근 적외선 범위 내에서, 특히, 광 통신에서 사용되는 파장(1310 ㎚, 1490 ㎚, 1550 ㎚)에서, 광 저손실(low optical losses)을 나타낸다. 또한, 양호한 열적 안정성(good thermal stability)(270℃ 이상에서 분해) 뿐만 아니라 양호한 광 및 유전 속성(good optical and dielectric properties)을 나타낸다. 양호하게, 포토패턴화(photopatternable), 즉, 포토리소그래피에 의한 3차원 피처(feature)의 생성에 수정 가능하다. 적합한 중합체의 일부 예는 아크릴레이트(acrylates), 실록산(siloxanes), 폴리이미드, 폴리카보네이트(polycarbonates), 하이브리드 무기-유기 중합체, 올레핀이다. 특별히 적합하다고 발견된 한가지 광 저손실 중합체는 Fraunhofer-Institut fuer Silicatforschung ISC, Wuerzburg, Germany에 의해 개발되어, Micro Resist Techonology GMBH, Berlin, Germany에 의해 판매되는 ORMOCER?이라는 상표명으로 알려진 유기적으로 기능화된 알콕시실란의 가수 분해 및 중축합 반응의 반응 생성물이다. 이러한 부류의 물질의 굴절률(refractive index)은 상이한 굴절률의 적합한 수지와 혼합함으로써 쉽게 가변될 수 있으며, 점성(viscosity)이 다양한 응용 기술에 대해 쉽게 조정될 수 있다. 스핀-온(spin-on) 기술, 딥-코팅(dip-coating) 또는 커튼-코팅(curtain-coating) 등의 전형적인 처리 방법에 의해 접착층 자체의 코팅 또는 피착(deposition)이 실행될 수 있다. 유기적으로 교차 연결 가능한 기능성(organically cross linkable functionalities)(메타아크릴 치환)의 존재로 인해, 결과적 코팅은 네가티브 레지스트 작용을 나타내며, 이는 ORMOCER? 합성의 제2 단계라고 지칭되는 UV 방사(irradiation)에 노출될 때 포토이미지화 가능(photoimageable)케 된다. 이러한 문맥에서의 네가티브 레지스트는, 노출된 영역이 경화되고 마스크로 덮힌 수지가 적합한 용매 혼합물(solvent mixture)로 씻겨질 수 있음을 의미한다.
광 플레이너 파장 선택 필터의 형성에서의 다음 단계는, 웨이브가이드 코어 층(130)의 형성이다. 웨이브가이드 코어 층(130)도 또한 광 저손실 중합체, 양호하게는, 버퍼 층(120)과 일반적으로 동일한 부류의 중합체이지만, 버퍼층의 굴절률 보다는 더 높은 굴절률을 갖는다. 웨이브가이드 코어 층으로서 특별히 적합하다고 발견된 한가지 광 저손실 중합체는 ORMOCER?이다. 그 후, 3개 이상의 웨이브가이드 채널(232, 234, 236, 238)이 포토리소그래피에 의해 웨이브가이드 코어 층(130) 내에 형성된다. 프리 트래블 존(240)도 또한 포토리소그래피에 의해 웨이브가이드 코어 층(130) 내에 형성된다. 프리 트래블 존 및 웨이브가이드 채널은, 웨이브가이드의 각각의 한 단부가 프리 트래블 존에 연결되도록, 서로에 대해 위치한다. 프리 트래블 존은 전파된 광의 적합한 송신을 용이하게 하기에 적합한 크기이다.
웨이브가이드 및 프리 트래블 존 형성 후에, 다른 광 저손실 중합체로 이루어지는 클래딩 층(150)은 웨이브가이드 코어 층(130) 상에 또한 프리 트래블 존(240)에 의해 정의된 공동 내에 피착된다. 이 광 저손실 중합체는 웨이브가이드 코어 층의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 가지며, 일 실시예에서, 버퍼 층(120)용으로 선택된 물질과 동일한 물질이, 필수 요건이 아닐찌라도, 클래딩 층용으로 사용될 수 있다. 버퍼층 및 클래딩 층 보다 높은 굴절률을 나타내는 코어 층을 사용해서, 웨이브가이드 채널 아래로 이동하는 광 신호가 포함된다.
그 후 공동(260)이 회절 격자(270)를 수신하기 위해 클래딩 층 내에 형성된다. 공동(260)은 양호하게 어블레이션 레이저(ablative laser)를 사용하여 형성되어, 잘 정의된 스무드 월드 공동(a smooth walled and well defined cavity)를 생성한다. 선택적으로, 공동은 버퍼층으로 하향 확장되어, 필요한 경우, PCB까지 확장될 수도 있다. 그 후, 회절 격자(270)는, 웨이브가이드 채널 중 하나로부터 도달한 광 신호가 프리 트래블 존을 통과해서 격자에 도달할 때, 프리 트래블 존을 통해 리턴하여 다른 웨이브가이드 중 하나 이상에 들어가도록 회절되는 방위(orientation)로 공동 내에 위치한다. 회절 격자의 적합한 선택 및 방위에 의해, 1310 ㎚, 1490 ㎚, 1550 ㎚의 주파수로 신호를 선택 및 방출하는 트리플렉서가 형성될 수 있다.
이제 광 플레이너 파장 선택 필터의 다양한 소자를 설명할 것인데, 1310 ㎚, 1490 ㎚, 1550 ㎚의 주파수에 대해 생성된 트리플렉서의 특정 예가 기술될 것이다. FR-4 PCB가 베이스 기판으로서 사용되었으며, 버퍼층, 웨이브가이드 코어 층, 및 클래딩 층은 모두 ORMOCER?을 포함한다. ORMOCER? 층은 스핀 코팅을 이용하여 피착되었고, 웨이브가이드 및 프리 트래블 존이 포토디파인(photodefined)되었다. 프리 트래블 존은 폭이 대략 2.1mm 이고, 길이가 8.2 mm이며, 깊이가 80 미크론이었다. 회절 격자를 위한 공동은 어블레이션 레이저를 이용하여 형성되었고, 각 측이 대략 5 mm이었다. 4개의 웨이브가이드는, 웨이브가이드 채널의 각각의 한 단부가 프리 트래블 존에 인접하고, 웨이브가이드 채널의 대향 단부가 바깥쪽으로 벌어지도록(splayed apart) 배열되었다. 한 웨이브가이드 채널은 입력으로서 사용되었고, 다른 3개의 웨이브가이드 채널은 출력으로서 사용되었다. 도 3은 3개의 출력에서 강하고 깨끗한 신호가 생성되었음을 나타낸다.
요약하면, 본 발명의 범위를 제한하지 않고, 적외선 영역에서 사용되기 위한 광 플레이너 파장 선택 필터는 인쇄 회로 기판 상에 형성된다. 디바이스는, 3개의 ORMOCER?층, 버퍼(보다 낮은 굴절률), 코어(보다 높은 굴절률), 및 클래딩(보다 낮은 굴절률)을 이용하는, 내장된 광 웨이브가이드로 구성된다. 회절 격자는 인쇄 회로 기판 상에 전략적으로 배치되어서, 하나의 내장된 광 웨이브가이드로부터의 광이 격자에 의해 회절되어서, 프리 트래블 존을 빠져 나와 다른 웨이브가이드를 통과하게 된다. 당업자는, 본 발명이 유기적으로 기능화된 알콕시실란의 가수 분해 및 중축합 반응의 반응 생성물인 광 저손실 중합체의 사용에 기초한 일례의 실시예에 대해 기술되었음을 알 것이다. 그러나, 본 명세서에 교시된 바를 고려하여 당업자가 다른 변형을 할 수 있기에, 본 발명은 이로만 제한되지 않는다.
본 발명이 특정 실시예와 관련하여 기재되었지만, 상술된 설명의 견지에서 다양한 변경, 수정, 치환 및 변형이 당업자에게 발생할 수 있음이 명백하다. 예를 들어, 도면은 4개의 웨이브가이드를 도시하고 있지만, 3개, 5개, 또는 그 보다 훨씬 많은 웨이브가이드로 된 다른 구성이 사용될 수 있으며, 또는 상술된 바와 다른 파장이 회절 격자의 적합한 선택에 의해 선택될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속한 이러한 모든 변경, 수정 및 변형을 포함한다.

Claims (15)

  1. 광 플레이너 파장 선택 필터(optical planar wavelength selective filter)로서,
    인쇄 회로 기판(printed circuit substrate)과,
    상기 인쇄 회로 기판의 주 표면 상에 배치된, 제1 광 저손실 중합체(low optical loss polymer)를 포함하는 버퍼 층과,
    상기 버퍼 층 상에 배치된, 제2 광 저손실 중합체를 포함하는 웨이브가이드 층(waveguide layer)과,
    상기 웨이브가이드 층 내에 형성된 공동(cavity)과,
    상기 웨이브가이드 층 내에 형성된 3개 이상의 웨이브가이드 - 상기 웨이브가이드들 각각의 한 단부는 상기 공동의 제1 단부에 연결됨 - 와,
    상기 웨이브가이드 층 상에 또한 상기 공동의 일부 내에 배치된, 제3 광 저손실 중합체를 포함하는 상부 클래딩 층(upper cladding layer)과,
    한 웨이브가이드를 통해 상기 공동에 들어가는 광이 공동을 빠져나와 하나 이상의 다른 웨이브가이드를 통해 이동하기에 충분하게 회절 격자에 의해 회절되도록, 상기 공동의 제2 대향 단부에 위치된 회절 격자(diffraction grating)
    를 포함하는 광 플레이너 파장 선택 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 저손실 중합체는 아크릴레이트(acrylates), 실록산(siloxanes), 폴리이미드(polyimides), 폴리카보네이트(polycarbonates), 하이브리드 무기-유기 중합체, 및 올레핀(olefins)으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 광 플레이너 파장 선택 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 저손실 중합체는 유기적으로 기능화된 알콕시실란(organically functionalized alkoxysilanes)의 가수 분해(hydrolysis) 및 중축합 반응(polycondensation reaction)의 반응 생성물(reaction product)인 중합체를 포함하는 광 플레이너 파장 선택 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 광 저손실 중합체는 유사한 굴절률(refractive index)들을 갖는 광 플레이너 파장 선택 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플레이너 파장 선택 필터는 1310 ㎚, 1490 ㎚, 및 1550 ㎚의 주파수에 대한 트리플렉서(triplexer)인 광 플레이너 파장 선택 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공동은 하부 클래딩 층 내에 또한 형성되는 광 플레이너 파장 선택 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광 저손실 중합체의 굴절률은 상기 제1 및 제3 광 저손실 중합체들의 굴절률보다 큰 광 플레이너 파장 선택 필터.
  8. 광 플레이너 파장 선택 필터를 제조하는 방법으로서,
    인쇄 회로 기판을 제공하는 단계와,
    상기 인쇄 회로 기판의 주 표면 상에, 제1 광 저손실 중합체를 포함하는 버퍼 층을 피착하는 단계와,
    상기 버퍼 층 상에, 제2 광 저손실 중합체를 포함하는 웨이브가이드 층을 피착하는 단계와,
    상기 웨이브가이드 층 내에 프리 트래블 존(free travel zone) 및 3개 이상의 웨이브가이드를 형성하는 단계 - 상기 웨이브가이드들 각각의 한 단부는 상기 프리 트래블 존에 연결됨 - 와,
    제3 광 저손실 중합체로 상기 프리 트래블 존을 채우고 또한 상기 웨이브가이드 층을 커버하는 단계와,
    회절 격자를 수용하기 위해 상기 제3 광 저손실 중합체 내에 공동을 형성하는 단계와,
    한 웨이브가이드를 통해 상기 회절 격자에게 송신되는 광이 공동을 빠져나와 다른 웨이브가이드를 통해 이동하기에 충분하게 회절되도록, 상기 공동 내에 상기 회절 격자를 제공하는 단계
    를 포함하는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공동은 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의해 형성되는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프리 트래블 존 및 상기 웨이브가이드는 포토리소그래피(photolithography)에 의해 형성되는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 프리 트래블 존은 상기 버퍼 층 내에 또한 형성되는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 광 저손실 중합체는 아크릴레이트, 실록산, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 하이브리드 무기-유기 중합체, 및 올레핀으로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광 저손실 중합체는 유기적으로 기능화된 알콕시실란의 가수 분해 및 중축합 반응의 반응 생성물인 중합체를 포함하는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 광 저손실 중합체의 굴절률은 상기 제1 및 제3 광 저손실 중합체들의 굴절률과 동일하지 않은 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
  15. 광 플레이너 파장 선택 필터를 제조하는 방법으로서,
    인쇄 회로 기판을 제공하는 단계와,
    상기 인쇄 회로 기판의 주 표면 상에, 유기적으로 기능화된 알콕시실란의 가수 분해 및 중축합 반응의 반응 생성물인 제1 광 저손실 중합체를 포함하는 버퍼 층을 피착하는 단계와,
    상기 버퍼 층 상에, 제1 광 저손실 중합체와 상이한 굴절률을 갖는 광 저손실 중합체를 포함하는 웨이브가이드 층을 피착하는 단계와,
    상기 웨이브가이드 층 및 상기 버퍼 층 내에 프리 트래블 존을 형성하고, 또한 포토리소그래피에 의해 상기 웨이브가이드 층 내에 3개 이상의 웨이브가이드를 형성하는 단계 - 상기 웨이브가이드들 각각의 한 단부는 상기 프리 트래블 존에 연결됨 - 와,
    상기 웨이브가이드 층과 상이한 굴절률을 갖는 광 저손실 중합체로 상기 프리 트래블 존을 채우고 또한 상기 웨이브가이드 층을 커버하는 단계와,
    한 웨이브가이드를 통해 회절 격자에게 송신되는 광이 공동을 빠져나와 다른 웨이브가이드를 통해 이동하게 회절되도록, 상기 회절 격자를 수용하기에 충분한 공동을 레이저 어블레이션에 의해 형성하는 단계와,
    상기 공동 내에 상기 회절 격자를 제공하는 단계
    를 포함하는 광 플레이너 파장 선택 필터의 제조 방법.
KR1020097009262A 2006-10-06 2007-10-04 광 플레이너 파장 선택 필터 및 제조 방법 KR101131665B1 (ko)

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