KR20040079385A

KR20040079385A - 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록

Info

Publication number: KR20040079385A
Application number: KR1020040067105A
Authority: KR
Inventors: 조무희; 조한서; 박효훈; 이종호; 김경록
Original assignee: 한국정보통신대학교 산학협력단; 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2004-09-14
Also published as: US7136551B2; US20060045418A1; KR100623477B1

Abstract

본 발명은 광 PCB를 기반으로 하는 광연결 부품에 있어서, 광도파로가 내장된 광 PCB 및 광연결 블록(Optical interconnection block)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 인쇄회로기판은, 다채널 광도파로를 내장한 광 인쇄회로기판(PCB)에 있어서, 광빔을 전달하는 광경로가 형성된 광도파로(optical waveguide)가 내장되어 있으며, 광도파로를 관통하는 홈이 형성되어 있고; 상기 홈에 삽입되고, 상기 광도파로와 연결되어 상기 광빔을 전달하는 광연결 블록(optical interconnection block)을 포함하되, 상기 광연결 블록은 직각으로 휜(bent) 광섬유 다발(optical fiber bundles)로 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 광섬유다발을 이용함으로써 광연결 블록과 광 PCB 내의 광도파로간의 비정렬 허용도를 크게 할 수 있고, 또한, 광섬유 다발을 광 PCB 내에 매몰시킴으로써, 다채널 다층의 광도파로가 필요한 구조에서 개별 광도파로를 일정 간격으로 독립적으로 만들어 줄 필요 없이 한번에 광도파로를 만들어 줄 수 있다.

Description

광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록 {Optical printed circuit boards and optical interconnection blocks using optical fiber bundles}

본 발명은 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 광 PCB를 기반으로 하는 광연결 부품에 있어서, 광도파로가 내장된 광 PCB 및 광연결 블록(Optical interconnection block)에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)은 여러 종류의 많은 부품을 페놀 수지 또는 에폭시 수지로 된 평판 위에 밀집 탑재하고, 각 부품간을 연결하는 회로를 수지 평판의 표면에 밀집 단축하여 고정시킨 회로기판이다. 이 PCB는 페놀수지 절연판 또는 에폭시수지 절연판 등의 한 쪽면에 구리 등의 박판을 부착시킨 후에, 회로의 배선 패턴에 따라 식각(선상의 회로만 남기고 부식시켜 제거함)하여 필요한 회로를 구성하고, 부품들을 부착 탑재시키기 위한 구멍을 뚫어 만든다.

이러한 PCB는 배선 회로면의 수에 따라 단면 기판, 양면 기판, 다층 기판 등으로 분류되며 층수가 많을수록 부품의 실장력이 우수하여 고정밀 제품에 채용된다. 다층 PCB는 각 층간 절연 재질로 분리 접착되어진 표면 도체층을 포함하여 3층 이상에 도체 패턴이 있는 프린트 배선판을 말한다.

한편, 종래에는 PCB를 제조할 경우, 구리판에 회로 패턴을 형성(Patterning)하여 PCB의 내층(Inner Layer) 및 외층(Out Layer)을 형성하였으나, 최근 고분자 중합체(Polymer)와 유리 섬유(Glass fiber)를 이용하여 빛으로 신호를 송수신할 수 있는 광도파로를 PCB에 삽입하게 되었으며, 이를 EOCB(Electro-Optical Circuit Board)라고 한다. 이러한 EOCB는 전기적인 신호와 광신호를 혼재하여 동일 보드 내에서의 초고속 데이터 통신은 광신호로 인터페이싱(interfacing)되며, 소자 내에서는 데이터의 저장/신호 처리를 위해 전기적인 신호로 변환할 수 있도록 구리판 회로 패턴을 형성한 상태에서 광도파로 및 유리판을 삽입한 PCB를 말한다.

현재 인쇄회로기판을 다층(Multi Layer)으로 광신호를 연결하기 위한 방법들로 여러 가지 결합(Coupling) 방식을 제안하고 있으며, 일반적으로 다채널 층간 연결 방법으로는 1) 직접 기록(Direct Writing) 방법, 2) 빔 반사(Beam Reflection) 방법, 3) 반사 거울(Reflection Mirror)을 이용하는 방법, 4) 직접 결합(Direct Coupling) 방법 등을 적용하고 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 광 PCB 및 광연결 블록을 이용한 광연결 구조의 예를 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 광 PCB 및 광연결 블록을 이용한 광연결 구조를 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 광 PCB를 이용한 광연결 구조는 광도파로(2)가 매몰된 광 PCB(1)에 홈 또는 광비아홀을 뚫고, 끝에 45°반사 거울면이 형성된 광연결봉(optical connection rod: 4)을 삽입하게 된다. 여기서, 상기 반사 거울면은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 코팅함으로써 형성할 수 있고, 또는 별도로 형성된 반사 거울을 직접 부착할 수도 있다. 이때, 광송신부의 광원(5)에서 나온 광빔은 광연결봉(4)의 45°반사 거울면에서 직각으로 꺽인 후 광도파로(2)로 전달하며, 광수신부에 있는 광연결봉(4)의 45°반사 거울면에서 다시 직각으로 꺽인 후 상기 광수신부의 광검출기(6)로 전달된다.

예를 들어, 프로세서 보드로부터 전기 신호가 인가되면, 실장된 송신 모듈 내의 광원인 레이저 다이오드(5)로부터 광빔인 광신호로 변환되어 조사되고, 이후 좌측의 렌즈를 거쳐 PCB(1) 내에 삽입되어 있는 좌측의 반사 거울면을 통해 반사된다. 이와 같이 반사된 신호는 광도파로(2)를 거쳐 우측의 반사 거울면으로 반사된 후 우측의 렌즈를 거쳐 수신 모듈 내의 광검출기(Photo detector)인 포토 다이오드(6)로 전달된다. 여기서, 상기 광도파로는 저손실의 다중모드 중합체 도파로 코어(waveguide core)를 통해 전달되며, 이 코어의 상하부에 도파로 클래드(waveguide clad)가 형성되어 있다. 결국, 좌측의 프로세서 보드로부터 전송된 신호는 광신호로 변환되어 전달된 후, 다시 전기적인 신호로 변환되어 우측의 프로세서 보드로 전달된다.

종래에는 광원소자인 수직 동공 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface- Emitting Laser; VCSEL)(5)로부터 빛이 발산하면 마이크로 렌즈(micro-lens)에서 그 빛을 모아 PCB 홈 또는 광비아홀(3)을 통해 광도파로(2)에 빛을 전달하는 방식을 사용하고 있으며, 이때 각 층과 층 사이의 신호 연결도 같은 방식으로 전달된다. 여기서, PCB(1) 상부에는 SiOB(Silicon Optical Bench)가 형성되어 있는데, SiOB는 실리콘웨이퍼의 통칭으로 사용되며, 또한 SiOB 대신에 중합체 기판이 사용될 수 있다. 또한, 상기 광도파로 소자는 상기 VCSEL로부터 렌즈를 통해 전달된 빛을 전달해 주게 되며, 이후 광신호는 다른 층의 광도파로 소자로 전달된다.

상기 VCSEL은 원형의 레이저 빔(laser beam)이 기판 표면에 수직으로 방출되는 방식으로 광원 데이터의 전송 및 증폭을 위한 광 모듈에 사용되는 광원을 말한다. 지금까지는 LED와 Edge Emitting LD(Laser Diode)가 널리 사용되어 왔으며, 90년대 들어 개발된 표면발광 레이저(Surface-Emitting Laser: SEL)가 이들을 대체하는 광원으로 각광받고 있으며, 이러한 VCSEL은 광섬유 통신용, 인터페이스용, 대용량 정보 병렬 처리용 등에 사용되고 있다.

한편, 도 2a 및 도 2b는 각각 종래 기술에 따른 광연결 블록을 예시하는 도면으로서, 여러 채널의 광빔을 병렬로 보내기 위한 광연결 부품으로 제안된 광연결 블록을 나타낸다.

도 2a에 도시된 광연결 블록은 45°반사 거울면(10)을 갖는 광섬유인 광연결봉(8)이 병렬로 정렬되어 블록을 만든 구조이다. 이때, 송신부의 광원에서 나오거나, 수신부쪽의 광검출기로 들어가는 수직 광빔(11)은 상기 광연결봉(8)의 송수신부쪽 단면(9)으로 들어가거나 나가게 된다. 이들 광빔은 45°반사 거울면(10)에서 다시 직각으로 꺽인 후 도 1과 같은 광 PCB(1) 내의 광도파로(2) 속으로 수평 방향으로 전달된다.

도 2b의 광연결 블록(7)은 90°휜 광섬유(8)를 병렬로 정렬하여 블록을 만든구조이다. 이때, 송신부의 광원에서 나오거나 수신부쪽의 광검출기로 들어가는 수직 광빔(17)은 광섬유(14)의 송수신부쪽 단면(15)으로 들어가거나 나간다. 이들 수직빔은 90°휜 광섬유(14)를 따라 수평 방향으로 진로가 바뀌고, 도 1과 같은 광 PCB(1) 내의 광도파로(2) 속으로 전달된다.

그러나, 상기 광연결 블록들은 광신호 채널마다 하나의 광섬유로 연결되기 때문에 광연결 블록 내의 광섬유(8 또는 14)를 광 PCB(1)의 광도파로(2)의 상하좌우 위치를 정확하게 맞춰야하는 어려움이 있다. 즉, 송신부의 광원(5) ↔ 광연결 블록 내의 광섬유(8, 14) ↔ 광 PCB 내의 광도파로(2) ↔ 광연결 블록 내의 광섬유(8, 14) ↔ 수신부의 광검출기(6) 간의 광경로가 어긋나서 이웃 채널로 광빔이 들어갈 수 있는데, 이러한 광경로를 정확하게 맞추기 어렵다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 각 채널마다 한 가닥의 광섬유를 사용하지 않고 여러 개의 광섬유로 이루어진 광섬유 다발을 이용하여, 비정렬 허용도를 높일 수 있는 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다층 광 PCB 및 광연결 블록에 광섬유 다발을 사용함으로써, 개별 광도파로를 만들지 않고 한번에 광도파로를 형성할 수 있는 광도파로 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록을 제공하기 위한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 종래 기술에 따른 광연결 블록을 예시하는 도면이다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록을 예시하는 도면이다.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 광 PCB 내의 홈에 조립하는 것을 나타내는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록, 광 PCB 및 광송수신 모듈을 조립한 구조를 나타내는 도면이다.

도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광빔의 전파 경로를 예시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록, 다층 광 PCB 및 광송수신 모듈을 조립한 구조를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다층 광 PCB에서 광빔의 전파 경로를 예시하는 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발 구조 및 광섬유 다발을 직각으로 꺽은 구조를 예시하는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 광 인쇄회로기판은,

다채널 광도파로를 내장한 광 인쇄회로기판(PCB)에 있어서,

광빔을 전달하는 광경로가 형성된 광도파로가 내장되어 있으며, 광도파로를 관통하는 홈이 형성되어있고;

상기 홈에 삽입되고, 상기 광도파로와 연결되어 상기 광빔을 전달하는 광연결 블록

을 포함하되,

상기 광연결 블록은 직각으로 휜(bent) 광섬유 다발로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광연결 블록 하나로 다층으로 형성되는 복수의 광도파로가 한꺼번에 연결되어, 각각의 광도파로에 광빔을 전달하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광섬유 다발의 높이(h) 및 길이(L)는 상기 광도파로의 단면보다 큰 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광섬유 다발을 구성하는 각각의 광섬유 가닥은, 상기 광빔을 전달하는 코어; 및 상기 코어 주위를 감싸며, 상기 코어보다는 낮은 굴절률(refractive index)을 갖는 소재로 형성되는 클래드 층을 포함하고, 상기 코어의 직경(D)은 0.5㎛∼20㎛ 범위이며, 상기 클래드 층은 상기 광섬유 가닥간의 커플링을 방지하는 일반적인 기능을 갖는다.

여기서, 상기 직각으로 휜 광섬유 다발의 안쪽 곡률 반경(r)은 상기 인쇄회로기판의 두께 이내에서 0.1㎜∼10㎜의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광섬유 다발의 두께(h)는 상기 광빔의 직경(R)보다 크고 상기 인쇄회로기판의 두께보다는 작은 것을 특징으로 하며, 상기 광섬유 다발의 두께(h)는 50㎛∼10㎜ 범위인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 광 인쇄회로기판은,

다채널 광도파로를 내장한 광 인쇄회로기판(PCB)에 있어서,

광빔을 전달하는 광경로가 형성된 광섬유 다발이 내장되어 있으며, 광섬유 다발을 관통하는 홈이 형성되어 있고;

을 포함하며,

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 광연결 블록은,

광빔을 전달하기 위한 광연결 블록에 있어서,

직각으로 휜 복수의 광섬유로 이루어진 광섬유 다발; 및

상기 광섬유 다발을 블록 내에 고정시키는 충진재

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 광섬유다발을 이용함으로써 광연결 블록과 광 PCB 내 광도파로간의 비정렬 허용도를 크게 할 수 있고, 또한, 광섬유 다발을 광 PCB 내에 매몰시킴으로써, 다채널 다층의 광도파로가 필요한 구조에서 개별 광도파로를 일정 간격으로 독립적으로 만들어 줄 필요 없이 광도파로를 한번에 만들어 줄 수 있으며, 특히, 광경로의 정렬이 어려운 다층 광도파로의 광 PCB 구조에서 그 유용성이 크다.

또한, 본 발명에 따르면 광연결 블록과 광 PCB의 광도파로에 모두 광섬유 다발을 사용하는 구조에서는 광송신 모듈 송신부측 광연결 블록, 광 PCB 내의 광도파로, 수신부측 광연결 블록, 광수신 모듈의 다섯 개 광부품 중에서 광송신 모듈 또는 광수신 모듈 중 하나만 정확하게 정렬하면 되고, 나머지 부품들은 광빔의 전파 경로에서 벗어나지 않을 정도로 대략 정렬할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록을 예시하는 도면으로서, 90°휜(bent) 광섬유 다발로 형성된 광연결 블록 구조를 나타낸다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록의 단면도로서, 도 3a의 광연결 블록의 상단면(22) 또는 측단면(23) 구조를 나타내고 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록(20)은 광섬유(21) 다발이 충진재 속에 매몰된 구조를 갖는다. 또한,각 채널의 광신호를 전달하는 광빔(24)의 직경 R보다 훨씬 작은 광섬유로 다발로 구성되고, 상기 광섬유(21)는 광빔(24)을 직각 방향으로 전달하기 위해 직각으로 휘어져 있다.

상기 광섬유(21)를 구비한 광연결 블록(20)의 높이 h와 길이 L이 모두 광빔(24)의 직경 R보다 크게 하면, 상기 광빔(24)이 광섬유(21) 다발의 어디에 걸쳐 있어도 광연결이 되므로, 상기 광빔(24)의 비정렬 허용도를 크게 높일 수 있다.

또한, 상기 광섬유(21) 다발 내의 광섬유 가닥은 각각 독립적인 광도파로가 되므로, 이 광섬유 가닥을 통해 광빔(24)이 전파될 때, 광이 옆으로 새나가지 않으므로, 광빔의 직경이 변하지 않으면서도 상기 광연결 블록(20)의 상단면(22) ↔ 측단면(23)으로 용이하게 전달될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 광 PCB 내의 홈에 조립하는 것을 나타내는 도면이고, 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록, 광 PCB 및 광송수신 모듈을 조립한 구조를 나타내며, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광빔의 전파 경로를 예시하는 도면이다.

도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록(20)을 광 PCB(25)에서 조립하여 사용할 때의 장점을 상세히 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 상기 광 PCB(25) 내에는 광도파로(26)가 내장되어 있고, 상기 광도파로(26)는 폴리머 광도파로 또는 광섬유가 사용될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 광 PCB(25)의 측면 방향, 즉, y축 방향으로 4개 채널의 광도파로(26)가 있는 구조를 예로 나타냈다. 이러한 광 PCB(25)에 송신부측 홈(27L)과 수신부측 홈(27R)을 파고, 이들 홈에 광연결 블록(20L, 20R)을 삽입한다.

도 5a는 광연결 블록의 조립 후, 광송신 모듈(30L)과 광수신 모듈(30R)을 광연결 블록(20L, 20R) 위에 조립한 구조를 나타낸다. 이러한 조립에 의해, 상기 광빔(33)은 도 5b에 도시된 바와 같이, 광송신 모듈(30L)에 있는 광원 소자(31L) →→ 송신부측 광연결 블록(20L)의 상단면(22L) → 광연결 블록(20L)의 측단면(23L) → 광 PCB(25) 내의 송신부측 광도파로 단면(28L) → 수신부측 광도파로 단면(28R) → 수신부측 광연결 블록(20R)의 측단면(23R) → 광연결 블록(20R)의 상단면(22R) → 광수신 모듈(30R)에 있는 광검출 소자(31R)로 전달될 수 있다.

이러한 광연결 블록(20L, 20R)과 광도파로(28L, 28R)간 정렬을 위한 조립에서, 광섬유 다발의 상단면(22L, 22R)과 측단면(23L, 23R)의 높이 h와 길이 L을 광도파로 단면(28L, 28R)보다 크게 함으로써, 광 PCB에서 측면 방향(y축 방향)의 정렬과 깊이 방향(z축 방향)의 정렬에서 비정렬 허용도를 높일 수 있다.

그러나, 광송수신 모듈(30L, 30R)과 광연결 블록간의 정렬에서는 비정렬 허용도가 높아지지는 않는다. 그 이유는 광연결 블록(20L, 20R)이 조립된 후에는 송신부의 광연결 블록의 상단면(22L)에서 광빔이 들어가야 하는 위치와 수신부의 광연결 블록의 상단면(22R)에서 광빔이 나오는 위치가 각각 정해지므로, 이 위치에 맞도록 광원소자(31L)와 광검출 소자(31R)를 각각 정확하게 정렬해야 하기 때문이다.

이때, 광섬유 다발을 이용하는 광연결 블록은 후술할 도 6과 같이 다층의 광도파로가 매몰된 광 PCB에서 더욱 유용하게 된다.

여기서, 미설명 도면부호 32는 전기적 접속 부분으로서, 예를 들어, 전술한 광송신 및 수신 모듈을 PCB에 부착하기 위한 솔더(solder)를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록, 다층 광 PCB 및 광송수신 모듈을 조립한 구조를 나타낸 도면으로서, z축 방향으로 2층의 도파로가 매몰된 광 PCB의 구조를 예로 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록, 다층 광 PCB 및 광송수신 모듈을 조립한 구조는, 광연결 블록(20L, 20R)의 높이 h를 광도파로 층의 전체 높이보다 높게 함으로써, 여러 층의 광도파로(26a, 26b)와 광연결 블록(20L, 20R)간 연결을 한번에 달성할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다층 광 PCB에서 광빔의 전파 경로를 예시하는 도면으로서, 광 PCB에 매몰된 광도파로 자체를 광섬유 다발로 만든 구조를 나타내고 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다층 광 PCB는, 광섬유 다발을 광도파로(34)로 사용함으로써, 개별 광도파로를 독립된 일정 간격(pitch)으로 만들어 줄 필요 없이, 한번에 만들어 줄 수 있다. 또한, 이러한 광섬유 다발 광도파로(34)는 다층 광연결 구조에서 유용하다.

도시된 바와 같이, 두 층의 광연결 구조는 층간 광연결 채널을 별도로 만들어 줄 필요 없이, 한번에 NㅧM(N = y축 방향의 채널 수, M = z축 방향의 채널수(층수))의 다채널 광연결을 달성할 수 있다. 즉, 여러 개의 광원소자(31La, 31Lb)에서 나온 광빔(33a, 33b)은 미세한 광섬유 가닥에 갇히게 되고, 이 광섬유 가닥을 따라 전파되므로, 각각의 광원 소자(31La, 31Lb)에서 나온 광빔은 송신부측 광연결 블록(20L) → 광 PCB(25) 내의 광섬유 다발(34) → 수신부측 광연결 블록(20R)을 거쳐 해당 채널의 광검출 소자(31Ra, 31Rb)로 각각 이웃하는 층간 또는 채널간 서로 크로스토크(Crosstalk)가 발생하지 않고 전달될 수 있다.

전술한 도 5에서 광연결 블록만 광섬유 다발을 사용하고, 광도파로에는 광섬유 다발을 사용하지 않을 경우, 광송수신 모듈(30L, 30R)과 광연결 블록간의 정렬에서는 비정렬 허용도가 높아지지 않는다고 하였다. 이에 비해, 도 7에 도시된 바와 같이, 광도파로까지 광섬유 다발을 사용할 경우에는, 광송신 모듈(30L)과 광수신 모듈(30R) 중 하나는 비정렬 허용도를 높일 수 있다.

예를 들어, 광송신 모듈(30L)을 광섬유 다발로 된 광연결 블록의 위쪽 표면(21L)의 임의의 위치에 배치하면, 상기 광섬유 가닥을 따라 수신부측 광연결 블록의 위쪽 표면까지 광빔이 전파된다. 따라서, 수신부측 광연결 블록의 위쪽 표면으로 전달되는 해당 채널의 광빔(33a, 33b) 위에 광수신 모듈의 광검출기(31Ra, 31Rb)가 각각 배치되도록 광수신 모듈의 위치만 정확하게 정렬하면 된다.

마찬가지로, 광수신 모듈(30R)의 위치를 광연결 블록의 위쪽 표면(21R)의 임의의 위치에 배치하는 경우, 상기 광빔(33a, 33b)이 해당 채널의 광검출기(31Ra, 31Rb)에 각각 전달될 수 있도록 상기 광송신 모듈(30L)의 위치만 정확하게 정렬하면 된다.

이와 같이, 상기 광연결 블록과 광 PCB의 광도파로에 모든 광섬유 다발을 사용하는 구조에서는 광송신 모듈(30L), 송신부측 광연결 블록(20L), 광 PCB 내 광도파로(34), 수신부측 광연결 블록(20R), 광수신 모듈(30R)의 다섯 개 광부품의 조립에서 광송신 모듈(30L) 또는 광수신 모듈(30R) 중 하나만 정확하게 정렬하면 되고, 나머지 부품들은 광빔의 전파 경로를 벗어나지 않을 정도로 대략 정렬하여도 된다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발 구조 및 광섬유 다발을 직각으로 꺽은 구조를 예시하는 도면이다.

도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록(20)과 광 PCB 내 광도파로(33)로 사용되는 광섬유 다발의 구조를 나타내고 있다. 여기서, 다발을 구성하는 미세한 광섬유 가닥은 각각 코어(core: 35)와 클래드(clad: 36) 층을 갖고 있다. 상기 코어와 클래드 층은 일반적인 광섬유 구조와 같이, 광빔이 코어를 따라 전파될 수 있도록 클래드 층의 굴절률(Refractive index)이 코어보다 낮은 소재로 구성한다.

이때, 상기 코어(35)의 직경 D는 광빔의 직경 R보다 작아야 하며, 광 PCB를 이용한 광연결에서 사용되는 광빔이 5㎛∼200㎛ 정도이므로 상기 코어(35)의 직경 D는 0.5㎛∼20㎛ 정도가 적합하다.

또한, 상기 광섬유 코어 주위의 클래드(36) 층의 두께는 광섬유 가닥 사이에서 서로 혼신과 광결합 손실(optical coupling loss)의 두 가지를 고려하여 결정하여야 한다. 상기 클래드(36) 층의 두께가 얇으면 지수감쇠적 감쇠파(evanescent wave)가 이웃하는 광섬유 가닥의 코어로 침투하여 서로 혼신이 심해진다. 또한, 상기 클래드(36) 층의 두께가 두꺼우면 광결합 손실이 커진다. 즉, 광출력은 대부분 코어(35) 내로 전파되므로, 상기 코어(35)의 광결합 손실은 클래드 단면적/(코어 단면적 + 클래드 단면적)에 대체적으로 비례하므로, 상기 클래드(36) 층의 두께가 얇을수록 광결합 손실을 줄일 수 있다.

도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 광연결 블록(20) 내의 90°휜 광섬유 다발의 측면도를 나타내고 있다. 상기 90°휜 광섬유 다발의 안쪽 곡률 반경(radius of inside curvature) r은 광섬유 다발을 매몰시키고 있는 PCB의 두께보다 작아야 직각 방향으로 휠 수 있다. 따라서, 상기 광 PCB의 두께가 0.1㎜∼10㎜ 범위 내에 있으므로, 상기 곡률 반경 r은 PCB 두께 내에서 0.1㎜∼10㎜ 범위가 적절하다.

또한, 상기 광섬유 다발의 두께 h는 광빔(24)의 직경 R(5㎛∼200㎛)보다 커야 하고, PCB 두께보다는 작은 것이 적합하므로, 50㎛∼10㎜ 범위가 적절하다. 또한, 상기 광연결 블록의 길이 L은 채널 수와 채널 간격(channel pitch)에 따라 달라질 수 있으므로, 단일 채널에 적합한 50㎛ 이상에서 PCB의 너비에 해당하는 수십 ㎝까지 매우 넓은 범위에서 변화가 가능하다.

결국, 본 발명의 실시예는 광도파로가 인쇄회로기판(PCB) 내에 내장된 광 PCB 구조와 광 PCB용 광연결 블록(Optical interconnection block) 구조에 관한 것으로, 이러한 두 구조에서 광경로를 형성하기 위해 광섬유 다발(optical fiber bundles)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 다발을 이용한 광 인쇄회로기판 및 광연결 블록은 기존의 단일 광섬유를 사용하는 구조에 비해 광경로의 비정렬 허용도(tolerance of misalignment)를 높일 수 있고, 여러 층의 광연결을 쉽게 달성할 수 있다. 이때, 광섬유 다발을 이용한 광 PCB는플라스틱 광섬유(Plastic optical fiber: POF) 또는 실리카 광섬유(Silica optical fiber) 등의 소재로 만들어진 광섬유 다발을 PCB 속에 내장시킨 구조를 갖는다. 또한, 상기 광섬유 다발을 이용한 광연결 블록은 광섬유 다발을 직각 방향으로 휘게 하여 충진재 속에 매몰시켜 블록으로 만든 구조이다.

따라서, 이러한 광연결 블록을 광 PCB에 홈을 파고 정렬된 위치에 배치함으로써, 광 PCB 위에 집적된 광원(light source)에서 나온 광빔(light beam)을 광 PCB 내에서 수평으로 광도파로 속으로 전달할 수 있으며, 광도파로에서 나온 광빔을 광 PCB 위에 집적된 광검출기(Photo detector)로 전달할 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 광섬유다발을 이용함으로써 광연결 블록과 광 PCB 내 광도파로간의 비정렬 허용도를 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 광섬유 다발을 광 PCB 내에 매몰시킴으로써 다채널 다층의 광도파로가 필요한 구조에서 개별 광도파로를 일정 간격으로 독립적으로 만들어 줄 필요 없이 광도파로를 한번에 만들어 줄 수 있으며, 특히, 광경로의 정렬이 어려운 다층 광도파로의 광 PCB 구조에서 그 유용성이 크다.

Claims

다채널 광도파로를 내장한 광 인쇄회로기판(PCB)에 있어서,

광빔을 전달하는 광경로가 형성된 광도파로(optical waveguide)가 내장되어 있으며, 광도파로를 관통하는 홈이 형성되어 있고;

상기 홈에 삽입되고, 상기 광도파로와 연결되어 상기 광빔을 전달하는 광연결 블록(optical interconnection block)

을 포함하되,

상기 광연결 블록은 직각으로 휜(bent) 광섬유 다발(optical fiber bundles)로 형성된 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 광연결 블록 하나로 다층으로 형성되는 복수의 광도파로가 한꺼번에 연결되어, 각각의 광도파로에 광빔을 전달하는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 광섬유 다발을 이용하여 광연결 블록을 구성하는 각 광섬유들의 클래드 층은 상기 코어의 직경(D)은 0.5㎛ ~ 20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 직각으로 휜 광섬유 다발의 안쪽 곡률 반경(r)은 상기 인쇄회로기판의 두께 이내에서 0.1㎜∼10㎜의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 다채널 광도파로를 가진 광 인쇄회로기판은 상기 다채널 광도파로의 매개체로 광섬유 다발을 인쇄회로기판 속에 매몰시킨 것을 특징으로 하는 광 인쇄회로기판.
광빔을 전달하기 위한 광연결 블록에 있어서,

직각으로 휜 복수의 광섬유로 이루어진 광섬유 다발; 및

상기 광섬유 다발을 블록 내에 고정시키는 충진재

를 포함하는 광연결 블록.
제6항에 있어서,

상기 광섬유는 코어 및 클래드를 포함하되, 상기 코어의 직경(D)은 0.5㎛∼20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광연결 블록.