WO2018074704A1 - 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조 - Google Patents

적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조 Download PDF

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WO2018074704A1
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wavelength
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박기성
이길동
황월연
양국현
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아이오솔루션(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a package structure of a wavelength multiplexed array light receiving module applying a stacked structure.
  • the present invention relates to a package structure of a wavelength multiplexing array light receiving module using a stacking structure that can be fabricated in a compact size by packaging a light receiving module into a stack structure without a separate sealing package.
  • a package structure of an array light receiving module is provided.
  • the package of the wavelength multiplexed array photoreceptor module employing a laminated structure that can improve mechanical durability. It's about structure.
  • Optical communication one of wired and wireless communication technologies, is a technology that can transmit a large amount of data at high speed without interruption as a communication means using light instead of the existing electric signal.
  • Optical communication technology with a transmission capacity of 10 Gbps or more is already commercialized using a single fiber, and recently, multiple optical signals of different wavelengths having a transmission rate of 10 Gbps or 25 Gbps in one optical fiber are multiplexed to provide data of tens to 100 Gbps.
  • Optical communication in the form of wavelength division multiplexing (WDM) is being used for transmission, and developments for achieving higher transmission speeds continue.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • the following prior art document includes an alignment plate having an installation unit for installing on a base plate on which an optical element is mounted at a setting position, and a first reference hole and a second reference hole formed at a first distance from the first reference hole; An optical fiber fixing block having an optical fiber in optical communication with the optical element, the optical fiber fixing block having a first post inserted into the first reference hole and a second post inserted into the second reference hole; And a housing surrounding the optical fiber fixing block and the alignment plate.
  • the second post is inserted into the second reference hole more loosely than the insertion into the first reference hole of the first post, the setting position passes through the first reference hole and the second reference hole A second reference line intersecting the first reference line and the first reference line and spaced apart from the first reference hole by a second distance, and positioned opposite the second reference hole with the first reference hole interposed therebetween.
  • a transmission path expander characterized in that is determined by.
  • An object of the present invention was devised to solve the problems described above, and the laminated structure that can be manufactured in a compact size by reducing the length, height and width by packaging the light receiving module in a laminated structure without a separate sealing package
  • the present invention provides a package structure of the wavelength multiplexed array optical reception module.
  • the package structure of the wavelength multiplexed array optical reception module to which the stack structure according to the present invention is applied includes, in the optical reception module of wavelength division multiplexing (WDM), an optical connector and an optical reception module located at the end of an optical line.
  • the optical package unit 120 that separates an optical signal received from the optical connection unit 110 into an optical signal of each wavelength and then condenses and reflects each of the separated optical signals.
  • a preamplification device unit 130 which receives the optical signal reflected from the optical package unit 120 and converts the optical signal into an electrical signal;
  • a printed circuit board 140 for transmitting the electrical signal converted through the preamplification element unit 130 to an external circuit;
  • a first silicon substrate 150 to which components of the optical package unit 120 are assembled;
  • a second silicon substrate 160 to which components of the preamplification element unit 130 are assembled, including solder 170 between both sides of the first silicon substrate 150 and the second silicon substrate 160. It is characterized in that it is made of a laminated structure while being bonded by the adhesive through the adhesive.
  • the optical connector 110, the receptacle 111 is coupled to the optical fiber connector formed at the end of the optical path;
  • a ferrule (112) positioned in the interior space of the receptacle to align the rays;
  • a cylindrical sleeve 113 positioned between the receptacle and the ferrule;
  • a hill-shaped refractive index lens 114 positioned at a rear end of the ferrule and inside the receptacle to convert the input scattered light into parallel light.
  • the optical package unit 120 the glass block 121 which is an optical signal demultiplexing device; An anti-reflective coating (122) formed on one side of the glass block to pass an optical signal; A reflective film coating 123 formed on one side of the glass block to reflect an optical signal; A thin film filter 124 formed at regular intervals on the other side of the glass block on which the anti-reflective coating and the reflective coating are formed to pass a wavelength of a corresponding band; A reflecting mirror 125 which converts parallel light separated from the thin film filter to a vertical direction in a downward direction; And an array lens 126 positioned below the reflective mirror to convert parallel light reflected from the reflective mirror into focus light.
  • the preamplification element unit 130 includes: an array photodetection element 131 for detecting an electrical signal according to the focus light emitted; An array preamplifier (132) for amplifying and outputting an electrical signal detected by the array photodetector; A via hole 133 which transmits the amplified signal sealed with metal to the printed circuit board 140; And a wire 134 for connecting the array photodetector and the array preamplifier and connecting the array preamplifier and the via hole to allow a signal to flow.
  • an array photodetection element 131 for detecting an electrical signal according to the focus light emitted
  • An array preamplifier (132) for amplifying and outputting an electrical signal detected by the array photodetector
  • a via hole 133 which transmits the amplified signal sealed with metal to the printed circuit board 140
  • a wire 134 for connecting the array photodetector and the array preamplifier and connecting the array preamplifier and the via hole to allow a signal to flow.
  • the anti-reflective coating 122 and the reflective coating 123 is formed on one side of the glass block 121, the anti-reflective coating and the anti-reflective coating is formed in a predetermined region of the glass block to which light is input It is characterized in that it is formed by being divided into a reflection film coating formed in the area except the area.
  • the first silicon substrate 150, the groove portion for assembling the components of the optical package portion 120 is formed, characterized in that the alignment and bonding through a flip chip bonding process.
  • the array lens 126 is characterized in that it is integrally installed on one side of the reflective mirror 125 or the lower surface of the reflective mirror in the direction corresponding to the thin film filter 124.
  • the second silicon substrate 160 may include a groove portion for assembling the components of the preamplification element portion 130 and die bonding and the components of the preamplification element portion by an automatic bonding process in a predetermined pattern. It is characterized by being bonded by wire bonding.
  • first silicon substrate 150 and the second silicon substrate 160 may be provided with a groove 180 having an open upper portion by deep grove etching, and may be one of the components through a dry etching process.
  • a mounting groove 181 is formed to allow the in-chip to be positioned, and a via hole 133 is formed at one side of the lower portion of the groove.
  • the package structure of the wavelength multiplexed array optical receiving module applying the stacked structure according to the present invention is a separate sealed package so that the data center is large and the optical cables are densely connected in order to connect various data at high speed.
  • FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing a stack structure of a package structure of a wavelength multiplexed array light receiving module to which a stack structure according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a process of moving an optical signal of a package structure of a wavelength multiplexed array optical receiving module to which a laminate structure according to the present invention is applied.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of an array lens of the package structure of the wavelength multiplexed array light receiving module to which the laminated structure according to the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a view for explaining the assembly process of the package structure of the wavelength multiplexed array light receiving module applying the laminated structure according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing another embodiment of a silicon substrate of a package structure of a wavelength multiplexed array light receiving module to which a laminate structure according to the present invention is applied.
  • FIG. 6 shows a variant of the silicon substrate according to FIG. 5.
  • FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing a stack structure of a package structure of a wavelength multiplexed array light receiving module to which a stack structure according to the present invention is applied.
  • the package structure of the wavelength multiplexed array light receiving module to which the stacking structure according to the present invention is applied may include an optical connection unit 110, an optical package unit 120, a preamplification element unit 130, and a printed circuit board. 140, the first silicon substrate 150, and the second silicon substrate 160.
  • the optical connecting portion 110 is a receptacle 111 coupled to an optical fiber connector formed at an end of a light path, a ferrule 112 positioned in an inner space of the receptacle to align light rays, and a cylindrical sleeve positioned between the receptacle and the ferrule. And a hill-shaped refractive index lens 114 positioned at the rear end side of the ferrule and inside the receptacle to convert the input scattered light into parallel light.
  • the ferrule 112, the sleeve 113, and the hill-shaped refractive index lens 114 have the same central axis in the receptacle 111.
  • hill-type refractive index lenses for forming parallel light are replaceable with convex lenses having a suitable focal length.
  • the optical connecting part 110 further includes a hill-type refractive index lens 114 as compared to a conventional receptacle including only a ferrule and a sleeve, and the hill-type refractive index lens or the convex lens converts the scattered light into parallel light. Function to convert.
  • the hill-type refractive index lens 114 has a position of a focal length for making perfect parallel light by applying the hill-type refractive index lens 114 to make relatively perfect parallel light without a separate active alignment.
  • the hill-type refractive index lens 114 has a structure that is inserted into the receptacle 111 without a separate alignment process with the ferrule 112 of the same cylindrical structure inside the receptacle 111 having a cylindrical structure, so that only mechanical precision It is possible to fix in the correct position.
  • the optical connecting unit 110 measures the aspherical convex lens configured to make parallel light in the conventional light receiving module, and the photocurrent of the photodetecting device to position the aspherical convex lens at the correct focal length.
  • the complexity of the assembly process and the decrease in manufacturing yield due to the use of an active alignment method of finding and fixing the aspherical convex lens can be solved.
  • the optical package unit 120 separates an optical signal received from the optical connection unit 110 into an optical signal of each wavelength in order to reduce the loss of light and reduce the size of the demultiplexing element, and then separate each optical signal. Condenses and reflects.
  • the optical package unit 120 is a glass block 121 that is an optical signal demultiplexing element, an antireflection film coating 122 formed on one side of the glass block to pass an optical signal, and formed on one side of the glass block.
  • Reflective film coating 123 for reflecting an optical signal
  • a thin film filter 124 formed at regular intervals on the other side of the glass block on which the anti-reflective coating and the reflective film coating is formed to pass a wavelength of a corresponding band, from the thin film filter
  • the anti-reflective coating 122 and the reflective coating 123 is formed on one side of the glass block 121, the anti-reflective coating formed on a predetermined region of the glass block to which light is input and the region where the anti-reflective coating is formed It is formed by dividing the reflective film formed in the excluded region.
  • the antireflective coating 122 serves to minimize the loss of light incident through the hill-type refractive index lens 114 to the glass block 121, and the reflective coating 123 is a thin film filter formed on the opposite side. The light reflected back from the light is reflected back to the next thin film filter.
  • the optical package unit 120 is coated with a non-film coating 122 on a portion of one side of the glass block having a predetermined refractive index and thickness, and the reflective film coating 123 on another area of the same surface and then the predetermined size
  • the pre-fabricated thin film filter 124 is determined on the other side corresponding to one side on which the coating portion of the glass block is formed. It can be produced through the process of attaching sequentially to the position.
  • the reflective mirror 125 is configured to reflect the optical signal from the thin film filter 124 to the lower array photodetector 131, and is formed at an angle (about 45 degrees), and a reflective film is formed on one surface. It may be formed in the form of a mirror in the form of a coated rod.
  • the array lens 126 integrates a lens for converting the reflected divergent light into a focus light into one component, and combines the reflection mirror 125 and the array lens 126 into one to reduce unnecessary volume and space. have. However, if necessary, the array lens unit and the reflection mirror unit may be separated and configured as two separate components.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a process of moving an optical signal of a package structure of a wavelength multiplexed array light receiving module to which a stacking structure according to the present invention is applied
  • FIG. 3 is a package of a wavelength multiplexing array light receiving module to which the stacking structure according to the present invention is applied.
  • the array lens 126 may be integrally installed on one side of the reflective mirror 125 or the lower surface of the reflective mirror in a direction corresponding to the thin film filter 124. have.
  • the order of the reflective mirror 125 and the array lens 126 may be independent, and the shape of the first silicon substrate 150 may vary according to the position of the array lens 126.
  • the preamplifier element 130 is an array photodetector 131 for detecting an electrical signal according to the focus light emitted, an array preamplifier for amplifying and outputting the electrical signal detected by the array photodetector ( 132, a via hole 133 for transmitting the amplified signal sealed to the printed circuit board 140 to the printed circuit board 140, connecting the array photodetector to the array preamplifier, and connecting the array preamplifier and predistortion groove to each other. And a wire 134 to connect and flow a signal.
  • the array photodetector 131 refers to a device that detects an optical signal and converts it into an electrical signal, and is typically a PIN photodiode (PIN-PD) or an avalanche photodiode having an amplifier function of an optical signal. (APD) and the like.
  • PIN-PD PIN photodiode
  • APD avalanche photodiode having an amplifier function of an optical signal.
  • the array photodetector 131 has an advantage in that alignment of each photodetector is easy as a plurality of devices are formed on a single semiconductor substrate as a single component.
  • the array preamplifier 132 amplifies the electric signal transmitted from the array photodetector 131 to select and adjust the signal.
  • the amplified signal is transferred to the printed circuit board 140 through the via hole 133.
  • the via hole seals the groove formed in the second silicon substrate 160 and fills the metal so that the electrical signal can be transmitted. Can be.
  • the wire 134 electrically connects the array photodetector 131 and the array preamplifier 132 to the array preamplifier 132 and the via hole 133, respectively. It can be bonded by a process.
  • the wire bonding step is a step of attaching a lead wire or the like to an electrode of a part.
  • the wire bonding step is a method of placing a lead wire on a heated pellet and instantaneous heat compression.
  • the first silicon substrate 150 to which the components of the optical package unit 120 are assembled includes the glass block 121, the thin film filter 124, and the reflective mirror 125, which are the components of the optical package unit 120.
  • the array lens 126 is seated and fixed, and may be processed by an etching method to form grooves (not shown) so that each component may be seated, aligned, and fixed.
  • the first silicon substrate may form a groove having a predetermined size penetrating at a position corresponding to the array lens, but in the transmission of the optical signal, the wavelength of light may pass through the silicon, thus having no penetration.
  • an anti-reflective coating may be applied to the surface of the first silicon substrate to minimize the loss of the optical signal.
  • the array lenses 126 are aligned and bonded by a flip chip bonding process. This allows position alignment with only mechanical precision without the need for conventional active alignment.
  • optical communication module has a problem that the productivity is reduced and the price is increased because the angle must be monitored by monitoring each assembly and alignment when assembling the components, but the optical communication module through the flip chip bonding process When assembling the sensor, there is no need for active real-time monitoring to angle the parallel light.
  • the second silicon substrate 160 to which the components of the preamplification element unit 130 are assembled is located under the first silicon substrate 160, and the components of the preamplification element unit are respectively seated. It can be processed by etching to form grooves (not shown) so that they can be aligned and fixed.
  • the components of the preamplification element portion are bonded to the second silicon substrate by die bonding and wire bonding by an automatic bonding process in a predetermined pattern.
  • the components of the preamplification element portion are aligned and seated in the groove portion of the second silicon substrate 160, damage to components and deformation of the alignment state due to external force may be prevented, thereby improving mechanical durability of the preamplification element portion.
  • the solder 170 may be formed on both upper surfaces of the second silicon substrate. Bonding through adhesion to form a laminated structure.
  • the light receiving module is packaged in a laminated structure without a separate sealing package, thereby reducing the length, height, and width, thereby making it compact in size.
  • the inside of the module can be sealed, and the electric chips assembled to the second silicon substrate can be protected from the outside.
  • FIG. 4 is a view for explaining the assembly process of the package structure of the wavelength multiplexed array light receiving module to which the laminated structure according to the present invention is applied.
  • the package structure of the wavelength multiplexing array light receiving module to which the stacking structure according to the present invention is applied is a second silicon substrate through the metal solder 170 when the preamplification element 130 is integrated. It is attached to the upper portion of the 160 to be bonded and fixed to the first silicon substrate 150.
  • the first and second silicon substrates may be fixed by aligning the upper and lower parts by using a flip chip bonding process.
  • the reason for sealing is that the optical package unit 120 has no relation to the presence or absence of sealing, but the sealing of the second silicon substrate 160 on which the array photodetector element 131 and the array preamplifier element 132 are assembled is performed. This is because it is closest to this defective rate.
  • the sealing effect is reduced, the volume can be reduced, and the price becomes lower as the yield is increased without being placed in a separate sealed package. There is.
  • FIG. 5 is a view showing another embodiment of a silicon substrate of the package structure of the wavelength multiplexed array light receiving module applying the stacked structure according to the present invention
  • Figure 6 is a view showing a modification of the silicon substrate according to FIG.
  • the first silicon substrate 150 and the second silicon substrate 160 may have a groove 180 having an open upper portion by deep grove etching, and a dry etching process.
  • a mounting groove 181 may be formed so that the chip, which is one of the components, may be positioned, and the via hole 133 may be formed at one lower side of the groove.
  • the via hole may be used according to the type and location of the components assembled to the silicon substrate, and the silicon substrate may be used as a cover as shown in FIG. 6.
  • FIGS. 1 to 6 describe only the main matters of the present invention, and as long as various designs are possible within the technical scope of the present invention, the present invention is applied to the configurations and functions of FIGS. 1 to 6. It is obvious that it is not limited.
  • the stacked structure according to the present invention is applied to the multiplexing method for using a plurality of wavelengths at once, but is not particularly limited, as the independent structure or the structure of the array form can be applied regardless of the structure if necessary.

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Abstract

본 발명은 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 별도의 밀봉 패키지 없이 광수신 모듈을 적층구조로 패키지 구조화하여 콤팩트한 사이즈로 제작할 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조는, 파장 분할 다중화(WDM)의 광수신 모듈에 있어서, 광 선로 종단에 위치한 광 커넥터와 광수신 모듈을 연결하기 위한 광 접속부; 빛의 손실을 줄이고 역다중화 소자의 크기를 줄이기 위해 상기 광 접속부로부터 수신되는 광신호를 각 파장의 광신호로 분리한 후 분리된 각각의 광신호를 집광 및 반사하는 광 패키지부; 상기 광 패키지부로부터 반사된 광신호를 수신한 후 전기신호로 변환하는 전치 증폭 소자부; 상기 전치 증폭 소자부를 통해 변환된 전기 신호를 외부 회로로 전송하기 위한 인쇄회로기판; 상기 광 패키지부의 구성요소들이 조립되는 제1 실리콘 기판; 및 상기 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 조립되는 제2 실리콘 기판;을 포함하되, 상기 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판의 양측 사이를 솔더 접착을 통해 접착하여 밀봉이 되게 하면서 적층구조로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조
본 발명은 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 별도의 밀봉 패키지 없이 광수신 모듈을 적층구조로 패키지 구조화하여 콤팩트한 사이즈로 제작할 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것이다.
또한, 상,하부 실리콘 기판을 플립칩 본딩 공정을 통해 위치 정렬하여 접착함으로써 실시간 모니터링 및 조립을 위한 별도의 구성요소를 마련할 필요가 없고, 모듈의 내부를 밀봉시킬 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것이다.
아울러, 실리콘 기판의 홈부에 각 구성요소들이 정렬 및 조립됨에 따라 외력에 의한 구성요소들의 손상 및 정렬상태 변형 등이 방지되므로 기계적 내구성을 향상시킬 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조에 관한 것이다.
최근 증강현실(AR)을 기반으로 한 스마트폰 게임이 전 세계적으로 열풍을 불고 있고, 이와 같은 게임의 종류 또한 점차 다양하게 증가하고 있다. 하지만, 증강현실(AR) 콘텐츠를 구동시키기 위해서는 상당히 많은 양의 데이터 트래픽이 발생하여 시스템에 과부하가 걸리게 된다. 그럼에도, 해당 서비스를 쾌적하게 즐길 수 있는 방법은 바로 '광통신' 기술 덕분이다.
유무선 통신 기술들 중 하나인 광통신은 기존의 전기신호 대신 빛을 이용한 통신수단으로 많은 양의 데이터를 끊김 없이 초고속으로 전달할 수 있는 기술이다.
인터넷 보급률, 인터넷 평균속도 및 광대역 인터넷 1위의 인터넷 강국인 우리나라에선 당연하게 쓰이는 기술이지만 아직 통신 인프라가 미흡한 나라에서는 각광을 받고 있는 사업이다.
이미 한 가닥의 광섬유를 사용하여 10Gbps 이상의 전송 용량을 갖는 광통신 기술이 상용화되어 있고, 최근에는 하나의 광섬유에 10Gbps 또는 25Gbps의 전송 속도를 갖는 서로 다른 파장의 광신호를 다중화시켜 수십 내지 100Gbps의 데이터를 전송하는 파장 분활 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신이 사용되고 있으며, 그 이상의 전송속도를 구현하기 위한 개발이 계속되고 있다.
광통신 기술을 가장 많이 사용하고 있는 대형 인터넷 포탈 회사의 경우 대규모 데이터 센터를 운영하고 있는데, 수백 Gbps의 전송속도를 충족시키기 위해 데이터 센터는 아주 큰 규모로 세밀하게 연결되어 있다. 이러한 데이터 센터의 광통신 모듈의 밀도를 높이기 위해서는 광통신 모듈의 크기를 줄이는 것이 중요하다.
이러한 기술의 일예가 하기 선행기술문헌에 개시되어 있다.
하기 선행기술문헌에는 광소자가 설정위치에 마운트되는 베이스플레이트 상에 설치되기 위한 설치부와 제1기준홀과 상기 제1 기준홀과 제1 간격을 두고 형성되는 제2 기준홀을 가지는 정렬플레이트; 상기 광소자와 광통신하는 광섬유가 고정설치되고, 상기 제1 기준홀에 삽입되는 제1 포스트와 상기 제2 기준홀에 삽입되는 제2 포스트를 가지는 광섬유 고정블럭; 및 상기 광섬유 고정블럭과 상기 정렬플레이트를 둘러싸는 하우징; 을 포함하되, 상기 제2 포스트는 상기 제1 포스트의 상기 제1 기준홀에 삽입보다 더 헐겁게 상기 제2 기준홀에 삽입되며, 상기 설정위치는 상기 제1 기준홀과 상기 제2 기준홀을 통과하는 제1 기준선과 상기 제1 기준선과 교차하고 제1 기준홀로부터 제2 간격을 둔 위치에 위치하며, 상기 제1 기준홀을 사이에 두고 상기 제2 기준홀의 맞은편에 위치하는 제2 기준선에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전송경로 확장기에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 광섬유고정블럭과 정렬플레이트를 둘러싸기 위해 고가의 하우징이 설치되며, 하우징으로 밀봉하는 구조의 경우에는 다양한 광소자 부품들 하나하나를 일일이 조립하고 이를 부착하고 정렬해야 하기 때문에 공정이 복잡하고 가격이 상승되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 별도의 밀봉 패키지 없이 광수신 모듈을 적층구조로 패키지 구조화하여 길이, 높이 및 폭을 줄여 콤팩트한 사이즈로 제작할 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조를 제공하는 것이다.
또한, 상,하부 실리콘 기판을 플립칩 본딩 공정을 통해 위치 정렬하여 접착함으로써 실시간 모니터링 및 조립을 위한 별도의 구성요소를 마련할 필요가 없고, 모듈의 내부를 밀봉시킬 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조를 제공하는 것이다.
또한, 실리콘 기판의 홈에 각 구성요소들이 정렬 및 조립됨에 따라 외력에 의한 구성요소들의 손상 및 정렬상태 변형 등이 방지되므로 기계적 내구성을 향상시킬 수 있는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조는, 파장 분할 다중화(WDM)의 광수신 모듈에 있어서, 광 선로 종단에 위치한 광 커넥터와 광수신 모듈을 연결하기 위한 광 접속부(110); 빛의 손실을 줄이고 역다중화 소자의 크기를 줄이기 위해 상기 광 접속부(110)로부터 수신되는 광신호를 각 파장의 광신호로 분리한 후 분리된 각각의 광신호를 집광 및 반사하는 광 패키지부(120); 상기 광 패키지부(120)로부터 반사된 광신호를 수신한 후 전기신호로 변환하는 전치 증폭 소자부(130); 상기 전치 증폭 소자부(130)를 통해 변환된 전기 신호를 외부 회로로 전송하기 위한 인쇄회로기판(140); 상기 광 패키지부(120)의 구성요소들이 조립되는 제1 실리콘 기판(150); 및 상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들이 조립되는 제2 실리콘 기판(160);을 포함하되, 상기 제1 실리콘 기판(150)과 제2 실리콘 기판(160)의 양측 사이를 솔더(170) 접착을 통해 접착하여 밀봉이 되게 하면서 적층구조로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 접속부(110)는, 광선로 종단에 형성된 광섬유 커넥터와 결합되는 리셉터클(111); 상기 리셉터클의 내부공간에 위치되어 광선을 정렬해주는 페룰(112); 상기 리셉터클과 페룰 사이에 위치되는 원통형의 슬리브(113); 및 상기 페룰의 후단측과 리셉터클의 내부에 위치되어 입력된 분산광을 평행광으로 변환시키는 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 패키지부(120)는, 광신호 역다중화 소자인 유리블록(121); 상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 통과시키는 무반사막 코팅(122); 상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 반사시키는 반사막 코팅(123); 상기 무반사막 코팅 및 반사막 코팅이 형성된 상기 유리블록의 타측면에 일정한 간격으로 형성되어 해당되는 대역의 파장을 통과시키는 박막필터(124); 상기 박막필터로부터 분리되어 수평으로 발산되는 평행광을 하방향으로 수직하게 변환시키는 반사 거울(125); 및 상기 반사 거울의 하측에 위치하여 상기 반사 거울로부터 반사된 평행광을 초점광으로 변환시켜주는 어레이 렌즈(126)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전치 증폭 소자부(130)는, 발산되는 초점광에 따른 전기 신호를 검출하는 어레이 광검출 소자(131); 상기 어레이 광검출 소자에서 검출된 전기 신호를 증폭하여 출력시키는 어레이 전치 증폭 소자(132); 금속으로 밀봉되어 증폭된 신호를 상기 인쇄회로기판(140)으로 전달하는 비아홀(133); 상기 어레이 광검출 소자와 어레이 전치 증폭 소자를 연결하고, 상기 어레이 전치 증폭 소자와 비아홀을 연결하여 신호가 흐르도록 하는 와이어(134)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무반사막 코팅(122)과 반사막 코팅(123)은, 상기 유리블록(121)의 일측면에 형성되되, 광이 입력되는 유리블록의 소정 영역에 형성되는 무반사 코팅과 상기 무반사 코팅이 형성된 영역을 제외한 영역에 형성되는 반사막 코팅으로 구분되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 실리콘 기판(150)은, 상기 광 패키지부(120)의 구성요소들을 조립하기 위한 홈부가 형성되고, 플립칩 본딩 공정을 통해 정렬하여 접착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 어레이 렌즈(126)는, 상기 박막필터(124)에 대응되는 방향인 반사 거울(125)의 일측면 또는 상기 반사 거울의 하부면에 일체로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 실리콘 기판(160)은, 상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들을 조립하기 위한 홈부가 형성되고, 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 정해진 패턴으로 자동 본딩 공정에 의해 다이 본딩 및 와이어 본딩으로 접착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 실리콘 기판(150) 및 제2 실리콘 기판(160)은, 깊은 홈 엣칭(deep grove etching)으로 상부가 개방된 홈부(180)가 형성되고, 드라이 엣칭 공정을 통해 구성요소 중 하나인 칩이 위치할 수 있도록 안착홈(181)이 형성되며, 상기 홈부의 하부 일측에 비아홀(133)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조는, 각종 데이터들을 빠른 속도로 연결하기 위해서 데이터 센터의 규모가 크고 광케이블이 조밀하게 연결될 수 있도록 별도의 밀봉 패키지 없이 광수신 모듈을 적층구조로 패키지 구조화하여 길이, 높이 및 폭을 줄여 콤팩트한 사이즈로 제작이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 상,하부 실리콘 기판을 플립칩 본딩 공정을 통해 위치 정렬하여 접착함으로써, 실시간 모니터링 및 조립을 위한 별도의 구성요소를 마련할 필요가 없으므로 생산효율을 향상시킬 수 있고, 실리콘 기판 내에 설치된 칩들을 밀봉하는 효과가 있다.
또한, 실리콘 기판의 홈에 각 구성품들이 정렬 및 안착 됨에 따라 외력에 의한 구성품들의 손상 및 정렬 상태 변형 등이 방지되므로 기계적 내구성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 적층구조를 보여주는 평면도 및 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 광신호의 이동과정을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 어레이 렌즈의 실시예를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 조립 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 실리콘 기판의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 6은 도 5에 따른 실리콘 기판의 변형예를 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 출원인은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 적층구조를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조는 광 접속부(110), 광 패키지부(120), 전치 증폭 소자부(130), 인쇄회로기판(140), 제1 실리콘 기판(150) 및 제2 실리콘 기판(160)을 포한하다.
상기 광 접속부(110)는 광선로 종단에 형성된 광섬유 커넥터와 결합되는 리셉터클(111), 상기 리셉터클의 내부공간에 위치되어 광선을 정렬해주는 페룰(112), 상기 리셉터클과 페룰 사이에 위치되는 원통형의 슬리브(113) 및 상기 페룰의 후단측과 리셉터클의 내부에 위치되어 입력된 분산광을 평행광으로 변환시키는 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 포함한다.
이때, 상기 페룰(112), 슬리브(113) 및 언덕형 굴절률 렌즈(114)는 리셉터클(111)의 내부에서 상호 동일한 중심축을 갖는다.
특히, 평행광을 형성시키는 언덕형 굴절율 렌즈는 적당한 초점 거리를 갖는 볼록 렌즈로 대체 가능하다.
상기 광 접속부(110)는 페룰과 슬리브만으로 구성된 종래의 리셉터클부와 대비하여 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 추가로 삽입한 것을 특징으로 하며, 언덕형 굴절률 렌즈 또는 볼록 렌즈는 분산광을 평행광으로 변환하는 기능을 한다.
상기 언덕형 굴절률 렌즈(114)는 완벽한 평행광을 만들기 위한 초점 거리의 위치가 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 적용하여 별도의 능동 정렬 없이 비교적 완벽한 평행광을 만들 수 있다.
또한, 언덕형 굴절률 렌즈(114)는 원통형 구조를 갖는 리셉터클(111) 내부에 동일한 원통형 구조의 페룰(112)과 별도의 정렬 공정 없이 리셉터클(111)에 삽입 장착되는 구조를 취함으로써 기계적인 정밀도만으로도 정확한 위치에 고정시키는 것이 가능하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 광 접속부(110)는 종래의 광수신 모듈에서 평행광을 만들기 위해서는 구성되는 비구면 볼록 렌즈와, 상기 비구면 볼록렌즈를 정확한 초점 거리에 위치시키기 위하여 광검출 소자의 광전류를 측정하면서 비구면 볼록렌즈의 위치를 찾아 고정시키는 능동 정렬 방식을 사용함에 따른 조립 공정의 복잡함과 제조 수율 저하의 문제점들이 해소될 수 있다.
한편, 상기 광 패키지부(120)는 빛의 손실을 줄이고 역다중화 소자의 크기를 줄이기 위해 상기 광 접속부(110)로부터 수신되는 광신호를 각 파장의 광신호로 분리한 후 분리된 각각의 광신호를 집광 및 반사한다.
상기 광 패키지부(120)는 광신호 역다중화 소자인 유리블록(121), 상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 통과시키는 무반사막 코팅(122), 상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 반사시키는 반사막 코팅(123), 상기 무반사막 코팅 및 반사막 코팅이 형성된 상기 유리블록의 타측면에 일정한 간격으로 형성되어 해당되는 대역의 파장을 통과시키는 박막필터(124), 상기 박막필터로부터 분리되어 수평으로 발산되는 평행광을 하방향으로 수직하게 변환시키는 반사 거울(125) 및 상기 반사 거울의 하측에 위치하여 상기 반사 거울로부터 반사된 평행광을 초점광으로 변환시켜주는 어레이 렌즈(126)를 포함한다.
상기 무반사막 코팅(122)과 반사막 코팅(123)은, 상기 유리블록(121)의 일측면에 형성되되, 광이 입력되는 유리블록의 소정 영역에 형성되는 무반사 코팅과 상기 무반사 코팅이 형성된 영역을 제외한 영역에 형성되는 반사막 코팅으로 구분되어 형성된다.
상기 무반사막 코팅(122)은 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 통해 입사되는 광이 유리블록(121)에 반사됨에 따른 손실을 최소화시켜주는 역할을 하고, 반사막 코팅(123)은 반대측에 형성된 박막필터로부터 반사되어 되돌아 온 광이 다시 반사되어 그 다음 박막필터로 입사되도록 하는 역할을 한다.
즉, 상기 광 패키지부(120)는 정해진 굴절률과 두께를 갖는 유리블록 일측면의 일부 영역에 무박사막 코팅(122)을 하고 같은 면의 또 다른 영역에는 반사막 코팅(123)을 한 후 정해진 크기를 갖도록 잘라낸 다음 잘라낸 유리블록(121)을 그 단면이 평행 사변형의 형태가 되도록 정밀한 각도로 연마한 후, 미리 제작된 박막필터(124)들을 유리블록의 코팅부가 형성된 일측면과 대응되는 타측면에 정해진 위치에 순차적으로 부착하는 공정을 통해 제작될 수 있다.
상기 반사 거울(125)은 박막필터(124)로부터의 광신호를 하층의 어레이 광검출 소자(131)로 반사하기 위한 구성으로 일정각도(약 45ㅀ)로 기울어져 형성되고, 한쪽 면에 반사막이 코팅된 막대 형태의 거울 형태로 형성될 수 있다.
상기 어레이 렌즈(126)는 이렇게 반사된 발산광을 초점광으로 변환시키는 렌즈를 하나의 부품으로 집적화한 것이며 반사 거울(125)과 어레이 렌즈(126)를 하나로 결합함으로써 불필요한 부피 및 공간을 절감할 수 있다. 그러나, 필요에 따라 어레이 렌즈부와 반사 거울부를 분리하여 두 개의 별도 부품으로 구성하는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 광신호의 이동과정을 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 어레이 렌즈의 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 렌즈(126)는 상기 박막필터(124)에 대응되는 방향인 반사 거울(125)의 일측면 또는 상기 반사 거울의 하부면에 일체로 설치될 수 있다.
상기 반사 거울(125) 및 어레이 렌즈(126)의 순서는 상관없으며 어레이 렌즈(126)의 위치에 따라 제1 실리콘 기판(150)의 형상이 달라질 수 있다.
(a)의 경우 어레이 렌즈(126)가 반사 거울(125)의 하부에 위치할 때는 제1 실리콘 기판(150)에 관통의 유무에 관계없이 어레이 렌즈(126)가 안착될 홈이 필요하다.
(b)의 경우 어레이 렌즈(126)가 반사 거울(125)의 일측면에 위치할 때는 제1 실리콘 기판(150)에 어레이 렌즈(126)가 안착되는 홈이 필요하지 않으나, 반사거울(126) 및 어레이 렌즈(126)의 위치가 변동될 수 있다.
한편, 상기 전치 증폭 소자부(130)는 발산되는 초점광에 따른 전기 신호를 검출하는 어레이 광검출 소자(131), 상기 어레이 광검출 소자에서 검출된 전기 신호를 증폭하여 출력시키는 어레이 전치 증폭 소자(132), 금속으로 밀봉되어 증폭된 신호를 상기 인쇄회로기판(140)으로 전달하는 비아홀(133), 상기 어레이 광검출 소자와 어레이 전치 증폭 소자를 연결하고, 상기 어레이 전치 증폭 소자와 전치전달홈을 연결하여 신호가 흐르도록 하는 와이어(134)를 포함한다.
상기 어레이 광검출 소자(131)는 광신호를 검출하여 전기적인 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 소자를 말하며, 대표적으로 PIN 포토다이오드(PIN-PD) 또는 광신호의 증폭기능이 있는 아발란치 포토다이오드(APD) 등이 있다.
상기 어레이 광검출 소자(131)는 복수 개의 소자를 단일부품으로 하나의 반도체 기판 위에 형성함에 따라 각 광검출 소자의 정렬이 용이한 장점이 있다.
어레이 전치증폭 소자(132)는 어레이 광검출 소자(131)로부터 전달된 전기신호를 증폭하여 주는 것으로 신호를 선택하여 조절할 수 있도록 한다.
증폭된 신호는 상기 비아홀(133)을 통해 인쇄회로기판(140)으로 전달되는데, 이때 비아홀은 제2 실리콘 기판(160)에 형성된 홈에 밀봉을 함과 동시에 전기 신호가 전달될 수 있도록 금속을 채울 수 있다.
상기 와이어(134)는 어레이 광검출 소자(131)와 어레이 전치증폭 소자(132)를 어레이 전치증폭 소자(132)와 비아홀(133)에 각각 전기적으로 연결하는 역할을 하며, 와이어 본딩(Wire Bonding) 공정으로 접착시킬 수 있다.
여기에서 와이어 본딩 공정이란 부품의 전극에 리드선 등을 붙이는 공정으로, 가열된 펠릿(Pellet)에 리드선을 얹고 순간적으로 가열 압착하는 방법이다.
한편, 상기 광 패키지부(120)의 구성요소들이 조립되는 제1 실리콘 기판(150)은 광 패키지부(120)의 구성요소들인 유리블록(121), 박막필터(124), 반사 거울(125) 및 어레이 렌즈(126)가 안착되어 고정되며, 각 구성요소들이 안착되어 위치 정렬 및 고정될 수 있도록 홈부(미도시)를 형성하기 위해 엣칭(Etching) 방법으로 가공될 수 있다.
상기 제1 실리콘 기판은 어레이 렌즈와 대응되는 위치에 관통되는 일정 크기의 홈을 형성할 수 있으나, 광신호 전달에 있어서 빛의 파장이 실리콘을 통과할 수 있어 관통의 유무와 무관하다. 이때, 상기 제1 실리콘 기판을 통하여 광신호가 전달되는 경우에는 광신호의 손실을 최소화하기 위하여 제1 실리콘 기판의 표면에 무반사막 코팅을 할 수 있다.
특히, 각 구성요소들의 정렬 및 안착을 위한 홈부가 형성된 제1 실리콘 기판(150)에 의해 각 구성요소들 중에서 어레이 렌즈(126)의 경우, 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding) 공정을 통해 정렬하여 접착함으로써 종래의 능동 정렬을 수행할 필요 없이 기계적인 정밀도만으로 위치 정렬이 가능하다.
종래의 광통신 모듈은 구성요소를 조립할 때 각각의 구성요소를 조립하고 정렬할 때마다 모니터링하여 각도를 확인해야 하기 때문에 생산성이 떨어지고 가격이 증가하는 등의 문제점이 있었으나, 플립칩 본딩 공정을 통해 광통신 모듈을 조립할 때 평행광의 각도를 맞추기 위한 액티브한 실시간 모니터링이 필요 없게 된다.
또한, 반사 거울(125)의 경우, 각도 조절, 안착을 위한 별도의 구성요소를 마련할 필요가 없게 됨으로써, 제조공정 시간 및 비용을 감소시켜 생산 효율성이 향상될 수 있다.
또한, 제1 실리콘 기판(150)의 홈에 각 구성품들이 정렬 및 안착됨에 따라 외력에 의한 구성요소들의 손상 및 정렬 상태 변형 등이 방지됨으로써 광 패키지부(120)의 기계적 내구성 또한 향상될 수 있다.
한편, 상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들이 조립되는 제2 실리콘 기판(160)은 상기 제1 실리콘 기판(160)의 하부에 위치하며, 상기 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 각각 안착되어 위치 정렬 및 고정될 수 있도록 홈부(미도시)를 형성하기 위해 엣칭(Etching) 방법으로 가공될 수 있다.
상기 제2 실리콘 기판에는 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 정해진 패턴으로 자동 본딩 공정에 의해 다이 본딩 및 와이어 본딩으로 접착된다.
상기 제2 실리콘 기판(160)의 홈부에 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 정렬 및 안착됨에 따라 외력에 의한 구성품들의 손상 및 정렬 상태 변형 등이 방지됨으로써 전치 증폭 소자부의 기계적 내구성 또한 향상될 수 있다.
특히, 상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들이 일체화된 제2 실리콘 기판과 광 패키지부(120)가 일체화된 제1 실리콘 기판을 조립하기 위해서는 제2 실리콘 기판의 상부 양측면에 솔더(170) 접착을 통해 접착하여 적층구조로 이루어지도록 한다.
이처럼, 상기 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판을 플립칩 본딩 공정을 통해 위치 정렬하여 접착함으로써, 별도의 밀봉 패키지 없이 광수신 모듈을 적층구조로 패키지 구조화하여 길이, 높이 및 폭을 줄여 콤팩트한 사이즈로 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 모듈의 내부를 밀봉시켜 제2 실리콘 기판에 조립되어 있는 일렉트릭한 칩들을 외부로부터 보호할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 조립 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조는, 전치 증폭 소자부(130)의 일체화가 완성되면 금속 솔더(170)를 통해 제2 실리콘 기판(160)의 상부에 부착하여 제1 실리콘 기판(150)과 접착하여 고정한다. 이때 제1,2 실리콘 기판은 플립칩 본딩 공정을 이용하여 상하부를 정렬하여 고정할 수 있다.
밀봉을 하는 이유는, 광 패키지부(120)는 밀봉의 유무와는 관계가 없으나, 어레이 광검출 소자(131) 및 어레이 전치증폭 소자(132)가 조립되어 있는 제2 실리콘 기판(160)의 밀봉이 불량률에 가장 밀접하기 때문이다.
따라서, 상기 제1,2 실리콘 기판의 외부 둘레를 따라 금속 솔더로 밀봉함에 따라, 별도의 밀봉된 패키지 안에 넣지 않아도 밀봉 효과가 있고, 부피를 줄일 수 있으며, 수율이 증가함에 따라 가격이 저렴해지는 효과가 있다.
도 5는 본 발명에 따른 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조의 실리콘 기판의 다른 실시예를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5에 따른 실리콘 기판의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 실리콘 기판(150) 및 제2 실리콘 기판(160)은, 깊은 홈 엣칭(deep grove etching)으로 상부가 개방된 홈부(180)가 형성되고, 드라이 엣칭 공정을 통해 구성요소 중 하나인 칩이 위치할 수 있도록 안착홈(181)이 형성되며, 상기 홈부의 하부 일측에 비아홀(133)이 형성될 수 있다.
따라서, 실리콘 기판에 조립되는 구성요소의 종류 및 위치에 따라 비아홀을 사용할 수 있고, 도 6에서와 같이 실리콘 기판을 커버처럼 사용할 수도 있다.
한편, 상기에서 도 1 내지 도 6을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 6의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
또한, 본 발명에 따른 적층구조는 여러 개의 파장을 한 번에 사용하기 위해 다중화하는 방법을 적용하였지만 필요에 따라 구조에 상관없이 독립적인 구조 또는 어레이 형태의 구조 모두 적용될 수 있음으로 특별히 한정하지 않는다.

Claims (9)

  1. 파장 분할 다중화(WDM)의 광수신 모듈에 있어서,
    광 선로 종단에 위치한 광 커넥터와 광수신 모듈을 연결하기 위한 광 접속부(110);
    빛의 손실을 줄이고 역다중화 소자의 크기를 줄이기 위해 상기 광 접속부(110)로부터 수신되는 광신호를 각 파장의 광신호로 분리한 후 분리된 각각의 광신호를 집광 및 반사하는 광 패키지부(120);
    상기 광 패키지부(120)로부터 반사된 광신호를 수신한 후 전기신호로 변환하는 전치 증폭 소자부(130);
    상기 전치 증폭 소자부(130)를 통해 변환된 전기 신호를 외부 회로로 전송하기 위한 인쇄회로기판(140);
    상기 광 패키지부(120)의 구성요소들이 조립되는 제1 실리콘 기판(150); 및
    상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들이 조립되는 제2 실리콘 기판(160);을 포함하되,
    상기 제1 실리콘 기판(150)과 제2 실리콘 기판(160)의 양측 사이를 솔더(170) 접착을 통해 접착하여 밀봉이 되게 하면서 적층구조로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 접속부(110)는,
    광선로 종단에 형성된 광섬유 커넥터와 결합되는 리셉터클(111);
    상기 리셉터클의 내부공간에 위치되어 광선을 정렬해주는 페룰(112);
    상기 리셉터클과 페룰 사이에 위치되는 원통형의 슬리브(113); 및
    상기 페룰의 후단측과 리셉터클의 내부에 위치되어 입력된 분산광을 평행광으로 변환시키는 언덕형 굴절률 렌즈(114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 패키지부(120)는,
    광신호 역다중화 소자인 유리블록(121);
    상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 통과시키는 무반사막 코팅(122);
    상기 유리블록의 일측면에 형성되어 광신호를 반사시키는 반사막 코팅(123);
    상기 무반사막 코팅 및 반사막 코팅이 형성된 상기 유리블록의 타측면에 일정한 간격으로 형성되어 해당되는 대역의 파장을 통과시키는 박막필터(124);
    상기 박막필터로부터 분리되어 수평으로 발산되는 평행광을 하방향으로 수직하게 변환시키는 반사 거울(125); 및
    상기 반사 거울의 하측에 위치하여 상기 반사 거울로부터 반사된 평행광을 초점광으로 변환시켜주는 어레이 렌즈(126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전치 증폭 소자부(130)는,
    발산되는 초점광에 따른 전기 신호를 검출하는 어레이 광검출 소자(131);
    상기 어레이 광검출 소자에서 검출된 전기 신호를 증폭하여 출력시키는 어레이 전치 증폭 소자(132);
    금속으로 밀봉되어 증폭된 신호를 상기 인쇄회로기판(140)에 전달하는 비아홀(133);
    상기 어레이 광검출 소자와 어레이 전치 증폭 소자를 연결하고, 상기 어레이 전치 증폭 소자와 비아홀을 연결하여 신호가 흐르도록 하는 와이어(134)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 무반사막 코팅(122)과 반사막 코팅(123)은,
    상기 유리블록(121)의 일측면에 형성되되, 광이 입력되는 유리블록의 소정 영역에 형성되는 무반사 코팅과 상기 무반사 코팅이 형성된 영역을 제외한 영역에 형성되는 반사막 코팅으로 구분되어 형성되는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실리콘 기판(150)은,
    상기 광 패키지부(120)의 구성요소들을 조립하기 위한 홈부가 형성되고, 플립칩 본딩 공정을 통해 정렬하여 접착하는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 어레이 렌즈(126)는,
    상기 박막필터(124)에 대응되는 방향인 반사 거울(125)의 일측면 또는 상기 반사 거울의 하부면에 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 실리콘 기판(160)은,
    상기 전치 증폭 소자부(130)의 구성요소들을 조립하기 위한 홈부가 형성되고, 전치 증폭 소자부의 구성요소들이 정해진 패턴으로 자동 본딩 공정에 의해 다이 본딩 및 와이어 본딩으로 접착되는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실리콘 기판(150) 및 제2 실리콘 기판(160)은,
    깊은 홈 엣칭(deep grove etching)으로 상부가 개방된 홈부(180)가 형성되고, 드라이 엣칭 공정을 통해 구성요소 중 하나인 칩이 위치할 수 있도록 안착홈(181)이 형성되며, 상기 홈부의 하부 일측에 비아홀(133)이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층구조를 적용한 파장 다중화 어레이 광수신 모듈의 패키지 구조.
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