KR20030004656A - 광센서를 이용한 평면 도파로형 광회로 칩의 접합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 파우미터를 이용한 평면 도파로형 광회로 칩의 접합 장치가 개시된다. 개시된 접합 장치는 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간을 정렬하고, 정렬된 상태를 고정하는 접합 장치에 있어서, 소정 각도의 연마각이 제공된 연마면을 각각 구비한 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭의 정렬 후, 그들의 계면들사이에 도포되는 자외선 경화 접착제; 상기 자외선 경화 접착제의 상측에 이격되게 배치되어 상기 자외선 경화 접착제를 경화시키는 자외선 광원; 상기 접착제의 하측에 이격되게 배치되어 상기 접착제를 투과한 자외선의 파워 변화를 감지하는 광 센서; 상기 광파워 메타로부터 측정된 데이터를 제공받아서 상기 자외선의 파워 변화를 디스플레이하는 광파워 메타; 및 상기 광 센서로부터 제공된 데이터를 이용하여 완전 경화시간을 파악하는 제어부로 구성된다.

Description

광 센서를 이용한 평면 도파로형 광회로 칩의 접합장치{JUNCTION DEVICE FOR PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT CHIP USING OPTICAL SENSOR}

본 발명은 평면 도파로형 광회로 칩(PLC chip)에 관한 것으로서, 특히 평면 도파로형 광회로 칩와 광섬유 블럭(optical fiber block)간을 정렬하여 접착제를이용하여 정렬된 상태를 고정하는 평편 도파로형 광회로 칩의 접합 장치에 관한 것이다.

통상적으로 대용량의 정보를 전송하기 위해 흔히 사용되는 파장분할 다중화 (WDM:Waveguide Division Multiplexing) 통신 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 통해 N개의 파장을 갖는 광 신호를 동시에 전송한다. 수신된 광 신호를 전기 신호로 바꾸기 위해서는 수신단에서 이를 각각의 파장을 갖는 광신호로 분리해야 한다. 단일 모드 광섬유를 기반으로 하는 파장 다중화 통신 시스템의 수신단에서는 여러 개의 파장을 갖는 광 신호를 분리하기 위해 주로 광도파로열 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating)를 이용한다.

특히, 최근에 광 신호의 분기, 변조, 스윗칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 평면 도파로형 광회로(PLC)를 이용하여 평면 기판(substrate)상에 광 도파로를 제작하는 소자의 직접화에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 광 도파로 소자를 제작하기 위하여 필요한 기술로는 도파로의 설계, 제작 및 패키지 등을 예로 들수 있다. 일반적인 광 도파로는 입력된 빛을 가두고 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절률이 큰 코아(core)와, 코아를 둘러싸고 있는 굴절률이 낮은 클래딩(cladding)으로 구성된다. 상기 광 도파로 소자는 실리콘(silicon)이나 쿼츠(quartz) 기판에 여러 층의 실리카(silica) 또는 폴리머(polymer) 박막을 증착하여 코아와, 코아를 감싸는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 빛을 분할하거나, 빛의 경로를 변경시키거나 빛의 세기를 조절하는 등의 역할을 수행하게 된다.

도 1를 참조하여 종래의 실시 예에 따른 평면 도파로형 광회로 칩(10)의 정렬 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 1에는 설명의 편의를 위하여 접착제는 미도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)은 광섬유(F1,F2)와 연결되기 위하여 입출력측 광섬유 블럭(12,14)과 연결되며, 상기 입출력측 광섬유 블럭(12,14)과 정렬되어 접착제를 이용하여 정렬된 상태가 고정된다. 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)(PLC)에 빛을 입력하고, 출력하기 위하여는 입출력측 광섬유 블럭(12,14)이 상기 칩을 중심으로 각각 마주보게 위치하고, 상기 칩(10)의 입력 포트와 출력 포트에 정렬되어 고정되는 구조이다.

상기 공지의 입력측 및 출력측 광섬유 블럭(12,14)은 광섬유[단일 광섬유(F1)나 리본 광섬유(F2)]를 지지하기 위한 블럭으로서, 보통의 실리콘 기판(silicon substrate)에 V-형 홈(V-groove)(미 도시됨)을 형성하여 단일 광섬유(F1)나 리본 광섬유(F2)를 각각 배열하고, 접착제(또는 에폭시 수지)를 이용하여 단일 광섬유(F1)(single optical fiber) 또는 리본 광섬유(F2)(ribbon-type optical fiber)를 고정하여 제작완료된다. 부가적으로, 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)이나 입력측 또는 출력측 광섬유 블럭(12,14)은 가공성을 위하여 유리 상판(G1,G2)이 부착될 수 있고, 상기 입출력측 광섬유 블럭(12,14)은 광섬유(F1,F2)의 배치 상태를 지지하여주기 위한 파이렉스(Pyrex) 유리(G3,G4)가 부착된다. 또한, 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(12,14)간의 계면들(10a,10b,12a,14a)은 각각 소정의 각도로 연마된 상태에서 정렬되는 구조이다. 상기 계면들 구체적으로 연마면(10a,10b,12a,14a)은 수직선(L)을 기준으로 약 8도정도 연마각(θ)(도 2에 도시됨)을 가지며, 빛이 도파될 때, 빛의 반사에 의한 손실을 줄이기 위하여 제공된다.

도 1에 도시된 상태로 정렬된 후에 자외선 광원(16)과 접착제(B)를 이용하여 고정되는 종래의 구조가 도 2에 도시되었다. 도 2에는 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 출력측 광섬유 블럭(14)간의 종래의 접합 구조가 도시되었다. 종래의 접합 구조는 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 출력측 광섬유 블럭(14)간의 접합 구조를 예를 들어서 설명하기로 한다.

상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 출력측 광섬유 블럭(14)이 정렬된 후, 상기 계면들의 상측에서 접착제(B), 바람직하게 자외선 경화 수지를 도포하여 경화시킨다. 이러한 경화 공정은 자외선 경화 광원(16)을 상기 접착제(B)에 일정시간 조사함으로써, 정렬된 상태를 고정하는 구조였다. 즉, 종래의 접합 구조는 먼저 계면들에 자외선 경화 수지(B)를 도포한 후, 자외선 광원(16)을 이용하여 경화 수지를 경화하는 후공정으로 진행되는 방식이었다. 참조번호18로 표기된 렌즈는 상기 자외선 광원(16)에 제공되어 자외선을 가이드하는 역할을 하게 된다.

그러나, 종래에는 상기 자외선 경화 광원(16)이 상기 계면들의 바로 상측 즉, 상기 도포된 자외선 경화 접착제(B)의 수직 상방에 배치되어 조사되어지는 구조이기 때문에 상기 계면들에 도포된 접착제(B)의 상부는 경화공정이 잘 이루어지지만, 상기 도포된 접착제(B)의 하부는 경화 공정이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 발생하였다. 상기 자외선 경화 광원(16)의 자외선(16a)이 하부쪽의 접착제에는 투과하지 못해서 경화 정도가 떨어지기 때문이다. 실질적으로 평면 도파로형광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)간의 접착 공정은 정렬 후에 초기경화과정에서 대부분의 경화가 이루어져야 하며, 이후 잡업 공정이나 후 공정에서 뒤틀림이 발생하지 않아야 한다.

이러한 종래의 경화 공정으로 진행하면, 상기 계면들의 접착제(B)가 상부보다 하부쪽에 경화 정도가 저하되는 불완전한 구조적인 문제가 발생함으로써, 구조적인 평면 도파로형 광회로 칩(10)의 접합 구조에 문제, 구체적으로 뒤틀림 등과 같은 문제가 발생하여 결과적으로 광 소자 신뢰성에 치명적인 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 경화 효율을 향상시킬 수 있는 접합 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 접착제의 자외선 투과율의 변화를 측정하여 완전경화가 일어나는 시점을 정확히 파악할 수 있는 접합 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간을 정렬하고, 정렬된 상태를 고정하는 접합 장치에 있어서,

소정 각도의 연마각이 제공된 연마면을 각각 구비한 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭의 정렬 후, 그들의 계면들사이에 도포되는 자외선 경화 접착제;

상기 자외선 경화 접착제의 상측에 이격되게 배치되어 상기 자외선 경화 접착제를 경화시키는 자외선 광원;

상기 접착제의 하측에 이격되게 배치되어 상기 접착제를 투과한 자외선의 파워 변화를 감지하는 광 센서;

상기 광 센서로부터 측정된 데이터를 제공받아서 상기 자외선의 파워 변화를 디스플레이하는 광파워 메타; 및

상기 광파워 메타로부터 제공된 데이터를 이용하여 완전 경화시간을 파악하는 제어부로 구성된다.

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 평면 도파로형 광회로 칩과 입출력측 광섬유 블럭이 정렬된 상태를 나타내는 사시도.

도 2는 종래의 일 실시 예에 따른 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간에 접착제를 도포한 후, 정렬된 상태를 고정하기 위하여 경화시키는 상태를 나타내는 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간의 계면에 접착제를 도포한 후, 정렬된 상태를 고정하기 위하여 경화시키는 접합 장치를 나타내는 구성도.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간에 접착제를 도포한 후, 정렬된 상태를 고정하기 위하여 경화시키는 접합 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 접합 장치는 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)을 정밀하게 접합시켜주는 장치이다. 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)은 평평한 실리콘 웨이퍼(W)상에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 코아와, 코아를 감싸는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 광신호가 진행하도록 도파로가 구비된 광 소자이다. 상기 칩(10)은 광섬유 블럭(14)(도면에는 출력측 광섬유 블럭과의 접합 구조가 도시된다. 그러나, 입력측 광섬유 블럭에도 동일하게 적용될 수 있음에 유의하여야 한다)과 정렬된 상태로 고정되어 미 도시된 하우징에 장착됨으로서, 하나의 광통신 모듈로서 제작된다.

상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)은 실리콘 웨이퍼(W)상에 디자인된 도파로의 형태에 따라서 진행하는 광신호를 다중화/역다중화 또는 분기, 변조 및 스위치 기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 실리콘 기판(W)상에 파이렉스 유리(G1,G2)가 각각 입력측과 출력측쪽에 접합되어 가공성을 좋게 한다. 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)은 당해분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

상기 광섬유 블럭(14)은 공지의 미 도시된 V-홈이 제공되어 광섬유(F2)를 지지하여 주는 광 소자이며, 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)의 도파로의 입력 포트나 출력 포트에 광섬유를 정확하게 정렬시켜 지지하는 광 소자이다. 아울러, 상기 파이렉스 유리(G4)가 각각 접착되어 V-홈(미 도시)에 배열된 광섬유(F2)를 지지하게 된다.

상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)의 계면들(10b,14a)은 소정의 각도로 경사지게 연마면을 구비하게 된다. 이는 빛이 도파될 때 빛의 반사에 의한 손실을 줄이기 위하여 수직선(L)을 중심으로 소정의 각도로 연마 각도(θ)를 구비하게 된다. 상기 연마 각도(θ)는 수직선(L)을 기준으로 약 8°정도로 연마된다.

본 발명에 따른 접합 장치는 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)이 정밀하게 정렬된 후, 접착제, 구체적으로 자외선 경화 수지(B)를 이용하여 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)사이에 충진시킨 후에자외선 광원(20)을 이용하여 자외선 경화 수지(B)를 경화시키고, 경화가 진행되는 동안에 자외선(20a)의 정확한 파워를 실시간으로 측정하여 정밀한 경화를 진행할 수 있게 하는 장치이다. 이때, 상기 접합 장치는 계면사이에 도포된 자외선 경화 수지(B)를 중심으로 상부쪽에 자외선 광원(20)이 배치되고, 하측에 자외선 파워 측정 수단, 구체적으로 광 센서(24)가 배치되어짐으로서, 상기 자외선 광원(20)이 조사되어 경화가 진행되는 동안, 상기 자외선 경화 수지를 투과한 자외선의 파워 변화를 실시간으로 측정한다.

바람직하게 상기 접합 장치의 자외선 광원(20)은 자외선 광이 투과되어 자외선 경화 수지(B)로 집속시키는 렌즈(22)를 더 구비한다. 상기 자외선 광원, 구체적으로 렌즈(22)는 광섬유 블럭(14)이나 평면 도파로형 광회로 칩(10)의 연마된 각도(θ), 구체적으로 연마면(10b,14a)의 연마 각도(θ)와 동일한 방향에 위치하여 자외선이 조사될 때, 조사된 빛은 접착제(B)로 향하고, 아울러 접착제(B)의 상하부까지 투과됨으로써, 조사된 빛의 반사에 의한 손실을 최소화한다.

그리고, 상기 광 센서(24)는 상기 접착제(B) 계면 하측으로 설치되어 상기 접착제를 통하여 나오는 자외선(20b)의 세기 변화를 감지하게 된다. 상기 광 센서(28)는 광 파워메타(24)와 연결되어 측정된 파워 변화의 데이타를 제공하게 된다. 상기 광 파워메타(24)는 상기 광센서에서 감지된 데이터를 디스플레이하고, 이어서 상기 제어부(26)와 연결되어 측정된 데이터를 제공하며, 상기 제어부(26)는 측정된 데이터를 수집하여 접착제가 완전경화되는 시간을 파악한다.

바람직하게 상기 광 센서(28)는 접착제(B), 즉, 계면 하측에 위치하며, 상기평면 광도파로형 광회로 칩(10)이나 광섬유 블럭(14)의 연마된 각도, 구체적으로 연마면(10b,14a)의 각도와 동일한 각도내에 위치하여 접착제를 통과한 자외선(10b)의 세기를 보다 정밀하게 감지하게 된다.

상기 자외선 광원(20)과 광 센서(28)를 이용하여 상기 칩(10)과 광섬유 블럭(14)간의 경화 공정이 수행되는 동안, 접착제, 바람직하게 자외선 경화 수지(B)는 경화 전후에 물성의 차이로 인하여 빛의 투과율이 달라지게 된다. 일반적으로 경화가 진행되면서 빛의 투과율이 높아지거나 낮아지는 특성을 보이게 되는 데, 경화 후에는 투과되는 빛의 세기가 더 이상의 변화없이 일정하게 유지된다. 따라서, 본 발명은 경화 진행 중에 접착제(B)를 통과하여 나오는 빛의 세기의 변화를 측정함으로써, 접착제(B)의 완전경화시간을 알 수 있게 된다.

본 발명에 따른 경화순서를 보면 다음과 같다. 상기 평면 도파로형 광회로 칩(10)과 광섬유 블럭(14)의 계면사이에 접착제(B)를 통과하여 나오는 빛의 세기가 최대가 되도록 자외선 광원(20)과 렌즈(22)를 정렬한 후, 자외선 경화가 가능한 접착제(B)를 계면 상단에 상측에서 도포하고, 접착제(B)가 계면사이로 고르게 스며들면, 지외선 광원(20)을 온시키고, 하단의 광 센서를 통해서 접착제를 투과하여 나오는 자외선(10b)의 세기를 관측하면서 경화를 진행한다.

경화가 진행됨에 따라 투과되는 자외선(10b)의 세기가 변화하며, 일정시간이 지나면, 더 이상의 빛의 세기 변화가 없게 된다. 이때가 접착제의 완전경화가 이루어진 시간이며, 접착제의 경화공정을 종료하게 된다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 접착제 계면 하측으로 광 센서를 배치시켜서 접착제를 통하여 나오는 자외선을 세기를 측정하게 됨으로써, 자외선 광원과 접착 계면과의 최대정렬을 수행할 수 있고, 광 센서에서 받아들이는 자외선의 세기변화를 통해서 접착제가 완전경화되는 시간을 정확하게 찾아낼 수 있다. 본 발명은 전체 경화공정을 단축시키는 효과와 함께 경화공정의 반복성 및 재현성의 확보로 후공정과 제품 전체의 신뢰성 확보에 중요한 기여를 하게 되었다.

Claims (3)

1. 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭간을 정렬하고, 정렬된 상태를 고정하는 접합 장치에 있어서,

   소정 각도의 연마각이 제공된 연마면을 각각 구비한 평면 도파로형 광회로 칩과 광섬유 블럭의 정렬 후, 그들의 계면들사이에 도포되는 자외선 경화 접착제;

   상기 자외선 경화 접착제의 상측에 이격되게 배치되어 상기 자외선 경화 접착제를 경화시키는 자외선 광원;

   상기 접착제의 하측에 이격되게 배치되어 상기 접착제를 투과한 자외선의 파워 변화를 감지하는 광 센서;

   상기 광 센서로부터 측정된 데이터를 제공받아서 상기 자외선의 파워 변화를 디스플레이하는 광파워 메타; 및

   상기 광파워 메타로부터 제공된 데이터를 이용하여 완전 경화시간을 파악하는 제어부로 구성되어짐을 특징으로 하는 접합 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 자외선 광원은 상기 연마각과 동일한 방향의 상측에 위치하여 접착제를 향하여 조사하는 구성임을 특징으로 하는 접합 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광 센서는 상기 연마각과 동일한 방향의 하측에 위치하여 투과된 자외선의 파워 변화를 측정하는 구성임을 특징으로 하는 접합 장치