Passive Alignment of Photodiode by using Visible Laser and Flip Chip Bonding

가시광 레이저를 이용한 수광소자의 수동정렬 및 플립칩본딩

In the optical module for optical communications, the flip chip bonding is used fer the precise alignment of the optical fiber and optical device. In flip chip bonding, the optical device is aligned and welded while observing the alignment mark of substrate and chip by using flip chip bonder in order to bond the optical device at the exact position. In this research, optical passive alignment method of photodiode(PD) flip chip bonding is suggested for low cost optical subassembly. By using the visible He-Ne laser (633nm wavelength), photodiode is easily aligned with emitting spot on the optical fiber with the help of stereoscopic alignment system. We compensated wavelength dependent deviation about 4m to find out real alignment position of 1550nm input laser by ray tracing. The maximum optical coupling efficiency between the optical fiber and photodiode was about 23.3%.

광통신용 광모듈에서 광소자와 광섬유 또는 도파로를 정밀하게 정렬 및 접합하기 위하여 플립칩본딩 방법 이 널리 이용되고 있다. 이때 광소자를 정확한 위치에 정렬시키기 위하여 기판과 광소자 양쪽에 정렬용 마크를 제작하고 플립칩본더 등을 사용하여 정렬마크를 관찰하며 광소자를 정렬 및 본딩하게 된다. 본 연구에서는 이러한 정렬마크의 제작비용을 줄이고 광섬유와 수광소자(PD 칩)의 수동정렬을 용이하게 하기 위하여 He-Ne 레이저(파장 633nm)인 가시광을 이용한 정렬 및 플립칩본딩 방법을 연구하였다. 광섬유에서 방출되는 레이저 광을 육안으로 관찰하면서 수광소자를 정렬하므로써 패키징에 소요되는 시간과 경비를 절감하고 광모듈의 저가격화를 실현 할 수 있는 새로운 방법이다. 광섬유에 가공되어 있는 V-노치를 경유하여 가시광이 광섬유에 대해 직각방향으로 방출되고 이것을 수광소자와 정렬하는 방법이다. 본 연구결과 광정렬을 위해 입사된 633 nm파장의 가시광 레이저와 통신용 레이저인 1550 nm 파장사이의 파장 차이에 의한 광경로 차이는 약 4m으로 무시가능하고 최대 광세기 지점에서 ${\pm}20\;{\mu}m$ 범위내에서는 광결합효율 변화는 약 2%이었으며 최대 광결합효율은 약 23.3%이었다.