KR102528863B1 - Assembling method of optical device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TO(transistor outline)형 광소자 패키지를 외부 브라켓에 열전도성을 갖도록 체결하는 광소자 조립 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광소자 조립 방법은 광소자 패키지와 외부 브라켓(50)이 열적으로 접촉하도록 압입 방식으로 조립하는 광소자 조립 방법에 있어서, 상기 광소자 패키지와 접촉하는 외부 브라켓(50)의 일 부분에 관통공(100)을 형성하여, 상기 관통공(100)이 형성된 외부 브라켓(100)과 광소자 패키지를 압입 방식으로 체결한 후, 상기 광소자 패키지와 외부 브라켓(50)을 레이저 용접 방법으로 체결을 강화하고, 상기 외부 브라켓(50)에 형성된 관통공을 통하여 열전도성의 겔을 흘려 넣어 광소자 패키지와 외부 브라켓(50) 사이의 열 교환이 개선되도록 하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to an optical device assembling method in which a TO (transistor outline) type optical device package is coupled to an external bracket to have thermal conductivity.
An optical device assembling method according to the present invention is an optical device assembly method in which an optical device package and an external bracket 50 are assembled in a press-fitting manner so as to thermally contact, and a part of the external bracket 50 that contacts the optical device package A through hole 100 is formed in the through hole 100, and the external bracket 100 having the through hole 100 and the optical device package are press-fitted, and then the optical device package and the external bracket 50 are joined by a laser welding method. It is characterized in that the fastening is strengthened and heat exchange between the optical device package and the external bracket 50 is improved by injecting thermally conductive gel through the through hole formed in the external bracket 50 .
Description
본 발명은 광소자 조립 방법에 관한 것으로, 특히 TO(transistor outline)형 광소자 패키지를 외부 브라켓에 열전도성을 갖도록 체결하는 광소자 조립 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for assembling an optical device, and more particularly, to a method for assembling an optical device in which a TO (transistor outline) type optical device package is fastened to an external bracket to have thermal conductivity.
근래에 들어 스마트폰 등의 동영상 서비스를 비롯하여 통신 용량이 매우 큰 통신 서비스들이 출시되고 있다. 이에 따라 종래의 통신 용량을 대폭적으로 증가시킬 필요가 대두 되고 있는데, 이러한 통신 용량 증가 방법의 하나로 이미 종래에 포설되어 있는 광섬유를 이용하는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신 방식이 채택되고 있다. 상기 DWDM은 파장이 서로 다른 레이저 빛들이 서로 간섭하지 않아 하나의 광섬유를 통하여 동시에 여러 가지 파장의 빛 신호를 전송하여도 신호 간에 간섭이 없는 현상을 이용한 것으로, 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 방식을 말한다. In recent years, communication services having a very large communication capacity, including video services such as smart phones, have been released. Accordingly, there is a need to significantly increase the conventional communication capacity, and as one of the methods for increasing the communication capacity, a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) communication method using an optical fiber that has already been installed has been adopted. The DWDM uses a phenomenon in which there is no interference between signals even when light signals of different wavelengths are simultaneously transmitted through a single optical fiber because laser lights having different wavelengths do not interfere with each other. tells how to transmit
현재 세계적으로 NG-PON2(Next Generation - Passive Optical Network version 2)라는 규격이 합의되고 있으며, 이러한 NG-PON2 규격에는 전화국에서 가입자로의 상·하향 광신호로 4채널의 파장을 설정하고 있다. 이러한 4채널의 파장 간격은 100GHz의 파장 간격을 설정하고 있다. NG-PON2의 국제 규격에 의해 100GHz 간격으로 설정된 하향 파장은 다음의 표와 같다.Currently, a standard called NG-PON2 (Next Generation - Passive Optical Network version 2) is being agreed upon worldwide, and in this NG-PON2 standard, 4 channel wavelengths are set for uplink and downlink optical signals from a telephone office to a subscriber. The wavelength interval of these 4 channels sets a wavelength interval of 100 GHz. The downlink wavelengths set at 100GHz intervals according to the international standards of NG-PON2 are shown in the table below.
광송신기는 이러한 설정 파장 중 하나를 설정하여 다른 파장으로 침범을 하지 않으면서 신호를 전송하여야 한다. An optical transmitter must set one of these set wavelengths to transmit a signal without invading other wavelengths.
통상적으로 광통신에 사용되는 레이저는 DFB-LD(distributed feedback laser diode)로서 이러한 반도체 레이저는 운용 온도가 1℃ 변화할 때마다 약 90pm 정도의 파장이 바뀌게 된다. 채널 간격이 100GHz인 DWDM의 파장 간격은 대략 0.8nm로써 9℃ 정도의 운용 온도가 바뀌게 되면 인접한 채널로 레이저의 파장이 바뀌게 된다. 그러므로 DWDM에서 반도체 레이저는 외부 환경 온도의 변화에 관계없이 레이저 운용 온도가 일정하여야 하며, 이러한 역할은 전기적으로 온도를 조절할 수 있는 열전 소자를 사용함으로써 얻을 수 있다. Generally, a laser used for optical communication is a distributed feedback laser diode (DFB-LD), and the wavelength of the semiconductor laser changes by about 90 pm every time the operating temperature changes by 1°C. The wavelength spacing of DWDM with a channel spacing of 100 GHz is approximately 0.8 nm, and when the operating temperature changes by about 9°C, the wavelength of the laser is changed to an adjacent channel. Therefore, in DWDM, the semiconductor laser must have a constant laser operating temperature regardless of changes in the external environment temperature, and this role can be obtained by using a thermoelectric element that can control the temperature electrically.
현재 저가형의 반도체 레이저의 패키지는 TO-can형의 패키지를 사용하고 있다. 도 1은 종래 TO-can형의 반도체 레이저 패키지 형태를 나타낸 것으로, 이러한 TO-can형 패키지를 이용하여 DWDM을 제작하는 경우에는 TO-can형 패키지의 스템(10)에 열전소자(20)를 배치하고, 열전소자(20) 상부에 레이저 다이오드 칩(30)을 배치하고, 캡(40)을 씌워 밀폐하는 방법이 제안되고 있다. Currently, low-cost semiconductor laser packages use TO-can packages. 1 shows a conventional TO-can type semiconductor laser package. In the case of manufacturing a DWDM using such a TO-can type package, a
통상적으로 열전소자(20)에서 레이저 다이오드 칩(30)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여는 열전소자(20)에 전류를 흘려주어 발생하는 열전효과를 이용하게 되는데, 이때 열전소자(20)에서는 대량의 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 열은 TO-can형 패키지 외부로 원활히 방출되어야 열전소자(20) 상부판에 배치되어 있는 반도체 레이저 칩(30)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. In general, in order to keep the temperature of the
또한, TO-can형의 반도체 레이저 패키지는 광섬유와 결합하여야 광섬유를 통하여 광신호를 주고받는 광통신 기능을 하게 되는데, 이러한 TO-can형의 패키지를 광섬유와 연결하기 위해서는 도 2와 같이 통상적으로 스테인리스 스틸 재질의 SUS 브라켓(50)을 사용하여 광섬유 등 다른 기구물과 연결하여 사용한다. In addition, the TO-can type semiconductor laser package needs to be combined with an optical fiber to perform optical communication function of exchanging optical signals through the optical fiber. In order to connect the TO-can type package to the optical fiber, stainless steel It is used in connection with other instruments such as optical fibers using the
도 3은 통상적인 양방향 통신용 광소자에서 TO-can형의 패키지가 SUS 브라켓에 내장된 형태로 제작되는 광소자의 일례를 보여준다. 3 shows an example of an optical device manufactured in a form in which a TO-can type package is embedded in a SUS bracket in a conventional optical device for bidirectional communication.
도 4는 열전소자가 내장된 TO-can형 패키지가 SUS 브라켓과 연결될 때 열전소자에서 발생하는 열의 이동 경로를 보여준다. 열전소자(20)에서 발생하는 열이 원활히 외부로 방출되지 않으면 열전소자(20)의 온도 조절 능력은 급격히 약화되게 된다. 그러나 통상적으로 TO-can형의 패키지와 SUS 브라켓(50)은 압입의 방법으로 체결되며, 이러한 압입의 방법은 TO-can형의 패키지와 SUS 브라켓(50)의 완전한 밀착이 어려우며, 이에 따라 열전소자(20)에서 발생하는 열이 원활히 외부로 방출되지 못한다. FIG. 4 shows a transfer path of heat generated from the thermoelectric element when the TO-can type package in which the thermoelectric element is embedded is connected to the SUS bracket. If the heat generated by the
통상적으로 SUS 브라켓(50)과 TO-can형 패키지는 압입의 방식으로 체결된 후, 체결의 안정성을 높이기 위해 레이저 웰딩으로 SUS 브라켓(50)과 TO-can형 패키지를 용접하게 되는데, 도 5는 이러한 종래 TO-can형 패키지와 SUS 브라켓의 레이저 웰딩 체결 방법을 나타낸 것이다. Typically, after the
한편, TO-can형 패키지와 SUS 브라켓(50)의 밀착도를 높여, 열의 원활한 방출을 돕는 방법으로 TO-can형 패키지를 SUS 브라켓(50)에 압입 할 때 그 계면에 열전도성 겔 등의 물질로 채워 넣어주면 TO-can형 패키지의 표면과 SUS 브라켓(50) 사이의 공간이 열전도성 물질로 채워져 열의 방출이 원활하여 질 수 있다. 그러나 이러한 방법은 TO-can형 패키지를 SUS 브라켓(50)에 압입한 후 행해지는 레이저 웰딩 과정에서 열전도성 겔이 레이저 용접 과정에서 연소하여 발생하는 분진 등으로 인해 레이저 용접의 강도가 약해지는 어려움이 있어 TO-can형 패키지와 SUS 브라켓(50)을 압입할 때 사용되기 어려운 문제점이 있다. On the other hand, when the TO-can type package is press-fitted into the
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 TO-can형 등의 광소자 패키지와 SUS 브라켓을 압입 방법으로 체결할 때 광소자 패키지와 SUS 브라켓 사이의 공간을 밀착시켜 광소자 패키지와 SUS 브라켓 사이의 열전달을 개선할 수 있도록 하는 광소자 조립 방법을 제공하는데 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce the space between the optical device package and the SUS bracket when the optical device package, such as a TO-can type, and the SUS bracket are fastened by a press-fitting method. It is an object of the present invention to provide a method for assembling an optical device to improve heat transfer between an optical device package and a SUS bracket by closely contacting the optical device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광소자 조립 방법은 광소자 패키지와 외부 브라켓이 열적으로 접촉하도록 압입 방식으로 조립하는 광소자 조립 방법에 있어서, 상기 광소자 패키지와 접촉하는 외부 브라켓의 일 부분에 관통공을 형성하여, 상기 관통공이 형성된 외부 브라켓과 광소자 패키지를 압입 방식으로 조립하여 이루어지게 된다. An optical device assembly method according to the present invention for achieving the above object is an optical device assembly method in which an optical device package and an external bracket are assembled in a press-fitting method so as to thermally contact each other, and a part of the external bracket that contacts the optical device package. It is made by forming a through hole in the through hole, and assembling the external bracket and the optical device package in which the through hole is formed in a press-fitting method.
여기에서, 상기 광소자 패키지와 외부 브라켓을 압입 방식으로 체결한 후, 상기 광소자 패키지와 외부 브라켓을 레이저 용접 방법으로 체결을 강화하고, 상기 외부 브라켓에 형성된 관통공을 통하여 열전도성의 겔을 흘려 넣어 광소자 패키지와 외부 브라켓 사이의 열 교환을 개선하게 된다. Here, after fastening the optical device package and the external bracket by a press fit method, the optical device package and the external bracket are strengthened by a laser welding method, and thermally conductive gel is poured through a through hole formed in the external bracket. Heat exchange between the optical device package and the external bracket is improved.
본 발명의 광소자 조립 방법에 따르면, 광소자 패키지와 외부 브라켓의 공간이 정밀하게 밀착되어 열 교환이 원할 이 이루어짐으로써 광소자를 좀 더 안정적인 열 환경에서 사용할 수 있는 효과가 있다. According to the optical device assembling method of the present invention, the space between the optical device package and the external bracket is closely adhered to, so that heat exchange is achieved smoothly, so that the optical device can be used in a more stable thermal environment.
도 1은 종래의 열전소자를 구비하는 TO-can형 광소자의 개념도,
도 2는 종래의 SUS 브라켓에 압입된 TO-can형 광소자의 개념도,
도 3은 종래의 SUS 브라켓에 압입된 TO-can형 광소자의 일례,
도 4는 종래의 SUS 브라켓에 압입된 TO-can형 광소자에서 발생한 열이 외부 브라켓으로 이동되는 모습을 보여주는 개념도,
도 5는 종래의 SUS 브라켓에 압입된 TO-can형 광소자와 외부 브라켓의 체결 강도를 높이기 위하여 광소자 패키지와 브라켓을 레이저 용접 방법으로 용접한 모습의 개념도,
도 6은 본 발명에서 광소자와 접촉하는 브라켓에 관통공이 형성된 브라켓을 이용하여 체결된 광소자의 개념도를 나타낸 것이다.1 is a conceptual diagram of a TO-can type optical device having a conventional thermoelectric device;
2 is a conceptual diagram of a TO-can type optical element press-fitted into a conventional SUS bracket;
3 is an example of a TO-can type optical element press-fitted into a conventional SUS bracket;
4 is a conceptual diagram showing how heat generated from a TO-can type optical element press-fitted into a conventional SUS bracket is moved to an external bracket;
5 is a conceptual diagram of a state in which an optical device package and a bracket are welded by a laser welding method in order to increase the fastening strength of a TO-can type optical device press-fitted into a conventional SUS bracket and an external bracket;
6 is a conceptual diagram of an optical device fastened using a bracket in which a through hole is formed in the bracket in contact with the optical device according to the present invention.
이하, 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a non-limiting preferred embodiment of the present invention will be described in detail with accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광소자 패키지와 외부 브라켓의 체결 방법을 나타낸 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a method of fastening an optical device package and an external bracket according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, TO-can형 광소자와 열 접촉하는 부분에 관통공(100)을 형성한 외부 브라켓(50)을 이용하여 TO-can형 광소자를 압입한다. 이때 외부 브라켓(50)의 내면과 TO-can형 광소자의 외주면에는 열전달을 위한 어떠한 겔 형태의 유기물을 사용하지 아니한다. As shown in FIG. 6 , the TO-can type optical device is press-fitted using an
이후 레이저 용접의 방법으로 TO-can형 광소자의 스템(10)과 외부 브라켓(50)을 레이저 용접한다. 이때 레이저 용접이 되는 물질은 금속으로 제작되는 스템(10)과 또한 금속으로 제작되는 외부 브라켓(50)을 레이저 용접하는 것이므로, 금속과 금속의 레이저 용접이 원활하게 이루어지며 유기물 열전도체가 없으므로 레이저 용접이 깨끗하게 이루어져 강한 결합을 가지는 레이저 용접이 이루어질 수 있다. Thereafter, the
이러한 레이저 용접이 일어난 후에 외부 브라켓(50)에 형성된 관통공(100)으로 강한 압력으로 열전도성 겔을 흘려 넣어주면, 이러한 열전도성 겔은 외부 브라켓(50)과 광소자의 접촉면 사이의 공간을 채우게 되어서 광소자 스템(10)과 외부 브라켓(50) 사이의 원할한 열 교환이 일어날 수 있게 된다. After the laser welding has occurred, when the thermal conductive gel is poured into the through
이러한 방법은 광소자에서 많은 열이 발생하는 경우에 특히 유용하며, 더 나아가 광소자 내부에 열전소자를 포함하는 경우에 더 좋은 효과를 발생할 수 있게 된다. This method is particularly useful when a lot of heat is generated in the optical element, and furthermore, a better effect can be generated when a thermoelectric element is included in the optical element.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예에서는 TO-can형 광소자 패키지와 SUS 외부 브라켓을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이러한 특정한 광소자 패키지에만 적용되는 것이 아니며 외부 기구물과 열적으로 접촉하는 어떠한 광소자에도 적용할 수 있음은 물론이다. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the TO-can type optical device package and the SUS external bracket have been described as examples, but the spirit of the present invention is not applied only to these specific optical device packages, and any thermal contact with external devices It goes without saying that it can also be applied to an optical device.
10 : 스템
20 : 열전소자
30 : 레이저 다이오드 칩
40 : 캡
50 : 외부 브라켓
100 : 관통공10 : Stem
20: thermoelectric element
30: laser diode chip
40: cap
50: external bracket
100: through hole
Claims (2)
상기 광소자 패키지와 접촉하는 외부 브라켓(50)의 일 부분에 관통공(100)을 형성하여, 상기 관통공(100)이 형성된 외부 브라켓(50)과 광소자 패키지를 압입 방식으로 조립하여 체결한 후,
상기 광소자 패키지와 외부 브라켓(50)을 레이저 용접 방법으로 체결을 강화하고, 상기 외부 브라켓(50)에 형성된 관통공(100)을 통하여 열전도성의 겔을 흘려 넣어 광소자 패키지와 외부 브라켓(50) 사이의 열 교환이 개선되도록 하는 것을 특징으로 하는 광소자 조립 방법.An optical device assembly method in which an optical device package and an external bracket 50 are assembled by a press-fitting method to thermally contact,
A through-hole 100 is formed in a portion of the external bracket 50 that contacts the optical device package, and the external bracket 50 having the through-hole 100 is assembled and coupled to the optical device package by a press-fitting method. after,
The optical device package and the external bracket 50 are strengthened by laser welding, and the thermally conductive gel is poured through the through hole 100 formed in the external bracket 50 to form an optical device package and the external bracket 50. A method for assembling an optical element characterized in that the heat exchange between them is improved.
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