연성 광 PCB 제작 공정 오차를 고려한 Optical Wire의 전파 특성 분석 = Analysis of Propagation Characteristics of Optical Wire in Flexible OPCB and their Fabrication Tolerance

국문 초록 (Abstract)

광 연결을 위한 연성 광 PCB는 기존의 구리 배선을 이용한 PCB에 비해 전송속도, 전력소모, EMI 문제, crosstalk등의 면에서 상당한 장점을 가지고 있어 현재 연구가 활발히 되고 있다. 이런 연성 광 PCB에서 가장 중요하게 다뤄져야 할 것들 중의 하나인 optical wire, 즉 기존 PCB에서 구리 배선의 역할을 하는 highly multimode waveguide를 분석하기 위해 본 연구에서는 광선추적법(ray tracing method)을 사용하였다.
광원과의 정렬 문제 등을 고려했을 때 optical wire의 코어 단면 크기는 50X50um이상이 적합하며 도파로의 단면이 파장의 수십 배 이상이므로 빛을 광선들로 간주하는 광선추적법으로 optical wire를 분석하는 것이 기존의 광기능 소자나 도파로 소자의 계산에 사용되는 BPM, FEM 혹은 FDTD 등의 방법보다 바람직하다.
이와 같은 분석방법을 이용하여 연성 광 PCB 공정 오차에 의해 발생되는 optical wire의 형태(residual layer, sidewall angle, crosstalk)에 따른 전파 손실, 입력광원과 optical wire의 정렬오차에 따른 결합 손실에 대해 전산모사를 시행하였다.
전산모사의 결과를 통해 opical wire의 성능 즉, 최대 허용손실, 크기, 형태 등의 요구조건에 최적화된 연성 광 PCB를 규격화 할 수 있었으며, 공정상에서 허용되는 오차 등을 예측할 수 있었고 이를 통해 광 PCB내에서의 optical wire의 design rule을 확립하기 위한 기초를 마련하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since a flexible optical printed circuit board (O-PCB) as a mean of optical interconnection provides a lot of advantages - clock speed, data transmission rates, EMI, crosstalk, etc.. - over electrical PCB, it has developed by many research groups. One of the most important elements in Flexible O-PCB is a highly multimode optical waveguide called as an optical wire, which performs the function of an copper wire in an electrical PCB.
Because of the large core size (over 50um width X50um height) of optical wire, its propagation properties can be effectively evaluated by the ray tracing method instead of using conventional simulation tools such as beam propagation method (BPM), finite element method (FEM) and finite difference time domain method (FDTDM).
In this thesis, the propagation losses of optical wire in the flexible O-PCB are analyzed by ray-tracing method. For this analysis, structure parameters such as residual layer, sidewall angle are taken into consideration of cross talk, and alignment tolerance. Our calculation results provide a significant standard of flexible O-PCB, which can be characterized with structure and dimension of optical wire and propagation loss. Hence this work gives us predictions for fabrication tolerance and design rules for optical wire in the flexible O-PCB.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 = 1
• 2. 연성 광 PCB용 optical wire와 광선추적 = 3
• 2-1 연성 광 PCB와 optical wire = 3
• 2-2 광 PCB 분석을 위한 광선 광학적 접근방법 = 7
• 2-2-1 광선추적 적용 = 7
• 2-2-2 광선추적 이론(Ray Tracing Technique) = 7
• 2-3 광선 광학적 접근방법의 타당성 = 14
• 2-2-1 다중 광도파로의 도파모드 = 14
• 2-2-2 BPM 분석 결과와의 비교 = 15
• 3. 연성 광 PCB의 광선 광학적 분석 방법 = 16
• 3-1 입력광 모델링 및 경계면 조건 = 16
• 3-2 VCSEL과 optical wire의 결합 손실 = 19
• 4. 제작 공정 오차를 고려한 전파 특성 분석 및 논의 = 23
• 4-1 단채널 도파로의 공정오차 영향 = 23
• 4-1-1 Waveguide with Trapezoidal Cross-section = 23
• 4-1-2 Waveguide with Residual Layer = 26
• 4-2 Optical wire의 구부러짐 영향 = 31
• 4-3 다채널 도파로의 CrossTalk = 33
• 5. 결론 = 37
• 6. 참고문헌 = 38