초소형 광학 칩들을 연결할 수 있는 광 와이어 원천기술 개발
초소형 광학 칩들을 연결할 수 있는 광 와이어 원천기술 개발
  • 임성희 기자
  • 승인 2022.05.09 12:32
  • 댓글 0
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[이슈메이커=임성희 기자] 

6G, AI를 구현할 수 있는 광학 소자 

초고속 통신 구현의 핵심은 광학패키징

광학패키징 난제 해결하며  ‘옵틱스 레터스 (Optics Letters)’ 2022년 47 권 2월호 출판

 

카이스트 전기및전자공학부 박효훈 교수(좌), 이현우 박사(우) (사진=이현우 박사 제공)
카이스트 전기및전자공학부 박효훈 교수(좌), 이현우 박사(우) (사진=이현우 박사 제공)

 

카이스트 전기및전자공학부 박효훈 교수와 이현우 박사가 초소형 광학 칩들을 자유롭게 연결할 수 있는 광 와이어 기술을 개발하였다. 해당 기술은 광학 분야의 난제 중 하나인 광학 패키징을 효율적으로 해결할 수 있는 방법으로, 광 와이어 제작 기술을 갖고 있는 (주)레신저스 기업과 공동연구를 통하여 개발되었다.

박 교수 연구팀은 3D 센싱 (라이다) 및 고속 통신을 위한 광학 소자를 개발해 왔다. 이현우 박사는 광학 소자를 기반으로 한 고속 무선전송모듈 개발 및 상용화를 주제로 박사 과정 연구를 진행하였고, 개발한 광학 소자로 상용 8K 비디오 데이터를 무선, 무압축으로 보내는데 성공한 바 있다. 하지만 상용화를 위해서는 광학 소자의 패키징이 필수적이었으며, 이는 현재 광학 소자가 산업계로 적용되는데 가장 핵심적인 장애물이 되어왔다.

현재 메타버스, 6G, AI 등으로 초고속 통신이 가능한 광학 소자가 많은 관심을 받고 있다. 광학 소자는 기존 전자 소자에 비해 사용하는 파장이 매우 짧아, 고속 통신 외에도 초소형/저전력이 가능하다는 이점이 있다. 이러한 이유로, 광학 소자는 급격한 발전을 이뤄왔으나 현재까지 산업계 진출에 한계를 갖고 있었다. 그 원인 중 하나는, 소형화 된 광학 소자들을 연결하는데 있어 매우 높은 수준의 정렬 정확도가 요구되었고, 이로 인해 패키징 된 광학 소자는 낮은 효율, 높은 비용 및 큰 부피라는 단점을 지니기 때문이었다.

이현우 박사는 광학 패키징 난제를 해결하기 위해, 정렬을 필요로 하지 않는 직접 광 와이어 (Direct Optical Wire)를 통한 광학 칩들 간의 연결 방식을 개발하였다. 해당 기술은 기존 반도체 패키징 방식인 와이어본딩 (Wire Bonding)과 유사한 방법으로, 자유공간에서 광 통로를 조형하여 광학 칩들을 연결하는 방식이다. 광학 칩들의 미세 정렬 대신, 이미 배치된 광학 칩들 사이를 특수한 기술로 자유롭게 제작 가능한 광 와이어로 연결하는데 성공한 것이다.

광 와이어의 특수 제작 기술은 (주)레신저스의 원천 기술이다. 폴리머 용액을 사용하여 자유공간에서 3D 펜과 유사한 방식으로 광 와이어를 제작한다. 해당 광 와이어는 마이크로 수준의 두께를 가지며 미세 조정이 가능한 특수 와이어이다. 또한, 폴리머 용액의 배합을 조절하여 다양한 광학적, 물리적 특성을 가지게 할 수 있다. 이러한 특수성에 착안하여, 박 교수 연구팀은 (주)레신저스와 공동연구를 진행하여 특수 기술로 제작된 광 와이어를 통한 광학 패키징 기술을 개발하는데 성공하였다.

직접 광 와이어를 통한 광학 칩들 간의 연결 기술 개념도  직접 광 와이어를 통한 광학 칩들 간의 연결 기술 개념도(사진=이현우 박사 제공)
직접 광 와이어를 통한 광학 칩들 간의 연결 기술 개념도 직접 광 와이어를 통한 광학 칩들 간의 연결 기술 개념도(사진=이현우 박사 제공)

직접 광 와이어를 사용한 광학 패키징의 핵심 연구 결과인 이번 논문은 국제학술지 ‘옵틱스 레터스 (Optics Letters)’ 2022년 47 권 2월호에 출판됐다. (논문명 : Direct optical wire bonding through open-to-air polymerization for silicon photonic chips). 광학 패키징의 새로운 방식을 제안하는 논문으로 많은 각광을 받으며 학술지 편집장이 추천하는 이 달의 논문으로 선정되었다.

자유공간에서 자유롭게 형성 가능한 광 와이어를 사용한 패키징 방식은 정렬 문제를 해결하는 혁신적인 방법으로, 광학 패키징 분야에 새로운 패러다임을 가져왔다. 해당 방식은 기존의 렌즈계 및 광학 구조물들을 사용한 패키징 방식에 비해 매우 효율적이며 초소형으로 패키징이 가능하다. 또한 해당 방법은 저렴한 비용으로 제작이 가능하며, 대량 생산이 가능한 방식으로 현 광학 분야가 산업계로 진출하는데 매우 큰 역할을 할 것으로 보인다.

직접 광 와이어를 통한 광학 칩 간의 연결 시스템을 만든 제 1 저자인 이현우 박사는 “기존 광학 소자 개발에 가장 큰 문제점 중 하나인, 광학 패키징을 해결할 수 있는 원천 기술을 개발하게 되어 매우 보람되고 기쁘다”면서 “향후 광 와이어와 광학 소자의 최적화 연구를 통해 더욱 높은 효율의 광 연결 및 광원 집적을 개발할 계획이다”라고 말했다.

이번 연구를 주도한 연구책임자 박효훈 교수는 “광학 칩들 간의 연결을 기존 반도체 연결 방식인 금속 와이어본딩처럼 가능하게 하는 것은 모든 광학 연구자들의 꿈의 기술이었다. 이번 연구를 통해 개발한 광 와이어를 통한 패키징 방식은 광학 분야의 수 많은 제한점들을 해결할 수 있고, 그 응용 범위도 넓어 매우 기대가 된다. 또한, 국내 원천 기술로써 현재까지 다른 경쟁 기술이 없어 그 파급력 또한 클 것으로 보인다”고 말했다.


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