CN101589319A - 光互连装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光互连装置包括第一基板、第二基板、光波导、电布线和切换装置。所述第一基板具有电布线线路、用于将电信号转换为光信号的电光转换器、以及用于发射光的光发射装置。所述第二基板具有电布线线路、用于将光信号转换为电信号的光电转换器、以及用于接收来自所述光发射装置的光的光接收装置。所述光波导光连接所述光发射装置和所述光接收装置。所述电布线电连接所述第一基板的所述电布线线路和所述第二基板的所述电布线线路。所述切换装置确定经由所述光基板来传输快信号的数据，并且确定经由所述电布线来传输慢信号的数据。

Description

光互连装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光互连装置和用于制造该光互连装置的方法。本发明还涉及一种用于在光组件和光波导之间形成光互连的方法。
背景技术
日本特开平8-36122记载了一种用于机械地对准光组件和光波导以减少光组件和光波导之间的连接损耗的方法。日本特开平10-135407记载了一种用于改变在半导体集成电路设备和连接到该半导体集成电路设备的外部设备之间传输信号的方式的系统，其中，光传输数据信号，并且电传输电源和驱动信号。这些参考文献的内容在此通过引用被整体包括。
发明内容
根据本发明的一方面，一种光互连装置包括第一基板、第二基板、光波导、电布线和切换装置。所述第一基板具有电布线线路、连接至所述电布线线路并将电信号转换为光信号的电光转换器、以及连接至所述电光转换器并发射光的光发射装置。所述第二基板具有电布线线路、连接至所述第二基板的所述电布线线路并将光信号转换为电信号的光电转换器、以及连接至所述电光转换器并接收来自所述光发射装置的光的光接收装置。所述光波导光连接所述光发射装置和所述光接收装置。所述电布线电连接所述第一基板的所述电布线线路和所述第二基板的所述电布线线路。所述切换装置确定经由所述光基板来传输快信号的数据，并且确定经由所述电布线来传输慢信号的数据。
根据本发明的另一方面，一种光互连装置包括基板、光波导、电布线和切换装置。所述基板具有第一电布线部分和第二电布线部分。所述第一电布线包括将电信号转换为光信号的电光转换器以及连接至所述电光转换器并发射光的光发射装置。所述第二电布线部分包括将光信号转换为电信号的光电转换器以及连接至所述电光转换器并接收来自所述光发射装置的光的光接收装置。所述光波导光连接所述第一电布线部分的所述光发射装置和所述第二电布线部分的所述光接收装置。所述电布线电连接所述第一电布线部分和所述第二电布线部分。所述切换装置确定经由所述光基板来传输快信号的数据，并且确定经由所述电布线来传输慢信号的数据。
根据本发明的又一方面，一种用于形成光波导的方法，包括如下步骤：在电布线基板上设置发射光的光发射装置和接收光的光接收装置；为所述光发射装置的光发射点的位置设置对准标记，并且为所述光接收装置的光接收点的位置设置对准；将所述光发射装置和所述光接收装置安装在基板上；以及根据对准标记，形成光连接所述光发射装置和所述光接收装置的三维光波导。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照如下的详细说明，容易更好地理解并因而将容易获得本发明的更完整的认识及其许多随附的优点，其中：
图1是示出光互连装置的结构的侧视图；
图2是示出根据本发明的另一实施例的光互连装置的侧视图；
图3是示出根据本发明的另一实施例的光互连装置的侧视图；
图4(a)至4(e)是示出根据本发明的实施例的光互连装置的典型结构的侧视图；
图5(a)至5(e)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的示意图和俯视图，其中，波导片具有多个波导，刚性安装基板具有多个小基板，波导片和刚性安装基板层叠在一起，在层叠基板上安装电组件和光组件，并且逐单元地切割出光互连装置；
图6(a)至6(e)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的示意图，其中，波导片具有多个波导，柔性安装基板具有多个小基板，波导片和柔性安装基板层叠在一起，在层叠基板上安装电组件和光组件，并且逐单元地切割出光互连装置；
图7(a)至7(e)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括开始步骤、在图7(a)中所示的基板上形成了2D光学基板之后的图、将在图7(b)中所示的2D光学基板固定在基板上之后的图、在图7(c)中所示的基板上安装了光组件之后的图、以及形成了3D光波导之后的图；
图8(a)至8(f)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括开始步骤、在图8(a)中所示的基板上形成了下覆盖层之后的图、将在图8(b)中所示的基板固定在其它基板上之后的图、在图8(c)中所示的基板上安装了光组件之后的图、形成了3D光波导之后的图、以及在图8(e)中所示的基板表面上形成了上覆盖层之后的图；
图9(a)至9(k)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括开始步骤、在图9(a)中所示的基板上形成了下覆盖层之后的图、在图9(b)中所示的下覆盖层上形成了金属层之后的图、在图9(c)中所示的下覆盖层上形成了光波导对准标记之后的图、在图9(d)所示的基板上形成了芯层之后的图、在图9(e)中所示的芯层上形成了掩模之后的图、利用掩模去除了位于在图9(f)中所示的掩模之下的部分以外的芯然后剥离了掩模之后的图、将在图9(g)中所示的基板固定在其它基板上之后的图、在图9(h)中所示的基板上安装了光组件之后的图、形成了3D芯之后的图、在图9(j)中所示的基板上形成了上覆盖层之后的图、以及在芯层上形成了掩模之后的图；
图10(a)至10(f)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括在芯层上形成了掩模之后的图、使用掩模去除了位于在图10(a)中所示的掩模之下的部分以外的芯然后剥离了掩模之后的图、将在图10(b)中所示的基板固定在其它基板上之后的图、在图10(c)中所示的基板上安装了光组件之后的图、根据该制造方法形成了3D芯之后的图、以及在图10(e)中所示的基板上形成了上覆盖层之后的图；
图11(a)至11(c)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括开始步骤、在图11(a)中所示的基板上形成了2D光学基板之后的图、以及在图11(b)中所示的基板上安装了光组件之后的图；
图12(a)至12(c)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括形成了下覆盖层之后的图、将在图12(a)中所示的未完成的基板层叠到柔性基板上之后的图、以及在图12(b)中所示的基板上安装了光组件之后的图；
图13包括示出面向激光二极管的3D光波导的俯视图；
图14(a)和14(b)是示出面向光电二极管的3D光波导以及面向激光二极管和光电二极管的3D光波导的俯视图；
图15是示出3D光波导的示例的俯视图；
图16(a)和16(b)是示出在基板上安装光组件的步骤的侧视图；
图17(a)至17(f)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图，包括在覆盖层上形成了光波导对准标记之后的图、在图17(a)中所示的基板上形成了芯层之后的图、在图17(b)中所示的基板上形成了掩模之后的图、使用在图17(c)中所示的掩模形成了3D光波导之后的图、将在图17(d)中所示的基板层叠到柔性基板上之后的图、以及形成了用于光组件的安装焊盘之后的图；
图18是示出光电二极管的一种类型的侧视图；
图19(a)和19(b)是示出将连接器附接到第一基板、第二基板或柔性基板的示例的侧视图；
图20(a)和20(b)是示出在第一基板、第二基板或印刷布线板基板上安装半导体元件的示例的侧视图；
图21是示出将增强层附接到柔性基板的示例的侧视图；
图22(a)和22(b)是示出安装激光二极管和光电二极管的示例的示意图；
图23是示出根据本发明的实施例的光电传输装置的俯视图；
图24是示出根据本发明的实施例的切换元件的示意图；
图25是示出在根据本发明的实施例的切换元件处计数的典型结果的图；
图26是示出根据本发明的另一实施例的光电传输装置的俯视图；
图27是示出根据本发明的另一实施例的切换元件的示意图；
图28(a)至28(d)是均示出激光二极管或光电二极管的表面的俯视图；
图29(a)至29(f)是示出光发射元件和光接收元件之间的典型连接方法的侧视图；
图30是示出光发射元件和光接收元件之间的连接方法的另一示例的侧视图；
图31是示出光发射元件或者光接收元件上的焊盘的俯视图；
图32是示出激光二极管的示例的侧视图；
图33示出本发明的光互连的示例；
图34是示出根据本发明的实施例的用于减少电损耗的典型结构的示意图；
图35是示出根据本发明的实施例的用于电源和电压的结构的示意图；
图36是具有根据本发明的实施例的升压电路的电光线路；以及
图37包括示出根据本发明的实施例的表面光发射元件的侧视图和示意图。
具体实施方式
现在将参照附图描述实施例，其中，在全部附图中相同的附图标记表示对应的或相同的部分。
图1是示出根据本发明的实施例的光互连装置的侧视图。在第一刚性基板85(还可称为“第一电布线基板”)上形成或安装了激光二极管816及其驱动电路(驱动器)829，并且在第二刚性基板86(还可称为“第二电布线基板”)上形成或安装了光电二极管817及其控制电路830(前置放大器和比较器，在下文中称为“preamp”)。驱动电路用作用于电光转换电路的主电路，并且除了驱动电路之外，可以设置切换电路、并行-串行连接电路、MAX/DEMAX电路等一个或多个的组件。电光转换电路可以是没有其它组件的驱动电路。具有前置放大器和比较器的控制电路用作用于光电转换电路的主电路，并且除了控制电路之外，可以设置切换电路、MAX/DEMAX电路等一个或多个的组件。光电转换电路可以是没有其它组件的控制电路。电光转换电路将数字电信号转换成模拟电流，并将其提供至激光二极管816等光发射装置。光电转换电路将从光电二极管等光接收装置输出的弱电信号放大为带有特定脉冲的数字信号。光电转换装置可以是具有上述功能的芯片组件。电光转换装置可以是具有上述功能的芯片组件。通过形成在柔性聚酰亚胺基板84上的三维光波导818(在下文中称为“3D光波导”)光连接这两个基板，或者通过电布线87电连接这两个基板。如图1中所示，电布线87通常形成在聚酰亚胺基板84上，但是也可以形成在不同的柔性基板上。通过形成在底面上的BGA 88等电界面将刚性基板85、86连接至线卡等安装基板。另外，由于激光二极管816是边发射型并且光电二极管817是边接收型，所以它们可以与3D光波导818进行直接的光连接。因此，与标准的面发射型和面接收型的光互连装置相比，可以简化光路。
图2是示出参照图1说明的光互连装置的另一实施例的侧视图，但是其中电界面形成为可拆卸的电连接端子89。将柔性电基板827电连接至刚性基板85、86，并且将各端部处理为端子从而可以将各端部连接至连接器828。
图3是示出参照图2说明的光互连装置的典型结构的侧视图，但是其中刚性-柔性基板805用于安装光组件和电组件。由于不需要两个基板之间的电布线组件，所以该结构可以简化。
图4(a)至4(c)是示出参照图2说明的光互连装置的典型结构的侧视图，但是其中用于安装光组件和电组件的安装基板是单个柔性电基板827。在柔性电基板827中，形成或安装激光二极管816和光电转换电路或光电转换元件829的区域是第一电布线部分。并且，形成或安装光电二极管817和光电转换电路或光电转换元件830的区域是第二电布线部分。可以用加强构件80或类似结构来增强安装组件的基板部分。由于所有的组件集成在单个柔性基板上，所以可紧凑地设计大小并且降低其制造成本。如图4(a)中所示，可以在柔性电基板827上形成光波导818。另外，如图4(b)中所示，可以使用预浸料等粘合层将具有形成在柔性基板84上的光波导818的基板和柔性电基板827粘合在一起。如图4(a)中所示，可以在柔性基板84和电基板827之间形成空间。如图4(b)中所示，可以使用预浸料等粘合层将光波导818和柔性电基板827粘合在一起。如图4(d)中所示，可以在光波导818和电基板827之间形成空间。
图4(e)是示出在其边缘处通过固定元件来附接支撑光波导的柔性基板和支撑电布线的另一柔性基板的示例的侧视图。参照图4(e)，刚性基板6配置有激光二极管102等光发射元件，并且另一刚性基板7配置有光电二极管等光接收元件103。通过固定元件2002在其边缘部分互相连接具有光波导的柔性基板2000和具有电布线的另一柔性基板2001，从而在两个柔性基板2000、2001之间形成空间。
图5(a)至5(e)是示出用于制造根据本发明的实施例的光互连装置的方法的示意图和俯视图，其中，安装基板是刚性基板。图5(a)示出其上形成了多个光波导900的波导片901。在波导片901中，形成通孔902从而去除与待安装电组件和光组件的区域重叠的部分。图5(b)示出其上层叠波导片901的刚性安装基板904。在该基板上，形成用于布置电组件和光组件的安装焊盘和电布线的安装区域905。在与光波导重叠的区域中形成波导窗口903。首先，如图5(c)中所示，通过使用预浸料或类似结构将波导片901层叠到安装基板904上。接着，如图5(d)中所示，在安装区域905上安装电组件和光组件906，然后由用于保护的填充树脂密封。最后，如图5(e)中所示，逐单元地切割出光互连装置，并且完成均具有安装基板904、光波导900以及光组件和电组件906的光互连装置。
图6(a)至6(e)是示出用于制造根据本发明的另一实施例的光互连装置的方法的示意图，其中，安装基板是柔性基板。图6(a)示出形成了多个光波导900的波导片901。在波导片901中，形成通孔902从而去除与待安装电组件和光组件的区域重叠的部分。图6(b)示出其上层叠波导片901的柔性安装基板904。在该基板上，形成用于布置电组件和光组件的安装焊盘和电布线907的安装区域905。首先，如图6(c)中所示，通过使用预浸料或类似结构将波导片901层叠到安装基板904上。接着，如图6(d)中所示，在安装区域905上安装电组件和光组件906，然后由用于保护的填充树脂密封。最后，如图6(e)中所示，逐单元地切割出光互连装置，并且完成均具有安装基板904、光波导900以及光组件和电组件906的光互连装置。
图7(a)至7(e)是示出用于制造根据本发明的另一实施例的光互连的方法的截面图和俯视图。准备聚酰亚胺基板1等柔性基板作为起始材料(图7(a))。在基板1上，涂敷下覆盖层2、芯层3和上覆盖层4(图7(b))。在该步骤中，完成柔性二维光学基板5(在下文中称为“2D光学基板”)。对于下覆盖层、芯层和上覆盖层，可以使用表1中所示的材料的组合。
表1
示例   下覆盖层拆射率   芯层折射率   上覆盖层折射率
  环氧基聚合物   1.593   1.615   1.593
  丙烯酸基聚合物   1.505   1.522   1.505
然后，将柔性2D光学基板5固定在第一基板6和第二基板7上(图7(c))。作为用于第一基板6和第二基板7的材料，可以使用聚酰亚胺等柔性基板或利用玻璃纤维织物增强的刚性基板。然后，在第一基板上安装具有根据光发射位置形成的对准标记10的激光二极管8，并且在第二基板上安装具有根据光接收位置形成的对准标记11的光电二极管9(图7(d))。在本示例中，直接在光发射位置的中心上形成激光二极管上的对准标记10，并且直接在光接收位置的中心上形成光电二极管上的对准标记11。随后，通过在与连接对准标记10和对准标记11的直线平行并且在与该直线相距25μm的位置处发射CO2激光，在至少去除上覆盖层和芯层之后形成3D光波导12(大约50μm宽)(图7(e))。在本示例1中，根据标识光组件的光发射位置和光接收位置的对准标记来形成3D光波导。因此，激光二极管8和光电二极管9等光组件和3D光波导可以准确地对准，并且减少了波导和光组件之间的连接损耗。
图8(a)至8(d)是示出用于制造根据本发明的另一实施例的光互连的方法的截面图和俯视图。准备聚酰亚胺基板21等柔性基板作为起始材料(图8(a))。在基板21上，通过涂敷例如环氧基聚合物树脂来形成下覆盖层22(图8(b))。然后，将上述未完成的基板21层叠到第一基板26和第二基板27上(图8(c))。接下来，在第一基板上安装具有根据光发射位置形成的对准标记210的激光二极管28，并且在第二基板上安装具有根据光接收位置形成的对准标记211的光电二极管29(图8(d))。在本示例中，直接在光发射位置的中心上形成激光二极管上的对准标记210，并且直接在光接收位置的中心上形成光电二极管上的对准标记211。随后，在连接对准标记210和211的线上，通过使用喷墨方法形成50μm宽和50μm高的3D芯212。3D芯212由具有比上述下覆盖层21的折射率更大的折射率的环氧型聚合物树脂形成(图8(e))。在烘干芯之后，在下覆盖层和芯上涂敷与用于形成下覆盖层的相同的环氧型聚合物树脂。因此，形成芯212被下覆盖层21和上覆盖层24包围的3D光波导(图8(f))。在本示例中，根据对准标记210、211涂敷用于形成芯的材料。因此，激光二极管28和光电二极管29与3D光波导可以准确地对准，并且减少了波导和光组件之间的连接损耗。
图9(a)-9(k)是示出用于制造根据本发明的又一实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图。准备聚酰亚胺基板31等柔性基板作为起始材料(图9(a))。在基板31上，通过涂敷环氧型聚合物树脂形成下覆盖层32(图9(b))。在下覆盖层上通过气相沉积铜、金、铝、钛、镍、铬或类似的金属形成金属层39(图9(c))。随后，在金属层上形成抗蚀剂，接着对该抗蚀剂进行曝光、显影和蚀刻处理以在下覆盖层上形成光波导对准标记300(图9(d))。然后，在形成了光波导对准标记300的下覆盖层上，通过涂敷具有比下覆盖层31的折射率更大的折射率的环氧型聚合物树脂来形成芯层33(图9(e))。在形成芯层之后，在芯层上形成抗蚀剂，接着对该抗蚀剂进行曝光和显影处理以形成掩模301(图9(f))。通过后面说明的反应离子蚀刻工艺，掩模301成形以在基板31的表面边缘都被去除的部分形成3D光波导。基于光波导对准标记300确定掩模301的位置。在形成掩模之后，通过反应离子蚀刻方法去除芯层中没有形成掩模的部分。因此，在基板31的两侧表面附近的部分以外的区域中形成3D光波导320(图9(g)示出已经去除了掩模后的基板)。然后，将未完成的基板固定在第一基板36和第二基板37上(图9(h))。之后，在第一基板上安装具有根据光发射位置形成的对准标记310的激光二极管38，并且在第二基板上安装具有根据光接收位置形成的对准标记311的光电二极管39(图9(i))。在安装了光组件之后，基于光波导对准标记300和激光二极管上的对准标记310，由CO2激光去除2D芯层部分33-1以形成第一连接3D波导331。位于3D光波导320和激光二极管38之间的第一连接3D波导331与激光二极管的光发射位置准确地连接，并且还连接至3D光波导320。通过同样的方式，在3D光波导320和光电二极管39之间形成第二连接3D波导332(图9(j))。之后，在芯320、331、332和下覆盖层上，通过涂敷与用于下覆盖层的相同的环氧型聚合物树脂，形成上覆盖层34(图9(k))。在本示例中，根据基于光发射位置的对准标记310以及根据用于形成3D光波导的光波导对准标记300来形成连接3D光波导320和激光二极管的第一连接3D波导331。因此，激光二极管和第一连接3D光波导以及3D光波导和第一连接3D光波导可以准确地对准，因此减少连接损耗。还可以减少光电二极管和第二连接3D光波导之间的连接损耗。在本示例中，第一连接3D光波导和第二连接3D光波导中的至少一个的边可形成为偏离3D光波导320的延长线。通过这样形成为偏离延长线，光电二极管不容易受泄漏光的影响。对准标记300形成在下覆盖层32上，但是还可以形成在芯层33等其它层上，或者可以使用波导图形代替金属图形。
图10(a)至10(e)是示出用于制造根据本发明的再一实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图。由于本示例按照参照图9(a)-9(e)中所示的示例所说明的相同的步骤，所以在这里说明其余的处理。在形成芯层之后，在芯层上形成抗蚀剂，接着对该抗蚀剂进行曝光和显影处理以形成掩模401(图10(a))。通过使用后面所述的反应离子蚀刻工艺，在基板41的中心形成掩模401，并且掩模401成形以允许随后形成3D光波导。如在图9(a)-9(k)中所示的示例中所示，基于光波导对准标记(图中未示出)确定掩模401的位置。在形成掩模之后，通过反应离子蚀刻工艺去除芯层中没有形成掩模的部分。因此，在基板41的中心形成3D光波导420(图10(b)示出去除了掩模后的基板)。然后，将未完成的基板固定在第一基板46和第二基板47上(图10(c))。之后，在第一基板上安装具有根据光发射位置形成的对准标记410的激光二极管48，并且在第二基板上安装具有根据光接收位置形成的对准标记411的光电二极管49(图10(d))。在安装光组件之后，基于光波导对准标记和激光二极管上的对准标记410，通过使用喷墨方法在下覆盖层42上涂敷具有比下覆盖层42的折射率更大的折射率的环氧型聚合物树脂。因此，在3D光波导420和激光二极管48之间形成第一连接3D波导431。按照相同的方式，在3D光波导420和光电二极管49之间形成第二连接3D波导432(图10(e))。然后，在芯420、431、432和下覆盖层上，通过涂敷与用于下覆盖层的相同的环氧型聚合物树脂，形成上覆盖层44(图10(f))。在本示例中，根据基于光发射位置的对准标记410以及根据用于形成3D光波导的光波导对准标记来形成连接3D光波导420和激光二极管的第一连接3D波导431。因此，激光二极管和第一连接3D光波导以及3D光波导和第一连接3D光波导可以准确地对准，因此减少连接损耗。光电二极管和第二连接3D光波导也可以准确地对准，因此减少连接损耗。在本示例中，第一连接3D光波导和第二连接3D光波导中的至少一个的边也可形成为偏离3D光波导420的延长线。通过这样形成为偏离延长线，光电二极管不容易受泄漏光的影响。
图11(a)至11(c)是示出用于制造根据本发明的再一实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图。准备柔性基板500作为起始材料，并如图7(a)至7(e)中示出的示例所说明的，在柔性基板500的部分上层叠下覆盖层、芯层和上覆盖层。然后，隔着形成下覆盖层、芯层和上覆盖层的区域，安装具有根据光发射位置形成的对准标记510的激光二极管538和具有根据光接收位置形成的对准标记511的光电二极管539。将安装激光二极管的区域(在图11(c)中直到光波导的左侧)称为第一区域(第一电布线部分)，并将安装光电二极管的区域(在图11(c)中直到光波导的右侧)称为第二区域(第二电布线部分)。然后，与图7(a)至7(e)中所示的示例类似，根据在光组件上的对准标记510、511，在芯层和上覆盖层中形成沟槽以形成3D光波导(见图7(e))。通过3D光波导进行第一区域和第二区域之间的数据传输。在本示例中，在柔性基板上形成下覆盖层、芯层和上覆盖层，但是可以单独准备由下覆盖层、芯层和上覆盖层形成的另一基板然后通过使用预浸料等粘合剂将该另一基板层叠在柔性基板500上。
图12(a)至12(c)是示出用于制造根据本发明的再一实施例的光互连装置的方法的截面图和俯视图。在柔性保持基板670上涂敷下覆盖层602(图12(a))。然后，经由预浸料680层叠涂敷了覆盖层后的基板和柔性基板600(图12(b))。之后，隔着保持基板670，安装具有根据光发射位置形成的对准标记610的激光二极管638和具有根据光接收位置形成的对准标记611的光电二极管639。将安装激光二极管的区域(在图12(c)中直到光波导的左侧)称为第一区域，并且将安装光电二极管的区域(在图12(c)中直到光波导的右侧)称为第二区域。通过3D光波导进行第一区域和第二区域之间的数据传输。之后，通过按照参照图8(e)说明的类似步骤来形成3D光波导。
说明了一种用于制造根据本发明的再一实施例的光互连装置的方法。本示例基本与图9(a)至9(k)中所示的示例类似。在图9(a)至9(k)所示的示例中，将具有光波导的基板层叠在两个基板上，然而，在本示例中，如在参照图12(a)至12(c)的示例中，将具有光波导的基板层叠在一个柔性基板上。本示例中的制造步骤与参照图9(a)-9(g)说明的制造步骤类似。然后，以与参照图12(a)至12(c)的示例类似的方式，将按照参照图9(a)-9(g)说明的步骤而准备的未完成的基板层叠在单个柔性基板上。接下来，隔着未完成的基板，在柔性基板上安装光组件(见12(c))。安装光组件后的制造过程与参照图9(j)-9(k)说明的过程类似。
说明了一种用于制造根据本发明的再一实施例的光互连装置的方法。本示例与参照图10(a)至10(f)的示例基本类似。在参照图10(a)至10(f)的示例中，将具有光波导的基板层叠在两个基板上，然而，在本示例中，如参照图12(a)至12(c)的示例中所说明的，将具有光波导的基板层叠在一个柔性基板上。本示例中的制造步骤与参照图10(a)-10(b)说明的步骤类似。然后，如在参照图12(a)至12(c)中的示例中所说明的，将按照参照图10(a)-10(b)说明的步骤制备的未完成的基板层叠在单个柔性基板上。接下来，水平地隔着未完成的基板，在柔性基板上安装光组件(见图12(c))。安装光组件后的制造步骤与图10(e)-10(f)中的步骤类似。
在前述的示例中说明的3D光波导的端面(面向光组件的表面)大致为矩形。然而，其形状还可以是如图13和14中所示的锥形。图13示出面向激光二极管的3D光波导的俯视图。参照图13，对着激光二极管的开口(在左侧示出)宽于波导的其余部分。通过这种结构，使得3D光波导和激光二极管之间的对准间隙容限较大。图14(a)示出面向光电二极管的3D光波导的俯视图(在右侧示出)。在图14(a)中，对着光电二极管的开口窄于波导的其余部分。由于从3D光波导中传输的光的光斑直径大，所以3D光波导和光电二极管之间的对准间隙容限较大。图14(b)示出对着激光二极管(在左侧示出)的开口宽于波导的其余部分并且对着光电二极管(在右侧示出)的开口窄于波导的其余部分的3D光波导。
图15是示出面向光电二极管的端分开并且每个分开的3D光波导连接至光电二极管的3D光波导的示例的俯视图。据此，从波导中的一个输出的光可以输入到光电二极管。因此，波导和光电二极管之间的对准间隙容限较大。在本示例中，端被分开成两个，但是分开数可以是两个或更多。
参照前述示例，在第一基板、第二基板和/或柔性保持基板上安装光组件。然而，如图16(a)中所示，在用于安装光组件的刚性基板或柔性保持基板700上，安装光电二极管、激光二极管等光组件701，然后可以在第一基板、第二基板或柔性保持基板上安装柔性保持基板和光组件。
可以在第一基板(第一区域)和第二基板(第二区域)之间形成电路，从而将光传输和电传输两者都用于第一基板(第一区域)和第二基板(第二区域)之间的数据传输。
不限于使用通过焊料凸点(倒装芯片连接)来连接光组件和基板；还可以采用线接合等表面安装方法。
在上述的示例中，直接在光发射位置或者光接收位置上形成在光组件上的对准标记，但是对准标记不限于在图7(a)-10(f)的示例中说明的这些位置或数量。
在上述的示例中，基于在光组件上的对准标记形成3D光波导。然而，根据用于形成3D光波导的光波导对准标记1100，可以对准光组件，然后将光组件安装在第一基板、第二基板或柔性保持基板上。图17(a)至17(f)示出上述的示例。在下覆盖层上形成光波导对准标记1100(见图17(a))。然后，形成芯层1103(见图17(b))。之后，与图9(a)至9(k)中的示例中类似，根据光波导对准标记1100在芯层上形成掩模1301(见17(c))。然后，通过使用掩模1301形成3D光波导1150(见图17(d))。通过预浸料1100将未完成的基板层叠在柔性保持基板670上(见17(e))。然后，根据光波导对准标记1100，在柔性保持基板670上形成导电部分(组件安装焊盘)1120(见图17(f))。关于导电部分1120，例如，通过向层叠在导电部分的阻焊剂辐射CO2激光来形成焊盘开口。通过这种组件安装焊盘，将光组件(包括激光二极管和光电二极管)安装在表面上。在参照图17(a)至17(f)说明的示例中，由于根据光波导对准标记1100形成3D光波导并且安装光组件，所以能够准确地对准3D光波导和光组件。
还可以如图13、14(a)和14(b)所示来成形在前述示例中说明的3D光波导。
激光二极管优选为边发射型，并且光电二极管优选为边接收型。
激光二极管可以是单模脉冲型，并且光波导可以是多模型。这样，能够容易地对准光波导和光组件。
图18是示出光电二极管具有不同结构的示例的侧视图。如图中所示，根据本实施例的光电二极管使得输入至光电二极管的光从面向光接收部分的镜反射并且到达在光电二极管的上部区域形成的光接收部分(光路径在图中示出)。另外，在本示例中，在柔性基板100的各端形成连接器101，其中，通过连接器101将柔性基板100连接至其它基板(例如，母板)。
在上面说明的任意示例中，可以使用图18中所示的光电二极管。此外，如图19(a)中所示，在上面说明的任意示例中，可以将连接器设置在第一基板的端面和第二基板的端面上，从而使基板电连接至其它基板(例如，母板)。在光波导和光组件安装在单个基板(包括柔性基板、刚性基板和部分刚性的柔性基板)上的图17(a)至17(c)中的示例等示例中，还可以如图19(b)中所示将连接器设置在基板的各端面上，从而使基板电连接至其它基板(例如，母板)。
在上述任意示例中，可以在第一基板、第二基板、第一区域或第二区域上安装半导体元件(见图20(a)-20(b))。通过光波导进行半导体元件之间的部分信号传输。在印刷布线板106、第一基板106-1和第二基板106-2上形成电路。在参照图20(b)的示例中，还在光波导上形成电路。可以通过光波导从半导体元件向半导体元件传输信号，并且可以通过电路从半导体元件向半导体元件传输电源和接地。可以将具有预定速度(例如，1Gb/s)以上的速度的信号通过光波导从半导体元件传输至半导体元件(将具有低于预定速度的速度的信号通过电路从半导体元件传输至半导体元件)。此时，可以在印刷布线板(包括第一基板和第二基板)上安装判断信号速度的电路或元件。
图21示出将增强层107附接到与安装了光组件的表面的相对的表面的示例。利用这种结构，能够容易地在柔性基板上安装光组件。为了减少连接损耗，优选地放置增强层107从而使光组件(激光二极管、光电二极管)和光波导之间的柔性基板100不弯曲。例如，优选地，在与安装了光组件的表面相对的、包括直接位于光组件的下方的区域和至少直接位于光波导的边缘的下方的区域的表面上，将板状增强层形成或层叠在柔性基板100上。
图22(a)是示出使用图22(b)中所示的光电二极管(边接收组件)和激光二极管(边发射组件)的示例的示意图。激光二极管在底部表面周围具有光发射点并且面朝下安装。光电二极管具有与如图22(b)中所示的光接收点相对放置的反射表面并面朝上安装。如图所示，在光接收元件(光电二极管)中，在元件基板上形成反射表面(镜)。如图22(b)中所示，光接收元件可以在一个表面上具有p电极和n电极，并且光发射元件也可以在一个表面上具有p电极和n电极。
例如，在表面安装型LD/PD模块(日本电子信息和通信工程研究所的技术报告，OPE94-39，1994年8月出版，第13页)中，或者在PLC平台上安装光电二极管时基于标记的被动对准(电子信息和通信工程研究所，1997年国家会议，C-3-56，第241页)中，参照具有对准标记的激光二极管和具有对准标记的光电二极管。
在前述示例中所示的实施例中(图7(e)、图8(f)、图9(k)、图10(f)、图11(c)、图12(c)、图18、图19(a)、图19(b)、图20(a)、图20(b)、图21和图22(a))，还可以设置激光二极管的驱动电路(驱动器)829和光电二极管的控制电路830(前置放大器和比较器)。此外，可以设置下面说明的切换元件(12a)(见图23)。除了切换元件(12a)之外，还可以设置切换器(130a)(见图23)。
在图1至4(c)的示例中，可以设置如下所述的切换元件。除了切换元件(12a)之外，还可以设置切换器(130a)(见图23)。
图28(a)、28(b)、28(c)和28(d)均示出激光二极管或光电二极管的表面。在这些图中，示出了焊盘。如图28(a)和28(c)所示，如果形成一个或两个焊盘，则难以表面安装光组件。因此，如图28(b)和28(d)中所示，除了P电极和N电极之外，优选地形成虚设焊盘。优选地形成虚设焊盘以使得焊盘总数为三个或更多。在图1至4(d)、图7(e)、图8(f)、图9(k)、图10(f)、图11(c)、图12(c)、图17(f)、图19(a)-19(b)、图20(a)-20(b)和图21中，激光二极管和光电二极管优选为图28(b)和图28(d)中所示的激光二极管和光电二极管的类型。
如图28(a)和28(c)中所示，在激光二极管或光电二极管上的P电极和N电极可以在一个表面上形成(图28(a))或者可以在不同的表面上形成(图28(c))。图29中示出光组件和光波导之间的各种连接方法。
图29(a)是光发射点(光发射部分)靠近底表面的边发射型激光二极管和在顶表面(与面向柔性基板的表面相对的表面)上形成光接收部分(光接收区域)的光电二极管的组合。在图29(a)所示的激光二极管中，在InP基板或GaAs基板上形成外延层。倒装芯片安装激光二极管从而使形成外延层的表面面向柔性基板。光电二极管是在顶表面上形成P电极并在底表面(安装表面，与面向基板的表面相对)上形成N电极的类型的光电二极管。如图29(a)中所示，在光电二极管中，在与形成光接收部分的表面相对的表面上形成镜。通过边输入的光被镜反射并到达光接收部分(P电极)。然后，通过连接至P电极的焊盘上的布线909将光传输至柔性基板的电布线。
图29(b)是光发射点(光发射部分)靠近底表面的边发射型激光二极管和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分(光接收区域，P电极)的光电二极管的组合。倒装芯片安装图29(b)中所示的激光二极管从而使形成外延层的表面面向柔性基板。倒装芯片安装图29(b)中所示的光电二极管从而使形成外延层的表面面向柔性基板。在如图所示的光电二极管中，在同一表面上形成光接收部分(光接收区域，P电极)、N电极和镜。通过光电二极管的边输入的光被镜反射并到达在底表面上形成的光接收部分(P电极)。然后，通过焊盘和凸点将光传输至柔性基板的电布线。
图29(c)是光发射点(光发射部分)靠近底表面的边发射型激光二极管和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分(光接收区域，P电极)的光电二极管的组合。倒装芯片安装图29(c)中所示的激光二极管从而使形成外延层的表面面向柔性基板。在29(c)中所示的光电二极管是在同一表面上形成P电极和N电极的类型的光电二极管。在与形成P电极和N电极的表面相对的表面上形成镜。倒装芯片安装光电二极管从而使形成P电极和N电极的表面面向柔性基板。通过焊料凸点将光电二极管上的P电极和N电极和激光二极管上的P电极和N电极连接至柔性基板的电布线。在图29(c)中，激光二极管上的光发射点的高度和镜的高度不同。因此，光波导的输入部分和输出部分位于不同高度。输入部分与激光二极管中的光发射部分的高度对齐，并且输出部分与光电二极管中的镜位置对齐。
在图29(d)中示出的示例中，为了将输出侧的芯的高度与光电二极管中的镜的高度对齐，在光波导的输出侧，在光波导和柔性基板之间放置高度调整构件。在图29(e)中示出的示例中，为了将输出侧的芯的高度与光电二极管中的镜的高度对齐，在光波导和柔性基板之间放置高度调整粘合物。在图29(f)中示出的示例中，为了将输出侧的芯的高度与光电二极管中的镜的高度对齐，在面向柔性基板侧，调整光波导中的覆盖层厚度。
图30是光发射点(光发射部分)靠近底表面的边发射型激光二极管和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分(光接收区域，P电极)的光电二极管的组合。倒装芯片安装图30中所示的激光二极管从而使形成外延层的表面面向柔性基板。图30中所示的光电二极管是在同一表面上形成P电极(外延层)和N电极的类型的光电二极管。在与形成P电极和N电极的表面相对的表面上形成镜。倒装芯片安装光电二极管从而使形成P电极和N电极的表面面向柔性基板。在图30中，在柔性基板中形成的腔体部分中安装光电二极管。设置腔体部分的深度从而对准光波导中的芯的高度和光电二极管中的镜位置。
图31示出P电极和N电极、通过电路连接至P电极的焊盘、通过电路连接至N电极的焊盘和虚设焊盘。在P电极焊盘、N电极焊盘和虚设焊盘上形成用于倒装芯片安装的凸点。
在图1-4(d)、图7(e)、图8(f)、图9(k)、图10(f)、图11(c)、图12(c)、图17(f)、图19(a)-19(b)、图20(a)-20(b)和图21中，光电二极管、激光二极管和连接它们的光波导可以采用图29(a)、29(b)、29(c)、29(d)、29(e)、29(f)或30中示出的任一实施例。在上面的说明中，通过焊料凸点倒装芯片安装电组件；然而，可以通过金球凸点倒装芯片安装电组件。例如，光波导可以具有厚度为25μm的下覆盖层、厚度为50μm的芯层和厚度为25μm的上覆盖层。通过厚度为10μm的粘合层可以将光波导粘合到基板。因此，波导可以具有位于与基板的表面相距约60μm处的光轴。激光二极管可以具有位于与形成其外延结构的表面相距约5μm处的光发射点。在这样的示例中，使用例如直径为80μm的粘合焊盘或直径为90μm的焊球，可以将激光二极管安装在与基板的表面相距约55μm处。另一方面，可以面朝上安装光电二极管，使其外延结构远离基板的表面，并且光电二极管可以具有位于约15μm处的光接收点。在这样的示例中，使用例如直径为80μm的粘合焊盘或直径为80μm的焊球，可以将光电二极管安装在与基板的表面相距45μm(60μm-15μm)处。下面的表2包括示出光发射/接收装置的高度与粘合焊盘和焊球的直径之间的关系的试验结果。
表2
Figure A20078003470200301
在图1-4(d)、图7(e)、图8(f)、图9(k)、图10(f)、图11(c)、图12(c)、图17(f)、图19(a)-19(b)、图20(a)-20(b)和图21中，激光二极管可以是横向多模激发型，并且光波导可以是多模传输型。
在图1-4(d)、图7(e)、图8(f)、图9(k)、图10(f)、图11(c)、图12(c)、图17(f)、图19(a)-19(b)、图20(a)-20(b)和图21中，激光二极管可以是图32所示的类型的光组件。激光二极管在基板上形成的镜(反射表面)处将从光发射区域输出的光改变约90度，并且从激光二极管的边发射光。
图29(a)、29(b)、29(c)、29(d)、29(e)、29(f)、图30和图32中示出的虚线表示光路径。
图33示出本发明的光互连的另一示例。用于移动设备中的光互连要求极大地抑制消耗的电量。为了降低功耗，使用低电压来驱动电光转换电路、光发射元件、光电转换电路和光接收元件等有源元件是有效的。以大约1.2V的电压驱动电光转换电路和光电转换电路。然而，光发射元件和光接收元件要求至少大约2V或更大的偏压以正常工作。通常，电光转换电路和光电转换电路或所有的有源元件使用3.3V的单电源。为了降低功耗，已经尝试了降低电源电压。光发射元件和光接收元件所要求的最小负载电压大约是2.2V。图34是本发明中用于降低功耗的典型结构。将最小的电源电压分别施加给电光转换电路和光发射元件(光电转换电路和光接收元件)。例如，对电光转换电路施加1.2V的电压，并且对光发射元件施加3.3V的电压。因此，能够极大地降低作为电流和电压的乘积的功耗。图35示出用于施加不同的电源电压的方法的示例。在电光(光电)转换电路外设置独立的调整器以施加多个电源电压。可以将调整器设置在互连外，并可以通过电源输入部分施加多个电源电压。在图36中，在电光(光电)转换电路内设置电压转换器(升压电路)。将例如1.2V的低电压施加给电光(光电)转换电路以驱动电路；同时，将在电光(光电)转换电路内的升压电路中升压至3.3V的电压施加给光发射元件。电光转换电路将电信号转换为光信号。光电转换电路将光信号转换为电信号。
图37示出在内部具有反射表面并且用作边型光发射元件的表面光发射元件的示意图。可以通过各向异性湿法蚀刻在底部形成第一反射表面。对于具有约55°角的反射表面，使反射光入射至相对于水平面具有大约20°角的光发射元件的侧表面。对于垂直侧表面，折射率大约为3.6的元件使得在侧表面发生全反射，并且反射光不会透射到元件的外部。为了使辐射光透射到元件的外部，侧表面应该是倾斜表面(第二反射表面)。为了获得平行于水平面的发射光，倾斜表面的角度θ2应当近似地满足关系：n1cos(2(θ1-45)+θ2)＝n2cos θ2，其中，元件的折射率为n1，第一反射表面的角度为θ1，并且元件周围的介质的折射率为n2。对于空气作为元件周围的介质，θ2大约为63°，对于折射率为1.4的树脂作为元件周围的介质，θ2大约为58°。
切换元件(切换电路)
图23是示出根据本发明的一个实施例的光电传输装置的俯视图。根据本实施例的光电传输装置包括第一基板(1a)、第二基板(2a)及在第一基板(1a)和第二基板(2a)之间传输信号的传输基板(3a)。在第一基板(1a)上安装了逻辑元件(11a)、切换元件(12a)、驱动器(13a)、激光二极管(14a)等组件。在第二基板(2a)上安装了光电二极管(21a)、放大器(22a)、切换器(130a)等组件。在传输基板(3a)上形成了电路和光波导以在第一基板(1a)和第二基板(2a)之间传输信号。
激光二极管优选为边发射型，并且光电二极管优选为边接收型。另外，激光二极管优选为单模，并且光波导优选为多模。
切换元件(12a)是判断当将信号从第一基板(1a)传输至第二基板(2a)时要使用的方式(光学方式或电气方式)的组件。如图24中所示，切换元件(12a)包括电平转换器(121a)、周期确定元件(122a)、第一计数器(123-1a)、第二计数器(123-2a)、第一比较器(124-1a)、第二比较器(124-2a)、第一保持电路(125-1a)、第二保持电路(125-2a)、累加器(126a)、选择器(127a)、延迟线(128a)和缓冲器(129a)。参照图24和25说明各组件的作用。图25示出关于在输入至切换元件后将进行计数的数据的两个周期的信息。电平转换器转换输入到输入元件的数据从而可以在切换元件中处理该数据。依赖于数据或其它因素，在切换元件中进行处理之前，输入数据(300a)的Vcc电平和地电平可能不是恒定的。电平转换器(121a)具有将输入数据(300a)的Vcc电平和地电平转换为预定的Vcc恒定电平和地恒定电平的功能。例如，由电平转换器将具有3.3V的Vcc电平和0.8V的地电平的输入数据转换为具有2.2V的Vcc电平和0.2V的地电平的数据。还由电平转换器将具有1.8V的Vcc电平和1.2V的地电平的输入数据转换为具有2.2V的Vcc电平和0.2V的地电平的数据。还由电平转换器将具有不同电压的数据转换为具有2.2V的Vcc电平和0.2V的地电平的数据。2.2V的Vcc恒定电平和0.2V的地恒定电平的数值是示例电压。如上所述，由于电平转换器转换输入信号(300a)从而可以在切换元件中处理该数据，如果输入数据(300a)适合于在切换元件中处理则不需要电平转换器。通过延迟线(128a)和缓冲器(129a)将电平转换器转换后的数据传输至选择器(127a)。将数据保持在缓冲器(129a)中，然后根据从周期确定元件(122a)输入的信号(时钟信号)逐个周期地将数据输出至选择器。将在电平转换器中处理后的数据传输至选择器(127a)。同时，将数据传输至第一计数器(123-1a)和第二计数器(123-2a)以获得关于该数据是快信号还是慢信号的信息。当数据到达计数器时，计数从地电平转换为Vcc电平的数量。为了判断传输的数据是快信号还是慢信号，使用时间以及关于该数量的信息。因此，从周期确定元件(122a)向第一计数器(123-1a)和第二计数器(123-2a)输入关于周期(T)的信息(见图25中的(1))。基于周期(T)，第一计数器(123-1a)和第二计数器(123-2a)计数预定时间内从地电平转换为Vcc电平的数量(传输数量)(还可以计数从Vcc电平转换为地电平时的数量)。例如，第一计数器计数当从周期确定元件接收的数据是高电平(Vcc)时的数量。第二计数器计数当从周期确定元件接收的数据是低电平(地)时的数量。如图25中的(2)所示，连续传输相同的数据至第一计数器和第二计数器。使用第一计数器和第二计数器按周期(T)连续地对顺序输入的数据的传输数量计数。第一计数器计数在周期(T)的前半周期中的传输数量，并且第二计数器计数在周期(T)的后半周期中的传输数量。在图中，作为示例示出波形的两个周期(参照图25的(2)，左侧周期(T)的数据称为左侧数据，并且右侧周期(T)的数据称为右侧数据)。然而，实际上，将连续的数据输入至计数器。左侧数据的传输数量在周期(T)的前半周期中是6并在后半周期中是7，并且右侧数据的传输数量在周期(T)的前半周期中是1并在后半周期中是0。左侧数据和右侧数据是连续的，但是互相间隔一个周期。第一计数器可以计数低电平时的数量，并且第二计数器可以计数高电平时的数量。周期(T)可以是固定的或可变的，但是优选可变的周期。第一计数器将关于在一个周期期间在高电平时计数的数量的信息(关于左侧数据的数量的最终信息：6；关于右侧数据的数量的最终信息：1)传输至第一比较器(124-1a)。在第一比较器中，将从第一计数器接收的数量的信息与保持在第一比较器中的数量(例如，5)进行比较。然后，当所接收的关于数量的信息等于或大于保持在第一比较器中的数量时，将表示在第一计数器中计数传输数量的数据是快信号的信号从第一比较器(124-1a)输出至第一保持电路(125-1a)并且输出至累加器(126a)。将判断结果在第一保持电路(125-1a)和累加器(126a)中保持一个周期。可以在第二计数器(123-2a)、第二比较器(124-2a)、第二保持电路(125-2a)和累加器(126a)中进行相同的处理。即，第二计数器将关于在一个周期期间在低电平时计数的数量的信息(关于左侧数据的数量的最终信息：7；关于右侧数据的数量的最终信息：0)传输至第二比较器(124-2a)。在第二比较器中，将从第二计数器接收的数量的信息与保持在第二比较器中的数量(例如，5)进行比较。然后，当所接收的关于数量的信息等于或大于保持在第二比较器中的数量时，将表示在第二计数器中计数传输数量的数据是快信号的信号从第二比较器(124-2a)中输出至第二保持电路(125-2a)并且输出至累加器(126a)。将判断结果在第二保持电路(125-2a)和累加器(126a)中保持一个周期。上面说明了当将结果判断为快信号时的示例。下面说明当将结果判断为慢信号时的示例。在结束计数之后(在第一计数器中结束周期的前半周期之后，并且在第二计数器中结束一个周期之后)，重置第一计数器和第二计数器(传输数量变为0)。按照周期将保持在第一保持电路、第二保持电路和累加器中的数据(如果是快信号为1，如果是慢信号为0)重置为0。然后，如果在一个周期期间(周期(T)的前半周期)在第一计数器中计数的传输数量没有达到保持在第一比较器中的数量信息，则保持在第一保持电路和累加器中的第一判断结果是慢信号(0)。以相同的方式判断第二结果。如果在一个周期期间(周期(T)的后半周期)在第二计数器中计数的传输数量没有达到保持在第二比较器中的数量信息，则保持在第二保持电路和累加器中的第二判断结果是慢信号(0)。基于通过第一保持电路输入至累加器的判断的结果(第一判断结果)和通过第二保持电路输入至累加器的另一判断的结果(第二判断结果)，累加器生成累加判断结果。如果至少第一判断结果或第二判断结果是快信号(1)，则将累加判断结果确定为快信号。缓冲器(129a)基于来自周期确定元件(122a)的时钟信号将数据输出至选择器(127a)。选择器(127a)基于来自周期确定元件(122a)的时钟信号拾取在累加器中生成的累加判断结果。然后，基于该累加判断结果，将从缓冲器(129a)到达选择器(127a)的数据输出至传输基板上的光路或者电路。此时，将在累加器中判断为快信号的数据经由驱动器和激光二极管输出至传输基板上的光路，并且将判断为慢信号的数据输出至电路。当进行电传输时，优选地切断驱动器IC、激光二极管、光电二极管和放大器以关闭光传输线路。另外，累加器将累加判断结果(信号(203a))输出至切换器(130a)。经由传输基板上的光波导传输至第二基板的数据经由光电二极管(21a)和放大器(22a)到达切换器(130a)(图24中的(200a)，路径(200a))。经由传输基板上的电路传输至第二基板的数据同样到达切换器(130a)(图24中的(201a)，路径(201a))。基于来自累加器的信号(203a)(还可以被称为“标识信号”)，切换器(130a)识别出将使用路径(200a)或路径(201a)中的哪一个来传输数据至切换器。然后，根据该识别，切换器连接路径，即，路径(200a)和路径(202a)或者路径(201a)和路径(202a)，并且将数据输出至形成在第二基板上的单个路径(202a)。
在上面的说明中，使用一个周期来判断数据速度，但是还可以使用半个周期来判断数据速度。即，可以基于来自周期确定元件(122a)的时钟信号为由半个周期驱动的缓冲器(129a)和选择器(127a)设置电路。选择器每半个周期拾取累加器中的判断结果(累加器不通过将第一判断结果与第二判断结果相加来生成累加判断结果。基于第一判断结果和第二判断结果中的各个，选择器每半个周期输出数据)。
上面的说明是关于从第一基板到第二基板的传输方法。还可以在第二基板上安装逻辑元件和切换元件等组件。
从第二基板到第一基板的传输也可以通过光路或电路来进行，其中，通过根据传输数据使用切换元件来选择光路或电路。
可以只通过电路进行从第二基板到第一基板的传输。
图26示出根据本发明的另一实施例的光电传输装置。在本实施例中，在一个柔性基板(25a)上安装逻辑元件(11a)、切换元件(12a)、驱动器(13a)、激光二极管(14a)、光电二极管(21a)、放大器(22a)和光波导(26a)。
隔着光波导，布置安装有逻辑元件(11a)、切换元件(12a)、驱动器(13a)和激光二极管(14a)等组件的第一区域和安装有光电二极管(21a)和放大器(22a)等组件的第二区域。通过使用连接第一区域和第二区域的光波导(26a)或电路进行第一区域和第二区域之间的数据传输。如在上述前面的实施例中，可以在柔性基板(25a)(相当于前面实施例中的传输基板(3a))上形成光波导，或者还可以在另一柔性基板上形成光波导，然后将该另一柔性基板层叠在柔性基板(25a)上。图27中示出包括本实施例的切换元件的电路的示意图。在本实施例中，由于可以在切换元件中处理输入数据(300a)，没有设置在前面实施例中的电平转换器(121a)。此外，将从选择器(127a)中输出的数据(200a、201a)连接至路径(202a)而不通过切换器(130a)。另外，没有设置缓冲器(129a)。
为了判断数据速度，在计数器、比较器、保持电路和累加器中进行处理(处理时间)。因此，在没有设置缓冲器的本实施例中，在生成累加判断结果之前输入数据(300a)到达选择器。因此，在没有设置缓冲器的本实施例中，通过使用在当前周期之前的一个周期中判断的结果，将数据从选择器输出至光路或电路。参照图25，通过使用在右侧数据(比左侧数据早一个周期传输的数据)中判断的结果从选择器输出左侧数据。由于信号通常暂时保持其快或者慢的速度，当数据速度从快改变为慢或者从慢改变为快时，即使通过错误的路径将数据从选择器传输至传输基板，这种错误传输也仅持续大约第一个周期。
在本实施例中，可以如在前面实施例中那样设置电平转换器(121a)、缓冲器(129a)和切换器(130a)。
可以将缓冲器置于选择器电路中。
可以设置缓冲器(130a)或延迟线(129a)。可以不通过缓冲器(130a)和延迟线(129a)直接将数据传输至选择器(127a)。
参照图23和26，在基板上安装逻辑元件(11a)，但是也可以不包括逻辑元件(11a)。
根据本发明的实施例的光电传输装置适合用在移动设备上。优选地使用第一基板(第一区域)作为主体(其中设置键盘)，并且使用第二基板(第二区域)作为图像显示。
可以将切换元件置于驱动器中。
为了在光传输线路和电传输线路之间切换，可以在移动设备上使用开启/关闭信号(例如，用于睡眠模式的开启/关闭信号)。
根据本发明的前述实施例涉及具有电路和光路的集成结构的光互连装置和用于制造该光互连装置的方法，包括但不仅限于用于根据在光组件上形成的对准标记形成光波导、或者基于在光波导上形成的对准标记来形成用于光组件的安装焊盘的方法。
显然，根据上面的教导，本发明的多种修改和变化是可能的。应当理解，在所附权利要求书的范围内，可以以这里特定说明的方式以外的方式实践本发明。
相关申请交叉引用
本申请要求2006年9月19日提交的美国专利申请60/845,501、2006年10月23日提交的美国专利申请60/853,421和2006年11月29日提交的美国专利申请60/867,716的优先权。这些申请的内容在此通过引用被整体包括。

Claims (27)

1.一种光互连装置，包括：
第一基板，其具有电布线线路、连接至所述电布线线路并将电信号转换为光信号的电光转换器、以及连接至所述电光转换器并发射光的光发射装置；
第二基板，其具有电布线线路、连接至所述第二基板的所述电布线线路并将光信号转换为电信号的光电转换器、以及连接至所述电光转换器并接收来自所述光发射装置的光的光接收装置；
光波导，其光连接所述光发射装置和所述光接收装置；
电布线，其电连接所述第一基板的所述电布线线路和所述第二基板的所述电布线线路；以及
切换装置，其确定经由所述光基板来传输快信号的数据，并且确定经由所述电布线来传输慢信号的数据。
2.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述切换装置包括：周期确定部分，其确定周期；第一计数器，其计数在所述周期内的传输的第一组数量；第一比较器，其将所述第一组数量与保持在所述第一比较器中的数量相比较；第一保持装置，其在所述周期内保持来自所述第一比较器的结果；第二计数器，其计数在所述周期内的传输的第二组数量；第二比较器，其将所述第一组数量与保持在所述第二比较器中的数量相比较；第二保持装置，其在所述周期内保持来自所述第二比较器的结果；累加器，其累加从所述第一保持装置和所述第二保持装置接收的结果；以及选择器，其基于所述周期拾取在所述累加器中累加的结果。
3.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，还包括：升压装置，其生成要提供给所述光发射装置和所述光接收装置至少之一的电压。
4.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，还包括：柔性基板，其支撑所述光波导和所述电布线。
5.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，并且所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝上远离所述第二基板的外延表面。
6.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，并且所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝下面对所述第二基板的外延表面。
7.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝上远离所述第二基板的反射表面和面朝下面对所述第二基板的外延表面，所述光接收装置的所述光反射表面被定位成向所述外延表面反射来自所述光发射装置的光信号。
8.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述光波导具有面向所述光发射装置的第一边缘部分和面向所述光接收部分的第二边缘部分，所述光波导被定位成所述第二边缘部分相对于所述第一基板和所述第二基板高于所述第一边缘部分，并且所述光发射装置和所述光接收装置被定位成所述光发射装置和所述光接收装置的光轴具有与所述光波导的所述第一边缘部分和所述第二边缘部分的高度差一致的高度差。
9.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，还包括支撑所述光波导的第一柔性基板和支撑所述电布线的第二柔性基板，其中，所述第一柔性基板在所述第一柔性基板的端部处被固定到所述第二柔性基板。
10.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，所述光波导具有面向所述光发射装置并具有比所述光波导的其它部分的截面面积大的截面面积的边缘部分。
11.根据权利要求1所述的光互连装置，其特征在于，还包括向所述光电转换器和所述光接收装置至少之一提供电压的调整装置，其中，所述调整装置向所述光电转换器提供比提供给所述光接收装置的电压小的电压。
12.一种光互连装置，包括：
基板，其具有第一电布线部分和第二电布线部分，所述第一电布线包括将电信号转换为光信号的电光转换器以及连接至所述电光转换器并发射光的光发射装置，所述第二电布线部分包括将光信号转换为电信号的光电转换器以及连接至所述电光转换器并接收来自所述光发射装置的光的光接收装置；
光波导，其光连接所述第一电布线部分的所述光发射装置和所述第二电布线部分的所述光接收装置；
电布线，其电连接所述第一电布线部分和所述第二电布线部分；以及
切换装置，其确定经由所述光基板来传输快信号的数据，并且确定经由所述电布线来传输慢信号的数据。
13.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括设置在所述基板上的多个增强基板，其中，所述基板包括柔性基板，并且所述增强基板被定位成所述增强基板在所述光发射装置和所述光波导的互相面对的边缘部分和所述光接收装置和所述光波导的互相面对的边缘部分处支撑所述柔性基板。
14.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，所述切换装置包括：周期确定部分，其确定周期；第一计数器，其计数在所述周期内的传输的第一组数量；第一比较器，其将所述第一组数量与保持在所述第一比较器中的数量相比较；第一保持装置，其在所述周期内保持来自所述第一比较器的结果；第二计数器，其计数在所述周期内的传输的第二组数量；第二比较器，其将所述第一组数量与保持在所述第二比较器中的数量相比较；第二保持装置，其在所述周期内保持来自所述第二比较器的结果；累加器，其累加从所述第一保持装置和所述第二保持装置接收的结果；以及选择器，其基于所述周期拾取在所述累加器中累加的结果。
15.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括：升压装置，其生成要提供给所述光发射装置和所述光接收装置至少之一的电压。
16.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括：柔性基板，其支撑所述光波导和所述电布线。
17.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，并且所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝上远离所述第二基板的外延表面。
18.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，并且所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝下面对所述第二基板的外延表面。
19.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，所述光发射装置包括边表面型光发射装置并具有面朝下面对所述第一基板的外延表面，所述光接收装置包括边表面型光接收装置并具有面朝上远离所述第二基板的反射表面和面朝下面对所述第二基板的外延表面，所述光接收装置的所述光反射表面被定位成向所述外延表面反射来自所述光发射装置的光信号。
20.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，所述光波导具有面向所述光发射装置的第一边缘部分和面向所述光接收部分的第二边缘部分，所述光波导被定位成所述第二边缘部分相对于所述第一基板和所述第二基板高于所述第一边缘部分，并且所述光发射装置和所述光接收装置被定位成所述光发射装置和所述光接收装置的光轴具有与所述光波导的所述第一边缘部分和所述第二边缘部分的高度差一致的高度差。
21.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括支撑所述光波导的第一柔性基板和支撑所述电布线的第二柔性基板，其中，所述第一柔性基板在所述第一柔性基板的端部处被固定到所述第二柔性基板，以使得通过空隙使所述第一柔性基板与所述第二柔性基板分离。
22.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括向所述电光转换器和所述光发射装置至少之一提供电压的调整装置，其中，所述调整装置向所述电光转换器提供比提供给所述光发射装置的电压小的电压。
23.根据权利要求12所述的光互连装置，其特征在于，还包括向所述光电转换器和所述光接收装置至少之一提供电压的调整装置，其中，所述调整装置向所述光电转换器提供比提供给所述光接收装置的电压小的电压。
24.一种用于形成光波导的方法，包括如下步骤：
在电布线基板上设置发射光的光发射装置和接收光的光接收装置；
为所述光发射装置的光发射点的位置设置对准标记，并且为所述光接收装置的光接收点的位置设置对准；
将所述光发射装置和所述光接收装置安装在基板上；以及
根据对准标记，形成光连接所述光发射装置和所述光接收装置的三维光波导。
25.根据权利要求24所述的用于形成光波导的方法，其特征在于，所述三维光波导包括：中间部分；光连接所述中间部分和所述光发射装置的所述光发射点的光发射部分；以及光连接所述中间部分和所述光接收装置的所述光接收点的光接收部分，
设置对准标记包括：为所述光发射装置的所述光发射点设置对准标记；为所述光接收装置的所述光接收点设置对准标记；以及为所述三维光波导的光轴设置至少一个对准标记，
形成所述三维光波导包括：在所述光接收点和所述光发射装置的所述光发射点之间形成中间部分；根据用于所述光发射装置和所述光发射部分的对准标记，形成所述光发射部分；以及根据用于所述光接收装置和所述光接收部分的对准标记，形成所述光接收部分。
26.根据权利要求24所述的用于形成光波导的方法，其特征在于，还包括在所述基板上为所述光发射装置和所述光接收装置设置多个电焊盘，以使得所述光发射装置的所述光发射点和所述光接收装置的所述光接收点具有与所述三维光波导的光轴的高度对齐的高度。
27.根据权利要求24所述的用于形成光波导的方法，其特征在于，还包括在所述基板上为所述光发射装置和所述光接收装置至少之一设置至少一个凸点，以使得所述光发射装置的所述光发射点和所述光接收装置的所述光接收点具有与所述三维光波导的光轴的高度对齐的高度。
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