CN107040318A - 用于通信的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于通信的方法和系统。公开了衬底上置晶圆上置芯片的组件，并且该组件可以包括在包括电子晶片和衬底的集成光通信系统中。电子晶片粘结至光子插入件的第一表面，并且衬底耦合至光子插入件的与第一表面相对的第二表面。光纤和光源组件在形成于衬底中的一个或多个空腔中耦合至插入件的第二表面。集成光通信系统能操作以从光源组件在光子插入件中接收连续波光信号，并将调制的光信号从所述光子插入件传送至光纤。模塑复合物可以在插入件的第一表面上并与电子晶片接触。可以使用光栅耦合器耦合所接收的连续波光信号至光子插入件中的光波导。

Description

用于通信的方法和系统
相关申请的引证
本申请引用并要求于2015年10月21日提交的美国临时申请62/285,173的权益。其全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本公开的某些实施方式涉及半导体加工。更具体地，本公开的某些实施方式涉及衬底上置晶圆上置芯片的组件的方法和系统。
背景技术
由于数据网络改变以满足不断提高的带宽要求，铜数据信道的缺点变得明显。由于辐射的电磁能量引起的信号衰减和串扰是这样的系统的设计者遇到的主要障碍。利用均衡、编码、以及屏蔽，这种情况在一定程度上能够缓和，但这些技术需要相当大的功率、复杂度、以及电缆庞大的不利后果，同时仅提供能达到的适度提高和非常有限的可扩展性。光通信没有这样的信道限制，已被认为是铜链路的继任者。
通过比较这些系统与如参考附图而在本申请的剩余部分中阐述的本公开内容，常规和传统方法的进一步的限制和缺点对本领域的技术人员来说将变的显而易见。
发明内容
一种用于衬底上置晶圆上置芯片的组件的系统和/或方法，基本在附图中示出和/或结合附图中的至少一个描述，并在权利要求书中给出更完整的介绍。
通过下列描述和附图，将能更充分地理解本公开内容的各个优点、方面与新的特征及其所示出实施方式的细节。
附图说明
图1是根据本公开的实施方式的CMOS收发器的框图。
图2A示意性示出了根据本公开的实施方式包括光子插入件的示例性光收发器。
图2B是根据本公开的实施方式的光子收发器的立体图。
图2C是根据本公开实施方式的具有两个耦合的电子晶片的光子插入件的立体图。
图3示意性示出了根据本公开的实施方式的光子芯片中的光栅耦合器。
图4A示出了根据本公开的示例性实施方式的光电子收发器模塑包装。
图4B示出了根据本公开的示例性实施方式的具有背侧耦合的光纤的光电子收发器模塑包装。
图5示出了根据本公开的示例性实施方式的用于背侧耦合至衬底的光纤的光栅耦合器。
图6A示出了根据本公开的示例性实施方式的具有背侧耦合的光纤和光源的光电子收发器模塑包装。
图6B和图6C示出了根据本公开的示例性实施方式的光电子收发器模塑包装的俯视图和仰视图。
图7A示出了根据本公开的示例性实施方式的具有背侧耦合的光纤和光源的光电子收发器模塑包装的另一实例。
图7B和图7C示出了根据本公开的示例性实施方式的图7A的光电子收发器模塑包装的俯视图和仰视图。
具体实施方式
如本申请中使用的，术语“电路”或者“线路”指物理电子元件(即硬件)以及可配置硬件、由硬件执行的任何软件和/固件(“代码”)，和或与硬件相关联的其他方面。如本文中使用的，例如，特定处理器和存储器在执行第一线路或更多线路的代码时可包括第一“电路”并且在执行第二线路或更多线路的代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”指由“和/或”连接的列表中的项目的任意“一个或多个”。举例来说，“x和/或y”是指三元素组{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。作为另一个实例，“x、y、和/或z”是指七元素组{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中任何元素。如本文中使用的，术语“示例性”指用作非限制性实施例、实例或者例证。如本文中使用的，术语“例如(e.g.)”和“例如(forexample)”阐述了一种或者多种非限制性实施例、实例、或者例证的列表。如本文中所使用的，每当电路包括必要的硬件和代码(如果有的话，是需要的)以执行功能时，无论通过一些用户可配置的设置功能的性能是否停用，或者不能启用，电路“能操作”以执行功能。
在用于衬底上置晶圆上置芯片的组件的方法和系统中可发现本公开的某些方面。本公开的示例性方面可包括集成光通信系统，集成光通信系统包括：电子晶片，粘结至光子插入件的第一表面；以及衬底，耦合至光子插入件的与第一表面相对的第二表面。光纤和光源组件在形成于衬底中的一个或多个空腔中耦合至插入件的第二表面。集成光通信系统可操作以从光源组件在光子插入件中接收连续波(CW)光信号，并将调制的光信号从所述光子插入件传送至光纤。模塑复合物可以在插入件的第一表面上并与电子晶片接触。所接收的CW光信号可以使用光栅耦合器耦合至光子插入件中的光波导。电介质/金属后端可以在插入件的第一表面上。金属反射件可以在电介质/金属后端中并且可以将光反射会到光栅耦合器中。一个或多个防反射涂层可以在光纤与光栅耦合器之间。光子插入件可以包括将电子晶片电耦合至衬底的硅通孔(TSV)。衬底可以是印刷电路板。阻隔件可以与光子插入件的第二表面上的光纤和光源组件相邻。可以利用光子插入件中的调制器和所接收的CW光信号生成调制光信号。
图1是根据本公开的实施方式的利用光子插入件的CMOS收发器的框图。参考图1，示出了收发器100中的光电子装置，包括：高速光调制器105A-105D、高速光电二极管111A-111D、监测光电二极管113A-113H、以及包括接头103A-103K、光端子115A-115D和光栅耦合器117A-117H的光学装置。还示出了电器件和包括转移阻抗和限幅放大器(TIA/LA)107A-107D、模拟和数字控制电路109、以及控制部112A-112D的电路。光信号经由在CMOS插入件芯片中制造的光波导在光学装置与光电子装置之间传送，且在图1中通过虚线的椭圆表示光波导。光学装置和光电子装置集成到硅光子插入件中而电子装置集成至耦合至硅光子插入件的一个或多个CMOS电子芯片中。
例如，高速光调制器105A-105D包括马赫-增德尔(Mach-Zehnder)或环形调制器，且能够对CW激光输入信号进行调制。高速光调制器105A-105D由控制部112A-112D控制，并且调制器的输出经由波导光学耦合至光栅耦合器117E-117H。接头103D-103K包括四端口光学耦合器，例如，并且用于对由高速光调制器105A-105D产生的光学信号进行取样，其中通过监测光电二极管113A-113H来测量经取样的信号。接头103D-103K的未使用分支由光端子115A-115D终止，以避免不需要的信号的回反射。
光栅耦合器117A-117H包括使得能够将光耦合进和耦合出硅光子插入件的光栅。可利用光栅耦合器117A-117D将从光纤接收到的光耦合至硅光子插入件，并可包括偏振无关光栅耦合器。可以利用光栅耦合器117E-117H将来自硅光子插入件的光耦合至光纤中。例如，光纤可环氧到CMOS芯片，且可与硅光子插入件的表面的法线成一角度对准，以优化耦合效率。
高速光电二极管111A-111D将从光栅耦合器117A-117D接收的光信号转换为电信号，所述电信号被传送到TIA/LA 107A-107D以供处理。模拟和数字控制电路109可控制TIA/LA 107A-107D的操作中的增益水平或其他参数。TIA/LA 107A-107D、模拟和数字控制电路109、以及控制部112A-112D可以集成到一个或多个电子CMOS芯片上，所述一个或多个电子CMOS芯片可以经由铜柱粘结至硅光子插入件。以这种方式，可以在不同的CMOS节点上单独优化电子和光子性能。TIA/LA 107A-107D然后可以将电信号传送至电子芯片上的其他电路。
TIA/LA 107A-107D可包括窄带、非线性光电子接收器电路。因此，窄带接收器前端后面可以跟着复位器电路，诸如，不归零(NRZ)电平复位器电路。复位器电路限制光学接收器的带宽，以便减少积分噪声，进而增加信噪比。NRZ电平复位器可用于将所得的数据脉冲转换回NRZ数据。
控制部112A-112D包括使得能够对从接头103A-103C接收到的CW激光信号进行调制的电子电路。高速光调制器105A-105D需要高速电信号来调制马赫-增德尔干涉仪(MZI)的相应分支中的折射率。
在本公开的实施方式中，收发器需要的所有光学装置和光电子装置到单个硅光子插入件中的集成，以及所有所需要的电子装置到一个或多个CMOS电子芯片上的集成，使得能够优化得到的单个混合封装的性能。以这种方式，可以独立于硅光子插入件中的光子装置的优化，对电子装置性能进行优化。例如，电子CMOS芯片可以在32nm的CMOS工艺中优化，而硅光子插入件可以在130nm的CMOS节点上优化。电子装置可以布置在电子芯片上使得在粘结至硅光子插入件时，它们直接定位在它们相关联的光子装置上。例如，控制部112A-112D可以位于电子CMOS芯片上使得他们直接位于高速光调制器105A-105B并且可以通过低寄生铜柱耦合。
在示例性实施方式中，混合收发器100包括具有一个光源的四个光电子收发器，并且使得能够将光信号垂直地传送至硅光子插入件的表面，并从硅光子插入件的表面传送，从而使得能够使用CMOS工艺和结构，包括CMOS保护环。硅光子插入件可包括有源器件(诸如，光电检测器和调制器)和无源器件(诸如，波导、分束器、组合器、以及光栅耦合器)两者，从而使得光子电力能够集成到CMOS芯片上。如进一步相对于图2A图7C描述的，插入件可以耦合至衬底。
图2A示意性示出了根据本公开的实施方式包括光子插入件的示例性光收发器。参考图2A，示出了光子收发器200，包括：印刷电路板(PCB)/衬底201、硅光子插入件203、电子CMOS晶片205、硅通孔(TSV)206、接触件207、光源模块209、光输入/输出(光I/O)211、丝焊213、光学环氧树脂215、以及光纤217。
PCB/衬底201可包括光子收发器200的支撑结构，并可包括绝缘和导电材料两者，用于隔离器件以及经由硅光子插入件203为硅光子插入件203上的有源器件以及电子晶片205上的器件提供电接触。此外，PCB/衬底可以提供带走装置产生的热的热传导路径以及电子晶片205和光源模块209中的电路。
例如，硅光子插入件203可包括具有有源和无源光学装置的CMOS芯片，诸如，波导、调制器、光电检测器、光栅耦合器、接头、以及组合器。硅光子插入件203支持的功能可包括光电检测、光学调制、光学路由、以及光界面高速I/O和光学功率输送。
硅光子插入件203还可以包括用于将电子晶片205耦合至硅光子插入件203中的接触件207，以及用于经由光学I/O 211将光从光源模块209耦合到晶片中并耦合出晶片的光栅耦合器。例如，接触件207可以包括微凸块或铜柱。此外，硅光子插入件203可包括诸如在PCB/衬底201与电子晶片205之间通过晶片电互联的TSV 206。光学环氧树脂215也可以制造光学截面，从而提供光透明性和机械固定。
电子晶片205可以包括提供光子收发器200所需的电子功能的一个或多个电子CMOS芯片。电子晶片205可包括经由接触件207耦合至硅光子插入件203的单个芯片或多个晶片。电子晶片205可包括TIA、LNA、以及用于处理光子芯片203中的光信号的控制电路。例如，电子晶片205可包括用于控制硅光子插入件203中的光调制器的驱动器电路和用于放大从硅光子插入件203中的光电检测器接收的电信号的可变增益放大器。通过将光子装置并入硅光子插入件203中并将电子装置并入电子晶片205中，针对所并入的装置的类型，每个芯片的CMOS工艺可以优化。
TSV 206可包括垂直地延伸通过硅光子插入件203并在电子晶片205与PCB/衬底201之间提供电连接的导电路径。可以用此代替丝焊(诸如，丝焊213)或与丝焊结合使用。
接触件207可包括微凸块或金属柱的线性或2D阵列以在硅光子插入件203与电子晶片205之间提供电接触。例如，接触件207可以在硅光子插入件203中的光电检测器与电子晶片205中相关联的接收器电路之间提供电接触。此外，接触件207可以提供电子和光子晶片的机械耦合，并且可以用底层填料封装以保护金属和其他表明。
光源模块209可以包括具有光源的组件(例如半导体激光器)和相关的光学和电元件，来将一个或多个光信号指引进入硅光子插入件203。在提交于2009年7月9日的美国专利申请12/500,465中描述了光源模块的示例，据此在本文中通过引用包括其全部内容。在另一个示例的情况中，来自光源组件209的光信号或信号可以通过附着在硅光子插入件203中的光栅耦合器上面的光纤耦合到硅光子插入件203。
光学I/O 211可以包括将光纤217耦合到硅光子插入件203的组件。因此，光学I/O211可以包括用于一个或多个光纤的机械支撑和要诸如通过光学环氧树脂215耦合到硅光子插入件203的光学表面。
在操作中，连续波(CW)光信号可以从光源模块209通过硅光子插入件203中的一个或多个光栅耦合器传输到硅光子插入件203中。硅光子插入件203中的光子器件可以随后处理接收的光信号。例如，一个或多个光调制器可以基于从电子晶片205接收的电信号来调制CW信号。电信号可以从电子晶片205通过接触件207接收。在示例情况中，接触件207可以包括铜柱，例如，为高速性能提供低电阻接触件。通过直接在电子晶片205中的电信号源的下方在硅光子插入件203中集成调制器，信号路径长度可以最小化，导致非常高速的性能。例如，利用具有＜20fF电容的～20微米铜柱，可以达到50GHz和更高的速度。
然后，调制的光信号可以通过位于光学I/O 211下面的光栅耦合器从硅光子插入件203传输出来。以这种方式，在电子晶片205中产生的高速电信号可以用于调节CW光信号，并随后通过光学纤217从硅光子插入件203传输出来。
类似的，调制的光信号可以通过光纤217和光学I/O 211在硅光子插入件203中接收。接收的光信号可以通过光波导在硅光子插入件203中传输到集成在硅光子插入件203中的一个或多个光电探测器。当通过低寄生电容接触件207焊接并电耦合时，光电探测器可以集成在硅光子插入件203中，这样它们直接位于电子晶片205中的相关的接收器电子电路下面。
CMOS电子晶片通过铜柱混合集成在硅光子插入件上，使采用CMOS工艺的非常高速的光收发器成为可能。此外，集成分开的光子和电子晶片，使在各自的CMOS工艺中工作的电子和光子的性能的独立最优化成为可能。通过面对面焊接安装在硅光子插入件上的电子晶片可以包括“驱动”插入件上的光子电路的电路。这些电路取代了传统的电互连解决方案中的电信号驱动电路。
此外，通过硅光子插入件203，使多个电子晶片之间的光互连(即芯片到芯片互连)成为可能，收发器功能由联合的电子晶片和插入件以及硅光子插入件203上的相关的光学路由支持。本公开不限于图2A所示的布置。因此，各种堆叠的布置都是可能的。例如，光子插入件可以夹在电子芯片和插入件/电子芯片的堆叠之间，可以配置为得到三维结构。
光子插入件203包括硅通孔(TSV)206，其使电信号能够被连接到安装在插入件203顶部的电子晶片205。制作过程可能需要背磨光子插入件203，以减少硅衬底的厚度，并使TSV工艺可以进行。由于在背磨后衬底厚度近似只有100m，模塑材料分散在芯片组件顶部，为了机械地稳定。芯片集组件使用如图4所示的锤击依次安装在另一个衬底上。
图2B是依照本公开的实施方式的混合集成光子收发器的透视图。参考图2B，示出了PCB/衬底201、硅光子插入件203、电子晶片205、接触件207、光源组件209、光学I/O 211、丝焊213、光纤217和接触垫219。
在通过接触件207焊接到硅光子插入件203的表面之前，如每个晶片下面的虚线箭头所示地显示电子晶片205。而2个电子晶片205在图2B中示出，应该注意，本公开没有这样的限制。因此，任何数量的电子晶片可以耦合到硅光子插入件203，例如，取决于收发器的数量、使用的特别的CMOS节点、热传导和空间限制。
例如，在另一个示例性实施方式中，光源组件209可以远程布置，并且一个或多个光纤可以用于通过光栅耦合器将光源信号耦合到硅光子插入件203中。
在一个示例性实施方式中，使用独立CMOS工艺，在硅光子插入件203焊接到衬底201的条件下，电子功能可以集成到电子晶片205，并且光子电路可以集成到硅光子插入件203。电子晶片205可以包括与硅光子插入件203中的光子器件相关的电子器件，从而在仍然允许电子和光子器件的独立性能最优化的同时最小化电路径长度。例如，导致最高电子性能(例如最快开关速度)的CMOS工艺可能对于CMOS光子性能不是最佳的。类似的，不同的技术可能会包含在不同的晶片中。例如，锗硅CMOS工艺可以用于光子器件(例如光电探测器)，而32nm CMOS工艺可以用于电子晶片205上的电子器件。
硅光子插入件203可以包括光子电路，光信号可以通过该光子电路接收、处理和发送出硅光子插入件203。在硅光子插入件203中的光子电路处理CW信号的条件下，光源组件209可以向硅光子插入件203提供CW光信号。例如，CW信号可以通过光栅耦合器耦合到硅光子插入件203，通过光波导与晶片上不同位置传输，由Mach-Zehnder干涉仪(MZI)调制器调制，并从硅光子插入件203传输出到光纤。以这种方式，在CMOS工艺中使多个高性能光收发器的混合集成成为可能。
在另一个示例的情况下，硅光子插入件203可以在电子晶片之间提供光路由。例如，电子晶片205可以包括多个处理器和存储器芯片。来自电子晶片205的电信号可以通过铜柱传输给硅光子插入件203上的调制器，例如，并且转换成光信号，以在利用光电探测器转换回电信号之前通过光波导路由到另一个电子晶片。以这种方式，例如，使多个电子晶片能够非常高速的耦合，降低处理器芯片上的存储器要求。
图2C是按照本公开的实施方式的具有2个耦合的电子晶片的光子插入件的透视图。参考图2C，示出了PCB/衬底201、硅光子插入件203、电子晶片205、光源组件209、光学I/O211、丝焊213和光纤217。
例如，电子晶片205显示出通过铜柱焊接到硅光子插入件203的表面。2个电子晶片205在图2C中示出，应该再次注意，本公开不必收到限制。因此，任何数量的电子晶片可以耦合到硅光子插入件203，例如，取决于收发器的数量、使用的特定的CMOS节点、热传导和空间限制。
在示例性实施方式中，使用独立的CMOS工艺，电子功能可以集成到电子晶片205上，并且光子电路可以集成到硅光子插入件203上。电子晶片205可以包括硅光子插入件203中的与光子器件相关的电子器件，从而在仍然允许电子和光子器件的独立性能最优化的同时，最小化电路径长度。不同的技术可以包括在不同的晶片上。例如，锗硅CMOS工艺可以用于硅光子插入件203中的光子器件(例如光电探测器、调制器)，并且32nm CMOS工艺可以用于电子晶片205上的电子器件。
在另一个示例性情况下，一个电子晶片205可以包括传统的专用集成电路(ASIC)，并且第二电子晶片205可以包括具有用于驱动硅光子插入件203中的光子器件的电路的驱动晶片。因此，驱动晶片可以通过硅光子插入件203从ASIC接收电信号，并使用接收的信号来随后驱动硅光子插入件203中的光子器件。以这种方式，第二晶片提供作为与ASIC中的集成驱动电路相对的驱动电路。这可以允许现有的ASIC设计与硅光子插入件203集成，而不对ASIC I/O电路进行任何调制。
硅光子插入件203可以包括光子电路，光信号可以通过该光子电路接收、处理和发送出硅光子插入件203。光源组件209向硅光子插入件203提供CW光信号，并通过由丝焊213耦合到光源组件209电压偏置。然后，硅光子插入件203中的光子电路可以处理CW信号。例如，CW信号可以通过光栅耦合器耦合到硅光子插入件203，通过光波导传输到晶片上不同位置，通过MZI调制器调制，并通过光学I/O 211从硅光子插入件203传输出到光纤217。
热量可以通过PCB/衬底201从晶片上传导出去。以这种方式，硅光子插入件和电子晶片205可以使使用独立优化CMOS工艺的多个高性能光收发器成为可能。类似的，硅光子插入件203可以使电子晶片205中的电路之间的高速互连成为可能，例如处理器核心和存储器之间，例如。
在集成光学电路中，表面发射光耦合器相对于边缘耦合解决方案是优选的。从光纤到平面波导电路的边缘耦合光通常需要：复杂的三维集成模式转换器；抛光的芯片端面；相对于模式转换器的端部的抛光面的准确定位；特殊的透镜光纤；和对芯片的亚微米对准。表面发射耦合器允许芯片表面上的任何位置的光学界面的位置的灵活性，不仅在芯片边缘附近。此外，已经证实，这些耦合器可以在接近正常的方向上非常有效地将光耦合到光纤，如图3所示的光纤耦合所示。
图3是示出根据本公开的实施方式的光子芯片中的光栅耦合器的示意图。参考图3，示出了通过光纤309与光信号垂直耦合的芯片301。光栅结构307嵌入波导层305并在埋入氧化物303之上，其中埋入氧化物303可以包括绝缘体上置硅(SOI)的晶片中的氧化物层。
图3示出光栅耦合器的操作。光栅耦合器通常出于几个原因将光朝向芯片的顶端耦合。光学芯片通常安装在衬底上，并且因此芯片的底侧对于光耦合是不可及的。此外，技术人员必须考虑高效光栅耦合器仅在近场中(即在距光栅小于约50μm的光学距离(空气中)处)将光有效地耦合至光纤。由于芯片衬底厚度通常在700μm的量级上，通过芯片的硅衬底将光耦合至诸如光纤的光学元件是不切实际的。
图4A示出根据本公开的示例实施方式的光电收发器模塑包装。参考图4A，示出了包括电子晶片401、模塑复合物403、光子插入件405、下填充件413以及衬底407的模塑包装400。光子插入件405可以包括光子层417、硅层415以及通过硅层415的TSV 411。例如，光子层417可以包括如图1中描述的光学器件和光电器件，诸如光栅耦合器、波导、光电探测器、定向耦合器以及调制器。
可以在TSV 411上形成诸如C4微凸块的微凸块421，用于将光子插入件405耦合至衬底407。例如，下填充件413可以包括非导电胶，非导电胶可以填充光子插入件405与衬底407之间的除了微凸块421占据的容积以外的容积。
由于模塑复合物403不是对光透明的，其防止光信号从顶端耦合至光子芯片。一个解决方案是使用间隔件晶片(例如硅假晶片(silicon dummy die))以使光栅耦合器上方的区域避开模塑材料。然而，由于间隔件晶片的厚度类似于电子IC的厚度，从光栅耦合器至光纤的近场耦合是不可能的。出于这些原因，对于衬底上的芯片组件，高效的光耦合是有挑战性的。
图4B示出根据本公开的示例实施方式的具有背面耦合光纤的光电收发器模塑包装。参考图4B，示出了包括电子晶片401、模塑复合物403、光子插入件405、下填充件413、衬底407以及光纤409的模塑包装450。与图4A中的结构一样，光子插入件405可以包括光子层417、硅层415以及通过硅层415的TSV 411。例如，光子层417可以包括如图1中描述的光学器件和光电器件，诸如光栅耦合器、波导、光电探测器、定向耦合器以及调制器。
在图4B的结构中，衬底407可以包括通过其厚度直至光子插入件405的后表面的开口，以允许光纤409直接接触光子插入件405。此外，可以在光纤409周围形成阻隔件419以防止下填充件413到达光纤409。
光子插入件中的光栅耦合器可以设计为将光朝向光子插入件的硅衬底耦合。如果在芯片组件坐落的衬底中打开小空腔，光纤可以附接至插入件的底部，如图4B所示。可以添加阻隔件419以包围光源和光纤的区域以防止C4凸块下填充件413进入那些区域。例如，该阻隔件可以使用用于TSV凸块421的焊料而制备。
由于硅的高介电常量，插入件衬底的厚度可以是约100μm，该厚度对应于空气中低于30μm的光学路径长度。因此，该配置使能够进行从光纤至光子层417中的光栅耦合器的近场耦合，并且反之亦然。
图5示出根据本公开的示例实施方式的用于将光纤背侧耦合至衬底的光栅耦合器。参考图5，示出了包括介电/金属后端501、金属反射件503、光波导505、埋入氧化物507、光纤509、光栅耦合器511、抗反射涂层513、硅衬底515以及第二抗反射涂层517的插入件500。
为了获得朝向衬底的高效光耦合，在光子插入件上的光栅耦合器的设计中可以采用几个技术。可以优化以下参数以获得朝向衬底的光信号的高方向性：光栅511中的蚀刻特征的大小、光栅511的间距或周期性、薄膜层的厚度、光栅蚀刻进入的波导层505，限定光栅的蚀刻的深度、在薄膜活性硅层505与硅处理衬底515之间的埋入氧化物507的厚度。
可以选择硅衬底515的该厚度使得从氧化物处理界面反射的光与从光栅直接散射的光异相，由此部分地消除定向为远离衬底的光信号。此外，可以在光子插入件500中的光栅耦合器511上方添加金属层503，金属层503用作反射镜将光向下引导。
抗反射涂层513可以包括在埋入氧化物507与硅衬底515之间，以减小反射。另外，可以将抗反射涂层517应用至插入件500的硅衬底515的底侧，以缓和从该界面的反射。另外，可以在该表面上添加对齐标记使能够将光纤509与光栅耦合器511对齐。这里描述的不同的改进可以分开使用或者一起使用。应当注意，虽然图中通过光波导硅层505的部分蚀刻来限定光栅耦合器511，蚀刻可以是通过薄膜的整个厚度的全面蚀刻。
图6A示出根据本公开的示例实施方式的具有背面耦合光纤和光源的光电收发器模塑包装。参考图6A，示出了包括电子晶片601、模塑复合物603、光子插入件605、下填充件613、衬底607、光纤609以及光源组件621的模塑包装600。光子插入件605可以包括光子层617、硅层615以及通过硅层615的TSV 611。例如，光子层617可以包括如图1中描述的光学器件和光电器件，诸如光栅耦合器、波导、光电探测器、定向耦合器以及调制器。例如，光源组件621可以类似于图1中的光源组件101或图2A至图2C中的光源组件209，并且光源组件621可以包括将CW光信号提供至光子层617中的光学器件和光电器件的一个或多个激光二极管。
如图6A所示，可以在衬底607中形成空腔使能够将光源组件621耦合至光子插入件605。在示例情形下，可以形成两个单独的空腔用于光源组件621和光纤609，或者可以形成单个更大的空腔用于两者。此外，可以在光子插入件605的后表面上形成阻隔件619，以阻挡下填充件材料接触光纤609或光源组件621。
图6B和图6C示出根据本公开的示例实施方式的光电收发器模塑包装的顶视图和底视图。参考图6B，示出了模塑包装600的顶视图，其中晶片601的顶表面由模塑复合物603可见地包围，模塑复合物603和晶片601都在衬底607上。晶片601、模塑复合物603以及衬底607的相对大小仅是实例，并且包装的模塑部反而可以是与衬底607相同的区域。此外，暴露晶片601的顶表面使能够散热到顶表面以外，但是如果期望对于晶片601的进一步机械防护，反而可以由模塑复合物覆盖。
图6C示出包装600的底视图，其中耦合至衬底607的底表面的光纤609和光源组件621可见。此外，阻隔件619也在该视图中可见，阻隔件619相对下填充件材料保护光纤609和光源组件621。
图7A示出根据本公开的示例实施方式的具有背面耦合光纤和光源的另一示例光电收发器模塑包装。参考图7A，示出了包括电子晶片701、模塑复合物703、光子插入件705、下填充件713、衬底707、光纤709以及光源组件721的模塑包装700。光子插入件705可以包括光子层717、硅层715以及通过硅层715的TSV 711。例如，光子层717可以包括如图1中描述的光学器件和光电器件，诸如光栅耦合器、波导、光电探测器、定向耦合器以及调制器。例如，光源组件721可以类似于图1中的光源组件101或图2A至图2C中的光源组件209，并且光源组件721可以包括将CW光信号提供至光子层717中的光学器件和光电器件的一个或多个激光二极管。
如图7A所示，可以在衬底707中形成空腔使能够将光源组件721和光纤709耦合至光子插入件705。在示例情形下，可以形成两个单独的空腔用于光源组件721和光纤709，或者可以形成单个更大的空腔用于两者。此外，可以在光子插入件705的后表面上形成阻隔件719以阻挡下填充件材料接触光纤709或光源组件721。在该实例中，电子晶片701占据衬底707的顶表面的面积的大部分，因此在晶片701周围仅有模塑复合物703的薄带。放置光纤709和光源组件721还允许将它们与电子晶片701相对地直接集成，这与图6A至图6C的并排对齐相比可以减小光子插入件705的大小。
图7B和图7C示出根据本公开的示例实施方式的图7A中的光电收发器模塑包装的顶视图和底视图。参考图7B，示出了模塑包装700的顶视图，其中占据衬底707的面积的大部分的晶片701的顶表面可见，晶片701由模塑复合物703包围，这两者都在衬底707上。晶片701、模塑复合物703以及衬底707的相对大小仅是实例，并且包装的模塑部反而可以是与衬底707相同的区域。此外，暴露晶片701的顶表面使能够散热到顶表面以外，但是如果期望对于晶片701的进一步机械防护，反而可以由模塑复合物覆盖。
图7C示出包装700的底视图，其中耦合至衬底707的底表面的光纤709和光源组件721可见。此外阻隔件719也在该视图中可见，阻隔件719保护光纤709和光源组件721免于下填充件材料。
虽然已参考某些实施方式描述了本公开，但是，本领域中的技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下可以做出各种改变并且可以进行等同物替代。此外，可以做出许多修改以将具体情况或具体材料适配至本公开的教导而不偏离其范围。因此，本公开不旨在限制于所公开的具体实施方式，而是本公开将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种用于通信的方法，所述方法包括：
在集成光通信系统中，从光源组件在光子插入件中接收连续波光信号；并且
将调制的光信号从所述光子插入件传送至光纤，
所述集成光通信系统包括：
电子晶片，粘结至所述光子插入件的第一表面；以及
衬底，耦合至所述光子插入件的与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述光纤和所述光源组件在形成于所述衬底中的一个或多个空腔中耦合至所述插入件的所述第二表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，模塑复合物在所述光子插入件的所述第一表面上并与所述电子晶片接触。
3.根据权利要求1所述的方法，包括使用光栅耦合器将所接收的连续波光信号耦合至所述光子插入件中的光波导。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，电介质/金属后端在所述光子插入件的所述第一表面上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，金属反射件在所述电介质/金属后端中并将光反射回到所述光栅耦合器中。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，一个或多个防反射涂层在所述光纤与所述光栅耦合器之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光子插入件包括将所述电子晶片电耦合至所述衬底的硅通孔。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括印刷电路板。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，阻隔件在所述光子插入件的所述第二表面上与所述光纤和所述光源组件相邻。
10.根据权利要求1所述的方法，包括利用所述光子插入件中的调制器和所接收的连续波光信号生成所述调制的光信号。
11.一种用于通信的系统，所述系统包括：
集成光通信系统，包括：
电子晶片，粘结至光子插入件的第一表面；以及
衬底，耦合至所述光子插入件的与所述第一表面相对的第二表面，其中，光纤和光源组件在形成于所述衬底中的一个或多个空腔中耦合至所述光子插入件的所述第二表面，
所述集成光通信系统能操作以：
从所述光源组件在所述光子插入件中接收连续波光信号；并且将调制的光信号从所述光子插入件传送至所述光纤。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，模塑复合物在所述光子插入件的所述第一表面上并与所述电子晶片接触。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述集成光通信系统能操作以使用光栅耦合器将所接收的连续波光信号耦合至所述光子插入件中的光波导。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，电介质/金属后端在所述光子插入件的所述第一表面上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，金属反射件在所述电介质/金属后端中并将光反射回到所述光栅耦合器中。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，一个或多个防反射涂层在所述光纤与所述光栅耦合器之间。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述光子插入件包括将所述电子晶片电耦合至所述衬底的硅通孔。
18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述衬底包括印刷电路板。
19.根据权利要求11所述的系统，其中，阻隔件在所述光子插入件的所述第二表面上与所述光纤和所述光源组件相邻。
20.一种用于通信的系统，所述系统包括：
集成接收器，包括：
电子晶片，粘结至光子插入件的第一表面；以及
衬底，耦合至所述光子插入件的与所述第一表面相对的第二表面，其中，光纤和光源组件在形成于所述衬底中的一个或多个空腔中耦合至所述光子插入件的所述第二表面，
所述接收器能操作以经由所述光子插入件中的光栅耦合器从所述光纤接收调制的光信号。
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