CN110326172B - 纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可实现超高速大容量数据收发、小型化、以1mm的厚度形成纤细结构、可用低廉的费用进行制造的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体。本发明的连接器插头的特征在于，包括：光学子组件，在一侧形成用于放置光学纤维的光学纤维放置槽，在上述光学纤维放置槽的内侧端部形成反射面；光学器件模块，层叠于上述光学子组件，在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；以及光学部件，设置于上述光学子组件的反射面，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号。

Description

纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体
技术领域
本发明涉及纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，更具体地，涉及可实现超高速大容量数据收发、小型化、以1mm的厚度形成纤细结构、可用低廉的费用进行制造的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体。
背景技术
通常，光学引擎(optical engine)用于高速传送数据。光学引擎包括如下的硬件，即，将电信号转换为光信号，并发送该光信号，在接收光信号之后，重新将光信号转换为电信号。当电信号用于对激光等的光源装置进行调制时，电信号将被转换为光信号。从光源发出的光将结合到光学纤维等的收发介质。通过多种光收发介质来经由光网络并到达其目的地，之后，光将结合到检测器等的接收装置。检测器将以所接收的光信号为基础来产生电信号，以在数字处理回路中使用。
光通信系统经常在电通信系统及数据通信系统等多种系统中用来发送数据。电通信系统经常进行地理距离长的数据发送，其范围达到几英里乃至数千英里。数据通信经常通过数据中心来进行数据发送。这种系统的数据发送将达到几米乃至几百米的距离。用于将电信号传送成光信号以及向光缆等光发送介质传递光信号的结合组件比较便宜。由于这种费用方面的优势，光发送系统通常被用作长距离传送大量数据的网络中的骨干。
另一方面，在当前的计算机平台结构设计中，为了将一个设备连接到其他设备，采用多种不同的接口。这些接口供计算设备及周边设备进行输入或输出(I/O)，为了提供输入或输出，可使用多种协议和标准。不同的接口还可使用不同的硬件结构，以提供相应的接口。例如，当前的计算机系统通常在连接多个设备的电缆的端部设置有多重端口，上述多重端口具有相应连接接口，以便与物理连接器及插头相连接。
连接器的普遍形态有具有多个相应通用串行总线(USB)插头接口的通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)子系统、显示端口(DisplayPort)、高清多媒体接口(HDMI，High Definition Multimedia Interface)、火线(Firewire，在IEEE 1394中规定)、其他连接器形态。
并且，例如，如同利用机顶盒的超高清(UHD)电视(TV)等，在需要在分离的两个装置之间进行超高速大容量数据传送的情况下，需要具备电及光输入输出接口连接器。
尤其，在需在超高清电视内部的电路板与电路板之间进行超高速大容量数据收发的情况下，需要小型、以1mm的厚度实现纤细化的光接口连接器。
即，在电视等中，为了在满足薄薄的尺寸外形(form factor)的情况下能够实现高速传送，有源光缆(AOC：Active Optical Cable)连接器的大小或内置于有源光缆的光学引擎(optical engine)的大小需达到1mm以下，即非常薄。但是，现有的有源光缆由于在印刷电路板(PCB)实现焊接或以板上芯片(COB，Chip On Board)形态封装，因而很难使厚度变薄。
满足这些需求的有源光缆当前价格很高，供应价格高的原因大多因印刷电路板、光学器件(PD/VCSEL)、光学部件(透镜或镜面)、光学纤维(optical fiber)之间校准(alignment)不准确而产生的追加主动校准(active alignment)费用而造成，在用于被动校准(Passive Alignment)的准确结构的形成及组装方面花费很多费用。
并且，为了实现几十Giga～100G以上的高速互连(interconnection)，需解决因光学器件的线焊(wire-bonding)而产生的性能下降的问题。
在韩国公开专利公报第10-2014-0059869号(专利文献1)中公开了一种输入输出装置，包括：输入输出连接器，包括电输入输出接口及光输入输出接口，上述光输入输出接口包括至少一个光透镜；至少一个光学纤维，第一端部在上述输入输出连接器进行封端，与上述至少一个光透镜光学连接；以及收发器模块，用于将光信号转换为电信号，包括至少一个透镜，上述至少一个光学纤维的第二端部在上述收发器模块封端，上述输入输出连接器和上述收发器模块并不相接触。
专利文献1中的输入输出装置利用印刷电路板来组装光学引擎等的光学器件和驱动芯片，很难实现谋求高准确度和生产率的自动化，很难实现小型化、纤细化。
通常，光通信模块(module)应包括：机械装置，用于对传送光信号的光缆进行固定；光学器件，将从光缆传送的光信号转换为电信号或者将电信号转换为要通过光缆传送的光信号；以及接口(interface))电路，用于与这种光学器件进行信息的发送和接收。
在现有的光通信模块中，光缆固定部件、光学器件、接口电路芯片等需分别通过独立的步骤来以互相隔开的方式配置在电路基板，因而电路基板中所占的面积变大，制造过程变得复杂，并且，光学器件所提供的电信号形成于电路基板的导电性条来提供到光电子电路，这有可能导致电信号的劣化。
发明内容
技术问题
因此，本发明用于解决如上所述的问题，本发明的一目的在于提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，通过采用半导体制造工序中的扇出型晶圆级封装(FOWLP，Fan Out Wafer Level Package)方式来在不使用基板的情况下对光学器件模块进行封装，在内置45度反射面镜的光学子组件(OSA)晶圆对光学器件模块进行校准，以达到即使光学器件与镜面之间的校准以及镜面与光学纤维之间的校准采用被动校准技术，也能够以不存在校准错误的方式具有高准确度。
本发明的再一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，采用晶圆级校准(WLA；Wafer Level Alignment)方式对放置光学器件模块晶圆和光学纤维的光学子组件(OSA；Optical Sub Assembly)晶圆进行校准，以实现光学器件与镜面之间的校准以及镜面与光学纤维之间的校准通过被动校准技术来达到不存在校准错误。
本发明的另一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，可通过一次晶圆级校准来整合多个光学器件和光学纤维，从而可谋求高准确度及生产率。
本发明的还有一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，通过采用半导体制造工序中的扇出型晶圆级封装方式来在不使用基板的情况下对光学器件和驱动芯片进行封装，从而可实现纤细的光学器件模块。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，可使系统级封装(SIP；System In Package)形态的光学器件模块和光学子组件的结合达到晶圆级，来可按单一芯片或单一器件对包括光学纤维组装通道的光学引擎进行封装。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，通过倒装芯片(flip chip)形态在光学器件模块安装光学器件，来能够以没有线焊的方式实现封装。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，可通过取放方式(Pick&Place type)来使得将光学纤维组装到封装的光学纤维组装通道的工序实现自动化。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，可实现超高速大容量数据收发、小型化、以1mm的厚度形成纤细结构、可用低廉的费用进行制造。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，可在终端的咬合口实现可物理拆装的结合形式，并可通过设置于咬合口的接口来实现电输入输出连接或光学连接。
本发明的又一目的在于，提供如下的纤细型连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，设置有由锡球形成的外部连接端子，可在电路板(PCB)与电路板(PCB)之间、芯片(chip)与芯片(chip)之间、电路板(PCB)与芯片(chip)之间、电路板(PCB)与周边装置之间执行超高速大容量数据传送。
本发明的又一目的在于，提供如下的连接器插头及利用其的有源光缆组装体，即，作为同时有着电光转换功能和光电转换功能的应答器(transponder)芯片，可通过系统级封装、片上系统(SoC，System onChip)、板上系统(SoB，System on Board)、堆叠封装(PoP；Package on Package)中的一种形态进行封装。
技术方案
本发明一实施例的连接器插头的特征在于，光学子组件，在一侧形成用于放置光学纤维的光学纤维放置槽，在上述光学纤维放置槽的内侧端部形成反射面；光学器件模块，层叠于上述光学子组件，在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎(lightengine)；以及光学部件，设置于上述光学子组件的反射面，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号。
本发明再一实施例的连接器插头的特征在于，包括：光学器件模块，在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；光学纤维支撑部，层叠于上述光学器件模块，形成有用于组装光学纤维的光学纤维放置槽；支撑基板，层叠于上述光学器件模块，在与上述光学纤维的芯部相向的部分形成有反射面；光学部件，设置于上述支撑基板的反射面，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号；以及垫片(spacer)，用于填充上述支撑基板与光学器件模块之间的空间。
本发明另一实施例的有源光缆组装体的特征在于，连接器插头，与终端的咬合口相结合；以及光缆，至少一个光学纤维与上述连接器插头的光学纤维组装通道相结合。
本发明一实施例的连接器插头可通过如下方法制造，上述方法包括：准备光学子组件的步骤，上述光学子组件在一侧形成用于放置光学纤维的光学纤维放置槽，在与放置在上述光学纤维放置槽的光学纤维的芯部相向的部分形成反射面；准备光学器件模块的步骤，上述光学器件模块在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；在光学子组件对光学器件模块进行校准的步骤，以使得从上述光学器件模块的光学引擎产生的光信号在光学子组件的反射面反射或折射后由光学纤维的芯部接收；以及接合经校准的上述光学子组件和光学器件模块的步骤。
发明的效果
通常，可进行几十Giga～100G以上的高速传送的有源光缆连接器需达到小型、以1mm的厚度实现纤细化的光接口连接器，为了实现合理的制造费用，需在印刷电路板、光学器件、光学部件(透镜或镜面)、光学纤维之间进行被动校准并且不应发生校准错误(Mis-alignment)。
发生校准错误的主要位置为印刷电路板与光学器件之间、光学器件与镜面(mirror)之间、光学器件与透镜之间、镜面与光学纤维之间。
在本发明中，对系统级封装形态的光学器件模块晶圆和内置45度反射面镜的光学子组件晶圆进行晶圆级校准方式的校准，从而，即使光学器件与镜面之间的校准和镜面与光学纤维之间的校准采用被动校准技术，也能够以不存在校准错误的方式形成高准确度。
并且，在本发明中，可通过一次晶圆级校准来对多个光学器件、光学部件及光学纤维进行校准，从而可谋求高通过量(through-put)。
尤其，在本发明中，通过采用半导体制造工序中的扇出型晶圆级封装方式来在不使用基板的情况下对光学器件和驱动芯片进行封装，由此可使光学器件模块的大小达到现有大小的1/16左右，从而可实现超小型。
并且，在本发明中，可通过使系统级封装形态的光学器件模块和光学子组件的结合达到晶圆级，来使形成有光学纤维组装通道的光学引擎实现单一封装。
并且，在本发明中，通过以倒装芯片形态在光学器件模块安装光学器件，来能够以没有线焊的方式实现封装，由此，因信号阻抗系数及电阻系数减小而使高频特性变好。最终，可解决进行几十Giga～100G以上高速互连的光学器件因线焊而产生的性能下降问题。
在本发明中，可形成通过取放方式来使得将光学纤维组装到封装的光学纤维组装通道的工序实现自动化的结构。
并且，在本发明中，所提供的有源光缆组装体(光接口连接器)可实现超高速大容量数据收发、小型化、以1mm的厚度形成纤细结构。
在本发明中，可在终端的咬合口实现可物理拆装的结合形式，并可通过设置于咬合口的接口来实现电输入输出连接或光学连接。
并且，在本发明中，设置有由锡球形成的外部连接端子，可在电路板与电路板之间、芯片与芯片之间、电路板与芯片之间、电路板与周边装置之间执行超高速大容量数据传送。
本发明的连接器插头作为同时有着电光转换功能和光电转换功能的应答器(transponder)芯片，可通过系统级封装、片上系统(SoC，System on Chip)、板上系统(SoB，System on Board)、堆叠封装(PoP；Package on Package)中的一种形态进行封装。
并且，根据本发明，有源光缆能够以满足迷你显示端口、标准显示端口、迷你通用串行总线、标准通用串行总线、PCIe、IEEE 1394火线、雷电接口(Thunderbolt)、闪电接口(lightning)、高清多媒体接口等的数据传送标准规格的方式形成外部连接端子。
最终，本发明的高清多媒体接口类型的有源光缆可向一个电缆同时传送可采用视频、音频、防复制(防止录像)技术的控制信号，从而可在需要进行高带宽(High bandwidth)高速数据传送的影像再生设备(机顶盒)与影像显示设备(TV)之间用于数字信号加密传送。
附图说明
图1为示出利用本发明的有源光缆组装体构成的光通信系统的简要框图。
图2为本发明第一实施例的有源光缆组装体的长度方向剖视图。
图3a及图3b为图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体的光接口部分和光学纤维引入部分的放大图。
图4a至4c为图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体中的光学纤维插入通道的多种结构的放大图。
图4d为光学纤维的剖面放大图。
图5为图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体的分解图。
图6a至图6d分别示出以支持高清多媒体接口的形态形成本发明第一实施例的有源光缆组装体的外部连接端子的应用例的俯视图、右侧侧视图、立体图以及变形例的剖视图。
图7为以支持高清多媒体接口的形态形成本发明第一实施例的有源光缆组装体的样品照片。
图8a至图8g为用于说明以扇出型晶圆级封装方式制造本发明第一实施例的有源光缆组装体中的光学器件模块的方法的工序剖视图。
图9a至图9c分别为示出配置于光学器件模块的光学器件(发光器件)的出口结构的剖视图。
图10a至图10d分别为本发明第二实施例的有源光缆组装体的长度方向剖视图、图10a的翻转状态图、放大图10b中的A部分的放大图、图10b的俯视图。
图11a及图11b分别为本发明第三实施例的有源光缆组装体的长度方向剖视图及示出光学子组件中的与光学纤维相结合的部分的剖视图。
图12a及图12b分别为本发明第四4实施例的有源光缆组装体的长度方向剖视图以及放大图12b中的B部分的放大图。
图13为示出本发明第五实施例的有源光缆组装体的剖视图。
图14a及图14b示出本发明第六实施例的有源光缆组装体，分别为示出光学子组件小于光学器件模块的情况、利用引导突起来在光学器件模块校准光学子组件的状态的组装俯视图及剖视图。
图15a及图15b分别为示出本发明的连接器插头100在电路板上实现板上相互连接(on-board interconnection)的第七实施例的俯视图及剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施例。在说明的过程中，可夸张示出附图中所示的结构要素的大小或形状，以确保说明的明确性和便利性。
由于将电信号转换为光信号以及将光信号转换为电信号的器件的价格方面的原因，光通信系统通常在网络中被用作骨干。但是，光通信系统可向计算机通信提供多种优点。计算机通信是指几厘米至几百厘米范围的通信。
本发明公开在长距离的终端与终端之间的光通信中所使用的光通信系统，不仅如此，还公开可适用于计算机通信的系统。
光学系统可使用与光学引擎相连接的半导体封装。光电子器件为发光装置或光接收装置。发光装置的一例为垂直腔面发射激光器(VCSEL；Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)。光接收装置的一例为光电二极管(PD；Photodiode)。
驱动电路(即，驱动芯片或光学集成电路(IC))以根据光学器件进行工作的方式进行使用。例如，光电二极管与用于对因光电二极管上的光子碰撞而产生的电信号进行放大的跨阻抗放大器一同工作。在光电子器件为发光装置的情况下，驱动电路用于驱动发光装置。
本发明公开如下的光学器件模块封装，即，在不使用基板的情况下，使光学器件和驱动电路位于以系统级封装形态形成的封装内部，并形成光学器件与系统级封装外部之间的光路径。通过排除基板的使用，可实现更小、更便宜的光发送系统。
在本发明中，利用倒装芯片封装技术来以没有线焊的方式使得根据光电子器件进行工作的驱动电路(驱动芯片)和光电子器件集成，并在不使用基板的情况下使多个器件集成，而且利用通过向外侧抽出输入输出端子来拉伸输入输出的扇出型技术，即扇出型晶圆级封装方式，来对光学器件和驱动芯片进行封装，从而可实现纤细的光学器件模块。
作为系统级封装技术的一种，在不使用印刷电路板等基板的情况下，为了进行芯片(模)的固定，使用环氧塑封料(EMC：Epoxy MoldCompound)等封装物质来进行封装，由此，与现有的封装相比，光器件模块能够以1/16左右的水平实现小型化及纤细化，从而可谋求减少费用。
并且，在对光电子器件和插入于半导体封装的光学纤维进行校准时，将使用多种校准技术。光学器件模块以晶圆为单位来利用半导体工序执行制造流程，放置光学纤维的光学子组件也以晶圆级执行制造流程，之后，在以晶圆级校准方式对使光学器件模块集成的光学器件模块晶圆和光学子组件晶圆进行校准并接合后，通过对接合后的晶圆进行切割(sawing)并单独分离的切片工序来以半导体封装类型获得可固定光学纤维的光学引擎封装(Optical Engine Package)。
尤其，以晶圆级校准方式对光学器件模块晶圆和光学子组件晶圆进行校准并接合，来达到即使在光学器件与镜面之间的校准、镜面与光学纤维之间的校准不使用主动校准而而使用费用低廉的被动校准技术也能够以没有校准错误的方式实施校准。
图1为示出利用本发明的有源光缆组装体构成的光通信系统的简要框图。
光通信系统1通过使第一终端10和第二终端20互相连接来实现光通信，分别在各个端部设置有第一连接器插头100及第二连接器插头200，在第一连接器插头100与第二连接器插头200之间，连接有内置光学纤维的光缆300a。
其中，第一终端10及第二终端20可分别为台式计算机或膝上计算机、笔记本电脑、超薄电脑、平板电脑、上网本或未在这里记述的多种计算设备中的一种。
除了计算设备之外，第一终端10及第二终端20可包括多种其他形态的电子设备。例如，其他形态的电子设备可包括：智能手机、媒体设备、个人用便携式终端(PDA)、超移动个人电脑、多媒体设备、存储设备、照相机、语音记录器、输入输出设备、服务器、机顶盒、打印机、扫描仪、显示器、娱乐控制单元、便携式音乐播放器、数字视频记录器、网络通信设备、游戏机、游戏盒。
第一终端10及第二终端20通过本发明的光通信系统互相连接，在第一终端10的外罩11及第二终端20的外罩12分别设置有至少一个第一咬合口12及第二咬合口22，以与第一连接器插头100及第二连接器插头200物理结合。
第一连接器插头100及第二连接器插头200可支持基于光接口进行的通信。并且，第一连接器插头100及第二连接器插头200可支持基于电接口的通信。
在部分例示性实施例中，第一终端10可包括具有多个处理器的第一服务器，第二终端20可包括具有多个处理器的第二服务器。
在这些实施例中，第一服务器可通过连接器插头100及咬合口12来与第二服务器相连接。在其他实施例中，第一终端10可包括机顶盒，第二终端20可包括电视，也可互换。并且，在本说明书中记载的第一连接器插头100及第二连接器插头200、第一咬合口12及第二咬合口22可以是很多实施例中的一种。
并且，第二终端20可以是周边输入输出装置。
第一连接器插头100及第二连接器插头200可与第一终端10及第二终端20的第一咬合口12及第二咬合口22相咬合。
第一咬合口12及第二咬合口22可设置有一个以上的光接口部件。在此情况下，第一咬合口12可与输入输出装置相结合，可设置有在处理器13与端口12之间传递光信号(或光信号及电信号)的处理部件和/或端子部件。信号传递可包括信号的产生及转换为光信号或信号的接收及转换为电信号等。
设置于第一终端10及第二终端20的处理器13、23可起到对电和/或光信号进行输入输出处理的作用，可使用单个或多个。处理器13、23可以是微处理器、可编程逻辑器件或阵列、微控制器、信号处理器、包括这些的一部分或全部的组合。
第一连接器插头100及第二连接器插头200可在连接器插头内设置有第一光学引擎110及第二光学引擎210，这种第一连接器插头100及第二连接器插头200可被称为有源光学连接器或有源光学容器以及有源光学插头。
通常，这种有源光学连接器对咬合连接器及光学组装体提供物理连接接口。光学组装体还可被称作“子组装体”。组装体可指成品，或者可指制造品的成熟的系统或子系统，但是，通常为了完成子组装体，子组装体可与其他部件或其他子组装体组合。但是，在本说明书中，子组装体不与“组装体”作区分，所涉及到的组装体可指能够被视为子组装体的组装体。
第一光学引擎110及第二光学引擎210根据各种作业来产生光信号，或者可包括能够接收并处理光信号的任意设备。
在实施例中，第一光学引擎110及第二光学引擎210可包括用于产生光信号的激光二极管、用于控制第一连接器插头100及第二连接器插头200的光连接的光学集成电路、用于接收光信号的光电二极管中的一个以上。在部分实施例中，光学集成电路可控制激光二极管及光电二极管、驱动激光二极管和/或对光电二极管的光信号进行放大。在其他实施例中，激光二极管包括垂直腔面发射激光器。
在一实施例中，第一光学引擎110及第二光学引擎210以根据一个以上的通信协议或符合通信协议的方式处理光信号。在第一连接器插头100及第二连接器插头200传递光信号及电信号的实施例中，可要求光接口及电接口根据相同协议进行工作。
对于第一光学引擎110及第二光学引擎210而言，按照是否根据电输入输出接口的协议处理信号、是否根据其他协议或标准处理信号来为了特定连接器内的所用协议而构成第一光学引擎110及第二光学引擎210或被编程，多种光学引擎可为了多种协议而构成。
在一实施例中，光电二极管或具有光电二极管电路的部件通过光电二极管来将光信号转换为电信号，因而可被视为光学端子部件。激光二极管可将电信号转换为光信号。光学集成电路为了产生用于生成光信号的输出，可按适当电压驱动激光二极管，由此可基于光学发送的信号来驱动激光二极管。光学集成电路用于对光电二极管的信号进行放大。光学集成电路可接收通过光电二极管产生的电信号并对此进行解析及处理。
在本发明的实施例中，可设置有在处理器13、23与咬合口12、22之间传递光信号(或光信号及电信号)的输入输出络合物(未图示)。输入输出络合物可收容一个以上的输入输出配线，上述输入输出配线用于控制一个以上的输入输出链接，上述一个以上的输入输出链接可使处理器13、23经第一连接器插头100及第二连接器插头200的第一光学引擎110及第二光学引擎210来与第一终端10及第二终端20进行通信。输入输出配线可提供能够传送通信通信协议的一个以上形态的数据包的功能。
在本发明的实施例中，可使用多种通信协议或标准。通信协议可满足迷你显示端口、标准显示端口、迷你通用串行总线、标准通用串行总线、PCIe、IEEE 1394火线、雷电接口、闪电接口、高清多媒体接口等的数据传送标准规格，但并不限定于此。
各个其他标准可具有用于电接点组装体的其他结构或引脚(pinout)。并且，连接器的大小、形状及结构可属于包括相应咬合公差的标准。因此，用于整合光输入输出组装体的连接器的布局可在不同标准下各不相同。
第一连接器插头100及第二连接器插头200与第一终端10及第二终端20的咬合口12、22之间可形成能够物理拆装的结合形式，并且，可通过设置于咬合口12、22的接口来形成电输入输出连接或光连接。
并且，在后述的其他实施例中，第一连接器插头100及第二连接器插头200可在设置有处理器13、23的主电路板固定结合有由锡球形成的外部连接端子，来代替与咬合口12、22形成能够物理拆装的结合形式。最终，如图1所示，在光缆300a的两个端部与第一连接器插头100及第二连接器插头200相连接的本发明的有源光缆组装体可在一个终端内部实现电路板与电路板之间、芯片与芯片之间、芯片与电路板之间、电路板与周边装置之间的超高速大容量数据传送，例如，可通过使终端本体与周边输入输出装置相连接来实现超高速大容量数据传送。
根据本发明的光通信系统1，当以能够在第一终端10与第二终端20之间形成光通信的方式连接时，设置于各个端部的第一连接器插头100及第二连接器插头200可相同。因此，以下将对与第一终端10相结合的第一连接器插头100进行详细说明，即，对有源光缆组装体进行详细说明。
图2为本发明第一实施例的有源光缆组装体的长度方向剖视图，图3a及图3b为图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体的光接口部分和光学纤维引入部分的放大图，图4a-图4d为在图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体的有侧面插入光学纤维的部分的放大图，图5为图2所示的本发明第一实施例的有源光缆组装体的分解图。
参照图2至图5，本发明第一实施例的有源光缆组装体包括连接器插头100和与之相结合的光缆300a。
本发明第一实施例的连接器插头100大致包括以设置有光学引擎110的方式按系统级封装形态制造的光学器件模块101和用于放置光学纤维的光学子组件190，向形成于上述光学器件模块101和光学子组件190的光学纤维插入通道305插入与光学纤维电缆300a相连接的多个光学纤维300。
如图8g所示，本发明连接器插头100通过如下方式制造，即，在按晶圆级校准方式对将光学器件模块101制造成晶圆形态的系统级封装晶圆102和将光学子组件190制造成晶圆形态的光学子组件晶圆190a进行被动校准来实现一体化之后，通过切片来制造单独的连接器插头100。
如后述的内容，本发明光学器件模块101可通过半导体制造工序中的扇出型晶圆级封装方式来在不使用基板的情况下对光学器件和驱动芯片进行封装，从而能够以纤细的形态进行制造。
为了提供光接口，光学器件模块101可设置有光学引擎110(参照图1)，可在外侧面形成能够满足多种数据传送标准规格之一的导电性条形态的外部连接端子160。
例如，图7示出外部连接端子160满足高清多媒体接口的数据传送标准规格的实施例的样品照片。
在此情况下，外部连接端子160可根据数据传送标准规格来使导电性条形态改变成多种形态，还可形成锡球或金属凸块形态。
光学器件模块101可包括主动产生光信号和/或接收及处理光信号的有源光学引擎110。光学引擎110可包括：光学器件130，用于产生光信号或接收光信号；以及光学集成电路140，通过控制光学器件来对光接口进行控制。并且，除了光学集成电路140，光学器件模块101还可根据需要来包括：处理信号所需的处理器(未图示)；编码器和/或解码器；R、L、C等的被动器件；以及电源相关集成电路芯片。
例如，光学器件130可包括用于产生光信号的激光二极管和/或用于接收光信号的光电二极管。在再一实施例中，光学集成电路140可控制激光二极管及光电二极管。在另一实施例中，光学集成电路140可驱动激光二极管并对光电二极管的光信号进行放大。在还有一实施例中，激光二极管可包括垂直腔面发射激光器。
光学器件模块101在不使用基板的情况下，使各种部件集成，例如，以倒装芯片形态使光学器件130和光学集成电路140集成，并通过环氧塑封料成型来形成模本体111。最终，模本体111起到保护经封装的光学引擎110免受冲击影响的作用。
如图8f所示，在光学器件模块101中，在与配置于外侧面的外部连接端子160互相电连接的过程中使用的导电性垂直通孔150(via)沿着垂直方向配置于模本体111。
并且，在光学器件模块101形成有配线层120，上述配线层120对在光学器件模块101的下部面形成光学引擎110的各个部件进行保护，例如，对光学器件130和光学集成电路140的连接片131、141进行保护，并实现互相电连接。
在此情况下，光学器件130采用由阳极和阴极形成的两个连接片131配置在光线出入的部分相同的面的器件。
在上述配线层120埋设有导电性配线图案123a和导电性配线图案123b，上述导电性配线图案123a用于使配置于光学器件130和光学集成电路140的下部面的连接片131、141互相连接，上述导电性配线图案123b用于使光学集成电路140和导电性垂直通孔150互相连接。最终，能够以没有线焊的方式实现封装。
上述配线层120由绝缘层(dielectric layer)或钝化保护层(passivationlayer)材料形成，例如，可由聚亚酰胺(polyimide)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，poly(methylmethacrylate))、苯并环丁烯(BCB：benzocyclobutene)、二氧化硅(SiO2)、丙烯酸、其他基于聚合物的绝缘材料形成。
由于光学器件130由用于产生光信号的激光二极管和/或用于接收光信号的光电二极管形成，因而，如图9a所示，上述配线层120可由透明材料形成，以便接收由光学器件130产生或接收的光信号。
并且，在配线层120由不透明材料形成的情况下，如图9b所示，将形成可使从光学器件130产生的光信号通过的窗口125。
尤其，即使在由透明材料形成的情况下，配线层120也还可包括配置于光学器件130和光学子组件190的光学部件171，例如，可为了调整与镜面或透镜之间的距离而设置有延伸突起部126。
并且，如图2及图3所示，即使在由透明材料形成的情况下，配线层120也还可包括用于改变(控制)从光学器件130产生的光线L的路径的光学透镜124。
例如，光学透镜124具有准直透镜或聚焦透镜的功能，准直透镜使得从光学器件130产生的光线L不分散并形成接近平行的路径，聚焦透镜使光线L聚集到一个点，从而以使光线L向配置于光学子组件190的光学部件171入射的方式进行引导，例如，以使光线L向镜面或透镜入射的方式进行引导。
光学部件171通过配置于光学器件130与组装在光学子组件190的光学纤维之间来对光信号进行反射或折射，从而起到改变光信号的路径的光线路径转换部件的作用。
尤其，如图4a-图4d所示，在配线层120中，当组装光学器件模块101和光学子组件190来形成收容多个光学纤维300的光学纤维插入通道301时，后述的盖槽122的内侧端部121起到将光学纤维300的插入深度限制在预设深度范围的挡止部的作用。
以下，参照图8a至图8f，说明本发明的光学器件模块101的制造方法。
首先，如图8a所示，在成型框架31的一面利用形成有粘结层32(或玻璃胶带)的成型带30并通过倒装芯片工序来使将要集成到光学器件模块101的各种芯片形态的部件附着于成型带30的预设位置。
在此情况下，如图8g所示，成型带30能够以可按照晶圆级进行制造流程的方式形成晶圆形态。
例如，将在光学器件模块101集成的各种部件为光学器件130、光学集成电路140、形成导电性垂直通孔150所需的通孔印刷电路板153等，按照取放方式进行安装。在情况下，可根据需要来设置信号处理所需的处理器。进行安装的部件以使芯片的连接片与成型带30相接触的方式规定安装方向。
通孔印刷电路板153通过在印刷电路板实施激光贯通或实施图案及蚀刻工序来形成贯通孔(through hole)，可通过向贯通孔填充导电性金属来形成导电性垂直通孔150。上述导电性金属的例有金(gold)、银(silver)、铜(copper)等金属，但并不限定于此，只要是导电性金属即可。并且，在贯通孔形成导电性垂直通孔150的方法除了填充导电性金属粉末的方法之外，还可通过溅射(sputter)工序、蒸镀(evaporation)工序、镀金(plating)工序来向贯通孔填充导电性金属之后，通过对基板表面实施平坦化来形成。
在此情况下，光学器件130采用由阳极和阴极形成的两个连接片131配置在光线出入的部分相同的面的器件。
接着，例如，如图8b所示，利用环氧塑封料在成型带30的上部形成成型层33，在固化后对表面实施平坦化。接着对固化的模上部面进行化学机械研磨(CMP，chemicalmechanical polishing)处理，来以使导电性垂直通孔150的上端露出的方式进行加工，之后使固化的模和成型框架31分离，则能够得到如图8c所示的纤细的模本体111。
接着，翻转所得到的模本体111，并以如图8d所示的方式形成在保护露出的光学器件130和光学集成电路140的连接片131、141并实现互相电连接的配线层120。
首先，形成用于对露出的光学器件130和光学集成电路140的连接片131、141进行保护的绝缘层，接着形成对于连接片131、141的接触窗口。接着，形成导电性金属层，通过对此进行图案化来形成使连接片131、141相互连接的导电性配线图案123a以及使光学集成电路140与导电性垂直通孔150相连接的导电性配线图案123b。
配线图案123a、123b通过溅射或蒸镀等方法来利用金、银、铜、铝(aluminium)等的导电性金属形成导电性金属层而成。
之后，形成用于覆盖导电性配线图案123a、123b的绝缘层。
例如，绝缘层可由聚亚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、苯并环丁烯、二氧化硅、丙烯酸、其他基于聚合物的绝缘材料形成。
在此情况下，由于光学器件130由用于产生光信号的激光二极管和/或用于接收光信号的光电二极管形成，因而，绝缘层可由透明材料形成，以便接收由光学器件130产生或接收的光信号。
接着，在配线层120由透明材料形成的情况下，如图8e所示，形成使得从光学器件130产生的光透过的路径，即，在配线层120的表面设置准直透镜124。
上述透镜124可利用形成配线层120时所使用的蚀刻掩模来形成，在利用聚亚酰胺形成与透镜相对应的突起部之后，可通过实施回流工序来形成半球形状的准直透镜。
形成透镜124的其他方法如下，在通过二氧化硅形成配线层120的绝缘层的同时，形成由光致抗蚀剂(PR)而成的半球形状的蚀刻掩模，利用其来对露出的绝缘层进行蚀刻并完成。
之后，通过对配线层120的一侧进行蚀刻，来形成数量与光学纤维插入通道301的数量相对应的梯形或沟槽形盖槽122(参照图4a-图4d)，上述盖槽122用于当向光学纤维插入通道301插入光学纤维300时对放置于光学纤维放置槽172的光学纤维300进行固定。
在此情况下，上述盖槽122的内侧端部121以在组装光学纤维300时使得上述光学纤维300的端部面与上述45度反射面之间形成预设距离的方式起到挡止(stop)作用。
接着，如图8f所示，在通过对导电性金属进行蒸镀来在所露出的导电性垂直通孔150的上部形成金属层之后，对此进行图案化，来形成满足数据传送标准规格之一的多个导电性条，从而形成外部连接端子160。
上述外部连接端子160可根据数据传送标准规格来改变成多种形态，还可形成锡球或金属凸块形态。
在上述实施例中，为了形成导电性垂直通孔150，以倒装芯片工序将通孔印刷电路板153集成到光学器件模块101，但还可在制造模本体111之后形成导电性垂直通孔150。
即，可通过使用激光图案工序及蚀刻工序来在模本体111形成贯通孔，之后利用导电性金属填充贯通孔，或利用溅射工序、蒸镀工序、镀金工序来向贯通孔填充导电性金属之后，通过对模表面实施平坦化来形成。
本发明光学器件模块101可通过半导体制造工序中的扇出型晶圆级封装方式来在不使用基板的情况下对光学器件130和光学集成电路140进行封装，从而可形成纤细形态的封装。
另一方面，在本发明中，将光学器件模块101用作固定光学纤维300的盖来与光学子组件190的上部相结合。
因此，如图4a所示，在光学器件模块101的配线层120形成数量与光学纤维301、302、303、304相对应的盖槽122，上述盖槽122通过与在光学子组件190的上部所形成的光学纤维放置槽172相组合来形成光学纤维插入通道305并固定在光学子组件190的光学纤维放置槽172所放置的光学纤维301、302、303、304。
上述盖槽122可形成在上部的3个位置与在光学纤维放置槽172所放置的光学纤维300相接触来进行固定的结构。为此，盖槽122可形成深度浅的沟槽形凹槽形态，以使得上侧的两侧部与光学纤维300的最上端部相接触。
但是，为了对放置于光学纤维放置槽172的光学纤维300进行固定，在光学器件模块101的配线层120的一侧所形成的盖槽122并不是必须形成的部分，还可对此进行省略。即，与光学纤维放置槽172相对应的光学器件模块101的配线层120的一侧可呈平板型的盖，来与放置于光学纤维放置槽172的光学纤维300线接触。
并且，在光学器件模块101的模本体111所配置的光学器件130也能够与向光学纤维插入通道305插入的多个光学纤维301、302、303、304相对应地沿着横方向配置。
如图4d所示，光学纤维300可形成如下结构，即，在具有高折射率的芯部310(core)的外侧依次形成由折射率低于芯部的材料所形成的包层311(clad)和起到保护层作用的覆盖层312。光学纤维300利用如下的现象，即，利用芯部310与包层311之间的折射率差来使得向芯部310入射的光在芯部310与包层311之间的边界面反复形成全反射，由此进行传播。
在此情况下，光学纤维大致分为玻璃光学纤维(GOF)和塑料光学纤维(POF)。塑料光学纤维的直径相对大于玻璃光学纤维的直径，但由于传播光的芯部的截面积也大，因而便于处理。
例如，塑料光学纤维的芯部310可由聚甲基丙烯酸甲酯等的丙烯酸树脂、聚碳酸酯类树脂、聚苯乙烯等来形成，包层311可由氟化聚甲基丙烯酸甲酯(F-PMMA，FluorinatedPMMA)、氟树脂、硅树脂等形成，覆盖层312可由聚乙烯(PE)等形成。例如，塑料光学纤维可使用由聚甲基丙烯酸甲酯芯部和氟化聚甲基丙烯酸甲酯包层形成的光学纤维。
为了并不使用单线光学纤维并增加整体带宽，如图4a、图4b及图6a所示，在多个光学纤维301、302、303、304相结合来形成一个光缆300a的情况下，多个光学纤维301、302、303、304的相邻的覆盖层312以互相粘连的形态形成单一结构。
对于上述塑料光学纤维而言，随着技术的发展，光学纤维301、302、303、304各自的直径达到400μm的光学纤维也以商用化，因而可适用于本发明。
玻璃(glass)光学纤维由芯部310与包层311的折射率均互不相同的不同二氧化硅玻璃或多成分玻璃形成，在其外周形成由树脂而成的覆盖层312。
玻璃光学纤维可采用单一模式和组合模式，芯部310和包层311的直径可分别为50μm/125μm(组合模式)或10μm/125μm(单一模式)，与塑料光学纤维相比，具有直径小的优点。
对于玻璃光学纤维而言，通过对于向连接器插头100的光学纤维插入通道305插入的部分去掉覆盖层312来形成仅有芯部310和包层311的多个光学纤维301a、302a、303a、304a，并如图4c所示，在形成于支撑基板170的V形槽(V-groove)形状的多个光学纤维放置槽172d分别收容光学纤维。
并且，对于玻璃光学纤维而言，多个光学纤维301、302、303、304的覆盖层312被制造成互相粘连的形状，可作为一个光缆300a来形成单一结构，如图4a、图4b及图6a所示，还能够直接以在外周形成有覆盖层312的状态向连接器插头100的光学纤维插入通道305插入。
在此情况下，在本发明中，可采用多个光学纤维301、302、303、304各自的直径达到400μm的光学纤维，即使使用这种直径达到400μm的光学纤维301、302、303、304，也可使连接器插头100的整体厚度达到1mm左右，形成纤细的结构。
如图4a及图4b所示，在以在外周形成有覆盖层312的状态直接向连接器插头100的光学纤维插入通道305插入光学纤维301、302、303、304的情况下，如图4a及图4b所示，可形成光学纤维放置槽。
首先，在图4a中所示的光学纤维插入通道305中，以单一结构来在支撑基板170相连通的一个光学纤维放置槽172形成为收容槽，以收容多个光学纤维301、302、303、304。
在此情况下，在光学子组件190的支撑基板170所形成的单一的光学纤维放置槽172大致形成能够收容多个光学纤维301、302、303、304全部的宽度和使光学纤维上端的一部分露出的深度。光学纤维放置槽172形成两侧侧面172c形成倾斜面的沟槽形凹槽结构，两侧侧面172c具有在多个光学纤维301、302、303、304的外侧所配置的光学纤维301、304的侧面相接触的倾斜面。
图4b所示的光学纤维插入通道305由截面在支撑基板170的上侧呈可分别收容多个光学纤维301、302、303、304的多个沟槽形凹槽形态的光学纤维放置槽172e形成。
与多个上述光学纤维放置槽172相结合的多个光学纤维301、302、303、304在芯部的外周涂敷有包层和覆盖层，相邻光学纤维的上述覆盖层形成互相分离的形态。
在此情况下，形成于支撑基板170的多个光学纤维放置槽172e分别使得两侧侧面172c具有可与多个光学纤维301、302、303、304的侧面相接触的倾斜面，在最下端部和两侧侧面部等3个位置与在光学纤维放置槽172e所放置的光学纤维301、302、303、304相接触并固定，从而形成沟槽形凹槽结构。
光学纤维放置槽172e的形状并不限定于此，可变形成其他形状。
光学子组件190由硅(Si)、玻璃或塑料形成，可包括：支撑基板170，形成有多个光学纤维放置槽172，上述光学纤维放置槽172用于放置上述光学纤维300；以及强度加强层180，层叠于上述支撑基板170的下部，用于加强强度。
在此情况下，例如，可利用环氧树脂等来形成薄膜并用作强度加强层180。
支撑基板170可包括如下的光学部件171，即，在与光学器件130相向的部分形成反射面，即，在多个光学纤维放置槽172的前部面形成反射面，来在从光学器件130产生的光线L向光学子组件190垂直入射时，通过改变路径来使得所入射的光线L入射到以垂直方向配置的光学纤维300的芯部310。
例如，光学部件171可使用在45度反射面形成镜面的45度反射镜面或45度反射面以凹陷形态形成的凹透镜174。上述凹透镜174起到以使从光学器件130产生并入射的光线L聚集并使光线向光学纤维300的芯部入射的方式改变路径的作用。例如，上述镜面可通过在反射面蒸镀厚度为100～200nm的金属层而成，上述金属层由Au、Al、Cu、Pt等金属(metal)形成。
上述支撑基板170可同时形成45度反射镜面和V形槽。
第一方法为通过形成硅基板(晶圆)的110面与111面之间的蚀刻速度差来在110面实施45度蚀刻的方法。该方法中的时刻面均呈45度(110面)，因而，镜面和V形槽的侧面均呈45度。可通过一个掩模图案一次性形成反射面和V形槽。之后，若仅在反射面选择性地蒸镀(deposition)金属，则将完成45度反射镜面。
若按照步骤细分第一方法并进行说明，则首先在硅晶圆(基板)上沿着110方向对掩模进行校准(align)来形成将要用作蚀刻掩模的光致抗蚀剂图案。
之后，将TMAH-Triton溶液用作蚀刻液来对形成有蚀刻掩模的硅晶圆(基板)实施非等向性蚀刻(anisotropic etching)，则可同时形成45度反射面和V形槽。
接着，仅在反射面选择性地蒸镀金属，对硅晶圆的背面进行磨光(grinding)来以所需的厚度形成支撑基板170。
最后，将环氧树脂作为用于防止硅基板粉碎的物质来蒸镀于支撑基板170的背面，从而形成强度加强层180。
形成支撑基板170的第二方法如下，按照现有方法，将KOH溶液用作蚀刻液来对硅晶圆(基板)进行蚀刻，从而沿着111方向形成硅V形槽。
接着，通过具有45度刀刃的切割器来对V形槽末端部分的侧面进行刮削，由此形成45度反射面，通过对反射面进行蚀刻来改善粗糙度(roughness)或通过在形成硅氧化膜后去除的方式改善粗糙度。
之后，在反射面选择性地蒸镀金属，并对硅晶圆的背面进行磨光来以所需的厚度制造支撑基板170。
在优选实施例中，光学部件171使得从光学纤维300接收的光聚集到光学引擎110的光学器件130(例如，光电二极管)上，使得光学引擎110的光学器件(例如，激光二极管)的光线L集束在光学纤维300的芯部310。
连接器插头100能够以支撑单个光通道或多个光通道的方式构成。在具有多个光通道的实施例中，连接器插头100可设置有用于进行发送及接收的光学部件171及光学引擎110的对应收发部件。
以下，参照图8g来对光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a的光学式校准方法进行说明。
在本发明中，如图8g所示，分别准备光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a。
对于光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a而言，当进行晶圆级制造工序时，在每个有源区域，使得校准标记(alignment marker)事先形成于边缘位置。并且，校准标记还可配置于晶圆的四个边角。
例如，利用校准标记来对光学器件模块晶圆与光学子组件晶圆进行校准的方法可使用第一方法、第二方法、第三方法、第四方法、第五方法及第六方法中的一种方法，第一方法为采用透明基板并使用光学显微镜的方法，第二方法为在所要校准的晶圆中的一个形成贯通孔并通过上述贯通孔来与其他晶圆进行校准的方法，第三方法为在采用红外线(IR)及透明硅晶圆的情况下在透射电子显微镜(TEM；transmission electron microscope)的对面配置红外线光并对校准标记进行校准的方法，第四方法为在一个晶圆的前部面配置校准标记并在另一晶圆的背面配置校准标记来通过光学显微镜对校准标记进行校准的方法，第五方法为在所要校准的2个晶圆的前部面分别配置校准标记并在晶圆之间配置2对显微镜来对校准标记进行校准的方法，第六方法为利用两个显微镜组合与变形晶圆台来对校准标记进行校准的方法。
利用上述校准标记的光学式校准方法可在光学器件模块101和光学子组件190分别以光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a实施晶圆级制造的情况下使用。
但是，若光学器件模块101和光学子组件190的大小不同，则无法形成晶圆级校准。
在光学器件模块101和光学子组件190的大小不同的情况下，可利用引导图案等来进行校准，来代替上述利用校准标记的光学式校准方法。当然，在光学器件模块101和光学子组件190的大小相同的情况下，也可采用将引导图案利用在其中的校准方法。
即，在光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a中的一个形成校准突起部，在另一个形成可与校准突起部咬合的校准凹槽。
首先，根据如图12a所示的后述内容中的第四实施例，在光学器件模块101小于光学子组件190的情况下，在支撑基板170b的一侧突出形成起到挡止部或校准引导件作用的延伸部170c，可按照取放方式安装光学器件模块101a。
并且，将图2所示的第一实施例包括在内，在后述的图10a及图11a中所示的第二实施例及第三实施例中，光学子组件可小于光学器件模块，并可采用将引导图案用到其中的校准方法。
在光学子组件小于光学器件模块的情况下，参照图14a及图14b来说明光学子组件和光学器件模块的校准方法。
如图14a及图14b所示，在光学子组件190小于光学器件模块101的情况下，在光学器件模块101的接合面形成校准用引导突起127，并利用其以及通过取放方式来轻松对光学子组件190和单一光学器件模块101或光学器件模块晶圆102进行校准。
图14b中的校准用引导突起127可包括：一对第一引导突起127a及第二引导突起127b，以隔开与光学子组件190的宽度相对应的距离的方式平行配置，以在其内部收容长方形的光学子组件190；以及第三引导突起127c，以阻挡上述第一引导突起127a及第二引导突起127b的一侧端部的方式垂直排列。第一引导突起127a、第二引导突起127b及第三引导突起127c的厚度应在20μm至50μm的范围。
在此情况下，考虑到在第一引导突起127a及第二引导突起127b的另一侧端部配置多个光学纤维，优选地，不形成与第三引导突起127c相向的引导突起。第一引导突起127a、第二引导突起127b及第三引导突起127c形成以包围光学子组件190的方式从接合面突出的结构。
并且，还可在第一引导突起127a、第二引导突起127b及第三引导突起127c的内侧区域设置与在光学子组件190的接合面所形成的校准凹槽(未图示)进行校准的第一校准突起部127d及第二校准突起部127e。在此情况下，例如，第一校准突起部127d可形成小型突起形状，第二校准突起部127e可形成具有规定长度的线性突起形状。
如上所述，若以晶圆级校准方式对光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a进行校准，则即使是被动方法，也可使光学器件130与镜面(光学部件)之间的校准、镜面(光学部件)与光学纤维300之间的校准实现一次性准确校准，从而可实现高效率。
之后，在事先在光学子组件晶圆190a形成共晶合金(EutecticAlloy)层或粘结层之后，在与光学器件模块晶圆102进行校准的状态下施加热量，来使两个晶圆102、190a相粘结。
例如，上述共晶合金层可由Au-Sn合金而成，可实现密封(hermeticsealing)。并且，例如，粘结层可使用苯并环丁烯、环氧类或聚酰亚胺类的聚合粘结剂。
接着，可通过对粘结后的晶圆进行切割并单独分离的切片工序来形成可固定光学纤维300的光学引擎封装，即，以半导体封装类型制造连接器插头100。
在以如上所述的方式得到的光学引擎封装的一侧面，将形成有如图4a-图4d所示的用于插入多个光学纤维301、302、303、304的光学纤维插入通道301。
在此情况下，可在形成光学纤维插入通道301的光学子组件晶圆190a形成倾斜部173，即，如图3b所示，在支撑基板170的入口形成倾斜部173，上述倾斜部173用于使入口逐渐变宽，以便插入光学纤维301、302、303、304。
向光学引擎封装的光学纤维插入通道301插入光学纤维301、302、303、304的方法采用如下方法，即，首先在光学纤维插入通道301的入口填充达到预设容量的环氧类或聚酰亚胺类粘结剂，并使用取推(pick&push)装置一个一个拾取光学纤维301、302、303、304并推入到光学纤维插入通道301，之后通过照射热量或紫外线(UV)等来使粘结剂固化。
以如上所述的方式按半导体封装类型制造的连接器插头100使得外部连接端子160在光学器件模块101的外侧面以导电性条形状形成，在具有高清多媒体接口的数据传送标准规格的情况下，呈现出图6a至图6c所示的形态。图7示出具有高清多媒体接口的数据传送标准规格的连接器插头100的样品照片。
在所示的实施例中，外部连接端子160在光学器件模块101的外侧面突出形成，但外部连接端子160可形成与光学器件模块101的外侧面相同的水平。
并且，在所示的实施例中，外部连接端子160仅形成于光学器件模块101的外侧面，但如同图6d中所示的变形例，可在光学子组件190沿着垂直方向形成导电性垂直通孔151，并可在光学器件模块101的配线层120与导电性垂直通孔151之间利用锡球152进行连接。
在基于变形例的有源光缆组装体中，当与第一实施例进行比较时，连接器插头100b形成以没有光学纤维盖的方式安装光学纤维300的类型，可包括用于支撑光学器件模块101a、上述光学器件模块101a以及光学纤维300的光学子组件190。
与第一实施例的光学器件模块101相比，上述光学器件模块101a去除了用于覆盖光学纤维上部的盖部分，除了缩短长度之外，形成功能相同的结构。
上述变形例的连接器插头100b在结构上没有用于覆盖光学纤维300上部的盖，首先通过取放方式来在支撑基板170的一侧安装光学器件模块101a，接着可通过取放方式来在光学纤维放置槽172安装光学纤维300，从而可使组装变得简单。
在此情况下，当将光学器件模块101a和光学纤维300组装在支撑基板170时，光学纤维放置槽172的内侧端部将起到挡止部作用。
当将上述光学纤维300安装到支撑基板170的光学纤维放置槽172时，可采用如下方法进行固定，即，首先在光学纤维放置槽172填充达到预设容量的环氧类或聚酰亚胺类粘结剂，在将光学纤维300组装到光学纤维放置槽172之后，通过照射热量或紫外线灯来使粘结剂固化。
连接器插头100b可通过系统级封装封装来减少费用，即，可通过减少光学器件模块101a的不必要的面积来减少费用。
并且，连接器插头100b由光学器件模块101a和光学子组件190等两个结构物构成，从而可使整体厚度变薄。
在此情况下，可在光学子组件190的下部面也形成导电性条，或者形成锡球或金属凸块形态的外部连接端子161，从而可使连接器插头100的上部面和下部面分别具有高清多媒体接口的数据传送标准规格。
在此情况下，光学器件模块101通过利用半导体工序中的扇出型晶圆级封装方式来形成系统级封装，由此，可使模本体111和配线层120分别按200μm、100μm的厚度形成薄膜形态，光学子组件190以收容直径为400μm的光学纤维300的方式使直径达到700μm，最终，本发明的连接器插头100可使厚度达到1mm，整体上以长度、宽度、厚度达到8.20×9.30×1mm的方式实现小型化。
如上所述，在本发明中，当以晶圆级校准方式对光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a进行校准时，随着形成可将光学器件模块101用作固定光学纤维300的盖的组装结构，从而可实现纤细的结构。
并且，在本发明中，即使使用被动校准技术，也通过以晶圆级校准方式对光学器件模块晶圆102和光学子组件晶圆190a进行校准，来准确实施光学器件130与镜面(光学部件)之间的校准、镜面(光学部件)与光学纤维300之间的校准，从而可通过一次性校准来轻松实现。
以下，将参照图10a至图10d来说明本发明第二实施例的有源光缆组装体。
用于第二实施例的有源光缆组装体的连接器插头100a包括：光学子组件191，在一侧面形成光学纤维放置槽172，上述光学纤维放置槽172用于收容并支撑光学纤维300的一部分；光学纤维盖176，设置有光学纤维放置槽177，上述光学纤维放置槽177与上述光学纤维放置槽172相对应，用于收容并支撑光学纤维的剩余部分，上述光学纤维盖176与上述光学纤维放置槽172的上部相结合，来形成用于插入上述光学纤维300的光学纤维插入通道；光学器件模块101，层叠于上述光学子组件191和光学纤维盖176的上部，在内部设置用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；以及光学部件171，设置于上述光学子组件，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号。
当对第二实施例进行说明时，对于与第一实施例相同的部分赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
与第一实施例相比，不同点在于，对于第二实施例的有源光缆组装体中的光学器件模块101而言，使得配线层120的下部面形成平坦面，而不是在配线层120的下部面形成用于固定光学纤维300的盖槽122，用于支撑光学纤维300的光学子组件190改变成以下形态。
例如，在第二实施例中，光学子组件191包括：支撑基板170a，由玻璃制成；光学纤维盖176，以固定光学纤维300的方式配置于支撑基板170a的一侧与光学器件模块101之间；以及垫片175，用于填充支撑基板170a的另一侧与光学器件模块101之间的空间。
例如，光学纤维盖176和垫片175可由硅酮制成。
首先，为了与光学器件模块101的平坦的配线层120均匀地接合，光学纤维盖176和垫片175需具有相同的高度。
在上述支撑基板170a和光学纤维盖176分别形成有与第一实施例相似的多个光学纤维放置槽172、177，以能够支撑多个光学纤维301、302、303、304。
并且，在支撑基板170a的与光学纤维300的芯部310相向的部分形成45度反射面，上述光学纤维300放置于光学纤维放置槽172，通过在反射面形成金属层，来形成镜面，即光学部件171，当从光学器件130产生的光线L向光学子组件191垂直入射时，上述光学部件171以使所入射的光线L朝向沿着垂直方向配置的光学纤维300的芯部310入射的方式改变路径。
在此情况下，优选地，在垫片175与光学纤维盖176互相相向的部分分别形成倾斜面，以便在从光学器件130产生的光线L到达镜面时不发生干扰。
并且，如图10d所示，第二实施例的支撑基板170a可去除用于覆盖多个光学纤维301、302、303、304的上部的部分。在此情况下，当将多个光学纤维301、302、303、304组装到连接器插头100a时，可采用取放方式来进行安装，从而可轻松实现组装。
在第二实施例中，在对支撑基板170a和光学纤维盖176进行校准之后，重新对光学器件模块101进行校准并进行组装，需进行2次晶圆级校准这一点与仅进行1次晶圆级校准的第一实施例存在不同之处。
参照图11a及图11b来对本发明第三实施例的有源光缆组装体进行说明。
当对第三实施例进行说明时，对于与第二实施例相同的部分赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
与第二实施例相比，不同点在于，在第三实施例的有源光缆组装体中，对于连接器插头100a而言，在光学子组件191中实现光学纤维300的结合，除此之外，其余部分相同。
在上述支撑基板170a和光学纤维盖176分别形成有与第一实施例相似的多个光学纤维放置槽172、177，以能够支撑多个光学纤维301、302、303、304。
由此，若在支撑基板170a组装光学纤维盖176，则将形成用于插入光学纤维的光学纤维插入通道。在此情况下，优选地，从支撑基板170a的内侧朝向前端部增加光学纤维放置槽172的深度，以能够向光学纤维插入通道轻松插入光学纤维300。即，与内侧相比，光学纤维插入通道的入口173a的向下宽度更宽。
最终，与第二实施例相比，在第三实施例的有源光缆组装体中，使用取推装置来一个一个拾取光学纤维300并推入到光学纤维插入通道，从而可使组装工序变得轻松。
参照图12a及图12b来对本发明第四实施例的有源光缆组装体进行说明。
当对第四实施例进行说明时，对于与第一实施例相同的部分赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
与第一实施例至第三实施例相比，在第四实施例的有源光缆组装体中，连接器插头100b为以没有光学纤维盖的方式安装光学纤维300的类型，连接器插头100b包括：光学器件模块101a；以及支撑基板170b，用于支撑上述光学器件模块101a和光学纤维300。
与第一实施例的光学器件模块101相比，上述光学器件模块101a通过去除用于覆盖光学纤维的上部的盖部分来缩短长度，除此之外，形成功能相同的结构。
即，在光学器件模块101a中，设置有光学器件130和光学集成电路140的光学引擎110以倒装芯片形态实现集成，外周被由环氧塑封料成型的模本体111包围，在下部面形成在保护光学器件130和光学集成电路140的同时使光学器件130和光学集成电路140互相电连接的配线层120，从而形成系统级封装封装。
在上述支撑基板170b中，为了稳定地支撑光学器件模块101a和光学纤维300，在上侧形成有延伸部170c，来使一侧底面与光学器件模块101a的配线层120a相接触并使一侧端部收容且支撑光学器件模块101a的一侧面，并且，在另一侧的底部，形成有用于支撑光学纤维300的光学纤维放置槽172。
上述支撑基板170b可由硅、玻璃或塑料制成，可按晶圆级进行制造流程。
并且，在支撑基板170b的与光学纤维300的芯部310相向的部分形成45度反射面，上述光学纤维300放置于光学纤维放置槽172，通过在反射面形成金属层，来形成镜面，即光学部件171，当从光学器件130产生的光线L向构成光学子组件191的支撑基板170b垂直入射时，上述光学部件171以使所入射的光线L朝向沿着垂直方向配置的光学纤维300的芯部310入射的方式改变路径。
并且，在形成有金属层的45度反射面与光学纤维放置槽172的内侧端部172b之间形成有高度差部172a，上述内侧端部172b以在组装光学纤维300时使得上述光学纤维300的端部面与上述45度反射面之间形成预设距离的方式起到挡止作用。
第四实施例的连接器插头100b形成没有用于覆盖光学纤维300的上部的盖的结构，首先通过取放方式来在支撑基板170b的一侧安装光学器件模块101a，接着通过取放方式在光学纤维放置槽172安装光学纤维300，从而可使组装变得轻松。
在此情况下，在支撑基板170b中，以使所组装的光学纤维300的前端部与光学器件模块101a的端部对齐的方式设定光学纤维放置槽172的内侧端部172b。
因此，支撑基板170b的延伸部170c和光学纤维放置槽172的内侧端部172b在将光学器件模块101a和光学纤维300组装到支撑基板170b时起到挡止部的作用。
当将上述光学纤维300组装到支撑基板170b的光学纤维放置槽172时，采用如下的方法，即，首先在光学纤维放置槽172填充达到预设容量的环氧类或聚酰亚胺类粘结剂，在将光学纤维300组装到光学纤维放置槽172之后，通过照射热量或紫外线等来使粘结剂固化。
第四实施例的连接器插头100b可通过系统级封装封装来减少费用，即，可通过减少光学器件模块101a的不必要的面积来减少费用。
并且，第四实施例的连接器插头100b由光学器件模块101a和支撑基板170b等两个结构物构成，从而可使整体厚度变薄。
参照图13来对本发明第五实施例的有源光缆组装体进行说明。
当对第五实施例进行说明时，对于与第四实施例相同的部分赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
在第五实施例的有源光缆组装体中，连接器插头100c为以没有光学纤维盖的方式安装光学纤维300的类型，与第四实施例相比，不同之处在于，通过在45度反射面形成金属层来形成用于改变路径的镜面的结构上。
即，在第五实施例中，用于改变光线路径的镜面在光学器件模块101a的配线层120的下部形成为一体。当以与第四实施例相同的方式按系统级封装封装形态制造光学器件模块101a时，结构上包括将用于使光学引擎110和外部连接端子160互相连接的配线图案123a、123b埋设而成的配线层120，配线层120的下部面可使用透明的聚酰亚胺来形成绝缘层。
通过对与光学器件130相向的聚酰亚胺绝缘层进行蚀刻来形成45度反射面，并在反射面形成金属层，由此形成用于改变光的路径的镜面，即光学部件171。
并且，例如，在配线层120和反射面的下部形成由聚酰亚胺而成的平坦层178，以起到用于与支撑基板170b实现接合的垫片作用。
在此情况下，若在材料的使用方面使得平坦层178的折射率小于形成光学部件171的聚酰亚胺绝缘层的折射率，则即使不在反射面形成金属层，也会因折射率的差而导致从光学器件130产生并向反射面入射的光线在45度反射面形成全反射，致使光的路径折射成直角。
尤其，为了光学器件模块101a与支撑基板170b之间的校准，可在聚酰亚胺绝缘层178的下部形成球栅阵列152a(BGA，Ball GridArray)。在此情况下，上述光学器件模块101a与支撑基板170b之间的校准利用球栅阵列152a来以自主校准(self alignment)方式实现。
在如上所述的第五实施例中，使得用于改变光的路径的光学部件171与光学器件模块101a形成为一体，从而可使得光学器件130与光学部件171之间的校准变得更准确。
在上述第一实施例至第四实施例中，在与光学器件模块101、101a相向的光学子组件190、191的支撑基板170～170b形成反射面，通过在反射面形成金属层来形成用于改变路径的镜面，即光学部件171，但如同第五实施例，可使得用于改变光线路径的光学部件171与光学器件模块101a形成为一体。
并且，在上述实施例中，例示了通过在反射面形成金属层来形成用于改变路径的镜面的情况，但即使在未在反射面形成金属层的情况下，也只是仅使光线的反射率下降，但可起到镜面的作用，从而可构成光学部件171。
尤其，例示了将上述反射面设定为45度的情况，但可根据光线路径的变更需求，可按小于45度或大于45度的方式进行设定。
在本发明中，以利用被动校准技术的晶圆级校准方式来对收容光学器件模块晶圆和光学纤维的光学子组件晶圆进行校准，以使光学器件与镜面之间的校准和镜面与光学纤维之间的校准达到没有校准错误，由此减少光损失，可使连接器插头形成纤细型结构。
最终，根据本发明，可解决作为有源光缆普及的最大障碍的校准费用问题，以及能够解决由此产生的制造费用上升的问题，提供能够保障性能比现有封装方法更优秀的封装方法。
在上述实施例的说明中，对与光缆的一侧端部相连接的第一连接器插头进行了说明，而与光缆的另一侧端部相连接的第二连接器插头也可以形成相同的结构。但是，在设置于第一连接器插头的光学引擎将用于产生光信号的激光二极管用作光学器件的情况下，设置于第二连接器插头的光学引擎将用于接收光信号的光电二极管用作光学器件，不同之处就在于此。
根据本发明的连接器插头，还可形成满足数据传送标准规格之一的多个导电性条、锡球或金属凸块形态的外部连接端子160，上述连接端子160构成有源光缆，并使终端和终端互相连接，
并且，上述连接器插头的外部连接端子160可根据数据传送标准规格之外的要求变形成多种形式。
如图6a及图6b所示，以多个导电性条形成外部连接端子160的情况可适用于本发明的连接器插头100在结合方面以图1所示的方式能够与终端10的咬合口12物理拆装的情况。
以锡球或金属凸块形态形成外部连接端子160的情况可在一个终端内部适用于电路板与电路板之间的相互连接(board-to-boardinterconnection)、芯片与芯片之间的相互连接(chip-to-chipinterconnection)、电路板与芯片之间的相互连接(board-to-chipinterconnection)、用于使终端主电路板与周边输入输出装置之间相互连接的板上相互连接。
在此情况下，在结合方面，如同一个芯片，可利用锡球或金属凸块来在形成于电路板(board)的导电性电极极板锡焊连接器插头100，由此进行固定结合，来代替能够与咬合口12物理拆装的方式。
如上所述，随着省略物理性的咬合口-连接器插头结合方式，将不经过电输入输出连接或光学连接，而是形成板上相互连接。
最终，若形成板上相互连接，则随着使信号路径缩短到最小水平来减少信号差和信号抖动、提高信号完整性，可减少因信号路径上的寄生电流成分而产生的数据错误，可通过减少整个电路板开发作业来减少工程费用。
图15a及图15b分别为示出本发明的连接器插头100在电路板上实现板上相互连接的第七实施例的俯视图及剖视图。
参照图15a及图15b，第七实施例的连接器插头直接装载于电路板的板上相互连接结构属于如下的情况，即，例如，由锡球或金属凸块形成的连接器插头100的外部连接端子160固定结合于在构成现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Arrays)、数字信号处理器(DSP)、控制器等的电路板41所形成的导电性电极极板。
即，在使得由锡球或金属凸块构成的外部连接端子160与在电路板41所形成的导电性电极极板匹配后，经过回流(reflow)工序，来实现连接器插头100与电路板41之间的相互连接。在此情况下，与外部连接端子160的锡球相结合的电路板41的电极极板可形成如下的结构，例如，球栅阵列、方形扁平无引脚封装(QFN，Quad Flat Non-leaded Package)等。
例如，上述电路板41可以为构成现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)等而使用的印刷电路板，可在电路板41上方装载多个集成电路芯片和电子部件42。
通常，现场可编程门阵列适用于数字信号处理器、专用集成芯片(ASIC)初始版本、软件无线电、语音识别、机器运行系统等多种领域的功能性系统，电路板41可直接与1个或2个连接器插头100相结合，可起到分别通过光缆300a来将这些系统直接连接到其他功能性电路板(系统)或终端的作用。
尤其，具有由锡球或金属凸块形成的外部连接端子160的连接器插头100或有源光缆组装体作为同时具有电光转换功能和光点转换功能的应答器芯片，可通过系统级封装形态来使得具有多个不同功能的集成电路芯片整合成单一封装，或通过片上系统形态来使得将连接器插头100包括在内的多种功能内置于单一芯片，或可通过板上系统或堆叠封装形态形成封装。
可通过如上所述的系统级封装、片上系统、板上系统、堆叠封装等形态一同被封装的集成电路芯片或功能器件可举如下的例，即，具有信号处理功能的处理器的集成电路芯片、需要各种多功能处理用多个集成电路的车辆用电子控制设备(ECU，ElectronicControl Unit)、自动驾驶车辆及人工智能等的集成电路芯片，上述处理器为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器单元(MPU，Micro Processor Unit)、微控制器单元(MCU，Micro Controller Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、图像信号处理器(ISP，Image Signal Processor)。
以上，以特定优选实施例为例来示出并说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施例，可在不脱离本发明的思想的范围内由本发明所属技术领域的普通技术人员实施多种变形及修改。
产业上的可利用性
本发明可实现几十Giga～100G以上的超高速大容量数据收发，因而可适用于在电路板与电路板之间、超高清电视级别的电视与周边设备之间的数据传送中所使用的有源光缆。

Claims (17)

1.一种连接器插头，其特征在于，
包括：
光学子组件，在一侧形成用于放置光学纤维的光学纤维放置槽，在上述光学纤维放置槽的内侧端部形成反射面；
光学器件模块，层叠于上述光学子组件，在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；以及
光学部件，设置于上述光学子组件的反射面，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号，
上述光学器件模块包括：
模本体，具有第一面及第二面；
外部连接端子，形成于上述模本体的第一面，用于与外部电连接；
光学引擎，被上述模本体密封；
导电性垂直通孔，贯通上述模本体而成，与上述外部连接端子电连接；以及
配线层，形成于上述模本体的第二面，用于连接上述导电性垂直通孔和光学引擎。
2.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述光学引擎包括：
激光二极管，用于产生光信号；
光电二极管，用于接收光信号；以及
光学集成电路，用于控制上述激光二极管和光电二极管。
3.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述配线层包括：
配线图案，用于连接上述导电性垂直通孔和光学引擎；以及
绝缘层，用于覆盖上述配线图案。
4.根据权利要求3所述的连接器插头，其特征在于，
上述绝缘层透明，
上述连接器插头还包括透镜，上述透镜形成于与上述光学部件相向的绝缘层的表面，用于改变从光学引擎产生的光线的路径。
5.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，
上述光学器件模块的光学引擎包括：
光学器件，朝向上述模本体的第二面沿着垂直方向产生光信号或接收光信号；以及
光学集成电路，通过控制上述光学器件来对光接口进行控制，
上述光学子组件包括支撑基板，上述支撑基板在一侧形成上述光学纤维放置槽，在沿着上述光学纤维放置槽所形成的第一方向与上述光学器件的光信号方向相交的位置设置反射面，
上述光学部件形成于上述反射面来在光学纤维与光学引擎之间传递光信号。
6.根据权利要求5所述的连接器插头，其特征在于，上述光学部件为形成于上述反射面的凹透镜。
7.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述光学器件模块的导电性垂直通孔形成于贯通模本体而埋入的通孔印刷电路板。
8.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，
还包括第一外部连接端子，上述第一外部连接端子配置于上述光学器件模块的外侧面，通过第一导电性垂直通孔来与光学引擎电连接，
上述第一外部连接端子满足数据传送标准规格。
9.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，
还包括第二外部连接端子，上述第二外部连接端子配置于上述光学子组件的下部面，通过第二导电性垂直通孔来与光学引擎电连接，
上述第二外部连接端子满足数据传送标准规格。
10.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述光学器件模块还包括信号处理用芯片、编码器、解码器、被动器件、功率芯片中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述光学子组件的一侧端部朝向上侧形成延伸部，以收容并支撑光学器件模块的一侧面。
12.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，上述光学纤维放置槽的内侧端部使得所组装的光学纤维的前端部与光学器件模块的端部对齐。
13.根据权利要求1所述的连接器插头，其特征在于，在上述光学纤维放置槽的内侧端部与光学子组件的反射面之间形成高度差部。
14.一种有源光缆组装体，其特征在于，
包括：
连接器插头，形成有光学纤维插入通道；以及
光缆，至少一个光学纤维与上述光学纤维插入通道相结合，
上述连接器插头包括：
光学子组件，在一侧形成用于放置上述光学纤维的光学纤维放置槽，在上述光学纤维放置槽的内侧端部形成反射面；
光学器件模块，层叠于上述光学子组件，在内部设置有用于产生光信号或接收光信号的光学引擎；以及
光学部件，设置于上述光学子组件的反射面，用于在光学纤维与光学引擎之间传递光信号，
上述光学器件模块包括：
模本体，具有第一面及第二面；
外部连接端子，形成于上述模本体的第一面，用于与外部电连接；
光学引擎，被上述模本体密封；
导电性垂直通孔，贯通上述模本体而成，与上述外部连接端子电连接；以及
配线层，形成于上述模本体的第二面，用于连接上述导电性垂直通孔和光学引擎。
15.根据权利要求14所述的有源光缆组装体，其特征在于，上述连接器插头与终端的咬合口或电路板相结合。
16.根据权利要求14所述的有源光缆组装体，其特征在于，上述连接器插头适用于电路板与电路板之间的相互连接、芯片与芯片之间的相互连接、电路板与芯片之间的相互连接中的一种相互连接。
17.根据权利要求14所述的有源光缆组装体，其特征在于，上述连接器插头内置于集成电路芯片。
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