CN114660727A - 与光子管芯光学耦合的微透镜阵列 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施例可以涉及用于将微透镜阵列耦合到光子管芯的装置、过程和技术。在实施例中，该耦合可以作为晶圆级的附接来执行。在实施例中，在各种配置中，在光子管芯被组装到封装中之前，可以电气和光学地测试具有附接的微透镜阵列的光子管芯的晶圆级光学测试。可以描述和/或要求保护其他实施例。

Description

与光子管芯光学耦合的微透镜阵列
技术领域
本公开内容的实施例总体上涉及半导体封装领域，具体而言，涉及与光子管芯物理和光学地耦合的微透镜阵列。
背景技术
虚拟机和云计算的持续增长将不断增加对高质量光学接收器和发射器装置的需求。
附图说明
图1示出了具有使用一个或多个V形槽光学耦合到光子管芯的光纤的示例传统光子封装的侧视图和仰视图。
图2示出了根据各种实施例的包括微透镜阵列的光子管芯的正视图。
图3示出了根据各种实施例的包括多个微透镜阵列的光子管芯的正视图和俯视图。
图4示出了根据各种实施例的用于将微透镜阵列对准到光子管芯上的物理对准特征的示例。
图5示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合的光子管芯的示例封装，该衬底具有开口以允许光路到达光子管芯上的微透镜阵列。
图6示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合并且悬垂在衬底上方的光子管芯的示例封装，其中偏转棱镜与衬底耦合以沿着到与光子管芯耦合的微透镜阵列的光路改变光的方向。
图7示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合的光子管芯的示例封装，该衬底具有开口以允许光路到达光子管芯上的微透镜阵列，其中光路包括与衬底耦合的透镜。
图8示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向集成散热器(IHS)的一侧的微透镜阵列，该集成散热器具有朝向光子管芯以与光子管芯光学耦合的微透镜阵列。
图9示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向IHS的一侧的微透镜阵列，该IHS具有开口以提供用于微透镜阵列的光路。
图10示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向IHS的一侧的微透镜阵列，其中偏转棱镜与IHS耦合以沿着到微透镜阵列的路径改变光的方向。
图11示出了根据各种实施例的用于制造具有微透镜阵列的光子管芯的示例过程。
图12示意性地示出了根据实施例的计算设备。
具体实施方式
本文描述的实施例可以涉及与将微透镜阵列耦合到光子管芯有关的装置、过程和技术。在实施例中，该耦合可以作为晶圆级的附接来执行。在实施例中，在光子管芯被组装到封装中之前，可以电气地和光学地测试具有附接的微透镜阵列的光子管芯的晶圆级光学测试，从而导致更高的封装产量。
对于包括硅光子封装的光子封装，一个挑战是硅光波导和外部光波导之间的高度精确对准。例如，在与光收发器的光波导耦合的光纤之间。通常，精确的对准需要纳米(nm)级的对准精度。此外，界面应该是稳固的，以承受操作应力而不降低可靠性和/或光学性能。
在实施例中，微透镜阵列可以使用准直光束。这可以降低对准之后的精度要求，这又可以促进包括这些光子管芯的低成本/大批量制造(HVM)可缩放封装工艺。例如，在不使用透镜阵列的情况下，优质光学耦合所需的对准精度可以是～1-2μm。利用透镜阵列，该对准精度可以放宽到～10μm左右。这是因为透镜可以将光束准直到较大的直径。因此，可以使用较便宜的加工和较快的制造过程来实现较低的对准要求。此外，过程控制要求可能不太严格。因此，在实施例中，使用透镜可以获得更高的产量。
在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中相同的附图标记始终标明相同的部分，并且在附图中通过说明的方式示出了其中可以实践本公开内容的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，并且实施例的范围由所附权利要求及其等同方案限定。
为了本公开内容的目的，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或(A和B)。为了本公开内容的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。
本描述可以使用基于透视的描述，例如顶/底、进/出、上/下等。这种描述仅仅用于便于论述，并非旨在将本文所述实施例的应用限定为任何特定取向。
本描述可以使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，其每一个都可以指代相同或不同实施例中的一个或多个。而且，如相对于本公开内容的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词。
本文可以使用术语“与……耦合”连同其派生词。“耦合”可以表示以下的一个或多个。“耦合”可以表示两个或多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可以表示两个或多个元件彼此间接接触，但仍彼此协作或相互作用，并且可以表示一个或多个其他元件耦合或连接在表述为彼此耦合在一起的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或多个元件直接接触。
可以以最有助于理解所要求保护的主题的方式将各种操作依次描述为多个分立的操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须是顺序相关的。
如本文所使用的，术语“模块”可以指以下部件，或者是以下部件的一部分，或者包括以下部件：ASIC、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或组)和/或存储器(共享的、专用的或组)、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。
本文的各图可示出一个或多个封装组件的一个或多个层。本文示出的层被示为不同封装组件的层的相对位置的示例。这些层是为了解释的目的而描绘的，并且未按比例绘制。因此，不应从图中假定层的相对大小，并且仅在具体指示或讨论的情况下，可针对一些实施例假定大小、厚度或尺寸。
图1示出了具有使用一个或多个V形槽光学耦合到光子管芯的光纤的示例传统光子封装的侧视图和仰视图。传统封装100示出了包括与XPU 104电耦合的光子管芯102的传统光子封装的部分侧视图。在实施例中，光子管芯102和XPU 104可以使用电接口105电耦合。电接口105可包括互连桥接器，例如嵌入式多管芯互连桥接器(EMIB)；或硅中介层；衬底106上的有机布线或衬底106上的再分布层(RDL)；或某个其他电耦合。在实施例中，电耦合可以是高密度电耦合。
在实施方式中，XPU 104和光子管芯102可以热耦合到集成散热器(IHS)108。在实施方式中，可以存在诸如热膏的热界面材料(TIM)(未示出)，其设置在IHS 108和XPU 104以及光子管芯102之间，以将热量从XPU 104和光子管芯102发散出去。
在实施方式中，光子管芯102可以悬垂在衬底106上方，其中V形槽110可以用于对准第一组光纤112，使得它们与光子管芯102光学耦合。在其他实施方式中，这些V形槽110可采用促进与光子管芯102的高质量光学耦合所需的各种其他形状和尺寸。在实施方式中，可以施加环氧树脂113以将第一组光纤112固定到光子管芯102。
支撑结构114可以与IHS 108物理耦合以支撑第一组光纤112，从而促进第一组光纤112与光子管芯102的光学连接的质量和稳健性。在其他实施例中，支撑结构114可与传统封装100的某个其他部件物理耦合。在实施方式中，光纤112可以与可以被实施为套圈(ferrule)或其他类似功能装置的光耦合器116光学耦合，以与传统封装100外部的光源光学耦合。在实施例中，光耦合器116可被看作“尾纤(pigtail)”，在传统封装100组装到计算系统中期间，一个或多条光纤(未示出)可插入到该尾纤，以创建包括第一组光纤112和光子管芯102的光电路。
在实施方式中，衬底106可使用焊球连接118在球附接工艺中与印刷电路板(PCB)117耦合。在其他实施方式中，可以使用凸块、连接焊盘、引脚、或某种其他电和/或物理耦合机制将衬底106与PCB 117耦合。
在传统封装100的实施方式中，第一组光纤112中的每条光纤需要非常精确地与光子管芯102中的硅波导对准。利用长尾纤，其中第一组光纤112可以包括每个光子管芯24条单独光纤。在传统封装100的其他实施方式中，可以存在多个光子管芯(未示出)，例如，每个封装多达六个光子管芯，每个光子管芯具有位于V形槽110中并由光学环氧树脂113接合的单条光纤112。这种传统组件在处理和操作期间可能缺乏物理、光学和/或电气稳健性。
图2示出了根据各种实施例的包括微透镜阵列的光子管芯的正视图。图200示出了可以类似于图1的光子管芯102的光子管芯202，其包括与该光子管芯202光学耦合的微透镜阵列220。在实施例中，微透镜阵列220可以具有每条光纤一个透镜。因此，如果光纤间距是125-250μm间距，则微透镜阵列220将具有相同间距。因此，微透镜阵列220可以是非常小的阵列，并且通常可以以阵列形式制造。由于微透镜阵列220处于微米级，因此其被称为微透镜阵列220。
在实施例中，微透镜阵列220可以使用环氧树脂224光学耦合，该环氧树脂224可以类似于图1的环氧树脂113。在实施例中，环氧树脂224可以是用于将光学部件粘结或胶接在一起的光学粘合剂。光学粘合剂可以允许在物理地附接到光子管芯202之前精确地定位光学部件，并且一旦粘合剂被固化就不会遮挡光路。
在实施例中，光子管芯202可以包括凸块区域240，其包括可以用于与诸如图1的电接口105的电接口电耦合的多个凸块242。在实施例中，凸块区域240可以被称为第一级互连(FLI)凸块区域。在实施例中，凸块区域240可以电耦合到的电接口可以是EMIB，以促进光子管芯202和另一封装管芯(例如图1的XPU 104)之间的高速电通信。在实施例中，可以存在环氧树脂阻挡部244，其可以物理地施加到光子管芯202并且定位在微透镜阵列220和凸块区域240之间。环氧树脂阻挡部244具有在制造过程期间将防止环氧树脂224进入凸块区域240的高度。在微透镜阵列220与光子管芯202耦合的制造过程期间，环氧树脂阻挡部244将防止环氧树脂224干扰电气操作和/或随后将凸块区域240附接到另一部件，诸如图1的电接口105或衬底106。
现在转到微透镜阵列的细节以及它在何处附接到光子管芯，微透镜阵列220可以定位成接近光栅耦合器246。在实施例中，光栅耦合器246可以用于垂直地光学耦合光，并且可以包括被设计成在不同方向上衍射光的周期性蚀刻结构。在实施例中，光路248可以在光子管芯202内传输光，并且可以与光栅耦合器246光学耦合。光栅耦合器246可接着将光学路径250的方向改变为朝向微透镜阵列220的透镜222。通过改变光子管芯202内的光栅耦合器246相对于透镜222的位置，或者通过改变光栅耦合器246的设计，可以针对特定角度设计方向性光路250。在实施例中，可以存在与微透镜阵列220的透镜222中的每一个相关联的光栅耦合器246。
图3示出了根据各种实施例的包括多个微透镜阵列的光子管芯的正视图和俯视图。可以类似于图2的微透镜阵列220的微透镜阵列320、321被布置在可以类似于图2的光子管芯202的光子管芯302上。如图所示，微透镜阵列320、321被定向为成一行，并且使用可以类似于图2的环氧树脂224的环氧树脂324与光子管芯302物理地和光学地耦合。在实施例中，将可以类似于图2的环氧树脂阻挡部244的环氧树脂阻挡部344与光子管芯302物理耦合。环氧树脂阻挡部344可以用于保护例如第一级互连凸块区域340，其可以用于将光子管芯电耦合到互连桥接器或另一管芯。
如图所示，可以类似于图2的透镜222的透镜322和透镜323中的每一个被定向成一行，并且可以被分组在特定的微透镜阵列320、321内。图3仅示出了微透镜阵列布局的一个示例。在其他实施例中，微透镜阵列320、321可以彼此平行(未示出)。不同数量的各个透镜322、323可以与各种微透镜阵列320、321一起使用。
图4示出了根据各种实施例的用于将微透镜阵列对准到光子管芯上的物理对准特征的示例。如上文和本文其他部分所讨论的，光子管芯内的波导与外部波导之间的纳米级的精确对准对于光学性能和光学信号质量是非常重要的。在实施例中，可以使用物理对准特征以高精度将可以类似于图3的微透镜阵列320的微透镜阵列420定位到可以类似于图3的光子管芯302的光子管芯402上。
在一个实施例中，如图所示，可以在光子管芯402的表面中在所需深度处产生V形槽428以与放置在微透镜阵列420的与包括透镜422的一侧相对的一侧上的凸块403配合。在实施例中，V形槽428和凸块403的尺寸可以被设计成使得当微透镜阵列420被施加到光子管芯402时几乎不存在定位变化。V形槽428可以使用与用于光纤的其他V形槽相同的各向异性蚀刻技术来产生。V形槽428可以是长的，如凹槽，或者它也可以是倒棱锥。在蚀刻V形槽428(或V形棱锥)之前，在硅(通常是氮化硅或氧化硅)上沉积掩模层(未示出)。使用光刻来产生掩模层开口(未示出)。所有V形槽428开口可以在单个光刻步骤中产生，这消除了V形槽428和其他V形槽之间的任何XY对准误差。由于微透镜阵列420在428中自对准，并且可类似于图1的光纤112的光纤在可类似于图1的V形槽110的光纤V形槽中自对准，所以透镜阵列和光纤之间的位置误差变得非常小。在其他实施例中，可以在微透镜阵列420的一侧中制造凹槽(未示出)，并且可以在光子管芯402的表面上产生凸块(未示出)。在实施例中，可以在将微透镜阵列420施加到光子管芯402之前施加可以类似于图3的环氧树脂324的环氧树脂424。
在实施例中，可以存在沿着微透镜阵列420的一侧(未示出)以不同取向施加的多个V形槽428和/或凸块403，以便提供沿着光子管芯402的表面在X和Y方向上的对准。在实施例中，这些物理对准特征对于将各种透镜422与各种光栅耦合器(例如，图2的光栅耦合器246)对准以促进最佳光学路径对准可能是重要的。
以上关于图2-4的描述一般涉及将诸如微透镜阵列420的微透镜阵列物理地和光学地耦合到诸如光子管芯402的光子管芯。以下讨论一般涉及使用微透镜阵列420将光子管芯402外部的光学路径与光子管芯402光学耦合。
图5示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合的光子管芯的示例封装，该衬底具有开口以允许光路到达光子管芯上的微透镜阵列。光子封装500示出了可以类似于图3的光子管芯302的光子管芯502，其与XPU 504电耦合、与IHS 508热耦合、并且与衬底506物理和/或电耦合，该XPU 504、IHS 508和衬底506可以类似于图1的XPU 104、IHS 108和衬底106。可以类似于图3的微透镜阵列320的微透镜阵列520与光子管芯502光学耦合。在实施例中，光子管芯502可以是光接收器、光发射器、和/或光收发器。
衬底506包括空腔530，微透镜阵列520的全部或部分可以插入在该空腔530中。空腔530可以用作光子管芯502的微透镜阵列520的透镜522与可以与衬底506的与光子管芯502相对的一侧517耦合的第二微透镜阵列540的透镜542之间的光路。在实施例中，空腔530可以包括波导、透光材料、或者一条或多条光纤。在实施例中，透光材料可以包括光学粘合剂、硅或玻璃。在实施例中，空腔530可以是开放的空气通道。在实施例中，可以在衬底制造期间在衬底506中制造空腔530。
在实施例中，第二微透镜阵列540可以使用环氧树脂524(其可以类似于图2的环氧树脂224)与衬底506的侧面517耦合，或者可以从衬底517的BGA侧机械地插入。可以是透光材料或一条或多条光纤的波导541可以与第二微透镜阵列540光学耦合。在实施例中，可以存在与光子管芯502耦合的多个微透镜阵列520，其将与多个第二微透镜阵列540对准并且通过空腔530光学耦合。在实施例中，光可以从衬底506的球栅阵列(BGA)侧517发射和/或接收。
图6示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合并且悬垂在衬底上方的光子管芯的示例封装，其中偏转棱镜与衬底耦合以沿着到与光子管芯耦合的微透镜阵列的光路改变光的方向。光子封装600示出了与XPU 604电耦合、与IHS 608热耦合、以及与衬底606物理和/或电耦合的光子管芯602，该光子管芯602、XPU 604、IHS 608和衬底606可以类似于图5的光子管芯502、XPU 504、IHS 508和衬底506。可以类似于图5的微透镜阵列520的微透镜阵列620与光子管芯602光学耦合。如图所示，光子管芯602的包括微透镜阵列620的部分可以设置在衬底606上方的悬垂部分603中。
如该实施例所示，悬垂部分603还可以包括偏转机构646，以改变进入或离开微透镜阵列620的光路的方向。在实施例中，该机构646可以是偏转棱镜、45°反射器，其可以通过特定表面涂层或通过折射率差来产生。偏转机构646可以为进入或离开微透镜阵列620的光提供光学耦合。在实施例中，该光可以沿着光纤阵列648传播。在实施例中，光纤阵列648的每条光纤可包括透镜刻面(facet)649，以向偏转机构646发射光和从该偏转机构646接收光，或者这可以是附接到光纤阵列端的透镜阵列。
在实施例中，光纤阵列648可以与衬底606物理地耦合。在实施例中，光纤阵列可以通过连接器主体650固定，该连接器主体650可以与衬底606物理地耦合。连接器主体650顶板可以固定以一定间距限定的光纤阵列648。
对准孔652包括在套圈设计中。这样，具有光纤阵列(未示出)的另一光纤连接器的配合套圈可以插入到对准孔652中，并且提供与光纤阵列648的高质量光学耦合。在实施例中，磁体654可定位成接近对准孔652，以提供将外部光纤连接器套圈(未示出)固定到对准孔652中。磁体654可以提供如果向多条光纤(未示出)施加不适当的力则多条光纤会被拔出的方式，使得它们被拔出而不是由于不适当的力断裂。
图7示出了根据各种实施例的包括与衬底耦合的光子管芯的示例封装，该衬底具有开口以允许光路到达光子管芯上的微透镜阵列，其中光路包括与衬底耦合的透镜。光子封装700示出了与XPU 704电耦合、与IHS 708热耦合、以及与衬底706物理和/或电耦合的光子管芯702，该光子管芯702、XPU 704、IHS 708和衬底706可以类似于图5的光子管芯502、XPU 504、IHS 508和衬底506。可以类似于图5的微透镜阵列520的微透镜阵列720与光子管芯702光学耦合。如图所示，光子管芯702的包括微透镜阵列720的部分可以设置在衬底706上并且在衬底706中的空腔703上方。
在实施例中，可类似于图6的连接器主体650的连接器主体750可部分或完全填充衬底706中的空腔703。在实施例中，连接器主体750可以是金属、绝缘体、电介质、或可以用于支撑可以类似于图6的波导648的波导748的某种其他材料。第二微透镜阵列730可以与连接器主体750物理耦合和/或嵌入该连接器主体中。在实施例中，第二微透镜阵列730可以与微透镜阵列720对准，从而在两个阵列之间提供高质量光学连接。第二微透镜阵列730可以与将光传导到波导748的波导731光学耦合。
在实施例中，波导748可以是硅波导和光纤波导，或者是可以传输光信号的开放空气空腔。在实施例中，波导749的一端可以成角度，使得光学路径731可以转向，从而光信号可以向下流过波导748。在实施例中，第二微透镜阵列730可以与波导748直接物理和光学地耦合。在实施例中，波导748可以是光纤阵列、开放空气通道、或能够传导光的某种其他介质。对于非光纤的情况，该波导的通道表面需要足够光滑以避免不必要的光散射，并且也应当在适当的折射率范围内适当地选择周围的材料以避免光泄漏。
在实施例中，波导748的另一端可以与对准孔752光学耦合，该对准孔752可以类似于图6的对准孔652。这样，多条光纤(未示出)可以插入对准孔752中，并且提供与波导748的高质量光学耦合。在实施例中，可类似于图6的磁体654的磁体754可定位成接近对准孔752，以提供将多条光纤(未示出)固定到对准孔752中。磁体754可以提供如果向多条光纤(未示出)施加不适当的力则多条光纤会被拔出的方式，使得它们被拔出而不是由于不适当的力断裂。
图8示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向集成散热器(IHS)的一侧的微透镜阵列，该集成散热器具有朝向光子管芯以与光子管芯光学耦合的微透镜阵列。光子封装800示出了与XPU 804电耦合、与IHS 808热耦合、以及与衬底806物理和/或电耦合的光子管芯802，该光子管芯802、XPU 804、IHS 808和衬底806可以类似于图5的光子管芯502、XPU 504、IHS 508和衬底506。光子封装800示出了使用开放空腔光子集成芯片(OCPIC)将光子管芯802与XPU 804直接电耦合的示例实施例。
可以类似于图5的微透镜阵列520的微透镜阵列820与光子管芯802光学耦合。如图所示，包括微透镜阵列820的光子管芯802可以设置在衬底806上，并且光子管芯802的至少一部分将在衬底806上方的空腔803内。注意，光子管芯802可以在光子管芯802的两侧上具有与图2的凸块242类似的凸块(未示出)，以便与XPU 804和衬底806这两者电耦合。
在实施例中，第二微透镜阵列830可以与IHS 808的一部分耦合。在实施例中，第二微透镜阵列830可以耦合在IHS 808的接近空腔803的边缘附近或该边缘处。在实施例中，光学路径848可以从微透镜阵列830延伸穿过集成散热器808。在实施例中，光学路径848可以是光学纤维阵列或某种其他波导。在实施例中，衬底806可以使用BGA 818与PCB 816电和/或物理耦合。
在实施例中，光子管芯802可以包括光栅耦合器(未示出)，例如图2的光栅耦合器246。光栅耦合器将光路的方向从例如垂直于光子管芯改变到可以类似于图2的波导248的波导，该波导平行于光子管芯802并且被包括在该光子管芯802中。该波导可以与微透镜阵列820光学耦合。
图9示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向IHS的一侧的微透镜阵列，该IHS具有开口以提供用于微透镜阵列的光路。光子封装900示出了与XPU 904电耦合、与IHS 908热耦合、以及与衬底906物理和/或电耦合的光子管芯902，该光子管芯902、XPU 904、IHS 908和衬底906可以类似于图5的光子管芯502、XPU 504、IHS 508和衬底506。光子封装900示出了使用OCB将光子管芯902与XPU 904直接电耦合的示例实施例。
可以类似于图5的微透镜阵列520的微透镜阵列920与光子管芯902光学耦合。如图所示，包括微透镜阵列920的光子管芯902可以设置在衬底906上，并且光子管芯902的至少一部分将在衬底906上方的空腔903内。注意，光子管芯902可在光子管芯902的两侧上具有与图2的凸块242类似的凸块(未示出)，以便与XPU 904和衬底906这两者电耦合。
在实施例中，第二微透镜阵列930可以与IHS 908的一部分耦合。在实施例中，第二微透镜阵列930可以耦合在IHS 908的外边缘处或其附近。在这些实施例中，可以穿过IHS908形成可以与空腔903耦合的空腔901，以允许光信号从第二微透镜阵列930传递到微透镜阵列920。在实施例中，光学路径948可从微透镜阵列930延伸到光学封装900的外部。在实施例中，光学路径948可以是光学纤维阵列或某种其他波导。在实施例中，衬底906可以使用BGA918与PCB 916电和/或物理耦合。
在实施例中，光子管芯902可以包括光栅耦合器(未示出)，例如图2的光栅耦合器246。光栅耦合器将光路的方向从例如垂直于光子管芯902改变到波导(未示出)，但是可以类似于图2的波导248，即平行于光子管芯902并且被包括在该光子管芯902中。该波导可以与微透镜阵列920光学耦合。
图10示出了根据各种实施例的包括光子管芯的示例封装，该光子管芯具有耦合到光子管芯的面向IHS的一侧的微透镜阵列，其中偏转棱镜与IHS耦合以沿着到微透镜阵列的路径改变光的方向。光子封装1000示出了与XPU 1004电耦合、与IHS 1008热耦合、以及与衬底1006物理和/或电耦合的光子管芯1002，该光子管芯1002、XPU 1004、IHS 1008以及衬底1006可以类似于图5的光子管芯502、XPU 504、IHS 508和衬底506。光子封装1000示出了使用OCB将光子管芯1002与XPU 1004直接电耦合的示例实施例。
可以类似于图5的微透镜阵列520的微透镜阵列1020与光子管芯1002光学耦合。如图所示，包括微透镜阵列1020的光子管芯1002可以设置在衬底1006上，并且光子管芯1002的至少一部分将在衬底1006上方的空腔1003内。注意，光子管芯1002可以在光子管芯1002的两侧上具有与图2的凸块242类似的凸块(未示出)，以便与XPU 1004和衬底1006电和/或物理耦合。
在实施例中，偏转机构1046可以与IHS 1008物理耦合。在实施例中，偏转机构1046可以成一定角度，以使得来自微透镜阵列1020的光路中的光改变方向并且流入光学路径1048中。在实施例中，光学路径1048可以是波导、光纤或光纤阵列，其中光纤具有透镜刻面1049。在实施例中，透镜刻面1049可以用于提高微透镜阵列1020和光学路径1048之间的光学耦合的质量。在实施例中，光学路径1048的一端可包括如上文关于图6所描述的一个或多个机构，包括对准孔652和磁体654。
在实施例中，光子管芯1002可以包括光栅耦合器(未示出)，例如图2的光栅耦合器246。光栅耦合器将光路的方向从例如垂直于光子管芯1002改变到波导(未示出)，但是可以类似于图2的波导248，即平行于光子管芯1002并且包括在该光子管芯1002中。该波导与微透镜阵列1020光学耦合。
图11示出了根据各种实施例的用于制造具有微透镜阵列的光子管芯的示例过程。过程1100可以使用如本文并且具体地关于图1-10所描述的装置、系统、技术或过程来执行。该过程可以在框1102开始。
在框1102，该过程可包括识别光子管芯。在实施例中，光子管芯可以类似于图2的光子管芯202、图3的302、图4的402、图5的502、图6的602、图7的702、图8的802、图9的902和/或图10的1002。在实施例中，光子管芯可以包括光子集成电路。在实施例中，光子管芯可以与诸如图2的衬底206的衬底电和/或物理耦合。在实施例中，光子管芯可以与诸如图2的XPU204的XPU电和/或物理耦合。在实施例中，光子管芯可以与诸如图10的XPU 1004的XPU直接物理耦合。在实施例中，光子管芯可以包括诸如图2的光栅耦合器246的光栅耦合器，其可以用于改变光子管芯内的光学路径的方向。
在框1104，该过程可以进一步包括识别微透镜阵列，该微透镜阵列包括一个或多个透镜以通过多个通道接收光信号或发射光信号。在实施例中，微透镜阵列可以类似于图2的微透镜阵列220、图3的320、321、图4的420、图5的520、图6的620、图7的720、图8的820、图9的920和/或图10的1020。在实施例中，微透镜阵列可以包括多个透镜，例如图2的透镜222。
在框1106，该过程还可包括将微透镜阵列光学和物理地耦合到光子管芯的表面。在实施例中，该耦合可以使用诸如图2的光学环氧树脂224的光学环氧树脂来实现。在其他实施例中，微透镜阵列的对准和光子管芯耦合可以通过一个或多个物理特征(例如，光子管芯402内的V形槽428和可以是图4的微透镜阵列420的一部分的凸块403)来促进。
图12示意性地示出了根据各实施例的计算设备。根据本公开内容中阐述的若干公开实施例及其等同方案中的任何一个，所示的计算机系统1200(也称为电子系统1200)可以体现与光子管芯光学耦合的一个或多个微透镜阵列的全部或部分。计算机系统1200可以是诸如上网本计算机的移动设备。计算机系统1200可以是诸如无线智能电话的移动设备。计算机系统1200可以是台式计算机。计算机系统1200可以是手持式读取器。计算机系统1200可以是服务器系统。计算机系统1200可以是超级计算机或高性能计算系统。
在实施例中，电子系统1200是计算机系统，其包括系统总线1220以电耦合电子系统1200的各种部件。根据各种实施例，系统总线1220是单条总线或总线的任何组合。电子系统1200包括向集成电路1210供电的电压源1230。在一些实施例中，电压源1230通过系统总线1220向集成电路1210提供电流。
集成电路1210电耦合到系统总线1220，并且包括根据实施例的任何电路或电路的组合。在实施例中，集成电路1210包括可以是任何类型的处理器1212。如本文所使用的，处理器1212可以表示任何类型的电路，例如但不限于微处理器、微控制器、图形处理器、数字信号处理器、或另一处理器。在实施例中，处理器1212包括以下部件或与以下部件耦合：与光子管芯光学耦合的一个或多个微透镜阵列的全部或部分，如本文所公开的。在实施例中，在处理器的存储器高速缓存中得到SRAM实施例。可以包括在集成电路1210中的其他类型的电路是定制电路或专用集成电路(ASIC)，例如，用于诸如蜂窝电话、智能电话、寻呼机、便携式计算机、双向无线电、和类似电子系统的无线设备中的通信电路1214，或用于服务器的通信电路。在实施例中，集成电路1210包括诸如静态随机存取存储器(SRAM)的管芯上存储器1216。在实施例中，集成电路1210包括嵌入式管芯上存储器1216，例如嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)。
在实施例中，集成电路1210由后续的集成电路1211补充。有用的实施例包括双处理器1213和双通信电路1215以及诸如SRAM的双管芯上存储器1217。在实施例中，双集成电路1210包括诸如eDRAM的嵌入式管芯上存储器1217。
在实施例中，电子系统1200还包括外部存储器1240，其进而可包括适合于特定应用的一个或多个存储器元件，诸如RAM形式的主存储器1242、一个或多个硬盘驱动器1244、和/或操控可移动介质1246(例如，磁盘、光盘(CD)、数字多用途盘(DVD)、闪存驱动器、以及本领域中已知的其他可移动介质)的一个或多个驱动器。根据实施例，外部存储器1240也可以是嵌入式存储器1248，例如管芯堆叠体中的第一管芯。
在实施例中，电子系统1200还包括显示设备1250、音频输出1260。在实施例中，电子系统1200包括诸如控制器的输入设备1270，其可以是键盘、鼠标、跟踪球、游戏控制器、麦克风、语音识别设备、或将信息输入到电子系统1200中的任何其他输入设备。在实施例中，输入设备1270是相机。在实施例中，输入设备1270是数字录音机。在实施例中，输入设备1270是相机和数字录音机。
如本文所示，集成电路1210可以在多个不同实施例中实现，包括根据若干公开的实施例及其等同方案中的任何一个的与光子管芯光学耦合的一个或多个微透镜阵列、电子系统、计算机系统、制造集成电路的一种或多种方法、以及制造电子组件的一种或多种方法，该电子组件包括实现根据如本文在各种实施例中阐述的若干公开的实施例及其本领域公认的等同方案中的任何一个的与光子管芯光学耦合的一个或多个微透镜阵列的全部或部分的封装衬底。元件、材料、几何形状、尺寸和操作顺序都可以改变以适应特定的I/O耦合要求，包括根据用于与光子管芯光学耦合的一个或多个微透镜阵列的若干公开过程及其等同方案中的任何一个的嵌入处理器安装衬底中的微电子管芯的阵列触点数、阵列触点配置。可以包括基础衬底，如图12的虚线所示。也可以包括无源器件，如图12中所示。
各种实施例可以包括上述实施例的任何适当组合，包括以上以结合形式(和)描述的实施例的可替换(或)实施例(例如，“和”可以是“和/或”)。此外，一些实施例可以包括其上存储有指令的一个或多个制品(例如，非暂时性计算机可读介质)，所述指令当被执行时，导致上述实施例中的任何实施例的动作。此外，一些实施例可以包括具有用于执行上述实施例的各种操作的任何适当模块的装置或系统。
以上对所示实施例的描述(包括摘要中所描述的)不是旨在是详尽无遗的或将实施例限制为所公开的精确形式。虽然为了说明的目的，本文描述了具体实施例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在实施例的范围内各种等同修改是可能的。
根据以上详细描述，可以对实施例进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将实施例限制于在说明书和权利要求中公开的特定实施方式。相反，本发明的范围完全由所附权利要求确定，所附权利要求将根据权利要求解释的既定原则来释义。
以下段落描述各种实施例的示例。
示例
示例1是一种装置，包括：光子管芯；以及微透镜阵列，与光子管芯的表面物理和光学地耦合，微透镜阵列包括一个或多个透镜以通过多个光学通道接收或发射光信号。
示例2可以包括示例1的装置，其中，微透镜阵列的一个或多个透镜排成一行。
示例3可以包括示例2的装置，其中，微透镜阵列还包括多个微透镜阵列。
示例4可以包括示例3的装置，其中，多个微透镜阵列排成一行，并且其中，微透镜阵列中的每一个的一个或多个透镜排成一行。
示例5可以包括示例3的装置，其中，多个微透镜阵列是平行的，并且其中，微透镜阵列中的每一个的一个或多个透镜形成平行的行。
示例6可以包括示例1的装置，其中，光子管芯的表面是光子管芯的顶表面或底表面。
示例7可以包括示例1的装置，还包括光子管芯上的一个或多个物理特征，以在将微透镜阵列物理和光学地耦合到光子管芯的表面之前将微透镜阵列与光子管芯的表面对准。
示例8可以包括示例7的装置，其中，光子管芯的表面包括一个或多个V形槽以接纳光子管芯上的一个或多个物理特征。
示例9可以包括示例8的装置，其中，微透镜阵列的包括多个透镜的第一表面与微透镜阵列的第二表面相对；并且还包括微透镜阵列的第二表面的一个或多个特征，其中，第二表面的一个或多个特征将分别适配到光子管芯的表面的一个或多个V形槽中。
示例10可以包括示例1的装置，其中，使用环氧树脂将微透镜阵列与光子管芯的表面物理和光学地耦合。
示例11可以包括示例10的装置，其中，光子管芯的表面还包括环氧树脂阻挡部，以阻止用于将微透镜阵列与光子管芯的表面物理耦合的环氧树脂进入光子管芯的表面上的区域。
示例12可以包括示例11的装置，其中，光子管芯的表面上的区域包括凸块区域。
示例13可以包括示例1的装置，其中，光子管芯是硅光子管芯。
示例14可以包括示例1的装置，其中，微透镜阵列的一个或多个透镜排成一行。
示例15可以包括示例1-14中任一项的装置，还包括嵌入到光子管芯的表面中的一个或多个光栅耦合器，每个光栅耦合器分别定位成接近每个透镜以便于透镜阵列的每个透镜与光子管芯之间的光的发射或接收。
示例16可以是一种方法，包括：识别光子管芯；识别微透镜阵列，该微透镜阵列包括一个或多个透镜，以通过多个通道接收或发射光信号；以及将微透镜阵列光学和物理地耦合到光子管芯的表面。
示例17可以包括示例16的方法，其中，将微透镜阵列光学和物理地耦合到光子管芯的表面还包括施加环氧树脂以将微透镜阵列光学和物理地耦合到光子管芯的表面。
示例18可以包括示例16-17中任一项的方法，其中，将微透镜阵列光学和物理地耦合到光子管芯的表面还包括将微透镜阵列的一个或多个物理特征与光子管芯的表面的一个或多个物理特征对准。
示例19是一种封装，包括：光子器件，所述光子器件包括：光子管芯；以及微透镜阵列，与光子管芯的表面物理和光学地耦合，微透镜阵列包括一个或多个透镜以通过多个通道接收或发射光信号；以及光子封装的与光子器件物理耦合的部件，物理耦合提供光路以与微透镜阵列的一个或多个透镜光学耦合。
示例20可以包括示例19的封装，其中，部件与光子器件电耦合。
示例21可以包括示例19的封装，其中，光子管芯是硅光子管芯。
示例22可以包括示例19的封装，其中，部件还包括接近微透镜阵列的一个或多个透镜的开口，该开口用于提供光路。
示例23可以包括示例19的封装，其中，部件包括与微透镜阵列的一个或多个透镜接近并光学耦合的一个或多个透镜。
示例24可以包括示例19的封装，其中，光子封装的部件选自以下各项中的一项：衬底、集成散热器(IHS)、片上系统(SOC)、CPU、图形处理器单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、或加速器。
示例25可以包括示例19-24中任一项的封装，其中，光路包括反射器以改变光在光路中行进的方向。

Claims (25)

1.一种装置，包括：
光子管芯；以及
微透镜阵列，与所述光子管芯的表面物理和光学地耦合，所述微透镜阵列包括一个或多个透镜以通过多个光学通道接收或发射光信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微透镜阵列的一个或多个透镜排成一行。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微透镜阵列还包括多个微透镜阵列。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个微透镜阵列排成一行，并且其中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜阵列的一个或多个透镜排成一行。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个微透镜阵列是平行的，并且其中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜阵列的一个或多个透镜形成平行的行。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光子管芯的表面是所述光子管芯的顶表面或底表面。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括所述光子管芯上的一个或多个物理特征，以在将所述微透镜阵列物理和光学地耦合到所述光子管芯的表面之前将所述微透镜阵列与所述光子管芯的表面对准。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述光子管芯的表面包括一个或多个V形槽以接纳所述光子管芯上的一个或多个物理特征。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述微透镜阵列的包括多个透镜的第一表面与所述微透镜阵列的第二表面相对；并且
还包括所述微透镜阵列的所述第二表面的一个或多个特征，其中，所述第二表面的所述一个或多个特征将分别适配到所述光子管芯的表面的一个或多个V形槽中。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，使用环氧树脂将所述微透镜阵列与所述光子管芯的表面物理和光学地耦合。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述光子管芯的表面还包括环氧树脂阻挡部，以阻止用于将所述微透镜阵列与所述光子管芯的表面物理耦合的环氧树脂进入所述光子管芯的表面上的区域。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述光子管芯的所述表面上的所述区域包括凸块区域。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光子管芯是硅光子管芯。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微透镜阵列的一个或多个透镜排成一行。
15.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的装置，还包括嵌入到所述光子管芯的表面中的一个或多个光栅耦合器，每个光栅耦合器分别定位成接近每个透镜以便于所述透镜阵列的每个透镜与所述光子管芯之间的光的发射或接收。
16.一种方法，包括：
识别光子管芯；
识别微透镜阵列，所述微透镜阵列包括一个或多个透镜，以通过多个通道接收或发射光信号；以及
将所述微透镜阵列光学和物理地耦合到所述光子管芯的表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述微透镜阵列光学和物理地耦合到所述光子管芯的表面还包括施加环氧树脂，以将所述微透镜阵列光学和物理地耦合到所述光子管芯的表面。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，将所述微透镜阵列光学和物理地耦合到所述光子管芯的表面还包括将所述微透镜阵列的一个或多个物理特征与所述光子管芯的表面的一个或多个物理特征对准。
19.一种封装，包括：
光子器件，包括：
光子管芯；以及
微透镜阵列，与所述光子管芯的表面物理和光学地耦合，所述微透镜阵列包括一个或多个透镜以通过多个通道接收或发射光信号；以及
光子封装的与所述光子器件物理耦合的部件，所述物理耦合提供光路以与所述微透镜阵列的一个或多个透镜光学耦合。
20.根据权利要求19所述的封装，其中，所述部件与所述光子器件电耦合。
21.根据权利要求19所述的封装，其中，所述光子管芯是硅光子管芯。
22.根据权利要求19所述的封装，其中，所述部件还包括接近所述微透镜阵列的一个或多个透镜的开口，所述开口用于提供所述光路。
23.根据权利要求19所述的封装，其中，所述部件包括与所述微透镜阵列的一个或多个透镜接近并光学耦合的一个或多个透镜。
24.根据权利要求19所述的封装，其中，所述光子封装的部件选自以下各项中的一项：衬底、集成散热器(IHS)、片上系统(SOC)、CPU、图形处理器单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或加速器。
25.根据权利要求19、20、21、22、23或24所述的封装，其中，所述光路包括反射器以改变光在所述光路中行进的方向。
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