CN1977199A - 制造电－光模块的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造电－光混合模块(100)的系统和方法。这种电－光混合模块(100)可以包括电－光组件、电子组件(110)、嵌入了至少一个光波导(120)的平面光波电路(PLC)。电－光组件可以通过折叠微镜(160)发射或接收能量，而电子组件则能够放大电信号并传递给电－光组件。平面光波电路通常可以通过可以嵌入平面光波电路的多根光波导提供光－电子信号通信路径。

Description

制造电-光模块的系统和方法

背景技术

可以将光通信系统构造成允许在所需要的位置之间传播信号。这些信号可以通过通信系统的一些部分沿着光路经传播。典型情况下可以将光-电子模块用于这种光通信系统，例如光纤光通信系统。典型情况下可以将这种光-电子模块用于将电能量和信号转换成光能量和信号，或者反过来。这种光-电子模块可以组合光学元件、电组件、光波导和电路来实现所需要的能量转换。

在波分复用(WDM)光通信系统这种光通信系统里，通常可以将光纤用于引导光信号。制造多路径光纤用于引导几个光信号在技术上存在限制。目前，平面光波导电路(PLC)将几个光单元与光波导组合起来，用作WDM这种光通信系统的一部分。在结合了PLC的通信系统里，有源器件和光波导可能作为独立的实体存在。

附图说明

在本说明书的结论部分特地指出并专门声明了被看作本发明的主题。但是，作为操作组织和操作方法的本发明，及其目的、特征和优点，可以通过阅读附图，详细地参考下面的详细描述来最好地加以理解。在这些附图中：

图1是本发明一些实施例中光-电混合模块的侧视剖面图；

图2是本发明一些实施例中光-电混合模块的顶视图；

图3描述本发明一些实施例中光-电混合模块的制造方法流程；以及

图4是本发明一些实施例中多个光-电模块的部分晶片图。

显然，为了使说明简洁、清楚起见，附图中示出的元件没有按比例画出。例如，为了清楚起见，相对于其它元件可能夸大了一些元件的尺寸。此外，合适的时候，在这些附图中可能会重复使用标号来表明对应或相似的元件。

具体实施方式

在下面的详细描述中，给出了大量的具体细节，以便全面理解本发明。但是，本领域技术人员会明白可以实践本发明而不需要这些具体细节。在其它情形下，没有详细描述众所周知的方法、程序和组件，以免模糊本发明。

为了嵌入波导，同时为了充当几个电-光组件和电缆的支撑基片，可能需要使用透明基片，比如玻璃。这些电-光组件可以包括例如光二极管、光电二极管、激光二极管或类似组件。这些透明基片可以支持波导和电-光组件之间的直接光耦合。参考图1。纤维光通信系统通常可以包括通常安装在印刷电路板(PCB)105、106上面的光-电混合模块100。光-电混合模块100的一个实施例可以包括电-光组件110、电子组件115、至少一个嵌入波导120、例如玻璃支撑125这种透光支撑以及光纤插头130。电-光组件110可以充当发射器或接收器。电子组件115通常可以放大电信号，并传递给例如电-光组件110这种外部组件。可以用几种波导制作技术，例如用于在玻璃基片中产生离子交换从而产生波导120的技术，或者可以提供嵌入在基片135中的光-电子信号通信路径的其它类似技术，来实现平面光波电路(PLC)135。印刷电路板可以包括在光-电混合模块100、200包括的多个表面的几个上，比如外表面106或者内表面105上。波导120可以是沿着基片135传播光束这种光-电子信号的单模或多模波导。光波导可以包括例如光功率分配、波长复用和波长去复用这种光学功能。波导可以是楔形的，以改善电-光组件110和波导120之间的连接。玻璃支撑135通常可以密封波导120。光-电混合模块100、200也可以包括光纤插头130，用于直接并容易地与外部光纤连接。在另一个实施例中，外部光纤可以通过用于永久光连接的焊接(bonding)或者类似方法永久性地连接到光-电混合模块100、200的光输入端或输出端。

电子组件115可以将电能量传送给电-光组件110或者从电-光组件110接收电能量。电-光组件110可以是例如光电二极管、激光二极管或类似组件。象总线结构(未示出)、PCB 140的触点以及导电过孔145这种电互连通常都可以位于波导支撑玻璃135的表面上。这些电互连可以是共面或者带线导体形式的，以提高RF性能。缩短的导线可以进一步提高RF性能。这种电互连可以提供电功率给电子组件115。电-光组件110和电子组件115可以包围在具有金属帽155的散热封装150里。

进一步参考图2。根据本发明的一个优选实施例，电-光组件110(图1)可以包括例如激光二极管205、光电二极管210、半导体器件(未示出)或者类似的电-光组件。例如，可以用光电二极管210连接电子组件115，并且通过嵌入的折叠微镜160连接到波导120通道。例如激光二极管205也可以通过另一个嵌入的折叠微镜160连接到波导120通道。可以在战略上放置折叠微镜160，以便在例如激光二极管205这种电-光组件110和波导120之间传递能量。微镜160可以是例如玻璃中实现全内反射(TIR)现象的一道槽，或者是反射光的金属涂敷表面，等等。例如激光二极管205通常可以通过折叠微镜160将光能发射到波导120里，而例如光电二极管210则可以通过折叠微镜160丛波导120接收光能。激光二极管205可以从电接口215接收电能，并且将电能转换成光能。象例如光电二极管210这种光检测器可以从波导120接收光能，并且将光能转换成电信号。可以由电接口215接收电信号然后发射给可能位于包括光-电混合模块100、200的几个表面之上的至少另一个电路105、106。这些电路可以包括电组件，例如数字的或模拟的放大器。这些电组件可以嵌入光-电混合模块100、200中。

波导玻璃支撑135通常可以包括多个离子交换波导120或者任意类似嵌入式波导、电路215和互连，以及象例如折叠微镜160这种多个光束折叠器(beam folders)。电-光组件110通常可以是分开的实体。由于电-光组件110和波导玻璃支撑135这两个分开的实体可以在机械上牢牢地固定在一起，因此它们的封装定位可以相对容易，焊接精度通常可以导致整体光学性能的改善。波导玻璃支撑135和电-光组件110通常可以用粘结材料附着或者焊接。粘结材料通常可以具有透光特性，类似于支撑135的材料的特性，从而在电-光组件110和波导120之间确保良好匹配光路径的存在，而使这一路径中自由空间间隙的存在最小甚至完全消除。由于在光路径上不存在自由空间或者阻抗变化，因此电-光组件110的光能发射或吸收保持不受影响。这样就可以省略复杂的透镜这种光匹配考虑和机械固定考虑来确保电-光组件110相对于波导120的稳定和均匀定位。电-光组件110在波导120上的粘结安装可以叫做裸片安装。与封装安装相比较，裸片安装通常允许开发更紧凑、更轻、光学精度更高、机械耐久性更好的电-光混合模块100、200设计。

光-电混合模块100、200的另一种用途是可以允许一个或多个集成电路之间的电、光耦合，除了电连接以外，光-电混合模块100、200或者电-光组件和印刷电路板(PCB)105、106可以包括多个波导结构。这种光-电混合模块100、200可以包括倒装式安装在基片135上的光学元件，基片135上形成的并且光连接到光-电组件110的光波导120，以及通常可以填充基片135和光-电组件110之间空隙的粘结剂。光-电组件110可以利用上凸点技术(solder bump technology)以倒装方式焊接到集成电路上去，而这一集成电路则可以以倒装方式焊接到球栅阵列(BGA)封装。这一BGA封装可以是用例如回流焊接技术焊接到PCB 135上去的。光-电组件110可以具有附着的透镜，以便到光波导120的光耦合。

根据本发明的一个优选实施例，电子组件115可以额外地安装到光波导120的表面上。电-光组件110和电子组件115可以用树脂全部密封。由于电-光组件110和电子组件115安装在光波导玻璃支撑135的表面上，因此可以缩短这些元件之间的互连。互连可以是单层的，从而方便形成互连。可以因为电-光组件110和电子组件115的树脂密封(未示出)强化电-光混合模块100、200。此外，电-光模块100、200可以通过光-电组件110和电子组件115的混合组合来提高它的集成度，同时降低成本。

更进一步，树脂可以具有阻光特性。电子元件115可以在光投射到它上面的情况下进行默认操作。因此，与光照射相联系的默认电子操作可以通过用这种树脂密封电子元件115来加以防止。电子元件115可以具有驱动电-光组件110例如光电二极管210的能力。这一点可以导致光学模块100、200的更高的集成度。由于同时安装了电-光组件110和可以驱动或者控制电-光组件110的电子元件115，光-电混合模块100、200可以具有更高的价值，例如更高的空间利用率，同时实现更低的成本。

根据本发明的一个实施例，电路220可以直接叠在波导基片135的玻璃表面上，从而不需要安装的电子元件115。可能根本不需要考虑不同组件之间的连接的可靠性。可以消除集成电路组件之间的连接，从而改善互连阻抗和噪声特性，同时使时间延迟最小。本发明的这一实施例还可以导致光一电混合模块100、200上更高的集成度，同时实现/维持最低成本。

图3所示，本发明一些实施例中制造光-电混合模块100、200的一种方法可以包括制造包括电路105、106的波导玻璃晶片(框300)。制造这一波导玻璃晶片可以包括用离子交换技术在平面光波电路(PLC)玻璃层135中形成波导120，在PLC玻璃层135上印刷电线105和触点，以例如45度角切割出一个槽，以及按照一些实施例用金属涂敷这个槽。可以通过切割空腔用于在其中包括光-电组件110和电子组件115来产生支撑玻璃晶片125，产生过孔145，用导电材料涂敷过孔，以及在晶片两面印制电线和触点(框305)。可以通过各种蚀刻技术来产生过孔145，比如干蚀刻或湿蚀刻。然后可以将支撑玻璃晶片125附着在波导(PLC)玻璃晶片135上，从而产生光-电模块100、200(框310)。参考图4，图4描绘了双棒切割405上面多个光-电模块100、200的部分晶片图400。可以在光纤光连接器130一侧切割晶片，以便产生暴露多个光-电模块100、200的光纤光端点130的双棒405。在双棒405的芯片级切割之前，可以将光纤光测试设备连接到光学光纤端点130，以便测试光-电混合模块100、200的成品率。光纤光连接器130一侧通常可以以例如8度的角度抛光。可以在波导120的端部附着软导线纤维。本发明的一些实施例的制造完成可以包括向光-电混合模块100、200附着光-电组件110，比如光电二极管、激光二极管或者类似组件(框315)。可能需要有源对准光束(active alignment beam)来确保光-电组件110与嵌入光-电混合模块100、200的波导120的对准。光-电组件110通常可以用导热聚合物封装。可以切割双棒来产生分开的光-电混合模块100、200。

尽管在这里说明和描述了本发明的特定特征，但是本领域普通技术人员会想到许多修改、替换、改变和等同替换。因此可以理解，后面的权利要求涵盖了本发明真实精神范围之内的所有这种修改和改变。

Claims (16)

1.一种混合模块，包括：

电-光组件，用于发射或接收能量；

电子组件，用于放大并传递电信号给外部组件；

平面光波电路，用于提供光-电子信号通信路径；以及

至少一个光波导，嵌入所述平面光波电路，用于传播所述光-电子信号通信。

2.如权利要求1所述的系统，还包括光纤插头或连接器。

3.如权利要求1所述的系统，还包括嵌入的折叠微镜，用于在所述电-光组件和所述至少一个光波导之间传递能量。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述波导包括楔形波导。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述电-光组件和所述电子组件包围在散热封装里。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述散热封装包括金属帽。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述电-光组件连接到所述电子组件。

8.如权利要求5所述的系统，其中所述电-光组件通过所述嵌入的折叠微镜连接到所述多个波导。

9.如权利要求5所述的系统，其中所述电-光组件包括电流放大器，用于放大微弱信号。

10.一种方法，包括：

制造波导玻璃晶片；

产生支撑玻璃晶片；

通过将所述支撑玻璃晶片附着在所述波导支撑玻璃上来产生光学芯片；以及

通过将多个电-光组件附着到所述光学芯片上来产生电-光模块。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述制造所述波导玻璃晶片还包括：

在平面光波电路里利用离子交换技术产生多个波导；

在所述平面光波电路层上印制多条电线和触点；

在所述平面光波电路层中切割槽；以及

用金属填充所述平面光波电路层里的所述槽。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述产生所述支撑玻璃还包括：

产生多个过孔；

用导电材料涂敷所述过孔；以及

在所述波导玻璃晶片的两面印制多条电线和多个触点。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述产生所述多个过孔包括湿蚀刻和干蚀刻。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述产生所述光学芯片还包括：

在光纤光连接器一侧切割所述波导玻璃晶片以产生双棒；

对所述光纤光连接器一侧进行抛光；以及

在所述多个波导的端部附着软导线光纤。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述附着所述电-光组件到所述光学芯片包括使用有源对准光束。

16.如权利要求10所述的方法，其中所述产生所述电-光模块还包括：

用导热聚合物封装所述电-光组件和电子组件；以及

切割所述双棒以产生分开的所述电-光模块。

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