DE102022124633A1

DE102022124633A1 - PIC-Die und Package mit mehrstufigen Verbindungen unterschiedlicher Tiefen von Fasern zu optischen On-Chip-Komponenten

Info

Publication number: DE102022124633A1
Application number: DE102022124633.7A
Authority: DE
Inventors: Nicholas A. Polomoff; Thomas Houghton; Yusheng Bian
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CN116027575A; US20230130467A1

Abstract

Es wird ein photonisches integriertes Schaltungs (PIC) -Die bereitgestellt. Das PIC-Die umfasst einen Satz optischer Verbindungsnuten, umfassend eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die mit einer ersten optischen Komponente in einer ersten Schicht angeordnet ist, in einer ersten vertikalen Tiefe in einer Mehrzahl von Schichten eines Körpers des Chips ausrichtet, und einer zweiten Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, mit einer zweiten optischen Komponente in einer zweiten, anderen Schicht in einer zweiten, anderen vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet. Die Nuten können auch Endflächen in unterschiedlichen lateralen Tiefen von einer Kante des Körpers des PIC-Dies aufweisen. Es kann eine beliebige Anzahl der ersten und zweiten Nuten verwendet werden, um ein optisches Signal an eine beliebige Anzahl von Schichten in unterschiedlichen vertikalen und/oder lateralen Tiefen innerhalb des Körpers des PIC-Dies zu übertragen.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf photonische integrierte Schaltungen (PICs) und insbesondere auf ein PIC-Die mit optischen Verbindungsnuten mit mehreren Tiefen (vertikal und/oder lateral) zur Verbindung auf mehreren Ebenen im PIC-Die von Kernen externer optischer Fasern mit optischen Komponenten auf einem Chip.
Aktuelle Dies von photonischen integrierten Schaltungs-Dies (PIC-Dies) erfordern komplexe Integrationsschemata zum Packaging. Eine Herausforderung besteht darin, eine optische Kopplung zwischen dem PIC-Die und externen optischen Fasern bereitzustellen. Zum Beispiel müssen sehr genaue Ausrichtungstoleranzen beim Anbringen von Eingangs- und Ausgangsfasern eingehalten werden, um Licht effizient zwischen den optischen Wellenleitern auf dem Chip und externen Verbindungen außerhalb des Moduls zu koppeln. In der Regel wird eine V- oder U-förmige optische Verbindungsnut in einer Kante des PIC-Dies gebildet, um eine optische Faser in Ausrichtung zu einem entsprechenden optischen On-Chip-Wellenleiter im PIC-Chip anzubringen. Eine Herausforderung bei dieser Anordnung besteht darin, dass die optischen On-Chip-Wellenleiter in oder nahe der aktiven Schicht des PICs ausgebildet sind, d. h. mit aktiven Bauelementen wie Transistoren darin. Folglich werden alle lateralen optischen Verbindungsnuten zur Verbindung externer optischer Fasern mit dem PIC-Die ebenfalls nahe der aktiven Schicht des PICs gebildet. Die Nuten nehmen einen erheblichen Teil des PIC-Footprints ein, der sonst für die aktiven Bauelemente des photonischen Bauelements genutzt werden könnte. Diese Anordnung schränkt auch die Möglichkeit ein, die Datenübertragungsrate (Bandbreite) und -dichte im PIC zu erhöhen, da zu viele optische Fasern in unmittelbarer seitlicher Nähe zueinander ein Übersprechen zwischen den optischen Signalen verursachen. Bei einem anderen Ansatz kann eine optische Faser mit mehreren vertikal beabstandeten optischen Wellenleiter verbunden werden, insbesondere ein Netz von Wellenleitern, die alle innerhalb des PIC miteinander verbunden sind. Da nur eine optische Faser bereitgestellt wird, erhöht dieser Ansatz weder die Datenübertragungsrate (Bandbreite) noch die Dichte im PIC.
Zusammenfassung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein photonisches integriertes Schaltungs (PIC) -Die, umfassend: einen Körper mit einer Mehrzahl von Schichten, die eine Mehrzahl von Verbindungsschichten umfassen; und einen Satz optischer Verbindungsnuten, die in einer Kante des Körpers festgelegt sind, wobei der Satz optischer Verbindungsnuten umfasst: eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer ersten optischen Komponente in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet; und eine zweite Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer zweiten optischen Komponente in einer zweiten, anderen Schicht in einer zweiten, anderen vertikalen Tiefe als die erste vertikale Tiefe der Mehrzahl von Schichten ausrichtet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein photonisches integriertes Schaltungs (PIC) - Die, umfassend: einen Körper mit einer Mehrzahl von Schichten, die eine Mehrzahl von Verbindungsschichten umfasst; und einen Satz optischer Verbindungsnuten, die in einer Kante des Körpers festgelegt sind, wobei der Satz optischer Verbindungsnuten umfasst: eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer ersten optischen Komponente in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet, wobei die erste Nut eine erste Endfläche aufweist, die die erste optische Komponente in einer ersten lateralen Tiefe von einer Kante des Körpers freilegt, und eine zweite Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer zweiten optischen Komponente in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet, wobei die zweite Nut eine zweite Endfläche aufweist, die die zweite optische Komponente in einer zweiten lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt, die sich von der ersten lateralen Tiefe unterscheidet.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, umfassend: ein Bilden einer ersten Nut, die in einer Kante eines Körpers eines photonischen integrierten Schaltungs (PIC) -Dies festgelegt ist, wobei die erste Nut eine erste optische Komponente in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in einer Mehrzahl von Schichten des Körpers freilegt; und ein Bilden einer zweiten Nut, die in der Kante des Körpers festgelegt ist, wobei die zweite Nut eine zweite optische Komponente in einer zweiten, anderen Schicht in einer zweiten, anderen vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten des Körpers freilegt.
Die vorgenannten und andere Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen im Detail beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines PIC-Packaging gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
2 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die in verschiedenen optischen Verbindungsnuten angebracht sind, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne der optischen Fasern in verschiedenen vertikalen Tiefen anordnen.
3 eine perspektivische Ansicht eines PIC-Dies ohne die angebrachten optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
4 eine perspektivische Ansicht eines PIC-Chips mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die in optischen Verbindungsnuten angebracht sind, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne der optischen Fasern in unterschiedlichen vertikalen Tiefen anordnen.
5 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die in verschiedenen optischen Verbindungsnuten für zwei aktive Schichten in verschiedenen vertikalen Tiefen angebracht sind.
6 eine perspektivische Ansicht eines PIC-Dies mit einem Satz optischer Verbindungsnuten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne der optischen Fasern in unterschiedlichen vertikalen Tiefen und in unterschiedlichen lateralen Tiefen von einer Kante des Chipkörpers anordnen.
7 eine perspektivische Ansicht eines PIC-Dies aus 6 mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die in dem Satz optischer Verbindungsnuten angebracht sind.
8 eine perspektivische Ansicht eines PIC-Dies mit einem Satz optischer Verbindungsnuten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne der optischen Fasern in unterschiedlichen lateralen Tiefen von einer Kante des Würfelkörpers positionieren.
9 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies und eines PIC-Package mit einem vertikalen optischen Wellenleiter gemäß den Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
10 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die in verschiedenen optischen Verbindungsnuten angebracht und nach vertikaler Tiefe angeordnet sind.
11 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies und eines PIC-Packages mit aufgesetztem Deckel gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
12 eine Draufsicht auf ein PIC-Die und ein PIC-Package mit einem Deckel über einem Abschnitt des PIC-Dies gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
13 eine Draufsicht auf ein PIC-Die und ein PIC-Package mit einem Deckel über dem gesamten PIC-Die gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
14 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies und ein PIC-Package mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die durch optische Verbindungsnuten angebracht sind, so dass sich deren Kerne in mehr als zwei verschiedenen vertikalen Tiefen befinden.
15 eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies und eines PIC-Packages mit optischen Fasern gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt, die durch optische Verbindungsnuten befestigt sind, so dass deren Kerne mit optischen Komponenten in einer Mehrzahl von Verbindungsschichten in verschiedenen vertikalen Tiefen ausgerichtet sind.

Die Zeichnungen der Erfindung sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und sind daher nicht als den Umfang der Erfindung beschränkend anzusehen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Diese Ausführungsformen sind ausreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die Anwendung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden, ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung dient daher nur der Veranschaulichung.
Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ oder „über“ einem anderen Element bezeichnet ist, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird ein Element dagegen als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem anderen Element bezeichnet, so sind Zwischenelemente nicht unbedingt vorhanden. Wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder damit „gekoppelt“ bezeichnet wird, kann es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein oder es können Zwischenelemente vorhanden sein. Wird ein Element hingegen als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, sind keine Zwischenelemente vorhanden.
Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung sowie andere Varianten davon bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, eine bestimmte Eigenschaft usw., die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben sind, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“ sowie alle anderen Varianten, die an verschiedenen Stellen in der Beschreibung erscheinen, nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform. Es ist zu verstehen, dass die Verwendung von „/“, „und/oder“ und „mindestens eines von“, z. B. in den Fällen von „A/B“, „A und/oder B“ und „mindestens eines von A und B“, nur die Auswahl der ersten aufgeführten Option (A) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder die Auswahl beider Optionen (A und B) umfassen soll. Ein weiteres Beispiel: In den Fällen „A, B und/oder C“ und „mindestens eine der Optionen A, B und C“ soll diese Formulierung nur die erste aufgeführte Option (A) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder nur die Auswahl der dritten aufgeführten Option (C) umfassen, oder die Auswahl der ersten und der zweiten aufgeführten Option (A und B), oder die Auswahl der ersten und der dritten aufgeführten Option (A und C), oder die Auswahl der zweiten und der dritten aufgeführten Option (B und C), oder die Auswahl aller drei Optionen (A und B und C). Dies kann, wie für einen Fachmann leicht ersichtlich, für beliebig viele der aufgeführten Optionen erweitert werden.
„Optische Faser“ kann jede heute bekannte oder später entwickelte Einzelmoden- oder Multimoden-Struktur umfassen, die in der Lage ist, ein optisches Signal von einer externen Quelle zu einem PIC-Die zu übertragen, ohne Beschränkung umfassend dünne flexible Fasern aus Glas, Polymer oder anderen transparenten Feststoffen, die optische (lichtbasierte) Signale übertragen können.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine photonische integrierte Schaltung (PIC) und ein entsprechendes PIC-Package bereit. Das PIC-Die umfasst einen Körper mit einer Mehrzahl von Schichten, die eine Mehrzahl von Zwischenverbindungsschichten aufweist. Die Mehrzahl von Schichten umfasst optische Komponenten, um eine photonische integrierte Schaltung (PIC) zu erzeugen. Das PIC-Die weist auch einen Satz optischer Verbindungsnuten auf, die in einer Kante des Körpers des PIC-Dies festgelegt sind, z. B. einer lateralen Seite und der oberen Oberfläche des Körpers. Der Satz optischer Verbindungsnuten umfasst eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer ersten optischen Komponente, wie z. B. einem optischen Empfänger, in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet, und eine zweite Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer zweiten optischen Komponente in einer zweiten, unterschiedlichen Schicht mit einer zweiten unterschiedlichen vertikalen Tiefe als die erste vertikale Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Nuten unterschiedliche seitliche Tiefen oder Abstände von der Kante des Körpers aufweisen. In dieser Hinsicht kann die erste Nut eine erste Endfläche aufweisen, die die erste optische Komponente in einer ersten lateralen Tiefe vom Rand des Körpers freilegt, und die zweite Nut weist eine zweite Endfläche auf, die die zweite optische Komponente in einer zweiten lateralen Tiefe vom Rand des Körpers freilegt, die sich von der ersten lateralen Tiefe unterscheidet. Eine beliebige Anzahl der ersten und zweiten Nuten kann verwendet werden, um optische Signale an optische Komponenten in einer beliebigen Anzahl von Schichten und in einer beliebigen vertikalen und/oder lateralen Tiefe innerhalb des PIC-Dies zu übertragen. Ein PIC-Package kann auch einen Deckel über mindestens einem Teil des PIC-Dies umfassen.
Ausführungsformen des PIC-Dies und des PIC-Packages stellen eine Ausrichtung der optischen Signale und die Kommunikation zu den einzelnen interessierenden Schichten bereit und verringern Signalverluste und Übersprechen. Das PIC-Die stellt auch eine bessere Nutzung diskreter Schichten und einzelner Schichten bereit, z. B. durch eine Freigabe von Bereichen einer aktiven Schicht für andere aktive Schichtvorrichtungen anstelle einer Faseranbringungsstruktur. Das PIC-Die kann im Vergleich zu herkömmlichen PIC-Dies auch höhere Datenübertragungsraten und eine höhere Datenübertragungsdichte in und aus den einzelnen Schichten bereitstellen. Der Satz von Nuten stellt eine Flexibilität bereit, Licht zu einer oder mehreren aktiven Schichten (Front-End-of-Line FEOL) und/oder zu optischen Komponenten in den Back-End-of-Line (BEOL) und/oder Middle-of-Line (MOL) - Verbindungsschichten zu leiten. Die Nuten stellen auch eine Flexibilität bereit, Licht zu optischen Komponenten zu leiten, die sich in unterschiedlichen lateralen Tiefen von einer Kante des PIC-Dies befinden. Vertikale Wellenleiter können auch verwendet werden, um das optische Signal vertikal zwischen verschiedenen Schichten zu übertragen.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine perspektivische Explosionsansicht eines PIC-Packages 100 (ohne eine daran angebrachte Leiterplatte) von oben zeigt. Das PIC-Package 100 (auch bekannt als PIC-Die-Fan-Out-Package und im Folgenden als „PIC-Package 100“ bezeichnet) kann einen Overmold-Körper 110 und ein PIC-Die 112 im Overmold-Körper 110 umfassen. Das PIC-Die 112 kann jede heute bekannte oder später entwickelte integrierte Halbleiterschaltung umfassen. Wie im Stand der Technik kann das PIC-Die 112, das auch als integrierter optischer Schaltkreis bezeichnet wird, eine beliebige Vorrichtung sein, die eine elektro-optische Schaltung 114 (oder PIC) umfasst, die mehrere photonische Funktionen für optische Informationssignale integriert, die von ihr z. B. über optische Fasern 116 empfangen werden. Diese Funktionen umfassen häufig eine Umwandlung der optischen Informationssignale in elektrische Signale oder umgekehrt. Die elektro-optische Schaltung 114 kann wenigstens eine optische Komponente 118 (1, gestrichelte Linien) umfassen. Die wenigstens eine optische Komponente 118 kann beispielsweise ein Wellenleitersystem (z. B. Gitterkoppler, E/A-Wellenleiter), aber je nach Anwendung auch andere Komponenten umfassen, wie z. B. einen Bragg-Reflektor, ein Wellenleitergitter, eine transistorgestützte Elektronik einschließlich Detektoren und Modulatoren, Fotodioden, einen optisch-zu-elektrisch Empfänger (Konverter), optische Verstärker, einen Laser, einen Koppler und/oder einen Modulator. Das optische Wellenleitersystem kann Strukturen zur Führung von Licht/Signalen von jeder daran gekoppelten optischen Faser einzeln umfassen.
Der Overmold-Körper 110 kann jedes heute bekannte oder später entwickelte Material umfassen, das in der Lage ist, elektronische Geräte einzukapseln, wie z. B. ohne Beschränkung duroplastische Polymere, die z. B. in Form von Epoxidharzen oder Materialien auf Silikonbasis vorliegen. Das PIC-Package 100 kann auch eine zusätzliche Vorrichtung 120 in dem Overmold-Körper 110 umfassen. Die wenigstens eine zusätzliche Vorrichtung 120 kann eine oder mehrere Vorrichtungen umfassen, die ergänzende Funktionen zum PIC im PIC-Die 112 bieten. Es kann eine beliebige Anzahl von zusätzlichen Vorrichtungen 120 bereitgestellt werden. Die wenigstens eine zusätzliche Vorrichtung 120 kann ohne Beschränkung umfassen: einen Transimpedanzverstärker (TIA), einen Treiber und/oder eine passive Vorrichtung (z. B. einen Widerstand, einen Kondensator oder ein anderes passives Element). Das PIC-Package 100 kann auch eine RDL (Redistribution Wiring Layer) - Zwischenschicht 122 umfassen, die an den Overmold-Körper 110 angrenzt und elektrisch mit dem PIC-Die 112 und der wenigstens einen zusätzlichen Vorrichtung 120 verbunden ist. Die RDL-Zwischenschicht 122 kann jede heute bekannte oder später entwickelte Verbindungsstruktur aufweisen, wie z. B. ohne Beschränkung Verdrahtungen und Durchkontaktierungen innerhalb der jeweiligen dielektrischen Schichten. Die dielektrischen Schichten umfassen unter anderem: Polyimid (PI), Polybenzaoxazol (PBO), Benzocyclobuten (BCB) und Materialien auf Epoxidbasis. Verdrahtung und Durchkontaktierungen können aus allen bekannten oder neu entwickelten Materialien gebildet sein, wie z. B. Kupfer oder Aluminium innerhalb eines Liners bzw. einer Beschichtung aus hochschmelzendem Metall. Andere herkömmliche PIC-Packagestrukturen können ebenfalls bereitgestellt sein.
Das PIC-Package 100 umfasst auch eine Mehrzahl von optischen Fasern 116, die wenigstens mit einer optischen Komponente 118 (1, gestrichelte Linien) im PIC-Die 112 betriebsfähig verbunden sind. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des PIC-Dies 112 und eine Anzahl von daran angebrachten optischen Fasern 116, 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des PIC-Dies 112 ohne optische Fasern und 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des PIC-Dies 112 mit optischen Fasern 116 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Das PIC-Die 112 umfasst einen Körper 128 mit einer Mehrzahl von Schichten 130 (2-3) umfassend eine Mehrzahl von Verbindungsschichten 134 (2-3). Die Mehrzahl der Schichten 130 kann auch wenigstens eine aktive Schicht 132 umfassen. In diesem letzteren Fall kann die Mehrzahl der Verbindungsschichten 134 über der wenigstens einen aktiven Schicht 132 liegen. Die Mehrzahl der Schichten 130 kann auch ein Substrat 146 umfassen. Im gezeigten Beispiel kann die wenigstens eine aktive Schicht 132 Teil eines Halbleiter-auf-Isolator (SOI) -Substrats sein, das die wenigstens eine aktive Schicht 132 in einer SOI-Schicht 138 über einer Isolatorschicht 140 über dem Substrat 146 aufweist. Die SOI-Schicht 138 und das Substrat 146 können jedes für PIC-Dies geeignete Halbleitermaterial umfassen, z. B. Silizium, Silizium-Germanium usw. Die Isolatorschicht 140 kann jedes geeignete Dielektrikum für SOl-Substrate umfassen, z. B. Siliziumoxid. Während eine aktive Schicht 132 als Teil eines SOI-Substrats gezeigt wird, sind Ausführungsformen der Erfindung nicht auf irgendeine Form von Substrat beschränkt.
Die wenigstens eine aktive Schicht 132 kann alle heute bekannten oder später entwickelten aktiven Vorrichtungen (nicht dargestellt) umfassen, wie z. B. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und andere Formen von aktiven Vorrichtungen, insbesondere alle Front-End-of-Line (FEOL) -Bauelemente. Die Verbindungsschichten 134 können beliebige Back-End-of-Line (BEOL) oder Middle-of-Line (MOL) -Verbindungsschichten umfassen. Die Verbindungsschichten 134 können Schichten aus einem dielektrischen Material, z. B. Siliziumoxid, mit seitlich verlaufenden Metalldrähten und/oder vertikalen Metallkontakten (Vias) umfassen, die Teile des PIC-Dies 112 zur Bildung des PIC elektrisch verbinden können. Die Verbindungsschichten 134 können auch passive Vorrichtungen (nicht dargestellt) wie Widerstände, Kondensatoren, optische Wellenleiter usw. umfassen.
Das PIC-Die 112 umfasst auch einen Satz optischer Verbindungsnuten 136, die in einer Kante 137 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 festgelegt sind. Die Kante 137 kann eine äußere Oberfläche 142 des Die und/oder eine laterale Seite 144 des Körpers 128 umfassen. Die laterale Seite 144 kann eine Seite des quadratisch oder rechteckig geformten PIC-Dies 112 (und optional des Overmold-Körpers 110 (1)) umfassen, die im Betriebszustand nicht vertikal, d. h. nach oben oder unten, weist. Die optischen Verbindungsnuten 136 dienen zur Positionierung der optischen Fasern 116, und insbesondere der optischen Faserabschnitte, relativ zu den optischen Komponenten 118 im Körper 128 des PIC-Dies 112. Genauer gesagt dienen die optischen Verbindungsnuten 136 dazu, Kerne von optischen Fasern 116, d. h. die Mitte der optischen Fasern, die das optische Signal übertragen, relativ zu den optischen Komponenten 118 im Körper 128 des PIC-Dies 112 auszurichten. Gemäß der Darstellung in 2 umfasst der Satz optischer Verbindungsnuten 136 eine erste Nut 150, die einen Kern einer ersten optischen Faser 116A, die darin angeordnet ist, mit einer ersten optischen Komponente 118A in einer ersten Schicht 152 in einer ersten vertikalen Tiefe VD1 in einer Mehrzahl von Schichten 130 ausrichtet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen umfasst der Satz optischer Verbindungsnuten 136 auch eine zweite Nut 156, die einen Kern einer zweiten optischen Faser 116B, die darin angeordnet ist, mit einer zweiten optischen Komponente 118B in einerzweiten, anderen Schicht 158 in einerzweiten, anderen vertikalen Tiefe VD2 als der ersten vertikalen Tiefe VD1 (tiefer, wie gezeigt) in Mehrzahl von Schichten 130 ausrichtet. Gemäß der Verwendung hierin bedeutet „ausrichten“, dass der Kern der optischen Faser optisch mit einer entsprechenden optischen Komponente kommunizieren kann, insbesondere sich der Kern in einer Linie mit der optischen Komponente befindet. Die vertikalen Tiefen VD1, VD2 können von jeder beliebigen Struktur über den Nuten 150, 156 gemessen werden, z. B. von einer äußersten Verbindungsschicht 134, die die äußerste Oberfläche 142 des PIC-Dies 112 bildet. Darstellungsgemäß positionieren die Nuten 150, 156 die Kerne der optischen Fasern 116A, 116B derart, dass die Kerne zu den optischen Komponenten 118A, 118B ausgerichtet sind, die sich in verschiedenen Schichten 152, 158 in unterschiedlichen vertikalen Tiefen innerhalb des Körpers 128 des PIC-Dies 112 befinden. Während die optischen Fasern 116A, 116B im Allgemeinen mit der gleichen Größe, z. B. dem gleichen Durchmesser, dargestellt sind, können sie natürlich auch unterschiedliche Größen aufweisen. In jedem Fall richten die Nuten 150, 156 die Kerne der Fasern in verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen vertikalen Tiefen relativ zum Körper 128 aus.
Die erste Nut 150 und die zweite Nut 156 können getrennt oder zusammen gebildet werden. In jedem Fall können eine oder mehrere Masken (nicht dargestellt) über dem Körper 128 des PIC-Werkzeugs 112 strukturiert und es kann eine Ätzung durchgeführt werden, um die erste Nut 150 und/oder die zweite Nut 156 zu öffnen. Wenn sie getrennt gebildet werden, kann jede Ätzung so ausgebildet sein, dass sie die jeweilige Nut 150 oder 156 bildet. Werden die Nuten 150 und 156 gemeinsam gebildet, können die Parameter der Ätzung so gesteuert werden, dass die Nuten so angelegt werden, dass die jeweiligen Kerne in verschiedenen Schichten 152, 158 mit unterschiedlichen vertikalen Tiefen VD1, VD2 und unterschiedlichen lateralen Tiefen LD1, LD2 usw. ausgerichtet werden (siehe z. B. 13). So können beispielsweise verschiedene Ausgestaltungen der Nuten in Bezug auf Form, Breite, vertikale Tiefe, seitliche Tiefe von der Kante 137 des Körpers 128 usw. mit einer einzigen Maske mit unterschiedlichen Öffnungspositionen, Größen (z. B. Breiten und Längen) und/oder Formen gebildet werden. Die unterschiedlichen Ausgestaltungen von Öffnungen führen, wenn sie zur gleichen Zeit und unter den gleichen Prozessbedingungen einem Ätzverfahren (wie z. B. einem Ätzverfahren auf der Basis von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH)) unterzogen werden, zur Bildung von Hohlräumen (Nuten) mit unterschiedlichen Ausgestaltungen. In jedem Fall kann eine erste Nut 150 mit einer Ausgestaltung gebildet werden, die in der Kante 137 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 festgelegt ist, um die erste optische Komponente 118A in der ersten Schicht 152 freizulegen. Die erste Nut 150 ist so ausgebildet, um eine Ausrichtung eines Kerns einer optischen Faser 116 zu ermöglichen, die darin mit der ersten Schicht 152 in der ersten vertikalen Tiefe VD1 in einer Mehrzahl von Schichten 130 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 positioniert wird. Darüber hinaus kann eine zweite Nut 156 mit einer Ausgestaltung gebildet werden, die in der Kante 137 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 festgelegt ist, um eine zweite optische Komponente 118B in einer zweiten, anderen Schicht 158 freizulegen. Die zweite Nut 156 ist so ausgebildet, dass sie eine Ausrichtung eines Kerns der zweiten optischen Faser 116B ermöglicht, die darin mit der zweiten Schicht 158 in der zweiten vertikalen Tiefe VD2 in Mehrzahl von Schichten 130 positioniert wird. Das Ätzen kann jede für die zu entfernenden Materialschichten geeignete Chemie umfassen, z. B. ein Nassätzen, ein Trockenätzen usw.
Nur zur Veranschaulichung können die optischen Fasern 116, die in bestimmten Situationen aufgrund ihrer kurzen Länge auch als Faserstummel bezeichnet werden können, beispielsweise einen Kern von 9 Mikrometer (µm) und einen Glasmantel von 125 µm Außendurchmesser aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei diesen Abmessungen um mögliche Abmessungen von optischen Fasern 116 handelt, wenn man von einer PIC-Die 112 mit einem Körper 128 ausgeht, der 1 Millimeter (mm) lange Nuten 150, 156 aufweist. Es wird betont, dass die Abmessungen variieren können, z. B. in Abhängigkeit von der Größe des Die, der Länge der Nuten 150, 156, der Faserlänge, der Länge des Faservorsprungs und anderen Parametern. In anderen Beispielen können die optischen Fasern 116 einen Durchmesser von 80 µm und einen Kern von 4 µm aufweisen. Auch Multimoden-Fasern (Fasern von 125 µm mit einem Kern von 62,5 µm) könnten an die Nuten 150, 156 gekoppelt werden. In jedem Fall können die ersten und zweiten optischen Verbindungsnuten 150, 156 eine geeignete vertikale oder laterale Tiefe, Breite und Länge aufweisen, um die Kerne der optischen Fasern in geeigneter Weise zu positionieren, damit sie mit den optischen Komponenten 118 in verschiedenen Schichten 152, 158 und in verschiedenen vertikalen Tiefen innerhalb des PIC-Dies 112 ausgerichtet sind. Die optischen Fasern 116 können in den Nuten 150, 156 durch jeden geeigneten Mechanismus gehalten werden, z. B. durch Klebstoff 160 (siehe auch 11).
Die optischen Fasern 116 können in die jeweiligen Nuten 150, 156 unter Verwendung einer jeden bekannten oder später entwickelten Technik eingekoppelt werden, wie z. B. ohne Beschränkung ein Pick-and-Place-System. In jedem Fall wird der erste optische Wellenleiter 116A in die erste Nut 150 eingekoppelt, wodurch ein Kern des ersten optischen Wellenleiters 116A mit der ersten optischen Komponente 118A in der ersten Schicht 152 der Mehrzahl von Schichten 130 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 ausgerichtet wird. Ferner ist die zweite optische Faser 116B in die zweite Nut 156 eingekoppelt, die einen Kern der zweiten optischen Faser 116B zu der zweiten optischen Komponente 118B in der zweiten, anderen Schicht 158 der Schichten 130 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 ausrichtet.
In 2-4 richtet die erste Nut 150 einen Kern der ersten optischen Faser 116A zu der ersten optischen Komponente 118A in einer der Mehrzahl von Verbindungsschichten 134, d. h. der Schicht 152, aus und die zweite Nut 156 richtet einen Kern der zweiten optischen Faser 116B zu der zweiten optischen Komponente 118B in der aktiven Schicht 132 aus. Bei der Schicht 152 kann es sich um eine beliebige Schicht in der Verbindungsschicht 134 handeln, so dass der optische Wellenleiter 116A von der aktiven Schicht 132 vertikal entfernt werden kann und möglicherweise mehr Fläche in der aktiven Schicht 132 für aktive Bauelemente genutzt werden kann. Der vertikale Abstand reduziert auch ein Übersprechen zwischen normalerweise seitlich benachbarten Fasern. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird eine einzige aktive Schicht 132 verwendet. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, in der eine Mehrzahl von Schichten 130 unter der ersten aktiven Schicht 132A eine erste aktive Schicht 132A und eine zweite, andere aktive Schicht 132B umfasst. In dem gezeigten Beispiel ist jede aktive Schicht 132A, 132B Teil einer entsprechenden SOI-Schicht mit einer entsprechenden Isolierschicht 140. Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere Formen von Ausgestaltungen mit zwei aktiven Schichten möglich sind. In diesen Ausführungsformen richtet die erste Nut 150 einen Kern der ersten optischen Faser 116A zu der ersten optischen Komponente 118A in der ersten aktiven Schicht 132A aus und die zweite Nut 156 richtet einen Kern der zweiten optischen Faser 116B zu der zweiten optischen Komponente 118B in der zweiten aktiven Schicht 132B aus. Auf diese Weise können verschiedene aktive Schichten 132A, 132B mit verschiedenen aktiven Vorrichtungen mit verschiedenen optischen Signalen versorgt werden.
6 zeigt gemäß Ausführungsformen der Erfindung eine perspektivische Ansicht eines PIC-Dies 112 mit einem Satz optischer Verbindungsnuten 136, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne 118A-C der optischen Fasern 116A-C in verschiedenen vertikalen Tiefen VD1-VD3 und in verschiedenen lateralen Tiefen LD1-LD3 von der Kante 137 des Körpers 128 des Chips positionieren. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des PIC-Dies 112 aus 6 mit optischen Fasern 116A-C, die in festgelegten optischen Verbindungsnuten 136 angebracht sind. Hier hat die erste Nut 150 eine erste Endfläche 180, die die erste optische Komponente 118A in einer ersten lateralen Tiefe LD1 von der Kante 137 und insbesondere der lateralen Seite 144 des Körpers 128 freilegt. Das PIC-Die 100 umfasst auch eine zweite Nut 156 mit einer zweiten Endfläche 188, die die zweite optische Komponente 118B in einer zweiten, von der ersten lateralen Tiefe LD1 abweichenden lateralen Tiefe LD2 von der Kante 137 und insbesondere der lateralen Seite 144 des Körpers 128 freilegt. Die lateralen Tiefen LD1, LD2 können von der lateralen Seite 144 des Körpers 128 aus gemessen werden. Die PIC-Die 100 kann eine beliebige Anzahl von Nuten 136 mit unterschiedlichen lateralen Tiefen von der Kante 137 des Körpers 128 aufweisen. In 6 ist eine dritte Nut 190 mit einer dritten Endfläche 194 dargestellt, die die dritte optische Komponente 118D in einer dritten lateralen Tiefe LDD von der Kante 137 des Körpers 128 freilegt, die sich von den ersten und zweiten lateralen Tiefen LD1, LD2 unterscheidet. Die Nuten mit der in den 6 und 7 gezeigten Struktur können wie zuvor hierin beschrieben ausgebildet werden.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines PIC-Chips 100 mit einem Satz optischer Verbindungsnuten 136, die so ausgebildet sind, dass sie die Kerne der optischen Fasern 116A-C in unterschiedlichen lateralen Tiefen LD1-LD3 von der Kante 137 des Körpers 128 des Die positionieren. Dabei sind die vertikalen Tiefen jeder optischen Komponente 118A-C, d. h. der Schicht, in der sie sich befinden, gleich. Es kann eine beliebige Anzahl von Nuten 136 mit unterschiedlichen lateralen Tiefen von der Kante Rand 137 des Körpers 128 verwendet werden. Die Nuten mit der in 8 gezeigten Struktur können, wie hierin zuvor beschrieben, ausgebildet werden.
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines PIC-Dies mit einer optischen Komponente 118B in Form eines optischen Wellenleiters 162, der so ausgebildet ist, dass er ein optisches Signal vertikal von mindestens einer der ersten Schicht 152 und der zweiten Schicht 158 zu beispielsweise der aktiven Schicht 132 leitet. Der optische Wellenleiter 162 kann jeden heute bekannten oder später entwickelten vertikalen optischen Tunnel umfassen, der in der Lage ist, ein optisches Signal vertikal durch jede Schicht(en) 130 des PIC-Dies 112 umzuleiten und zu übertragen. Obwohl in 9 ein Beispiel für die Positionierung dargestellt ist, kann der optische Wellenleiter 162 ein optisches Signal vertikal zwischen beliebigen Schichten 130 im Körper 128 des PIC-Dies 112 übertragen.
Wenn die optischen Komponenten 118 optische Wellenleiter umfassen, können die Wellenleiterje nach der Schicht 130, in der sie sich befinden, aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Gemäß der Darstellung in 2 kann beispielsweise die optische Komponente 118A in einer der Verbindungsschichten 152 einen Siliziumnitrid-Wellenleiter umfassen, während die zweite optische Komponente 118B in der aktiven Schicht 132 einen Silizium-Wellenleiter umfassen kann. In einem anderen Beispiel, wie in 5 gezeigt, können die optische Komponente 118A in der ersten aktiven Schicht 132A und die zweite optische Komponente 118B in der zweiten aktiven Schicht 132B beide einen Silizium-Wellenleiter umfassen.
10 und 11 zeigen Querschnittsansichten eines PIC-Chips 112 mit mehr als einer ersten Nut 150 und mehr als einer zweiten Nut 156. Unabhängig von der Ausführungsform kann das PIC-Die 112 eine beliebige Anzahl verschiedener optischer Verbindungsnuten 150, 156 aufweisen. Die Nuten 150, 156 können in jeder gewünschten Weise angeordnet werden. In 10 sind beispielsweise die ersten Nuten 150 an einer Stelle des Körpers 128 angeordnet, während die zweiten Nuten 156 an einer anderen Stelle des Körpers 128 angeordnet sind. Daher können optische Fasern 116 mit Kernen in bestimmten vertikalen Tiefen und/oder bestimmten lateralen Tiefen zusammen angeordnet werden. In diesem Fall kann ein Deckel 154 (über dem PIC-Die 112 dargestellt) als Teil des PIC-Packages 100 verwendet werden, um die optischen Fasern 116A, 116B abzudecken. In 11 wechseln sich erste Nuten 150 und zweite Nuten 156 in seitlicher Richtung im Körper 128 ab. Daher sind optische Fasern 116 möglich, deren Kerne in abwechselnden vertikalen Tiefen ausgerichtet sind. Eine ähnliche Anordnung kann auch in Bezug auf die lateralen Tiefen bereitgestellt werden.
Mit weiterem Bezug auf 11 kann das PIC-Package 100 das PIC-Die 112 auf einem Packaging-Substrat 170 umfassen, z. B. einer Leiterplatte, einem RDL-Interposer usw. Das PIC-Package 100 kann auch einen Deckel 172 über mindestens einem Abschnitt des PIC-Dies 112 umfassen. Der Deckel 172 (und der Deckel 154 in 10) kann über mindestens einen Abschnitt des PIC-Dies 112 gekoppelt sein, d.h. über die optischen Fasern 116 und/oder andere Abschnitte des PIC-Dies 112, z.B. durch Klebstoff 160. Das PIC-Package 100 kann auch eine jetzt bekannte oder später entwickelte Abdeckung 182 umfassen, die z. B. durch eine Wärmeleitpaste 184 mit dem Deckel 172 (oder Deckel 154 in 10) und durch einen geeigneten Klebstoff 186 mit dem PIC-Die 112 verbunden ist. Die Abdeckung 182 kann optional einen Kühlkörper (nicht dargestellt) umfassen.
Unabhängig von der Ausführungsform können die optischen Verbindungsnuten 150, 156 jede heute bekannte oder später entwickelte Konfiguration aufweisen. In 1-5 werden die erste und die zweite Nut 150, 156 als V-Nuten bezeichnet, d.h. sie haben schräge Seiten, die durch eine horizontale Fläche verbunden sein können (siehe z.B. 2-4) oder sich an einem Punkt treffen können (siehe z.B. 5). In anderen Ausführungsformen, z. B. in der Querschnittsansicht von 10, werden die ersten und zweiten Nuten 150, 156 als U-Nuten bezeichnet, d. h. sie haben im Allgemeinen vertikale Seiten mit einem gekrümmten Boden. Die wenigstens eine erste Nut 150 weist nicht unbedingt die gleiche Ausgestaltung auf wie die eine oder mehreren zweiten Nuten 156 aufweisen, z. B. kann eine Nut eine V-Nut und eine andere Nut eine U-Nut sein (siehe z. B. 10), oder sie können die gleiche Form, aber unterschiedliche vertikale oder seitliche Tiefen, Breiten usw. aufweisen. Der Abstand (d. h. der Abstand zwischen benachbarten Nuten) zwischen den ersten Nuten 150 und der Abstand zwischen den zweiten Nuten 156 kann ebenfalls individuell angepasst werden. Beispielsweise können die ersten Nuten 150 einen Abstand von 127 µm aufweisen, während die zweiten Nuten 156 einen Abstand von 150 µm aufweisen können, obwohl sich beide Nuten 150, 156 auf demselben PIC-Die 112 befinden. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den Nuten 150, 156 und damit den Kernen der optischen Fasern 116 und seine Auswirkung auf die Leistung, z. B. das Übersprechen, gesteuert werden. Jeder beliebige Abstand zwischen den Nuten kann verwendet werden, um das gewünschte Layout und die gewünschte Leistung des PIC-Dies 112 zu erreichen.
Die Deckel 154 (10) und 172 (11) können jeden gewünschten Bereich des PIC-Dies 112 abdecken. 12 und 13 zeigen Ansichten des PIC-Packages 100 von oben nach unten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung. In 12 deckt der Deckel 172 beispielsweise nur einen Abschnitt des PIC-Dies 112 über einem Satz optischer Verbindungsnuten 136 in der Kante 137 des Körpers 128 des PIC-Dies 112 ab. In 13 deckt der Deckel 172 das gesamte PIC-Die 112 ab, umfassend, neben anderen Teilen, der optischen Verbindungsnuten 136 in der Kante 137 des Körpers 128 des PIC-Stempels 112. Diese Anordnungen können auch auf den Deckel 154 (10) angewendet werden.
Während Ausführungsformen der Erfindung hier mit ersten und zweiten Nuten 150, 156 für erste und zweite optische Fasern 116A, 116B und erste und zweite optische Komponenten 118A, 118B beschrieben wurden, können Ausführungsformen der Erfindung Nuten umfassen, die Kerne von optischen Fasern in mehr als zwei verschiedenen Schichten und vertikalen Tiefen und/oder mehr als zwei verschiedenen lateralen Tiefen positionieren. Gemäß der Darstellung in 14 kann die PIC-Die 112 beispielsweise eine dritte Nut 190 aufweisen, die einen Kern einer dritten optischen Faser 116C zu einer dritten optischen Komponente 118C in einer dritten, anderen Schicht 192 in einer dritten, anderen vertikalen Tiefe VD3 als der ersten vertikalen Tiefe VD1 und der zweiten vertikalen Tiefe VD2 der ersten bzw. zweiten Schicht 152, 158 ausrichtet. Die dritte Schicht 192 ist zwar als aktive Schicht 132 dargestellt, kann aber jede der Schichten 130 sein. Es kann eine beliebige Anzahl verschiedener Nuten vorgesehen werden. So sind beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr verschiedene Nuten möglich und werden im Rahmen der Erfindung berücksichtigt. Während viele Ausführungsformen der Erfindung optische Komponenten 118 in der/den aktiven Schicht(en) 132 (z. B. Silizium-Wellenleiter) und der/den Verbindungsschicht(en) 152, 158 (z. B. Siliziumnitrid-Wellenleiter) zusammen darstellen, kann die Erfindung nur auf die aktiven Schichten 132 (siehe z. B. 2 und 10) oder nur auf die Verbindungsschichten 134 angewendet. 15 zeigt eine Querschnittsansicht des Chips 112 mit optischen Komponenten 118 (z. B. Siliziumnitrid-Wellenleiter) nur in der/den Verbindungsschicht(en) 134 (z. B. 152, 158, 192).
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine direkte optische Signalausrichtung und Kommunikation zu einzelnen Schichten in einem PIC-Die und reduzieren Signalverluste und Übersprechen. Das PIC-Die ermöglicht auch eine bessere Nutzung von diskreten Schichten, z. B. durch die Freigabe von Bereichen einer aktiven Schicht für andere aktive Schichtvorrichtungen anstelle einer Faseranschlussstruktur. Das PIC-Die ermöglicht auch höhere Datenübertragungsraten und eine höhere Datenübertragungsdichte in und aus den einzelnen Schichten, z. B. mit einer Kopplungseffizienz von mehr als 2 Dezibel. Der Satz von Nuten bietet die Flexibilität, Licht auf eine oder mehrere aktive Schichten (optische Komponenten am vorderen Ende der Leitung FEOL) und/oder auf optische Komponenten in den Verbindungsschichten am hinteren Ende der Leitung (BEOL) und/oder in der Mitte der Leitung (MOL) zu lenken. Der Satz von Nuten bietet auch die Flexibilität, Licht zu einer oder mehreren optischen Komponenten zu leiten, die sich in unterschiedlichen lateralen Tiefen relativ zu einer Kante des Körpers des PID-Chips befinden. Vertikale Wellenleiter können verwendet werden, um das optische Signal vertikal zwischen verschiedenen Schichten zu übertragen, wodurch die Eingabe eines optischen Signals auf einer Schicht, aber die Verwendung des optischen Signals auf einer anderen Schicht ermöglicht wird. Ausführungsformen der Erfindung können auch die Erstellung, Konstruktion und Integration dreidimensionaler (3D) integrierter photonischer Schaltungen ermöglichen.
Die oben beschriebenen Verfahren werden bei der Herstellung von photonischen integrierten Schaltungen verwendet. Die resultierenden PIC-Dies können vom Hersteller in Form von eines rohen Wafers (d. h. als einzelne Wafer mit mehreren unverpackten Chips), als Nacktchip oder in verpackter Form vertrieben werden. Im letzteren Fall wird das PIC-Die in ein einzelnes PIC-Package (z. B. einen Kunststoffträger mit Anschlüssen, die an einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger angebracht sind) oder in ein Multichip-PIC-Package (z. B. einen Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabenen Verbindungen) integriert. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsgeräten als Teil entweder (a) eines Zwischenprodukts, wie z. B. einer Hauptplatine, oder (b) eines Endprodukts integriert. Bei dem Endprodukt kann es sich um jedes beliebige Produkt handeln, das PIC-Chips enthält, angefangen bei Spielzeug und anderen einfachen Anwendungen bis hin zu hochentwickelten Computerprodukten mit einem Bildschirm, einer Tastatur oder einem anderen Eingabegerät und einem Zentralprozessor.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Die hier verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. „Optional“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der beschriebene Umstand eintreten oder nicht eintreten kann und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis eintritt und Fälle, in denen es nicht eintritt.
Näherungsweise Formulierungen, wie sie hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, können zur Modifizierung jeder quantitativen Darstellung verwendet werden, die zulässigerweise variieren kann, ohne dass dies zu einer Änderung der Grundfunktion führt, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert wird, nicht auf den genau angegebenen Wert beschränkt. Zumindest in einigen Fällen kann die annähernde Formulierung der Genauigkeit eines Instruments zur Messung des Wertes entsprechen. Hier und in der gesamten Spezifikation und den Ansprüchen können Bereichsbegrenzungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden; solche Bereiche sind gekennzeichnet und schließen alle darin enthaltenen Unterbereiche ein, sofern der Kontext oder die Sprache nichts anderes besagt. Der Begriff „ungefähr“, der auf einen bestimmten Wert eines Bereichs angewendet wird, bezieht sich auf beide Werte und kann, sofern nicht anders von der Genauigkeit des Messgeräts abhängig, +/- 10 % des angegebenen Wertes/der angegebenen Werte bedeuten.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel- oder Schritt-plus-Funktions-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen umfassen, wie sie speziell beansprucht werden. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung, erhebt aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder soll die Erfindung in der beschriebenen Weise beschränken. Es sind dem Fachmann viele Modifizierungen und Änderungen ersichtlich, ohne dass dadurch Umfang und Wesen der Erfindung beeinträchtigt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und es anderen als dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind.

Claims

Photonisches integriertes Schaltungs (PIC) -Die, umfassend: einen Körper mit einer Mehrzahl von Schichten umfassend eine Mehrzahl von Verbindungsschichten; und einen Satz optischer Verbindungsnuten, die in einer Kante des Körpers festgelegt sind, wobei der Satz optischer Verbindungsnuten umfasst: eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer ersten optischen Komponente in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet; und eine zweite Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer zweiten optischen Komponente in einer zweiten, anderen Schicht in einer zweiten, anderen vertikalen Tiefe als der ersten vertikalen Tiefe der Mehrzahl von Schichten ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine der Mehrzahl von Verbindungsschichten und die zweite Schicht eine aktive Schicht ist, und wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in der einen der Mehrzahl von Verbindungsschichten ausrichtet und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der aktiven Schicht ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schichten ferner eine erste aktive Schicht und eine zweite, andere aktive Schicht unter der ersten aktiven Schicht umfassen, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in der ersten aktiven Schicht ausrichtet und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der zweiten, anderen aktiven Schicht ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schichten ferner eine aktive Schicht umfasst, und wobei die zweite optische Komponente einen optischen Wellenleiter zur vertikalen Übertragung eines optischen Signals von der zweiten Schicht zur aktiven Schicht umfasst.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die erste optische Komponente einen Siliziumnitrid-Wellenleiter und die zweite optische Komponente einen Silizium-Wellenleiter umfasst.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die erste Nut und die zweite Nut jeweils aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus einer V-Nut und einer U-Nut gebildet ist.
PIC-Die nach Anspruch 1, wobei die erste Nut eine erste Endfläche aufweist, die die erste optische Komponente in einer ersten lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt, und die zweite Nut eine zweite Endfläche aufweist, die die zweite optische Komponente in einer zweiten lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt, die sich von der ersten lateralen Tiefe unterscheidet.
Photonisches integriertes Schaltungs (PIC) -Die, umfassend: einen Körper mit einer Mehrzahl von Schichten umfassend eine Mehrzahl von Verbindungsschichten; und einen Satz optischer Verbindungsnuten, die in einer Kante des Körpers festgelegt sind, wobei der Satz optischer Verbindungsnuten umfasst: eine erste Nut, die einen Kern einer ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer ersten optischen Komponente in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet, wobei die erste Nut eine erste Endfläche aufweist, die die erste optische Komponente in einer ersten lateralen Tiefe von einer Kante des Körpers freilegt, und eine zweite Nut, die einen Kern einer zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu einer zweiten optischen Komponente in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet, wobei die zweite Nut eine zweite Endfläche aufweist, die die zweite optische Komponente in einer zweiten, von der ersten lateralen Tiefe verschiedenen lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt.
PIC-Die nach Anspruch 8, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu der ersten optischen Komponente in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten ausrichtet; und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser, die darin angeordnet ist, zu der zweiten optischen Komponente in einer zweiten, anderen Schicht in einer zweiten, anderen vertikalen Tiefe als der ersten vertikalen Tiefe der ersten Schicht ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Schichten ferner eine aktive Schicht umfasst, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in einer der Mehrzahl von Verbindungsschichten ausrichtet und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der aktiven Schicht ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 9, wobei die erste Schicht eine erste aktive Schicht umfasst und die zweite Schicht eine zweite, andere aktive Schicht unter der ersten aktiven Schicht umfasst, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in der ersten aktiven Schicht ausrichtet und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der zweiten aktiven Schicht ausrichtet.
PIC-Die nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Schichten ferner eine aktive Schicht umfasst, und wobei die zweite optische Komponente einen optischen Wellenleiter umfasst, der so ausgebildet ist, dass er ein optisches Signal vertikal von der zweiten Schicht zur aktiven Schicht bereitstellt.
PIC-Die nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Deckel, der mindestens einen Abschnitt des PIC-Dies über dem Satz optischer Verbindungsnuten abdeckt.
PIC-Die nach Anspruch 8, wobei die erste Nut und die zweite Nut jeweils aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus einer V-Nut und einer U-Nut gebildet ist.
Verfahren, umfassend: ein Bilden einer ersten Nut, die in einer Kante eines Körpers eines photonischen integrierten Schaltungs (PIC) -Dies festgelegt ist, wobei die erste Nut eine erste optische Komponente in einer ersten Schicht in einer ersten vertikalen Tiefe in einer Mehrzahl von Schichten des Körpers freilegt; und ein Bilden einer zweiten Nut, die in der Kante des Körpers festgelegt ist, wobei die zweite Nut eine zweite optische Komponente in einer zweiten, unterschiedlichen Schicht in einer zweiten, unterschiedlichen vertikalen Tiefe in der Mehrzahl von Schichten des Körpers freilegt.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: ein Koppeln einer ersten optischen Faser in die erste Nut, wobei die erste Nut einen Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in der ersten Schicht der Mehrzahl von Schichten des Körpers ausrichtet; und ein Koppeln einer zweiten optischen Faser in die zweite Nut, wobei die zweite Nut einen Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der zweiten, unterschiedlichen Schicht der Mehrzahl von Schichten des Körpers ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in einer von einer Mehrzahl von Verbindungsschichten über einer aktiven Schicht in dem Körper ausrichtet, und die zweite Nut den Kern der zweiten optischen Faser zu der zweiten optischen Komponente in der aktiven Schicht des Körpers ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Nut den Kern der ersten optischen Faser zu der ersten optischen Komponente in einer ersten aktiven Schicht des Körpers ausrichtet und die zweite Nut die zweite optische Faser zu dem Kern der zweiten optischen Komponente in einer zweiten, anderen aktiven Schicht des Körpers ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Anbringen eines Deckels über mindestens einem Abschnitt des PIC-Dies.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Nut eine erste Endfläche aufweist, die die erste optische Komponente in einer ersten lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt, und die zweite Nut eine zweite Endfläche aufweist, die die zweite optische Komponente in einer zweiten lateralen Tiefe von der Kante des Körpers freilegt, die sich von der ersten lateralen Tiefe unterscheidet.