TW201024823A - Flexible waveguide structure and optical interconnection assembly - Google Patents

Description

201024823 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本美國非臨時申請案依據35 U.S.C. § 119主張2008年12 月23曰申請之在韓國專利申請案第1〇 2〇〇8_〇131865之優先 權，该案之全文以引用之方式併入本文中。 本文所揭示之本發明係關於一可撓性波導結構及一光互 . 連組件’且更特定言之’係關於經配置以最小化由彎曲引 起之信號品質的退化的一可撓性波導結構及一光互連組 • 件。 【先前技術】 為了滿足移動装置之高信號傳輸與處理速率的要求，在 其中平打地配置數十個電信號通道之一多層可撓性電佈線 模組已被用於一移動系統中。由於電磁干擾與安裝之裝置 的密度成比例，~ iX現存之電佈線模組在滿足較高信號傳 輸速率之一致要求上具有局限性。 為了克服現存電佈線模組之此等局限性，正在進行由聚 〇物多模式光波導組成之可撓性光佈線及將可撓性光佈線 應用至移動裝置上的積極研究。但是，使用光波導之光互 連 構應進步對許多態樣（諸如為降低成本的過程簡 化、與主動式光裝置有效的對準及足夠用於移動系統之光 與機械的抗彎性）進行改良。 【發明内容】 本發明提供經配置以減少由彎曲引起之額外光損耗的一 可撓性波導結構，及提供包含可撓性波導結構之一光互連 142753.doc 201024823 組件。 本發明之實施例提供可撓性波導結構’該可撓性波導結 構包含：一薄膜帶繞核心，該薄膜帶繞核心具有相對之第 一與第二表面且其由一金屬形成；一内包覆層’該内包覆 層覆蓋該薄膜帶繞核心之該第一與第二表面的至少一者； 及一外包覆層，該外包覆層覆蓋該内包覆層，其中該内包 覆層具有高於該外包覆層之折射率。 在一些實施例中，内包覆層與外包覆層間的折射率差值 可等於或大於外包覆層之折射率的約〇.1〇/0。 在其他實施例中，薄膜帶繞核心可經配置以藉由與表面 電讓極化子或表面激發極化子相關之一現象而透射光。 在又其他實施例中，薄膜帶繞核心可包含銀（Ag)、金 (Au)、銘（Ai)及銅（Cu)或其等之合金或混合物之至少—材 料。 在甚至其他實施例中，薄膜帶繞核心可具有介於約5 nm 至約100 nm之間的厚度，且薄膜帶繞核心可具有介於約 0.5 μιη至約50 μπι之間的寬度。 在進一步實施例中，内與外包覆層之至少一者可包含一 可撓性光學聚合體。 在又進一步實施例中，薄膜帶繞核心可由内包覆層包 圍。 在甚至進一步實施例中，薄膜帶繞核心之第一與第二表 面的一者可與内包覆層接觸，且第一與第二表面之另一者 可與外包覆層接觸。 142753.doc 201024823 在又進一步實施例中，薄膜帶繞核心可包含一耦合部 分，該耦合部分連接至薄膜帶繞核 心之一末端，且該柄合 °P刀於遠離薄膜帶繞核心之末端的方向上具有寬度變化。 在一些實施例中，薄膜帶繞核心可包含一耦合部分，該 麵卩分連接至該薄膜帶繞核心之一末端，且該耦合部分 在單一光導模式之範圍内可劃分為兩個或更多個分支。 在其他實施例中’薄膜帶繞核心包含經配置以傳輸單一 光導模式之複數個薄膜帶。 在又其他實施例中，薄膜帶繞核心可劃分為兩個或更多 個°*5为’且每一部分分別傳輸相同之光信號。 在甚至其他實施例中’可撓性波導結構可進一步包含經 配置以完全或部分地覆蓋外包覆層的一額外之包覆層或一 結構支撐層。 在本發明之其他實施例中，光連接組件包含：可撓性波 導結構；一光傳輸模組，該光傳輸模組安置於可撓性波導 結構之一末端；及一光接收模組，該光接收模組安置於可 撓性波導結構之另一末端。 在一些實施例中，光傳輸模組可包含一第一半導體晶片 及一光發射器’且光接收模組可包含一第二半導體晶片及 一光接收器。 在本發明之又其他實施例中，可撓性光與電佈線模組包 含：可撓性波導結構；一電互連結構，該電互連結構與該 可撓性波導結構組合。 在一些實施例中’光與電互連組件包含：可撓性光與電 142753.doc 201024823 佈線模組’ 一光與電傳輸模組’該光與電傳輸模組安置於 可撓性光與電佈線模組之一末端；及一光與電接收模組， 該光與電接收模組安置於可撓性光與電佈線模組之另一末 端’其中該可挽性波導結構在該光與電傳輸模組及光與電 接收模組之間傳輸一光信號，及該電互連結構在該光與電 傳輸模組及該光與電接收模組之間傳輸一電信號。 【實施方式】 包含附圖旨在提供本發明之進一步理解，且該等附圖被 併入本說明書中及組成本說明之一部分。圖式圖解說明本 發明之例示性實施例，且該等圖式連同解釋一起用於解釋 本發明之原理。 本發明之較佳實施例將在下文中參考附圖而作更詳細之 描述◊本發明可以不同形式具體化，但不應被視為限於本 文所提出之實施例。恰恰相反，提供此等實施例使得本發 明將變得詳盡與完整，且此等實施例對於熟悉此項技術者 而言將充分地傳達本發明之範疇。 應理解儘管本文使用之術語第一及第二係描寫多種元 件，但此等元件不應藉由此等術語限制。此等術語僅用於 將一元件與另一元件區別開。 在圖式中，為了明顯起見，將放大層與區域之尺度且 整個說明書中i目似之參考數字表示相似元件。 在本發明中，若干實施例係例示性地解釋以提供本發明 之精神與範疇的理解，且為簡明起見，並不會解釋若干實 施例之多種修改與改變。但是，熟悉此項技術者應明白可 142753.doc 201024823 在不脫離本發明之精神與範圍下對本文之形式與細節作多 種修改與改變。 圖1至圖3圖解說明根據本發明之一實施例的一可撓性波 導結構。 參考圖1與圖2，可撓性波導結構包含一薄膜帶繞核心 10、一内包覆層20及一外包覆層30。薄膜帶繞核心1〇具有 彼此相對之第一表面l〇a及第二表面10b，且該薄膜帶繞核 心10係由金屬形成。内包覆層20覆蓋薄膜帶繞核心1〇之第 一與第二表面10a與10b的至少一者《外包覆層30覆蓋内包 覆層20。内包覆層20具有高於外包覆層30之折射率。 薄膜帶繞核心10可藉由與表面電漿極化子（SPP)或表面 激發極化子相關之一現象而透射光。術語「表面電漿子」 意味在介於一電介質與一金屬薄膜之間之一介面處發生的 電荷密度振盪。當金屬薄膜非常薄（約若干奈米薄）時，一 金屬薄膜可大體上形成一金屬島結構，而非以一薄膜形狀 φ 形成，及術語「表面激發」意味在金屬島結構中之一電荷 分佈振盪。術語「表面電漿極化子」或「表面激發極化 子」意味一電磁波，該電磁波與表面電漿子或表面激發子 叙合且沿著-金屬表面傳播。在下文之描述中，為簡明起 見’將術語「表面電敷極化子」用作上述兩個術語之一代 因-表面電漿極化子模式之波向量大於藉由一鄰近之介 電^傳輸之—波向量，故表面電隸化子以限於附近之 -金屬_中的—電磁波形式傳輸。當—表面錢極化子 142753.doc 201024823 模式之-電場沿著介於-電介f與—金屬之間ι介面傳 播時’電場之大部分藉由金屬以及電介質傳播。因此，大 體上，-表面電漿極化子模式之傳播損耗非常大，且如此 表面電浆極化子模式傳播在一可見光區域僅傳播約數十微 米。但是，在沿著-非常薄的金屬膜之兩側面傳播之表面 電漿極化子係叠加情況下的一_合模式中，表面電浆極化 子可行進數爱米至數十羞米。此模式被稱作長程表面電聚 極化子（LRSPP)。 薄膜帶繞核心10可由-或多個金屬形成。例如，薄膜帶 繞核心10可由銀（Ag)、金（Au)、鋁（A1)及銅（Cu)或包含以 上列出之金屬之至少一者的合金或混合物之一者形成。大 體上，一金屬之折射率具有一大虛部。也就是說金屬吸 收入射光之一大部分。但是，在薄膜帶繞核心10之例中， 一表面電漿極化子模式之大部分能量係藉由内包覆層20傳 送，而非藉由薄膜帶繞核心10傳送，且因而由一金屬之吸 收引起之損耗低。因此，可將可撓性波導結構之傳播損耗 減少至低於1 dB/cm之一值。 調整薄膜帶繞核心10之厚度（在圖2中由t表示）使得在第 一表面10a與第二表面l〇b處產生之表面電漿極化子模式可 彼此耦合。例如，薄膜帶繞核心10之厚度可為約5 nm至約 100 nm。若薄膜帶繞核心10係由金（Au)或銀（Ag)形成則 薄膜帶繞核心10之厚度在一光通信波長帶處係數奈米或數 十奈米。 薄膜帶繞核心10之寬度（在圖2中由w表示）可基於介於可 142753.doc -8- 201024823 撓性波導結構與一光傳輸裝置或光接收裝置之間的一光互 連之耦合效率及可撓性波導結構之傳播損耗而決定。例 如，薄膜帶繞核心10之寬度可為約〇5μιη至約5〇μαι。 内包覆層2G與外包覆層3G間的折射率差值可藉由基於薄 膜帶繞核心10與其他層之厚度、結構及配置來評估模式分 ㈣徵及彎曲損耗特徵而決定。例如，内包覆層2〇與外包 覆層30之間的折射率差值可等於或大於外包覆層3〇之折射 .率的〇.1〇/。。例如，内包覆層20之折射率可為約146，及外 包覆層30之折射率可為約⑷。若需要，外包覆層3〇之上 部與下部可具有不同之折射率。在此例中，内包覆層20與 外包覆層30之間的折射率差值亦可等於或大於外包覆層別 之任-者之折射率狀1%β内包覆層2()與外包覆層3〇之至 ’者了由可撓性光學聚合物形成。例如，可撓性光學 聚合物可為藉由以一齒素（諸如氟）原子或氣原子取代一般 光學聚合物的氫原子而獲得的低損耗光學聚合物。 φ 參考圖3，其現在描寫當垂直彎曲可撓性波導結構時該 可撓性波導結構如何可具有低彎曲損耗。若不提供内包覆 層20’則沿著薄膜帶繞核心1〇傳播之一表面電聚極化子模 式的光電力可在箭頭□方向上無效地消散。但是，根據本 發明，因内包覆層20之折射率大於外包覆層3〇之折射率， 所以-表面電衆極化子模式之光電力不可能在介於内包覆 層20與外包覆層30之間的介面處消散，但是該等光電力可 在箭頭□方向上傳播。也就是說，由於内包覆層2〇，可以 較少之消散將表面電漿極化子限於外包覆層3〇中。 142753.doc 201024823 參考圖4至圖6 ’將對包覆一薄膜帶繞核心之多種方法進 行解釋。參考圖4’ 一薄膜帶繞核心由一内包覆層包 圍且該内包覆層2〇由一外包覆層3〇包圍。在圖4中所示的 例中，可在所有方向上最小化彎曲損耗。 參考圖5，一薄膜帶繞核心1〇之一第一表面1〇&與一内包 覆層20接觸，及薄膜帶繞核心10之一第二表面10b與一外 包覆層30接觸。在圖5中所示之一可撓性波導結構的例 中’無論第一與第二表面1 〇&與1 〇b的哪一者朝外設置對 於可挽性波導結構之彎曲損耗的最小化均無重大影響。參 考圖6 ’封圍一薄膜帶繞核心10之一内包覆層20可具有一 延伸°也就疋說’封圍—薄膜帶繞核心1〇之内包覆層2〇的 一部分可比内包覆層20之其他部分厚。 圖7圖解說明根據本發明之另一實施例的一可撓性波導 結構。除了額外之包覆層外，本實施例係相似於上文描述 之實施例。如此’將省略相同元件之描述。本實施例之可 撓性波導結構包含：一内包覆層2〇’該内包覆層2〇封圍一 薄膜帶繞核心10;外包覆層30，該外包覆層3〇覆蓋内包覆 層20 ;及額外的包覆層4〇，該額外的包覆層4〇經配置以完 全或部分地覆蓋該外包覆層30。外包覆層30之折射率可大 於額外之包覆層40的折射率。但是，在對於薄膜帶繞核心 1〇之一充分束缚模式可根據内包覆層20與外包覆層30間的 折射率差值及各自層之高度而獲得之例中，該額外之包覆 層40可由具有大於外包覆層30之折射率的材料形成。由於 額外之包覆層40，可撓性波導結構之重要部分可較少受損 142753.doc •10- 201024823 壞，且在一些實例中，因為與輻射至外包覆層3〇相關之光 損耗可藉由額外之包覆層40防止，所以可進一步減少可挽 性波導結構之垂直彎曲損耗。 圖8至圖10圖解說明用於改良根據本發明之實施例之一 可撓性波導結構的耦合效率或耦合組態的多種結構。 參考圖8 ’ 一溥膜帶繞核心1 〇可包含用於改良可撓性波 導結構與一光傳輸或接收裝置之間的耦合效率的一結構。 薄膜帶繞核心10可包含一耦合部分12，該耦合部分12連接 至薄膜帶繞核心10之筆直部的一末端。耦合部分12之寬度 可隨著該耦合部分12遠離薄膜帶繞核心1〇之末端而根據一 光傳輸或接收裝置之耦合條件變化。在一些例中，輕合部 分12可放置於薄膜帶繞核心10之具有各自寬度的兩個部分 之間。 參考圖9，薄膜帶繞核心10可包含一多分支耦合部分14 以便增加一表面電漿極化子之模式大小或以便同時接收複 0 數個光信號。詳言之，多分支耦合部分14可在相同平面上 劃分為複數個分支。多分支耦合部分14之分支可以使得各 自分支之表面電漿極化子可經耦合以形成一組合模式的方 式而彼此間隔。結果，由於在圖9中所示之多分支耦合部 件14，一光信號可以一增加之模式大小輸出。參考圖i 〇， 一搞合部分15可具有一 γ-分支結構以在兩個分離位置輸出 相同之光信號。不同於圖9之多分支耦合部分14的結構， 圖10之搞合部分15的分支被充分地彼此間隔以防止介於各 自分支之表面電漿極化子之間耦合，且如此兩個相同光信 142753.doc -11 - 201024823 號可分別輸出。 圖u圖解說明根據本發明之另一實施例的一可撓性波導 結構。參考圖11，複數條薄帶16可形成用於一薄膜帶繞核 之、、σ構。薄帶16之數量可為兩條、四條或任何其他數 量。例如，若薄膜帶繞核心包含兩條薄帶16，則在薄條16 處產生之表面電漿極化子可彼此耦合且沿著薄膜帶繞核心 傳輸以作為一長距離表面電漿極化子模式。在薄膜帶繞核 心包含多於兩條薄帶16之例中，一長距離表面電漿極化子 模式可以相似於上文描述之方式的一方式傳輸。 圖1 2圖解說明根據本發明之一實施例之併入一結構支撐 層的可撓性波導結構。參考圖1 2，可撓性波導結構進一 步包含一支撐結構5 0，該支撐結構5 〇附接至可撓性波導結 構之基本部分的底表面的兩側面。在此例中，可撓性波導 結構可被簡單地處置及與一光傳輸裝置及/或一光接收裝 置搞合。 圖13圖解說明根據本發明之一實施例之一光與電互連組 件。參考圖13，如上文所描述，一可撓性波導結構1〇〇包 含一薄膜帶繞核心10、一内包覆層2〇及外包覆層3〇。一光 傳輸模組70係耦合至可撓性波導結構1 〇〇之一末端，且一 光接收模組60係辆合至可撓性波導結構1 〇〇之另一末端。 一支樓層50可附接至可撓性波導結構1〇〇。光傳輸模組7〇 可包含安置於一第一基板71上之一第一半導體晶片72及一 光發射器74。第一半導體晶片72與光發射器74可藉由一第 一電線73而電連接。第一基板71可為一半導體基板。光發 142753.doc -12- 201024823 射器74可為-雷射二極體。第一半導體晶片72可包含基於 石夕-錯或其他材料之一雙極性電晶體。可使用具有相對應 之功此的任何其他裝置’而非一定要使用光發射器74與第 一半導體晶片72。 光接收模組60可包含安置於一第二基板61上之一第二半 導體晶片62與—光偵測器(光接收器)64。第二半導體晶片 62與光偵測||64可藉由—第二電線邮電連接。光發射器 ❿74可將接收自第—半導體晶片72之—電信號轉換為一光信 號，且該光信號可藉由可撓性波導結構100傳輸至光偵測 器64 〇 光與電互連組件之可撓性波導結構1〇〇可進一步包含一 電互連結構80。電互連結構8〇可安置於在外包覆層3〇之一 表面處在額外之結構的一表面處或在介於額外之結構 與外包覆層30之間的一介面處之可撓性波導結構1〇〇的内 部。或者，電互連結構80可藉由透過多種連接結構（諸如 粵傾斜表面或導孔）連接安置於不同層之結構而形成。電互 連結構80可連接至安置於光傳輸模組70處的一電線或電路 75與安置於光接收模組6〇處的—電線或電路65，以便傳輸 獨立於藉由可撓性波導結構1〇〇傳播之一光信號的一電信 號。也就是說，一高速信號可藉由可挽性波導結構1⑼傳 輸，及-較低速度之信號或電力可藉由電互連結構8〇傳 輸。因可撓性波導結構100具有一最小化之彎曲損耗，所 以若需要，可撓性波導結構1〇〇可為彎曲的。 根據本發明之實施例，由於可撓性波導結構之多層包覆 142753.doc • 13- 201024823 結構，所以該可撓性波導結構具有低垂直彎曲損耗及高機 械穩定性。包含可撓性波導結構之光互連組件可以較Z之 信號品質退化與機械退化而使用於在下代高速移動裝置内 部發生之嚴重彎曲與變形的情況中。 上文描述之標題將被視為例示性的，且並不具限制性， 且附加之專利申請範圍旨在涵蓋落入本發明之真正的精神 與範疇内的所有此等修改、增添及其他實施例。如此，對 於由法律容許之最大範圍，本發明之範疇係藉由下文專利 申凊範圍及其等等效物之最廣泛的可容許闡釋而決定且 不應由前述具體描述而限定或限制。 【圖式簡單說明】 圖1至圖3圖解說明根據本發明之一實施例的一可撓性波 導結構； 圖4至圖6圖解說明用於包覆根據本發明之實施例之一薄 膜帶繞核心的多種結構； 圖7圖解說明根據本發明之另—實施例的一可撓性波導 結構； 圖8至圖10圖解說明用於改良根據本發明之實施例之一 可撓性波導結構的耦合效率或耦合組態的多種結構； 圖11圖解說明根據本發明之另一實施例的一可撓性波導 結構； 圖12圖解說明根據本發明之—實施例之併入一結構支撐 層的一可換性波導結構；及 圖13圖解說明根據本發明之一實施例之一光與電互連組 142753.doc -14- 201024823 件。 【主要元件符號說明】

10 薄膜帶繞核心 10a 第一表面 10b 第二表面 12 耦合部分 14 多分支耗合部分 15 耦合部分 16 薄帶 20 内包覆層 30 外包覆層 40 額外之包覆層 50 支撐結構 60 光接收模組 61 第二基板 62 第二半導體晶片 63 第二電線 64 光偵測器/光接收器 65 電線/電路 70 光傳輸模組 71 第一基板 72 第一半導體晶片 73 第一電線 74 光發射器 142753.doc •15- 201024823 75 電線/電路 80 電互連結構 100 可撓性波導結構 142753.doc -16-

Claims (1)

1. 201024823 七、申請專利範圍： 1 · 一種可撓性波導結構，其包括： 一薄膜帶繞核心，該薄膜帶繞核心具有相對之第—與 第二表面且其由一金屬形成； 一内包覆層，該内包覆層覆蓋該薄膜帶繞核心之該第 一與第二表面的至少一者；及 一外包覆層，該外包覆層覆蓋該内包覆層， 其中該内包覆層具有高於該外包覆層之折射率。 2. 如請求項1之可撓性波導結構，其中該内包覆層與該外 包覆層的折射率差等於或大於該外包覆層之折射率的約 0.1%。 3. 如請求項1之可撓性波導結構’其中該薄膜帶繞核心經 配置以藉由與表面電漿極化子或表面激發極化子相關之 一現象而透射光。 4_如請求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心包 括銀（Ag)、金（Au)、|g (A1)及銅（Cu)或其等之合金或滿合 物之至少一者。 5. 如請求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心具 有介於約5 nm至約1〇〇 nm之間的厚度。 6. 如請求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心具 有介於約0_5 μπι至約50 μηι之間的寬度。 7. 如請求項1之可撓性波導結構，其中該内包覆層與外包 覆層之至少一者包括一可撓性光學聚合物。 8·如請求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心由 142753.doc 201024823 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 該内包覆層包圍。 =青求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心之 該第一與第二表面的一者與該内包覆層接觸，且該第一 與第一表面之另一者與該外包覆層接觸。 玲求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心包 括耗σ 11卩分，該耦合部分連接至該薄膜帶繞核心之一末端，且該耦合部分在遠離該薄膜帶繞核心之該末端的 方向具有寬度變化。 月求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心包鬱括·^合部分’該麵合部分連接至該薄膜帶繞核心之一末端且垓耦合部分在單一光導模式之範圍内係劃分為 兩個或更多個分支。 言求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心包# ϋ個；I膜帶’該複數個薄膜帶經配置以傳輸單一光 導模式。 月求項1之可撓性波導結構，其中該薄膜帶繞核心係劃分為兩個或更多個部分，且每一部分分別傳輸相同之❿ 光信號。 月求項〗之可撓性波導結構，其進一步包括一額外之 匕覆層或—結構支律層，該額外之包覆層或結構支樓層 . 經配置以完全或部分地覆蓋該外包覆層。一種光互連組件，其包括： 如請求項1之可撓性波導結構；光傳輸模組，該光傳輸模組係安置於該可撓性波導 142753.doc •2· 201024823 結構之一末端；及 一光接收模組’該光接收模組係安置於該可撓性波導 結構之另一末端。 16.如請求項15之光互連組件，其中該光傳輸模組包括一第 一半導體晶片與一光發射器，及 該光接收模組包括一第二半導體晶片與一光接收器。 17· —種可撓性光與電佈線模組，其包括： 如請求項1之可撓性波導結構；及 一電互連結構，該電互連結構與該可撓性波導結構組 合。 18. —種光與電互連組件，其包括： 如請求項17之可撓性光與電佈線模組； 一光傳輸模組’該光傳輸模組係安置於該可撓性光與 電佈線模組之一末端；及 一光接收模組’該光接收模組係安置於該可撓性光與 電佈線模組之另一末端； 其中该可撓性波導結構在該光傳輸模組與該光接收模 組之間傳輸一光信號，且該電互連結構在該光傳輸模組 與該光接收模組之間傳輸一電信號。 142753.doc