TW201725408A - 用於基板上晶圓上晶片總成之方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本文揭示用於一基板上晶圓上晶片總成之方法及系統，該方法及系統可包含包括一電子晶粒及一基板之一積體光學通信系統。該電子晶粒經接合至一光子插入器之一第一表面，且該基板經耦合至相對於該第一表面之該光子插入器之一第二表面。一光纖及一光源總成在經形成於該基板中之一或多個空腔中經耦合至插入器之第二表面。該積體光學通信系統係可操作以：在該光子插入器中，自該光源總成接收一連續波(CW)光學信號；且將一調變之光學信號自該光子插入器傳遞至光纖。一模製化合物可係位於插入器之第一表面上且與電子晶粒接觸。可使用一光柵耦合器將接收之CW光學信號耦合至該光子插入器中之一光學波導。

Description

用於基板上晶圓上晶片總成之方法及系統
本發明之某些實施例係關於半導體處理。更具體言之，本發明之某些實施例係關於一種用於一基板上晶圓上晶片總成之方法及系統。
隨著資料網路擴展以符合日益增長之頻寬需要，銅資料通道之缺點變得顯而易見。歸因於輻射電磁能量之信號衰減及串擾係此等系統之設計者遇到之主要阻礙。可利用均等化、編碼及屏蔽在一定程度上減輕該等阻礙，但此等技術需要大量電力、複雜性及纜線大損失而僅提供所能到達之中度改良及十分有限之可擴展性。由於免受此等通道限制，所以光學通信已被認為係銅鏈接之後繼者。 熟習技術者將通過此等系統與參考圖式之本申請案之剩餘中闡述之本發明之比較而明白習知及傳統做法之進一步限制及缺陷。
本發明係關於一種實質上如結合圖之至少一者展示及/或描述之在申請專利範圍中更完整地闡述之用於一基板上晶圓上晶片總成之系統及/或方法。 將自以下描述及圖式更完整地瞭解本發明之各種優勢、態樣及新穎特徵以及本發明之一繪示之實施例之細節。
相關申請案之交叉參考 本申請案參考且主張2015年10月21日申請之美國臨時申請案62/285,173之優先權。以上陳述之申請案之各者之全文係以引用之方式併入本文中。 如本文所利用，術語「電路」(circuits及circuitry)係指實體電子組件(即，硬體)及可組態硬體、由硬體執行及/或與該硬體相關聯之任何軟體及/或韌體(「編碼」)。如本文所使用，例如，一特定處理器及記憶體在執行編碼之一第一一或多行時可包括一第一「電路」，且在執行編碼之一第二一或多行時可包括一第二「電路」。如本文所利用，「及/或」意謂被「及/或」加入之列中之項目的任何一或多者。例如，「x及/或y」意謂三個元件集合{(x), (y), (x, y)}之任何元件。舉另一實例，「x、y及/或z」意謂七個元件集合{(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)}之任何元件。如本文所利用，術語「例示性」意謂充當為一非限制性實例、例項或繪示。如本文所利用，術語「例如」(eg.及for example)產生一或多個非限制性實例、例項或繪示之列表。如本文所利用，無論何時，電路包括執行一功能必要之硬體及編碼(若任何者係必要的)，該電路係「可操作」以執行該功能，無需顧慮該功能之效能是否已經由一些使用者可組態設定停用或不可用。 可在用於基板上晶圓上晶片總成之一方法及系統中找到本發明之某些態樣。本發明之例示性態樣可包括一積體光學通信系統，該系統包括：一電子晶粒，其經接合至一光子插入器之一第一表面；及一基板，其經耦合至相對於該第一表面之該光子插入器之一第二表面。一光纖及一光源總成在經形成於基板中之一或多個空腔中被耦合至該插入器之第二表面。積體光學通信系統係可操作以在光子插入器中自光源總成接收一連續波(CW)光學信號，且將一調變之光學信號自該光子插入器傳遞至光纖。一模製化合物可係位於插入器之第一表面上且與電子晶粒接觸。可使用一光柵耦合器將接收之CW光學信號耦合至該光子插入器中之一光學波導。一介電/金屬後端可係位於插入器之第一表面上。一金屬反射器可係位於介電/金屬後端中，且可將光反射返回至光柵耦合器內。一或多個防反射塗層可係位於光纖與光柵耦合器之間。光子插入器可包含將電子晶粒電耦合至基板之矽穿孔(TSV)。該基板可為一印刷電路板。壩可鄰近光子插入器之第二表面上之光纖及光源總成。可利用光子插入器中之一調變器及接收之CW光學信號來產生經調變之光學信號。 圖1係根據本發明之一實施例之利用一光子插入器之一CMOS收發器之一方塊圖。參考圖1，其展示包括高速光學調變器105A至105D、高速光電二極體111A至111D、監測器光電二極體113A至113H之一收發器100中之光電裝置，及包括分接頭103A至103K、光學終端115A至115D及光柵耦合器117A至117H之光學裝置。其亦展示包括跨阻抗及限制放大器(TIA/LA) 107A至107D、類比及數位控制電路109，及控制區段112A至112D之電裝置及電路。光學信號係經由在一CMOS插入器晶片中製作之光學波導於光學及光電裝置之間傳遞，其中在圖1中由虛線橢圓指示光學波導。光學及光電裝置係在一矽光子插入器中整合，而電子裝置係整合至經耦合至矽光子插入器之一或多個CMOS電子晶片內。 高速光學調變器105A至105D包括(例如) Mach-Zehnder或環調變器，且實現CW雷射輸入信號之調變。高速光學調變器105A至105D係由控制區段112A至112D控制，且該等調變器之輸出係經由波導光學耦合至光柵耦合器117E至117H。分接頭103D至103K包括(例如)四埠光學耦合器且用於取樣由高速光學調變器105A至105D產生之光學信號，其中由監測器光電二極體113A至113H量測取樣之信號。分接頭103D至103K之未使用分支係由光學終端115A至115D終止，以避免非所要信號之後反射。 光柵耦合器117A至117H包括使得光能夠耦合進及耦合離開矽光子插入器之光學光柵。可利用光柵耦合器117A至117D將自光纖接收之光耦合至矽光子插入器內，且可包括偏振獨立光柵耦合器。可利用光柵耦合器117E至117H將來自矽光子插入器之光耦合至光纖內。該等光纖可經環氧樹脂黏合(例如)至CMOS晶片，且可在自垂直於矽光子插入器之表面之一角度處對準以最佳化耦合效率。 高速光電二極體111A至111D將自光柵耦合器117A至117D接收之光學信號轉換為被傳遞至TIA/LA 107A至107D之電信號以用於處理。類比及數位控制電路109可控制TIA/LA 107A至107D之操作中之增益位準或其他參數。TIA/LA 107A至107D、類比及數位控制電路109及控制區段112A至112D可在可經由銅柱接合至矽光子插入器之一或多個電子CMOS晶片上被整合。依此方式，可在不同CMOS節點上，獨立地最佳化電子及光子效能。接著，TIA/LA 107A至107D可將電信號傳遞至電子晶片上之其他電路。 TIA/LA 107A至107D可包括窄頻、非線性光電接收器電路。據此，窄頻接收器前端之後可接著一回復器電路，諸如(例如)一不歸零(NRZ)位準回復器電路。一回復器電路限制光學接收器之頻寬以減少整合之雜訊，藉此提高信雜比。可使用一NRZ位準回復器將所得資料脈衝返回轉換為NRZ資料。 控制區段112A至112D包括實現自分接頭103A至103C接收之CW雷射信號之調變之電子電路。高速光學調變器105A至105D需要高速電信號以調變(例如)一Mach-Zehnder干涉儀(MZI)之各自分支中之折射率。 在本發明之一實施例中，在一單一矽光子插入器內一收發器需要之所有光學及光電裝置及一或多個CMOS電子晶片上之所有需要之電子裝置之整合實現所得單一混合封裝之最佳化效能。依此方式，可獨立於矽光子插入器中之光子裝置之最佳化而實施電子裝置效能之最佳化。例如，電子CMOS晶片可在一32 nm CMOS程序上最佳化，而矽光子插入器可在一130 nm CMOS節點上最佳化。電子裝置可放置於電子晶片上使得其等當接合至矽光子插入器時直接定位於其等相關聯之光子裝置上方。例如，控制區段112A至112D可定位於一電子CMOS晶片上使得其等直接位於高速光學調變器105A至105B上方且可由低寄生銅柱耦合。 在一例示性實施例中，混合收發器100包括具有一個光源之四個光電收發器，且實現光信號垂直傳遞往返矽光子插入器之表面，藉此能夠使用CMOS程序及結構，包含一CMOS防護環。矽光子插入器可包括主動裝置(諸如光偵測器及調變器)及被動裝置(諸如波導、分離器、組合器及光柵耦合器)兩者，藉此使得光子電路能夠在CMOS晶片上整合。插入器可耦合至一基板，如進一步參考圖2A至圖7C所描述。 圖2A係繪示根據本發明之一實施例之包含一光子插入器之一實例性光學收發器之一示意圖。參考圖2A，其展示包括一印刷電路板(PCB)/基板201、一矽光子插入器203、一電子CMOS晶粒205、矽穿孔(TSV) 206、接觸件207、一光源模組209、一光學輸入/輸出(I/O) 211、導線接合件213、光學環氧樹脂215及光纖217之一光子收發器200。 PCB/基板201可包括用於光子收發器200之一支撐結構，且可包括絕緣及導電材料兩者，用於隔離裝置以及將電接觸件提供至矽光子插入器203上之主動裝置以及經由矽光子插入器203將電接觸件提供至電子晶粒205上之裝置。另外，PCB/基板可提供一導熱路徑以將由電子晶粒205及光源模組209中之裝置及電路產生之熱量帶走。 矽光子插入器203可包括具有主動及被動光學裝置(諸如(例如)波導、調變器、光偵測器、光柵耦合器、分接頭及組合器)之一CMOS晶片。由矽光子插入器203支援之功能可包括光偵測、光學調變、光學路由及用於高速I/O及光學功率輸送之光學介面。 矽光子插入器203亦可包括用於將電子晶粒205耦合至矽光子插入器203之接觸件207以及用於將光自光源模組209耦合至晶粒內且經由光學I/O 211耦合進/出晶粒之光柵耦合器。接觸件207可包括(例如)微凸塊或銅柱。另外，矽光子插入器203可包括用於通過晶粒(諸如在PCB/基板201與電子晶粒205之間)電互連之TSV 206。光學介面亦可由光學環氧樹脂215促進，從而提供光學透明度及機械固定兩者。 電子晶粒205可包括提供光子收發器200之所需電子功能之一或多個電子CMOS晶片。電子晶粒205可包括經由接觸件207耦合至矽光子插入器203之一單一晶片或複數個晶粒。電子晶粒205可包括TIA、LNA及用於處理光子晶片203中之光學信號之控制電路。例如，電子晶粒205可包括用於控制矽光子插入器203中之光學調變器之驅動器電路及用於放大自矽光子插入器203中之光偵測器接收之電信號之可變增益放大器。藉由併入矽光子插入器203中之光子裝置及電子晶粒205中之電子裝置，可針對併入之裝置類型最佳化用於各晶片之CMOS程序。 TSV 206可包括垂直延伸通過矽光子插入器203且提供電子晶粒205與PCB/基板201之間之電連接之導電路徑。此可取代導線接合件(諸如導線接合件213)或結合導線接合件利用。 接觸件207可包括微凸塊或金屬柱之線性或2D陣列以提供矽光子插入器203與電子晶粒205之間之電接觸。例如，接觸件207可提供矽光子插入器203中之光偵測器與電子晶粒205中之相關聯之接收器電路之間之電接觸。另外，接觸件207可提供電子及光子晶粒之機械耦合且可經囊封具有底膠填充以保護金屬及其他表面。 光源模組209可包括具有一光源之一總成(諸如一半導體雷射)及將一或多個光學信號引導至矽光子插入器203內之相關聯之光學及電元件。在2009年7月9日申請之美國專利申請案12/500,465中描述光源模組之一實例，該案之全文以引用之方式併入本文中。在另一例示性案例中，來自光源總成209之光學信號可經由附接至矽光子插入器203中之光柵耦合器上方之光纖耦合至矽光子插入器203內。 光學I/O 211可包括用於將光纖217耦合至矽光子插入器203之一總成。據此，光學I/O 211可包括用於一或多個光纖之機械支撐件及(諸如)待由光學環氧樹脂215耦合至矽光子插入器203之一光學表面。 在操作中，可經由矽光子插入器203中之一或多個光柵耦合器將連續波(CW)光學信號自光源模組209傳遞至矽光子插入器203內。接著，矽光子插入器203中之光子裝置可處理接收之光學信號。例如，一或多個光學調變器可基於自電子晶粒205接收之電信號調變CW信號。可經由接觸件207自電子晶粒205接收電信號。在一實例性案例中，接觸件207可包括(例如)為高速效能提供低電阻接觸件之銅柱。藉由將矽光子插入器203中之調變器直接整合至電子晶粒205中之電信號之源下方而可最小化信號路徑長度，從而導致十分高速之效能。例如，利用具有＜ 20 fF電容之~ 20微米Cu柱可達成50 GHz及更高之速度。 接著，調變之光學信號可經由定位於光學I/O 211下方之光柵耦合器傳遞出矽光子插入器203。依此方式，可利用在電子晶粒205中產生之高速電信號調變一CW光學信號且該等高速電信號隨後經由光纖217傳遞出矽光子插入器203。 類似地，可在矽光子插入器203中經由光纖217及光學I/O 211接收調變之光學信號。接收之光學信號可在矽光子插入器203內經由光學波導傳遞至整合於矽光子插入器203中之一或多個光偵測器。光偵測器可整合於矽光子插入器203中，使得當由低寄生電容接觸件207接合及電耦合時該等光偵測器直接位於電子晶粒205中之相關聯之接收器電子電路下方。 矽光子插入器上之CMOS電子晶粒經由Cu柱之混合整合使得十分高速光學收發器能夠利用CMOS程序。另外，整合分離光子及電子晶粒實現各自CMOS程序內之電子及光子功能之效能之獨立最佳化。由面對面接合安裝至矽光子插入器之電子晶粒可含有「驅動」插入器上之光子電路之電路。彼等電路替換來自習知電互連解決方案中之電子發訊驅動電路。 另外，多個電子晶粒之間之光學互連(即晶片對晶片互連)由矽光子插入器203實現，其中由組合之電子晶粒及插入器及矽光子插入器晶粒203上之相關聯之光學路由支援收發器功能。本發明不限制於圖2A中展示之配置。據此，各種堆疊配置皆係可能的。例如，光子插入器可夾置於電子晶片之間且插入器/電子晶片之堆疊可經組態以導致一3維結構。 光子插入器203包括使得電信號能夠被連接至經安裝於插入器203之頂部上之電子晶粒205的矽穿孔(TSV) 206。製作程序可需要背磨光子插入器203以減少矽基板厚度且實現TSV程序。由於背磨之後的基板厚度係大約僅100 μm，所以一模製材料係分配於晶片總成之頂部上以使得其機械穩定。繼而使用凸塊將晶片組總成安裝於另一基板上，如圖4中展示。 圖2B係根據本發明之一實施例之一混合積體光子收發器之一透視圖。參考圖2B，其展示PCB/基板201、矽光子插入器203、電子晶粒205、接觸件207、光源總成209、光學I/O 211、導線接合件213、光纖217，及接觸墊219。 展示在經由接觸件207接合至矽光子插入器203之表面之前的電子晶粒205，如由各晶粒下方之虛線箭頭所繪示。儘管在圖2B中展示兩個電子晶粒205，但應注意本發明並不是如此受限。據此，任何數目之電子晶粒可被耦合至矽光子插入器203，取決於(例如)收發器之數目、利用之特定CMOS節點、導熱性，及空間限制。 在另一例示性實施例中，例如，可遠端定位光源總成209且可利用一或多個光纖經由光柵耦合器將光源信號耦合至矽光子插入器203內。 在一例示性實施例中，電子功能可被整合至電子晶粒205內，且光子電路可利用獨立CMOS程序被整合至矽光子插入器203內，其中矽光子插入器203被接合至基板201。電子晶粒205可包括與矽光子插入器203中之光子裝置相關聯之電子裝置，藉此最小化電路徑長度且同時仍然允許電子及光子裝置之獨立效能最佳化。例如，導致最高電子效能(諸如最快之切換速度)之CMOS程序對CMOS光子效能來說可不是最適宜的。類似地，不同技術可被併入不同晶粒中。例如，SiGe CMOS程序可用於光子裝置(諸如光偵測器)，且32 nm之CMOS程序可用於電子晶粒205上之電子裝置。 矽光子插入器203可包括光子電路，藉此光學信號可被接收、處理且傳送出矽光子插入器203。光源總成209可將一CW光學信號提供至矽光子插入器203，其中矽光子插入器203中之光子電路處理CW信號。例如，CW信號可經由光柵耦合器被耦合至矽光子插入器203內，經由光學波導傳遞至晶粒上之各種位置，由Mach-Zehnder干涉儀(MZI)調變器調變且傳遞出矽光子插入器203至光纖內。依此方式，在CMOS程序中實現複數個高效能光學收發器之混合整合。 在另一實例性案例中，矽光子插入器203可提供電子晶粒之間之光學路由。例如，電子晶粒205可包括複數個處理器及記憶體晶粒。來自電子晶粒205之電信號可經由銅柱被傳遞至(例如)矽光子插入器203上之調變器，且被轉換為光學信號以在利用光偵測器被轉換回電信號之前經由光學波導路由至另一電子晶粒。依此方式，針對複數個電子晶粒，實現十分高速之耦合，從而(例如)減少處理器晶片上之記憶體需求。 圖2C係根據本發明之一實施例之具有兩個耦合之電子晶粒之一光子插入器之一透視圖。參考圖2C，其展示PCB/基板201、矽光子插入器203、電子晶粒205、光源總成209、光學I/O 211、導線接合件213及光纖217。 電子晶粒205經展示經由(例如)Cu柱接合至矽光子插入器203之表面。儘管在圖2C中展示兩個電子晶粒205，但應再次注意，本發明不必如此受限。據此，任何數目之電子晶粒可被耦合至矽光子插入器203，取決於(例如)收發器之數目、所利用之特定CMOS節點、導熱性，及空間限制。 在一例示性實施例中，電子功能可被整合至電子晶粒205內，且光子電路可利用獨立CMOS程序被整合至矽光子插入器203內。電子晶粒205可包括與矽光子插入器203中之光子裝置相關聯之電子裝置，藉此最小化電路徑長度，且同時仍然允許電子及光子裝置之獨立效能最佳化。不同技術可被併入不同晶粒中。例如，SiGe CMOS程序可用於矽光子插入器203中之光子裝置(諸如光偵測器及調變器)，且32 nm之CMOS程序可用於電子晶粒205上之電子裝置。 在另一例示性案例中，電子晶粒205之一者可包括一習知特定應用積體電路(ASIC)且一第二電子晶粒205可包括具有用於驅動矽光子插入器203中之光子裝置之電路之一驅動器晶粒。據此，驅動器晶粒可經由矽光子插入器203自ASIC接收電子信號且使用該等接收之信號隨後驅動矽光子插入器203中之光子裝置。依此方式，第二晶粒提供相對於ASIC中之積體驅動器電路之驅動器電路。此可允許現存ASIC設計與矽光子插入器203整合且無需對ASIC I/O電路作出任何修改。 矽光子插入器203可包括光子電路，藉此光學信號可經接收、處理且傳送出矽光子插入器203。光源總成209可將一CW光學信號提供至矽光子插入器203且由經由導線接合件213耦合至光源總成209之電壓加偏壓。接著，矽光子插入器203中之光子電路可處理CW信號。例如，CW信號可經由光柵耦合器耦合至矽光子插入器203內，經由光學波導傳遞至晶粒上之各種位置，由MZI調變器調變且經由光學I/O 211傳遞出矽光子插入器203至光纖217內。 可經由PCB/基板201將熱量自晶粒傳導出。依此方式，矽光子插入器及電子晶粒205可使得複數個高效能光學收發器使用分離最佳化CMOS程序。類似地，矽光子插入器203可實現電子晶粒205中之電子電路之間(諸如(例如)處理器核心與記憶體之間)之高速互連。 在積體光學電路中，表面發光耦合器優於邊緣耦合解決方案。自一光纖至一平面波導電路之邊緣耦合光通常需要複雜三維積體模式轉換器、拋光之晶片端小面、相對於模式轉換器之端之拋光之小面之精確定位、專門透鏡光纖及與晶片之亞微米對準。表面發射耦合器允許晶片表面上之任何地方處之光學介面之位置之靈活性，不僅係靠近晶片邊緣。另外，已證實此等耦合器可十分有效地將光以一靠近垂直之方向耦合至光纖，如由圖3中展示之光纖耦合所繪示。 圖3係根據本發明之一實施例之繪示一光子晶片中之一光柵耦合器之一示意圖。參考圖3，其展示具有經由一光纖309之光學信號之垂直耦合之一晶片301。將光柵結構307嵌入至一波導層305中及一埋入氧化物303上，其中埋入氧化層303可包括一絕緣體上矽(SOI)晶圓中之氧化層。 圖3繪示一光柵耦合器之操作。為了一些理由，一光柵耦合器通常將光耦合朝向晶片之頂部。光學晶片通常安裝於一基板上，所以該晶片之底側不可接達以用於光學耦合。此外，吾人必須考慮高效率光柵耦合器僅有效地將光耦合至近場中之一光纖，即少於與光柵之約50 μm光學距離(在空氣中)。由於晶片基板厚度通常為約700 μm，所以將光耦合通過晶片之矽基板至一光學元件(諸如一光纖)係不實際的。 圖4A繪示根據本發明之一實例性實施例之一光電收發器模製封裝。參考圖4A，其展示包括一電子晶粒401、模製化合物403、光子插入器405、底膠填充413及一基板407之模製封裝400。光子插入器405可包括一光子層417、一矽層415及通過矽層415之TSV 411。光子層417可包括(例如)如圖1中描述之光學及光電裝置，諸如光柵耦合器、波導、光偵測器、方向耦合器及調變器。 微凸塊421 (諸如C4微凸塊)可形成於TSV 411上以用於將光子插入器405耦合至基板407。底膠填充413可包括(例如)可填充光子插入器405與基板407之間之容積而非由微凸塊421佔據之容積之一非導電膏。 由於模製化合物403不係光學透明的，所以其防止光學信號自頂部耦合至光子晶片。一個解決方案係使用一間隔晶粒(例如一矽虛擬晶粒)將光柵耦合器上方之區域的模製材料清除。然而，由於間隔晶粒之厚度類似於電子IC之厚度，所以自光柵耦合器至光纖之近場耦合變得不可能。為了此等理由，有效光學耦合對一基板上之一晶片總成係有挑戰性的。 圖4B繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖之一光電收發器模製封裝。參考圖4B，其展示包括一電子晶粒401、模製化合物403、光子插入器405、底膠填充413、基板407及一光纖409之模製封裝450。就圖4A中之結構來說，光子插入器405可包括一光子層417、一矽層415及通過矽層415之TSV 411。光子層417可包括如圖1中描述之光學及光電裝置，例如(諸如)光柵耦合器、波導、光偵測器、方向耦合器及調變器。 在圖4B之結構中，基板407可包括通過其之厚度至光子插入器405之後表面之一開口以允許藉由光纖409直接接觸。另外，一壩419可圍繞光纖409形成以防止底膠填充413到達光纖409。 光子插入器中之光柵耦合器可經設計以將光耦合朝向光子插入器之矽基板。若在晶片總成定位於其上之基板中打開一小空腔，則光纖可附接至插入器之底部，如圖4B中所繪示。壩419可經加入以環繞用於光源及光纖之區域而防止C4凸塊底膠填充413進入彼等區域。例如，可使用用於TSV凸塊421之焊料製作此壩。 插入器基板之厚度可為約100 μm，此厚度對應於在空氣中小於30μm之一光學路徑長度，此係因為矽之高介電常數。因此，此組態實現自光纖至光子層417中之光柵耦合器之近場耦合且反之亦然。 圖5繪示根據本發明之一實例性實施例之用於後側耦合至一基板之一光纖之一光柵耦合器。參考圖5，其展示包括介電/金屬後端501、一金屬反射器503、光學波導505、埋入氧化物507、光纖509、一光柵耦合器511、一防反射塗層513、矽基板515及一第二防反射塗層517之一插入器500。 為了達成朝向基板之有效光學耦合，可在光子插入器上之光柵耦合器之設計中採用一些技術。以下參數可經最佳化以達成朝向基板之光信號之高方向性：光柵511中之蝕刻之特徵之尺寸；光柵511之節距或週期；薄膜層之厚度；光柵在其內經蝕刻之波導層505；界定光柵之蝕刻之深度；薄膜主動矽層505與矽處置基板515之間之埋入氧化物507之厚度。 矽基板515之此厚度可經選擇使得自氧化物處置介面反射之光與直接自光柵散射之光異相，因此部分抵消經引導遠離基板之光信號。另外，一金屬層503可加入至充當一鏡子之光子插入器500中之光柵耦合器511上方，從而向下引導光。 防反射塗層513可包含於埋入氧化物507與矽基板515之間以減少反射。另外，可將一防反射塗層517施加至插入器500之矽基板515之底側以緩和來自該介面之反射。再者，可將對準標記加入此表面上從而使得光纖509能夠與光柵耦合器511對準。本文描述之不同改良可分離或一起使用。應注意，即使圖中由光學波導矽層505之一部分蝕刻界定光柵耦合器511，但該蝕刻可為通過薄膜之整個厚度之一完整蝕刻。 圖6A繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖及光源之一光電收發器模製封裝。參考圖6A，其展示包括一電子晶粒601、模製化合物603、光子插入器605、底膠填充613、基板607、光纖609及光源總成621之模製封裝600。光子插入器605可包括一光子層617、一矽層615及通過矽層615之TSV 611。光子層617可包括如圖1中描述之光學及光電裝置，例如(諸如)光柵耦合器、波導、光偵測器、方向耦合器及調變器。光源總成621可類似於(例如)圖1及圖2A至圖2C中之光源總成101或209且可包括將CW光學信號提供至光子層617中之光學及光電裝置之一或多個雷射二極體。 如圖6A中所展示，一空腔可形成於基板607中以實現光源總成621至光子插入器605之耦合。在一實例性案例中，可針對光源總成621及光纖609形成兩個分離空腔或可針對該兩者形成一單一較大空腔。另外，壩619可形成於光子插入器605之後表面上以阻擋底膠填充材料接觸光纖609或光源總成621。 圖6B及圖6C繪示根據本發明之一實例性實施例之一光電收發器模製封裝之俯視圖及仰視圖。參考圖6B，其展示模製封裝600之一俯視圖，其中可見晶粒601之頂部表面由模製化合物603環繞，其等位於基板607上。晶粒601、模製化合物603及基板607之相關尺寸僅為一實例，且封裝之模製部分可反之為與基板607相同之區域。另外，晶粒601之頂部表面經曝露使得熱量能夠從頂部表面散去，但反之若期望為晶粒601提供進一步機械保護，則可由模製化合物覆蓋。 圖6C繪示封裝600之仰視圖，其中可見耦合至基板607之底部表面之光纖609及光源總成621。另外，亦在此視圖中可見保護光纖609及光源總成621以防接觸底膠填充材料之壩619。 圖7A繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖及光源之另一實例性光電收發器模製封裝。參考圖7A，其展示包括一電子晶粒701、模製化合物703、光子插入器705、底膠填充713、基板707、光纖709及光源總成721之模製封裝700。光子插入器705可包括一光子層717、一矽層715及通過矽層715之TSV 711。光子層717可包括如圖1中描述之光學及光電裝置，例如(諸如)光柵耦合器、波導、光偵測器、方向耦合器及調變器。光源總成721可類似於(例如)圖1及圖2A至圖2C中之光源總成101或209且可包括將CW光學信號提供至光子層717中之光學及光電裝置之一或多個雷射二極體。 如圖7A中所展示，空腔可形成於基板707中以實現光源總成721及光纖709至光子插入器705之耦合。在一實例性案例中，可針對光源總成721及光纖709形成兩個分離空腔或可針對該兩者形成一單一較大空腔。另外，壩719可形成於光子插入器705之後表面上以阻擋底膠填充材料接觸光纖709或光源總成721。在此實例中，電子晶粒701佔據基板707之頂部表面之大多數區域，所以圍繞晶粒701僅存在一薄片模製化合物703。定位光纖709及光源總成721亦允許將其等直接整合至相對於電子晶粒701之處，此相較於圖6A至圖6C之並排對準可減少光子插入器705之尺寸。 圖7B及圖7C繪示根據本發明之一實例性實施例之圖7A之光電收發器模製封裝之俯視圖及仰視圖。參考圖7B，其展示模製封裝700之一俯視圖，其中可見晶粒701之頂部表面佔據由模製化合物703環繞之基板707之大部分區域，該兩者位於基板707上。晶粒701、模製化合物703及基板707之相關尺寸僅為一實例，且封裝之模製部分可反之為與基板707相同之區域。另外，晶粒701之頂部表面經曝露以使得熱量能夠從該頂部表面散去，但反之若期望為晶粒701提供進一步機械保護，則可由模製化合物覆蓋。 圖7C繪示封裝700之仰視圖，其中可見耦合至基板607之底部表面之光纖709及光源總成721。另外，亦可在此視圖中看見保護光纖709及光源總成721以防接觸底膠填充材料之壩719。 儘管已參考某些實施例描述本發明，但熟習技術者將瞭解可在不違背本發明之範疇之情況下作出各種改變且可替換等效物。另外，在不違背本發明之範疇之情況下，可作出諸多修改以使得一特定情況或材料適應本發明之教示。因此，不意欲將本發明限制於所揭示之特定實施例，但本發明將包含落於隨附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
100‧‧‧收發器
101‧‧‧光源總成
103A至103K‧‧‧分接頭
105A至105D‧‧‧高速光學調變器
107A至107D‧‧‧跨阻抗及限制放大器(TIA/LA)
109‧‧‧類比及數位控制電路
111A至111D‧‧‧高速光電二極體
112A至112D‧‧‧控制區段
113A至113H‧‧‧監測器光電二極體
115A至115D‧‧‧光學終端
117A至117H‧‧‧光柵耦合器
200‧‧‧光子收發器
201‧‧‧印刷電路板(PCB)/基板
203‧‧‧矽光子插入器
205‧‧‧電子CMOS晶粒
206‧‧‧矽穿孔(TSV)
207‧‧‧接觸件
209‧‧‧光源模組
211‧‧‧光學輸入/輸出(I/O)
213‧‧‧導線接合件
215‧‧‧光學環氧樹脂
217‧‧‧光纖
219‧‧‧接觸墊
301‧‧‧晶片
303‧‧‧埋入氧化物/埋入氧化層
305‧‧‧波導層
307‧‧‧光柵結構
309‧‧‧光纖
400‧‧‧模製封裝
401‧‧‧電子晶粒
403‧‧‧模製化合物
405‧‧‧光子插入器
407‧‧‧基板
409‧‧‧光纖
411‧‧‧矽穿孔(TSV)
413‧‧‧底膠填充
415‧‧‧矽層
417‧‧‧光子層
419‧‧‧壩
421‧‧‧微凸塊
450‧‧‧模製封裝
500‧‧‧插入器
501‧‧‧介電/金屬後端
503‧‧‧金屬反射器
505‧‧‧光學波導/光學波導矽層
507‧‧‧埋入氧化物
509‧‧‧光纖
511‧‧‧光柵耦合器
513‧‧‧防反射塗層
515‧‧‧矽基板
517‧‧‧第二防反射塗層
600‧‧‧模製封裝
601‧‧‧電子晶粒
603‧‧‧模製化合物
605‧‧‧光子插入器
607‧‧‧基板
609‧‧‧光纖
611‧‧‧矽穿孔(TSV)
613‧‧‧底膠填充
615‧‧‧矽層
617‧‧‧光子層
619‧‧‧壩
621‧‧‧光源總成
700‧‧‧模製封裝
701‧‧‧電子晶粒
703‧‧‧模製化合物
705‧‧‧光子插入器
707‧‧‧基板
709‧‧‧光纖
711‧‧‧矽穿孔(TSV)
713‧‧‧底膠填充
715‧‧‧矽層
717‧‧‧光子層
719‧‧‧壩
721‧‧‧光源總成
圖1係根據本發明之一實施例之一CMOS收發器之一方塊圖。 圖2A係繪示根據本發明之一實施例之包含一光子插入器之一實例性光學收發器之一示意圖。 圖2B係根據本發明之一實施例之一光子收發器之一透視圖。 圖2C係根據本發明之一實施例之具有兩個耦合之電子晶粒之一光子插入器之一透視圖。 圖3係繪示根據本發明之一實施例之一光子晶片中之一光柵耦合器之一示意圖。 圖4A繪示根據本發明之一實例性實施例之一光電收發器模製封裝。 圖4B繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖之一光電收發器模製封裝。 圖5繪示根據本發明之一實例性實施例之用於後側耦合至一基板之一光纖之一光柵耦合器。 圖6A繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖及光源之一光電收發器模製封裝。 圖6B及圖6C繪示根據本發明之一實例性實施例之一光電收發器模製封裝之俯視及仰視圖。 圖7A繪示根據本發明之一實例性實施例之具有後側耦合光纖及光源之另一實例性光電收發器模製封裝。 圖7B及圖7C繪示根據本發明之一實例性實施例之圖7A之光電收發器模製封裝之俯視及仰視圖。
100‧‧‧收發器
101‧‧‧光源總成
103A至103K‧‧‧分接頭
105A至105D‧‧‧高速光學調變器
107A至107D‧‧‧跨阻抗及限制放大器(TIA/LA)
109‧‧‧類比及數位控制電路
111A至111D‧‧‧高速光電二極體
112A至112D‧‧‧控制區段
113A至113H‧‧‧監測器光電二極體
115A至115D‧‧‧光學終端
117A至117H‧‧‧光柵耦合器

Claims (20)

  1. 一種用於通信之方法，該方法包括： 於一積體光學通信系統中，該積體光學通信系統包括： 一電子晶粒，其經接合至一光子插入器之一第一表面；及 一基板，其經耦合至相對於該第一表面之該光子插入器之一第二表面，其中一光纖及一光源總成在經形成於該基板中之一或多個空腔中被耦合至該插入器之該第二表面： 在該光子插入器中，自該光源總成接收一連續波(CW)光學信號；且 將一經調變之光學信號自該光子插入器傳遞至該光纖。
  2. 如請求項1之方法，其中一模製化合物係位於該光子插入器之該第一表面上且與該電子晶粒接觸。
  3. 如請求項1之方法，其包括使用一光柵耦合器將該接收之CW光學信號耦合至該光子插入器中之一光學波導。
  4. 如請求項3之方法，其中一介電/金屬後端係位於該光子插入器之該第一表面上。
  5. 如請求項4之方法，其中一金屬反射器係位於該介電/金屬後端中且將光反射回該光柵耦合器內。
  6. 如請求項3之方法，其中一或多個防反射塗層係位於該光纖與該光柵耦合器之間。
  7. 如請求項1之方法，其中該光子插入器包括將該電子晶粒電耦合至該基板之矽穿孔(TSV)。
  8. 如請求項1之方法，其中該基板包括一印刷電路板。
  9. 如請求項1之方法，其中壩鄰近該光子插入器之該第二表面上之該光纖及該光源總成。
  10. 如請求項1之方法，其包括利用該光子插入器中之一調變器及該接收之CW光學信號來產生該經調變之光學信號。
  11. 一種用於通信之系統，該系統包括： 一積體光學通信系統，其包括： 一電子晶粒，其經接合至一光子插入器之一第一表面；及 基板，其經耦合至相對於該第一表面之該光子插入器之一第二表面，其中一光纖及一光源總成在經形成於該基板中之一或多個空腔中被耦合至該光子插入器之該第二表面， 該積體光學通信系統係可操作以： 在該光子插入器中，自該光源總成接收一連續波(CW)光學信號；且 將一經調變之光學信號自該光子插入器傳遞至該光纖。
  12. 如請求項11之系統，其中一模製化合物係位於該光子插入器之該第一表面上且與該電子晶粒接觸。
  13. 如請求項11之系統，其中該積體光學通信系統係可操作以使用一光柵耦合器將該接收之CW光學信號耦合至該光子插入器中之一光學波導。
  14. 如請求項13之系統，其中一介電/金屬後端係位於該光子插入器之該第一表面上。
  15. 如請求項14之系統，其中一金屬反射器係位於該介電/金屬後端中且將光反射回該光柵耦合器內。
  16. 如請求項13之系統，其中一或多個防反射塗層係位於該光纖與該光柵耦合器之間。
  17. 如請求項11之系統，其中該光子插入器包括將該電子晶粒電耦合至該基板之矽穿孔(TSV)。
  18. 如請求項11之系統，其中該基板包括一印刷電路板。
  19. 如請求項11之系統，其中壩鄰近該光子插入器之該第二表面上之該光纖及該光源總成。
  20. 一種用於通信之系統，該系統包括： 一積體接收器，其包括： 一電子晶粒，其經接合至一光子插入器之一第一表面；及 一基板，其經耦合至相對於該第一表面之該光子插入器之一第二表面，其中一光纖及一光源總成在經形成於該基板中之一或多個空腔中被耦合至該光子插入器之該第二表面， 該接收器係可操作以經由該光子插入器中之一光柵耦合器自該光纖接收一經調變之光學信號。
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