TWI236553B

TWI236553B - Optical waveguide device, optical and electrical elements combined device, method of driving the same, and electronic equipment using the same

Info

Publication number: TWI236553B
Application number: TW092129928A
Authority: TW
Inventors: Toshihiro Ouchi
Original assignee: Canon Kk
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-07-21
Also published as: JP3817510B2; WO2004040342A1; AU2003274757A1; US7151865B2; JP2004153361A; US20040126053A1; TW200419205A

Description

1236553 (1) 玖、發明說明【發明所屬之技術領域】本發明係關於一光學波導裝置，包括一光學波導，與光學連接電子晶片間信號或電子電路基座或封裝內類似物的光學輸入及輸出璋’ 一包括該光學連接裝置及電子電路的光學及電組合裝置，驅動該光學及電元件組合裝置的方法，及一使用該光學及電組合裝置的電子設備。【先前技術】爲了實現個人電腦的高效能，代表行動式裝置的行動電話及P D A (個人數位助理）、數位A V (視聽）裝置、及支援該進步的資訊導向社會之類似裝置，使用大量完全整合的L S I晶片。然後，在高速中以高密度操作L s〗晶片整合需要一項黏著技術。然而，只使用傳統電子連接的該黏著技術在解決傳輸延遲與串音、Ε ΜI (電磁干擾）損失、及其類似的問題受到限制。因此，爲了達成上述所提的需求，已經審查一使用倂同傳統電子連接之光學連接的系統。已經提出數個在晶片上應用該光學連接的範例。例如，發表於JP 8-293 8 3 6Α中作爲傳輸媒介的板式波導，該板式波導由有機聚合物製成且形成於平坦基座上。可想而知’與形成線形光學波導的系統相比，此系統的價値在於該板式波導與LSI晶片、或機板或其上有LSI晶片的封裝具有極佳的匹配度，且易於製造，同時也可以在晶片間自 -4- (2) 1236553 由地連接。圖11顯示一發表於JP8-293836A中的光學連接裝置範例。在圖1 1的裝置中，信號產生元件2 0 4與 2 0 6、與信號接收元件2 0 5設置於基座2 Ο Γ的絕緣層2 0 8 上，該基座201’包括光學波導層且以聚合封包材質2 09封裝於內，安裝LSI板202於其上而使用板式光學波導201 " (信號光源2 03 )實現LSI間信號的傳輸。使用全息圖 207以在信號產生元件204與206、與信號接收元件205 、與波導201 〃間光學耦和。此外，波長控制元件控制元件間的耦合狀態。然而，同樣在上述發表於JP 8 -293 8 3 6A的裝置中，經由一般波導傳輸的信號光源通常不會變成預定光源接收元件所接收的信號。【發明內容】本發明的目標之一係提供一光學波導裝置，其架構適用於選擇性地接收光學信號的理想信號，該信號經由光學波導、光學及電元件組合裝置、驅動該光學及電元件組合裝置的方法、與使用該光學及電元件組合裝置的電子設備所傳播。根據本發明，所提供的光學波導裝置包括一光學波導、與從該光學波導輸入光學信號或輸出光學信號至該光學波導的光學輸入及輸出埠，其特性在於該光學輸入埠依照以電子信號輸入光學輸入埠的時序控制信號接收從該光學輸出埠輸入該光學波導的光學信號。 - 5- (3) 1236553 根據本發明的光學波導裝置，光源輸入埠（光源接收單元）可以選性地只接收所需的信號。此外，在數個光源輸入埠連接於上述光學波導的狀況中，可以提供使用上述時序控制信號的光學波導裝置，藉以促使所提供的光學波導裝置可重建其連接光源輸入與輸出埠間光學信號之方法。以此組合，經由該光學波導的光學連接架構大體上不改變，且因此依照可以在低於光學信號速率下傳輸之電子信號的控制建立可重建之光源配線。因此，可以不需精確控制的結構，以相當低的成本實現該光學波導裝置，但利用該光學連接的優點而抑制該電子連接的缺點。根據本發明，提供一光學及電元件組合裝置，包括電子電路、操作該電子電路的電子晶片、與本發明的光學波導裝置，該光學及電元件組合裝置之特性在於電子晶片間的信號連接係藉使用光學信號的光學連接，與至少使用控制光學信號傳輸與接收之時序控制信號的電子連接二者完成。根據本發明，提供驅動上述光學及電元件組合裝置的方法，包含步驟：從有限脈衝列所形成之封裝信號列形成自光學輸出埠端傳輸的光學信號；分別傳輸該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕一封裝信號到光學輸入璋端而完成時序分割封裝切換，並藉以切換光學輸入及輸出璋間的光學連接；以一根據來自傳輸電子晶片之封裝列的重複週期時鐘頻率傳輸用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號；及 -6 - 1236553 (4) 先接收用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號脈衝之後，才選擇接收電子晶片中的封裝列以便在電子信號脈衝落下的時間點開始捕捉封裝信號。根據本發明，提供一電子設備，其特性在於電子晶片間的高速光學連接可以與本發明的光學及電元件組合裝置自由地合倂架構，與數個內建系統間的連接可以一個設備在局速中切換。根據本發明，可以提供一光學波導裝置，其架構適用於選擇性地接收經由光學波導及其類似物傳播之光學信號的理想信號。完成本發明最佳模式本發明所提供之光學波導裝置、光學及電元件組合裝置、驅動該光學及電元件組合裝置的方法、與使用該光學及電元件組合裝置的電子設備之結構已如上述。本發明之光學波導裝置包括以下部份。每個光學輸入及輸出埠可以包括一在光學波導中以幾乎垂直於光學波導方向接收或發射光源的光學元件（光源發射元件或光源接收元件），與設置於光學波導內理想位置相當於光學元件的光學路徑改變機構。此時，該光學波導裝置中之光學路徑改變機構在外觀上可以由具凸形的光學反射體組成，且該光學元件係一安裝於光學波導的平面式元件，其中該光學元件的中央部位與光學反射體凸狀部位的頂點位置並列，且每個光學元件傳輸信號到光學波導 1236553 (5) 內整個區域及接收來自光學波導內整個區域的信號。或者，該光學波導裝置中之光學路徑改變機構在外觀上可以由具凸形的光學反射體組成，且該光學元件係一安裝於光學波導的平面式元件，其中該光學元件的中央部位與光學反射體凸狀部位的頂點位置並列，且每個光學元件只傳輸信號到光學波導內部份區域及接收來自光學波導內部份區域的信號。上述光學元件包括一由半導體結晶材質製成的平面形式元件，且所具有的結構只轉移一半導體結晶材質之光源接收或發射所需的薄膜層至上述光學波導即可去除一半導體基座。一個如光學波導層（以下可視需要以、、板式光學波導〃參照）之光學波導可以由聚碳酸酯、聚亞醯胺、 B C B、S U - 8 (產品名）、矽氧烷、聚矽烷、或藉由耦和功能群組至原則鏈或此等材料側鏈所得的有機聚合物或寡聚體的材料製成。上述光學波導係一典型的板式光學波導。此外，從上述光學輸出埠端所傳輸之光學信號係由有限脈衝列形成的封裝信號列所組成。爲了完成時序分割封裝切換以切換光學輸入與輸出埠間的光學連接，分別傳送上述時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕封裝信號到光學輸入璋端。以此架構在一光學及電元件組合裝置中，其中板式波導、電子電路及操作該電子電路的電子晶片係整合在一起的，晶片間的信號連接可以依照用於控制光學封裝信號廣播與封裝切換的電子信號完成。配線切換可以依照電子信 -8- (6) 1236553 號完成，該電子信號以低於光學信號的時鐘頻率傳送。然而’因著完成時序控制，可以在高速中有效率地完成配線切換。本發明之光學及電元件組合裝置包括電子電路、操作該電子電路的電子晶片、與上述的光學波導裝置。該光學及電元件組合裝置之特性在於電子晶片間的信號連接係藉使用光學信號的光學連接，與至少使用控制光學信號傳輸與接收之時序控制信號的電子連接二者完成。此處將描述關於本發明典型範例的特性，其中依照使用電子晶片間電子連接特定配線的時序控制以時序分割方式完成光學信號的封裝切換。在約5 Omm平方相當小的區域中，晶片間的電子配線可以輕易地管理。同樣地，既然封裝切換的電子控制信號只需在每個藉捆紮高速光學信號所得的封裝送出，此電子控制信號可以是藉由分割電子晶片內時鐘信號之時鐘頻率所得的慢速信號。因此，這在電子電路基座中變得對光學連接有效。此外，既然在這個方法中，封裝採用或拒絕間的選擇係依照特定送出的電子信號所控制，則在封裝中不需要插入傳輸目的位址資料。因此，封裝內的信號來源可以盡量有效地使用以允許增加有效傳輸速率，且同時不指定光學配線的目的。結果不需線型光學波導，且因此光學信號可以用傳播方式以平價的板式光學波導傳送。能夠以廣播方式傳播光學信號允許了高速中信號的傳輸與接收可在一對多與多對多型式間切換。更進一步，爲 -9 - (7) 1236553 了允許在高速中完成數個系統間切換及實現小型化與低價化的目的，根據本發明之光學及電元件組合式基座或安裝元件於其上的晶片封裝顯示其效能。特別是它最適合於行動裝置。既然傳統光學通訊所完成的封裝切換以此方式在小區域內執行，此系統可以變成瑪片封裝切換系統，在能夠電子式傳輸最多控制信號方面具最好的使用價値。作爲實現此系統的範例，如圖1所示有一晶片尺寸封裝。在這個範例中，板式波導（光學波導層）1整合於多積層電子配線層2上致使光學連接與電子連接二者可以在數個裸晶晶片的LSI 1到5間實現。光學信號傳輸至及接收來自LSI下連接的光學元件。然後，傳播光學信號致使該等元件可以接收同樣的信號，及同時完成控制致使只在特別送出的電子控制信號落下時間（如圖4A至4C中所示）得到該信號。因此，如果封裝由例如1 2 8位元組成，電子信號必須以藉由以1 2 8分割光學信號時鐘頻率所得的低時鐘頻率送出。此系統可藉連續切換傳輸來源、或在多積層光學波導層中使用光源強度多工倂同空間多工架構而成。先前程式化之封裝切換的控制序列儲存於電路中設置的記憶體或連續從外部讀出或下載的外部裝置以允許完成加入與重寫。因此’該裝置的操作也可以在高速中與下載同時切換。此外’以高密度安裝晶片的系統L S I可以在高速中切換系統，此系統LSI之建構可以使用光學及電元件組合裝置’其中電子晶片、光學波導裝置與電子配線層係整合的 1236553 (8) 。此系統LSI也可以製造成作爲以一個晶片實現數個功能之晶片（S 〇 C )上的系統或作爲封裝後安裝於電子電路基座上之封裝內的系統之用。當然，此系統LSI可以作爲一光學及電元件組合基座如同作爲一個子板。在這個方法中 ’根據本發明的光學及電元件組合裝置所包含的層從晶片層到基座層在尺寸、安裝方法、應用方法、操作系統、及其匕類似者在基礎上是一致的。如果光學及電元件組合裝置使用於多媒體設備中，它可以承擔多工無線系統。更進一步，可以在高速中完成系統間的切換，及在高速中處理影音資訊。驅動本發明光學及電元件組合裝置的方法，其特性在於從有限脈衝列所形成之封裝信號列形成自光學輸出埠端傳輸的光學信號，及分別傳輸該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕一封裝信號到光學輸入埠端而完成時序分割封裝切換，並藉以切換光學輸入及輸出埠間的光學連接，及根據來自傳輸電子晶片之封裝列的重複週期時鐘頻率傳輸用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號，先接收用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號脈衝之後，才選擇接收電子晶片中的封裝列5及開始便在電子信號脈衝落下的時間點捕捉封裝信號。更進一步，驅動光學及電元件組合裝置的方法包括從有限脈衝列所形成之封裝信號列形成自光學輸出瑋端傳輸的光學信號，及分別傳輸該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕一封裝信號到光學輸入埠端而完成時序分 -11 - 1236553 (9) 割封裝切換’並藉以切換光學輸入及輸出埠間的光學連接 ’及儲存封裝切換的控制樣式於該光學及電元件組合裝置內或外所設置的記憶體，及從該記憶體連續讀出該控制樣式以控制該光學及電元件組合裝置的操作。根據本發明的電子設備其特性在於電子晶片間的高速光學連接可以與本發明的光學及電元件組合裝置自由地合倂重新架構，及數個內建系統間的連接可用一個設備以高速切換。以下將參照相關圖具體地描述實施例以闡明本發明的實施例模式。第一實施例本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置的透視圖如圖1中所示。在這個實施例中，允許光學自由連接的光學波導層1(板式波導）在基座2上被製成薄板形成一與基座2整合的多積層電子配線層。在圖1的型式中，單一層的光學波導層整合於最上層。然而，如同在接下來所描述的實施例中，也可以採用如多積層光學波導層整合於電子配線層內的型式。作爲組成多積層電子配線層之基座2的材質，可以使用FR4組成印刷基座。以下材質亦可使用：有機材質如聚胺型樹脂或聚醯胺樹脂；無機陶瓷材質如Al2〇3或AIN ;玻璃；或混和這些材質而成的複合材質。該電子配線層係組合而成，致使電子配線層之電子配線8藉由孔9連接 -12- 1236553 (10) ，及設有電極3作爲與外界的介面以允許在封裝（SiP ) 中建構一所謂整個晶片具單一功能的系統。也就是說，例如晶片的形狀，提供晶片尺寸封裝（c S P )，及其尺寸約在10mm至5 0mm平方範圍內。被動晶片如電阻、電容器與線圈、或作爲主動晶片的1C可以倂入多積層電子配線層內。當具有厚度10〇um的板式樹脂光學波導層1整合覆蓋於電子配線層上，它的厚度不受此限。在這個狀況中，使用聚碳酸酯z作爲波導層1的材質。然而，除了聚碳酸酯，具有相當高玻璃轉移溫度的光學樹酯材質如聚亞醯胺、矽氧烷化合物、SU-8、BCB、或聚矽烷也是適用的。安裝裸晶晶片SbLSI 1至5 ( 4a至4e )於波導層1上，及使用整合於該等晶片（更明確地，就是半導體雷射與PIN 光電二極體）下方的光學I/O元件（組成光學輸入及輸出埠）完成晶片間的光學連接。對裸晶晶片而言，所謂晶圓級尺寸封裝（WLCSP )適用於製造LSI時所形成同時完成電子連接的電極。關於晶片間的互連，完成一用於可重建配線部位的光學連接。然而，對一電子連接部位而言，電子連接的完成係藉基座2上的電子配線8經由中間配線或所形成經由光學波導層1完全延伸的類似物，或藉光學波導層1上所形成的電子配線5。與晶片外的連接也可藉光學空間傳輸37完成。當光學波導層1的尺寸與基座2相等時，光學波導層1的形狀並不受限於此。因此，可以採用只在需要的區域內提供光學波導層的形狀。 -13- 1236553 (11) 圖2顯示一安裝晶片的範例。圖2顯示從該晶片外圍所視之透視圖。然後，使用錫鉛凸塊2 6經由電極24與 2 5安裝裸晶晶片L SI 2 0於光學波導層1上。驅動光源發射元件27的電極1 〇、驅動光源接收元件28的電極11 ' 與形成於光學波導層1表面上的電子配線5分別經由其它凸塊26與裸晶晶片LSI 20的電極連接。電極24經由完全延伸於光學波導層1的中間配線2 3連接於基座2上的電子配線2 1。更進一步，使用基座2內的中間配線9與內部配線8建構一電子電路。例如，使用光學波導層1表面上的配線5傳輸LSI晶片間的控制信號。然後，晶片間的控制信號也可以經由基座2表面上的電子配線2 1、內部配線8、或其相似物傳輸。在這個實施例中，使用板式光學波導1以廣播方式完成光學連接。來自光源發射元件2 7的光學信號藉半球形反射體1 2耦合於光學波導層1以及傳輸該信號。同樣地，經由光學波導層1傳播自其它晶片的光學信號藉反射體】3耦合於光源接收元件2 8以及接收該信號。如果這些光學元件的中心分別沿著垂直於光學波導層1的方向與反射體的頂點位置並列，該等光學元件可光學耦合於整個板式光學波導1。反之，如果這些光學元件的中心分散於反射體的頂點位置，該等光學元件只能光學耦合於固定輻射角度的區域。可以根據LSI晶片的位置與光源強度的需要選擇光學傳播型式。這部份將於稍後描述。在本實施例中，光學元件係GaAs表面式半導體雷射 (12) 1236553 或PIN光電二極體。使用厚度7um的薄型光學元件（在經功能層轉換（FLT)移除GaAs基座後整合於光學波導層1上）。因此，如果使用一般錫鉛凸塊（每個具有直徑 30到ΙΟΟιιιηΦ )安裝LSI，可以得到足夠高的淸除。在不移除GaAs基座的狀況中，爲了保護該等光學元件，可在 LSI晶片20與光學波導層1間插入間隔物（未顯示）。此外，該等光學元件可以混合的方式整合於LSI晶片上，或嵌入光學波導層1中。在光學元件嵌入於光學波導層1 的狀況中，既然光學元件的發射部位較低，就不需要如此的間隔物。接著，以下將描述可重建光學連接的控制與操作於圖 3至5B。圖3係圖1之光學及電元件組合裝置30從上方所視的平面圖。例如，光學信號31自LSI晶片1 ( 33a) 以全方位傳輸至光學波導，及在其它LSI晶片2至5 ( 3 3 b至3 3 e )中在理想的時間點接收該信號。以1 2 8位元脈衝列的固定長度封裝形成光學信號3 1如一個單元。然後，每個封裝分別經電子配線3 2送出如電子信號的接收指令到有需求的L S I晶片以便控制此接收。例如，此時若 LSI的內部時鐘信號頻率爲200MHz，及內部匯流排係平行16位元，連續使用直到光學信號爲3.2Gbps，在一個封裝型式中傳輸128/16 =8位元的平行信號。這些數値可以根據系統定義而改變。在此方式中以3·2 Gbps傳輸與接收光學信號。既然封裝的重複週期變爲3 5 2 0 0MHz / 1 28 =2 5 MHz，控制接收時間點的電子信號可以非常低。在圖 (13) 1236553 3的操作範例中，傳輸自LS][晶片1 ( 33a)的封裝列變爲 FACEB···.的順序。然後，根據控制信號指示LSI晶片2 ( 3 3 b )只接收封裝a與E。圖4A至4C係易於解釋此情形的圖。爲了簡化的緣故’假設一個封裝的位元數爲2 0位元。圖4 A顯示來自 L S I 1的光學信號，及每個該光學信號的封裝皆由與連續數位高速信號ASK調變的光學脈衝列組成。如上所述，該光學信號以廣播的方式處理。另一方面，圖4B顯示控制從LSI 1送至LSI 2接收時間點的電子信號。爲了允許 LS 12接收封裝a與E，如果電子信號先前送至LSI 2致使接收起始於該電子脈衝落下的時間點，如圖4C中所示，L S I 2可以接收理想的信號。如上所述，此刻電子控制信號的時鐘頻率可以遠低於光學信號列的頻率。此外，在通常用於一般封裝切換的方式中’在信號列的前端或其類似處加入傳輸來源、接收目的或其類似的資訊。然而，在本實施例晶片間的傳輸中，因爲傳輸距離非常短，容易調整高速光學信號與電子控制信號彼此間的時間點。然後，產生即使位址資訊或其類似資訊並無特別加入於封裝中也可以切換封裝的價値，且因此封裝內所包含的資訊可盡量加多。對於時間點的調整，可以將並聯於串聯轉換電路或其類似物之光學傳輸/接收部位的延遲時間與傳播延遲中光學信號的全部延遲時間調整得與使用一段電子配線、一相位調整電路、與其類似物之電子控制信號的延遲一致。當然，可藉由在封裝前端加 -16- 1236553 (14) 入起始信號或在LSI晶片中提供暫存器元件調整該時間點〇比較本實施例與所有晶片間的連接皆以電子式完成的狀況。在並聯連接的狀況中，十六條電子配線分佈於所有晶片中。然而，爲了傳播具200MHz相當高頻的信號，需要設計一帶線，且因此從電磁輻射與串音的角度觀之，產生配線密度與樣式的限制。因此增加機板的面積。在使用串聯以便傳輸電子信號的狀況中，解決該機板面積的問題。然而，在信號約1GHz頻率的狀況中，隨著高功率增加而增加的機板材質與隔離反制高成本因著基座中電子信號的衰減與延遲、及輻射雜訊而成爲問題。因此，從高速與密合安裝的角度觀之，根據本發明的光學連接可以解決此類問題。此外，採用封裝切換系統造成低實質傳輸率。然而，因爲有效地利用配線策略與不需要昂貴的光學部分而有利於實現低成本。請注意，本實施例中所示之封裝長度與時鐘速率僅爲一範例，及因此所做的光學設計係依照需求的系統。此外，封裝長度也可以做成可變的。然而如圖3中所示的範例，其中光學信號從LSI晶片 1傳輸到其它晶片，可以改變傳輸來源與接收目的。例如在圖5A中，LSI晶片3係完成此傳播的傳輸來源，然而在圖5 B中，L SI晶片5係傳輸來源。此處，因爲如圖5 A 與5 B中所示，光源傳輸方向可理想地呈90度角發射，及設於光學波導層內的光學反射體頂點係彼此分開配置以便限制傳播方向。結果，因爲減少光源擴散的損失，可以延 -17- 1236553 (15) 長傳輸距離至LSI晶片的對角。此理由乃係在全方位擴散的狀況中，當光學波導層的傳播損失夠小，每單位區域的光學功率衰減與1/2πΙΙ ( R :傳輸距離）成正比，如果限制光學信號的擴散於9 0度方向，則每單位區域的光學功率衰減與2~R成正比。在本實施例中，因爲提供一個光學波導層，對一段特定的固定時間，一個LSI晶片佔據該唯一的光學波導層以便成爲傳輸來源，及其它每個晶片接收光學fg號’然後起始來源一個接著一個改變。如上所述，在本實施例中，可以實現在高速中操作的小型與配線可重建晶片組合式系統LSI。第二實施例根據本發明第二實施例達到從二或多個晶片同時傳輸信號。如圖6A至6C中所示，當不同信號同時自LSI晶片2與5傳輸，每個L SI晶片1、3與4都是必須分別接收該光學信號的接收晶片。然後如圖6 A至6 C中所示，以使得兩個光學信號之光源強度彼此不同的方法實現之，然後在接收電路中處理該兩個光學信號。當雷射調變的電流値改變，可以輕易地控制光源強度。例如假設晶片5的光源強度是p 〇，且晶片2的光源強度是2Ρο，如果在相等的距離晶片丨所接收兩個光學信號的衰減量是彼此相等，則提出以下組合。 a)(晶片2，晶片5) = (〇，〇)-> 所接收的功率； -18- 0 (16) 1236553 b )(晶片2，晶片5 ) = ( 1，Ο ) +所接收的功率； 2 α P 〇 c )(晶片2，晶片5 ) = ( Ο，1 ) +所接收的功率； α Ρ 〇 d )(晶片2，晶片5 ) = ( 1，1 )">所接收的功率； 3 a ?〇其中α係功率衰減率。在這個方法中’因爲來自兩個 LSI晶片的光學信號値可依所接收的功率爲基礎決定而可以分別接收此兩個光學信號。因爲衰減率依晶片位置而不同，如果衰減量、發射光源功率、延遲量、與類似物事先以資料庫的型式預備，及信號處理係事先程式化，則可以承擔不同於圖6A至6C的狀況。如果完成信號可從數個傳輸來源同時傳輸的控制，則可以增加實質上的信號傳輸率。第三實施例根據本發明之第三實施例如圖7A所示，形成於多積層結構中的光學波導層70合倂於電子配線層71與72間。不同於第一實施例，此結構不構成一封裝，但構成一竇現單項功能的多晶模組，及此多晶模組的尺寸在約50mm 到1 〇〇mm平方的範圍中。雖然沒有舉例說明對外的介面，該多晶模組對外的連接經由連接器、電子電纜、或光學電纜。電子配線層7 1與72分別包括內部配線73與74，及光學波導層70係組合而成，及LSI 1至5(75a至75e 1236553 (17) )、被動裝置76與類似物密合安裝於電子配線層7 1的表面上。光學波導層70的多積層允許不需使用第二實施例之改變光源強度的方法同時完成數個LSI晶片或第一實施例所述之記憶體晶片間互相的光學連接。在基座尺寸變得相當大的狀況中（如本實施例），藉由改變光源強度多工光學信號變得困難。因此，即使伴隨某些成本上的增加，在大尺寸模組的狀況中，以操作速率增加與所增加高效能的角度觀之，採用多積層與空間多工是優良的。在本實施例中，晶片間控制的電子連接使用電子配線層7 1的內部配線7 3完成。接著，以下將描述多工方法。在傳播距離變長的狀況中（如本實施例），如果光學信號向所有方向散播，則光源功率的衰減變大。另一方面，如果爲了解決這個問題，增加電流以增加光源強度，則功率消耗變成一個問題。然後，如在第一實施例中所述，散播角度的限制同樣在本實施例中完成。

更明確地，來自LSI 1的光學信號以120度的發射角度傳輸到LSI 2與LSI 3，及LSI 4與LSI 5(圖7B)。既然可以空間分開光學信號，使用同一片（第一層）內兩個光學發射元件77完成該空間分割。另一方面，在對角上的LSI 2或其類似物的晶片包括光源77，該光源以90 度發射角傳輸光學信號至LSI 1、LSI 3與LSI 4，及以10 度狹發射角傳輸光學信號至LSI 5。不同於傳輸來自LSI 1236553 (18) 1 (圖7C )之光學信號的光學波導層，這些光源77設置於波導層（第二層）內。此方式也應用於其它LSI 3至 LSI 5。因此，光學波導層有五層，及兩個傳輸來自一個晶片之光學信號的光源發射元件77。對應於個別晶片的光源接收元件7 8 (非傳輸來源，總數爲4 )在每一層中整合。因此，在所有的層中包括從相對應LSI晶片連接光源接收元件7 8而不考慮從該晶片連接光源發射元件。以此結構，可以同時完成數個LSI晶片間高速連接致使非常高速平行處理變得可能。應注意多積層光學波導層 70的層數、光源發射元件77與光源接收元件78配置的方法、散播方向、與分割區域的方法只顯示作爲範例，且因此本發明並不受限於以上所描述的內容。第四實施例根據本發明第四實施例，爲了依照集中式控制操作系統，L S I晶片間的信號傳輸係事先程式化。與本實施例並列的實施例採用在每個LSI晶片中完成即時處理分散平行操作的型式。然而，第四實施例採用一方法，其中例如 L SI晶片根據儲存於圖1所示L SI晶片1之記憶體中的序列電子傳輸一接收時間控制信號至每個晶片。圖8顯示本實施例中一流程圖範例。一旦收到起始信號（一控制時鐘信號，其頻率在第一實施例中爲25MHz )，程式計數器計算藉分割L S I晶片內部時鐘信號之頻率 (在第一實施例中爲200MHz )所得的頻率以便依照傳送 (19) 1236553 自LSI晶片1的控制信號切換光學封裝信號。在圖8的流程圖中，它意味著一個操作經過計數1 5時間單位之後結束，例如經過0.6 laSec之後。在打算操作實際內建裝置的狀況中，作爲操作間轉換的序列倂入裝置中。圖9係顯示該狀態轉換的範例。當程式化操作間轉換時，藉由將某些切換S W轉成ON以操作裝置。此狀況亦可從外部下載特定特殊操作程式以增加新功能或更新版本。作爲以此方法操作的裝置範例，圖1 〇顯示一高功能行動終端機80。該行動終端機80設有一展示單元81、人機介面如按鈕操作單元82與轉盤處理單元83、及包括天線84 (經其傳輸與接收信號以便與外界往來）的無線單兀。裝置內設有主機板85'與封裝86或本身包含光學可重建配線的晶片以便架構一內建系統。近幾年，以無線系統而言，很多如 WCDMA或 CDMA2 00 0x系統的公共行動電話網路、PHS、無線[ΑΝ (I E E E 8 0 2.1 1 a、b、或其類似物）、無線 I e E E 1 3 9 4、超寬頻（U W B )、與藍芽已經適合實際上的使用。然後，在這些系統間平穩地切換，可預期供應一能夠以一個晶片、或其類似物執行處理的無線單元。以根據本發明的光學及電元件組合晶片，可以實現一所謂軟體無線系統以允許數個無線系統可以在高速中動態切換。因此，可以提供能夠高速處理的小型數位電子設備。根據本發明的光學及電元件組合晶片，關於伴隨影音的多媒體處理如壓縮或延伸，加上軟體無線系統可以快速 -22- (20) 1236553 地應付不同的系統。此外，製造該光學及電元件組合晶片使其功能爲一簡單單元以便用作小型及高效能無線標籤。或者’使用大量的晶片且該等晶片經由光學波導彼此耦和以允許建立大範圍嵌入系統如機器人。這些系統除了允許實現高效能’本發明應用於需要嵌入處理的整個電子設備。例如’可以使用根據本發明的光學及電元件組合裝置建立OA設備如影印機或執行高速多媒體處理的印表機、影像選取裝置’能夠完成高速轉換的測量儀器，及其類似物〇以此進一步設定，根據上述實施例，在下一代多媒體電子設備或其類似物中，可以實現奘有允許以高速配線切換可重建配線之小型光學波導裝置的晶片、封裝及基座。因此’可以視需要及小型化晶片與配線建構數個結構，及可以輕易地改變此等不同的結構。因此，該電子設備或其類似物的兀件以高密度安裝，及可以以相當低的成本執行高速多媒體處理或提供類似處理。此外，可以依照執行光學處理的場合選擇所需的內建系統。更進一步，可以在高速中以簡單的控制完成系統間的切換。【圖式簡單說明】圖1係根據本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置的透視圖；圖2係用於解釋安裝晶片於根據本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置中的透視圖； •23- (21) 1236553 圖3係用於解釋在根據本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置中傳輸光學信號的方法；圖4 A、4 B與4 C係用於解釋在根據本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置中接收信號之時間點的時序圖表；圖5 A與5 B顯不用於解釋在根據本發明第一實施例之光學及電元件組合裝置中傳播光學信號的方法；圖6A、6B與6C顯示用於解釋在根據本發明第二實施例之光學及電元件組合裝置中多重發訊光學信號的方法圖7A、7B與7C顯示根據本發明第三實施例之光學及電元件組合裝置，且用於解釋在該光學及電元件組合裝置中傳播光學信號的方法；圖8係用於解釋根據本發明第四實施例中光學封裝信號切換流程的範例圖；圖9顯示根據本發明第四實施例中狀態轉換之範例的狀態轉換圖；圖1 〇顯示根據本發明第四實施例之行動終端機；及圖11顯示使用板式光學波導之光學連接裝置之傳統範例的透視圖。【主要元件對照表】 1 板式波導（光學波導層） 2 基座 •24- 1236553 (22) 3 電極 5 電子配線 7 半球形反射體 8 電子配線 9 孔；中間配線 10 電極 11 電極 1 2 反射體 13 反射體 20 裸晶晶片L S I 2 1 電子配線 23 中間配線 24 電極 25 電極 26 錫鉛凸塊 2 7 光源發射元件 28 光源接收元件 30 光學及電元件組合裝置 3 1 光學信號 32 電子配線 33 L S I晶片 37 光學空間傳輸 70 光學波導層 7 1 電子配線層

-25 - 1236553 (23) 72 電子配線層 73 內部配線 74 內部配線 76 被動裝置 77 光學發射元件 78 光源接收元件 80 高功能行動終端機 8 1 展示單元 82 按鈕處理單元 83 轉盤處理單元 84 天線 85 主機板 86 晶片或封裝 20 Γ 基座 20 1，，板式光學波導 202 LSI板 203 信號光源 204 信號產生元件 205 信號接收元件 206 信號產生元件 208 絕緣層 207 全息圖 209 聚合封裝材質

Claims

(1) 1236553 拾、申請專利範圍 1. 一種光學波導裝置，包含一光學波導，與從該光學波導輸入光學信號及輸出光學信號至該光學波導的光學輸入及輸出埠，其中該光學輸入埠依照以電子信號輸入該光學輸入埠的時序控制信號接收從該光學輸出埠輸入該光學波導的光學信號。 2. 如申請專利範圍第1項之光學波導裝置，其中該光學波導係一光學波導層。 3 .如申請專利範圍第1項之光學波導裝置，其中該光學輸入及輸出璋包含一在光學波導中以幾乎垂直於光學波導方向接收或發射光源的光學元件，及設置於光學波導內理想位置相當於該光學元件的光學路徑改變機構。 4 .如申請專利範圍第3項之光學波導裝置，其中該路徑改變機構係由具凸形的光學反射體組成，該光學元件係一安裝於該光學波導的平面式元件，其中該光學元件的中央部位與該光學反射體凸狀部位的頂點位置並列，且每個光學元件傳輸信號到光學波導內整個區域及接收來自光學波導內整個區域的信號。 5 „如申請專利範圍第3項之光學波導裝置，其中該路徑改變機構係由具凸形的光學反射體組成，及其中該光學元件係一安裝於該光學波導的平面式元件，其中該光學元件的中央部位與該光學反射體凸狀部位的頂點位置並列，且該光學元件只傳輸信號到光學波導內部份區域及只接收來自光學波導內區域部份的信號。 -27 - 1236553 (2) 6 ·如申請專利範圍第2項之光學波導裝置，其中該光學波導層係藉由將數個層製成薄板而形成。 7·如申請專利範圍第1項之光學波導裝置，其中由光學輸出埠端所產生之光學信號係由有限脈衝列形成的封裝信號列所組成，及爲了完成時序分割封裝切換以切換光學輸入與輸出埠間的光學連接，分別傳送該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕封裝信號到光學輸入埠端。 8 · —種光學及電元件組合裝置，包含電子電路、操作該電子電路的電子晶片、與如申請專利範圍第1項之光學波導裝置，其中電子晶片間的信號連接係藉使用該光學信號的光學連接，與至少使用控制該光學信號傳輸與接收之時序控制信號的電子連接二者完成。 9 ·如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置，其中該光學輸入及輸出痺與電子晶片彼此係以電子連接。 1 0 ·如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置 ’其中電子晶片間的部份或全部電子連接使用形成於該光學波導表面上的電子配線完成，或在包括電子電路的電子電路基座上形成電子配線。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置，其中由數個光學波導層組成的光學波導設有來自同樣電子晶片的光學輸入及輸出璋。 1 2 .如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置 ’其中安裝於其它電子電路基座的數個表面連接端配置於包括該電子電路的電子電路基座表面上，及其中該裝置係 -28- 1236553 (3) 晶片封裝尺寸型式。 1 3 . —種驅動如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置的方法，包含步驟：從有限脈衝列所形成之封裝信號列形成自光學輸出埠端傳輸的光學信號；分別傳輸該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕一封裝信號到光學輸入埠端而完成時序分割封裝切換，並藉以切換光學輸入及輸出埠間的光學連接；以一根據來自傳輸電子晶片之封裝列的重複週期時鐘頻率傳輸用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號；及先接收用於選擇採用或拒絕該封裝信號的電子信號脈衝之後，才選擇接收電子晶片中的封裝列以便在電子信號脈衝落下的時間點開始捕捉封裝信號。 1 4 · 一種驅動如申請專利範圍第8項之光學及電元件組合裝置的方法，包含步驟：從有限脈衝列所形成之封裝信號列形成自光學輸出埠端傳輸的光學信號；分別傳輸該時序控制信號作爲指令信號以選擇採用或拒絕一封裝信號到光學輸入埠端而完成時序分割封裝切換，益藉以切換光學輸入及輸出埠間的光學連接；儲存封裝切換的控制樣式於該光學及電元件組合裝置內或外所設置的記憶體；及從該記憶體連續讀出該控制樣式以控制該光學及電元件組合裝置的操作。 -29- 1236553 (4) 1 5 ·種驅動如申請專利範圍第1 3項之光學及電元件組合裝置的方法，其中視需要以時間分割方式連續改變傳輸用電子晶片與接收用電子晶片。 1 6·一種驅動如申請專利範圍第1 3項之光學及電元件組合裝置的方法，其中當該光源信號在同樣的光學波導中同時自數個電子晶片傳輸，製作來自數個電子晶片的光學信號之光源強度彼此不同。 1 7 .—種驅動如申請專利範圍第1 3項之光學及電元件組合裝置的方法，其中藉由從該光學及電元件組合裝置外部下載智慧財產以使得封裝切換的控制樣式爲可重寫的，及該光學及電元件組合裝置的操作也可以與下載同時切換〇 1 8 . —種嵌入於如申請專利範圍第9項之光學及電元件？ifl合裝置的電卞備，其允許電子晶片間的高速光學連接可以自由地重新架構，如此建造的設備使得數個嵌入系統間的連接可以在一個設備中以高速切換。 -30-