TWI436114B - 具有光波導結構之發射端模組和接收端模組 - Google Patents

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Description

具有光波導結構之發射端模組和接收端模組
本發明係為一種具有光波導結構之發射端模組和接收端模組；尤指利用光波導結構之全反射信號傳輸技術，以應用於對電信號或光信號之轉換與傳輸上的一種發射端模組和接收端模組。
傳統以銅質材料作為電線或電纜以提供在電信號傳輸或電子裝置間之聯繫上的應用，於所屬的技術領域中係已相當普遍，且其同時也能達到有效方便實施和節省成本的產業效果。而在數位通訊的高效能電子系統中，不但處理器的設置愈益增多，其信號處理的速度也越來越快，因此信號或資訊的傳輸品質與速度也愈形重要；但藉由系統之處理器或晶片間以金屬線路的連結設計，其傳輸、發送與接收之性能上係已有所局限和不足。
而光學連結可受傳輸線路材料性質的影響較小，能達高頻寬容量和快速之傳輸效果，所以以光學連結方式來取代電子連結便為重要的發展技術。在發光二極體(LED)及半導體雷射的技術發展下，以光作為媒介來傳輸信號的方式便加以開發；其主要是經由光電耦合元件(Optical Coupler)的運作來完成電信號與光信號(electrical-optical)、或光信號與電信號(optical-electrical)之間的轉換、發射與接收。是以，光電耦合元件主要包含了提供光發射的發射器或光源單元、提供光接收的接收器或光檢測單元、以及將發射或接收之信號作進一步放大的信號放大器。而發射器與接收器通常作同一封裝之整合，使其之間除了光束外不會有任何電氣或實體連接；因而光電耦合元件能在信號的輸入和輸出上產生有效的隔離作用，並且具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。
以光電耦合元件來作為光電轉換與電信號傳輸上的基本設計，在目前的各種電路構造、電子裝置或相關系統中係已得到了很廣泛的應用。在美國專利第7306378號之專利中公開了一種光電耦合元件，請參閱第一圖(a)，便為根據其專利內容所揭露的一耦合裝置101之剖面示意圖；如該圖所示，在一半導體基板103中具有一溝渠構造105，而在溝渠構造105的一端上定義了具有和溝渠構造105之軸向有一傾斜角度的一反射面107；而一光纖109則配置或對應排列組裝於該溝渠構造105的另一端。此外，一光學單元111係對應該溝渠構造105、該反射面107之位置設置於其半導體基板103上。在第一圖(a)所示之構造下，所述之光學單元111可為光信號發出之光源或可為光信號接收之接收器，進而使光線經由反射面107產生非共平面的轉折而完成和該光纖109在光學傳輸上的耦合。
承上所述，針對信號傳輸的部份，半導體基板103係利用焊錫塊123設置於一印刷電路板115上並和其後端的一連接端117完成電連接；而一電路單元125係位於一半導體基板127中，並以接腳131設置於其半導體基板103上；該電路單元125在電連接情況下可對該光學單元111作驅動或控制，進而將該連接端117的電信號119經由該光學單元111轉換成光信號113，並利用該反射面107反射後由該光纖109輸出；或將該光纖109所傳輸的光信號113由該反射面107反射後利用該光學單元111作偵測接收以轉換成電信號119，並經由所述之電連接情況由該連接端117輸出。而相關單元係由半導體基板103上的一封蓋133作封裝，以提供電絕緣或抗干擾。
此外，根據第一圖(a)所示，進一步還能將其光纖109、溝渠構造105、反射面107和光學單元111等耦合構造，於其耦合裝置101中作多個數目之配置，並以構造類似或相同的另一耦合裝置來作對應的組合，以完成由其中一者進行信號發射，並由另一者進行信號接收之電-光-電的信號傳輸與轉換之運作。如第一圖(b)所示，便為將構造類似或相同的兩耦合裝置101a、101b，經由其中的兩光纖109a、109b完成實體連接與信號傳輸連結的示意圖。
然而，在上述的光學傳輸耦合構造設計中，所述之溝渠構造需以較複雜的製程而於其半導體基板內完成；並且在相關單元的尺寸設計均較小的條件下，將所述之光纖組裝或植入至該溝渠構造內以將光信號導出半導體基板或耦合裝置之外，或導入至光學單元之內以進行傳輸，便具有相當的難度與不便甚至是會產生誤差，進而會使光信號無法準確地反射至光纖或光學單元中，使得以光作為媒介來傳輸信號的設計便會受到影響。
本發明之目的在於提供一種具有光波導結構之發射端模組和接收端模組，使其利用與結合半導體製程以及光波導結構的全反射信號傳輸之技術，從而能簡單、方便地於同一製程中，完成應用於對電信號或光信號之轉換與傳輸上之發射端模組或接收端模組的製造；並同時還能避免習用技術中將光纖於較小尺寸條件下作組裝的困難與不便，進而可以減少因可能的組裝誤差所造成無法準確進行光信號傳輸的問題。
本發明係為一種發射端模組，應用於對至少一電信號之轉換與傳輸上，該發射端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供電絕緣；一電信號傳輸單元，形成於該第一膜層上，用以傳輸對應的電信號；至少一光源單元，設置於該電信號傳輸單元上並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以接收該電信號，並將該電信號轉換成對應的一光信號後發射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；以及一第一光波導結構，形成於該第二膜層上，該第一光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，該反射面係位於該第一光波導結構之第一端上，且該反射面之位置係和對應的光源單元相對應；其中該光信號能穿透該第一膜層、該半導體基板和該第二膜層而進入該第一光波導結構之第一端，並經由該反射面之反射而進入該光波導結構主體中以進行傳輸。
本發明另一方面係為一種接收端模組，應用於對至少一光信號之傳輸與轉換上，該接收端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供電絕緣；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；一第一光波導結構，形成於該第二膜層上，該第一光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，且該反射面係位於該第一光波導結構之第一端上；一電信號傳輸單元，形成於該第一膜層上；以及至少一光檢測單元，設置於該電信號傳輸單元上並和該電信號傳輸單元完成電連接，且該反射面之位置係和對應的光檢測單元相對應；其中對應的光信號能傳輸進入該光波導結構主體中，經由該反射面之反射而從該第一光波導結構之第一端穿透該第二膜層、該半導體基板和該第一膜層，並由該光檢測單元接收而將該光信號轉換成對應的一電信號後，由該電信號傳輸單元將該電信號進行傳輸。
本發明另一方面係為一種發射端模組，應用於對至少一電信號之轉換與傳輸上，該發射端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供抗反射；一驅動電路，設置於該半導體基板之第一表面上並相鄰於該第一膜層，用以藉由傳輸對應的電信號以進行驅動；至少一光源單元，對應該第一膜層而設置於該驅動電路上並和該驅動電路完成電連接，用以接收該電信號，並將該電信號轉換成對應的一光信號後發射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；以及一光波導結構，形成於該第二膜層上，該光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，該反射面係位於該光波導結構之第一端上，且該反射面之位置係和對應的光源單元相對應；其中該驅動電路係具有運算功能，而該光信號能穿透該第一膜層、該半導體基板和該第二膜層而進入該光波導結構之第一端，並經由該反射面之反射而進入該光波導結構主體中以進行傳輸。
本發明另一方面係為一種接收端模組，應用於對至少一光信號之傳輸與轉換上，該接收端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供抗反射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；一光波導結構，形成於該第二膜層上，該光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，且該反射面係位於該光波導結構之第一端上；一轉阻放大器電路，設置於該半導體基板之第一表面上並相鄰於該第一膜層；以及至少一光檢測單元，對應該第一膜層而設置於該轉阻放大器電路上並和該轉阻放大器電路完成電連接，且該反射面之位置係和對應的光檢測單元相對應；其中對應的光信號能傳輸進入該光波導結構主體中，經由該反射面之反射而從該光波導結構之第一端穿透該第二膜層、該半導體基板和該第一膜層，並由該光檢測單元接收而將該光信號轉換成對應的一電信號後，由具有運算功能的該轉阻放大器電路將該電信號進行傳輸。
由先前技術之說明可知，目前將電信號轉換成光信號以進行發射之相關光源單元或光發射器、以及將光信號轉換成電信號以進行接收之相關光檢測單元或光接收器，係已為普遍運用之技術或硬體設計；但在其中對光信號導入至用以進行傳輸之光纖中以及將光信號由其中導出所採用的習用構造設計，對於將光纖在發射端與接收端上的習用結合、製造或組裝方式，仍存在著相當的困難度和相應所產生影響傳輸的可能誤差。
本發明所提出的一種光電耦合元件或傳輸結構，係包含了可進行電信號與光信號間之轉換的一發射端模組以及可進行光信號與電信號間之轉換的一接收端模組，主要仍是以光作為媒介來達到信號傳輸之目的。而在本發明之揭示概念中主要係利用半導體製程與光波導信號傳輸技術，於所述之發射端模組或接收端模組中完成對應的結構，使其能運作光、電信號或電、光信號之轉換與傳輸的整體設計在確保信號傳輸品質之效果下，達到將相關硬體或構造於製造或結合上更加方便之目的。
現以一較佳實施例進行本發明之實施說明。請參閱第二圖(a)，係為本發明所提出的一發射端模組2之剖面示意圖。如該圖所示，該發射端模組2主要包含有一半導體基板20、一光源單元24和一光波導結構26；其中該半導體基板20用以作為該光源單元24的設置平面，而在此實施例中，所採用的該半導體基板20係為一種對絕緣矽(silicon on insulator，SOI)晶圓作雙面拋光(double sides polished)而成的單晶矽基板，除了可對在該半導體基板20之上下兩表面上以半導體製程進行相關膜層的形成外，其基板的矽材特性也能提供所產生的光信號進行發射上的傳輸通過。
承上所述，在此實施例中，該發射端模組2還包含有形成於該半導體基板20之第一表面201上的一第一膜層21，以及形成於該半導體基板20之第二表面202上的一第二膜層22。由於在本發明的電光信號或光電信號的轉換與傳輸上，需避免光信號於傳輸過程中受到相關的電磁或電氣效應之干擾，因而主要在所述之第一膜層21之設置提供電絕緣功能和阻絕電或光信號的洩漏。此外，因於本發明之發射端模組2中所進行的光信號傳輸，係需穿透過該第一膜層21和該第二膜層22，因此所述之第一膜層21和第二膜層22之設置亦需具有光的高穿透特性。在此實施例中，係採用諸如二氧化矽之單一介電質膜層來完成該第一膜層21和該第二膜層22，並能於半導體製程的過程中分別形成於該半導體基板20之第一表面201和第二表面202，用以提供光信號的高穿透功能與耦合效率。此外，於其他實施例中，亦能以多層膜層之方式(例如anti-reflection(AR)之薄膜)來分別於其第一膜層21和第二膜層22的位置上完成設置；或者使其第二膜層22之設置亦具有電絕緣的功能和阻絕信號洩漏。
而所述之光源單元24係能以習用技術中之發光二極體、半導體雷射器或垂直腔面發射雷射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，簡稱為VCSEL)來構成，其主要之功能同樣是用以根據相關之電信號來產生或發射出對應轉換後的光束或光信號以進行傳輸。此外，在此實施例中，該發射端模組2還包含有形成於該第一膜層21上的一電信號傳輸單元23，而該光源單元24係在和該電信號傳輸單元23完成電連接後設置於該電信號傳輸單元23上；詳細來說，在此實施例中所述之發射端模組2係應用於一印刷電路板(如後續圖式所示)上之設置，其中該印刷電路板並能和該發射端模組2完成電連接後，提供或產生一電信號27而能由該發射端模組2進行接收、轉換和傳輸。
承上所述，如第二圖(a)所示，該發射端模組2包含有設置於該第一膜層21上並和該電信號傳輸單元23完成電連接的一驅動電路25；在此實施例中，該驅動電路25係能將由該印刷電路板上所產生的該電信號27加以接收以作後續之傳輸，並且該驅動電路25係亦藉由傳輸該電信號27，以及通過該電信號傳輸單元23的電連接來驅動該光源單元24接收該電信號27後，將其轉換成為如圖式中所示之對應的一光信號28。此外，所述之相關元件的對應位置設置，其中該電信號傳輸單元23之部份面積靠附於該光源單元24下方，也就是該光源單元24係以其底面之部份面積來和該電信號傳輸單元23完成電連接，且其底面的其他面積則便靠附於該電信號傳輸單元23之上。
另一方面，若將該發射端模組2以系統單晶片(System on Chip，SoC)方式作設計時，則亦可將運算的部份整合於其中，例如將對應之積體電路與其驅動電路25作整合，使其所在之上層便用以作為驅動與運算之電路，而能同時具有驅動功能與運算功能。
在此實施例中，所設置的該電信號傳輸單元23係為一金屬材質所構成，除了能由其中之部份所形成的傳輸線路(請參閱後續第四圖之實施說明)來傳輸其電信號27外，其金屬材質之特性還可具有散熱功能。由於該光源單元24在進行電信號轉換成光信號以運作出對應的光源發射時，該光源單元24本身的元件溫度也會相對上升；而於該光源單元24和該第一膜層21之間作為分隔的該電信號傳輸單元23，其金屬材質之特性便能有效地以熱傳導或熱輻射方式將所存在之多餘熱能加以散逸。
承上所述，由於該電信號傳輸單元23的電連接傳輸之材料特性並無法提供其光信號28作穿透，因此，較佳之實施方式係針對該光源單元24發射出光信號28的相對位置上，將該電信號傳輸單元23的部份面積作小範圍的穿孔；如第二圖(a)中以虛線區域所示的一穿孔230，以使其光信號28能加以通過，並進而能對該第一膜層21、半導體基板20等進行穿透。在此實施例中，所述之穿孔230的設置，其所在之位置係不會影響對應之電信號27的傳輸，而小範圍的穿孔設計亦不會減少或降低其電信號傳輸單元23整體金屬材質的散熱特性。
而關於該光波導結構26的設置，在此實施例中，該光波導結構26係可和該半導體基板20為同樣之矽材質所構成，並且該光波導結構26於該第二膜層22上的形成係對應著該光源單元24於該第一膜層21上之對應位置來設置。如第二圖(a)所示，該光波導結構26包含有一反射面263和一光波導結構主體260，其中該光波導結構主體260係用以提供所述之光信號28於其內作傳輸，而該反射面263則用以提供光信號28在三維空間下產生非共平面的轉折、反射與傳輸導向。是以，在此實施例中，該反射面263之位置係位於該光波導結構26之第一端261上，且和所述之光源單元24相對應，使得所產生的光信號28能照射至對應的該反射面263上。
而在此實施例中，係設計該反射面263和該第二膜層22間有一45度之夾角，並利用此一角度之設計來達到最高的轉折傳輸效果。詳細來說，本發明之半導體基板20、相關膜層21、22和其光波導結構26係能於同一半導體製程中以一體成型的方式來完成；也就是在該第二膜層22形成於其第二表面202上後，再以另一矽基材形成於第二膜層22之上並作對應位置和形狀的半導體蝕刻，使其能形成出具45度角的斜面，並可在其外層塗上相關反射材料後，便可完成整體的光波導結構26和所述之反射面263。而其光源單元24、電信號傳輸單元23和驅動電路25等，則可利用晶圓黏合(wafer bonding)的方式設置於該第一膜層21之上而相接合。
承上所述，由於在此實施例中的該第一膜層21和該第二膜層22係採用具高穿透性的介電質膜層來完成，因而該光源單元24在以垂直角度或接近垂直之小角度內產生與發射出其光信號28時，光信號28係能對該第一膜層21和該第二膜層22加以穿透。更進一步來說，其第一膜層21和第二膜層22係可為單層結構或可採用光學元件之多層膜製造方式來作設計，並從中製造出抗反射塗料之膜層(AR coating)以提高光的穿透率。換句話說，本發明之發射端模組2的運作，係使該光源單元24所發射的對應光信號28能依序穿透該第一膜層21、半導體基板20和第二膜層22，並因而進入該光波導結構26之第一端261內，進而能經由作45度角的反射面263之反射、轉折，而可進入其光波導結構主體260中以進行傳輸。
請參閱第二圖(b)，係為所述之光信號28的反射與傳輸之示意圖。如該圖所示，其中光信號28的路徑係以垂直進入該光波導結構26之第一端261，並在照射至該反射面263上後以90度直角反射進入該光波導結構主體260中的方式進行傳輸；而以此方式的傳輸效果，係能使其光路徑能和該光波導結構主體260之導向方向以相互平行的形式作傳遞。然而，該光源單元24所發射的光信號整體並不一定會以完美的垂直方式加以發射和照射，而是會具有一角度範圍內的微幅發散。
如該第二圖(b)所示，其中兩光路徑28a、28b便不是以垂直方式進入其第一端261中，因而所形成的反射角便非呈現為90度之轉折，而無法於光波導結構主體260中平行傳輸。然而，由於此種狀況的光路徑28a、28b在照射於光波導結構主體260之內側上的入射角度已夠大，也就是已能相對於上方的第二膜層22或下方的空氣達到或超過全反射條件的入射臨界角，因而使得光在以此種光路徑28a、28b行進時，於經由該反射面263之反射後能以全反射方式在光波導結構主體260內進行傳輸。由此可知，本發明所採用的其第二膜層22的材料設計，在此實施例中係為一介電質膜層，便亦需考慮其折射率的材料特性，使其能運作出全反射的效果；意即，如矽材料和空氣間的折射率對應關係，第二膜層22所使用的材料其折射率便必須小於光波導結構26所使用之矽材料的折射率。或相對來說，光在波導中形成全反射傳遞的原因，係因第二膜層22相較於波導核心(core)之折射率為低。
而關於該光波導結構26的形狀設計，係可相對於其第一端261上的反射面263來建構其光波導結構26於兩側上之側面。請參閱第三圖(a)，係為該光波導結構26於其另一端之第二端262上的剖面示意圖；如該圖所示，其光波導結構26兩側之側面係呈現出相對的斜面設計，而能將所述之光信號侷限在其內部中進行傳輸。而在第三圖(b)之示意中，則呈現了該光波導結構26設置於其第二膜層22上的底部立體示意圖。就一般實施效果而言，所述之光信號28係主要會聚焦與集中在所設計之反射面263上作照射，且主要是以光波導結構主體260內之上方處與下方處作全反射傳輸；因此，該光波導結構26整體的形狀或外型設計並沒有太大的條件限制，只要能針對45度之反射面263的面積大小對應建構或蝕刻出兩側面或銜接面，使對應之光信號能於其內作全反射即可。
承上所述，在第三圖(b)中係還呈現了在第二膜層22上設置了有其他多個光波導結構26a、26b之示意。在上述之較佳實施例中，係以其發射端模組2包含有至少一光波導結構26作實施方式說明，也就是針對至少一光源單元24所產生的一個光信號28來設置出至少一對應的光波導結構26；然而，在同一個發射端模組中，係還可根據前述之概念來設計複數個相互對應的光源單元和光波導結構。而在多個光波導結構的設計架構中，各個光波導結構便是各自對應於上方作設置的光源單元之位置，而在第二膜層22上作對應的設置與接收。
是以，於此一較佳實施例中，具有多個光波導結構的發射端模組2之立體示意圖，便如第四圖所示。舉例來說，以第四圖所示為例，四個光源單元24、24a~24c係能產生出四個對應的光信號(未顯示於圖式)，並由下方的四個光波導結構26、26a~26c作對應的接收；換句話說，如第四圖所示，從電信號傳輸單元23中所形成出對應數目的傳輸線路來和該驅動電路25完成電連接的設計，係可接收其所傳來的四個電信號(未顯示於圖式)，並對應驅動四個光源單元24、24a~24c作電光轉換與發射，使各個光信號能由下方對應的四個光波導結構26、26a~26c進行傳輸。
在上述較佳實施例中的發射端模組2之設計，係用以作為電信號轉換成光信號、並將光信號導入至其光波導結構26中作信號傳輸的實施架構說明。是以，在此實施例之另一方面相對地來說，同樣的此一架構也可反向地提供作為光信號接收、並進而將光信號轉換成電信號以進行後續信號傳輸的實施應用。
請參閱第五圖，係為本發明所提出的一接收端模組3之剖面示意圖。如該圖所示，該接收端模組3主要包含有一半導體基板30、一光檢測單元34、一光波導結構36、一電信號傳輸單元33和一轉阻放大器電路35，以及分別形成於該半導體基板30之第一表面301和第二表面302上的一第一膜層31和一第二膜層32；在同一實施例之說明中，該接收端模組3之詳細架構、元件材料、產生功能、電連接關係與位置設置等，均和上述的發射端模組2相似，其差別僅在於信號傳輸與轉換上的行進方向和順序，以及將該發射端模組2中的該光源單元24替換成為該接收端模組3中的該光檢測單元34，和將其中的該驅動電路25替換成為該轉阻放大器電路35。
其中所述之光檢測單元34係能以習用技術中之光接收二極體或光學接收器來構成，其主要之功能同樣是用以接收所傳來的光信號38並加以轉換成對應的電信號37以進行傳輸。而其中由該光波導結構36之第二端362所傳來的光信號38，係能以全反射方式在其光波導結構主體360中傳輸，並照射在呈現為45度夾角之反射面363上後作反射，而從該光波導結構36之第一端361穿透第二膜層32、半導體基板30和第一膜層31，並通過對應之穿孔330由該光檢測單元34加以接收與轉換，再由該電信號傳輸單元33將對應的電信號37進行傳輸。
同樣的，該接收端模組3係應用於一印刷電路板(如後續圖式所示)上之設置，而所述之轉阻放大器電路35並能將光檢測單元34所轉換的電信號37作放大後加以輸出，而該印刷電路板則能和該接收端模組3完成電連接後，將接收端模組3所轉換與放大後的對應電信號37作接收以進行後續之輸出。此外，所述之電信號傳輸單元33係亦能以其金屬材質的特性，利用其部份面積靠附於該光檢測單元34下方所採用的熱傳導或熱輻射方式，來提供該光檢測單元34在接收對應之光信號38時的散熱功能。
類似地，若將該接收端模組3以系統單晶片(SoC)方式作設計時，則亦可將運算的部份整合於其中，例如將對應之積體電路與其轉阻放大器電路35作整合，使其所在之上層便用以作為轉阻放大與運算之電路，而能同時具有轉阻放大功能與運算功能。
根據上述較佳實施例的說明，更進一步來說，所設計之發射端模組2或接收端模組3係還需再和一傳輸元件，例如一光纖作相互連接之後，方能將對應的光信號傳輸至所指定的接收端上，或由所指定的發射端上將對應傳來的光信號加以接收。請參閱第六圖，係為將具有光波導結構並用以進行信號傳輸之發射端模組2和接收端模組3完成連接之應用示意圖。如該圖所示，所述之發射端模組2和接收端模組3係分別設置於一印刷電路板40、50上，且如前述之實施說明，該等印刷電路板40、50係分別和發射端模組2和接收端模組3完成電連接，用以提供所需進行轉換的電信號，或將所轉換出的電信號加以接收和進一步輸出。而發射端模組2或接收端模組3於印刷電路板40、50上的設置，其底部空間的架設係能容置各個光波導結構的體積，並且於其上分別設置了用以提供組裝連接的多個導座41、42、51、52。
承上所述，發射端模組2或接收端模組3兩者之間的光信號傳輸，係利用一光纖60加以進行。如第六圖所示，於此實施例中，該光纖60係對應所述之導座41、42、51、52的設計，而分別於其兩端之組裝端61、62上設計出相對應的組裝導腳611、612、621、622，從而能分別和該等導座完成其尺寸相互對應的元件組裝和連結。光纖60之主體係可使用習用技術中之高速、高頻寬容量的傳輸光纖元件。而關於將對應之光信號導入至該光纖60中或從該光纖60中導出的方式，係當在該等組裝導腳完成和該等導座之組裝連結後，兩組裝端61、62便能貼附於發射端模組2或接收端模組3各自的光波導結構之第二端，例如所述的第二端262、362；詳細來說，光纖60係分別以兩組裝端61、62中的兩傳輸接面610、620來和發射端模組2或接收端模組3各自的光波導結構之第二端作貼附與結合，從而能將對應之光信號作傳輸上的導入和導出。
就另一方面來說，利用第六圖所示之實施方式，便可有效地在運用具有光波導結構之發射端模組2和接收端模組3時，完成光信號的導入與導出。然而，就應用上來說，除了可將本發明之發射端模組2在利用上述之光纖60的構造設計下和其接收端模組3作連接外，亦可以分別將發射端模組2或接收端模組3和習用技術中的相關接收端構造或發射端構造作搭配使用，例如於先前技術中所述的光電耦合元件之耦合裝置；其方式係保留所述光纖60中的其中一端(即組裝端61或組裝端62)之設計，而另一端則可採用習用光纖之連結外觀，以和對應裝置進行組裝；例如組裝至習用耦合裝置之溝渠構造中。
本發明之概念還可基於上述較佳實施例之方式作相關的實施變化設計。舉例來說，其中在發射端模組中的驅動電路以及在接收端模組中的轉阻放大器電路之設置位置，可因本發明各模組所具有的光波導結構和其光源單元或光檢測單元在半導體基板作區隔而相距較遠的特徵下，作其他相關位置的設置與變化。
請參閱第七圖(a)，係為一發射端模組2a之剖面示意圖；於此一變化設計中之相關單元係和上述較佳實施例相同，但其中形成於半導體基板20之第一表面201上的一第一膜層21a係僅為對應光源單元24、光波導結構26之第一端261和反射面263的所在範圍而已；該第一膜層21a亦具有對光的高穿透性與抗反射性。而一驅動電路25a則相鄰於第一膜層21a而設置於第一表面201上，用以藉由傳輸對應的電信號以進行對設置於上方並作電連接的光源單元24之驅動。同樣地，光源單元24並在對應的位置上將電信號轉換成光信號28後發射。進一步來說，該第一膜層21a的形成可為將驅動電路25a作所在範圍的對應穿孔，而於其範圍內形成於該第一表面201上。此一變化設計，於上述較佳實施例中的電信號傳輸單元係可設計為該驅動電路25a的一部份；例如可為光源單元24與驅動電路25a之間作連接與支稱的部份，而使該驅動電路25a直接成為在其第一表面201上的電路層。由於在作電路驅動的結構係能以較小線寬的製程完成，而用以作光路通過的下層係需較大線寬的製程，因此本發明係可將不同線寬或製程之電路、光路結構完成於同一矽基板上，進而能整合成為一單石(monolithic)之光電元件，而同時具有驅動和運算功能以提供高效率之光學傳輸。
請參閱第七圖(b)，係為一發射端模組2b之剖面示意圖；類似地，於此一變化設計中則是將電信號傳輸單元23b加以延伸而將其部份形成於半導體基板20之第一表面201上，而一驅動電路25b則設置於電信號傳輸單元23b上並和電信號傳輸單元23b完成電連接；意即驅動電路25b係利用覆晶(Flip-Chip)之混成構裝(hybrid integration)方式設置於其上，而使驅動電路25b與半導體基板20之間形成有其電信號傳輸單元23b，且較佳之設置係可使驅動電路25b與光源單元24在電信號傳輸單元23b上有相同的高度。此外，於此圖中還示意在光波導結構26之第二端262上形成有一第三膜層264，並可在其半導體基板20之側壁上作延伸。該第三膜層264係亦為一種抗反射塗料(AR coating)之膜層，使光信號在其中或對所連接的單元作傳輸時，能提高光的穿透率；此一抗反射之設計係亦可於上述較佳實施例以及其接收端模組上作實施，或於上述第七圖(a)及後續相關應用上作實施。同樣地，此第三膜層264可為單層膜或多層膜，用以提升光束的穿透率，從而能增加對波長、入射角度或低極化選擇性(low polarization dependence)的公差容忍度。
而在第七圖(c)和(d)中，則同時呈現了一發射端模組2c設置於一印刷電路板40上之示意圖；於第七圖(c)中，一驅動電路25c係設置於印刷電路板40上，並在半導體基板20中製作一金屬穿孔結構，使得電信號可以經由印刷電路板40直接穿透半導體基板20而和上方之電路層作電連接。而於第七圖(d)中之實施變化，則為驅動電路25c設置於印刷電路板40上，而其電信號傳輸單元23c與驅動電路25c之間的電連接則能以打線(Wire)的方式完成電連接。另一方面，上述第七圖(a)至(d)中的相同概念、架構與實施變化設計，係亦可於接收端模組中的轉阻放大器電路上來完成，但其中的電、光信號之傳輸方向則為反向。
本發明概念中的光源單元或光檢測單元於各模組中之設置，係藉由半導體基板之區隔而能和各自的光波導結構呈現較遠的距離，使其光波導結構之設置除了能夠有效地侷限住光信號而傳輸不失真外，再和後續之光纖或相關連接構造作連接組裝時，也不容易對其結構較為精密之光源單元或光檢測單元造成破壞。是以，本發明還可基於上述較佳實施例之方式於光纖或連接構造上之組裝設計，或發射端模組與接收端模組間的連接設計作相關的實施變化，使其光信號同樣能夠於發射端模組與接收端模組之間完成光信號傳輸。
請參閱第八圖(a)，係為一發射端模組2d之剖面示意圖；於此圖中之各單元的設計係和上述較佳實施例相同，但其中的半導體基板20在對應其光波導結構26之第二端的部位上係形成有一溝槽203，而該溝槽203的形狀係可對應於作組裝的一光纖63；例如可為U型或V型。而該光纖63在對該溝槽203進行組裝時，係能對應其光波導結構26之光波導結構主體260，使其光信號能作有效傳輸。此外，於此圖中之設計，光纖63在該溝槽203上的連接係為固定之黏合，而無法提供反覆的插拔或組裝；但若設計為可插拔時，由於位置上距其光源單元24較遠，使得此連接過程將不易對該光源單元24造成破壞。此外，相同之概念與架構亦可於接收端模組中的半導體基板和光波導結構上來完成；而所使用的光纖之另一端也能以此一方式或仍可採用上述第六圖中的方式，來完成和發射端模組或接收端模組的連接與光信號傳輸。
承上所述，根據第八圖(a)之實施變化，其中該光纖63於外部之另一端上還可設計與相關轉接頭作結合，進而能再和對應的接面作連接與傳輸。請參閱第八圖(b)和(c)，係分別為將該光纖63之另一端和一轉接頭70作結合之示意圖，以及將該轉接頭70組裝至對應的一傳輸接面71之示意圖。此二圖中的該轉接頭70與該傳輸接面71係為習用單元，且該傳輸接面71可設置在習用電路板或主機板上以提供該轉接頭70組裝。而由於該轉接頭70中設計有一45度之反射面72，使得該光纖63中的光信號能經由反射面72之反射而進入傳輸接面71中，從而進行接收、光電轉換與傳輸。是以，本發明概念之發射端模組或接收端模組在經由對應之光纖進行光信號傳輸時，係能和習用技術中之相關單元來完成不同的結合與傳輸。
再者，於上述較佳實施例中第六圖所示之組裝架構，係為將發射端模組或接收端模組於各自之電路板或主機板上設計出相關的導座與組裝導腳，以作為結合或導引之機構設計，使其能提供反覆的插拔或組裝。是以，本發明還可基於上述較佳實施例之方式於可提供反覆插拔或組裝的機構設計上作相關的實施變化，而光信號於兩模組間之傳輸也同樣能夠有效完成。
請參閱第九圖，係為將具有光波導結構並用以進行信號傳輸之發射端模組2和一光纖66完成連接之應用示意圖。此圖中之發射端模組2係可和上述較佳實施例的說明相同，但該發射端模組2係設置於一組裝板43上，且於該組裝板43上係設計有兩導座44、45，可提供另一組裝板64作對應的導引插入，使其組裝板64上的一組裝端65便能貼附於發射端模組2的光波導結構之第二端；或可再設計出更細部的栓旋構造或套合構造來完成與穩固兩者之間的結合，並可提供拆卸或插拔。而光纖66則能和組裝端65完成組裝和連結，使其對應之光信號便能經由組裝端65導入至光纖66中以進行傳輸。同理，相同之概念與架構亦可於接收端模組上作應用。
請參閱第十圖(a)，係為將具有光波導結構並用以進行信號傳輸之發射端模組2和接收端模組3完成連接之應用示意圖。此圖中之發射端模組2和接收端模組3係可和上述較佳實施例的說明相同，但係分別設置於一插卡81、82上。該等插卡81、82可對具有一光波導結構86、兩個對應之插槽83、84的一印刷電路板80進行組裝，也就是能將其光波導結構26之第二端和其光波導結構36之第二端分別對應該光波導結構86的兩端作連接。類似的設計，該光波導結構86係亦包含有一光波導結構主體860和於兩端上的各一45度之反射面861、862。是以，經由此一設計，信號便能以光的形式於該印刷電路板80及兩插卡81、82之間傳輸；也就是對應的光信號能從光波導結構26導入至該光波導結構86中，經反射面861之反射而於該光波導結構主體860中以全反射方式進行傳輸，並經反射面862之反射後再導入至其光波導結構36中。
承上所述，不同於該等光波導結構26、36的矽材質特性，印刷電路板80上的光波導結構86之設置係以高分子聚合物之材料加以形成。而此一連接架構除可不需使用光纖進行傳輸外，傳輸的對象也可從兩插卡之間變換成同一電路板或不同電路板上的任兩單元或任兩晶片。
如第十圖(b)所示，係為將具有光波導結構並用以進行信號傳輸之發射端模組2和一晶片91完成信號傳輸之應用示意圖。此圖中之發射端模組2係可和上述較佳實施例的說明相同；發射端模組2係設置於一印刷電路板40上，而該晶片91則設置於具有一光波導結構92的一印刷電路板90上。發射端模組2之光波導結構26能貼附於該光波導結構92，且該光波導結構92亦包含有一光波導結構主體920和一45度之反射面921，使得對應的光信號能從其光波導結構26導入至該光波導結構主體920中，並以全反射方式進行傳輸和經反射面921之反射後，由該晶片91接收，從而能完成電路板對電路板、或是晶片與晶片之間的光信號傳輸。同理，相同之概念與架構亦可於接收端模組上作應用。
此外，本發明之發射端模組和接收端模組中的第一膜層、第二膜層係皆可設計為單層膜或多層膜，使其能提供對光之抗反射和增加穿透率並提升對波長、入射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
是故，綜上所述，本發明係利用與結合了半導體製程之技術以及可作全反射之光波導信號傳輸技術，將用以進行光、電信號間之轉換或電、光信號間之轉換的相關耦合構造中，能簡單而方便於同一製程中完成其發射端模組或接收端模組的製造，因而無需以較複雜的製程來進行習用技術中之溝渠構造的形成，或需將對應之光纖於其尺寸較小的條件下作困難的組裝與植入。利用本發明之概念，不但讓所使用的光纖能方便地於發射端模組或接收端模組上完成組裝、連結，且其過程可能對光源單元或光檢測單元所造成的破壞情形亦能有效避免。而將對應之光信號導入至其光纖中或從其中加以導出的設計，也不會因可能的些微誤差而造成其光信號無法準確地進行信號傳輸。同時，本發明之概念也使得將光信號於電路板與電路板之間作信號傳輸，或是於晶片與晶片之間作信號傳輸的結果能有效完成。再者，本發明之概念也能在不利用光纖的情形下，藉由具有另一光波導結構的裝置或單元而能完成發射端模組與接收端模組之間的光信號傳輸。是以，本發明之概念係能有效地解決先前技術中所提及之相關問題，從而能成功地達到本案發展之主要目的。
任何熟悉本技術領域的人員，可在運用與本發明相同目的之前提下，使用本發明所揭示的概念和實施例變化來作為設計和改進其他一些方法的基礎。這些變化、替代和改進不能背離申請專利範圍所界定的本發明的保護範圍。是故，本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
101、101a、101b．．．耦合裝置
103、127．．．半導體基板
105．．．溝渠構造
107．．．反射面
109、109a、109b．．．光纖
111．．．光學單元
113．．．光信號
115．．．印刷電路板
117．．．連接端
119．．．電信號
123．．．焊錫塊
125．．．電路單元
131．．．接腳
133．．．封蓋
2、2a~2d．．．發射端模組
20、30．．．半導體基板
201、301．．．第一表面
202、302．．．第二表面
21、21a、31．．．第一膜層
22、32．．．第二膜層
23、23b~23c、33．．．電信號傳輸單元
230、330．．．穿孔
24、24a~24c．．．光源單元
25、25a~25c．．．驅動電路
26、26a~26c、36、86、92．．．光波導結構
260、360、860、920．．．光波導結構主體
261、361．．．第一端
262、362．．．第二端
263、363、72、861、862、921．．．反射面
27、37．．．電信號
28、38．．．光信號
28a、28b．．．光路徑
3．．．接收端模組
34．．．光檢測單元
35．．．轉阻放大器電路
40、50、80、90．．．印刷電路板
43．．．組裝板
41、42、44、45、51、52．．．導座
60、63、66．．．光纖
610、620、71．．．傳輸接面
61、62、65．．．組裝端
611、612、621、622．．．組裝導腳
64．．．組裝板
203．．．溝槽
70．．．轉接頭
81、82．．．插卡
83、84．．．插槽
91．．．晶片
264．．．第三膜層
本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解：
第一圖(a)，係為耦合裝置101之剖面示意圖。
第一圖(b)，係為將耦合裝置101a、101b經由光纖109a、109b完成實體連接與信號傳輸連結的示意圖。
第二圖(a)，係為本發明之發射端模組2之剖面示意圖。
第二圖(b)，係為光信號28的反射與傳輸之示意圖。
第三圖(a)，係為光波導結構26於其第二端262上的剖面示意圖。
第三圖(b)，係為光波導結構26設置於第二膜層22上的底部立體示意圖。
第四圖，係為本發明之發射端模組2之立體示意圖。
第五圖，係為本發明之接收端模組3之剖面示意圖。
第六圖，係為將發射端模組2和接收端模組3完成連接之應用示意圖。
第七圖(a)，係為發射端模組2a之剖面示意圖。
第七圖(b)，係為發射端模組2b之剖面示意圖。
第七圖(c)和(d)，係為發射端模組2c設置於印刷電路板40上之示意圖。
第八圖(a)，係為發射端模組2d之剖面示意圖。
第八圖(b)，係為將光纖63之另一端和轉接頭70作結合之示意圖。
第八圖(c)，係為將轉接頭70組裝至對應的傳輸接面71之示意圖。
第九圖，係為將發射端模組2和光纖66完成連接之應用示意圖。
第十圖(a)，係為將發射端模組2和接收端模組3完成連接之應用示意圖。
第十圖(b)，係為將發射端模組2和晶片91完成信號傳輸之應用示意圖。
2．．．發射端模組
20．．．半導體基板
201．．．第一表面
202．．．第二表面
21．．．第一膜層
22．．．第二膜層
23．．．電信號傳輸單元
230．．．穿孔
24．．．光源單元
25．．．驅動電路
26．．．光波導結構
260．．．光波導結構主體
261．．．第一端
262．．．第二端
263．．．反射面
27．．．電信號
28．．．光信號

Claims (32)

  1. 一種發射端模組，應用於對至少一電信號之轉換與傳輸上，該發射端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供電絕緣；一電信號傳輸單元，形成於該第一膜層上，用以傳輸對應的電信號；至少一光源單元，設置於該電信號傳輸單元上並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以接收該電信號，並將該電信號轉換成對應的一光信號後發射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；以及一第一光波導結構，形成於該第二膜層上，該第一光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，該反射面係位於該第一光波導結構之第一端上，且該反射面之位置係和對應的光源單元相對應，其中該第一光波導結構為一矽材質；其中該光信號能穿透該第一膜層、該半導體基板和該第二膜層而進入該第一光波導結構之第一端，並經由該反射面之反射而進入該光波導結構主體中以進行傳輸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該半導體基板為一種雙面拋光的單晶矽基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該光源單元為一發光二極體、一半導體雷射器或一垂直腔面發射 雷射器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一膜層、該第二膜層為一介電質膜層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該發射端模組係應用於一印刷電路板上之設置，該印刷電路板並能和該發射端模組完成電連接後，提供該電信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該發射端模組包含有一驅動電路，該驅動電路設置於該第一膜層上或一印刷電路板上，並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以傳輸該電信號，且該驅動電路並藉由傳輸該電信號以驅動該光源單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該電信號傳輸單元並形成於該半導體基板之第一表面上，而該發射端模組包含有一驅動電路，該驅動電路設置於該電信號傳輸單元上，並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以傳輸該電信號，且該驅動電路並藉由傳輸該電信號以驅動該光源單元，該驅動電路並可利用系統單晶片方式與對應之積體電路整合，而具有運算功能與驅動功能。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該電信號傳輸單元為一金屬材質，而該電信號傳輸單元之部份係靠附於該光源單元下方，用以提供該光源單元發射該光信號時的散熱功能。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該反射面和該第二膜層間有一45度之夾角。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該光信 號經該反射面之反射後，係以全反射方式於該光波導結構主體中進行傳輸。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一光波導結構和該半導體基板為一體成型，而該反射面能以一半導體蝕刻方式完成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一光波導結構之第二端係和一光纖完成連接，用以將該光信號傳輸至該光纖中。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一光波導結構之第二端係和一印刷電路板的一第二光波導結構完成連接，用以將該光信號傳輸至該第二光波導結構中。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一光波導結構之第二端上係形成有一第三膜層，該第三膜層係為單層膜或多層膜，用以提供抗反射和增加穿透率並提升對波長、入射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發射端模組，其中該第一膜層、該第二膜層係為單層膜或多層膜，用以提供抗反射和增加穿透率並提升對波長、入射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
  16. 一種發射端模組，應用於對至少一電信號之轉換與傳輸上，該發射端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供抗反射；一驅動電路，設置於該半導體基板之第一表面上並相 鄰於該第一膜層，用以藉由傳輸對應的電信號以進行驅動；至少一光源單元，對應該第一膜層而設置於該驅動電路上並和該驅動電路完成電連接，用以接收該電信號，並將該電信號轉換成對應的一光信號後發射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；以及一光波導結構，形成於該第二膜層上，該光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，該反射面係位於該光波導結構之第一端上，且該反射面之位置係和對應的光源單元相對應，其中該光波導結構為一矽材質；其中該驅動電路係具有運算功能，而該光信號能穿透該第一膜層、該半導體基板和該第二膜層而進入該光波導結構之第一端，並經由該反射面之反射而進入該光波導結構主體中以進行傳輸。
  17. 一種接收端模組，應用於對至少一光信號之傳輸與轉換上，該接收端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供電絕緣；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；一第一光波導結構，形成於該第二膜層上，該第一光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，且該反射面係位於該第一光波導結構之第一端上，其中該第一光波導結構為一矽材質；一電信號傳輸單元，形成於該第一膜層上；以及 至少一光檢測單元，設置於該電信號傳輸單元上並和該電信號傳輸單元完成電連接，且該反射面之位置係和對應的光檢測單元相對應；其中對應的光信號能傳輸進入該光波導結構主體中，經由該反射面之反射而從該第一光波導結構之第一端穿透該第二膜層、該半導體基板和該第一膜層，並由該光檢測單元接收而將該光信號轉換成對應的一電信號後，由該電信號傳輸單元將該電信號進行傳輸。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該半導體基板為一種雙面拋光的單晶矽基板。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該光檢測單元為一光接收二極體或一光學接收器。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一膜層、該第二膜層為一介電質膜層。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該接收端模組係應用於一印刷電路板上之設置，該印刷電路板並能和該接收端模組完成電連接後，輸出該電信號。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該接收端模組包含有一轉阻放大器電路，該轉阻放大器電路設置於該第一膜層上或一印刷電路板上，並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以傳輸該電信號，且該轉阻放大器電路並能將該光檢測單元所轉換的該電信號放大後加以輸出。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該電信號傳輸單元並形成於該半導體基板之第一表面上，而該 接收端模組包含有一轉阻放大器電路，該轉阻放大器電路設置於該電信號傳輸單元上，並和該電信號傳輸單元完成電連接，用以傳輸該電信號，且該轉阻放大器電路並能將該光檢測單元所轉換的該電信號放大後加以輸出，該轉阻放大器電路並可利用系統單晶片方式與對應之積體電路整合，而具有運算功能與轉阻放大功能。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該電信號傳輸單元為一金屬材質，而該電信號傳輸單元之部份係靠附於該光檢測單元下方，用以提供該光檢測單元接收該光信號時的散熱功能。
  25. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該反射面和該第二膜層間有一45度之夾角。
  26. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該光信號經該反射面之反射後，係以全反射方式於該光波導結構主體中進行傳輸。
  27. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一光波導結構和該半導體基板為一體成型，而該反射面能以一半導體蝕刻方式完成。
  28. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一光波導結構之第二端係和一光纖完成連接，用以接收該光纖中所傳輸的該光信號。
  29. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一光波導結構之第二端係和一印刷電路板的一第二光波導結構完成連接，用以接收該第二光波導結構中所傳輸的該光信號。
  30. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一光波導結構之第二端上係形成有一第三膜層，該第三膜層係為單層膜或多層膜，用以提供抗反射和增加穿透率並提升對波長、入射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
  31. 如申請專利範圍第17項所述之接收端模組，其中該第一膜層、該第二膜層係為單層膜或多層膜，用以提供抗反射和增加穿透率並提升對波長、入射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
  32. 一種接收端模組，應用於對至少一光信號之傳輸與轉換上，該接收端模組包含有：一半導體基板；一第一膜層，形成於該半導體基板之第一表面上，用以提供抗反射；一第二膜層，形成於該半導體基板之第二表面上；一光波導結構，形成於該第二膜層上，該光波導結構包含有一反射面和一光波導結構主體，且該反射面係位於該光波導結構之第一端上，其中該光波導結構為一矽材質；一轉阻放大器電路，設置於該半導體基板之第一表面上並相鄰於該第一膜層；以及至少一光檢測單元，對應該第一膜層而設置於該轉阻放大器電路上並和該轉阻放大器電路完成電連接，且該反射面之位置係和對應的光檢測單元相對應；其中對應的光信號能傳輸進入該光波導結構主體中，經由該反射面之反射而從該光波導結構之第一端穿透該第二膜層、該半導體基板和該第一膜層，並由該光檢測單元 接收而將該光信號轉換成對應的一電信號後，由具有運算功能的該轉阻放大器電路將該電信號進行傳輸。
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