專利名稱：制造電－光模塊的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
可以將光通信系統(tǒng)構(gòu)造成允許在所需要的位置之間傳播信號(hào)。這些信號(hào)可以通過通信系統(tǒng)的一些部分沿著光路經(jīng)傳播。典型情況下可以將光-電子模塊用于這種光通信系統(tǒng)，例如光纖光通信系統(tǒng)。典型情況下可以將這種光-電子模塊用于將電能量和信號(hào)轉(zhuǎn)換成光能量和信號(hào)，或者反過來。這種光-電子模塊可以組合光學(xué)元件、電組件、光波導(dǎo)和電路來實(shí)現(xiàn)所需要的能量轉(zhuǎn)換。
在波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)這種光通信系統(tǒng)里，通?？梢詫⒐饫w用于引導(dǎo)光信號(hào)。制造多路徑光纖用于引導(dǎo)幾個(gè)光信號(hào)在技術(shù)上存在限制。目前，平面光波導(dǎo)電路(PLC)將幾個(gè)光單元與光波導(dǎo)組合起來，用作WDM這種光通信系統(tǒng)的一部分。在結(jié)合了PLC的通信系統(tǒng)里，有源器件和光波導(dǎo)可能作為獨(dú)立的實(shí)體存在。


在本說明書的結(jié)論部分特地指出并專門聲明了被看作本發(fā)明的主題。但是，作為操作組織和操作方法的本發(fā)明，及其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，可以通過閱讀附圖，詳細(xì)地參考下面的詳細(xì)描述來最好地加以理解。在這些附圖中圖1是本發(fā)明一些實(shí)施例中光-電混合模塊的側(cè)視剖面圖；圖2是本發(fā)明一些實(shí)施例中光-電混合模塊的頂視圖；圖3描述本發(fā)明一些實(shí)施例中光-電混合模塊的制造方法流程；以及圖4是本發(fā)明一些實(shí)施例中多個(gè)光-電模塊的部分晶片圖。
顯然，為了使說明簡(jiǎn)潔、清楚起見，附圖中示出的元件沒有按比例畫出。例如，為了清楚起見，相對(duì)于其它元件可能夸大了一些元件的尺寸。此外，合適的時(shí)候，在這些附圖中可能會(huì)重復(fù)使用標(biāo)號(hào)來表明對(duì)應(yīng)或相似的元件。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，給出了大量的具體細(xì)節(jié)，以便全面理解本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白可以實(shí)踐本發(fā)明而不需要這些具體細(xì)節(jié)。在其它情形下，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、程序和組件，以免模糊本發(fā)明。
為了嵌入波導(dǎo)，同時(shí)為了充當(dāng)幾個(gè)電-光組件和電纜的支撐基片，可能需要使用透明基片，比如玻璃。這些電-光組件可以包括例如光二極管、光電二極管、激光二極管或類似組件。這些透明基片可以支持波導(dǎo)和電-光組件之間的直接光耦合。參考圖1。纖維光通信系統(tǒng)通常可以包括通常安裝在印刷電路板(PCB)105、106上面的光-電混合模塊100。光-電混合模塊100的一個(gè)實(shí)施例可以包括電-光組件110、電子組件115、至少一個(gè)嵌入波導(dǎo)120、例如玻璃支撐125這種透光支撐以及光纖插頭130。電-光組件110可以充當(dāng)發(fā)射器或接收器。電子組件115通常可以放大電信號(hào)，并傳遞給例如電-光組件110這種外部組件?？梢杂脦追N波導(dǎo)制作技術(shù)，例如用于在玻璃基片中產(chǎn)生離子交換從而產(chǎn)生波導(dǎo)120的技術(shù)，或者可以提供嵌入在基片135中的光-電子信號(hào)通信路徑的其它類似技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)平面光波電路(PLC)135。印刷電路板可以包括在光-電混合模塊100、200包括的多個(gè)表面的幾個(gè)上，比如外表面106或者內(nèi)表面105上。波導(dǎo)120可以是沿著基片135傳播光束這種光-電子信號(hào)的單?；蚨嗄２▽?dǎo)。光波導(dǎo)可以包括例如光功率分配、波長復(fù)用和波長去復(fù)用這種光學(xué)功能。波導(dǎo)可以是楔形的，以改善電-光組件110和波導(dǎo)120之間的連接。玻璃支撐135通?？梢悦芊獠▽?dǎo)120。光-電混合模塊100、200也可以包括光纖插頭130，用于直接并容易地與外部光纖連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，外部光纖可以通過用于永久光連接的焊接(bonding)或者類似方法永久性地連接到光-電混合模塊100、200的光輸入端或輸出端。
電子組件115可以將電能量傳送給電-光組件110或者從電-光組件110接收電能量。電-光組件110可以是例如光電二極管、激光二極管或類似組件。象總線結(jié)構(gòu)(未示出)、PCB 140的觸點(diǎn)以及導(dǎo)電過孔145這種電互連通常都可以位于波導(dǎo)支撐玻璃135的表面上。這些電互連可以是共面或者帶線導(dǎo)體形式的，以提高RF性能?？s短的導(dǎo)線可以進(jìn)一步提高RF性能。這種電互連可以提供電功率給電子組件115。電-光組件110和電子組件115可以包圍在具有金屬帽155的散熱封裝150里。
進(jìn)一步參考圖2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電-光組件110(圖1)可以包括例如激光二極管205、光電二極管210、半導(dǎo)體器件(未示出)或者類似的電-光組件。例如，可以用光電二極管210連接電子組件115，并且通過嵌入的折疊微鏡160連接到波導(dǎo)120通道。例如激光二極管205也可以通過另一個(gè)嵌入的折疊微鏡160連接到波導(dǎo)120通道?？梢栽趹?zhàn)略上放置折疊微鏡160，以便在例如激光二極管205這種電-光組件110和波導(dǎo)120之間傳遞能量。微鏡160可以是例如玻璃中實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射(TIR)現(xiàn)象的一道槽，或者是反射光的金屬涂敷表面，等等。例如激光二極管205通?？梢酝ㄟ^折疊微鏡160將光能發(fā)射到波導(dǎo)120里，而例如光電二極管210則可以通過折疊微鏡160叢波導(dǎo)120接收光能。激光二極管205可以從電接口215接收電能，并且將電能轉(zhuǎn)換成光能。象例如光電二極管210這種光檢測(cè)器可以從波導(dǎo)120接收光能，并且將光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?？梢杂呻娊涌?15接收電信號(hào)然后發(fā)射給可能位于包括光-電混合模塊100、200的幾個(gè)表面之上的至少另一個(gè)電路105、106。這些電路可以包括電組件，例如數(shù)字的或模擬的放大器。這些電組件可以嵌入光-電混合模塊100、200中。
波導(dǎo)玻璃支撐135通?？梢园ǘ鄠€(gè)離子交換波導(dǎo)120或者任意類似嵌入式波導(dǎo)、電路215和互連，以及象例如折疊微鏡160這種多個(gè)光束折疊器(beam folders)。電-光組件110通?？梢允欠珠_的實(shí)體。由于電-光組件110和波導(dǎo)玻璃支撐135這兩個(gè)分開的實(shí)體可以在機(jī)械上牢牢地固定在一起，因此它們的封裝定位可以相對(duì)容易，焊接精度通?？梢詫?dǎo)致整體光學(xué)性能的改善。波導(dǎo)玻璃支撐135和電-光組件110通?？梢杂谜辰Y(jié)材料附著或者焊接。粘結(jié)材料通?？梢跃哂型腹馓匦裕愃朴谥?35的材料的特性，從而在電-光組件110和波導(dǎo)120之間確保良好匹配光路徑的存在，而使這一路徑中自由空間間隙的存在最小甚至完全消除。由于在光路徑上不存在自由空間或者阻抗變化，因此電-光組件110的光能發(fā)射或吸收保持不受影響。這樣就可以省略復(fù)雜的透鏡這種光匹配考慮和機(jī)械固定考慮來確保電-光組件110相對(duì)于波導(dǎo)120的穩(wěn)定和均勻定位。電-光組件110在波導(dǎo)120上的粘結(jié)安裝可以叫做裸片安裝。與封裝安裝相比較，裸片安裝通常允許開發(fā)更緊湊、更輕、光學(xué)精度更高、機(jī)械耐久性更好的電-光混合模塊100、200設(shè)計(jì)。
光-電混合模塊100、200的另一種用途是可以允許一個(gè)或多個(gè)集成電路之間的電、光耦合，除了電連接以外，光-電混合模塊100、200或者電-光組件和印刷電路板(PCB)105、106可以包括多個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這種光-電混合模塊100、200可以包括倒裝式安裝在基片135上的光學(xué)元件，基片135上形成的并且光連接到光-電組件110的光波導(dǎo)120，以及通?？梢蕴畛浠?35和光-電組件110之間空隙的粘結(jié)劑。光-電組件110可以利用上凸點(diǎn)技術(shù)(solder bump technology)以倒裝方式焊接到集成電路上去，而這一集成電路則可以以倒裝方式焊接到球柵陣列(BGA)封裝。這一BGA封裝可以是用例如回流焊接技術(shù)焊接到PCB 135上去的。光-電組件110可以具有附著的透鏡，以便到光波導(dǎo)120的光耦合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電子組件115可以額外地安裝到光波導(dǎo)120的表面上。電-光組件110和電子組件115可以用樹脂全部密封。由于電-光組件110和電子組件115安裝在光波導(dǎo)玻璃支撐135的表面上，因此可以縮短這些元件之間的互連。互連可以是單層的，從而方便形成互連。可以因?yàn)殡?光組件110和電子組件115的樹脂密封(未示出)強(qiáng)化電-光混合模塊100、200。此外，電-光模塊100、200可以通過光-電組件110和電子組件115的混合組合來提高它的集成度，同時(shí)降低成本。
更進(jìn)一步，樹脂可以具有阻光特性。電子元件115可以在光投射到它上面的情況下進(jìn)行默認(rèn)操作。因此，與光照射相聯(lián)系的默認(rèn)電子操作可以通過用這種樹脂密封電子元件115來加以防止。電子元件115可以具有驅(qū)動(dòng)電-光組件110例如光電二極管210的能力。這一點(diǎn)可以導(dǎo)致光學(xué)模塊100、200的更高的集成度。由于同時(shí)安裝了電-光組件110和可以驅(qū)動(dòng)或者控制電-光組件110的電子元件115，光-電混合模塊100、200可以具有更高的價(jià)值，例如更高的空間利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更低的成本。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電路220可以直接疊在波導(dǎo)基片135的玻璃表面上，從而不需要安裝的電子元件115?？赡芨静恍枰紤]不同組件之間的連接的可靠性。可以消除集成電路組件之間的連接，從而改善互連阻抗和噪聲特性，同時(shí)使時(shí)間延遲最小。本發(fā)明的這一實(shí)施例還可以導(dǎo)致光一電混合模塊100、200上更高的集成度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)/維持最低成本。
圖3所示，本發(fā)明一些實(shí)施例中制造光-電混合模塊100、200的一種方法可以包括制造包括電路105、106的波導(dǎo)玻璃晶片(框300)。制造這一波導(dǎo)玻璃晶片可以包括用離子交換技術(shù)在平面光波電路(PLC)玻璃層135中形成波導(dǎo)120，在PLC玻璃層135上印刷電線105和觸點(diǎn)，以例如45度角切割出一個(gè)槽，以及按照一些實(shí)施例用金屬涂敷這個(gè)槽?？梢酝ㄟ^切割空腔用于在其中包括光-電組件110和電子組件115來產(chǎn)生支撐玻璃晶片125，產(chǎn)生過孔145，用導(dǎo)電材料涂敷過孔，以及在晶片兩面印制電線和觸點(diǎn)(框305)?？梢酝ㄟ^各種蝕刻技術(shù)來產(chǎn)生過孔145，比如干蝕刻或濕蝕刻。然后可以將支撐玻璃晶片125附著在波導(dǎo)(PLC)玻璃晶片135上，從而產(chǎn)生光-電模塊100、200(框310)。參考圖4，圖4描繪了雙棒切割405上面多個(gè)光-電模塊100、200的部分晶片圖400。可以在光纖光連接器130一側(cè)切割晶片，以便產(chǎn)生暴露多個(gè)光-電模塊100、200的光纖光端點(diǎn)130的雙棒405。在雙棒405的芯片級(jí)切割之前，可以將光纖光測(cè)試設(shè)備連接到光學(xué)光纖端點(diǎn)130，以便測(cè)試光-電混合模塊100、200的成品率。光纖光連接器130一側(cè)通?？梢砸岳?度的角度拋光?？梢栽诓▽?dǎo)120的端部附著軟導(dǎo)線纖維。本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造完成可以包括向光-電混合模塊100、200附著光-電組件110，比如光電二極管、激光二極管或者類似組件(框315)?？赡苄枰性磳?duì)準(zhǔn)光束(active alignment beam)來確保光-電組件110與嵌入光-電混合模塊100、200的波導(dǎo)120的對(duì)準(zhǔn)。光-電組件110通?？梢杂脤?dǎo)熱聚合物封裝?？梢郧懈铍p棒來產(chǎn)生分開的光-電混合模塊100、200。
盡管在這里說明和描述了本發(fā)明的特定特征，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)想到許多修改、替換、改變和等同替換。因此可以理解，后面的權(quán)利要求涵蓋了本發(fā)明真實(shí)精神范圍之內(nèi)的所有這種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種混合模塊，包括電-光組件，用于發(fā)射或接收能量；電子組件，用于放大并傳遞電信號(hào)給外部組件；平面光波電路，用于提供光-電子信號(hào)通信路徑；以及至少一個(gè)光波導(dǎo)，嵌入所述平面光波電路，用于傳播所述光-電子信號(hào)通信。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括光纖插頭或連接器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括嵌入的折疊微鏡，用于在所述電-光組件和所述至少一個(gè)光波導(dǎo)之間傳遞能量。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述波導(dǎo)包括楔形波導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電-光組件和所述電子組件包圍在散熱封裝里。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述散熱封裝包括金屬帽。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述電-光組件連接到所述電子組件。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述電-光組件通過所述嵌入的折疊微鏡連接到所述多個(gè)波導(dǎo)。
9.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述電-光組件包括電流放大器，用于放大微弱信號(hào)。
10.一種方法，包括制造波導(dǎo)玻璃晶片；產(chǎn)生支撐玻璃晶片；通過將所述支撐玻璃晶片附著在所述波導(dǎo)支撐玻璃上來產(chǎn)生光學(xué)芯片；以及通過將多個(gè)電-光組件附著到所述光學(xué)芯片上來產(chǎn)生電-光模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述制造所述波導(dǎo)玻璃晶片還包括在平面光波電路里利用離子交換技術(shù)產(chǎn)生多個(gè)波導(dǎo)；在所述平面光波電路層上印制多條電線和觸點(diǎn)；在所述平面光波電路層中切割槽；以及用金屬填充所述平面光波電路層里的所述槽。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述支撐玻璃還包括產(chǎn)生多個(gè)過孔；用導(dǎo)電材料涂敷所述過孔；以及在所述波導(dǎo)玻璃晶片的兩面印制多條電線和多個(gè)觸點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述多個(gè)過孔包括濕蝕刻和干蝕刻。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述光學(xué)芯片還包括在光纖光連接器一側(cè)切割所述波導(dǎo)玻璃晶片以產(chǎn)生雙棒；對(duì)所述光纖光連接器一側(cè)進(jìn)行拋光；以及在所述多個(gè)波導(dǎo)的端部附著軟導(dǎo)線光纖。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述附著所述電-光組件到所述光學(xué)芯片包括使用有源對(duì)準(zhǔn)光束。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述電-光模塊還包括用導(dǎo)熱聚合物封裝所述電-光組件和電子組件；以及切割所述雙棒以產(chǎn)生分開的所述電-光模塊。
全文摘要
一種用于制造電－光混合模塊(100)的系統(tǒng)和方法。這種電－光混合模塊(100)可以包括電－光組件、電子組件(110)、嵌入了至少一個(gè)光波導(dǎo)(120)的平面光波電路(PLC)。電－光組件可以通過折疊微鏡(160)發(fā)射或接收能量，而電子組件則能夠放大電信號(hào)并傳遞給電－光組件。平面光波電路通?？梢酝ㄟ^可以嵌入平面光波電路的多根光波導(dǎo)提供光－電子信號(hào)通信路徑。
文檔編號(hào)G02B6/36GK1977199SQ200580011584
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者阿穆茲·希米, 雅各布·馬利諾維奇, 埃利·阿拉德 申請(qǐng)人:色卡(以色列)有限公司