光互連裝置及其製造方法

2023-11-09 01:08:32 3

專利名稱：光互連裝置及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種光互連裝置和用於製造該光互連裝置的方 法。本發明還涉及一種用於在光組件和光波導之間形成光互連 的方法。
背景技術：
曰本特開平8-36122記載了 一種用於才幾械地對準光組件和 光波導以減少光組件和光波導之間的連接損耗的方法。日本特 開平10-135407記載了 一種用於改變在半導體集成電路設備和 連接到該半導體集成電路設備的外部設備之間傳輸信號的方式 的系統，其中，光傳輸數據信號，並且電傳輸電源和驅動信號。 這些參考文獻的內容在此通過引用被整體包括。

發明內容
根據本發明的一方面， 一種光互連裝置包括第一基板、第 二基板、光波導、電布線和切換裝置。所述第一基板具有電布 線線路、連接至所述電布線線路並將電信號轉換為光信號的電 光轉換器、以及連接至所述電光轉換器並發射光的光發射裝置。 所述第二基板具有電布線線路、連接至所述第二基板的所述電
布線線路並將光信號轉換為電信號的光電轉換器、以及連接至 所述電光轉換器並接收來自所述光發射裝置的光的光接收裝 置。所述光波導光連接所述光發射裝置和所述光接收裝置。所 述電布線電連接所述第一基板的所述電布線線路和所述第二基 板的所述電布線線路。所述切換裝置確定經由所述光基板來傳 輸快信號的數據，並且確定經由所述電布線來傳輸慢信號的數據。
根據本發明的另一方面， 一種光互連裝置包括基板、光波 導、電布線和切換裝置。所述基板具有第一電布線部分和第二 電布線部分。所述第一電布線包括將電信號轉換為光信號的電 光轉換器以及連接至所述電光轉換器並發射光的光發射裝置。 所述第二電布線部分包括將光信號轉換為電信號的光電轉換器 以及連接至所述電光轉換器並接收來自所述光發射裝置的光的 光接收裝置。所述光波導光連接所述第一電布線部分的所述光 發射裝置和所述第二電布線部分的所述光接收裝置。所述電布 線電連接所述第一電布線部分和所述第二電布線部分。所述切 換裝置確定經由所述光基板來傳輸快信號的數據，並且確定經 由所述電布線來傳輸慢信號的數據。
根據本發明的又一方面， 一種用於形成光波導的方法，包 括如下步驟在電布線基板上設置發射光的光發射裝置和接收
光的光接收裝置；為所述光發射裝置的光發射點的位置設置對 準標記，並且為所述光接收裝置的光接收點的位置設置對準； 將所述光發射裝置和所述光接收裝置安裝在基板上；以及根據 對準標記，形成光連接所述光發射裝置和所述光接收裝置的三 維光波導。


當結合附圖考慮時，通過參照如下的詳細說明，容易更好 地理解並因而將容易獲得本發明的更完整的認識及其許多隨附
的優點，其中
圖l是示出光互連裝置的結構的側視圖2是示出根據本發明的另 一實施例的光互連裝置的側視
圖；圖3是示出根據本發明的另 一 實施例的光互連裝置的側視
圖4(a)至4(e)是示出根據本發明的實施例的光互連裝置的 典型結構的側視圖5(a)至5(e)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的示意圖和俯視圖，其中，波導片具有多個波導， 剛性安裝基板具有多個小基板，波導片和剛性安裝基板層疊在 一起，在層疊基4反上安裝電組件和光組件，並且逐單元地切割 出光互連裝置；
圖6(a)至6(e)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的示意圖，其中，波導片具有多個波導，柔性安 裝基板具有多個小基板，波導片和柔性安裝基板層疊在 一起， 在層疊基板上安裝電組件和光組件，並且逐單元地切割出光互 連裝置；
圖7(a)至7(e)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括開始步驟、在圖7(a)中 所示的基板上形成了2D光學基板之後的圖、將在圖7(b)中所示 的2D光學基板固定在基板上之後的圖、在圖7(c)中所示的基板 上安裝了光組件之後的圖、以及形成了 3D光波導之後的圖8(a)至8(f)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括開始步驟、在圖8(a)中 所示的基板上形成了下覆蓋層之後的圖、將在圖8(b)中所示的 基板固定在其它基板上之後的圖、在圖8(c)中所示的基板上安 裝了光組件之後的圖、形成了 3D光波導之後的圖、以及在圖8(e) 中所示的基板表面上形成了上覆蓋層之後的圖9(a)至9(k)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括開始步驟、在圖9(a)中所示的基板上形成了下覆蓋層之後的圖、在圖9(b)中所示的下
覆蓋層上形成了金屬層之後的圖、在圖9(c)中所示的下覆蓋層 上形成了光波導對準標記之後的圖、在圖9 (d)所示的基板上形 成了芯層之後的圖、在圖9(e)中所示的芯層上形成了掩模之後 的圖、利用掩模去除了位於在圖9(f)中所示的掩模之下的部分 以外的芯然後剝離了掩模之後的圖、將在圖9(g)中所示的基板 固定在其它基板上之後的圖、在圖9(h)中所示的基板上安裝了 光組件之後的圖、形成了3D芯之後的圖、在圖9(j)中所示的基 板上形成了上覆蓋層之後的圖、以及在芯層上形成了掩模之後 的圖10(a)至10(f)是示出用於製造根據本發明的實施例的光 互連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括在芯層上形成了掩模 之後的圖、使用掩模去除了位於在圖10(a)中所示的掩模之下的 部分以外的芯然後剝離了掩模之後的圖、將在圖10(b)中所示的 基板固定在其它基板上之後的圖、在圖10(c)中所示的基板上安 裝了光組件之後的圖、根據該製造方法形成了 3D芯之後的圖、 以及在圖10(e)中所示的基板上形成了上覆蓋層之後的圖11Ca)至ll(c)是示出用於製造根據本發明的實施例的光 互連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括開始步驟、在圖ll(a) 中所示的基板上形成了2D光學基板之後的圖、以及在圖ll(b) 中所示的基板上安裝了光組件之後的圖12(a)至12(c)是示出用於製造根據本發明的實施例的光 互連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括形成了下覆蓋層之後 的圖、將在圖12(a)中所示的未完成的基板層疊到柔性基板上之 後的圖、以及在圖12(b)中所示的基板上安裝了光組件之後的 圖13包括示出面向雷射二極體的3D光波導的俯視圖；圖14(a)和14(b)是示出面向光電二極體的3D光波導以及面 向雷射二極體和光電二極體的3D光波導的俯視圖； 圖15是示出3D光波導的示例的俯視圖； 圖16(a)和16(b)是示出在基板上安裝光組件的步驟的側視
圖17(a)至17(f)是示出用於製造根據本發明的實施例的光 互連裝置的方法的截面圖和俯視圖，包括在覆蓋層上形成了光 波導對準標記之後的圖、在圖17(a)中所示的基板上形成了芯層 之後的圖、在圖17(b)中所示的基板上形成了掩模之後的圖、使 用在圖17(c)中所示的掩模形成了 3D光波導之後的圖、將在圖 17(d)中所示的基板層疊到柔性基板上之後的圖、以及形成了用 於光組件的安裝焊盤之後的圖18是示出光電二極體的一種類型的側視圖； 圖19(a)和19(b)是示出將連接器附接到第一基板、第二基板 或柔性基板的示例的側視圖20(a)和20(b)是示出在第 一基板、第二基板或印刷布線板 基板上安裝半導體元件的示例的側視圖21是示出將增強層附接到柔性基板的示例的側視圖； 圖22(a)和22(b)是示出安裝雷射二極體和光電二極體的示 例的示意圖23是示出根據本發明的實施例的光電傳輸裝置的俯視
圖24是示出根據本發明的實施例的切換元件的示意圖； 圖25是示出在根據本發明的實施例的切換元件處計數的典 型結果的圖26是示出根據本發明的另 一實施例的光電傳輸裝置的俯 視圖；圖27是示出根據本發明的另 一 實施例的切換元件的示意
圖28(a)至28(d)是均示出雷射二極體或光電二極體的表面 的俯視圖29(a)至29(f)是示出光發射元件和光接收元件之間的典 型連接方法的側視圖3 0是示出光發射元件和光接收元件之間的連接方法的另 一示例的側:規圖31是示出光發射元件或者光接收元件上的焊盤的俯視
圖32是示出雷射二極體的示例的側視圖； 圖33示出本發明的光互連的示例；
圖34是示出根據本發明的實施例的用於減少電損耗的典型 結構的示意圖3 5是示出根據本發明的實施例的用於電源和電壓的結構 的示意叫一v,i具有才艮才居本,日^
以及
;出才艮才居本發即
視圖和示意圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖描述實施例，其中，在全部附圖中相同的 附圖標記表示對應的或相同的部分。
圖l是示出根據本發明的實施例的光互連裝置的側視圖。在 第一剛性基板85(還可稱為"第一電布線基板")上形成或安裝了 雷射二極體816及其驅動電路(驅動器)829,並且在第二剛性基板86(還可稱為"第二電布線基板")上形成或安裝了光電二極體
817及其控制電路830(前置放大器和比較器，在下文中稱為 "preamp")。驅動電路用作用於電光轉換電路的主電路，並且除 了驅動電路之外，可以設置切換電路、並行-串行連接電路、 MAX/DEMAX電^各等一個或多個的組件。電光轉換電路可以是 沒有其它組件的驅動電路。具有前置放大器和比較器的控制電 路用作用於光電轉換電路的主電路，並且除了控制電路之外， 可以設置切換電路、MAX/DEMAX電路等一個或多個的組件。 光電轉換電路可以是沒有其它組件的控制電路。電光轉換電路 將數字電信號轉換成模擬電流，並將其提供至雷射二極體816 等光發射裝置。光電轉換電路將從光電二極體等光接收裝置輸 出的弱電信號放大為帶有特定脈衝的數位訊號。光電轉換裝置 可以是具有上述功能的晶片組件。電光轉換裝置可以是具有上 述功能的晶片組件。通過形成在柔性聚醯亞胺基板84上的三維 光波導818(在下文中稱為"3D光波導")光連接這兩個基板，或者 通過電布線87電連接這兩個基板。如圖l中所示，電布線87通常 形成在聚醯亞胺基板84上，但是也可以形成在不同的柔性基板 上。通過形成在底面上的BGA 88等電界面將剛性基板85、 86 連接至線卡等安裝基板。另外，由於雷射二極體816是邊發射型 並且光電二極體817是邊接收型，所以它們可以與3D光波導818 進行直接的光連接。因此，與標準的面發射型和面接收型的光 互連裝置相比，可以簡化光路。
圖2是示出參照圖1說明的光互連裝置的另 一 實施例的側視
基板827電連接至剛性基板85、 86,並且將各端部處理為端子從 而可以將各端部連接至連接器828。
圖3是示出參照圖2說明的光互連裝置的典型結構的側視
14圖，但是其中剛性-柔性基板805用於安裝光組件和電組件。由 於不需要兩個基板之間的電布線組件，所以該結構可以簡化。
圖4(a)至4(c)是示出參照圖2說明的光互連裝置的典型結構 的側視圖，但是其中用於安裝光組件和電組件的安裝基板是單 個柔性電基板827。在柔性電基板827中，形成或安裝雷射二極 管816和光電轉換電路或光電轉換元件829的區域是第一電布線 部分。並且，形成或安裝光電二極體817和光電轉換電路或光電 轉換元件8 3 0的區域是第二電布線部分。可以用加強構件8 0或類 似結構來增強安裝組件的基板部分。由於所有的組件集成在單 個柔性基板上，所以可緊湊地設計大小並且降低其製造成本。 如圖4(a)中所示，可以在柔性電基板827上形成光波導818。另 外，如圖4(b)中所示，可以使用預浸料等粘合層將具有形成在 柔性基板84上的光波導818的基板和柔性電基板827粘合在一 起。如圖4(a)中所示，可以在柔性基板84和電基板827之間形成 空間。如圖4(b)中所示，可以使用預浸料等粘合層將光波導818 和柔性電基板827粘合在一起。如圖4(d)中所示，可以在光波導 818和電基板827之間形成空間。
圖4(e)是示出在其邊緣處通過固定元件來附接支撐光波導 的柔性基板和支撐電布線的另 一 柔性基板的示例的側視圖。參 照圖4(e)，剛性基板6配置有雷射二極體102等光發射元件，並 且另 一剛性基板7配置有光電二極體等光接收元件103。通過固 定元件2002在其邊緣部分互相連接具有光波導的柔性基板2000 和具有電布線的另 一柔性基板2001,從而在兩個柔性基板2000、 2001之間形成空間。
圖5(a)至5(e)是示出用於製造根據本發明的實施例的光互 連裝置的方法的示意圖和俯視圖，其中，安裝基板是剛性基板。 圖5(a)示出其上形成了多個光波導900的波導片901。在波導片901中，形成通孔902從而去除與待安裝電組件和光組件的區域 重疊的部分。圖5(b)示出其上層疊波導片901的剛性安裝基板 904。在該基板上，形成用於布置電組件和光組件的安裝焊盤和 電布線的安裝區域905。在與光波導重疊的區域中形成波導窗口 903。首先，如圖5(c)中所示，通過使用預浸料或類似結構將波 導片901層疊到安裝基板904上。接著，如圖5(d)中所示，在安 裝區域905上安裝電組件和光組件906,然後由用於保護的填充 樹脂密封。最後，如圖5(e)中所示，逐單元地切割出光互連裝 置，並且完成均具有安裝基板904、光波導900以及光組件和電 組件906的光互連裝置。
圖6(a)至6(e)是示出用於製造根據本發明的另 一 實施例的 光互連裝置的方法的示意圖，其中，安裝基板是柔性基板。圖 6(a)示出形成了多個光波導9.00的波導片901。在波導片901中， 形成通孔9 0 2從而去除與待安裝電組件和光組件的區域重疊的 部分。圖6(b)示出其上層疊波導片901的柔性安裝基板904。在 該基板上，形成用於布置電組件和光組件的安裝焊盤和電布線 907的安裝區域905。首先，如圖6(c)中所示，通過使用預浸料 或類似結構將波導片901層疊到安裝基板904上。接著，如圖6(d) 中所示，在安裝區域905上安裝電組件和光組件906,然後由用 於保護的填充樹脂密封。最後，如圖6(e)中所示，逐單元地切 割出光互連裝置，並且完成均具有安裝基板904、光波導900以 及光組件和電組件906的光互連裝置。
圖7(a)至7(e)是示出用於製造根據本發明的另 一 實施例的 光互連的方法的截面圖和俯視圖。準備聚醯亞胺基板1等柔性基 板作為起始材料(圖7(a))。在基板l上，塗敷下覆蓋層2、芯層3 和上覆蓋層4(圖7(b))。在該步驟中，完成柔性二維光學基板5(在 下文中稱為"2D光學基板")。對於下覆蓋層、芯層和上覆蓋層，可以使用表1中所示的材料的組合。
表l
示例下覆蓋層 折射率芯層 折射率折射率
環氧基聚合物1.5931.6151.593
丙烯酸基聚合物1.5051.5221.505
然後，將柔性2D光學基板5固定在第一基板6和第二基板7 上(圖7(c))。作為用於第一基板6和笫二基板7的材料，可以使用 聚醯亞胺等柔性基板或利用玻璃纖維織物增強的剛性基板。然 後，在第一基板上安裝具有根據光發射位置形成的對準標記IO 的雷射二極體8,並且在第二基板上安裝具有根據光接收位置形 成的對準標記ll的光電二極體9(圖7(d))。在本示例中，直接在 光發射位置的中心上形成雷射二極體上的對準標記IO,並且直 接在光接收位置的中心上形成光電二極體上的對準標記ll。隨 後，通過在與連^l妄對準標記10和對準標記ll的直線平行並且在 與該直線相距25pm的位置處發射C02雷射，在至少去除上覆蓋 層和芯層之後形成3D光波導12(大約50jim寬)(圖7(e))。在本示 例1中，根據標識光組件的光發射位置和光接收位置的對準標記 來形成3D光波導。因此，雷射二極體8和光電二極體9等光組件 和3D光波導可以準確地對準，並且減少了波導和光組件之間的 連接損耗。
圖8(a)至8(d)是示出用於製造根據本發明的另 一 實施例的 光互連的方法的截面圖和俯視圖。準備聚醯亞胺基板21等柔性 基板作為起始材料(圖8(a))。在基板21上，通過塗敷例如環氧基 聚合物樹脂來形成下覆蓋層22(圖8(b))。然後，將上述未完成的 基板21層疊到第一基板26和第二基板27上(圖8(c))。接下來，在
第一基板上安裝具有根據光發射位置形成的對準標記"o的激
17光二極體28，並且在第二基板上安裝具有根據光接收位置形成
的對準標記211的光電二極體29(圖8(d))。在本示例中，直接在 光發射位置的中心上形成雷射二極體上的對準標記210,並且直 接在光接收位置的中心上形成光電二極體上的對準標記211。隨 後，在連接對準標記210和211的線上，通過使用噴墨方法形成 50nm寬和50pm高的3D芯212。 3D芯212由具有比上述下覆蓋層 21的折射率更大的折射率的環氧型聚合物樹脂形成(圖8(e))。在 烘千芯之後，在下覆蓋層和芯上塗敷與用於形成下覆蓋層的相 同的環氧型聚合物樹脂。因此，形成芯212被下覆蓋層21和上覆 蓋層24包圍的3D光波導(圖8(f))。在本示例中，根據對準標記 210、 211塗敷用於形成芯的材料。因此，雷射二極體28和光電 二極體29與3D光波導可以準確地對準，並且減少了波導和光組 件之間的連接損耗。
圖9(a)-9(k)是示出用於製造根據本發明的又一 實施例的光 互連裝置的方法的截面圖和俯視圖。準備聚醯亞胺基板31等柔 性基板作為起始材料(圖9(a))。在基板31上，通過塗敷環氧型聚 合物樹脂形成下覆蓋層32(圖9(b))。在下覆蓋層上通過氣相沉積 銅、金、鋁、鈦、鎳、鉻或類似的金屬形成金屬層39(圖9(c))。 隨後，在金屬層上形成抗蝕劑，接著對該抗蝕劑進行曝光、顯 影和蝕刻處理以在下覆蓋層上形成光波導對準標記300(圖 9(d))。然後，在形成了光波導對準標記300的下覆蓋層上，通 過塗敷具有比下覆蓋層31的折射率更大的折射率的環氧型聚合 物樹脂來形成芯層33(圖9(e))。在形成芯層之後，在芯層上形成 抗蝕劑，接著對該抗蝕劑進行曝光和顯影處理以形成掩模 301(圖9(f))。通過後面說明的反應離子蝕刻工藝，掩模301成形 以在基板31的表面邊緣都被去除的部分形成3D光波導。基於光 波導對準標記300確定掩模301的位置。在形成掩模之後，通過反應離子蝕刻方法去除芯層中沒有形成掩模的部分。因此，在 基板31的兩側表面附近的部分以外的區域中形成3D光波導
320(圖9(g)示出已經去除了掩模後的基板)。然後，將未完成的 基板固定在第一基板36和第二基板37上(圖9(h))。之後，在第一 基板上安裝具有根據光發射位置形成的對準標記310的雷射二 極管38,並且在第二基板上安裝具有根據光接收位置形成的對 準標記311的光電二極體39(圖9(i))。在安裝了光組件之後，基 於光波導對準標記300和雷射二極體上的對準標記310,由C02 雷射去除2D芯層部分33-1以形成第一連接3D波導331。位於3D 光波導320和雷射二極體38之間的第 一連接3D波導331與雷射 二極體的光發射位置準確地連接，並且還連接至3D光波導320。 通過同樣的方式，在3D光波導320和光電二極體39之間形成第 二連接3D波導332(圖9(j))。之後，在芯320、 331、 332和下覆蓋 層上，通過塗敷與用於下覆蓋層的相同的環氧型聚合物樹脂， 形成上覆蓋層34(圖9(k))。在本示例中，根據基於光發射位置的 對準標記310以及^^艮據用於形成3 D光波導的光波導對準標記 300來形成連接3D光波導320和雷射二極體的第 一連接3D波導 331。因此，雷射二極體和第一連接3D光波導以及3D光波導和 第一連接3D光波導可以準確地對準，因此減少連接損耗。還可 以減少光電二極體和第二連接3D光波導之間的連接損耗。在本 示例中，第一連接3D光波導和第二連接3D光波導中的至少一個 的邊可形成為偏離3D光波導320的延長線。通過這樣形成為偏 離延長線，光電二極體不容易受洩漏光的影響。對準標記300 形成在下覆蓋層32上，但是還可以形成在芯層33等其它層上， 或者可以使用波導圖形代替金屬圖形。
圖10(a)至10(e)是示出用於製造根據本發明的再一實施例 的光互連裝置的方法的截面圖和俯視圖。由於本示例按照參照
19圖9(a)-9(e)中所示的示例所說明的相同的步驟，所以在這裡說 明其餘的處理。在形成芯層之後，在芯層上形成抗蝕劑，接著 對該抗蝕劑進行曝光和顯影處理以形成掩才莫401(圖10(a))。通過 使用後面所述的反應離子蝕刻工藝，在基板41的中心形成掩模 401,並且掩模401成形以允許隨後形成3D光波導。如在圖 9(a)-9(k)中所示的示例中所示，基於光波導對準標記(圖中未示 出)確定掩模401的位置。在形成掩模之後，通過反應離子蝕刻 工藝去除芯層中沒有形成掩模的部分。因此，在基板41的中心 形成3D光波導420(圖10(b)示出去除了掩模後的基板)。然後， 將未完成的基板固定在第一基板46和第二基板47上(圖10(c))。 之後，在第一基板上安裝具有根據光發射位置形成的對準標記 410的雷射二極體48，並且在第二基板上安裝具有根據光接收位 置形成的對準標記411的光電二極體49(圖10(d))。在安裝光組件 之後，基於光波導對準標記和雷射二極體上的對準標記410,通 過使用噴墨方法在下覆蓋層42上塗敷具有比下覆蓋層42的折射 率更大的折射率的環氧型聚合物樹脂。因此，在3D光波導420 和雷射二極體4 8之間形成第 一 連接3 D波導4 31 。按照相同的方 式，在3D光波導420和光電二極體49之間形成第二連接3D波導 432(圖10(e))。然後，在芯420、 431、 432和下覆蓋層上，通過 塗敷與用於下覆蓋層的相同的環氧型聚合物樹脂，形成上覆蓋 層44(圖10(f))。在本示例中，根據基於光發射位置的對準標記 410以及根據用於形成3D光波導的光波導對準標記來形成連接 3D光波導420和雷射二極體的第一連接3D波導431。因此，雷射 二極體和第 一連4妄3D光波導以及3D光波導和第 一連接3D光波 導可以準確地對準，因此減少連接損耗。光電二極體和第二連 接3D光波導也可以準確地對準，因此減少連接損耗。在本示例 中，第一連接3D光波導和第二連接3D光波導中的至少一個的邊也可形成為偏離3D光波導420的延長線。通過這樣形成為偏離 延長線，光電二極體不容易受洩漏光的影響。
圖ll(a)至ll(c)是示出用於製造根據本發明的再一實施例 的光互連裝置的方法的截面圖和俯視圖。準備柔性基板500作為 起始材料，並如圖7(a)至7(e)中示出的示例所說明的，在柔性基 板500的部分上層疊下覆蓋層、芯層和上覆蓋層。然後，隔著形 成下覆蓋層、芯層和上覆蓋層的區域，安裝具有根據光發射位 置形成的對準標記510的雷射二極體538和具有根據光接收位置 形成的對準標記511的光電二極體539。將安裝雷射二極體的區 域(在圖1 l(c)中直到光波導的左側)稱為第 一 區域(第 一 電布線 部分)，並將安裝光電二極體的區域(在圖ll(c)中直到光波導的 右側)稱為第二區域(第二電布線部分)。然後，與圖7(a)至7(e) 中所示的示例類似，根據在光組件上的對準標記510、 511,在 芯層和上覆蓋層中形成溝槽以形成3 D光波導(見圖7 (e))。通過 3D光波導進行第一區域和第二區域之間的數據傳輸。在本示例 中，在柔性基板上形成下覆蓋層、芯層和上覆蓋層，但是可以 單獨準備由下覆蓋層、芯層和上覆蓋層形成的另 一基板然後通 過使用預浸料等粘合劑將該另 一基板層疊在柔性基板500上。
圖12(a)至12(c)是示出用於製造根據本發明的再一實施例 的光互連裝置的方法的截面圖和俯視圖。在柔性保持基板670 上塗敷下覆蓋層602(圖12(a))。然後，經由預浸料680層疊塗敷 了覆蓋層後的基板和柔性基板600(圖12(b))。之後，隔著保持基 板670,安裝具有根據光發射位置形成的對準標記610的雷射二 極管638和具有根據光接收位置形成的對準標記611的光電二極 管639。將安裝雷射二極體的區域(在圖12(c)中直到光波導的左 側)稱為第一區域，並且將安裝光電二極體的區域(在圖12(c)中 直到光波導的右側)稱為第二區域。通過3 D光波導進行第 一 區
21域和第二區域之間的數據傳輸。之後，通過按照參照圖8(e)說 明的類似步驟來形成3D光波導。
說明了 一種用於製造根據本發明的再一實施例的光互連裝 置的方法。本示例基本與圖9(a)至9(k)中所示的示例類似。在圖 9(a)至9(k)所示的示例中，將具有光波導的基板層疊在兩個基板 上，然而，在本示例中，如在參照圖12(a)至12(c)的示例中，將 具有光波導的基板層疊在 一 個柔性基板上。本示例中的製造步 驟與參照圖9(a)-9(g)說明的製造步驟類似。然後，以與參照圖 12(a)至12(c)的示例類似的方式，將按照參照圖9(a)-9(g)說明的 步驟而準備的未完成的基板層疊在單個柔性基板上。接下來， 隔著未完成的基板，在柔性基板上安裝光組件(見12(c))。安裝 光組件後的製造過程與參照圖9(j)-9(k)說明的過程類似。
說明了一種用於製造根據本發明的再一實施例的光互連裝 置的方法。本示例與參照圖10(a)至10(f)的示例基本類似。在參 照圖10(a)至10(f)的示例中，將具有光波導的基板層疊在兩個基 板上，然而，在本示例中，如參照圖12(a)至12(c)的示例中所說 明的，將具有光波導的基板層疊在一個柔性基板上。本示例中
的製造步驟與參照圖10(a)-10(b)說明的步驟類似。然後，如在 參照圖12(a)至12(c)中的示例中所說明的，將按照參照圖 10(a)-10(b)說明的步驟製備的未完成的基板層疊在單個柔性基 板上。接下來，水平地隔著未完成的基板，在柔性基板上安裝 光組件(見圖12(c))。安裝光組件後的製造步驟與圖10(e)-10(f) 中的步驟類似。
在前述的示例中說明的3D光波導的端面(面向光組件的表 面)大致為矩形。然而，其形狀還可以是如圖13和14中所示的錐 形。圖13示出面向雷射二極體的3D光波導的俯視圖。參照圖13, 對著雷射二極體的開口 (在左側示出)寬于波導的其餘部分。通過這種結構，使得3D光波導和雷射二極體之間的對準間隙容限
較大。圖14(a)示出面向光電二極體的3D光波導的俯視圖(在右 側示出)。在圖14(a)中，對著光電二極體的開口窄于波導的其餘 部分。由於從3D光波導中傳輸的光的光斑直徑大，所以3D光波 導和光電二極體之間的對準間隙容限較大。圖14(b)示出對著激 光二極體(在左側示出)的開口寬于波導的其佘部分並且對著光 電二極體(在右側示出)的開口窄于波導的其餘部分的3D光波導。
圖15是示出面向光電二極體的端分開並且每個分開的3D 光波導連接至光電二極體的3D光波導的示例的俯視圖。據此， 從波導中的一個輸出的光可以輸入到光電二極體。因此，波導 和光電二極體之間的對準間隙容限較大。在本示例中，端被分 開成兩個，但是分開數可以是兩個或更多。
參照前述示例，在第一基板、第二基板和/或柔性保持基板 上安裝光組件。然而，如圖16(a)中所示，在用於安裝光組件的 剛性基板或柔性保持基板700上，安裝光電二極體、雷射二極體 等光組件701,然後可以在第一基板、第二基板或柔性保持基板 上安裝柔性保持基板和光組件。
可以在第 一基板(第 一 區域)和第二基板(第二區域)之間形 成電路，從而將光傳輸和電傳輸兩者都用於第一基板(第一區域) 和第二基板(第二區域)之間的數據傳輸。
不限於使用通過焊料凸點(倒裝晶片連接)來連接光組件和 基板；還可以採用線接合等表面安裝方法。
在上述的示例中，直接在光發射位置或者光接收位置上形 成在光組件上的對準標記，但是對準標記不限於在圖7(a)-10(f) 的示例中說明的這些位置或數量。
在上述的示例中，基於在光組件上的對準標記形成3D光波導。然而，根據用於形成3D光波導的光波導對準標記1100,可
以對準光組件，然後將光組件安裝在第一基板、第二基板或柔
性保持基板上。圖17(a)至17(f)示出上述的示例。在下覆蓋層上 形成光波導對準標記1100(見圖17(a))。然後，形成芯層1103(見 圖17(b))。之後，與圖9(a)至9(k)中的示例中類似，根據光波導 對準標記1100在芯層上形成掩模1301(見17(c))。然後，通過使 用掩模1301形成3D光波導1150(見圖17(d))。通過預浸料1100將 未完成的基板層疊在柔性保持基板670上(見17(e))。然後，才艮據 光波導對準標記IIOO,在柔性保持基板670上形成導電部分(組 件安裝焊盤)1120(見圖17(f))。關於導電部分1120,例如，通過 向層疊在導電部分的阻焊劑輻射C02雷射來形成焊盤開口 。通 過這種組件安裝焊盤，將光組件(包括雷射二極體和光電二極體) 安裝在表面上。在參照圖17(a)至17(f)說明的示例中，由於根據
準確地對準3 D光波導和光組件。
還可以如圖13、 14(a)和14(b)所示來成形在前述示例中說明 的3D光波導。
雷射二極體優選為邊發射型，並且光電二極體優選為邊接 收型。
雷射二極體可以是單模脈衝型，並且光波導可以是多模型。 這樣，能夠容易地對準光波導和光組件。
圖18是示出光電二極體具有不同結構的示例的側視圖。如 圖中所示，根據本實施例的光電二極體使得輸入至光電二極體 的光從面向光接收部分的鏡反射並且到達在光電二極體的上部 區域形成的光接收部分(光路徑在圖中示出)。另外，在本示例 中，在柔性基板100的各端形成連接器101，其中，通過連接器 101將柔性基板100連接至其它基板(例如，母板)。在上面說明的任意示例中，可以使用圖18中所示的光電二
極管。此外，如圖19(a)中所示，在上面說明的任意示例中，可
以將連接器設置在第 一 基板的端面和第二基板的端面上，從而 使基板電連接至其它基板(例如，母板)。在光波導和光組件安 裝在單個基板(包括柔性基板、剛性基板和部分剛性的柔性基板)
上的圖17(a)至17(c)中的示例等示例中，還可以如圖19(b)中所 示將連接器設置在基板的各端面上，從而使基板電連接至其它 基板(例如，母板)。
在上述任意示例中，可以在第一基板、第二基板、第一區 域或第二區域上安裝半導體元件(見圖20(a)-20(b))。通過光波導 進行半導體元件之間的部分信號傳輸。在印刷布線板106、第一 基板106-1和第二基板106-2上形成電路。在參照圖20(b)的示例 中，還在光波導上形成電路。可以通過光波導從半導體元件向
體元件傳輸電源和接地。可以將具有預定速度(例如，1Gb/s)以 上的速度的信號通過光波導從半導體元件傳輸至半導體元件 (將具有低於預定速度的速度的信號通過電路從半導體元件傳 輸至半導體元件)。此時，可以在印刷布線板(包括第一基板和 第二基板)上安裝判斷信號速度的電路或元件。
圖21示出將增強層10 7附接到與安裝了光組件的表面的相 對的表面的示例。利用這種結構，能夠容易地在柔性基板上安 裝光組件。為了減少連接損耗，優選地放置增強層107從而使光 組件(雷射二極體、光電二極體)和光波導之間的柔性基板100不 彎曲。例如，優選地，在與安裝了光組件的表面相對的、包括 直接位於光組件的下方的區域和至少直接位於光波導的邊緣的 下方的區域的表面上，將板狀增強層形成或層疊在柔性基板IOO 上。
25圖22(a)是示出使用圖22(b)中所示的光電二極體(邊接收組 件)和雷射二極體(邊發射組件)的示例的示意圖。雷射二極體在 底部表面周圍具有光發射點並且面朝下安裝。光電二極體具有 與如圖22(b)中所示的光接收點相對放置的反射表面並面朝上 安裝。如圖所示，在光接收元件(光電二極體)中，在元件基板 上形成反射表面(鏡)。如圖22(b)中所示，光接收元件可以在一 個表面上具有p電才及和n電極，並且光發射元件也可以在一個表 面上具有p電極和n電極。
例如，在表面安裝型LD/PD模塊(日本電子信息和通信工程 研究所的技術報告，OPE94-39， 1994年8月出版，第13頁)中， 或者在PLC平臺上安裝光電二極體時基於標記的被動對準(電 子信息和通信工程研究所，1997年國家會議，C-3-56,第241 頁)中，參照具有對準標記的雷射二極體和具有對準標記的光電
二極體。
在前述示例中所示的實施例中(圖7(e)、圖8(f)、圖9(k)、圖 10(f)、圖ll(c)、圖12(c)、圖18、圖19(a)、圖19(b)、圖20(a)、 圖20(b)、圖21和圖22(a)),還可以設置雷射二極體的驅動電路 (驅動器)829和光電二極體的控制電路83O(前置放大器和比較 器)。此外，可以設置下面說明的切換元件(12a)(見圖23)。除了 切換元件(12a)之外，還可以設置切換器(130a)(見圖23)。
在圖l至4(c)的示例中，可以設置如下所述的切換元件。除 了切換元件(12a)之外，還可以設置切換器(130a)(見圖23)。
圖28(a)、 28(b)、 28(c)和28(d)均示出雷射二極體或光電二 極管的表面。在這些圖中，示出了焊盤。如圖28(a)和28(c)所示， 如果形成一個或兩個焊盤，則難以表面安裝光組件。因此，如 圖28(b)和28(d)中所示，除了P電極和N電才及之外，優選地形成 虛設焊盤。優選地形成虛設焊盤以使得焊盤總數為三個或更多。
26在圖l至4(d)、圖7(e)、圖8(f)、圖9(k)、圖10(f)、圖ll(c)、圖12(c)、 圖17(f)、圖19(a)-19(b)、圖20(a)-20(b)和圖21中，雷射二極體和 光電二極體優選為圖28(b)和圖28(d)中所示的雷射二才及管和光 電二極體的類型。
如圖28(a)和28(c)中所示，在雷射二極體或光電二極體上的 P電極和N電極可以在一個表面上形成(圖28(a))或者可以在不 同的表面上形成(圖28(c))。圖29中示出光組件和光波導之間的 各種連接方法。
圖29(a)是光發射點(光發射部分)靠近底表面的邊發射型激 光二極體和在頂表面(與面向柔性基板的表面相對的表面)上形
成光接收部分(光接收區域)的光電二極體的組合。在圖29(a)所 示的雷射二極體中，在InP基板或GaAs基板上形成外延層。倒 裝晶片安裝雷射二極體從而使形成外延層的表面面向柔性基 板。光電二極體是在頂表面上形成P電極並在底表面(安裝表面， 與面向基板的表面相對)上形成N電極的類型的光電二極體。如 圖29(a)中所示，在光電二極體中，在與形成光接收部分的表面 相對的表面上形成鏡。通過邊輸入的光被鏡反射併到達光接收 部分(P電極)。然後，通過連接至P電極的焊盤上的布線909將光 傳輸至柔性基板的電布線。
圖29(b)是光發射點(光發射部分)靠近底表面的邊發射型激 光二極體和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分 (光接收區域，P電極)的光電二極體的組合。倒裝晶片安裝圖 29(b)中所示的雷射二極體從而使形成外延層的表面面向柔性 基板。倒裝晶片安裝圖2 9 (b)中所示的光電二極體從而使形成外 延層的表面面向柔性基板。在如圖所示的光電二極體中，在同 一表面上形成光接收部分(光接收區域，P電極)、N電極和鏡。 通過光電二極體的邊輸入的光被鏡反射併到達在底表面上形成的光接收部分(P電極)。然後，通過焊盤和凸點將光傳輸至柔性 基板的電布線。
圖29(C)是光發射點(光發射部分)靠近底表面的邊發射型激 光二極體和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分 (光接收區域，P電極)的光電二極體的組合。倒裝晶片安裝圖
29(c)中所示的雷射二極體從而使形成外延層的表面面向柔性 基板。在29(c)中所示的光電二極體是在同 一表面上形成P電極 和N電極的類型的光電二極體。在與形成P電極和N電極的表面 相對的表面上形成鏡。倒裝晶片安裝光電二極體從而使形成P 電極和N電極的表面面向柔性基板。通過焊料凸點將光電二極 管上的P電極和N電極和雷射二極體上的P電極和N電極連接至 柔性基板的電布線。在圖29(c)中，雷射二極體上的光發射點的 高度和鏡的高度不同。因此，光波導的輸入部分和輸出部分位 於不同高度。輸入部分與雷射二極體中的光發射部分的高度對 齊，並且輸出部分與光電二極體中的鏡位置對齊。
在圖29(d)中示出的示例中，為了將輸出側的芯的高度與光 電二極體中的鏡的高度對齊，在光波導的輸出側，在光波導和 柔性基板之間放置高度調整構件。在圖29(e)中示出的示例中， 為了將輸出側的芯的高度與光電二極體中的鏡的高度對齊，在 光波導和柔性基板之間放置高度調整粘合物。在圖2 9 (f)中示出 的示例中，為了將輸出側的芯的高度與光電二極體中的鏡的高 度對齊，在面向柔性基板側，調整光波導中的覆蓋層厚度。
圖30是光發射點(光發射部分)靠近底表面的邊發射型雷射 二極體和在底表面(面向柔性基板的表面)上形成光接收部分 (光接收區域，P電極)的光電二極體的組合。倒裝晶片安裝圖30 中所示的雷射二極體從而使形成外延層的表面面向柔性基板。 圖30中所示的光電二極體是在同 一表面上形成P電極(外延層)和N電極的類型的光電二極體。在與形成P電極和N電極的表面 相對的表面上形成鏡。倒裝晶片安裝光電二極體從而使形成P
電極和N電極的表面面向柔性基板。在圖30中，在柔性基板中
形成的腔體部分中安裝光電二極體。設置腔體部分的深度從而 對準光波導中的芯的高度和光電二極體中的鏡位置。
圖31示出P電極和N電極、通過電路連接至P電極的焊盤、 通過電路連接至N電極的焊盤和虛設焊盤。在P電極焊盤、N電 極焊盤和虛設焊盤上形成用於倒裝晶片安裝的凸點。
在圖l-4(d)、圖7(e)、圖8(f)、圖9(k)、圖10(f)、圖ll(c)、 圖12(c)、圖17(f)、圖19(a)-19(b)、圖20(a)-20(b)和圖21中，光 電二極體、雷射二極體和連接它們的光波導可以採用圖29(a)、 29(b)、 29(c)、 29(d)、 29(e)、 29(f)或30中示出的任 一 實施例。 在上面的說明中，通過焊料凸點倒裝晶片安裝電組件；然而， 可以通過金球凸點倒裝晶片安裝電組件。例如，光波導可以具 有厚度為25pm的下覆蓋層、厚度為50^m的芯層和厚度為25(im 的上覆蓋層。通過厚度為10pm的粘合層可以將光波導粘合到基 板。因此，波導可以具有位於與基板的表面相距約6(Vm處的光 軸。雷射二極體可以具有位於與形成其外延結構的表面相距約 5jim處的光發射點。在這樣的示例中，^:用例如直徑為80!im的 粘合焊盤或直徑為90(am的焊球，可以將雷射二極體安裝在與基 板的表面相 距約55pm處。另一方面，可以面朝上安裝光電二極 管，使其外延結構遠離基板的表面，並且光電二極體可以具有 位於約15pm處的光接收點。在這樣的示例中，使用例如直徑為 80[im的粘合焊盤或直徑為8Opm的焊球，可以將光電二極體安 裝在與基板的表面相距45^im(60pm-15^im)處。下面的表2包括示 出光發射/接收裝置的高度與粘合焊盤和焊球的直徑之間的關 系的試驗結果。表2
65,球80fim球90,球焊盤直徑im)708070807080
平均高度Oim)44.737.56257.674.970.5
計算高度Omi)474265607772
N(釆樣數)4055405514040
範圍+/-(max-min/2)8.59.577.57.510
△ (計算高度-平均高 度)2.34.532.42.11.5
在圖l-4(d)、圖7(e)、圖8(f)、圖9(k)、圖10(f)、圖ll(c)、 圖12(c)、圖17(f)、圖19(a)-19(b)、圖20(a)-20(b)和圖21中，激
光二極體可以是橫向多模激髮型，並且光波導可以是多模傳輸 型。
在圖l-4(d)、圖7(e)、圖8(f)、圖9(k)、圖10(f)、圖ll(c)、 圖12(c)、圖17(f)、圖19(a)-19(b)、圖20(a)-20(b)和圖21中，激 光二極體可以是圖32所示的類型的光組件。雷射二極體在基板 上形成的鏡(反射表面)處將從光發射區域輸出的光改變約90 度，並且從雷射二極體的邊發射光。
圖29(a)、 29(b)、 29(c)、 29(d)、 29(e)、 29(f)、圖30和圖32 中示出的虛線表示光路徑。
圖33示出本發明的光互連的另 一示例。用於行動裝置中的 光互連要求極大地抑制消耗的電量。為了降低功耗，使用低電 壓來驅動電光轉換電路、光發射元件、光電轉換電路和光接收 元件等有源元件是有效的。以大約1.2V的電壓驅動電光轉換電 路和光電轉換電路。然而，光發射元件和光接收元件要求至少大約2V或更大的偏壓以正常工作。通常，電光轉換電路和光電
轉換電路或所有的有源元件使用3.3V的單電源。為了降低功耗， 已經嘗試了降低電源電壓。光發射元件和光接收元件所要求的 最小負載電壓大約是2.2V。圖34是本發明中用於降低功耗的典 型結構。將最小的電源電壓分別施加給電光轉換電路和光發射 元件(光電轉換電路和光接收元件)。例如，對電光轉換電路施 力口1.2V的電壓，並且對光發射元件施加3.3V的電壓。因此，能 夠極大地降低作為電流和電壓的乘積的功4毛。圖35示出用於施 加不同的電源電壓的方法的示例。在電光(光電)轉換電路外設 置獨立的調整器以施加多個電源電壓。可以將調整器設置在互 連外，並可以通過電源輸入部分施加多個電源電壓。在圖36中， 在電光(光電)轉換電路內設置電壓轉換器(升壓電路)。將例如 1.2V的低電壓施加給電光(光電)轉換電路以驅動電路；同時，
加給光發射元件。電光轉換電路將電信號轉換為光信號。光電 轉換電路將光信號轉換為電信號。
表面光發射元件的示意圖。可以通過各向異性溼法蝕刻在底部 形成第一反射表面。對於具有約55。角的反射表面，使反射光入 射至相對於水平面具有大約20。角的光發射元件的側表面。對於 垂直側表面，折射率大約為3.6的元件使得在側表面發生全反 射，並且反射光不會透射到元件的外部。為了使輻射光透射到 元件的外部，側表面應該是傾斜表面(第二反射表面)。為了獲 得平行於水平面的發射光，傾斜表面的角度Q2應當近似地滿足 關係formula see original document page 31其中，元件的折射率為nl, 第一反射表面的角度為ei，並且元件周圍的介質的折射率為n2。 對於空氣作為元件周圍的介質，e2大約為63。，對於折射率為1.4的樹脂作為元件周圍的介質，02大約為58°。
切換元件(切換電路)
圖2 3是示出根據本發明的 一 個實施例的光電傳輸裝置的俯 視圖。根據本實施例的光電傳輸裝置包括第一基板(la)、第二 基板(2a)及在第 一基板(la)和第二基板(2a)之間傳輸信號的傳輸 基板(3a)。在第一基板(la)上安裝了邏輯元件(lla)、切換元件 (12a)、驅動器(13a)、雷射二極體(14a)等組件。在第二基板(2a) 上安裝了光電二極體(21a)、放大器(22a)、切換器(130a)等組件。 在傳輸基板(3 a)上形成了電路和光波導以在第 一 基板(1 a)和第 二基板(2a)之間傳輸信號。
雷射二極體優選為邊發射型，並且光電二極體優選為邊接 收型。另外，雷射二極體優選為單模，並且光波導優選為多模。
切換元件(12a)是判斷當將信號從第一基板(la)傳輸至第二 基板(2a)時要使用的方式(光學方式或電氣方式)的組件。如圖24 中所示，切換元件(12a)包括電平轉換器(121a)、周期確定元件 (122a)、第一計數器(123-la)、第二計數器(123-2a)、第一比較 器(124-la)、第二比較器(124-2a)、第 一保持電路(125-la)、第 二保持電路(125-2a)、累加器(126a)、選擇器(127a)、延遲線(128a) 和緩衝器(129a)。參照圖24和25說明各組件的作用。圖25示出 關於在輸入至切換元件後將進行計數的數據的兩個周期的信 息。電平轉換器轉換輸入到輸入元件的數據從而可以在切換元 件中處理該數據。依賴於數據或其它因素，在切換元件中進行 處理之前，輸入數據(300a)的Vcc電平和地電平可能不是恆定 的。電平轉換器(121a)具有將輸入數據(300a)的Vcc電平和地電 平轉換為預定的Vcc恆定電平和地恆定電平的功能。例如，由 電平轉換器將具有3.3V的Vcc電平和0.8V的地電平的輸入數據 轉換為具有2.2V的Vcc電平和0.2V的地電平的數據。還由電平轉換器將具有1 .8 V的V C C電平和1.2 V的地電平的輸入數據轉換
為具有2.2V的Vcc電平和0.2V的地電平的數據。還由電平轉換 器將具有不同電壓的數據轉換為具有2.2V的Vcc電平和0.2V的 地電平的數據。2.2V的Vcc恆定電平和0.2V的地恆定電平的數 值是示例電壓。如上所述，由於電平轉換器轉換輸入信號(300a) 從而可以在切換元件中處理該數據，如果輸入數據(300a)適合 於在切換元件中處理則不需要電平轉換器。通過延遲線(128a) 和緩衝器(12 9 a)將電平轉換器轉換後的數據傳輸至選擇器 (127a)。將數據保持在緩衝器(129a)中，然後根據從周期確定元 件(122a)輸入的信號(時鐘信號)逐個周期地將數據輸出至選擇 器。將在電平轉換器中處理後的數據傳輸至選擇器(127a)。同 時，將數據傳輸至第一計數器(123-la)和第二計數器(123-2a)以 獲得關於該數據是快信號還是慢信號的信息。當數據到達計數 器時，計數從地電平轉換為Vcc電平的數量。為了判斷傳輸的 數據是快信號還是慢信號，使用時間以及關於該數量的信息。 因此，從周期確定元件(122a)向第一計數器(123-la)和第二計數 器(123-2a)輸入關於周期(T)的信息(見圖25中的(1))。基於周期 (T)，第一計數器(123-la)和第二計數器(123-2a)計數預定時間內 從地電平轉換為Vcc電平的數量(傳輸數量)(還可以計數從Vcc 電平轉換為地電平時的數量)。例如，第一計數器計數當從周期 確定元件接收的數據是高電平(V c c)時的數量。第二計數器計數 當從周期確定元件接收的數據是低電平(地)時的數量。如圖2 5 中的(2)所示，連續傳輸相同的數據至第 一計數器和第二計數 器。使用第一計數器和第二計數器按周期(T)連續地對順序輸入 的數據的傳輸數量計數。第一計數器計數在周期(T)的前半周期 中的傳輸數量，並且第二計數器計數在周期(T)的後半周期中的 傳輸數量。在圖中，作為示例示出波形的兩個周期(參照圖25
33的(2),左側周期(T)的數據稱為左側數據，並且右側周期(T)的 數據稱為右側數據)。然而，實際上，將連續的數據輸入至計數
器。左側數據的傳輸數量在周期(T)的前半周期中是6並在後半 周期中是7 ，並且右側數據的傳輸數量在周期(T)的前半周期中 是1並在後半周期中是0。左側數據和右側數據是連續的，但是 互相間隔一個周期。第一計數器可以計數低電平時的數量，並 且第二計數器可以計數高電平時的數量。周期(T)可以是固定的 或可變的，但是優選可變的周期。第一計數器將關於在一個周 期期間在高電平時計數的數量的信息(關於左側數據的數量的 最終信息6;關於右側數據的數量的最終信息l)傳輸至第一 比較器(124-la)。在第一比較器中，將從第一計數器接收的數量 的信息與保持在第一比較器中的數量(例如，5)進行比較。然後， 當所接收的關於數量的信息等於或大於保持在第一比較器中的 數量時，將表示在第 一 計數器中計數傳輸數量的數據是快信號 的信號從第 一比較器(124-la)輸出至第 一保持電路(125-la)並 且輸出至累加器(126a)。將判斷結果在第一保持電路(125-la)和 累加器(126a)中保持一個周期。可以在第二計數器(123-2a)、第 二比較器(124-2a)、第二保持電路(125-2a)和累加器(126a)中進 行相同的處理。即，第二計數器將關於在一個周期期間在低電 平時計數的數量的信息(關於左側數據的數量的最終信息7; 關於右側數據的數量的最終信息O)傳輸至第二比較器 (124-2a)。在第二比較器中，將從第二計數器接收的數量的信息 與保持在第二比較器中的數量(例如，5)進行比較。然後，當所 接收的關於數量的信息等於或大於保持在第二比較器中的數量 時，將表示在第二計數器中計數傳輸數量的數據是快信號的信 號從第二比較器(124-2a)中輸出至第二保持電路(125-2a)並且 輸出至累加器(12 6 a)。將判斷結果在第二保持電路(12 5 - 2 a)和累
34加器(126a)中保持一個周期。上面說明了當將結果判斷為快信
號時的示例。下面說明當將結果判斷為慢信號時的示例。在結 束計數之後(在第一計數器中結束周期的前半周期之後，並且在 第二計數器中結束一個周期之後)，重置第一計數器和第二計數
器(傳輸數量變為o)。按照周期將保持在第一保持電路、第二保
持電路和累加器中的數據(如果是快信號為1,如果是慢信號為
O)重置為O。然後，如果在一個周期期間(周期(T)的前半周期) 在第一計數器中計數的傳輸數量沒有達到保持在第一比較器中 的數量信息，則保持在第 一保持電路和累加器中的第 一判斷結 果是慢信號(O)。以相同的方式判斷第二結果。如果在一個周期 期間(周期(T)的後半周期)在第二計數器中計數的傳輸數量沒有 達到保持在第二比較器中的數量信息，則保持在第二保持電路 和累加器中的第二判斷結果是慢信號(0)。基於通過第 一 保持電 路輸入至累加器的判斷的結果(第 一判斷結果)和通過第二保持 電路輸入至累加器的另 一判斷的結果(第二判斷結果)，累加器 生成累加判斷結果。如果至少第一判斷結果或第二判斷結果是
快信號(l)，則將累加判斷結果確定為快信號。緩沖器(129a)基 於來自周期確定元件(122a)的時鐘信號將數據輸出至選擇器 (127a)。選擇器(127a)基於來自周期確定元件(122a)的時鐘信號 拾取在累加器中生成的累加判斷結果。然後，基於該累加判斷 結果，將從緩沖器(129a)到達選擇器(127a)的數據輸出至傳輸基 板上的光路或者電路。此時，將在累加器中判斷為快信號的數 據經由驅動器和雷射二極體輸出至傳輸基板上的光路，並且將 判斷為慢信號的數據輸出至電路。當進行電傳輸時，優選地切 斷驅動器IC、雷射二極體、光電二極體和;故大器以關閉光傳輸 線路。另外，累加器將累加判斷結果(信號(203a))輸出至切換器 (130a)。經由傳輸基板上的光波導傳輸至第二基板的數據經由
35光電二極體(21a)和放大器(22a)到達切換器(130a)(圖24中的 (200a)，路徑(200a))。經由傳輸基板上的電路傳輸至第二基板 的數據同樣到達切換器(130a)(圖24中的(201a),路徑(201a))。 基於來自累加器的信號(203a)(還可以被稱為"標識信號")，切換 器(130a)識別出將使用路徑(200a)或路徑(201 a)中的哪 一個來傳 輸數據至切換器。然後，根據該識別，切換器連接路徑，即， 路徑(200a)和路徑(202a)或者路徑(201a)和路徑(202a),並且將 數據輸出至形成在第二基板上的單個路徑(2 02a)。
在上面的說明中，使用一個周期來判斷數據速度，但是還 可以使用半個周期來判斷數據速度。即，可以基於來自周期確 定元件(122a)的時鐘信號為由半個周期驅動的緩沖器(129a)和
選擇器(127a)設置電路。選擇器每半個周期拾取累加器中的判 斷結果(累加器不通過將第一判斷結果與第二判斷結果相加來 生成累加判斷結果。基於第一判斷結果和第二判斷結果中的各 個，選擇器每半個周期輸出數據)。
上面的說明是關於從第 一基板到第二基板的傳輸方法。還 可以在第二基板上安裝邏輯元件和切換元件等組件。
從第二基板到第 一 基板的傳輸也可以通過光路或電路來進 行，其中，通過根據傳輸數據使用切換元件來選擇光路或電路。
可以只通過電路進行從第二基板到第 一 基板的傳輸。
圖26示出根據本發明的另 一 實施例的光電傳輸裝置。在本 實施例中，在一個柔性基板(25a)上安裝邏輯元件(lla)、切換元 件(12a)、驅動器(13a)、雷射二極體(14a)、光電二極體(21a)、 放大器(22a)和光波導(26a)。
隔著光波導，布置安裝有邏輯元件(lla)、切換元件(Ua)、 驅動器(13 a)和雷射二極體(14 a)等組件的第 一 區域和安裝有光 電二極體(21a)和放大器(22a)等組件的第二區域。通過使用連接第一區域和第二區域的光波導(26a)或電路進行第 一 區域和第
二區域之間的數據傳輸。如在上述前面的實施例中，可以在柔
性基板(25a)(相當於前面實施例中的傳輸基板(3a))上形成光波 導，或者還可以在另一柔性基板上形成光波導，然後將該另一 柔性基板層疊在柔性基板(25a)上。圖27中示出包括本實施例的 切換元件的電路的示意圖。在本實施例中，由於可以在切換元 件中處理輸入數據(300a),沒有設置在前面實施例中的電平轉 換器(121a)。此外，將從選擇器(127a)中輸出的數據(200a、 201a) 連接至路徑(202a)而不通過切換器(130a)。另外，沒有設置緩沖 器(129a)。
為了判斷數據速度，在計數器、比較器、保持電路和累加 器中進行處理(處理時間)。因此，在沒有設置緩沖器的本實施 例中，在生成累加判斷結果之前輸入數據(300a)到達選擇器。 因此，在沒有設置緩衝器的本實施例中，通過使用在當前周期 之前的 一個周期中判斷的結果，將數據從選擇器輸出至光路或 電路。參照圖25，通過使用在右側數據(比左側數據早一個周期 傳輸的數據)中判斷的結果從選擇器輸出左側數據。由於信號通 常暫時保持其快或者慢的速度，當數據速度從快改變為慢或者 從慢改變為快時，即使通過錯誤的路徑將數據從選擇器傳輸至 傳輸基板，這種錯誤傳輸也僅持續大約第一個周期。
在本實施例中，可以如在前面實施例中那樣設置電平轉換 器(121a)、緩衝器(129a)和切換器(130a)。
可以將緩衝器置於選擇器電路中。
可以設置緩衝器(130a)或延遲線(129a)。可以不通過緩衝器 (130a)和延遲線(129a)直接將數據傳輸至選擇器(127a)。
參照圖23和26,在基板上安裝邏輯元件(lla)，但是也可以 不包括邏輯元件(lla)。根據本發明的實施例的光電傳輸裝置適合用在行動裝置 上。優選地使用第 一 基板(第 一 區域)作為主體(其中設置鍵盤)， 並且使用第二基板(第二區域)作為圖像顯示。
可以將切換元件置於驅動器中。
為了在光傳輸線路和電傳輸線路之間切換，可以在移動設 備上使用開啟/關閉信號(例如，用於睡眠模式的開啟/關閉信號)。
根據本發明的前述實施例涉及具有電^各和光路的集成結構 的光互連裝置和用於製造該光互連裝置的方法，包括但不僅限 於用於根據在光組件上形成的對準標記形成光波導、或者基於 在光波導上形成的對準標記來形成用於光組件的安裝焊盤的方 法。
顯然，根據上面的教導，本發明的多種修改和變化是可能 的。應當理解，在所附權利要求書的範圍內，可以以這裡特定 說明的方式以外的方式實踐本發明。
相關申請交叉引用
本申請要求2006年9月19日提交的美國專利申請 60/845,501 、 2006年10月23日提交的美國專利申請60/853，421和 2006年11月29日提交的美國專利申請60/867,716的優先權。這 些申請的內容在此通過引用被整體包括。
38
權利要求
1.一種光互連裝置，包括第一基板，其具有電布線線路、連接至所述電布線線路並將電信號轉換為光信號的電光轉換器、以及連接至所述電光轉換器並發射光的光發射裝置；第二基板，其具有電布線線路、連接至所述第二基板的所述電布線線路並將光信號轉換為電信號的光電轉換器、以及連接至所述電光轉換器並接收來自所述光發射裝置的光的光接收裝置；光波導，其光連接所述光發射裝置和所述光接收裝置；電布線，其電連接所述第一基板的所述電布線線路和所述第二基板的所述電布線線路；以及切換裝置，其確定經由所述光基板來傳輸快信號的數據，並且確定經由所述電布線來傳輸慢信號的數據。
2. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述 切換裝置包括周期確定部分，其確定周期；第一計數器，其 計數在所述周期內的傳輸的第一組數量；第一比較器，其將所 述第一組數量與保持在所述第一比較器中的數量相比較；第一 保持裝置，其在所述周期內保持來自所述第一比較器的結果； 第二計數器，其計數在所述周期內的傳輸的第二組數量；第二 比較器，其將所述第一組數量與保持在所述第二比較器中的數 量相比較；第二保持裝置，其在所述周期內保持來自所述第二 比較器的結果；累加器，其累加從所述第一保持裝置和所述第 二保持裝置接收的結果；以及選擇器，其基於所述周期拾取在 所述累加器中累加的結果。
3. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，還包 括升壓裝置，其生成要提供給所述光發射裝置和所述光接收 裝置至少之一的電壓。
4. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，還包 括柔性基板，其支撐所述光波導和所述電布線。
5. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述第 一基板的外延表面，並且所述光接收裝置包括邊表面型光接收 裝置並具有面朝上遠離所述第二基板的外延表面。
6. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述第 一基板的外延表面，並且所述光接收裝置包括邊表面型光接收 裝置並具有面朝下面對所述第二基板的外延表面。
7. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述 光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述第 一基板的外延表面，所述光接收裝置包括邊表面型光接收裝置 並具有面朝上遠離所述第二基板的反射表面和面朝下面對所述 第二基板的外延表面，所述光接收裝置的所述光反射表面被定
8. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述 光波導具有面向所述光發射裝置的第 一 邊緣部分和面向所述光 接收部分的第二邊緣部分，所述光波導被定位成所述第二邊緣 部分相對於所述第一基板和所述第二基板高於所述第一邊緣部 分，並且所述光發射裝置和所述光接收裝置被定位成所述光發射裝置和所述光接收裝置的光軸具有與所述光波導的所述第一 邊緣部分和所述第二邊緣部分的高度差一致的高度差。
9. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，還包 括支撐所述光波導的第一柔性基板和支撐所述電布線的第二柔 性基板，其中，所述第一柔性基板在所述第一柔性基板的端部 處被固定到所述第二柔性基板。
10. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，所述 光波導具有面向所述光發射裝置並具有比所述光波導的其它部 分的截面面積大的截面面積的邊緣部分。
11. 根據權利要求l所述的光互連裝置，其特徵在於，還包 括向所述光電轉換器和所述光接收裝置至少之一提供電壓的調 整裝置，其中，所述調整裝置向所述光電轉換器提供比提供給 所述光接收裝置的電壓小的電壓。
12. —種光互連裝置，包括基板，其具有第一電布線部分和第二電布線部分，所述第 一電布線包括將電信號轉換為光信號的電光轉換器以及連接至 所述電光轉換器並發射光的光發射裝置，所述第二電布線部分 包括將光信號轉換為電信號的光電轉換器以及連接至所述電光 轉換器並接收來自所述光發射裝置的光的光接收裝置；光波導，其光連接所述第一電布線部分的所述光發射裝置 和所述第二電布線部分的所述光接收裝置；電布線，其電連接所述第一電布線部分和所述第二電布線 部分；以及切換裝置，其確定經由所述光基板來傳輸快信號的數據， 並且確定經由所述電布線來傳輸慢信號的數據。
13. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括設置在所述基板上的多個增強基板，其中，所述基板包括 柔性基板，並且所述增強基板被定位成所述增強基板在所述光 發射裝置和所述光波導的互相面對的邊緣部分和所述光接收裝 置和所述光波導的互相面對的邊緣部分處支撐所述柔性基板。
14. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，所 述切換裝置包括周期確定部分，其確定周期；第一計數器， 其計數在所述周期內的傳輸的第一組數量；第一比較器，其將所述第一組數量與保持在所述第一比較器中的數量相比較；第 一保持裝置，其在所述周期內保持來自所述第 一 比較器的結果； 第二計數器，其計數在所述周期內的傳輸的第二組數量；第二比較器，其將所述第一組數量與保持在所述第二比較器中的數 量相比較；第二保持裝置，其在所述周期內保持來自所述第二 比較器的結果；累加器，其累加從所述第一保持裝置和所述第 二保持裝置接收的結果；以及選擇器，其基於所述周期拾取在 所述累加器中累加的結果。
15. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括升壓裝置，其生成要提供給所述光發射裝置和所述光接 收裝置至少之一的電壓。
16. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括柔性基板，其支撐所述光波導和所述電布線。
17. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，所 述光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述 第一基板的外延表面，並且所述光接收裝置包括邊表面型光接 收裝置並具有面朝上遠離所述第二基板的外延表面。
18. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，所 述光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述 第一基板的外延表面，並且所述光接收裝置包括邊表面型光接 收裝置並具有面朝下面對所述第二基板的外延表面。
19. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，所 述光發射裝置包括邊表面型光發射裝置並具有面朝下面對所述 第一基板的外延表面，所述光接收裝置包括邊表面型光接收裝 置並具有面朝上遠離所述第二基板的反射表面和面朝下面對所 述第二基板的外延表面，所述光接收裝置的所述光反射表面被 定位成向所述外延表面反射來自所述光發射裝置的光信號。
20. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，所 述光波導具有面向所述光發射裝置的第一邊緣部分和面向所述 光接收部分的第二邊緣部分，所述光波導糹皮定位成所述第二邊 緣部分相對於所述第一基板和所述第二基板高於所述第一邊緣 部分，並且所述光發射裝置和所述光接收裝置被定位成所述光 發射裝置和所述光接收裝置的光軸具有與所述光波導的所述第 一邊緣部分和所述第二邊緣部分的高度差一致的高度差。
21. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括支撐所述光波導的第一柔性基板和支撐所述電布線的第二 柔性基板，其中，所述第一柔性基板在所述第一柔性基板的端 部處被固定到所述第二柔性基板，以使得通過空隙使所述第一 柔性基板與所述第二柔性基板分離。
22. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括向所述電光轉換器和所述光發射裝置至少之一提供電壓的 調整裝置，其中，所述調整裝置向所述電光轉換器提供比提供 給所述光發射裝置的電壓小的電壓。
23. 根據權利要求12所述的光互連裝置，其特徵在於，還 包括向所述光電轉換器和所述光接收裝置至少之一提供電壓的 調整裝置，其中，所述調整裝置向所述光電轉換器提供比提供 給所述光接收裝置的電壓小的電壓。
24. —種用於形成光波導的方法，包括如下步驟 在電布線基板上設置發射光的光發射裝置和接收光的光接收裝置；為所述光發射裝置的光發射點的位置設置對準標記，並且 為所述光接收裝置的光接收點的位置設置對準；將所述光發射裝置和所述光接收裝置安裝在基板上；以及 根據對準標記，形成光連接所述光發射裝置和所述光接收裝置的三維光波導。
25. 根據權利要求24所述的用於形成光波導的方法，其特 徵在於，所述三維光波導包括中間部分；光連接所述中間部 分和所述光發射裝置的所述光發射點的光發射部分；以及光連 接所述中間部分和所述光接收裝置的所述光接收點的光接收部 分，設置對準標記包括為所述光發射裝置的所述光發射點設 置對準標記；為所述光接收裝置的所述光接收點設置對準標記； 以及為所述三維光波導的光軸設置至少一個對準標記，形成所述三維光波導包括在所述光接收點和所述光發射 裝置的所述光發射點之間形成中間部分；根據用於所述光發射 裝置和所述光發射部分的對準標記，形成所述光發射部分；以 及根據用於所述光接收裝置和所述光接收部分的對準標記，形 成所述光接收部分。
26. 根據權利要求24所述的用於形成光波導的方法，其特 徵在於，還包括在所述基板上為所述光發射裝置和所述光接收 裝置設置多個電焊盤，以使得所述光發射裝置的所述光發射點 和所述光接收裝置的所述光接收點具有與所述三維光波導的光 軸的高度對齊的高度。
27. 根據權利要求24所述的用於形成光波導的方法，其特 徵在於，還包括在所述基板上為所述光發射裝置和所述光接收 裝置至少之一設置至少一個凸點，以使得所述光發射裝置的所 述光發射點和所述光接收裝置的所述光接收點具有與所述三維 光波導的光軸的高度對齊的高度。
全文摘要
一種光互連裝置包括第一基板、第二基板、光波導、電布線和切換裝置。所述第一基板具有電布線線路、用於將電信號轉換為光信號的電光轉換器、以及用於發射光的光發射裝置。所述第二基板具有電布線線路、用於將光信號轉換為電信號的光電轉換器、以及用於接收來自所述光發射裝置的光的光接收裝置。所述光波導光連接所述光發射裝置和所述光接收裝置。所述電布線電連接所述第一基板的所述電布線線路和所述第二基板的所述電布線線路。所述切換裝置確定經由所述光基板來傳輸快信號的數據，並且確定經由所述電布線來傳輸慢信號的數據。
文檔編號G02B6/36GK101589319SQ200780034702
公開日2009年11月25日 申請日期2007年9月19日 優先權日2006年9月19日
發明者伊藤正隆, 克里斯多福·李·凱勒, 王東冬, 邵振華, 旭 黃 申請人:揖斐電株式會社