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TWI269895B - An assemblage of components for supporting at least one optical chip and at least one electronic chip - Google Patents

An assemblage of components for supporting at least one optical chip and at least one electronic chip Download PDF

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TWI269895B
TWI269895B TW094132567A TW94132567A TWI269895B TW I269895 B TWI269895 B TW I269895B TW 094132567 A TW094132567 A TW 094132567A TW 94132567 A TW94132567 A TW 94132567A TW I269895 B TWI269895 B TW I269895B
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John U Knickerbocker
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Subhash L Shinde
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Description

1269895 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之範疇是將諸如垂直共振腔面射型雷射（VCSEL) 陣列之光源聚集至含有傳送鏈及光發送總成之基板。 【先前技術】 當尚容量的數位系統擴大它們在光互連之使用時，一種 對可製造的光學連結系統的需求因而增加。 高容量系統典型地具有一種連接一些系統電路板之備 援方案。這樣的系統包含諸如VCSEL之光源陣列，其產生 光線，此光線被調變以載送資料，且被導向不同的位置， 在此諸如光電二極體之偵測器將調變光射線轉換成傳統 數位處理系統中所能處理之電子信號。 在此項域中種重複出現問題是光連結器系統中的未 調準。增加雜訊水平或使得信號變得不可摘測之信號衰減 時常發生。精準的調準系統需要昂貴的設定費用及固定的 保養。 、 此技術將得益於被動調準系統，其使用以低成本所製造 且具有光學微f彡精準之自我調準結構。 【發明内容】 本發明係關於_種調準系統，用於將一光源陣列以調準 方式聚集至系統電路板上的-組光學傳送總成。 本發明的一個姓$ η , 、 、 疋光學晶片上的構造物，其包含一被 動調準特徵之光源陣列。 本發明的一個牲& Β , 1U将色疋提供一種簡單單元，其包含一透鏡 105107.doc 1269895 - 陣列，其與光源陣列調準且被設置具有調準組件，該組件 與光學晶片上被動對準功能連結。 本發明的另一個特色是提供一種可替換的光學切換結 構，其插入一插座，與透鏡陣列相配，用於接收來自VCSEL 陣列之光射線且將它導向至系統基板上的不同位置。 本發明的另一個特色是一種用於固定一邏輯晶片及一 光學晶片於一晶片載具上之結構，光學晶片被固定在載具 • 面向載具被固定於其上之系統基板的面上，所以光射線從 光學晶片上的光源以直線路徑行進進入基板上的光學傳 送導管。 【實施方式】 ， 圖1至3以平視及側視顯示一個三層模組，其組成一 VCSEL陣列、一個對應的透鏡陣列及另一個對應的光學操 縱器陣列，該操縱器陣列調整或切換光線。在圖丨八及1B 中，在日日粒10上的MxN VC SEL陣列15-i產生光射線。一環 • 繞陣列之帶狀物12作為例證地是由金屬薄膜所組成，在其 上可以應用錫鉛焊錫。基準標記丨7被顯示當作一例子。標 記17被使用來在精確期間中在視覺觀察下排列晶粒。其他 標記用於自我調準。這被顯示於圖1B中之側視。例如，晶 粒10疋由鎵砷所製成且具有在其中所形成之傳統 VCSEL。連至VCSEL的傳統電導線自圖中為了簡化被省 略。
圖2A及2B顯示下一層是通常被稱為光轉換單元之總 成，其中一透鏡陣列25-i，被稱為光轉換裝置，被與VCSEL 105107.doc 1269895 陣列對準。作例證地，光學單元20之材料是聚合物或玻 璃’對來自雷射陣列之光射線是透明的且能夠抵抗攝氏 240度的高温’在此溫度下焊錫12被回流。根據由半導體 微影技術所形成之模型，它被以傳統精準技術塑造。 例如，陣列中個別的透鏡可以被形成如菲涅爾透鏡 (Fresnel lens)且圖2B中側邊上突出框邊23自矽化物被蝕刻 如一鑄模材料。由於半導體餘刻及成形技術的使用，光學 透鏡之定義及定位可以容易地被達到1 〇微米之公差，成功 地符合光學系統的需求。 圖2 A中的片狀物22亦是由焊錫所形成，其被電鑛於框邊 23的底部上。在圖2B中模組20的上表面上，柱螺栓24(被 動5周準結構）以微影技術被形成且然後被製模。替代地，柱 螺栓可以在模組20被製模之後被蝕刻進入模組之材料 中，當模組最出被製成時對準被置於模型中之基準標記。 作為例證地，晶粒10與模組20之間的對準是由框邊23(定 義一第二尺寸）所提供，其配合一台階之垂直邊緣丨3，其被 餘刻進入晶粒1 〇的頂端，這樣定義第一尺寸。因此，晶粒 10外面的框邊被隱藏，例如丨〇毫微米（μιη)，且模組2〇之框 邊23包圍晶粒之突出中央，且橫向地置於透鏡與vCSEl陣 列之間’因為晶粒1 〇台階之姓刻及模組2〇之模型中框邊之 形成以高機械精準被完成，垂直距離亦被設定在大約5〇微 米内。此被動自我調準系統具有部件丨〇及2〇拼在一起的優 點。因為在此申請案中所需要之非常精準的公差及被結合 部件之不同係數熱膨脹，總成最好在低於攝氏23〇度c的組 105107.doc 1269895 裝溫度下被完成，以至於在市溫下部件之間的任何應力是 在可接受的限制内。 透鏡的的焦距被設定，以致光射線被結合進入圖3 A及3 B 光轉換總成35上的接收部25。堆疊之此上部單元具有將由 透鏡25-i所合併之光射線結合進入總成35内的一組波導 管、布拉格反射鏡（Bragg reflectors)、鏡子及其他光學操 縱器。總成35的功能是處理光射線，例如以一資料位元流 | 將它調變。在此圖中，總成35被概要地顯示成一長方形。 光射線從總成35被結合進入系統電路板中之傳統波導管 内，為顯示於此圖中。 圖3中之外罩30是可插拔的，意思是它可以被用手插入 • 且移除，容易更換。個別的部件是可以被移除的，以便提 供設計上的彈性。單元30得用於互連至一光纖陣列，或一 光路由元件等。 盒子35可以市一被動光路由器，諸如格栅、透鏡等。再 瞻一替代實施例中，它亦可以具有液晶閥陣列。 與可連接3 0之可移除性質相比，模組2 〇藉由回銲被黏 合至晶粒1 0。銲錫可以被再熔化，但是設計的設想是這是 一種一次黏合。再次參看連接器30，鑲嵌結構34與模組20 上的對應結構24配成對。例如，插塞（plug)24在截面圖中 是圓形的（它們可以替代地是例如1毫米的正方形）且配對 插座34具有與插塞24相稱的圓洞，其公差非常低。一旦被 製成’總成將以環氧化物或銲錫被保持在一起。單元2〇與 30之間的介面亦在一預定溫度下被完成，因為柱螺栓以與 105107.doc 1269895 _ 面上沉澱一金屬層且將它蝕刻，形成抗機械應力之強化組 件’這些機械應力會使晶粒破裂。 雖然本發明已經就單-較佳實施例被說明，但是那些精 通此技藝者將認、清本發明可以以+同的版本被實施而不 會違背下列申請專利範圍之精神及範嘴。 【圖式簡單說明】 圖1Α至3Β以平面及側面視圖顯示本發明第一實施例中 之層。 圖4以部分繪晝地、部分概念地顯示本發明第二實施例 之外形。 【主要元件符號說明】 10 晶粒 12 帶狀物 13 垂直邊緣 15-i 垂直共振腔面射型雷射 17 基準標記 20 模組 22 回銲 23 突出邊框 24 柱螺栓 25 接收部 25-i 透鏡 105107.doc

Claims (1)

  1. L269捧9>多132567號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年7汝)7 B 十、申請專利範圍： 1 · 一種元件之總成，用於支撐至少一光學晶片及至少一電 ' 子晶片’且將該等晶片連接至一系統支撐架，包含： 一互連模組，具有沉積於其上的多個電互連，且具有 面對該系統支撐架之下部及背對該系統支撐架之上部； 至少一光學晶片，其被固定在該下部上，且具有至少 一幅射線射出元件，其放射出垂直於該光學晶片之輻射 且朝向該系統支撐架行進； 至少一電子晶片，其被固定在該上部上；其中該光學 晶片被安裝成與在該系統支撐架上所沉積之至少一光學 傳送媒介對準，因此該至少一光射線射出元件所發射之 輕射；口著為光學晶片與該傳送媒介之間的導引路徑行 進。 2·如請求項第丨項之總成，進一步包含在該至少一光學晶片 間對準之多個光學轉換單元以及包含透鏡，其將該至少 一光學晶片所發射之光射線聚焦至該光學傳送媒介上。 3 ·如叫求項第1頊之總成，其中該至少一光學晶片及該光學 轉換單元已經被結合。 4·如巧求項第丨項之總成，其中該至少一光學晶片及該光學 轉換單元已經在一結合溫度下被結合，以致在該光學晶 片上的第一尺寸與該轉換單元的第二尺寸相符合。 5 .如叫求項第1項之總成，其中該結合溫度小於攝氏230 度。 6·如請求項第2項之總成結構，其中該至少一光學晶片及 105107-950720.doc 1269895 fl年Θ敛負 該光學轉換單元已經被結合。 7·如請求項第6項之總成，其中該至少一光學晶片及該光 學轉換單元已經在一結合溫度下被結合，以致在該光學 晶片上的第一尺寸與該轉換單元的第二尺寸相符合。 8. 如請求項第7項之總成，其中該結合溫度小於攝氏230 度。 9. 如請求項第1項之總成，其中該光傳送媒介是一波導。 10. 如請求項第9項之總成，進一步包含在該至少一光學晶 片間對準之光學轉換單元以及包含透鏡，其將該至少一 光學晶片所發射之幅射聚焦至該光學傳送媒介上。 11. 如請求項第10項之總成，其中該至少一光學晶片及該光 學轉換單元已經被結合。 12. 如請求項第11項之總成，其中該至少一光學晶片及該光 學轉換單元已經在一結合溫度下被結合，以致在該光學 晶片上的第一尺寸與該轉換單元的第二尺寸相符合。 13. 如請求項第12項之總成，其中該結合溫度小於攝氏230 度。 105107-950720.doc 1269明^4132567號專利申請事 ' 中文圖式替換頁(95年_2
    圖3A 120-2
    圖4
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