本公开提供了一种多信道光引擎的封装型小芯片及共同封装型光电模块，并且该共同封装型光电模块包括具有最小横向尺寸不大于100mm的模块基板。共同封装型光电模块还包括主管芯，该主管芯具有布置在模块基板的中心区域的处理器芯片，该处理器芯片被配置为与数字信号处理(DSP)接口一起操作，以用于超短范围数据互连。此外，共同封装型光电模块包括沿模块基板的外围区域密集布置的多个小芯片管芯。每个小芯片管芯被配置作为在具有最小横向尺寸的子模块基板上的自封装光引擎，以允许在模块基板上的小芯片管芯数量的最多，并且任何小芯片管芯与主管芯的距离小于50mm，以用于超短范围互连操作。互连操作。互连操作。
【技术实现步骤摘要】
多信道光引擎的封装型小芯片及共同封装型光电模块
[0001]本专利技术涉及光通信技术。更具体地，本专利技术提供了一种光引擎小芯片、和一种开关模块、以及具有该开关模块的光电系统，该光引擎小芯片具有以紧凑封装作为组件单元的堆叠的硅光子芯片与的光电芯片，以用于在具有最小互连长度的单个开关基板上共同封装型开关处理器，该开关模块具有多个共同封装型的光引擎小芯片。
技术介绍
[0002]随着科学技术的快速更新，计算机的处理速度和容量也相应增加。使用传统电缆的通信发送或通信接收受限于传统电缆的带宽和传输速度，并且现代生活中需要的海量信息传输导致传统通信传输过载。为了适应这样的需求，光纤传输系统逐渐取代了传统的通信传输系统。光纤通信被选择以用于需要电缆无法提供的更高带宽和更长距离的系统。当前的电子工业正在进行对光传输的研究，即使对于短距离通信，光传输也将成为未来的主流。所述光通信是一种技术，在该技术中，光波用作信号载体并且经由光纤在两个节点之间传输。光通信系统包括光发射器和光接收器。通过光收发器，可将接收到的光信号转换成能够由集成电路(IC)处理的电信号、或者可将处理后的电信号转换成要经由光纤传输的光信号。因此，可实现通信的目的。
[0003]在过去的几十年中，通信网络的使用激增。在早期的互联网中，流行的应用程序仅限于电子邮件、公告板、以及大多为信息性且基于文本的网页浏览，并且传递的数据量通常相对较小。如今，互联网和移动应用程序需要大量带宽来传递照片、视频、音乐和其他多媒体文件。例如，像脸书(Facebook)这样的社交网络每天处理超过500TB的数据。在对数据和数据传递的如此高的要求下，需要改进现有的数据通信系统以解决这些需求。
[0004]在现有的单模光纤上实现40G比特/秒以及然后100G比特/秒的数据速率的宽带波分复用(WDM)光传输是下一代光纤通信网络的目标。最近，光学组件被集成在硅(Si)基板上，以用于制造与微电子芯片共存的大规模光子集成电路。对于许多应用(例如宽带密集型光波复用(DWDM)或粗波分复用(CWDM)通信以及波长操纵的光检测)，直接封装在硅光子光电系统内的芯片级激光器引起了人们的兴趣。已经展示了整个光子组件(包括主要在绝缘体上硅(SOI)平台上的滤波器、(解)复用器、分离器、调制器和光电检测器，)。因为硅(n＝3.48)及其氧化物SiO2(n＝1.44)都是透明的，并且形成高折射率对比度、高约束波导，所以SOI平台尤其适合于1550nm附近的标准DWDM通信频段或者1310nm附近的CWDM通信频段，这理想地适用于中高集成平面集成电路(PIC)。
[0005]随着光通信技术的进步和市场驱动的应用，对增加光通信带宽和减小光收发器的封装面积的需求变得越来越强烈。将所有必要的组件集成到越来越小的模块封装中越来越具有挑战性。对于最先进的光收发器产品，所有关键组件(包括时钟数据恢复(CDR)、调制器驱动器、跨阻放大器(TIA)和具有光无源元件、调制器和光电检测器的可编程逻辑控制器(PLC)光子块)都在以2D方式并排组装在相同的基于SOI的组件基板上。对于开发任何大于400G的数据速率的未来光收发器，此方法至少具有两个缺点。首先，这些组件的并排放置会
占用作为可插拔产品的光收发器的大部分电路板面积、或电路板光学产品的主要基板面积，从而很难进一步缩小产品尺寸。其次，在基板上并排放置会产生更长的电传输长度，并且经常需要在电管芯与光子管芯之间进行引线键合，从而引入更多的电损耗，这损坏了非常高的数据速率收发器产品(例如>56Gbaud符号率)的信号完整性。具体地，引线键合会因电感量大而导致阻抗失配，从而使较高频率的信号劣化。因此，对于传输高频(例如，>40GHz)模拟信号的应用，将引线键合用作芯片之间或芯片与电路板之间的电互连是不实际的。引线键合的大电感已成为高速数据传输的瓶颈。
[0006]为了缩短电子器件之间(例如，从调制器驱动器/TIA到数字信号处理器DSP)或电子器件(驱动器/TIA)与光子器件(例如CDR和PAM4 ASIC)之间的常规引线键合的互连长度，人们开始在Si光子管芯中使用硅通孔(TSV)和硅中介层工艺取代引线键合并进行互连。随着硅TSV制造工艺的进步，该制造工艺用于制造硅光子部件并且将有源部件与晶圆级组件集成并进行老化测试，在非常短的互连长度中将光电处理器组装在紧凑模块基板上的具有多个芯片光引擎的共同封装型型光电系统将为各种应用提供巨大的高性能优势和所需的带宽容量，这些应用涉及用于高速数据通信的背板范围、中范围、短范围或超短范围互连开关。
技术实现思路
[0007]本专利技术涉及光通信技术。更具体地，本专利技术提供了一种用于将多个硅光子子模块组装在单个印刷电路板上的光引擎模块封装。仅通过示例，本专利技术公开了一种单个硅光子基板上的集成光收发器的内封装型硅光子子模块、和一种多个紧凑的光引擎模块封装，每个硅光子基板被配置有提供四个或多个多个光信道的激光器，经由具有1.6T比特/秒的光电开关容量的硅插入器将多个这样的光子模块组装在单个基板上，以用于高速数据通信，但也可以有其他应用。
[0008]在现代电互连系统中，高速串行链路已经取代了并行数据总线，并且由于CMOS技术的发展，串行链路速度正在迅速提高。根据摩尔定律(Moore
’
s Law)，互联网带宽几乎每两年翻一番。但是摩尔定律将在未来十年内终结。标准CMOS硅晶体管将缩进停止在3nm左右。并且由于过程缩放而导致的互联网带宽的增加将达到平稳状态。但是互联网和移动应用程序不断需要大量带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。本公开描述了超越摩尔定律来改善通信带宽的技术和方法。
[0009]在实施方式中，本专利技术提供了一种内封装型多信道光引擎。内封装型多信道光引擎包括光电子模块的四个或更多个子组件。每个子组件组装在形成有盖构件的壳体中，该盖构件在子模块基板的外围边缘区域上覆盖外围侧构件。每个光电子模块包括至少四个激光芯片、一个或多个驱动器芯片、以及一个或多个跨阻放大器(TIA)芯片，这些组件分别倒装安装在硅光子基板上并且耦接到共同安装在对应的子模块基板上的光接口块和电接口块。内封装型多信道光引擎还包括第一框架固定件，该第一框架固定件具有横跨中间区域的交叉接合的杆以形成四个或更多个窗口结构，该四个或更多个窗口结构被配置为允许四个或更多个子组件分别装配至顶部上的盖构件的顶面和底部处的对应的子模块基板的底侧。此外，内封装型多信道光引擎包括第二框架固定件，该第二框架固定件被配置为将第一框架固定件与四个或更多个子组件保持在一起。内封装型多信道光引擎还包括插入板，该
插入板具有顶侧、底侧、以及多个通板导电通孔和内部导电路径，该顶侧具有四个或更多个第一组导电凸块，该底侧具有四个或更多个第二组图案化导电凸块，该通板导电通孔和内部导电路径被配置为将第一组导电凸块与四个或更多个第二组图案化导电凸块连接。每个第一组导电凸块被配置为键合到相应的子模块基板。此外，内封装型多信道光引擎包括模块基板，该模块基板具有顶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多信道光引擎的封装型小芯片，包括：盖构件，与一侧具有插口端口的外围构件相连接；子模块基板，具有外围区域，所述外围区域被配置为与所述外围构件附接，以与所述盖构件形成外壳；第一管芯，包括专用集成电路ASIC芯片，所述ASIC芯片被配置为至少用作数字信号处理DSP接口；第二管芯，包括硅光子芯片，所述硅光子芯片包括Si基波导装置，所述Si基波导装置耦接到多个激光芯片以分别为光收发器的多个信道提供多个不同波长，所述第二管芯在所述外壳中与所述第一管芯电耦接并且物理堆叠。2.根据权利要求1所述的封装型小芯片，其中，所述ASIC芯片包括数字信号处理DSP芯片，所述DSP芯片通过CMOS工艺形成在第一部件基板中，以提供主机接口和线接口。3.根据权利要求2所述的封装型小芯片，其中，所述DSP芯片被配置为通过所述主机接口执行超短范围XSR互连操作，并且支持所述线接口的PAM光范围POR操作。4.根据权利要求1所述的封装型小芯片，其中，所述ASIC芯片包括集成调制器驱动器和微控制器。5.根据权利要求2所述的封装型小芯片，还包括中间管芯，所述中间管芯包括ASIC控制芯片和跨阻放大器芯片，所述ASIC控制芯片和所述跨阻放大器芯片分别形成在第二部件基板和第三部件基板中、分别耦接到所述第一部件基板的底部导电触点。6.根据权利要求4所述的封装型小芯片，其中，所述集成调制器驱动器被配置为使用脉冲幅度调制PAM
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4格式或脉冲幅度调制PAM
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6格式或脉冲幅度调制PAM
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8格式来驱动光信号调制。7.根据权利要求4所述的封装型小芯片，其中，所述硅光子芯片中的所述Si基波导装置包括多个功率分离器和多个调制器，所述多个功率分离器和所述多个调制器集成在发射器单元中，所述发射器单元耦接到所述多个激光芯片以及所述集成调制器驱动器和所述DSP接口，并且所述Si基波导装置包括多个光电检测器、以及一组复制光电检测器块，多个所述光电检测器集成在接收器单元中，多个所述光电检测器耦接到跨阻放大器以及所述DSP接口，所述一组复制光电检测器块被配置为检...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉德哈克里什南，
申请(专利权)人：颖飞公司，
类型：发明
国别省市：
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