形成光电阵列的方法技术

本申请公开了集成光学换能器组件及其制造方法。本发明专利技术的集成光学换能器组件包括一个衬底和一个连接到该衬底的光电阵列。该光电阵列进一步包括：多个单独的子单元，这些子单元结合起来形成单个阵列，每一个子单元包括与之相关的预定数目的单独的光电部件。弹性材料保持所述多个子单元之间的初始排列。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及光通信系统，尤其涉及用于高速并行光通信数据链路的集成光学换能器(optical transducer)组件。
技术介绍
在高速电子系统比如计算机系统、交换系统以及网络系统中，对于印刷电路板(PCB)使用光纤取代铜线有许多得到公认的好处。这些潜在的好处包括带宽和数据速率增加，克服处理架构中的瓶颈，免除电磁干扰，减少来自系统的辐射电磁噪声，通过将光电(OLE)转换设置得尽可能靠近发信电路(signal originating circuit)(例如计算机处理器)以使电衰减最小化从而缩短等待时间(latency)，以每管脚更低的成本实现更高的封装密度，能够实现新的处理器互连技术比如网格环(meshed ring)。这些因素以及其它因素直接影响计算机系统的性能(例如以MIPS(百万指令每秒)或者FLOPS(浮点运算每秒)计的处理能力增加，并行架构中的节点数(node count)增加，等等)。在过去几年里，随着处理器速度的急剧增加，并且预计这种趋势会继续发展，铜互连(copper interconnect)技术将不能够适应处理器的带宽要求，尤其是对于大规模对称多处理器(SMP)系统来说。另一方面，光纤组件没有铜的带宽和距离限制，因此对于高速电子装置例如处理器之间的甚高带宽传输来说是优选的介质。但是，为了完全实现这些好处，光纤互连组件应当继续提供与现有电互连技术相同的好处。在目前，传统上制造的光电换能器(optoelectronic transducer)一般包括光发射器件比如布置为激光器阵列的垂直腔表面发射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)，以及光检测器件比如布置为光电二极管(PD)阵列的光电二极管。另外，支持高速的电路(例如由硅双极、SiGe或者GaAs材料制造的电路)用于在驱动VCSEL或者从PD接收信号时对信号进行波形加工。这种器件通常与计算机电路一起被设置在印刷电路板上。因为VCSEL阵列通常由不同于硅的材料制成，该阵列与优选的衬底材料可能不热匹配。更具体地说，在光学器件材料和衬底材料之间通常存在热膨胀系数(TCE)失配。因此，这种物理限制不允许太大规模的VCSEL阵列(在GaAs芯片中制造)被布置到硅、有机或者陶瓷衬底上。如果没有足够大的VCSEL/PD阵列，就不能满足复杂处理器互连的高密度信号需求。因此，希望能够即使在衬底和VCSEL器件和/或PD器件之间存在TCE失配，也能将更大的VCSEL器件和/或PD器件阵列配置到衬底上。
技术实现思路
在本专利技术中，用一种光电阵列来克服或者缓解上面所讨论的现有技术的缺点和不足。该光电阵列包括多个单独的子单元，每一个子单元具有形成在其中的预定数目的单独的光电部件。所述多个子单元相互用弹性材料连接(bond)，所述弹性材料保持所述多个子单元之间的初始排列。另一方面，一种集成光学换能器组件包括一个衬底和一个连接到该衬底上的光电阵列。该光电阵列进一步包括多个单独的子单元，这些子单元连接到一起形成一个单一阵列，每一个子单元包括与之相关的预定数目的单独的光电部件。在又一方面中，一种形成光电阵列的方法包括在一大块材料(bulk material)中限定多个光电器件，在该体材料的顶侧形成多个槽，以将所述多个光学器件隔离为子群。用弹性材料填充所述槽，在体材料的底侧将体材料的一部分去除，直到暴露出所述弹性材料。所述弹性材料保持所述子群之间的初始排列。附图说明下面参照附图对本专利技术进行说明。附图是作为举例，其中相同的部件使用相同的标记。在附图中图1(a)是本专利技术的一个实施例的集成光学换能器组件的顶视图；图1(b)是图1(a)所述传感器组件的侧视图；图2(a)是可以与图1(a)和图1(b)所示的光电阵列联合使用的光纤连接器的例子；图2(b)是图2(a)所示连接器的侧视图；图3是图1(a)和图1(b)所示集成光学换能器组件的另一个实施例的侧视图；图4(a)到图4(f)图示了根据本专利技术的另一个实施例形成集成光电阵列的一种方法。具体实施例方式本说明书公开了一种集成光学换能器组件，其特征在于独特的(相对于电子技术)高度集成的封装方法，以对处理单元之间的互连提供电子信号到光信号的转换。简单地说，将多个较小的光器件阵列子单元用弹性聚合物材料结合(bond)起来制造出一种光电(O/E)阵列，从而得到所需尺寸的较大阵列。如下文所述，这种方法允许将不同的半导体光电(O/E)器件连同合适的支持电子器件一起连接到一个公共陶瓷、有机或者硅衬底上。结果可以得到甚高光信号密度封装，在尺寸(也就是光电部件数量)和速度两方面都有增加。现在看图1(a)和图1(b)，其中图示了本专利技术的一个实施例的一个集成光电换能器100。在图示的实施例中，一个衬底102具有一个设置在衬底上的单独的光电器件106的光电(O/E)阵列104。该衬底102可以，例如，由多层陶瓷材料制造，或者由硅晶片制造。所述光电器件106通常包括多个光发射器件(例如VCSEL)或者多个光检测器件(例如光电二极管)。如果换能器100被配置为收发器，则在衬底102上可以既包括VCSEL又包括PD。O/E换能器100还包括信号波形加工芯片，用来提供到标准计算机逻辑电路的接口。在衬底102上阵列104附近连接有一个高速芯片108(例如硅双极材料比如SiGe或者GaAs)，以在驱动VCSEL阵列或者从PD阵列接收信号时对信号进行波形加工。特别地，该高速芯片108用来将许多输入计算机数据信号多路转换为数量较少、速度较高的电子信号(仍然在数百信号的量级)，这些电子信号通过驱动单独的VCSEL而被转换为相应的光信号。得到的通过连接光纤(图1中未示出)的信号速度可以大于40Gb/s，总的光接口为数十或者数百万亿字节每秒。另外，可以用一个硅CMOS信号处理芯片110来对信号数据编码，产生一个DC平衡信号，该信号然后由相应的接收器(未示出)使用，以达到最大效能。如果换能器100用作接收模块，则用SiGe芯片108来放大该信号并将其多路分解。所述CMOS信号处理芯片110然后将多路分解后的信号解码，将其返回初始计算机数据格式。除了CMOS信号处理芯片110之外，换能器100可以包含几个其它的CMOS芯片112，它们可以是一个或者多个计算机微处理器芯片、存储器控制器等，以形成一个计算机处理器系统，该系统被光互连到一个或者多个类似的计算机处理系统(例如按照SMP配置)。这样，在公共衬底102上形成的O/E阵列104、SiGe芯片108以及CMOS信号处理芯片110(以及其它的CMOS芯片112)形成多芯片换能器模块(MCM)形式的甚高速互连封装。可以理解，衬底102可以还包括另外的芯片(图中未示出)比如构成计算机系统的部件的微处理器、存储器控制器等。部件之间的电连接是通过衬底102中形成的铜线或者其它导体、信号层114实现的，如图1(b)具体所示。这种集成布置可以实现非常高的每平方毫米表面积光信号密度(例如大于3000信号/平方毫米(signals/mm2))，这比以前的性能好得多。阵列104和芯片108、110到衬底102的连接可以用C4和倒装晶片(flipchip)技术实现，这对本领域普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电阵列，包括：多个单独的子单元，每一个子单元具有形成在其中的预定数目的单独的光电部件；所述多个子单元用弹性材料相互结合起来；其中，所述弹性材料保持所述多个子单元之间的初始排列。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小DJ斯蒂格莱尼，劳伦斯加克伯维特兹，伊文克尔盖，卡斯莫M德库萨蒂斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]