光学传输模块制造技术

本发明专利技术涉及一种光学传输模块，应用于对一第一电信号的转换与传输，该光学传输模块包含有：一半导体基板；一第一膜层，形成于半导体基板的第一表面上；一电子组件层，形成于半导体基板的第二表面上，用以将第一电信号转换成一光信号后发射；以及一光波导结构，形成于第一膜层上，该光波导结构包含有一第一反射面、一光波导结构主体和一第二反射面；其中光信号能穿透半导体基板和第一膜层而进入光波导结构，并经第一反射面的反射而于光波导结构主体中传输，再经第二反射面的反射而穿透第一膜层和半导体基板而由电子组件层接收，进而将该光信号转换成一第二电信号后传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学传输模块；且特别涉及利用光波导结构的全反射信号传输技 术，以应用于对电信号或光信号的转换与传输上的一种光学传输模块。
技术介绍
传统以金属材料作为线路以提供在传输电信号或单元间的联系上的应用，于现有 技术中已相当普遍。而在数字通讯的高效能电子系统中，不但处理器的设置愈益增多，信号 处理的速度也越来越快，因此信号或信息的传输质量与速度也愈形重要。然而，传统的金属 线路连结设计其传输的性能已有所不足。光学连结可受传输线路材料性质的影响较小，能达高频宽容量和快速的传输效 果，所以以光学传输方式取代电子传输方式便为重要的技术发展。在发光二极管(LED)及 半导体雷射的技术下，以光为媒介来传输信号的方式便加以开发；其主要是由光电耦合组 件(Optical Coupler)的运作来完成电、光信号或光、电信号间的转换、发射与接收。而光电 耦合组件主要包含提供光发射的发射器或光源单元、提供光接收的接收器或光检测单元、 以及将发射或接收的信号作进一步驱动或放大的驱动器或放大器。此外，在将芯片中的电路加以微型化和模块化的概念下，系统单芯片(SoC)或系 统整合(SLI)芯片便为目前的一重要的发展与设计趋势。通过整合多种功能于单颗集成电 路(IC)中的方式，能使其产品的体积相对较小但却有更多元的应用。例如将一中央处理器 设计具有多核心的处理配置，而每一核心具有不同的应用功能，且其彼此间以信号联系但 皆整合于同一芯片上。如此，以光的形式要在此系统单芯片上进行应用时，便需以对应的路 径设计来完成在相关部位上的信号传输。更进一步来说，于同一电路板上各芯片或集成电 路间的信号传输与连结能以光为形式进行时，其传输路径也必须加以设计。而目前技术针对光电耦合、转换或传输在上述应用所作的连结设计，包含将电子 组件层与光子组件层以同一侧为方式作设计以及以分设于两侧上的异侧方式作设计。电子 组件层是指对电信号作运算，或对电、光信号作转换、发射与接收的发射器与接收器的设置 层面，例如以互补式金属氧化半导体(CMOS)为制程的集成电路设计；而光子组件层则为以 光为形式进行信号传输的设置层面，例如以波导(Waveguide)方式作设计。其中在同一侧 上的设计，主要是在同一平面上将产生或连接电信号与光信号的单元加以串联，使信号不 需走不同的平面或不需在不同层面上产生传输的转折，便可完成光信号的发射与接收。但 由于一般电子组件层于制程上与光子组件层有所不同或不兼容，使得同一侧的设计方式将 会很复杂。详细来说，若能于同一套制程中完成可加以兼容的同侧设计时，例如可于电子组 件层上加入特定材料以达成光的发射与接收的目的，则其会存有成本昂贵与制程上需另作 调整的诸多问题。而分设于两侧上的设计，便为信号于传输过程中会产生在不同层面或平面上的转 折，以完成光信号的发射与接收。如图1所示为现有技术根据此分侧设计方式而完成的一 光学传输模块10的示意图。其中一驱动电路16设置于一集成电路层11中，并通过一金属线路121和上方的一光源单元13完成连接；而该金属线路121设置于一金属连结构造12 中，详细来说，于该金属连结构造12中制出一垂直穿孔以供该金属线路121穿过与连接。而 电信号经金属线路121传至光源单元13后，光源单元13便能产生与发射出光信号并经一 光波导结构14的传输而由一光检测单元15所接收，并再转换成电信号后由另一金属线路 122 (对应另一垂直穿孔)将其传输至下方设置于该集成电路层11中的一放大电路17 (或 相关接收电路)作接收与进一步传输。然而，此一设计虽可将电子、光子组件层分别以不同制程加以完成后再作结合，但 又具有于该金属连结构造12中不易设置出该等金属线路121、122的问题。不但该等金属 线路121、122要与上下两组件层的制程兼容仍有困难，且信号于其上仍是以电的形式进行 信号传输。如图2所示为现有技术根据此分侧设计方式而完成的另一光学传输模块20的示 意图。其中一集成电路层21通过一金属线路221和上方的一光源单元23完成连接(图式 中以三个对应配置作示意说明)；该金属线路221设置于一硅基板22与该集成电路层21 中，详细来说，于硅基板22与集成电路层21中制出一垂直穿孔以供该金属线路221穿过与 连接。光源单元23设置于硅基板22上，而电信号经金属线路221传至光源单元23后，光 源单元23便能产生与发射出光信号并穿过一砷化镓基板26和由一微透镜组27作聚光而 于一自由空间结构(Free-space) 24中由多个微镜面28作反射以传输信号，进而再穿过该 砷化镓基板26后由设置于硅基板22上的一光检测单元25所接收，并再转换成电信号后由 另一金属线路222(对应另一垂直穿孔)将其传输至下方的该集成电路层21中作接收与进 一步传输。然而，此一设计虽可将电子、光子组件层分别以不同制程加以完成后再作结合，但 将该等金属线路221、222设置于该硅基板中也具有难度。虽然光源单元23和光检测单元 25能以覆晶方式设置于硅基板22上，但该自由空间结构24需具有一定的大小方能使设置 于其中多个微镜面28完成所需的反射与信号传输。换句话说，此种光学传输模块的架构存 有体积较大的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光学传输模块，使其利用半导体制程以及光波导结构 的全反射信号传输的技术，从而能简单、方便地于制程中，完成将信号于不同平面上作传输 的电子组件层与光子组件层间的连结；并能于发射、转换与接收的主要传输过程中皆以光 为形式加以完成，从而不但能避免现有技术需设置出相关垂直穿孔与金属线路的困难制 程，还能有效地提升信号传输的效果。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。一种光学传输模块，应用于对一第一电信号的转换与传输，该光学传输模块包含 有一半导体基板；一第一膜层，形成于该半导体基板的第一表面上；一电子组件层，形成 于该半导体基板的第二表面上，用以将该第一电信号转换成一光信号后发射；以及一光波 导结构，形成于该第一膜层上，该光波导结构包含有一第一反射面、一光波导结构主体和一 第二反射面；其中该光信号能穿透该半导体基板和该第一膜层而进入该光波导结构，并经 该第一反射面的反射而于该光波导结构主体中传输，再经该第二反射面的反射而穿透该第一膜层和该半导体基板而由该电子组件层接收，进而将该光信号转换成一第二电信号后传 输。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明 图1为现有技术的一光学传输模块10的示意图。图2为现有技术的一光学传输模块20的示意图。图3A为本专利技术所提出的光学传输模块3的剖面示意图。图3B为光信号01的反射与传输的示意图。图3C为光波导结构36于第一端361上的剖面示意图。图4为本专利技术所提出的光学传输模块3a的剖面示意图。图5A为将两光学传输模块3、3’作搭配的示意图。图5B为将两光学传输模块3、3’作搭配的示意图。具体实施例方式现以一第一实施例进行本专利技术的实施说明。请参阅图3A为本专利技术所提出的一光 学传输模块3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学传输模块，应用于对一第一电信号的转换与传输，该光学传输模块包含有：一半导体基板；一第一膜层，形成于该半导体基板的第一表面上；一电子组件层，形成于该半导体基板的第二表面上，用以将该第一电信号转换成一光信号后发射；以及一光波导结构，形成于该第一膜层上，该光波导结构包含有一第一反射面、一光波导结构主体和一第二反射面；其中该光信号能穿透该半导体基板和该第一膜层而进入该光波导结构，并经该第一反射面的反射而于该光波导结构主体中传输，再经该第二反射面的反射而穿透该第一膜层和该半导体基板而由该电子组件层接收，进而将该光信号转换成一第二电信号后传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：伍茂仁，蓝孝晋，李韵芝，张家齐，萧旭良，陈进达，沈帛宽，卢冠甫，张彦中，常振宇，
申请(专利权)人：伍茂仁，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]