介质适配器的制作方法

介质适配器
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请基于和要求于2021年9月24日提交的临时美国专利申请第63/248,241号的优先权的权益，该临时美国专利申请的全部公开内容在此出于所有目的通过引用并入本文中。
技术领域
3.本公开内容一般地涉及具有光子集成电路(pic)的电子系统，并且更具体地，涉及用于多模波导互连的介质适配器。


背景技术：

4.最近在具有用于提供要转换为电信号的光以及用于提供要转换为光的电信号的嵌入式光波导的电气印刷电路板方面有了进展。这样的系统被称为印刷光学电路板，并且在本文中被称为印刷光学板(pob)。
5.在pob上具有pic的系统(在下文中，其被称为
‘
pic系统’)中，随着pic系统的铜迹线朝零塌陷，光连接器在紧邻片上系统(soc)处变得拥挤。不幸地是，对于这种拥挤的总线环境，没有光学输入/输出(i/o)标准。pic的输入和输出(相当于电气系统的i/o缓冲器和接合焊盘)，也称为片外光学总线，没有任何候选解决方案、行业共识或标准活动。这样的解决方案的缺乏是涉及pic部件的连接器制造商面临的近期挑战。
6.最近在涉及电路板内的嵌入式波导的印刷光学板(pob)的设计方面有了进展。图1示出了示例pob系统。具体地，图1示出了嵌入在印刷电路板(pcb)材料和工艺中的光波导核心层。箭头指示从光模块到soc的光路方向。由于光学层和电气层在制造中是对准的，因此组装厂不需要提供额外的对准。然而，材料系统需要新的层压工艺，这增加了成本并产生未知的现场产品可靠性。
7.图2示出了多模波导(mmwg)系统。在图2中所示的示例中，存在一个或更多个多模波导(mmwg)pic 206，所述多模波导(mmwg)pic 206连接至pob 210以与小芯片208接口连接，所述小芯片208通过波导到光纤电缆连接器202连接至超光纤电缆203。一个或更多个mmwg pic 206中的每一个包括被配置成促进从mmwg pic到pob的光信号的mmwg 205，并且经由双向信道连接至被配置成实施电信号/光信号转换的嵌入式数字均衡器201。在本文中所描述的系统中，取决于期望的实现方式，mmwg pic 206和pic 208可以被配置成实施聚合、光交换(例如，交换功能)和电功能。这样的实现方式可以避免单模方法。
8.嵌入式数字均衡器201被配置成：针对从mmwg pic 206到mmwg 205的出口信号实施电信号到光信号的转换，或者针对从mmwg 205到mmwg pic 206的进口信号实施光信号到电信号的转换。在示例中，嵌入式数字均衡器201可以包括串行器/解串器(serdes)线性或非线性均衡器方案，以对mmwg 205将产生的损伤进行补偿。由mmwg 205(来自多模波导或光纤)引起的损伤是模态色散的形式。这是确定性噪声如反射和插入，其可以由嵌入式数字均衡器201补偿，无论嵌入式数字均衡器201是线性均衡器还是非线性均衡器。嵌入式数字均
衡器201通过芯片到波导连接器211在mmwg pic 206与mmwg 205之间接口连接。如本文中所述，嵌入式数字均衡器201用于光路上的信道信号损伤。
9.mmwg总线204包括嵌入在pob 210中的波导，所述波导经由波导到波导连接器207连接至pic 206以聚合通过pob 210的光信号。波导到波导连接器207是光信号到光信号接口，该光信号到光信号接口针对出口信号引导光信号沿信号流方向200通过mmwg总线204，或者针对进口信号引导光信号从mmwg总线204到mmwg pic 206。
10.pic 208可以包括mmwg pic和单模波导(smw)pic两者，并且被配置成通过波导到光纤电缆连接器202连接至超光纤电缆203。pic 208还通过芯片到波导连接器211连接至pob 210，以将pic 208与mmwg总线204接口连接。类似地，pic 208也可以包括均衡器，以针对从mmwg pic 206到pic 208的出口信号200促进光信号到电信号，或者针对进口信号促进电信号到光信号到mmwg总线204。pic 208被配置成将通过芯片到波导连接器211从mmwg总线204接收到的光信号转换为电信号，然后该电信号可以被转换为光信号以输出至超光纤电缆203诸如单模光纤(smf)电缆。
11.在图2的示例中，pic 206可以是传输pic(tpic)的形式，并且pic 208可以是交换机pic(swpic)的形式。在本文中描述的示例实现方式中，tpic被配置成具有由波导连接器211促进的多模波导接口，而交换机pic具有多模波导接口以及用于电缆203的smf接口两者。


技术实现要素：

12.本公开内容的各方面包括介质适配器，该介质适配器被配置成为多模波导(mmwg)互连提供电/光和光/电转换，该介质适配器包括：一个或更多个球栅阵列；以及尾切光纤阵列块(tail-cut fiber array block，tcfab)，其从直接光引线(direct optical wire，dow)接合连接至第一光电二极管阵列和第二激光二极管阵列。
13.本公开内容的各方面包括可以包括介质适配器的多模波导(mmwg)互连，该介质适配器被配置成为多模波导(mmwg)互连提供电/光和光/电转换，该介质适配器包括：一个或更多个球栅阵列；从直接光引线(dow)接合连接至第一光电二极管阵列和第二激光二极管阵列的尾切光纤阵列块(tcfab)；以及包括mmwg的印刷电路板，该mmwg通过dow接合连接至介质适配器。
附图说明
14.图1示出了相关技术的示例印刷光学板(pob)系统。
15.图2示出了示例多模波导系统。
16.图3示出了根据示例实现方式的通过使用光多模波导(mmwg)和介质/mmwg适配器(ma)的芯片到模块的示例建议互连方案。
17.图4示出了建议的mmwg互连的框图。
18.图5示出了建议的mmwg互连的抽象链路模型。
19.图6示出了根据示例实现方式的mmwg互连系统。
20.图7(a)和图7(b)示出了根据第一实施方式的示例介质适配器。
21.图7(c)示出了标准fab与tcfab之间的比较。
22.图8示出了根据第二实施方式的示例介质适配器。
23.图9示出了根据第三实施方式的示例介质适配器。
24.图10示出了根据第四实施方式的示例介质适配器。
25.图11和图12示出了根据第五实施方式的示例介质适配器。
具体实施方式
26.下面的具体实施方式进一步提供本技术的附图和示例实现方式的细节。为了清楚，省略了附图之间冗余元素的附图标记和描述。整个说明书中所使用的术语被作为示例提供而非旨在限制。本文中所描述的示例实现方式可以单独使用，或者与本文中所描述的其他示例实现方式或与任何其他期望的实现方式结合使用。
27.本文中描述的示例实现方式包括mmwg互连系统，该mmwg互连系统可以用光多模波导减少或替换铜迹线。在本文中描述的示例实现方式中，介质/mmwg适配器(ma)或介质适配器是不具有用于电/光和光/电转换的数字滤波器的薄层。本文中描述的ma可以以类似中介层的形式在二维区域中垂直集成。术语“介质适配器”和“mmwg适配器”在本文中可以互换使用。
28.图3示出了根据示例实现方式的通过使用光多模波导(mmwg)和介质/mmwg适配器(ma)的芯片到模块的示例建议互连方案。具体地，图3示出了mmwg 303和ma 302用于将可插拔光学器件保持在面板304中的使用。在本文中描述的示例实现方式中，ma 302是本文中将描述的薄电接口的形式。取决于期望的实现方式，示例实现方式将pcb层内的印刷光波导(具体地，mmwg)用于片上系统(soc)/交换芯片301与诸如光纤305的光模块或另一芯片之间的互连路径。该系统增加了互连带宽和功率效率(bit/pj)，并消除了组装过程期间的人为错误。
29.图4示出了根据示例实现方式的建议的mmwg互连的框图。mmwg互连系统被定义为用嵌入在pcb 401中的mmwg 303和在mmwg 303的两端处的新定义的薄接口、介质/mmwg适配器(ma)302来替换铜迹线。取决于期望的实现方式，ma 302被设置为与soc 301和光模块402靠得很近，被配置成促进可插拔光学器件，或者也可以嵌入在保持架内。
30.图5示出了根据示例实现方式的建议的mmwg互连的抽象链路模型。为了获得mmwg互连的功率效率，在图5中所示的链路模型中进一步解释了ma的功能。电交换输出缓冲器驱动在发送器处的ma 302来进行电/光信号转换并通过mmwg 303发送光信号。光信号正好在面板304之前的接收器处的ma 302的输入处以光/电转换终止。ma 302由本文中将描述的低功耗部件制成。从光纤305的接收器侧开始的剩余路径按照相反的顺序。因此，mmwg链路消除了除ma处的电接口点以外的铜迹线，所述铜迹线增加了额外的功耗和新的集成因子。因此，铜迹线的长度可以显著减少或完全去除。此外，光连接也可以显著减少，以连接至pcb的mmwg。
31.图6示出了根据示例实现方式的mmwg互连系统。在本文中描述的示例实现方式中，电迹线被最小化，而光迹线也通过使用mmwg互连而被缩短。mmwg互连能够具有与在601处所示的ma 302的2d接口，因为根据期望的实现方式，mmwg的互连可以被取向在x、y平面上的任何位置处以与ma接口连接。如图6中所示，ma也可以被嵌入在由602所示的保持架内。取决于期望的实现方式，这样的保持架也可以是面板304的一部分。
32.将如图7(a)至图12中所示，在本文中描述了一种被配置成为多模波导(mmwg)互连提供电/光和光/电转换的介质/mmwg适配器，该介质适配器包括一个或更多个球栅阵列(例如，诸如伪(dummy)球栅阵列和/或信号球栅阵列)、通过直接光引线(dow)接合连接至第一光电二极管阵列和第二激光二极管阵列的尾切光纤阵列块(tcfab)。
33.图7(a)和图7(b)示出了根据第一实施方式的示例介质适配器。在本文中描述的示例实现方式中，直接光引线(dow)接合被用于促进介质适配器。由于介质适配器在光域中起作用，因此引线需要在光域中传输，并且由此通过使用聚合物引线接合而不是电线接合来接合。在图7(b)的示例中，存在一个用于发射光并且被dow接合至光发送器芯片的激光二极管(ld)阵列，以及另一个用于接收光的被dow接合至光接收器芯片的光电二极管(pd)阵列，如由ld/pd连接的dow 705所示。激光二极管/光电二极管的设置以及光接收器芯片和发送器芯片的设置可以根据期望的实现方式进行交换。
34.发送器和接收器(tx/rx)芯片701被耦接至修改的尾切光纤阵列块(tcfab)704，修改的尾切光纤阵列块被修改为切断在fab的远边缘处的通常将会伸出fab的光纤。抛光所得的切割部分，并且然后tcfab 704与dow接合进行引线接合。实质上，修改的tcfab 704因此可以用作小波导块。
35.一个或更多个球栅阵列被用于经由焊料将介质适配器接合至pcb，以将mmwg与光发送器和接收器对准。此外，fab的光纤可以经由电线接合连接至球栅阵列，以促进电信号到电芯片，以便促进电/光和光/电连接。
36.如图7(a)和图7(b)中所示，信号球栅阵列703被用于促进与芯片的电连接，而伪球栅阵列702被用于促进与印刷电路板或印刷光学板的对准。信号球栅阵列703将介质适配器连接至芯片301，其中，tcfab的光纤经由电接合连接至信号球栅阵列703，并且其中，芯片301电连接至信号球栅阵列703。
37.如图7(a)和图7(b)中所示，伪球栅阵列702经由焊料将介质适配器连接至印刷电路板730，以将tcfab 704与mmwg互连的mmwg 303对准。tcfab 704经由dow接合连接至mmwg互连的mmwg 303。如图7(b)中所示，mmwg被从pcb dow接合至介质适配器以促进连接至tcfab 704，并且pcb的电迹线通过信号球栅阵列703从电芯片引线接合至tcfab 704。
38.图7(c)示出了标准fab与tcfab之间的比较。在本文中的实施方式中，标准fab 710被tcfab 704替换。标准fab 710包括光纤尾纤713，而在实施方式中，标准fab 710的光纤尾纤713用光引线接合被切割712，以将fab 710重新用作本文中的实施方式的tcfab 704。在图7(a)和图7(b)的示例中，tcfab 704被设置在基板740上，其中，接收器芯片和发送器芯片701在tcfab 704的基板的相对侧上。
39.图8示出了根据第二实施方式的示例介质适配器。在该示例实施方式中，如果在不使用伪球栅阵列的情况下可以对准，则可以去除伪球栅阵列。因此，仅使用信号球栅阵列803，以便在必要时为介质适配器节省空间。
40.图9示出了根据第三实施方式的示例介质适配器。在该示例实施方式中，发送器和接收器芯片901在tcfab被设置在其上的基板的同一侧上被直接放置在tcfab下方。这与将发送器和接收器芯片901设置在基板的相对侧上形成对照，以便为ma节省基板上的空间，其中去除伪球栅阵列。
41.图10示出了根据第四实施方式的示例介质适配器。在该示例实施方式中，保持伪
球栅阵列和信号球栅阵列，但是发送器和接收器芯片1001被放置在tcfab下方。
42.图11和图12示出了根据第五实施方式的示例介质适配器。在该示例实施方式中，发送器和接收器芯片1101被设置在与tcfab相同的侧(例如，与tcfab相邻)的ma的基板上。这样的示例实现方式可以有助于其中可以将发送器和接收器芯片1101放置在与tcfab相同的侧而不是相对侧的基板上的实现方式。图11的示例包括伪球栅阵列，但是如果可以获得对准，则可以省略伪球栅阵列，如图12中所示。
43.如本文中所述，上述的介质适配器可以被包括在如下系统中，该系统包括多模波导(mmwg)互连和具有mmwg的印刷电路板，该mmwg通过直接光引线接合连接至介质适配器。
44.此外，考虑到对本技术的教导的说明和实践，本技术的其他实现方式对于本领域技术人员将是明显的。所描述的示例实现方式的各个方面和/或部件可以单独使用或以任何组合使用。说明书和示例实现方式旨在仅被视为示例，本技术的真实范围和精神由所附权利要求书来指示。