多阵列平行光学链路的制作方法

本发明大体上涉及半导体芯片对芯片通信，且更特定来说涉及不同半导体封装中的半导体芯片之间的光学互连。

背景技术：

1、计算及网络性能要求似乎在不断增加。推动这些要求的突出应用包含数据中心服务器、高性能计算集群、人工神经网络及网络交换机。

2、几十年来，由缩小的晶体管尺寸结合增大的裸片大小推动显著的集成电路(ic)性能及成本改进，这在著名的摩尔定律(moore’s law)中得到总结。数十亿的晶体管计数已允许将先前跨越多个ic碎片化的功能合并到单个片上系统(soc)上。

3、然而，摩尔定律似乎看上去达到其限制，因为将特征大小缩小到10nm以下导致降低的边际性能效益，降低的良率，且每个晶体管的成本增加。除了这些限制之外，单个ic只能含有这么多功能，且所述功能受到限制，因为ic的工艺无法同时针对不同的功能，例如，逻辑、dram及i/o进行优化。改进系统性能越来越多地取决于在多个ic之间实施非常高的带宽互连。

4、不幸的是，与片上连接相比，当今的芯片到芯片连接通常密度要低得多，且需要远更多的功率(例如，归一化为每位的能量)。这些ic间连接目前显著限制系统性能。明确来说，互连的功率、密度、延迟及距离限制远未达到所期望的。

5、在多个性能方面提供显著改进的新互连技术是高度期望的。众所周知，光学互连可能具有优于电互连的基本优势，即使对于<<1米的相对较短的互连也是如此。不幸的是，用于ic间连接的光学互连的实施方案可能面临许多问题。包含在这些问题中的是将光从一个ic耦合到另一ic的问题。用于衬底或电路板级的ic间通信的电互连技术可能相对完善。对于用于ic间通信的光学互连技术，尤其是对于优选地不负面影响现存的电互连模式的高吞吐量应用，情况可能并非如此。

技术实现思路

1、平行光学互连的一些实施例提供：第一光学收发器阵列，其包括多个光学发射器及接收器；第一光学耦合组合件，其用于将所述第一光学收发器阵列光学耦合到光纤束的第一端，所述光纤束包括多个光纤芯；第二光学收发器阵列；及第二光学耦合组合件，其用于将所述第二阵列光学耦合到所述光纤束的第二端。在一些实施例中，所述第一光学收发器阵列包括多个收发器子阵列。在一些实施例中，每一收发器子阵列包括多个光发射器及多个光电检测器。在一些实施例中，所述光发射器是微型led。在一些实施例中，所述光纤束包括多个光纤子束，每一光纤子束包括多个光纤芯。在一些实施例中，光纤子束中的邻近光纤芯在空间上布置为比不同光纤子束中的邻近光纤芯更近。在一些实施例中，收发器阵列的收发器子阵列与光纤束的光纤子束之间存在一对一对应关系。在一些实施例中，一个光学收发器阵列的发射器与另一光学收发器阵列的光电检测器配对。在一些实施例中，在光纤芯与发射器/光电检测器对之间存在一对多对应关系。在一些实施例中，在光纤芯与发射器/光电检测器对之间存在一对一对应关系。

2、在平行光学互连的一些实施例中，每一光学收发器阵列包括一或多个收发器子阵列，其中每一子阵列包括多个光学发射器及接收器。在一些实施例中，所述光纤束包括子束的阵列，其中每一子束包括多个光纤芯。在一些实施例中，所述光纤子束的形状及位置与所述收发器子阵列的形状及位置匹配，使得每一收发器子阵列耦合到对应的光纤子束的一端。

3、在一些实施例中，所述收发器子阵列及光纤子束可布置在二维网格上。在一些实施例中，所述网格可为正方形网格上的规则网格、六边形紧密堆积(hcp，等效于等边三角形网格)网格、一些其它规则多边形网格，或可为不规则网格。在一些实施例中，子阵列之间可能存在间隙。在一些实施例中，所述子阵列可为连续的。

4、在一些实施例中，每一收发器子阵列及每一光纤子束的端可界定近似正方形或矩形形状。在一些实施例中，每一子阵列及每一子束的端可界定近似六边形形状。在一些实施例中，每一子阵列及每一子束的端可界定近似三角形形状。在一些实施例中，每一子阵列可界定旋转不对称的形状。此类旋转不对称的子阵列可有利于更容易地被准确地旋转定向。

5、在一些实施例中，每一子阵列可包括一或多个发射器及一或多个接收器的混合。在一些实施例中，每一子阵列可仅包括发射器或仅包括接收器。在一些实施例中，每一子阵列可包括相等数量的发射器及接收器。在一些实施例中，每一子阵列可包括不相等数量的发射器及接收器。在一些此类实施例中，发射器的数量可为接收器的数量的倍数。在一些此类实施例中，每一子阵列可包括作为检测器的数量的倍数的发射器的数量。

6、本发明的一些方面提供一种光学互连，其包括：第一ic芯片，其具有光电子元件的第一多个子阵列；第二ic芯片，其具有光电子元件的第二多个子阵列；及光纤束，其包含多个光纤子束，所述光纤子束中的每一者包括多个光纤，所述多个光纤中的每一者包含由包层同心地环绕的芯，其中所述光电子元件的第一多个子阵列中的不同者的光电子元件通过所述光纤子束中的不同者的光纤元件光学耦合到所述第二多个子阵列中的不同者的光电子元件；其中每一光纤子束的光纤元件布置在网格上。

7、在一些方面中，每一光纤子束包括含有所述光纤元件的内部区域及外部区域，所述外部区域具有不受所述光纤子束的所述光纤元件的大小及位置的变化影响的尺寸。在一些方面中，所述网格是六边形紧密堆积网格。在一些方面中，所述网格是正方形网格。在一些方面中，所述光电子元件包括微型led及/或光电检测器。在一些方面中，所述子束仅在所述光纤元件端附近相对于彼此准确地定位。在一些方面中，所述光纤束包含至少一个基准特征。

8、一些方面进一步包括具有多个孔径的第一衬底及具有多个孔径的第二衬底，所述第一衬底的所述多个孔径中的每一者保持所述光纤子束中的对应者的第一端，且所述第二衬底的所述多个孔径中的每一者保持所述光纤子束中的对应者的第二端。在一些此类方面中，所述孔径是旋转不对称的。

9、一些方面进一步包括每一光纤子束的光纤元件之间的填充材料。

10、在一些方面中，所述光纤束的端被外部护套周向包围。在一些此类方面中，所述外部护套包含平坦边缘，允许确定所述光纤束的旋转定向。

11、本发明的这些及其它方面在阅读本公开时被更充分地理解。

技术特征：

1.一种光学互连，其包括：

2.根据权利要求1所述的光学互连，其中每一光纤子束包括含有所述光纤元件的内部区域及外部区域，所述外部区域具有不受所述光纤子束的所述光纤元件的大小及位置的变化影响的尺寸。

3.根据权利要求1所述的光学互连，其进一步包括具有多个孔径的第一衬底及具有多个孔径的第二衬底，所述第一衬底的所述多个孔径中的每一者保持所述光纤子束中的对应者的第一端，且所述第二衬底的所述多个孔径中的每一者保持所述光纤子束中的对应者的第二端。

4.根据权利要求3所述的光学互连，其中所述孔径是旋转不对称的。

5.根据权利要求1所述的光学互连，其进一步包括每一光纤子束的光纤元件之间的填充材料。

6.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述网格是六边形紧密堆积网格。

7.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述网格是正方形网格。

8.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述光电子元件包括微型led及/或光电检测器。

9.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述子束仅在光纤元件端附近相对于彼此准确地定位。

10.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述光纤束的端被外部护套周向包围。

11.根据权利要求10所述的光学互连，其中所述外部护套包含平坦边缘，允许确定所述光纤束的旋转定向。

12.根据权利要求1所述的光学互连，其中所述光纤束包含至少一个基准特征。

技术总结
一种光学互连可提供两个IC芯片之间的光学通信。所述光学互连可包含例如微型LED及光电检测器等光电子元件的阵列，其中所述阵列包含多个子阵列。光纤的光纤束可耦合所述光电子元件，且所述光纤束可包含多个子束，其中例如一个子束用于耦合子阵列对。每一子束的光纤可相对于彼此准确地定位。

技术研发人员：R·卡尔曼,B·佩泽什基,A·采利科夫
受保护的技术使用者：艾维森纳科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15