專利名稱：用于線卡的光電子組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)通信裝備，且更具體來(lái)說(shuō)(但非排他地)涉及線卡。
背景技術(shù)：
本章節(jié)介紹可幫助促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的更好理解的方面。因此，本章節(jié)的陳述應(yīng)依據(jù)此來(lái)閱讀且不應(yīng)理解為關(guān)于哪些內(nèi)容在現(xiàn)有技術(shù)中或哪些內(nèi)容不在現(xiàn)有技術(shù)中的許可。
光學(xué)線卡用于將光學(xué)通信線(例如，將光學(xué)信號(hào)載運(yùn)到訂戶及從訂戶載運(yùn)光學(xué)信號(hào))介接到電信接入網(wǎng)絡(luò)的其余部分。典型光學(xué)線卡為組裝于印刷電路板上的模塊化光電子電路。其代表性模塊可包含光學(xué)傳輸器、光學(xué)接收器、光學(xué)加/減多路復(fù)用器、數(shù)字信號(hào)處理器、控制器、電力管理單元、性能監(jiān)測(cè)器、各種光學(xué)及電子接口等。
可使用單片集成實(shí)施光學(xué)線卡的不同模塊。通常在單件半導(dǎo)體襯底上(例如)通過(guò)(i )將摻雜劑并入到襯底中，(ii )沉積并圖案化額外材料層，及(iii)金屬化并封裝所得芯片來(lái)制作單片集成電路。發(fā)明內(nèi)容
一種混合集成電路為由多個(gè)單片集成電路構(gòu)造而成的多組件電路。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)電路可包含半導(dǎo)體及光學(xué)裝置，且另一電路可包含一個(gè)或一個(gè)以上無(wú)源組件，其中兩個(gè)單片電路布置于同一機(jī)械子基臺(tái)上方。在現(xiàn)有技術(shù)中，單片及混合集成兩者均不允許直接產(chǎn)生光學(xué)傳輸器或接收器的無(wú)源光學(xué)元件及電光元件兩者。
本文中揭示可用于線卡的光學(xué)接收器中的光電子組合件的各種實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，光電子組合件為混合集成電路，所述混合集成電路具有電耦合到對(duì)應(yīng)跨阻抗放大器(TIA)陣列的雪崩光電二極管(APD)陣列，其中所述AH)及所述TIA兩者均安裝于共用陶瓷襯底上。所述光電子組合件進(jìn)一步具有光學(xué)子組合件，所述光學(xué)子組合件包括陣列波導(dǎo)光柵(AWG)及轉(zhuǎn)向鏡陣列，其兩者以并排布置附接到溫度控制單元且以倒裝芯片方式安裝于所述襯底上位于所述APD上方。所述光電子組合件采用插入于所述APD與所述襯底之間的基于硅的子基臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)所述APD與所述TIA之間的高度差。所述子基臺(tái)有利地使得能夠相對(duì)緊密接近于所述轉(zhuǎn)向鏡來(lái)放置APD，同時(shí)提供對(duì)所述APD相對(duì)于所述襯底的傾斜及偏移距離的良好控制。所述溫度控制單元使得能夠?qū)λ鯝WG及所述轉(zhuǎn)向鏡陣列進(jìn)行獨(dú)立溫度控制，此有助于甚至在所述轉(zhuǎn)向鏡具有相對(duì)小的大小時(shí)也實(shí)現(xiàn)所述AWG與所述APD之間的良好光學(xué)耦合效率。
根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種設(shè)備，其包括:支撐結(jié)構(gòu)，其具有平面表面；第一平面襯底，其位于距所述平面表面某一偏移距離處且具有第一光學(xué)裝置，所述第一光學(xué)裝置沿所述第一平面襯底的邊緣具有第一光學(xué)端口陣列；第二平面襯底，其位于距所述平面表面某一偏移距離處且具有一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置，所述一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置沿所述第二平面襯底的第二邊緣具有第二光學(xué)端口，所述第二邊緣面向所述第一邊緣；第一加熱器，其熱耦合到所述第一平面襯底；及第二加熱器，其熱耦合到所述第二平面襯底。所述第一平面襯底具有大致不同于所述第二平面襯底的熱膨脹率。所述第一加熱器及所述第二加熱器被配置為可單獨(dú)控制的。
根據(jù)又一實(shí)施例，提供一種設(shè)備，其具有:支撐板；多個(gè)光電檢測(cè)器，其安裝于所述支撐板上；多個(gè)放大器，其安裝于所述支撐板上且經(jīng)電連接以接收由所述光電檢測(cè)器響應(yīng)于所接收的光而產(chǎn)生的電信號(hào)；及光學(xué)子組合件，其安裝于所述支撐板上。所述光電檢測(cè)器定位于所述光學(xué)子組合件與所述支撐板之間。所述光學(xué)子組合件經(jīng)配置以將光引導(dǎo)到所述光電檢測(cè)器。


通過(guò)實(shí)例方式，依據(jù)以下實(shí)施方式及所附圖式，本發(fā)明的各種實(shí)施例的其它方面、特征及益處將變得更完全顯而易見(jiàn)，其中:
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)接收器的框圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于圖1的光學(xué)接收器中的光電子組合件的部分截面?zhèn)纫晥D；且
圖3展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于圖2的光電子組合件中的光學(xué)子組合件的截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施方式
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于光學(xué)線卡中的光學(xué)接收器100的框圖。接收器100具有光/電(0/E)轉(zhuǎn)換器110及信號(hào)處理器150。0/E轉(zhuǎn)換器110 (例如)從外部光學(xué)通信鏈路接收N分量波長(zhǎng)分波多路復(fù)用(WDM)信號(hào)102并將其變換成N個(gè)電模擬信號(hào)142i到142n，以使得每一信號(hào)142表示信號(hào)102的對(duì)應(yīng)WDM分量，其中N為大于I的整數(shù)。如本技術(shù)中已知,處理器150處理接收于對(duì)應(yīng)電線HZ1到142N上的信號(hào)以恢復(fù)由信號(hào)102的N個(gè)經(jīng)個(gè)別調(diào)制的WDM分量所載運(yùn)的數(shù)據(jù)并經(jīng)由數(shù)字輸出信號(hào)152i到152N輸出所恢復(fù)的數(shù)據(jù)。實(shí)施于信號(hào)處理器150中的信號(hào)處理包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換且可任選地包含時(shí)鐘恢復(fù)、電子色散補(bǔ)償(EDC)及前向錯(cuò)誤校正(FEC)中的一者或一者以上。在代表性實(shí)施例中，N=10，但在其它實(shí)施例中，可如特定應(yīng)用所需的一樣小或一樣大。
0/E轉(zhuǎn)換器110為可實(shí)施的混合集成電路，例如，如下文參考圖2進(jìn)一步描述。0/E轉(zhuǎn)換器110具有將WDM信號(hào)102分解成標(biāo)記為λ i到λ N的其N個(gè)組成WDM分量的光學(xué)多路分用器120。每一 WDM分量λ i被施加到光電檢測(cè)器(PD) 130!到130N中的相應(yīng)者。每一 PD 130將所接收的WDM分量轉(zhuǎn)換成線132i到132N上的電信號(hào)中的對(duì)應(yīng)者。每一電信號(hào)132接著在放大器HO1到140N中的對(duì)應(yīng)者中被放大以在電線142i到142N上產(chǎn)生電模擬信號(hào)中的對(duì)應(yīng)者。
在代表性實(shí)施例中，光學(xué)多路分用器120為單片集成光學(xué)電路，且ToUO1到^)13(^及放大器HO1到140N中的每一者為個(gè)別半導(dǎo)體裝置。ToUO1到roi30N可以任何所要方式在空間上布置成(例如)線性橫向陣列，如圖1中所指示。多路分用器120、ro裝置130i到130N及放大器裝置HO1到140N安裝于(共用)支撐板104(舉例來(lái)說(shuō)，由陶瓷、復(fù)合材料或聚合材料制成)的平面表面上或上方。支撐板104可用于直接或經(jīng)由額外結(jié)構(gòu)元件將0/E轉(zhuǎn)換器110附接到對(duì)應(yīng)光學(xué)線卡的印刷電路板。
圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于0/E轉(zhuǎn)換器110中的光電子組合件200的截面的部分側(cè)視圖。光電子組合件200具有(例如)為所述組合件的其它組件提供結(jié)構(gòu)支撐的陶瓷襯底(支撐板)204。襯底204可為支撐板104的可能實(shí)施方案中的一者。布置成線性橫向陣列的多個(gè)跨阻抗放大器(TIAU^1到24(^直接安裝于襯底204上。此線性橫向陣列布置致使到TIA240N中的僅一者(即，TIA240i)在圖2的視圖中可見(jiàn)。TIA240J5電連接以經(jīng)由導(dǎo)引線238i從雪崩光電二極管(APD) 23(^接收信號(hào)。類似于TD^AOyAPDZSOi為布置成線性橫向陣列的多個(gè)APDZSO1到APD230N的一部分，此致使僅APD230i在圖2中可見(jiàn)。
APD230!到APD230N安裝于附接到襯底204的子基臺(tái)222上。子基臺(tái)222充當(dāng)至少兩種不同功能且可包括(例如)基底層224、隔離層226及導(dǎo)電層228。
在一些實(shí)施例中，子基臺(tái)222的第一功能為通過(guò)調(diào)節(jié)APD230i到APD230N與TIA240!到TIA240N之間的高度差來(lái)減小光學(xué)損耗。在本文中，術(shù)語(yǔ)“高度”是指對(duì)應(yīng)件或組件沿Z軸的厚度(如圖2中所表示)。通常，APD (例如APD230i)具有比TIA(例如TIA240i)更小的高度。假如APD230i將直接安裝于襯底204上，那么所述APD的光敏區(qū)域234將位于距光學(xué)子組合件290 (其將光投影到所述光敏區(qū)域上)相對(duì)大距離處，這是因?yàn)門IA240i及導(dǎo)引線238i將防止所述光學(xué)子組合件定位成比所述TIA及/或所述導(dǎo)引線的最高點(diǎn)稍微更靠近于所述APD。不利地，此相對(duì)大距離可致使相對(duì)高光學(xué)損耗或可需要并入一個(gè)或一個(gè)以上額外光學(xué)元件(例如透鏡)。子基臺(tái)222可通過(guò)使得光敏區(qū)域234與光學(xué)子組合件290之間的距離能夠顯著減小來(lái)解決此問(wèn)題。由于所述原因，在一些實(shí)施例中，可在不將額外光學(xué)元件并入到組合件200中的情況下將光學(xué)損耗保持到可接受低水平。
在一些實(shí)施例中，子基臺(tái)222的第二功能為提供對(duì)跨越APDZSO1到APD230N陣列的高度及傾斜的良好控制。舉例來(lái)說(shuō)，如果襯底204為陶瓷載體，那么相對(duì)大(例如，N>5)線性APD陣列可需要所述陶瓷載體具有相對(duì)大的大小及/或大的縱橫比，例如，IcmX 1mm。由于陶瓷的易碎本質(zhì)，因此大的縱橫比(例如此實(shí)例)可減小制作合格率。此外，陶瓷材料在制作期間經(jīng)歷的熱處理通常致使材料的相對(duì)大收縮，以使得所得陶瓷載體的表面變得略呈“波浪狀”。不利地，此類型的安裝表面可致使APD陣列的APD當(dāng)中的不可接受的高度及傾斜變化。在組合件200中，此問(wèn)題可通過(guò)將非陶瓷材料用于子基臺(tái)222來(lái)解決，此可使得所述子基臺(tái)的表面能夠足夠平坦以滿足關(guān)于APD230i到APD230n的定位的高度均勻度及傾斜的相對(duì)嚴(yán)格規(guī)范。
在一個(gè)實(shí)施例中，子基臺(tái)222的基底層224由硅制成，且所述子基臺(tái)的隔離層226由氧化硅或氮化硅制成。由于硅處理技術(shù)成熟且發(fā)展良好，因此通常可良好地控制子基臺(tái)222的外部表面的平坦度(例如，在±2 μ m內(nèi))，以使得容易滿足關(guān)于APD230i到APD230N的定位的高度均勻度及傾斜的規(guī)范。隔離層226充當(dāng)APD230i與硅基底層224之間的不導(dǎo)電間隔件且可足夠厚以能夠在APD接收經(jīng)調(diào)制光學(xué)信號(hào)并針對(duì)TIA240i產(chǎn)生對(duì)應(yīng)電射頻(RF)信號(hào)時(shí)抑制在硅基底層中產(chǎn)生RF誘發(fā)的寄生電流。隔離層226的典型厚度在約IOym與約30μπι之間。隔離層226還可使得導(dǎo)電層228能夠方便沉積、圖案化及焊接以提供APD230與對(duì)應(yīng)導(dǎo)引線238之間的適當(dāng)電連接。
光學(xué)子組合件290使用定位于所述光學(xué)子組合件的兩(Y軸)端處的兩個(gè)間隔件236安裝于襯底204上以便形成Π形結(jié)構(gòu)，其中所述間隔件為所述Π的兩條支柱且所述光學(xué)子組合件為所述Π的頂部水平條。在圖2中所展示的視圖中，兩個(gè)間隔件236中的僅一者(即，連接到光學(xué)子組合件290的遠(yuǎn)端的間隔件)可見(jiàn)。在各種實(shí)施例中，間隔件236可直接附接到襯底204或子基臺(tái)222。間隔件236的高度及子基臺(tái)222的厚度經(jīng)選擇以便使光學(xué)子組合件290的下部表面與光敏區(qū)域234的上部表面之間的氣隙實(shí)際上盡可能小(以保持低光學(xué)損耗)，同時(shí)為APD230及導(dǎo)引線238提供具有適當(dāng)公差的足夠空隙。
光學(xué)子組合件290包括陣列波導(dǎo)光柵裝置(AWGD) 220、在其一表面上具有鏡262陣列的平面結(jié)構(gòu)260及溫度控制單元270。AWGD220充當(dāng)WDM波長(zhǎng)多路分用器(還參見(jiàn)圖1中的多路分用器120)且為具有襯底層214及波導(dǎo)層218的單片平面集成電路。AWGD220經(jīng)定向以使得光學(xué)波導(dǎo)層218比襯底層214相對(duì)于襯底204具有更小偏移距離。光學(xué)波導(dǎo)層218具有實(shí)施AWGD220的光柵功能性的各種光學(xué)波導(dǎo)。輸入WDM信號(hào)(例如光學(xué)信號(hào)102，圖1)施加到輸入波導(dǎo)(未明確展示于圖2中)。AWGD220將輸入WDM信號(hào)分解成其N個(gè)組成WDM分量且將每一 WDM分量引導(dǎo)到層218中的N個(gè)輸出波導(dǎo)2W1到216Ν中的相應(yīng)者中。舉例來(lái)說(shuō)，將WDM分量Xi引導(dǎo)到輸出波導(dǎo)216i中，如圖2中所指示。
具有輸出波導(dǎo)ZW1到216n的末端的AWGD220的邊緣221面向鏡陣列260，以使得每一輸出波導(dǎo)光學(xué)耦合到N個(gè)鏡262中的對(duì)應(yīng)者。每一鏡262充當(dāng)重新引導(dǎo)沿X軸從輸出波導(dǎo)216出來(lái)的光沿Z軸朝向APD230傳播的轉(zhuǎn)向鏡。舉例來(lái)說(shuō)，從輸出波導(dǎo)216i接收WDM分量λ i的鏡262i重新引導(dǎo)所述WDM分量朝向APD230i的光敏區(qū)域234，如圖2中所指示。
在一個(gè)實(shí)施例中，鏡陣列260為使其邊緣中的一者磨掉以形成相對(duì)于兩個(gè)鄰近表面以非90度角度定向的斜向表面的大致矩形玻璃或硅件。所述斜向表面上方可沉積有薄金屬層以形成鏡262i到262n的反射表面。所述玻璃件的厚度及所述斜向表面的寬度經(jīng)選擇以使得輸出波導(dǎo)216的核心與所述斜向表面的中間部分對(duì)準(zhǔn)。因此，鏡陣列260可比AWGD220稍厚，此有助于調(diào)節(jié)光束在輸出波導(dǎo)216的末端與所述鏡陣列的所述斜向表面之間的自由空間中的膨脹。在一個(gè)配置中，間隔件236附接到鏡陣列260的面向襯底204的表面264。由于與AWG220中的光學(xué)波導(dǎo)層218的外表面(即，圖2中所展示的視圖中的下部表面)相比表面264距襯底204具有更小偏移距離，因此在間隔件236與所述光學(xué)波導(dǎo)層之間存在小間隙。其它間隔件配置也是可能的。
在替代實(shí)施例中，鏡陣列260可為任何適合的微鏡陣列，包含作為MEMS裝置的可能實(shí)施方案。
鏡陣列260及AWGD220兩者均附接到可充當(dāng)至少兩種功能的溫度控制單元270。首先，溫度控制單元270可充當(dāng)光學(xué)子組合件290的使得AWGD220及鏡陣列260能夠針對(duì)APD230!到APD230n上方的倒裝芯片式安裝相對(duì)于彼此適當(dāng)定位的結(jié)構(gòu)基底。其次，溫度控制單元270控制AWGD220及鏡陣列260的溫度。舉例來(lái)說(shuō)，溫度控制單元270可并入一個(gè)或一個(gè)以上溫度傳感器及一個(gè)或一個(gè)以上電阻式加熱器(未明確展示于圖2中)以將AWGD220的溫度維持到所規(guī)定溫度的±1K內(nèi)。如本技術(shù)中已知，AWGD (例如AWGD220)的光譜傳輸特性對(duì)溫度相對(duì)敏感，且良好的溫度控制可確保所述AWGD在ITU波長(zhǎng)λ i下具有相對(duì)低光學(xué)插入損耗。
在一個(gè)配置中，溫度控制單元270使用不同電阻式加熱器將不同相應(yīng)速率的熱流遞送到AWGD220及鏡陣列260 (例如)以避免有害溫度梯度及/或以將AWG及鏡陣列保持在不同相應(yīng)溫度下。此特征可用于(例如)實(shí)現(xiàn)其中AWGD220及鏡陣列260由不同材料制成的實(shí)施方案，借此使得能夠?qū)⒌统杀静牧?例如)用于鏡陣列而不損害所增加的光學(xué)損耗。另外，可減輕或避免由外部熱源(例如位于相對(duì)緊密接近于光學(xué)子組合件290處的電子電路)所誘發(fā)的不均勻加熱所誘發(fā)的可能光學(xué)不對(duì)準(zhǔn)。
圖3展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可用作光學(xué)子組合件290的光學(xué)子組合件390的截面?zhèn)纫晥D。光學(xué)子組合件390包括AWGD320、在其一表面上具有鏡362陣列的平面結(jié)構(gòu)360及溫度控制單元370。每一鏡362具有僅稍大于AWGD320中的輸出波導(dǎo)316的厚度的相對(duì)小垂直大小。所述小垂直大小可有利于使得鏡362的中間部分能夠(i )相對(duì)緊密接近于輸出波導(dǎo)316的末端及/或(ii )相對(duì)緊密接近于光敏區(qū)域234定位(參見(jiàn)圖2)。平面結(jié)構(gòu)360及AWGD320使用不同相應(yīng)組材料來(lái)實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，AWGD320可具有由第一材料(例如，硅)制成的平面襯底314，且平面結(jié)構(gòu)360可具有由不同于所述第一材料的第二材料(例如，玻璃)制成的平面襯底364。因此，平面結(jié)構(gòu)360及AWGD320具有不同熱膨脹系數(shù)。
一般來(lái)說(shuō)，由于制作期間的工藝變化，AWGD320的不同實(shí)例具有不同最優(yōu)操作溫度。因此，光學(xué)子組合件390的不同實(shí)例可需要經(jīng)配置以將其相應(yīng)AWGD320保持在不同相應(yīng)操作溫度下。雖然平面結(jié)構(gòu)360經(jīng)設(shè)計(jì)以具有在標(biāo)稱操作溫度下使鏡362的中間部分放置成與輸出波導(dǎo)316光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的厚度，但在光學(xué)子組合件390的一些實(shí)例中，如果平面結(jié)構(gòu)360與AWGD320具有相同溫度，那么熱膨脹系數(shù)的差及實(shí)際操作溫度與標(biāo)稱操作溫度的偏差可致使鏡362與輸出波導(dǎo)316失去良好光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。
為解決此問(wèn)題，溫度控 制單元370具有兩個(gè)獨(dú)立控制的加熱器372及374。加熱器372提供對(duì)AWGD320的溫度控制且經(jīng)配置以將所述AWGD保持在適當(dāng)操作溫度T1下，T1經(jīng)選擇以使得保持所述AWGD中的光學(xué)插入損耗靠近于最小值。如上文已指示，溫度T1可不同于標(biāo)稱操作溫度。加熱器374提供對(duì)平面結(jié)構(gòu)360的獨(dú)立溫度控制且經(jīng)配置以將所述平面結(jié)構(gòu)保持在可不同于溫度T1的溫度T2下。更具體來(lái)說(shuō)，溫度T2經(jīng)選擇以使得(如果必要)AWGD320與平面結(jié)構(gòu)360的熱膨脹系數(shù)的差由溫度T1與T2之間的差適度地補(bǔ)償。盡管溫度T1與標(biāo)稱操作溫度存在偏差，但由于此補(bǔ)償，鏡362與輸出波導(dǎo)316被放置成彼此良好光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，借此使得光學(xué)子組合件390能夠具有相對(duì)高光吞吐量(或低光學(xué)損耗)。
在一個(gè)實(shí)施例中，平面結(jié)構(gòu)360的不同鏡362實(shí)施為集成到平面結(jié)構(gòu)360中的不同(例如，單獨(dú))光學(xué)裝置，其中平面結(jié)構(gòu)360沿其邊緣具有對(duì)應(yīng)多個(gè)光學(xué)端口以使得能夠在AWGD320的輸出端口(例如，輸出波導(dǎo)316的末端)與對(duì)應(yīng)鏡362之間進(jìn)行光學(xué)耦合。
如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“偏移距離”指兩個(gè)元件之間的最小距離。舉例來(lái)說(shuō)，在圖2中所展示的視圖中，襯底204與鏡陣列260之間的偏移距離為所述襯底的上部表面與所述鏡陣列的下部表面之間的距離。類似地，襯底204與AWGD220之間的偏移距離為所述襯底的上部表面與所述AWGD的下部表面之間的距離。因此，AWGD220與襯底204之間的偏移距離大于鏡陣列260與襯底204之間的偏移距離。
雖然已參考說(shuō)明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但并不打算以限制意義來(lái)解釋本說(shuō)明。舉例來(lái)說(shuō)，盡管已將描述為直接附接到襯底204，但使用插入于所述TIA與所述襯底之間的子基臺(tái)的替代實(shí)施例也是可能的。連接到不同APD230的TIA240可以交錯(cuò)而非線性配置來(lái)布置。更具體來(lái)說(shuō)，在圖2中所展示的視圖中，交錯(cuò)配置意指TIA240i位于APD230i(未展示)的右側(cè)，而TIA240i+1位于APD230i+1的左側(cè)，其中跨越所述TIA陣列重復(fù)此交替。平面襯底314可主要由第一半導(dǎo)體形成，且平面襯底364可主要由(例如)具有不同于所述第一半導(dǎo)體的合金組合物的第二半導(dǎo)體形成。
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解的所描述實(shí)施例的各種修改以及本發(fā)明的其它實(shí)施例視為歸屬于如所附權(quán)利要求書中所表達(dá)的本發(fā)明的原理及范圍內(nèi)。
出于本說(shuō)明書的目的，MEMS裝置為具有適于相對(duì)于彼此移動(dòng)的兩個(gè)或兩個(gè)以上部件的裝置，其中所述移動(dòng)是基于任何適合交互作用或交互作用的組合，例如機(jī)械、熱、電、磁、光學(xué)及/或化學(xué)交互作用。MEMS裝置是使用微或較小制作技術(shù)(包含納米制作技術(shù))來(lái)制作的，所述制作技術(shù)可包含(但未必限于):(1)自組裝技術(shù)，其采用(例如)自組裝單層、對(duì)所要化學(xué)物質(zhì)具有高親和性的化學(xué)涂層以及懸空化學(xué)鍵的產(chǎn)生及飽和 '及(2)晶片/材料處理技術(shù)，其采用(例如)材料的光刻、化學(xué)氣相沉積、圖案化及選擇性蝕刻以及表面的處理、塑形、鍍敷及紋理化。MEMS裝置的實(shí)例包含(但不限于)NEMS (納米機(jī)電系統(tǒng))裝置、MOEMS (微光機(jī)電系統(tǒng))裝置、微機(jī)械、微系統(tǒng)及使用微系統(tǒng)技術(shù)或微系統(tǒng)集成產(chǎn)生的裝置。
除非另外明確陳述，否則每一數(shù)值及范圍應(yīng)解釋為近似的，如同在所述值或范圍的值之前具有詞“約(about)”或“大約(approximately)”。
將進(jìn)一步理解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不背離如所附權(quán)利要求書中所表達(dá)的本發(fā)明的范圍的情況下做出為闡釋本發(fā)明的本質(zhì)而已描述及圖解說(shuō)明的部件的細(xì)節(jié)、材料及布置的各種改變。
本文中提及“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意指連同所述實(shí)施例一起描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說(shuō)明書中的各個(gè)地方中出現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”未必全部指代同一實(shí)施例，單獨(dú)或替代實(shí)施例也未必與其它實(shí)施例相互排斥。相同情形適用于術(shù)語(yǔ)“實(shí)施方案”。
說(shuō)明及圖式僅圖解說(shuō)明本發(fā)明的原理。因此，將了解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠想出盡管本文中未明確描述或展示但體現(xiàn)本發(fā)明的原理且包含于其精神及范圍內(nèi)的各種布置。此外，本文中所敘述的所有實(shí)例主要清楚地打算僅用于教育目的以幫助讀者理解本發(fā)明的原理及發(fā)明人推動(dòng)本技術(shù)所貢獻(xiàn)的概念，且應(yīng)解釋為不限于此些具體敘述的實(shí)例及條件。此外，本文中敘述本發(fā)明的原理、方面及實(shí)施例以及其特定實(shí)例的所有陳述打算囊括其等效內(nèi)容。
嚴(yán)格使用例如高度、長(zhǎng)度、寬度、頂部、底部等術(shù)語(yǔ)以促進(jìn)本發(fā)明的說(shuō)明且并不打算將本發(fā)明限制于特定定向。舉例來(lái)說(shuō)，高度并不暗指僅垂直上升限制，而是用于識(shí)別如各圖中所展示的三維結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度中的一者。此“高度”在電極為水平的情況下將為垂直的，但在電極為垂直的情況下將為水平的等等。類似地，雖然所有圖將不同層展示為水平層，但此定向僅出于描述性目的且不應(yīng)解釋為限制。
可經(jīng)由使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與適當(dāng)軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件提供圖中所展示的各種元件(包含標(biāo)記為“處理器”的任何功能框)的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，可由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器或由多個(gè)個(gè)別處理器(其中的一些處理器可共享)提供所述功能。此外，明確使用術(shù)語(yǔ)“處理器(processor) ”或“控制器(controller) ”不應(yīng)解釋為專門指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，且可隱含地包含(但不限于):數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)、場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)及非易失性存儲(chǔ)裝置。還可包含常規(guī)及/或定制的其它硬件。類似地，圖中所展示的任何開關(guān)僅為概念性的。其功能可經(jīng)由程序邏輯的運(yùn)算、經(jīng)由專用邏輯、經(jīng)由程序控制與專用邏輯的交互作用或甚至可由實(shí)施者手動(dòng)選擇的特定技術(shù)(如從上下文更具體地理解)來(lái)實(shí)施。
此外，出于本說(shuō)明的目的，術(shù)語(yǔ)“I禹合(couple、coupling、coupled) ”、“連接(connectsconnecting或connected) ”指其中允許能量在兩個(gè)或兩個(gè)以上元件之間傳送的本技術(shù)中已知或稍后開發(fā)的任何方式，且涵蓋一個(gè)或一個(gè)以上額外元件的介入，但并不需要如此。相反，術(shù)語(yǔ)“直接I禹合(directly coupled) ”、“直接連接(directly connected)”等暗指不存在此些額外元件。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包括: 支撐結(jié)構(gòu)，其具有平面表面； 第一平面襯底，其位于距所述平面表面某一偏移距離處且具有第一光學(xué)裝置，所述第一光學(xué)裝置沿所述第一平面襯底的邊緣具有第一光學(xué)端口陣列； 第二平面襯底，其位于距所述平面表面某一偏移距離處且具有一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置，所述一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置沿所述第二平面襯底的第二邊緣具有第二光學(xué)端口，所述第二邊緣面向所述第一邊緣； 第一加熱器，其熱耦合到所述第一平面襯底；及 第二加熱器，其熱耦合到所述第二平面襯底，其中: 所述第一平面襯底具有大致不同于所述第二平面襯底的熱膨脹率；且 所述第一加熱器及所述第二加熱器被配置為可單獨(dú)控制的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中: 所述第一平面襯底包含平面基底，所述光學(xué)裝置位于鄰近于所述平面基底處，且所述平面基底具有不同于所述第二平面襯底的組合物的組合物；且 所述一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置光學(xué)耦合到位于所述支撐結(jié)構(gòu)的所述平面表面上的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 多個(gè)光電檢測(cè)器，其安裝于所述平面表面上； 多個(gè)放大器，其安裝于所述平面表面上且經(jīng)電連接以接收由所述光電檢測(cè)器響應(yīng)于所接收的光而產(chǎn)生的電信號(hào)，其中所述一個(gè)或一個(gè)以上第二光學(xué)裝置經(jīng)配置以將光從所述第一光學(xué)端口陣列引導(dǎo)到所述多個(gè)光電檢測(cè)器；及 子基臺(tái)，其附接到所述平面表面，其中所述光電檢測(cè)器安裝于所述子基臺(tái)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3 所述的設(shè)備，其中所述子基臺(tái)包括: 第一層，其附接到所述平面表面；及 第二層，其形成于所述第一層上方，其中所述光電檢測(cè)器直接附接到所述第二層，其中: 所述第一層包括娃; 所述第二層包括氧化硅或氮化硅且具有至少約10 μ m的厚度； 所述子基臺(tái)進(jìn)一步包括形成于所述第二層上方且由導(dǎo)電材料制成的第三層；且 所述第三層經(jīng)圖案化以形成用于將所述電信號(hào)從所述光電檢測(cè)器傳輸?shù)剿? 放大器的電引線。
5.—種設(shè)備,其包括: 支撐板； 多個(gè)光電檢測(cè)器，其安裝于所述支撐板上； 多個(gè)放大器，其安裝于所述支撐板上且經(jīng)電連接以接收由所述光電檢測(cè)器響應(yīng)于所接收的光而產(chǎn)生的電信號(hào)；及 光學(xué)子組合件，其安裝于所述支撐板上，其中: 所述光電檢測(cè)器定位于所述光學(xué)子組合件與所述支撐板之間；且 所述光學(xué)子組合件經(jīng)配置以將光引導(dǎo)到所述光電檢測(cè)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中: 所述光電檢測(cè)器安裝于距所述支撐板第一偏移距離處； 所述放大器安裝于距所述支撐板第二偏移距離處；且 所述第一偏移距離大于所述第二偏移距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括直接附接到所述支撐板的子基臺(tái)，其中: 所述光電檢測(cè)器安裝于所述子基臺(tái)上；且 所述子基臺(tái)包括: 第一層，其直接附接到所述支撐板；及 第二層，其形成于所述第一層上方，其中所述光電檢測(cè)器直接附接到所述第二層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中: 所述第一層包括娃; 所述第二層包括氧化硅或氮化硅且具有至少約10 μ m的厚度； 所述子基臺(tái)進(jìn)一步包括形成于所述第二層上方且由導(dǎo)電材料制成的第三層； 所述第三層經(jīng)圖案化以形成用于將所述電信號(hào)從所述光電檢測(cè)器傳輸?shù)剿龇糯笃鞯碾娨€；且 所述子基臺(tái)的上面安裝有光電二極管的表面在約±2 μ m內(nèi)為平坦的。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 第一間隔件及第二間隔件，其兩者均安裝于所述支撐板上，其中: 所述光學(xué)子組合件的第一端附接到所述第一間隔件； 所述光學(xué)子組合件的第二端附接到所述第二間隔件；且 所述光學(xué)子組合件的中間部分懸置于所述第一間隔件與所述第二間隔件之間；及 子基臺(tái)，其附接到所述支撐板，其中: 所述光電檢測(cè)器安裝于所述子基臺(tái)上；且 所述第一間隔件及所述第二間隔件附接到所述子基臺(tái)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)子組合件包括: 光學(xué)多路分用器，其適于將光學(xué)信號(hào)多路分用成多個(gè)光譜分量； 一個(gè)或一個(gè)以上鏡，其經(jīng)配置以從所述光學(xué)多路分用器接收所述光譜分量并將所述光譜分量引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)光電檢測(cè)器；及溫度控制單元，其中: 所述光學(xué)多路分用器及所述一個(gè)或一個(gè)以上鏡兩者以并排布置附接到所述溫度控制單元； 與所述光學(xué)多路分用器及鏡陣列中的任一者相比，所述溫度控制單元定位于距所述支撐板更大偏移距離處； 所述溫度控制單元包括適于單獨(dú)控制所述光學(xué)多路分用器及所述一個(gè)或一個(gè)以上鏡的溫度的兩個(gè)或兩個(gè)以上電阻式加熱器；且 與所述一個(gè)或一個(gè)以上鏡相比，所述光學(xué)多路分用器定位于距所述支撐板更大偏移距離處。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，光電子組合件為混合集成電路，所述混合集成電路具有電耦合到對(duì)應(yīng)跨阻抗放大器TIA陣列的雪崩光電二極管APD陣列，其中所述APD及所述TIA兩者均安裝于共用陶瓷襯底上。所述光電子組合件進(jìn)一步具有光學(xué)子組合件，所述光學(xué)子組合件包括陣列波導(dǎo)光柵AWG及轉(zhuǎn)向鏡陣列，其兩者以并排布置附接到溫度控制單元且以倒裝芯片方式安裝于所述襯底上位于所述APD上方。所述光電子組合件采用插入于所述APD與所述襯底之間的基于硅的子基臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)所述APD與所述TIA之間的高度差。所述子基臺(tái)有利地使得能夠相對(duì)緊密接近于所述轉(zhuǎn)向鏡來(lái)放置APD，同時(shí)提供對(duì)所述APD相對(duì)于所述襯底的傾斜及偏移距離的良好控制。所述溫度控制單元使得能夠?qū)λ鯝WG及所述轉(zhuǎn)向鏡陣列進(jìn)行獨(dú)立溫度控制，此有助于甚至在所述轉(zhuǎn)向鏡具有相對(duì)小的大小時(shí)也實(shí)現(xiàn)所述AWG與所述APD之間的良好光學(xué)耦合效率。
文檔編號(hào)G02B6/42GK103154798SQ201180048250
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者馬克·P·艾爾夏 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊