專利名稱：光學傳輸模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學傳輸模塊；且特別涉及利用光波導結構的全反射信號傳輸技 術，以應用于對電信號或光信號的轉換與傳輸上的一種光學傳輸模塊。
背景技術：
傳統(tǒng)以金屬材料作為線路以提供在傳輸電信號或單元間的聯(lián)系上的應用，于現(xiàn)有 技術中已相當普遍。而在數(shù)字通訊的高效能電子系統(tǒng)中，不但處理器的設置愈益增多，信號 處理的速度也越來越快，因此信號或信息的傳輸質量與速度也愈形重要。然而，傳統(tǒng)的金屬 線路連結設計其傳輸?shù)男阅芤延兴蛔恪９鈱W連結可受傳輸線路材料性質的影響較小，能達高頻寬容量和快速的傳輸效 果，所以以光學傳輸方式取代電子傳輸方式便為重要的技術發(fā)展。在發(fā)光二極管(LED)及 半導體雷射的技術下，以光為媒介來傳輸信號的方式便加以開發(fā)；其主要是由光電耦合組 件(Optical Coupler)的運作來完成電、光信號或光、電信號間的轉換、發(fā)射與接收。而光電 耦合組件主要包含提供光發(fā)射的發(fā)射器或光源單元、提供光接收的接收器或光檢測單元、 以及將發(fā)射或接收的信號作進一步驅動或放大的驅動器或放大器。此外，在將芯片中的電路加以微型化和模塊化的概念下，系統(tǒng)單芯片(SoC)或系 統(tǒng)整合(SLI)芯片便為目前的一重要的發(fā)展與設計趨勢。通過整合多種功能于單顆集成電 路(IC)中的方式，能使其產(chǎn)品的體積相對較小但卻有更多元的應用。例如將一中央處理器 設計具有多核心的處理配置，而每一核心具有不同的應用功能，且其彼此間以信號聯(lián)系但 皆整合于同一芯片上。如此，以光的形式要在此系統(tǒng)單芯片上進行應用時，便需以對應的路 徑設計來完成在相關部位上的信號傳輸。更進一步來說，于同一電路板上各芯片或集成電 路間的信號傳輸與連結能以光為形式進行時，其傳輸路徑也必須加以設計。而目前技術針對光電耦合、轉換或傳輸在上述應用所作的連結設計，包含將電子 組件層與光子組件層以同一側為方式作設計以及以分設于兩側上的異側方式作設計。電子 組件層是指對電信號作運算，或對電、光信號作轉換、發(fā)射與接收的發(fā)射器與接收器的設置 層面，例如以互補式金屬氧化半導體(CMOS)為制程的集成電路設計；而光子組件層則為以 光為形式進行信號傳輸?shù)脑O置層面，例如以波導(Waveguide)方式作設計。其中在同一側 上的設計，主要是在同一平面上將產(chǎn)生或連接電信號與光信號的單元加以串聯(lián)，使信號不 需走不同的平面或不需在不同層面上產(chǎn)生傳輸?shù)霓D折，便可完成光信號的發(fā)射與接收。但 由于一般電子組件層于制程上與光子組件層有所不同或不兼容，使得同一側的設計方式將 會很復雜。詳細來說，若能于同一套制程中完成可加以兼容的同側設計時，例如可于電子組 件層上加入特定材料以達成光的發(fā)射與接收的目的，則其會存有成本昂貴與制程上需另作 調整的諸多問題。而分設于兩側上的設計，便為信號于傳輸過程中會產(chǎn)生在不同層面或平面上的轉 折，以完成光信號的發(fā)射與接收。如圖1所示為現(xiàn)有技術根據(jù)此分側設計方式而完成的一 光學傳輸模塊10的示意圖。其中一驅動電路16設置于一集成電路層11中，并通過一金屬線路121和上方的一光源單元13完成連接；而該金屬線路121設置于一金屬連結構造12 中，詳細來說，于該金屬連結構造12中制出一垂直穿孔以供該金屬線路121穿過與連接。而 電信號經(jīng)金屬線路121傳至光源單元13后，光源單元13便能產(chǎn)生與發(fā)射出光信號并經(jīng)一 光波導結構14的傳輸而由一光檢測單元15所接收，并再轉換成電信號后由另一金屬線路 122 (對應另一垂直穿孔)將其傳輸至下方設置于該集成電路層11中的一放大電路17 (或 相關接收電路)作接收與進一步傳輸。然而，此一設計雖可將電子、光子組件層分別以不同制程加以完成后再作結合，但 又具有于該金屬連結構造12中不易設置出該等金屬線路121、122的問題。不但該等金屬 線路121、122要與上下兩組件層的制程兼容仍有困難，且信號于其上仍是以電的形式進行 信號傳輸。如圖2所示為現(xiàn)有技術根據(jù)此分側設計方式而完成的另一光學傳輸模塊20的示 意圖。其中一集成電路層21通過一金屬線路221和上方的一光源單元23完成連接(圖式 中以三個對應配置作示意說明)；該金屬線路221設置于一硅基板22與該集成電路層21 中，詳細來說，于硅基板22與集成電路層21中制出一垂直穿孔以供該金屬線路221穿過與 連接。光源單元23設置于硅基板22上，而電信號經(jīng)金屬線路221傳至光源單元23后，光 源單元23便能產(chǎn)生與發(fā)射出光信號并穿過一砷化鎵基板26和由一微透鏡組27作聚光而 于一自由空間結構(Free-space) 24中由多個微鏡面28作反射以傳輸信號，進而再穿過該 砷化鎵基板26后由設置于硅基板22上的一光檢測單元25所接收，并再轉換成電信號后由 另一金屬線路222(對應另一垂直穿孔)將其傳輸至下方的該集成電路層21中作接收與進 一步傳輸。然而，此一設計雖可將電子、光子組件層分別以不同制程加以完成后再作結合，但 將該等金屬線路221、222設置于該硅基板中也具有難度。雖然光源單元23和光檢測單元 25能以覆晶方式設置于硅基板22上，但該自由空間結構24需具有一定的大小方能使設置 于其中多個微鏡面28完成所需的反射與信號傳輸。換句話說，此種光學傳輸模塊的架構存 有體積較大的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種光學傳輸模塊，使其利用半導體制程以及光波導結構 的全反射信號傳輸?shù)募夹g，從而能簡單、方便地于制程中，完成將信號于不同平面上作傳輸 的電子組件層與光子組件層間的連結；并能于發(fā)射、轉換與接收的主要傳輸過程中皆以光 為形式加以完成，從而不但能避免現(xiàn)有技術需設置出相關垂直穿孔與金屬線路的困難制 程，還能有效地提升信號傳輸?shù)男Ч?。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現(xiàn)的。一種光學傳輸模塊，應用于對一第一電信號的轉換與傳輸，該光學傳輸模塊包含 有一半導體基板；一第一膜層，形成于該半導體基板的第一表面上；一電子組件層，形成 于該半導體基板的第二表面上，用以將該第一電信號轉換成一光信號后發(fā)射；以及一光波 導結構，形成于該第一膜層上，該光波導結構包含有一第一反射面、一光波導結構主體和一 第二反射面；其中該光信號能穿透該半導體基板和該第一膜層而進入該光波導結構，并經(jīng) 該第一反射面的反射而于該光波導結構主體中傳輸，再經(jīng)該第二反射面的反射而穿透該第一膜層和該半導體基板而由該電子組件層接收，進而將該光信號轉換成一第二電信號后傳 輸。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1為現(xiàn)有技術的一光學傳輸模塊10的示意圖。圖2為現(xiàn)有技術的一光學傳輸模塊20的示意圖。圖3A為本發(fā)明所提出的光學傳輸模塊3的剖面示意圖。圖3B為光信號01的反射與傳輸?shù)氖疽鈭D。圖3C為光波導結構36于第一端361上的剖面示意圖。圖4為本發(fā)明所提出的光學傳輸模塊3a的剖面示意圖。圖5A為將兩光學傳輸模塊3、3’作搭配的示意圖。圖5B為將兩光學傳輸模塊3、3’作搭配的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)以一第一實施例進行本發(fā)明的實施說明。請參閱圖3A為本發(fā)明所提出的一光 學傳輸模塊3的剖面示意圖。如該圖所示，該光學傳輸模塊3主要包含有一半導體基板30、 一第一膜層31、一電子組件層33和一光波導結構36 ；其中該半導體基板30包含有上下兩 表面，也就是第一表面301和第二表面302，而該第一膜層31和該電子組件層33分別對應 形成于該半導體基板30的第一表面301和第二表面302上。在此實施例中，所采用的該半 導體基板30為一單晶硅基板，即雙面拋光的SOI (silicon on insulator)硅基材，因而除 可對該半導體基板30的上下兩表面以半導體制程或諸如晶圓黏合(wafer bonding)的方 式進行相關單元的形成外，其基板的硅材特性也能提供所產(chǎn)生的光信號進行發(fā)射與接收上 的傳輸通過。承上所述，在此實施例中，該光學傳輸模塊3應用于對一第一電信號El的轉換與 傳輸。該第一電信號El可視該光學傳輸模塊3的應用或設置環(huán)境而由對應的組件來提供。 而該電子組件層33除能接收該第一電信號El外，還能將該第一電信號El轉換成一光信號 01后發(fā)射。在此實施例中，該電子組件層33為以互補式金屬氧化半導體(CMOS)制程所完 成的一種集成電路層(IC)，其中包含有一光源單元34和一驅動電路37，該驅動電路37是 和該光源單元34作電連接，而該第一電信號El便為由該驅動電路37接收后加以驅動該光 源單元34將其對應地轉換成該光信號01以進行發(fā)射。在此實施例中，該驅動電路37設置 于該半導體基板30的第二表面302上，而該光源單元34則對應地設置于該驅動電路37上。其中，該光源單元34能以現(xiàn)有技術中的發(fā)光二極管、半導體激光器或垂直腔面發(fā) 射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，簡稱為 VCSEL)來構成，其主要的 功能即用以根據(jù)相關的電信號作轉換后產(chǎn)生或發(fā)射出對應的光束或光信號以進行傳輸。此 夕卜，基于所使用的硅基材特性，所形成的該光信號01為可于硅材質中進行傳輸?shù)慕t外 光；也就是其光波的波長需大于1. 1微米，以使該光信號01可對硅基材進行有效的穿透以進行傳輸。
承上所述，為了提高對光的高穿透性、耦合效率與抗反射性，因而在該電子組件層 33中還包含有形成于該半導體基板30的第二表面302上的一第二膜層321。該第二膜層 321可采用諸如二氧化硅或氮氧化物的單一介電質膜層來完成，用以提供對光的耦合與穿 透，使得所述的光信號01能完成有效的傳輸。于此實施例中，該第二膜層321能以半導體 制程直接形成于該半導體基板30的第二表面302上，并對應該光源單元34的所在范圍和 位置而相鄰于該驅動電路37 ；進一步來說，該第二膜層321的形成可為將該驅動電路37作 所在范圍的對應穿孔，而于其范圍內形成于該第二表面302上?；蛘撸谄渌鼘嵤├?，該 第二膜層321也能連同該電子組件層33以晶圓黏合方式形成于該第二表面302上。而若 該電子組件層33也為所述SOI形式的集成電路時，則該第二膜層321也能以多層膜層的方 式加以構成。另一方面，于此實施例中，該第一膜層31也能以如上所述的單一介電質膜層的方 式來完成。而該第一膜層31的主要特征除在于提升對光信號的穿透與耦合效率外，其所具 有的折射率特性和設置于其上的該光波導結構36有所不同；也就是該第一膜層31的材料 的折射率需小于該光波導結構36的材料的折射率，以使穿透該第一膜層31而進入該光波 導結構36的光信號于其傳輸過程中，能被有效地局限于該光波導結構36中。于此實施例 中，如圖3A所示，該光波導結構36包含有一第一反射面363、一光波導結構主體360和一第 二反射面364，而光信號能以全反射方式于該光波導結構主體360中進行傳輸。進一步來說，于此實施例中，該光波導結構36的材料也為硅材質所構成，能和該 半導體基板30、該第一膜層31于同一半導體制程中以一體成型的方式加以完成。也就是在 該第一膜層31形成于該第一表面301上后，再以另一硅基材形成于該第一膜層31上，并以 半導體蝕刻方式作對應位置和形狀的蝕刻。于此實施例中，其蝕刻能分別形成出該第一反 射面363和該第二反射面364，且皆設計為能呈現(xiàn)出和該第一膜層31之間夾有45度的夾角 的斜面，而其余的部份則形成所述的光波導結構主體360。進而并在其外層涂上相關的反射 材料后，便可完成所述的該等反射面363、364。另外，該電子組件層33還包含有一光檢測單元35、一轉阻放大器電路38和一第三 膜層322 ；在此實施例中，類似地，該轉阻放大器電路38是設置于該半導體基板30的第二 表面302上，而該光檢測單元35則對應地設置于該轉阻放大器電路38上并作電連接。而該 第三膜層322的特性與設計也可和該第二膜層321相同；意即其為可提高對光的耦合與穿 透的單一介電質膜層或多層膜層，并以半導體制程在相鄰于該轉阻放大器電路38以及對 應該光檢測單元35的所在范圍和位置的設計下，形成于該第二表面302上。其中，所述的 光檢測單元35能以現(xiàn)有技術中的光接收二極管或光學接收器(Photodetector，簡稱為PD) 來構成，其主要的功能即用以接收后續(xù)對應反射而至的光信號01，從而將其轉換后作所需 的傳輸；而該轉阻放大器電路38則用以將該光檢測單元35所轉換的一第二電信號E2放大 后加以輸出。詳細來說，其整體模塊的相關組件或構造的配置，所述的第一反射面363和第二 反射面364分別位于該光波導結構36的第一端361和第二端362上，且該第一反射面363 和該第二反射面364的位置分別和該光源單元34、該光檢測單元35相對應。而由于在此實 施例中的該第一膜層31、該第二膜層321和該第三膜層322是采用具高穿透性的介電質膜層來完成，因而該光源單元34在以垂直角度或接近垂直的角度產(chǎn)生與發(fā)射出所述的光信 號Ol時，該光信號01便能分別對該第一膜層31、該第二膜層321或該第三膜層322加以穿 透。更進一步來說，所述第一膜層31、第二膜層321和第三膜層322皆能以多層或單一膜層 方式作設置，并還能將抗反射涂料(anti-reflection coating)設計于其間，從而可提高光 的穿透率，從而能增加對波長、入射角度或低極化選擇性(lowpolarization dependence) 的公差容忍度。換句話說，本發(fā)明的光學傳輸模塊3的運作，使該光源單元34將該第一電信號El 轉換成該光信號01后加以發(fā)射，而該光信號01便能依序穿透該第二膜層321、該半導體基 板30和該第一膜層31，并進入該光波導結構36的第一端361，進而能經(jīng)由呈現(xiàn)為45度夾 角的該第一反射面363的反射而形成垂直角度的轉折，而于該光波導結構主體360中進行 傳輸。其次，該光信號01進入該光波導結構36的第二端362并照射在呈現(xiàn)為45度夾角的 該第二反射面364上后作反射與轉折，使其光信號01便能依序穿透該第一膜層31、該半導 體基板30和該第三膜層322，而由該光檢測單元35接收。接著，并將該光信號01轉換成該 第二電信號E2后作進一步的傳輸，使其光路徑能在該電子組件層33與代表光子組件層的 該光波導結構36之間，產(chǎn)生于不同平面上完成傳遞的效果；也就是提供光信號在三維空間 下產(chǎn)生非共平面的轉折、反射與傳輸導向。于此實施例中，該第二電信號E2和該第一電信 號E1、該光信號01具有相同的傳輸內容。請參閱圖3B為所述的光信號01的反射與傳輸?shù)氖疽鈭D。如該圖所示，其中光信號 01的路徑是以上述方式于該光波導結構主體360中進行傳輸；而以此方式的傳輸效果，使 其光路徑能和該光波導結構主體360的導向方向以相互平行的方式作傳遞。但因為該光源 單元34所發(fā)射的光信號并不一定會以完美的垂直方式加以發(fā)射，而可能具有一小角度范 圍內的發(fā)散。如該圖3B所示，兩光路徑01a、Olb便不是以垂直方式進入其第一端361中， 使其在第一反射面363上的反射便非呈現(xiàn)為90度。然而，由于此種狀況所形成的反射在照 射于該光波導結構主體360的內側上的入射角度已夠大，也就是已能相對于下方的第一膜 層31或上方的空氣達到或超過全反射條件的臨界角，使得此種光在行進時能以全反射方 式于該光波導結構主體360內進行傳輸，進而再經(jīng)由該第二反射面364的反射后提供對其 光信號的接收運作。本發(fā)明所采用的該第一膜層31的折射率便必須小于該光波導結構36 所使用的硅材料的折射率。而關于該光波導結構36的形狀設計，可在相鄰于其第一端361上的該第一反射面 363和第二端362上的該第二反射面364來建構于兩旁上的側面或銜接面。請參閱圖3C為 該光波導結構36于其第一端361上的剖面示意圖；而相同的構造也可于其第二端362上作 呈現(xiàn)。如該圖所示，該光波導結構36兩旁的側面呈現(xiàn)出相對的斜面設計，使其整體的外部 形狀呈現(xiàn)為類似梯形的構造。而于此實施例中，所述的光信號主要會聚焦與集中在所設計 的兩反射面363、364上，且主要是以該光波導結構主體360內的上方處與下方處作全反射 傳輸。因此，就實施效果而言，本發(fā)明的光波導結構36整體的形狀設計并無太大的條件限 制，只要能針對45度夾角的兩反射面363、364作對應面積大小的形成，并于兩旁建構出相 對的側面或銜接面以使其光信號能于其內作全反射即可。承上所述，本發(fā)明的 光學傳輸模塊3能應用于一印刷電路板(未顯示于圖式)上 的設置，而該印刷電路板并能和光學傳輸模塊3中的該電子組件層33完成電連接，而能提供所述的第一電信號El以供其接收和轉換；并能接著接收后續(xù)所傳輸而至和作對應轉換 的該第二電信號E2，從而能將其作進一步的傳輸或應用。光學傳輸模塊3可為于該印刷電 路板上的各單元、芯片或集成電路間的一種信號連接構造，從而能以光的形式來完成信號 傳輸?shù)哪康呐c效果。更進一步來說，本發(fā)明的光學傳輸模塊3能直接完成于一芯片(未顯 示于圖式)中；針對如先前技術所述的于系統(tǒng)單芯片(SoC)或中央處理器中的多核心設計， 其每一核心間的聯(lián)系或傳輸路徑便可采用其光學傳輸模塊3的架構加以連結，從而能于芯 片內(Intra-Chip)以光的形式完成信號傳輸?shù)哪康呐c效果。由于在本發(fā)明的電光信號或光電信號的轉換與傳輸上，需避免光信號 于傳輸過程 中受到相關的電磁或電氣效應的干擾，因此，本發(fā)明的概念還可基于上述第一實施例的方 式作相關的實施變化設計?，F(xiàn)以一第二實施例進行本發(fā)明的實施說明。請參閱圖4為本發(fā) 明所提出的一光學傳輸模塊3a的剖面示意圖。于此一變化設計中的相關單元和上述第一 實施例相同，但其中形成于半導體基板30的第二表面302上的一第二膜層32延伸擴展至 整個電子組件層330。類似地，此實施例中的電子組件層330是以其第二膜層32形成于該 第二表面302上，而電子組件層330的其它相關單元，則是先將其驅動電路37和轉阻放大 器電路38設置于該第二膜層32上后，再于對應的位置上將該光源單元34和該光檢測單元 35作設置。承上所述，于此實施例中，該第二膜層32的特性與設計也可和第一實施例的相關 膜層相同；意即其為可提高對光的耦合與穿透的單一介電質膜層或多層膜層。且該第二膜 層32除具有對光的高穿透性、耦合效率與抗反射性外，由于該第二膜層32能對該電子組件 層330中的其它相關單元與諸如半導體基板30的光路層間形成有效的隔離作用，因而使得 該第二膜層32能產(chǎn)生有效的電絕緣效果和阻絕信號泄漏的功能。而該第二膜層32的設置 于此實施例中，也能以半導體制程直接形成于該第二表面302上；或者，該第二膜層32能連 同該電子組件層330以晶圓黏合方式形成于該第二表面302上。本發(fā)明的光學傳輸模塊不需于其結構內設置出如先前技術所述的垂直穿孔，而是 直接以光的形式穿透硅材質的基板，從而避免了相關現(xiàn)有模塊對其垂直穿孔設置上的困難 制程。其次，本發(fā)明的光學傳輸模塊于主要的傳輸過程中皆是以光的形式在進行，包括于硅 基板中的穿透過程；如此，除了可增加整體的傳輸速度外，也能避免如先前技術中的以金屬 線路來傳輸電信號時所可能產(chǎn)生的信號衰減、泄漏，或受相關環(huán)境的干擾和影響等不利因 素，使其光信號形式的傳輸效果更佳。另外，本發(fā)明的光學傳輸模塊在其電子組件層與光子 組件層間的結合，也能先分別以各自的制程來完成后再以黏合的方式作鍵結；相較于先前 技術的相關模塊而言，本發(fā)明的光學傳輸模塊的制程較為容易，同時也無需對其電子組件 層作復雜的調整；且對其硅基板或整體模塊的體積設計，也能較以自由空間結構作設計的 現(xiàn)有模塊來的小。上述的兩實施例是以發(fā)射出至少一個光信號和由至少一個光波導結構進行對應 傳輸作實施說明；而于其它實施例中，可將其加以變化，而在對應的模塊上產(chǎn)生多個光信號 以及由對應數(shù)目的光波導結構來作傳輸。進一步來說，本發(fā)明的光學傳輸模塊可應用于對 多個電信號的接收與傳輸，并可由對應數(shù)目的光源單元加以轉換和發(fā)射，再以位置相對應 的光波導結構作反射、傳輸后由對應的光檢測單元進行接收和轉換。另一方面，上述兩實施例的光學傳輸模塊中的電子組件層為以互補式金屬氧化半導體(CMOS)制程所完成的一種集成電路層(IC)，而由相關的驅動電路和轉阻放大器電路、光源單元和光檢測單元對指定的電、光信號進行對應的運作。而此一集成電路層除了所述 的CMOS制程外，也能以其它可構成集成電路形式的制程來完成。而針對將本發(fā)明的光學傳 輸模塊進行于系統(tǒng)單芯片(SoC)的芯片內(Intra-Chip)的應用時，其集成電路層也可將具 有運算功能的部份整合于其中，例如整合于其驅動電路或轉阻放大器電路中，而能將不同 線寬或制程的電路、光路結構完成于同一硅基板上，進而整合成為一單石(monolithic)的 光電組件，使得電子組件層能同時具有驅動功能與運算功能以提供高效率的光學傳輸。根據(jù)上述兩實施例的概念與模塊架構，為使光信號能于其芯片內或印刷電路板 等相關應用環(huán)境中完成指定或所需的位置、目標的信號傳輸，還可將本發(fā)明的光學傳輸模 塊作相關的連接配置與變化，使得光信號能不僅只以如上述兩實施例所揭露的方式進行傳 輸。如圖5A所示為將兩光學傳輸模塊3、3’作搭配的示意圖；在此一設計中，是將兩個相同 的光學傳輸模塊3、3’ (以第一實施例的光學傳輸模塊作舉例說明)以相互平行的方式作搭 配，因而其兩光波導結構36、36’也相互平行。類似地，由光源單元34將第一電信號El轉 換成光信號01后發(fā)射，并由光波導結構36作傳輸以及由光檢測單元35接收與再轉換成第 二電信號E2。如圖所示，由于此設計能將轉阻放大器電路38和另一驅動電路37’作電連 接，因而該第二電信號E2便能直接對其作傳輸，而再由另一光源單元34’根據(jù)其進行轉換 與發(fā)射。光信號02、01以及電信號E2、El,以至于是后續(xù)光檢測單元35’及轉阻放大器電 路38’所輸出的一第三電信號E3，都具有相同的傳輸內容。承上所述，根據(jù)這樣的架構，所需傳輸?shù)膬热荼隳芙?jīng)由多次的光電轉換與傳輸后 加以延伸傳輸至指定的目標。而除了上述的平行配置外，還可將相關模塊以垂直配置的方 式來作建構。如圖5B所示為將兩光學傳輸模塊3、3’作另一搭配的示意圖；而在此一設計 中，則是將兩個相同的光學傳輸模塊3、3’以相互垂直的方式作搭配，因而其兩光波導結構 36,36'也相互垂直。其運作和圖5A類似，但其中由于轉阻放大器電路38和另一驅動電路 37’間的電連接呈現(xiàn)為垂直，因此所產(chǎn)生的第二電信號E2便是透過其間對應的電路或接線 來進行傳輸，從而再由該光學傳輸模塊3’進行另外的光電轉換與傳輸。在此一設計中，最 后的第三電信號E3便能和原先的第一電信號El以呈現(xiàn)相互垂直的形式完成傳輸；更進一 步來說，若同時能搭配上述圖5A所示的設計時，將信號往指定目標上進行傳輸?shù)哪康谋憧?更有效地達成。綜上所述，本發(fā)明的概念能有效地解決先前技術中所提及的相關問題，并改善現(xiàn) 有光學傳輸模塊的相關缺失；且進而還能利用本發(fā)明所提出的光學傳輸模塊的架構作多元 的應用與配置，使得光電轉換與信號傳輸能夠有效地完成，從而能成功地達到本案發(fā)展的 主要目的。以上所述，僅是本發(fā)明的實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本 發(fā)明已以實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫 離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化 的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
一種光學傳輸模塊，應用于對一第一電信號的轉換與傳輸，該光學傳輸模塊包含有一半導體基板；一第一膜層，形成于該半導體基板的第一表面上；一電子組件層，形成于該半導體基板的第二表面上，用以將該第一電信號轉換成一光信號后發(fā)射；以及一光波導結構，形成于該第一膜層上，該光波導結構包含有一第一反射面、一光波導結構主體和一第二反射面；其中該光信號能穿透該半導體基板和該第一膜層而進入該光波導結構，并經(jīng)該第一反射面的反射而于該光波導結構主體中傳輸，再經(jīng)該第二反射面的反射而穿透該第一膜層和該半導體基板而由該電子組件層接收，進而將該光信號轉換成一第二電信號后傳輸。
2.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該半導體基板為一單晶硅基板。
3.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有一光源單元， 用以將該第一電信號轉換成該光信號后發(fā)射。
4.如權利要求3所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光源單元為一發(fā)光二極管、一半 導體激光器或一垂直腔面發(fā)射激光器。
5.如權利要求3所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該第一反射面是位于該光波導結 構的第一端上，且該第一反射面的位置和該光源單元相對應。
6.如權利要求3所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有 一第二膜層，形成于該半導體基板的第二表面上，用以提供抗反射；以及一驅動電路，形成于該半導體基板的第二表面上并相鄰于該第二膜層，用以通過傳輸 該第一電信號以進行驅動；其中該光源單元對應該第二膜層而設置于該驅動電路上并和該驅動電路完成電連接。
7.如權利要求3所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有 一第二膜層，形成于該半導體基板的第二表面上，用以提供電絕緣；以及 一驅動電路，形成于該第二膜層上，用以通過傳輸該第一電信號以進行驅動； 其中該光源單元設置于該驅動電路上并和該驅動電路完成電連接。
8.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有一光檢測單 元，用以接收該光信號并將該光信號轉換成該第二電信號后傳輸。
9.如權利要求8所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光檢測單元為一光接收二極管 或一光學接收器。
10.如權利要求8所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該第二反射面是位于該光波導結 構的第二端上，且該第二反射面的位置和該光檢測單元相對應。
11.如權利要求8所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有 一第三膜層，形成于該半導體基板的第二表面上，用以提供抗反射；以及一轉阻放大器電路，形成于該半導體基板的第二表面上并相鄰于該第三膜層，用以將 該光檢測單元所轉換的該第二電信號放大后加以輸出；其中該光檢測單元對應該第三膜層而設置于該轉阻放大器電路上并和該轉阻放大器 電路完成電連接。
12.如權利要求8所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層包含有一第二膜層，形成于該半導體基板的第二表面上，用以提供電絕緣；以及一轉阻放大器電路，形成于該第二膜層上，用以將該光檢測單元所轉換的該第二電信 號放大后加以輸出；其中該光檢測單元設置于該轉阻放大器電路上并和該轉阻放大器電路完成電連接。
13.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光波導結構為一硅材質，而該 第一反射面、該第二反射面分別和該第一膜層夾有45度的夾角。
14.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光信號為可于硅材質中進行傳 輸?shù)慕t外光。
15.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該第一膜層的折射率小于該光波 導結構的折射率。
16.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光信號經(jīng)該第一反射面的反射 后，以全反射方式于該光波導結構主體中進行傳輸。
17.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光波導結構和該半導體基板為 一體成型，而該第一反射面、該第二反射面能以半導體蝕刻方式完成。
18.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層為以互補式金屬氧 化半導體制程所完成的一集成電路層。
19.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該電子組件層以晶圓黏合方式形 成于該半導體基板的第二表面上。
20.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光學傳輸模塊是應用于一印刷 電路板上的設置，該印刷電路板并能和該電子組件層完成電連接，而提供對該第一電信號 和該第二電信號的傳輸。
21.如權利要求1所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該光學傳輸模塊完成于一芯片中。
22.如權利要求1、6、7、11或12項所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該第一膜層、該第 二膜層或該第三膜層為單層膜或多層膜，用以提供抗反射和增加穿透率并提升對波長、入 射角度或低極化選擇性的公差容忍度。
23.如權利要求6、7、11或12項所述的光學傳輸模塊，其特征在于，該驅動電路或該轉 阻放大器電路并可利用系統(tǒng)單芯片方式與對應的集成電路層整合，而具有運算功能與驅動 功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學傳輸模塊，應用于對一第一電信號的轉換與傳輸，該光學傳輸模塊包含有一半導體基板；一第一膜層，形成于半導體基板的第一表面上；一電子組件層，形成于半導體基板的第二表面上，用以將第一電信號轉換成一光信號后發(fā)射；以及一光波導結構，形成于第一膜層上，該光波導結構包含有一第一反射面、一光波導結構主體和一第二反射面；其中光信號能穿透半導體基板和第一膜層而進入光波導結構，并經(jīng)第一反射面的反射而于光波導結構主體中傳輸，再經(jīng)第二反射面的反射而穿透第一膜層和半導體基板而由電子組件層接收，進而將該光信號轉換成一第二電信號后傳輸。
文檔編號G02B6/42GK101872043SQ20101020388
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權日2010年6月12日
發(fā)明者伍茂仁, 盧冠甫, 常振宇, 張家齊, 張彥中, 李韻芝, 沈帛寬, 蕭旭良, 藍孝晉, 陳進達 申請人:伍茂仁