CN101147088A

CN101147088A - 光学耦合至ic芯片

Info

Publication number: CN101147088A
Application number: CNA2006800091019A
Authority: CN
Inventors: 爱德华·J·佩伦; 格雷戈里·L·沃杰西克; 劳伦斯·C·韦斯特
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: US20060239605A1; WO2006088859A3; US7298941B2; TW200636312A; WO2006088859A2; KR20070110882A; CN101147088B

Abstract

一光电电路，包括：一IC芯片，其由一基材制成，且基材中制作有一光波导与一镜子，且该基材具有一第一镜片形成于其上，其中该镜子与该光波导相对准，且该第一镜片与该镜子相对准，以形成一连接该第一镜片、该镜子、以及该光波导的光路径；以及一光耦合器，其包括一第二镜片，且该光耦合器被固定至基材上，且被定位成使该第二镜片与该第一镜片相对准，以将一光信号耦合入或耦合出位于该IC芯片中的该光波导。

Description

光学耦合至IC芯片

本申请还要求享有2005年2月16日提交的美国临时申请No.60/653,432的权益，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明主要涉及一种光信号的耦合入与耦合出IC芯片。

背景技术

半导体的制造技术朝向找出能在同一芯片中结合电信号与光信号的方式发展。组合该两项技术的推力部分是因为光信号本身相较于电信号较有先天的优势，这是就将信息分布于整个IC芯片以及就芯片之间沟通而言。可能是一些早期商业实施中的一种应用包括利用光信号来分布时钟信号于一个非常大的IC芯片中，例如一微处理器。这是因为光信号的典型特征在于具有一较小的歪斜(skew)，且其较不能接受颤动以及其它电信号所要变换成的信号的失真，尤其是在现今考虑作为IC芯片设计的纳米等级。

以一种商业可用且涉及具有竞争性的制造成本的方式来将光信号送入或送出IC芯片乃是该产业如今所面对的一种挑战。在此所述的一些实施例将提出一些对于此项挑战的解决方案。

发明内容

整体而言，在一方案中，本发明的特征在于一光电电路，其包括：一IC芯片，其包含一基材，且基材中制作有一光波导与一镜子，且该基材上具有一第一镜片形成于其上，其中该镜子与该光波导相对准，且该第一镜片(lens)与该镜子相对准，以形成一连接该第一镜片、该镜子、以及该光波导的光路径；以及一光耦合器，其包括一第二镜片，且该光耦合器被固定至基材上，且被定位成使该第二镜片与该第一镜片相对准，以将一光信号耦合入或耦合出该IC芯片内的光波导。

其它实施例包括下列特征的其中之一或多者。该基材也包括一制造于其中的微电子电路。该光耦合器由一相对于该光信号的波长透明的材料所制成。该第二镜片为该光耦合器整个形成的一部分。该微电子电路被制造在该基材中的一第一层，而该光波导与该镜子被制造在该基材中的一第二层，且第二层在该基材内而位于该第一层下方。该基材具有一背侧，且该第一镜片形成在该基材的该背侧上。该光耦合器被固定至该基材的背侧或前侧。或者，该第一镜片形成在该基材的前侧上。在该例中，该IC芯片还包括一反射区，其形成在该基材的该背侧上，该第一镜片、该反射区以及在该光波导中的该镜子，沿着该光路径而相对准，且该反射表面位于该第一镜片与该镜子之间。该光电电路也包括一连接至该光耦合器的光纤，其中该光耦合器、在该基材的背侧上的第一镜片、以及该镜子一起光学地耦合该光纤与该光波导。

一些其它实施例也包括一或多个以下特征。该第一与第二镜片界定一光轴，且其中该光耦合器包括一镜子与一耦合表面，该耦合表面抵接该光纤，且其中该光纤横向对准该光轴。该耦合器包括一具角度的表面与一沉积在该具角度表面上的金属膜，以形成该在该光耦合器中的镜子。该光耦合器包括一安装结构。该安装结构包含一管状延伸物，其环绕并远离该在该光耦合器中的第二镜片而延伸，且其末端界定有一平坦表面抵靠IC芯片的平坦表面。包括一体成形的第一镜片的该光耦合器由玻璃(例如模制玻璃)或模制塑料所制成。该光电电路还包含一环氧树脂或—金属化物，用以将该光耦合器黏结至该基材。该基材由硅制成。该基材还包含一基座，其远离该背侧而延伸，且在基座的一末端上形成该第一镜片。该光电电路还包含一芯片载架和/或一AR膜，该IC芯片以倒装芯片方式装设在该芯片载架上该AR膜沉积在该光耦合器中的该第二镜片上。该光电电路还包含一AR膜，此膜沉积在该第一镜片上。

一些其它实施例还包括一或多个以下特征。其中该光耦合器包括一圆柱形延伸部，且该耦合表面位于该圆柱形延伸部的其中一端。该光纤呈熔融迭接在该耦合表面上。该第一镜片经由蚀刻该基材而形成。该镜子定向成相对于光轴约45度角。该第一镜片为一对焦镜片，其定位成将所接收到的已准直光束，对焦至该光波导中。该第二镜片为一准直镜片，其用以将所收到的光束加以准直，并将已准直的光束送至该第一镜片。该光耦合器包括一整合式光源。该光源包含一激光，其产生该光信号，还有一转向镜，其将来自该激光的该光信号转向至该第二镜片。可选地，该光电电路还包含一光源，其装设在该光耦合器上，其中在操作期间，该光源会产生该光信号。

大体上，在另一方面，本发明特征在于一种光电电路，其包含：一IC芯片，其包含一基材，基材中制作有一光波导阵列与一镜子阵列，且该基材具有一第一镜片***形成于其上，其中该镜子阵列的每一镜子与该光波导阵列的一相对应的不同光波导相对准，且该第一镜片***与该镜子阵列相对准，以形成一连接该第一镜片***、该镜子阵列以及该光波导阵列的光路径阵列；以及一光耦合器，其包括一第二镜片***，且该光耦合器被固定至基材上，且被定位成使该第二镜片***与该第一镜片***相对准，以将一光信号耦合入或耦合出该位于该IC芯片中的光波导阵列。

其它实施例包括一或多个以下特征。该第一镜片***为一第一镜片组件阵列，该第二镜片***为一第二镜片组件阵列。该第一镜片组件阵列的每一镜片组件与该第二镜片组件阵列的一相对应不同镜片组件相对准。该第二镜片组件阵列为该光耦合器整个形成的一部分。该基材具有一背侧，该第一镜片组件阵列形成在该基材的该背侧上。该光耦合器被固定在该基材的该背侧。

在此所述的光耦合组态包括在IC结构外部以及整合至IC结构两者的光组件。其提供一由光源或光纤至该IC波导的光耦合。同样地，相同光耦合组态用以提供一由IC波导至一外部波导或不同IC的波导的光耦合。可以制造一种包括一接引有光纤的准直镜片安装结构次组合的光耦合组态，也称之为：“表面安装光耦合器(Surface Mount Optical Coupler)”或“SMOC”，其成本相当低，且可调整尺寸以供对IC制造的高容量光耦合，且可与光学设计兼容以耦合至具有本揭露所述IC耦合光学的IC波导上。

在此所述的一些观念可用来设计该光耦合对准与附接程序，其与利用倒装芯片自动组装设备的表面安装组合的电子工业自动化组装程序设备兼容。同样地，有些SMOC的特定实施例有可能在次组合的光耦合上作各种变更，其可以大大地补偿该SMOC相对于IC背侧镜片的横向位移。这样的补偿需要该光束在该SMOC的输出上并没有完美地准直，因而在光纤与波导处的图像部位的光束倾角与定位误差，可以经由SMOC的横向位移而受到补偿。愈小准直的光束，SMOC所需要的用以补偿该光学***的其它组件中的横向倾斜与定位误差的位移就愈小。因而需要作一仔细的分析，用以决定一吻合该***所要的容忍度范围的最佳非准直或光束分散/收敛。在该例子中，该SMOC的设计与组装处理方法可以确保不会发生该SMOC相对于IC光学的倾斜而降低光耦合之事。这些在此所述的优点，当组合在一起时，即可得到一就光耦合至IC而言为高容量的生产解决方案。

利用两个镜片，其中之一在耦合器上且另一个在IC上，将因为较大的光束直径而可以有较大的定位容忍度，也即介于在进入IC波导的“对焦镜片”与来自光纤的“准直用镜片”之间的该多个已准直或假准直光束。光耦合对准容忍度就400μm光束直径而言约20μm，且可预期得到就100μm光束而言，将是5μm。此外，通过在晶圆级制造中将对焦镜片整合至IC，将可以减少材料单(Bill ofMaterials，BOM)和这镜片的组合对准及附接成本。

选择一具有较小直径的准直光束，将可以得到一较短的光列长度，以及较小的IC背侧散热座(heat sink)上所占面积。这样从光学观点来看也具优点，因为该对焦镜片相对于IC波导有较近的接近(部份是因为IC晶圆薄化因素)，而这也产生了一小于一般(传统光电装置是400～800μm)的已准直光束直径。

至少在此公开的一些所述实施例提供一种用以光耦合至位于整合芯片中的光波导的手段，其具有低的组件制造成本，且具有一兼容于高容量生产组装的组合。对于一些这些***而言，理论上的光耦合效率为96％。所揭露的各种设计特征一在生产环境中将可以实现高光耦合效率。

至少一些所述***的光耦合不会对光的偏极化状态或光的波长有所敏感。因此，偏极化依附损失(polarization dependent loss，PDL)以及偏极化模式分布(polarization mode dispersion，PMD)将不会是一些所述光耦合***的限制因素。同样地，至少一些所述光耦合***的性能也不会敏感于光通讯中任何波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)组态中所用的特定波长。

应了解的是，用在一种至平面型波导的非平面耦合用的具竞争性光耦合组态，其中该平面型波导是基于衍射光栅或光子结晶耦合技法，将非常敏感于偏极化状态与光的波长。该光耦合的偏极化状态及波长依附关系，将损坏所完成的光耦合***的性能。

本发明的一或多个实施例的细节，将在附图与以下的说明中作描述。至于本发明的其它特征、目的、以及优点将由该说明与附图以及权利要求书而相当明显。

附图说明

图1为一被装在IC芯片背侧的SMOC的其中一实施例的示意图；

图2为一被装在IC芯片背侧的SMOC的另一实施例的示意图；

图3为一被装在IC芯片背侧的SMOC的另一实施例的示意图；

图4A和4B分别显示一SMOC的示意图的侧视与仰视图；

图5A为一与一IC镜片组和IC波导相对齐且经由环氧树脂附着至IC、背侧的塑料SMOC的截面图；

图5B与5C显示出图5A中所述塑料SMOC的两个透视图；

图6为一通过硅一微机工艺序被制造在硅当中的SMOC；

图7A-E图表示一用以制造光波导中的镜片的程序的流程图；

图8A-C显示出另一种将光信号耦合入或耦合出IC芯片中的光波导的几何配置；

图9为一被固定至一SMOC的光信号源的示意图；

图10A图为一用以将光耦合至该IC波导、光纤、或其它波导的激光源的“零准位封装”示意图；

图10B图为一用以将光耦合至该IC波导、光纤、或其它波导的激光源的“零准位封装”的另一实施例的示意图；

图11显示出一其中多个激光源经由一单镜片***而被耦合至该IC芯片中的多个不同光波导的实施例；

图12显示出一其中一阵列光源经由一相对应的单镜片***阵列而被耦合至该IC芯片中的多个不同光波导的实施例；

图13绘示一利用一衍射光栅作为转折镜的自由空间光学复用；

图14图解地绘示一供光纤到户(FTTH)被动光学网络(PON)使用的SMOC双向性复用器(multiplexer)组态；

图15描绘一真空取放工具头，其用以将该SMOC平板压向IC的背侧以进行对齐与附着处理的具有一球端致动器。

具体实施方式

结构：

本文描述一些实施例，其代表各种用以将光信号耦合至各已经被制造在IC芯片上或其中的光波导的结构。大体上，在这些实施例中，对IC波导的光耦合经由将一光束(可以是一发散光束、一收敛光束、或一准直(collimated)光束)导向至一些被制造在且整合在IC芯片(也即硅基材)的背侧的硅镜片而达成。在至少一些所述实施例中，该光束将是一实质准直的光束。接着，该多个硅镜片会经由一位于该IC波导上的45°镜子而将这些光束聚焦在该IC波导中。位于该外部光学与IC光学之间的准直光束会通过干燥空气。该准直用镜片与该硅聚焦用镜片两者都具有一抗反射(anti-reflection，AR)涂层，用以使光耦合损失降低。

其中一实施例被绘示在图1中，其显示出一IC芯片10，此芯片经由一球状栅格阵列(ball grid array，BGA)14而被倒装芯片式地装设在一芯片载架12上。通过使用已知的技术，例如使用一揭露在标题为“Optical Ready Wafers(光妥适晶圆)”的U.S.S.N.10/280492中的技术，一光波导16能够被制造在该芯片的前侧。波导16可以被制造在该芯片中与其它也被制造在该芯片的前侧的微电子(例如CMOS)电路(未显示)同层的位置中；也可以是被制造在一位于该微电子电路所在层下方的一层当中。光波导16表示一种光信号分布网络，其用以将光时钟信号或其它光信号分布至该微电子电路，或分布来自该微电子电路的光时钟信号或其它光信号。为简略起见，此一光信号分布网络被显示成一单一光波导，然而实际上其较可能是一用以分布该多个光信号的复杂排列光波导。在光波导16的其中一端，有一镜子18被制造在该波导中。镜子18用以将一来自该芯片的背侧的光信号重新导向至该波导，或者将来自该光波导的光信号重新导向出该芯片的背侧。在芯片10的背侧上，有一聚焦镜片20，其被制造成一整合于该芯片的一部分。镜片20与镜子18相对齐。

固定至芯片10的背侧且与镜片20相对齐的是一准直镜片次组合或是表面安装光耦合器(surface mount optical coupler，SMOC)22。其为整合式制造而成的结构，包括有：一准直镜24；一与准直镜24的光轴28呈45度角的镜表面26；一短且棒状的延伸部30，其具有一位于暴露端的平坦光表面32；以及一圆柱状支撑或管状延伸部34，其相对于该芯片10的背侧而支撑并对齐该次组合。与该延伸部30的平坦光表面相抵接的是一光纤柔引线(pigtail)38，其特征在于包含有一光纤芯40，且围绕该光纤芯40的是一光纤包盖42，此光纤包盖42再为一保护该内结构的光纤缓冲层44所围绕。一聚合物筒靴部(boot)46环绕该光纤柔引线38的端部以及部分延伸部30，用以提供将该组合锚定至芯片载架12的一延伸臂50的工具，并用以保护该光纤避免其在手持时受到损坏。聚合物筒靴部46经由低系数黏着物而被固定于该芯片载架的侧壁。当镜片次组合22被装在芯片10的背侧时，其准直镜24与聚焦镜20相对齐，且隔着一分隔彼此的中间空隙39而彼此维持一预定距离。该在IC背侧上的准直镜组合的所占面积可以维持在小到0.5至1.0mm直径，其小到足以对该IC散热座冷却与局部热控需求产生一可接受的小冲击。

在所述的实施例中，该管状延伸部34的壁部厚到足以(例如150μm或更大)提供足够的机械稳定度，以稳固地容纳该光列(opticaltrain)。该镜片次组合安装面为该管部34的平坦端，其是抵接该IC芯片10的背侧的一环状表面，并且共圆心地与该IC芯片背侧的硅镜片20相对齐且环绕之。在该管状延伸部34的内侧壁与硅镜片20的外周缘之间的距离设计成允许有最佳的光耦合对齐。该管状延伸部的平坦端，也即安装表面，适于以环氧树脂黏着于IC背侧或是适于金属黏着(若两表面皆被金属化时)。该镜片次组合在该IC背侧上的安装占据面积缘于光学设计的本质而相当小。

一来自光纤柔引线38的分散光束，会经由延伸部30的光表面32而进入准直次组合22，并触及角镜表面26，此角镜表面26将该光束改向向下至准直镜24。来自镜片24的经准直之后的光(或实质上准直的光)会经过空隙39并进入聚焦镜20，聚焦镜20经由镜子18而将该准直光束对焦至光波导16，镜子18将聚焦后的光束改向至光波导16。

换句话说，来自光纤柔引线38的经调变的光信号，会进入该IC耦合光学(例如镜片20)而成为一准直光束。此一准直光束的大小被选择成恰好其定位容忍度相对于IC光学，在可用的标准电子自动组合设备诸如倒装芯片的定位容忍度范围之内。例如，一直径100μm的准直光束在高光耦合至IC波导时会有5μm至10μm的定位容忍度。该准直光束也被选择成小到足以最小化对IC散热座的影响。

由于该耦合光束(也即该由准直镜片24通到聚焦镜片20的光束)被准直，且该光耦合对该镜片次组合的Z轴对准(垂直于该IC背侧)并不敏感，因此在该IC背侧上的硅镜片20顶部，与该准直镜片24的表面之间，仅需要一最小的机械性间隙距离。此外，对该准直镜片安装结构中的光束改向90度，如图1所示，也减少了IC芯片背侧上供光纤柔引线所需的间隙高度。在此所述实施例中，在该IC芯片背侧上的镜片组合的总高度小于2mm。

当然，若镜片24所产生的光束并不是真的准直至在一些条件下所想要的，则对于该镜片的Z轴对准则有一些敏感。而且，如果该改向镜26没有使用，而是经由将该光纤柔引线38垂直定位而使来自光纤的光束直下导向准直镜片24的话，则将需要一大于20mm的间隙高度，以容纳光纤的最小弯曲半径。

供将这些光学组件安装至该IC上的构造被设计成一整合的组合，以减少次组合的BOM成本与组合成本。介于该镜片次组合管状安装壁与该IC背侧之间的黏接，提供了一介于该硅镜片20的曝露光表面与该准直镜片24之间的密封，进而避免其受到一些会降低光耦合的环境污染(例如灰尘、湿气、可压缩件、散热座热增加等)。若该安装结构是模制玻璃，则其附接至IC的方法可以是一金属性黏结，此方式可以产生一也为一密闭密封的准直光径的环境性密封。然而，其它黏结方法也可被使用且可能更好。例如，可以使用环氧树脂，其可避免在金属化过程中的较高成本，且可以避免一因金属性黏结至一薄且易碎的IC晶圆时所产生的弯曲应力所致破坏IC的危险。这些应力是因金属接合的高模数以及在金属融合温度下金属相对于IC晶圆的硅的不同收缩所造成的。

在所述实施例中，准直镜片组合22，包括镜片24与安装管34，由玻璃制成。玻璃有一些想要的特性，其有好的光传输性，其尺寸稳定，且可使用熔合接合以衔接光纤柔引线，其可接受一抗反射涂层在其镜片表面，且若想要金属黏结至IC背侧时可以在安装表面上使用金属化。此外，IC基材与准直镜片安装结构之间的热膨胀差异(例如硼硅玻璃的热膨胀系数(coefficient ofthermalexpansion，CTE)约为3.2ppm/℃，而硅的CTE则为2.6-3.3ppm/℃)可以通过标准的电子组装黏结程序与光电组装程序而被调和。

准直镜片次组合22通过使用一模塑程序来被制造，以产生一更清楚地显示于图4A与4B图中的形状。模塑玻璃镜片是一种常用的制造方法，且可以达成本实施例中的光耦合容忍度，且可改变大小以达成大量制造的较低成本需求。

光纤柔引线38通过熔化接合而被附接在该模制玻璃准直镜片与安装组合上。熔化接合程序为一种常用的光纤处理方法，其便宜且可以达到非常低的光耦合损失(通常对于单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)对SMF接合而言约0.03dB***损失)，且可以与自动化组装程序相整合。在所述实施例中，该准直镜片安装结构与柔引线(也即杆延伸部30)的衔接接口与柔引线中的光纤的包层外径有相同的直径，且其突出该安装结构的一侧边一足够的距离，其允许熔合电弧热可以触及该熔合接口。一标准的SMF包层外径为125μm，其决定了图4A-4B中所示熔合表面的直径(也即平坦光表面32的直径)。

除玻璃外的另一种材料，例如一塑料或聚合物，也可以用来作为该准直镜片与安装结构。塑料具有一优点，也即其可以更容易且更便宜地模塑成所要的形状。

图5A-5C显示一种与IC背侧镜片相对齐的柔引线化塑料SMOC500。SMOC500最好通过塑料射出微成型技术所制成。在这些图中，图5A显示出SMOC500的一截面图，其绘示出一与芯片10的背侧上的聚焦镜片20相对准的光耦合路径。SMOC500包含被硬的止动圆柱(或间隔环)510所环绕的准直镜片518。与该镜片518相对齐且从SMOC500的反侧延伸至SMOC500内的是一***式穴部520，其具有一涂覆有一反射材质(例如铝或其它金属)以形成一镜子的角度底部(45度)。另一***用穴部(也即光纤***用穴部506)形成于SMOC500的一侧壁上，且透过镜子522与镜片20相对准。光纤502被固定在光纤***用穴部506中。来自光纤502的光信号会被镜子522所反射，并通过准直镜片518，经过聚焦镜片20而进入IC芯片的背侧(当然，光信号也可行经相反方向，若适合的话)。

用以制造SMOC500的塑料材料可以是聚碳酸酯、例如Ultem^的聚醚酰亚胺(polyetherimide，PEI)，或是其它可射出成型塑料或热固型塑料。这些材料都相容于：薄膜蒸发与溅镀程序，其施加一抗反射涂层于该SMOC镜片表面；或是薄膜蒸发、溅镀、与电镀程序，其在SMOC转向镜上进行金属化，以防止该镜子的总内反射(total internal reflection，TIR)低落，使其免于一些例如灰尘微粒与热油脂等的环境污染；以及其在该SMOC上作金属化以供金属黏结至该IC表面。在整个施加环境暴露期间，这些涂层的黏着至该塑料SMOC以一般过程控制来确保。

塑料SMOC500相对于公知用以光耦合至单模光纤(single mode fiber，SMF)502的方法，结合了一些改进。在该SMF芯(通常为9μm直径)对SMOC镜片的光轴的对准可以达到0.1μm至2μm的侧向与纵深轴精准度，这是通过顺从式***该SMOC光纤***用穴部506中而达成。在此一程序中，一特定量的具有UV固化与二次加热固化性质的指数相匹配环氧树脂，从一分配注射器被射入该SMOC光纤***穴部506中。一具有125μm包层直径的典型SMF被剥掉护套的保护性缓冲外层涂层，且被剥开成玻璃纤维包层有一预设的突出物突出该护套。微粒与残砾(debris)在该光纤***SMOC之前，通过超声波溶剂清洗而被移离该剥开光纤头。该光纤头被***SMOC中的斜光纤***穴部506中，直到该光纤头接触到该光纤***穴部506的硬停止端508。随着该光纤头移入SMOC的斜光纤***穴部506中，该指数相匹配的环氧树脂504也会流入光纤包层的侧边，而使光纤头完全通过光纤***穴部506的硬停止端508。该硬停止端508与该光纤头可以稍微有角度，例如8度，以减少光***中的光逆反射。指数相匹配的环氧树脂504用以将该光纤包层、光纤缓冲器以及保护性光纤靴部(未显示)固定至该塑料SMOC上，而形成一光纤接线的SMOC。此一光纤***程序被设计成一种顺应式对准程序，其不需要该已组合且已接线的SMOC的光学测试，或是任何主动回馈装置来达成该光纤的光学对准。

由于该塑料SMOC的精密斜光纤***穴部的配合，以及维持该光纤***穴部容忍度的制造方法，容忍度有可能达成微米或次微米级的容忍度。这可通过利用一在该射出成型模中的精密钻石旋入物来形成该斜光纤***穴部而达成。通过此方法可以达成1μm至2μm的光纤***直径容忍度；相反地，现今的射出成型在最理想状况下顶多仅可以维持5μm至10μm的容忍度。该光纤的精密对准通过将该SMOC光纤***穴部的壁面，与该光纤包层的外径作三点接触而达成。此一在光纤***程序中供环氧树脂流过该光纤包层的三点接触与间隙，由一钻石旋转所制造出的“三叶(tri-lobal)”形状所形成。此三叶形状的短轴可以依所要的塑料压缩适性，而稍大于或稍小于该光纤包层的外径，而长轴则直径约155μm以允许有一30μm的间隙供环氧树脂流经该光纤包层。此一SMOC光纤耦合方法相较于现今方法可以减少装置耦合成本至少一个级数。

为达成无倾斜***，必须使该三叶形区域的长度长到足以确保该光纤芯对准该SMOC的光轴且无倾斜(例如100μm的长度提供该光纤的无倾斜***至该SMOC)。而且，若该光纤***穴部的喉部够宽，则可以完全地包住该光纤的保护缓冲层，这将防止玻璃纤维因弯曲与衔接***SMOC而破裂。例如，一直径446μm的光纤***穴喉部，将可容得下一具有245μm缓冲直径的标准光纤。此外，通过将光纤***穴部由该喉部向该三叶精准非倾斜长度扩口，光纤将不会受到阻碍，且可以避免在光纤***时与该SMOC光轴被动地对准。

SMOC500的最佳光耦合至IC波导有可能通过在SMOC镜片518***设一个精密结合的硬停止圆柱(或间隔环)510而达成。此一硬停止圆柱510并不仅作为SMOC镜片518与IC芯片上的硅镜片20之间的光束光径的保护性屏壁，也可消除SMOC对IC的组合倾斜。SMOC的黏结硬止挡(hard stop)510是制造来将一550μm的圆柱端的平坦度维持在1μm的容忍度。此一平坦度因为使用精密钻石旋转(turning)程序来制造该镜片以及在射出成型模中的硬止挡***物。

图5所示的实施例被最佳化，以供环氧树脂附接至IC背侧。在对准该IC背侧镜片之前，环氧树脂可以在定量与定位之下被施加于该镜片硬止挡510周围，但不会黏着于硬止挡内侧。此有一优点在于不会耗掉一昂贵的倒装芯片自动化组装站的循环时间。至于施加方法则可以是通过注射筒分配、β级黏着、墨水喷射式分配、或其它等。若使用墨水喷射分配技术，墨水喷射分配程序将被修改以供选择环氧树脂附着。此一修改可以包括使用额外的调配剂，例如供执行墨水喷射分配的溶剂，尤其是该等额外调配剂在环氧树脂UV固化之前为蒸发掉。

或者，该黏结黏着剂可以在SMOC500与IC镜片20对准之后才施加，如图5A的组态所示。在此一组态中，SMOC500是“干”地与IC镜片20相对准，其相对于IC芯片10的背侧被压平以消除SMOC500与光波导之间的光耦合的倾斜。黏着剂由一位于凹处开口519的注射器被分散而渗入位于SMOC底部与IC背侧之间环绕该硬止挡圆柱510的间隙空间。当SMOC500被推向IC背侧时，没有黏着剂会渗在SMOC硬止挡底下，或遮掩一介于SMOC镜片与IC镜片之间的光束路径。可选择具有快速渗透力的黏着剂以进行较快速的黏着剂分散。

若是要在该加上柔引线的SMOC已与该IC背侧对准之后才作环氧树脂配散的话，配散时间将相当重要，因为其会增加一昂贵的倒装芯片自动化组装站的循环时间。一些用以以对称且重复的量来快速配散环氧树脂的技术包括有：设一射出流放口519(如图5A)于SMOC下侧端部；设一环形倒置壕沟523于该硬止挡周围，供环氧树脂通过毛细管流动而充填；设一曲状表面于SMOC硬止挡与倒置环形壕沟的界面处，以促进快速毛细管流动；利用一接近SMOC侧部射出口的微注射器，来分送一重复量的环氧树脂至该射出口；利用一低黏性的环氧树脂；以及利用一球压法来确保SMOC已被压平于该IC背侧，进而确保不会有环氧树脂流入该硬止挡底下或该SMOC镜片上。

图5A中所示SMOC硬止挡间隙环的周遭形状被最佳化，其供黏着剂的毛细作用可以完全地、快速地、与对称地湿润该SMOC硬止挡。然后，黏着剂在原位通过一被导向SMOC与IC背侧间的间隙的高亮度紫外线(UV)照射所黏着，同时SMOC被紧紧地固持在其最佳对准位置。在完成该环氧树脂的一“快闪(snap)”固化之下，环氧树脂将会固持该光耦合对准，然后加于SMOC上的固持压力会被释放，且该光耦合后的IC/SMOC组合被移离该自动化组装站。可用该黏结用黏着剂的二次热固化，来固化一些被避开UV光的环氧树脂，以增加黏着强度。

快速的SMOC对IC的黏结时间是相当重要的，其符合一因该倒装芯片自动化组装设置的高摊还比率所致的光耦合至IC应用的低成本需求。对于环氧树脂快速“快闪”，通过高亮度UV曝光、较薄的黏结截面以及最小化的受遮黏着剂最佳化图5A所示的黏着剂黏结型态被最佳化。本型态可以达到一快达5至10秒的黏着剂固化时间。

在一表面黏着组装环境中，达成一可重复的对IC的光耦合的主要特征是SMOC500中位于45度转向镜522之上的穴部520。此一***穴部的中心被定于该SMOC镜片轴上，且被定于该SMOC硬止挡间隔环的中心上。该倒装芯片致动臂的端部被安装有一适当大小的金属球(sphere)或滚珠(ball)513，用以在该SMOC对IC的对准与衔接程序当中，按压于该SMOC镜子***物上。该倒装芯片自动化组装站的机械视觉可以将此金属球定位在该SMOC镜片光轴的10μm范围内。通过将该SMOC硬止挡间隔换固定地压向IC背侧，此金属滚球的施压于该位于SMOC顶部的环状镜子***物上，会使该SMOC座落于该IC背侧平面上，且在光耦合上没有倾斜。该IC背侧平面会因为一与光耦合容忍度有关的不同芯片载架尺寸，以及因为一黏结至芯片载架的球状栅阵列焊料所成的芯片残薄片(warpage)，而依组装的不同而变。

可以将一真空拾取工具与一球压工具相结合，其在组装对准与黏接程序中，只需要一个致动工具头。使用一个致动工具头，而不是两个，将可以产生一较快的组装程序循环时间。一结合有真空拾取部的球压工具头显示于图15中。其包含一个球状的圆化末梢工作端，且在其中间部位有一贯穿通道，供施加真空(以一向上的箭号表示)来拾取该SMOC，并在对其定位时将其拿住，再将其按压至该IC晶圆的背侧。

图5A所示的塑料SMOC形状可以为了射出成型程序而被最佳化，也即通过适当地设定侧倾斜(draft)角、退出梢、退出滑轨位置、射出入型口位置、以及侧容量溢流口。该塑料SMOC的形状被设计成尽可能对称，以减少一因模子冷却产生的塑料残薄片，并在整个对IC的黏结程序中、热循环中、湿气曝露、以及其它环境曝露中维持尺寸上的稳定性。

射出成型杆可以作为该光纤***程序中的抓持工具。由于SMOC很小，将需要复杂的工具夹具，来相对于该光纤尖端定位该SMOC，以作正确的***，且正确到被动性对准下的x，y，z轴的最小容忍度。通过大很多的射出成型杆，其附着至在射出口上的SMOC上，该SMOC与光纤头将可以被固持，被对准并紧压在一起，不管是手动或通过自动化取放设备。

图6显示一由硅微机械所制造的SMOC600的实施例。此一硅SMOC与塑料SMOC具有相同的功能性特征，包含：一准直镜片606(具有AR涂层)；一环绕该镜片606的精密平坦硬止挡间隔环610；一精密的斜状光纤***穴部602，供将一光纤芯被动性地对准该准直镜片606的轴；一45度转向镜604；以及一在SMOC600顶部且中心定位于该镜片606的光轴上的精密袋部(pocket)608，用以接收倒装芯片致动部的臂部金属球607，以将SMOC压向该IC背侧。图6也显示一SMOC对IC的金属黏结组态，其中在SMOC600的底侧以及硬止挡间隔环610的外侧有一焊垫612。SMOC600是由一上晶圆620所组成，该上晶圆620具有一斜光纤***V型槽630，此槽是蚀刻成的，且此上晶圆黏结至一下晶圆622的平坦上表面。环氧树脂628将光纤固持在穴部602中。制造出此结构的步骤进一步描述如下。

图6所示的组态可以用来将SMOC金属黏结至IC上，其需要焊料与一快速局部热源。焊料可利用一焊料预成形定位法、一焊料糊分配或筛选法、一焊料薄膜沉积法、一焊料电镀法而定量与定位地施加。焊料的快速局部化加热可以通过电阻性加热达成，例如厚膜或薄膜电阻组件，或是图案化于硅微机械化SMOC底侧或IC背侧上的电阻组件。在此例子中，在SMOC对IC的附着过程中，对这些电阻式加热组件需要用到电性探针接触。对焦后的红外线激光束的接触式加热方法，以及金属化的感应式射频(radio frequency，RF)加热法不适用，因为有可能损坏IC晶体管以及IC电路路径。

图6所示硅SMOC600的制造涉及下述程序：

1)以离开<100>平面为9.4度角切掉晶圆620，并沉积一SiN覆毯(blanket)掩模；以KOH测试非等方向性蚀刻，用以将晶体平面决定至比晶圆平坦边缘缺口更小的容忍度；

2)在水溶液KOH中对该上晶圆的顶侧作图案非等方向性蚀刻，以形成一精密的袋部608，其中心与SMOC镜片606的光轴相同，供接收倒装芯片致动器的臂部金属推球。

3)在水溶液KOH中对该上晶圆620的底(内)侧作图案非等方向性蚀刻，以形成一供光纤***用的斜角V形槽630、一沿该硅<111>平面的45度角转向镜604、以及一光纤***止挡。这需要晶圆的前侧与背侧的对准。

4)将该上晶圆620的底(内)侧的一45度角表面上，进行图案金属化，以形成转向镜604。

5)在一水溶液KOH中对该下晶圆622的顶内侧进行图案非等方向性蚀刻，以形成一光纤缓冲V形槽墙。

6)图案化该上晶圆下的底侧顶(内)侧45度转向镜的抗反射(AR)涂层(硅对环氧树脂)。

7)利用一供硅对硅晶圆熔合程序用的内对准标记，来将上晶圆熔合至下晶圆上。这一程序需要从该上晶圆620与下晶圆622的内表面将SiN蚀刻止挡材料除离。

8)图案化在该下晶圆622的底侧上的光阻，以形成SMOC镜片的阻剂圆(resist circle)。这需要晶圆的前侧与背侧的对准，热性重流阻剂以形成球形，干蚀刻阻剂以形成硅镜片与硬止挡间隔环。使用SiN蚀刻止挡(stop)以使硅镜片的形状被蚀刻成一在该晶圆表面下的凹状结构。

9)图案化该镜片606的底侧的抗反射(AR)涂层。

10)对该下晶圆622的底侧作图案金属化，以形成一环绕SMOC下侧的硬止挡间隔环610的焊垫612。

11)通过粒状切割，而从该熔合的晶圆堆栈中单分出SMOC，而曝露斜光纤***。

此一硅微机械化SMOC实施例相较于一射出成型塑料SMOC实施例的好处是：(1)SMOC与IC硅芯片间的热膨胀的匹配；(2)在SMOC与IC光学组件间提供一密封的光路径的能力。这两个实施例在SMOC对IC的附着上都可以使用金属黏结或黏着剂黏结。

将准直镜片结合入安装表面，与分别制造两种组件相较，可以减少制造成本，且完全消除一必须将镜片组合至安装结构上的成本，因为后者需要一些供硅光支路(Silicon Optical Bench，SOB)光电封装程序中所使用的现今技术方法，例如一具有V形槽、小凹洞、与座台的SOB。

另一实施例显示在图2中。其基本上与图1所示者相同，只差两个方面。第一，镜片20是位于一延伸于IC芯片10的背侧上的柱部；第二，准直镜片次组合22’的圆柱形管状支撑物34’比前面所述的实施例还长，以容纳该镜片在芯片背侧上方的高度。至于其它特征则都与前面所述者相同，因而标以一相同于图1的组件符号。

在图1所示的结构中，硅镜片在晶圆薄化程序之后形成；然而，在图2所示的安排中，硅镜片在该晶圆薄化程序之前形成。图1的结构并不限制晶圆薄化所能用的方法，因而允许使用较低成本的化学机械平坦化(ChemicalMechanical Planarization，CMP)晶圆薄化技术，再接着用大气下游等离子体(Atmospheric Downstream Plasma，ADP)干化学蚀刻(Dry Chemical Etching，DCE)来除掉CMP制造中的微裂痕。相反地，图2的结构则限制晶圆薄化所能使用的制造方法。只有那些可以维持一适当的硅镜片座台侧壁的方法可以使用，例如Bosch型工艺，或一连续式SF₆/C_xF_y等方向性蚀刻。

还有另一实施例显示于图3。其基本上与图1所示者相同，只差在一方面。也即镜片20凹入于IC晶圆背侧下，且SMOC镜片24位于IC背侧10上方。此一凹处在一同于形成硅镜片20的蚀刻程序中，通过增加一例如SiN蚀刻硬停止层(止挡)于IC背侧10上且图案化成环绕该镜片20，而同时形成的。该镜片20的凹处可以保护镜片表面，避免其在晶圆处理与CMP程序中受到损害。该镜片凹处也可以充填低折射率的材料，例如二氧化硅，且通过晶圆级沉积再接着平坦化。在此例中，镜片的光学特性将因此而被调整，介于硅镜片表面与二氧化硅凹处填充物之间的抗反射(AR)涂层也同。此外也需要一额外的AR涂层在该二氧化硅对空气的表面上。其它所有特征则与前面所述一样，因而给予相同于图1的组件符号。

图1所示的光学设计可以容纳一较短的对焦距离至该IC波导的45度镜，也即通过一更弯曲而具有更短焦聚长度的硅镜片，及/或一对于模式传播具有较宽可接收角的较小IC波导。然而，使用具有较短聚焦长度的硅镜片，将转化成使用一较小的准直光束于该IC与该耦合光学组件之间，这将增加这些有关于该光耦合用IC波导光学组件等光学组件的定位容忍度。一个具400μm的硅镜片聚焦长度与2.5μm乘3.0μm IC波导模式尺寸的一般设计，相当于在IC硅镜片外的100μm准直光束直径，这又对应于一对IC耦合光学的外部耦合光学而言的5μm至10μm定位容忍度。标准的电子自动化组装倒装芯片设备具有一5μm的定位容忍度，若以更高成本则可以获得一降至0.5μm的较高容忍度。

可用各种方法来增加IC波导喉部(也即波导的开口)的数值口径，或是对于传播耦合光的接收角，这是通过增加波导喉部附近的波导横截面，并隔热地将该波导锥化(tapered)至一较小的尺寸，以分布在该光可行基材(readysubstrate)。光对准容忍度是直接地正比于波导喉部横截面的尺寸，且较大的波导喉部允许较宽的各耦合光学组件的定位容忍度。IC制造的波导对于波导的锥化在尺寸上并不会被横向限制，这是因为横向尺寸被光刻术所界定，但纵向波导的锥化则因沉积制造而受到限制。用以增加波导喉部尺寸的方法，将因为如上所述供IC转向镜与IC镜片制造时所用选择性蚀刻工艺以及通过纵向波导之间的纤细耦合，而涉及已锥化的光阻重流中的三种尺寸特征的转换。

监视一由SMOC至IC的光耦合：

再参考图1与图2，为了有助于对准与附着程序，有一监视器光侦测件70被制造在该波导中。光侦测件70由已知的各技术所制成，一种例子描述在美国申请案10/856127号案中，标题为“Impurity-Based Waveguide Detector System(杂质为底的波导检测器***)”，其在此一并结合作为参考。该检测器对光信号波长会吸收，且其也会部分传送，因而其存在会导致一通到其它光学分布网络的信号的一小衰减，或是该波导对一终端光侦测件的抽头分光(tap split)。该芯片载架的接出脚(未显示)当中的两支接脚被电性连接至该检测器与供该光侦测件用的选择性集成电路放大器，因而可以被用来监视该检测器信号。通过将此信号送入一自动化组装移动控制器，即可在该上耦合单元永久地附着至该晶圆的背侧之前被理想地定位。这些检测器的接出脚也可以被结合至***自我监视功能，而提供一对于现场解决问题与诊断的进行。

另一种测量该由SMOC的光纤至该IC波导间的光学对准的方法是使用另一种位于波导末端的转向镜，或是一种在IC中位在该末端镜上方结合有准直镜的波导抽头(tap)。耦合至该IC波导的光线会从IC背侧(一般组态)的IC波导末端出去。离开IC背侧的光线易于利用一位于该出口准直镜片上的广域光侦测件来监视之。这种监视该由SMOC至IC波导间的光耦合的方法，并不需要使用IC的电输入/输出(I/O)接脚，这点对于现行IC技术中的IC以及芯片载架接出脚具有相当高的价值。

在这两种用以监视一由SMOC至IC的光耦合的组态中，光耦合信号可以被送至自动化组装移动控制器中，用以理想化该在将SMOC对准与附着至IC时的光耦合。调变后的光信号可以被用来改进这个回馈信号的噪声比。

制造：

大体上，制造一具有光耦合的IC芯片的制造，包括以下阶段。参考图7A，一光波导200的网络首先被制造在一硅基材202中，然后一层外延硅204长在基材表面，以覆盖住该光波导200网络(图7A)。用以制造这些埋入式光波导的已知技术例如在美国专利申请号10/280492中所述着，标题为“OpticalReady Wafers(光可行晶圆)”，在此引入其全文作为参考。在此次，光检测器区域也被制造入该波导中，利用的是例如先前所述描述于美国专利申请案10/856127号案中的技术，标题为“Impurity-Based Waveguide Detector System(以杂质为底的波导检测器***)”。

所产生出的结构包含一光波导网络，其被设于一覆盖在上的硅层的表面上或被埋入该层下方，该硅层则具有充分的质量来允许稍后利用传统的制造技术来制造微电子电路于其中。

参考图7B，一氮化硅屏蔽层208接着被沉积在晶圆上，且被图案化以界定开口210，开口上是供制造波导镜。一旦开口界定完成，利用干蚀刻来形成一些在硅中且位于开口部位的沟槽220(图7C)，这些沟槽被蚀刻向下至低于该多个波导。在此例中，干蚀刻程序是一种连续式SF₆/C_xF_y等离子体蚀刻或其它蚀刻化学，例如但不限于Cl₂/HBr蚀刻，其会切开屏蔽且形成一具有角度的壁部的沟槽。通过适当地选择蚀刻程序参数以及该结晶硅基材的定向，将可以控制所产生的壁部的角度。至于蚀刻化学与蚀刻程序的选择则要能在镜子上留下一光平坦表面，也即小于20nm的Ra表面粗糙度。

在形成沟槽220之后，蚀刻屏蔽208被除掉，且该多个沟槽以一低指数材料222回填，例如SiO_x(图7D)。最后，晶圆的前端被平坦化，以除掉一微电子将要被制造的区域中的氧化硅(图7E)。所产生的填有氧化硅的沟槽即于光波导的末端界定了具角度的壁部，其将作为镜子来发射。

在光波导镜制好之后，利用公知技术，例如CMOS制造技术，将微电子电路制造于该晶圆顶侧。之后，利用标准的接线后端(back end of line，BEOL)工艺，来互连该等被制造在晶圆顶侧的装置。

在此时，积体化的硅镜片通过任何一种已知的技术而被制造在该晶圆的背侧。其中一种是利用灰阶光刻技术加上晶圆薄化。硅镜片相对于IC波导中的光组件(例如45度镜)而被定位，且在光学设计x-y-z轴容忍度范围之内。通常，IC背侧的光刻图案化，需要通过一看穿基材法或其它对准程序法则，来对准IC前侧的标准点。红外线光刻为一种在该IC背侧制版对IC前侧标准点的对准中，达成所需要的对准容忍度的方式。

为了缩小镜片衍射特性其有较高的纯折射镜片的光耦合效率，可以减少灰阶光刻的步骤数。用以减少镜片灰阶步骤的方法包含光阻重流或其它方法。若蚀刻深度受到限制，镜片将是一衍射性Fresnel镜片设计。另一种在IC硅中制造这些镜片的方法是通过光阻圆形柱(circular post)的光刻图案化来达成，之后这些柱再被热重流而形成一在IC上的圆结构，且具有光学平坦表面。镜片的形状之后通过如上所述的蚀刻工艺，而由重流之后的光阻被转移至硅晶圆，而在硅中留下具有所要光学特性与质量的镜片结构，例如光学平坦度、没有光像差。

如先前所述，光学组件的制造可以在IC基材薄化之前或之后进行，IC基材的薄化量随着应用的不同而变，且在此所述的技术，允许进行光设计来容纳不同的IC厚度，并达成光耦合要求。IC基材被薄化基于供热传导之用与3D堆栈之用，将从最初的基材厚度在400μm至750μm之间薄化至50μm至300μm之间。

在制造完镜片之后，作一晶圆级的光学测试。此涉及将一宽且亮的光束照在晶圆上的背侧镜片上，同时探测该晶圆前侧，以检测光信号。

假设晶圆通过光学测试，晶圆之后即被分成各个IC芯片。每一IC芯片之后利用一球状栅阵列而被装在一芯片载架上，以对芯片上的各接垫作电性接触。有需要时，也可以在芯片的背侧上装设一具有一开口且此开口对准该积体化背侧镜片的散热槽。

最后，将SMOC准直镜片次组合与该镜片相对准，并利用一适当的黏结技术而将其固定至背侧上，例如环氧树脂或金属黏结。在此一程序中，可利用一由受偏压的IC监视器光侦测件所产生的测得电流信号的主动回馈，来适当地对准该次组合。

另一几何配置：

对于图1与图2的实施例而言，来自耦合器的已准直光信号，是直接通到一形成于芯片背侧的聚焦镜片。之后聚焦镜片再将光信号聚焦至一被埋入且位于IC 芯片的前侧附近的光波导中。然而，也可使用图8A-C所示的其它组态。

在图8A与8C中，整个聚焦镜片20被形成在IC芯片的前侧，而不是如前所述的背侧。在图8A的组态中，该准直用镜片次组合(未示)被装设在IC芯片的前侧，且与聚焦镜片20相对准。已准直光束会通过该聚焦镜片，此镜片将光束导向一形成于背侧的反射部(或镜子)。该镜子将光束反射回IC芯片的前侧，至一光波导中的镜子所在之处。就此组态而言，聚焦镜片的聚焦长度约为IC芯片的厚度的两倍。

在图8C的组态中，准直用镜片次组合(未示)被装设在IC芯片的前侧，且聚焦镜片20被形成在芯片的前侧。镜片20涂覆有一反射膜(例如金属沉积膜)，其在反射模式中作用。在芯片的背侧上，有另一反射膜，其形成一镜子150。来自镜片次组合的已准直光束会通过该背侧，并经该芯片而进入位于该芯片的另一侧上的镜片20。镜片20、背侧镜子150以及波导镜子18都是对准的，所以镜片20会将所反射的已准直光束，经由波导镜子18而聚焦至光波导上。在这组态中，聚焦镜片的聚焦长度约为IC芯片厚度的两倍。

在图8B所示的第三组态中，聚焦镜片20位于芯片的背侧，而准直镜片次组合(未示)则被固定在芯片的前侧。如同图8C中的组态，镜片20被涂覆有一层反射膜(例如金属沉积膜)，其在反射模式下作用。来自该镜片次组合的已准直光束，会通过该芯片的前侧，穿经该芯片而进入位于芯片另一侧上的镜片20。镜片20与波导镜子18相对准，其使镜片20将反射的已准直光束，经由波导镜子而聚焦在光波导中。在此组态中的聚焦镜片20的聚焦长度，与在图1所示组态中的镜片20所需要的聚焦长度相当。

光源：

图9绘示一实施例，其中有一光源被制造在一准直用镜片次组合122上。在一类似于前面所述的方式中，次组合122会附着至IC芯片(未示)的背侧。次组合122包括一准直镜片124与一环绕镜片124且具有一平坦表面125的圆柱形壁部134，该平坦表面上面供IC芯片的背侧安装。然而，在此例子中，并没有一光纤所要连接的延伸部，次组合124具有一平坦表面127，其上供一光源组合130固定于其上。光源组合130由一硅光学长条(silicon optical bench，SOB)132所制成，长条中带有一蚀刻入其中而形成一SOB穴部135的沟槽。沟槽通过执行例如一非等方向性侧壁硅KOH蚀刻而形成的。在此所述实施例中，蚀刻会产生一斜侧壁，此壁具有一54.7度的角度。在该具角度的侧壁138的其中的一上沉积有一金属膜(例如铝)，以形成一镜子136。在沟槽的底部，则有一光源140(例如一边缘发射激光二极管)被固定在一平台142的顶部，此平台定位该光源140，俾使从其而来的光线可以被镜子所转向至次组合122的准直镜124中。

在此所述实施例中的所以使用一边缘发射器(edge emitter)激光二极管，是因为边缘发射器通常会比其它光源提供更多的光能量。然而，并不限制可被使用的光源型式。若使用的是一垂直表面穴部发射激光器(vertical surfacecavity emitter laser，VCSEL)，则其将被直接定位在准直镜片底下，且在操作期间，该光束会由VCSEL射向准直镜片的焦点。在此一例子中，将不需要在该穴部侧壁镜子上有一反射表面或镜子。其它可易于被此一封装组态所用的光源有：Fabry-Perot激光、分布式回馈(Distributed Feedback，DFB)激光、DFB-EAM激光、CW激光、发光二极管、VCSEL及其它等。

光源140与平台142通过金属性黏结，而被黏结至SOB穴部135的基底(或壁部)。其它构件，例如监视器光二极管、镜子、调变器、光隔离器、电阻抗匹配器电路、静电放电(electro-static-discharge，ESD)保护组件、例如热电冷却器(thermo-electric cooler，TEC)及加热器与热阻器等热控组件、以及其它功能性组件等，都可被包入该SOB穴部中。例如，图9显示出一监视器光二极管131，其与光源140相对准，用以监视该光源的输出。

作为一SOB穴部135的窗口的准直镜片次组合122通过金属性黏结或其它型式的黏结而被密封至SOB132上。要形成一个紧密密封的穴部，着重在一些潜在的光源在穴部中有可能无法紧密密封的可靠度顾虑上。然而，当然也可使用一些非紧密密封的穴部，代价是该光源的潜在较低可靠度。

电性馈通144延伸入SOB的穴部135，并提供电性连接给光源组合140。这是通过硅晶圆穿透蚀刻法制造而成，再以电镀、薄膜溅镀或蒸镀法、厚膜工艺或其它方法加以填平。这些电性馈通也可对SOB穴部形成一紧密密封。

实务的实施不限于硅光学条状(silicon-optical-bench)物质或SOB工艺。制造此一光源封装的替代性材料与工艺包含：具有单或多层的厚膜工艺、包括微机电***(micro-electromechanical-system，MEMS)工艺方法在内的微机械工艺、低温共火陶瓷(low temperature co-fired ceramic，LTCC)工艺、以及其它方法及材料。

虽然图9所示的实施例显示出准直镜片124是次组合122整体的一部分，但其也可以是一分离构件，并且装设至该结构的一作为一窗口与一抵接IC芯片背侧的安装面的部位上。一种制造次组合122的方法是通过玻璃成型。或者，其它方法包括：通过晶圆级蚀刻方法而在玻璃基材上形成镜片阵列，此包括但不限定于灰阶光刻与烧结重流工艺，或是通过其它方法。其它可作为窗口、镜片、以及安装结构的材料有硅、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、硒化锌(ZnSe)、氯化钠(NaCl)以及其它结晶材料；有机材料，例如聚合物、铸造聚合物、黏结剂、及其它有机物质；以及非有机材料，例如石英、熔融硅石、陶瓷以及其它材料等。

应注意的是，有其它可以对图9所示的实施例进行的修改。例如，提供一机构来主动式地对准该准直光束，此时镜子136可以是一3D的MEMS倾斜镜，其会响应于一些用以对该IC波导有最佳光学耦合或用以作光学切换以耦合至不同IC波导的控制信号，来使该光束转向，其中所谓不同IC波导的组态是指如图11所示，在同一IC镜片的下有数个接收波导。

“零准位封装”用光源以及对IC的光耦合：

上述观念、制造技术、以及工艺也可应用至光源上以进行如图10A与图10B所示的“零准位封装”。这将使一由单模激光波导穴部至IC中的单模光波导间的光耦合，或是至单模或多模光纤，以及至其它光波导间的光耦合变得可行，且在一较低成本的表面装着界面之下。该激光穴部或LED光源被紧密密封着，而隔离外侧环境，且在其与外界相交的处的光通量密度相当低，其不会限制光源的可靠度。通常，激光可靠度会受其琢面的反射性涂层的磁化系数(susceptibility)因高光通量密度跨越小面积(通常是数微米平方)所致的损害所影响，尤其是在有有机化合物靠近该激光琢面时。

在图10A与图10B所示的组态中，光耦合界面通常在50μm至500μm直径之间，这将产生一比边缘发光型激光琢面低约一400至40000的系数的光能通量密度。因温度增加所致激光可靠度的损失，也会因该光耦合组态中主要故障机制其中之一的移除而降低。

在涉及一“零准位封装”用光源的实施例中，有一转向镜被制造在该激光波导的路径中，用以将光束导经该晶圆，且有一准直或假准直镜片被形成在晶圆中，以有效地使光源成为一“表面安装式光耦器(Surface Mount OpticalCoupler，SMOC)”。该转向镜与该准直镜片都是以如上所述晶圆级批次制造方法所制成。该转向镜的标称设计值是45度。该用以维持光对准的光耦合界面与安装附接结构针对自动化表面安装拾取与放置附接工艺而设计。光源使用III-V族半导体材料制成，且该用以形成转向镜与准直镜片的方法，同于上述方法的相同选择，也即以不同的最佳化蚀刻率、蚀刻选择性、以及因应砷化镓、磷化铟及其它光源材料的不同折射率的光学设计等。

有两种组态被显示。在图10A中，显示出一含有一位于一激光腔202外部的转向镜201的DFB激光源芯片200，且该激光腔202由两个沿一波导206的轴线制造而成的激光腔反射器204a和204b(例如Bragg光栅)所形成。该等激光可例如一没有边缘琢面反射器涂层的Fabry-Perot激光。该激光若直接被模块化的话会提供零准位封装的整个激光源。这样的封装组态可以沿着激光波导且在转向镜的前良好地整合激光源与电吸收调节器(electro-absorptionmodulator，EAM)，以提供一经外部调节的零准位封装激光源。

由反射器204a与204b所形成的腔部所发出的激光束，会为转向镜201所反射，且被导向下至形成在激光源芯片200的相反侧上的准直镜208上。来自准直镜208的准直光束会通过一被蚀刻入IC芯片218的背侧中的对焦镜210，且在该芯片218上，以一同于前面所述的方式，直接黏结有激光源芯片200。来自对焦镜210的经对焦后的光束，接着为一第二反射镜212所反射，并进入一光信号分布网络其中之一光波导214，该网络则形成在靠近一光可用(opticalready)基材218(或IC芯片)的前侧。如同先前的光可用基材218，其前侧已形成有微电子电路(未示)的基材装设在一芯片载架219上。电性连接217(例如，线、电路轨迹等)将该激光源芯片200电性连接至芯片载架219的侧壁。激光源芯片200也可包括一整合式背琢面(back-facet)功率监视二极管(未示)，用以监视及/或控制激光的输出。

在图10B中，其显示一激光源芯片220透过一表面安装结构224而装设在一IC芯片222(例如光可用基材)的背侧，且有一转向镜228形成于激光源芯片220中而在激光腔本身中。此一“外腔激光(external cavity laser，ECL)”的激光腔会结合一形成在一光波导230中的激光腔反射器226(例如Bragg光栅)、一转向镜220、一准直镜片232、以及一位于准直镜片232下方但在该表面安装结构224的表面上的第二激光腔反射器234。在此一特殊实施例中，该用以作成激光的基材由III-V族半导体材料或一些其它支持激光进行的材料所制成。由于该在激光源芯片220与IC芯片222之间的平坦表面安装结构，因而使用一凹的对焦镜片210’，其被蚀刻入该IC芯片222的背侧。

也可以结合一ECL用的平面型反射器，其有较低成本的制造与组装。该外部反射器可以是一薄膜反射器，一析光器(etalon)或其它反射器。这些反射器可以被调整，其选择性地反射不同的波长，而这可通过一些手段，例如热控、硅薄膜制成的可调析光器(etalon)的局部加热、液晶格、微变(vernier)共振多光栅或滤波器及其它手段来达成。外部反射器的调整会调整光源的波长。AR涂层层可以施加在准直镜片232上，与平坦反射器结构234的两侧上。

由于光源会产生热，该“零准位封装”式光源应具有直接的热冷却，其有更可靠的操作。如同图10A与图10B所示，激光源结构直接耦合至IC背侧，且该IC散热座积极地冷却该光源。对于一高功率的激光应用，可以在激光源上方增设一些直接冷却途径，以增加该组合的超出该IC散热座可得冷却责任以上的冷却能力。散热管、TEC、以及其它方法都可用以冷却该“零准位封装”光源。

若光源被直接调变，此“零准位封装”将结合一激光源的所有所需要者。若需要光隔离，其在光耦合路径中有光回射时，保留该光源的性能，则可在该外部反射器结构，也即激光腔的外侧，制造一平面式光隔离器。平面式光隔离器进年来已被NanoOpto公司所导入市场，其通过在一Gamet晶圆两侧上施加一由纳米压印制造技术所形成的偏光器而成。然而，纳米印压而成的平面偏光器的成本，就应用在光耦合至IC上而言，有可能太高。另一种可能性是利用半导体工艺设备来制造光隔离器。一在光偏极化上切成90度法拉第旋转的Garnet晶圆，被金属化成在晶圆上100nm厚度。金属的选择包括：钛、钨、铂及其它。一类似厚度的光阻被施加至晶圆上，且利用投射制版而被曝光于一线栅图案，以形成宽100nm且间隔和间距100nm的金属线，这些线将产生一具有不同旋转角度的线栅偏光器于该Garnet晶圆上，而形成光隔离器。这些尺寸对于激光源而言，可以确保一大于40dB的光隔离。外部反射器以Garnet晶圆的其中一侧放在一例如氧化硅的填充层的顶部上，也即在该金属线栅的顶上。接着，利用表面装着工艺以及环氧树脂或金属黏结，晶圆被单粒化成装置形成因素，并被组装。

上述激光源封装方法可以达到：

1)大大地降低光源成本，低于所有替代方案，包括VCSEL。

2)具相当成本的边缘琢面反射器沉积工艺的消除，取而代之的是低成本的制造在平面基材上的反射器，以及以低成本的自动化表面装着组合工艺来进行组装。

3)消除在封装光源中典型的构件高成本。

4)大大地减少光源所占面积，这是因为消除了激光外部封装(通常是指密封金属结构，例如TO-Can、DIL、蝶形且更小的成形因子硅—光—条形(SOB)封装)。

5)晶圆级送电的激光测试，以在激光或激光阵列单颗化之前决定已知的好颗粒(die)(KGD).

6)利用既存的自动化组装设备，而以低成本的表面装着准对与附接工艺来作整合。

7)通过调变ECL外部反射器，可作光源的波长调变。

8)由一非选择性的激光块来作激光阵列的选择性调变。

该零准位封装的观念可应用于所有的激光封装应用，包括通讯、数据传输、医疗、传感器、工业激光与动力切削激光、光数据储存激光、显示激光、与其它应用等。

芯片间的互连：

其它可整合至SOB腔的外侧的组件包括：电性连接线、热控组件以及其它组件。在所述实施例中，电性连接线是可挠缆线，连接于SOB背侧至相邻的芯片载架侧壁或电路板安装上。热控可通过使用以下组件而达成：散热管或其它连接至IC背侧散热座的热连接；在SOB背侧上的TEC，用以透过该SOB腔壁来积极地冷却光源(注意的是SOB腔的背侧厚度基于热控制考虑而薄化)；以及其它手段。

光也可耦合于呈相迭芯片组态的两IC上。在这样的组态中，两个在IC波导上具有背侧硅对焦镜片与45度镜的IC是背侧与背侧相叠，且中间有一间隔物于两IC之间。该间隔物提供了一安装结构，用以附着该两IC，并防止背侧的硅镜片相互碰触。这可以提供一种供多芯CPU处理器与并列处理器用的方式，其通过光耦合而相互连通，并与其内存芯片相连通。位于两IC之间的光束是一种经准直的光束。位于两IC之间的光耦合不会受Z轴定位所影响，也即两IC的分开距离。

对IC的阵列式光耦合：

对IC应用的光耦合可能需要将一个以上的SMOC、波导、光源或光纤光耦合至其它IC上。组态范围从一单一光耦合，到一耦合入IC与一耦合出IC，以及一IC的多耦合入与耦合出的任何排列组合。光时钟信号分布应用可以限制于一光耦合入至IC，以及信号回路的两耦合入至相串连的IC。然而，光信号的芯片间与芯片内间的通讯应用，很可能需要一较大的光回路网络，包括对IC的阵列式光耦合。对IC进行阵列式光耦合其产生一波长划分的多任务组态的这种光耦合，需要符合下一代计算机的相当高的通讯速率，例如10Gbps至100Tbps。为了将大量的光波长，例如32信道且信道间隔为2nm，耦合至阵列式光耦合封装，其解决方案将需要符合这些应用的低成本需求。所以，将需要一种对IC的阵列式光耦合解决方案。

在此所述对IC的光耦合是直接应用至对IC的阵列式耦合。多个光路径可以被整合在一起在一单一SMOC中，这包括多个光纤、多个SMOC镜片以及多个IC镜片、转向镜、以及波导。在这样的一阵列式组态中，有关SMOC的光耦合所需的对准与附着工艺，是同于单一光耦合。至于组装成本的节省则除了阵列式耦合所致较低的材料单(bill-of-materials，BOM)成本外，还因为射出成型塑料SMOC的本质、批次制造的硅微机械化SMOC、IC镜片的硅晶圆级制造、转向镜、以及波导等。

图11为一利用一单镜片***的例子，该***包括一准直镜片300与一相对应的对焦镜片302，以将激光束由两个DFB激光腔304a与304b，经相对应的转向镜308a与308b，耦合入IC芯片308中的两不同硅化锗光波导306a与306b。此一镜片***(包括准直镜片300与对焦镜片302)，会把来自激光源芯片的每一转向镜的激光束，映入IC芯片中的相对应不同转向镜。虽然这例子显示出只有两种光源与两个光波导，然应了解的是这些光源阵列与波导阵列，在每一种阵列中，可以包括两个以上组件。

对于阵列式光源的阵列式光耦合(例如，分离式封装、整合成阵列的封装、整合成分离式SOB的封装、整合成阵列式SOB的封装、整合成分离式SOB与SMOC的封装、整合成阵列式SOB与SMOC的封装、整合成分离式零准位SMCO的封装或是整合成阵列式零准位SMOC的封装)，对于具成本效益的通道波长多任务是有需要的。在此所述的光耦合解决方案可应用于对分离式IC芯片的耦合、或对阵列式并列与串行IC芯片的耦合，或应用至一对于例如平面阵列式波导光栅(planar arrayed waveguide grating，AWG)复用器的光多任务与解多任务芯片的耦合，其中的AWG复用器被形成于一硅上的氧化硅中、于有机波导中、于光可用硅基材中、于III-V族半导体基材中、于射出成型薄膜滤波器波长复用器与解复用器组合中、于布拉格(Bragg)光栅与光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating，FBG)波长复用器与解复用器组合中、于自由空间光栅波长复用器与解复用器组合中、波导混合器中、以及分光器及其它任何组态或这些组态的组合等。

图12为一利用一镜片阵列***(每一个包括一准直镜片阵列400，与一相对应的对焦镜片阵列402)来将三个来自激光源的激光束(经由一转向镜阵列404)，经由一相对应的转向镜阵列408，而耦合入IC芯片406中的三个不同硅化锗光波导的例子。在镜片***阵列中的每一镜片***(包括一对相对应的准直镜片与对焦镜片)，会把来自激光源芯片中的每一转向镜的激光束，投映入IC芯片中的相对应不同转向镜。如先前所述，虽然此仅涉及三个光源及三个光波导，然应了解的是该光源阵列与该波导阵列中，每一个阵列可以包括少于三个或多于三个组件。

硅晶圆的抗反射(anti-reflection，AR)涂层：

现行技术中用以将一抗反射涂层施加至基材上的方法，是利用一在真空室中的介电质薄膜蒸镀法，以得到可控制的厚度与均匀度。这些操作通常是以批次的模式进行，且包括将基材手动加载旋转星盘上、将星盘手动加载一单一真空室中、在沉积之前先作长时间的腔室泵浦降压、在沉积当中作操作监视、以及手动的腔室卸载与腔室准备。此一AR涂层方法不特别适用于硅晶圆的AR涂层，来以作为对IC应用的光耦合，这是因为：每晶圆所需要的成本约略低于现行技术方法的一或二阶次方，而因晶圆破损(起因于手动处理、加载与卸载等)所致良率成本的损失则太高，尤其是对于高附加价值的已完成有CMOS与BEOL工艺的300mm直径硅晶圆；因此，一旦对IC的光耦合解决方案可为半导体工业中用以进行计算机与CPU产品的生产所接受，批次蒸镀室AR涂层手法应不能符合产出率要求。

利用加载腔气锁、卸载腔气锁、自动化晶圆处理、腔与腔间的转移、以及卸载与自动化工艺等来以介电质溅镀法进行硅晶圆的AR涂层，对于对IC作光耦合的应用的追求低成本与高产出率需求是有需要的。半导体在线溅镀设备可以重新规划，以符合此一对IC作光耦合的解决方案的AR涂层需求。在这样的组态中，多个介电质溅镀标靶位于一溅镀腔内，且以气流隔板来分隔沉积用等离子体，并允许自动化的晶圆于沉积腔前后转移，以进行序列连续式AR沉积。在每一腔中的沉积厚度与均匀度监视器，可以达成该AR涂层的连续式工艺控制与质量确保。该AR涂层的沉积层通常包括：氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、其它介电质以及硅。重新规划应用材料公司的Endura自动化序列溅镀工艺设备是相当理想地适合这些应用所需。

对IC的MUX/DEMUX SMOC光耦合：

图13与图14所绘示的实例是将对IC的光耦合延伸至对光波长多任务与解多任务的光耦合。此一对IC的DEMUX SMOC光耦合组态的特殊市场应用包括：

1)光纤到户(Fiber-To-The-Home，FTTH)的被动式光网络(Passive OpticalNetwork，PON)，与千兆位以太网络GPON应用。在FTTH PON应用中，一“三工(triplexer)”应答器将一1310nm的传输光，耦合至一单模光纤(SMF)，从此光纤以1490nm及1550nm两波长来载送数据与影视信号给应答器接收站。介于这些三波长之间的光隔离，决定了应答器的光电封装组态。

2)供局域网络(Local Area Networks，LAN)用的粗波长划分多任务化(Coarse Wavelength Division Multiplexed，CWDM)应答器。通常，具20nm分隔的四波长从一传输用4×1的VCSEL阵列而来并被多任务化，且利用一串级的薄膜滤波器而被解多任务化，送入一在一塑料射出成型封装的4×1接脚的光检测器阵列中。

3)供作为翼部与板部间的计算机服务器沟通用的高数据速率应答器。此一浮现中的市场需要相当大的低成本整合应答器。

如上所述，图5所示的SMOC被最佳化成供射出成型制造用，通过使用一衍射光栅作为45度转向镜，此一结构将易于使用于多任务化应用中。图13显示成一自由空间的概要式表示，其使用一衍射光栅700，来达成光多任务化。衍射光栅700在空间上将光波长分成不同的衍射角。不同的波长都会经过同一SMOC假准直镜24，与IC背侧的硅对焦镜片20。每一波长会对焦在IC10内的同一硅化锗波导平面的不同x-y部位上。在此一例子中，波长 1对焦在波导平面的其中一部位，而另一波长2对焦在该波导平面的不同部位上。两个45度转向镜702a与702b(各相对于两波长所在的两部位)会将每一波长耦合至不同的相对应两硅化锗波导704a与704b其中之一。

光隔离是通过在每一硅化锗波导上的对焦波长的空间分隔而达成。在所述实施例中，波长范围在1280～1300nm之间，而硅化锗波导的尺寸范围则在1.5～3mm之间，且具有一带有0.02△折射率的硅包覆(n＝3.51)。波导的被分离是超脱光的纤细领域。对于一具有10mm的波导分离而言，这对应于一介于衍射光栅与SMOC镜片的分离角约为(10/500)＝1.1度反切角的500mm厚硅IC。注意到该SMOC镜片与硅镜片开口可作成大到足以顺应市场应用时的波长多任务范围。

该光栅被最佳化成使一来自一单模光纤(single mode fiber，SMF)的分散光束产生衍射，其开口数值为NA＝0.14，成45度，以将光束有效地衍射90度，并具有少许衍射角角度变动，此变动是依硅化锗波导针对特定光学设计的波长与分隔距离而定。

衍射光栅可以***SMOC转向镜片空中，作为一分隔件，或是整合入SMOC射出成型程序。

若采取前者方法，则一形成在玻璃上的衍射光栅被切粒成一小的芯片，约0.5mm×0.5mm(或更小)，且其边缘角朝向该光栅的定向。该光栅芯片被黏结至该塑料转向镜表面，并且被动地定向至该转向镜的凹袋部的边缘。一指数匹配的环氧树脂被用以将该光栅芯片黏结至该SMOC转向镜。此一方法可用来例如将衍射光栅整合至硅微机制SMOC上。

制造该衍射光栅的另一种方法是将一衍射光栅并入该射出成型模的镜对***销的转向镜表面上。此方法已被广泛使用于在塑料成型件中，形成可见光用的衍射光栅。该衍射光栅结构通常被形成在玻璃中，且被结合至射出成型模。之后该SMOC转向镜被金属化，通过溅镀沉积工艺形成金。该金的溅镀沉积可以改进衍射光栅的效率，此一方法具优点在于可以产生一较低的整合成本。

在波长多任务中导入该衍射光栅，导致该SMOC相对于该IC的旋转性对准需求。该SMOC的该球端致动器与模黏结环组态间的尖端“n”接口被设计成符合此一需求。应了解的是，该SMOC相对于该IC的主动光学对准现在即需要监视多个光耦合。该SMOC复用器的光学设计可以是只需要两个对称设计的光学信道监视器。

图14显示一应用在光纤到户(Fiber-To-The-Home，FTTH)被动光纤网络(Passive Optical Network，PON)下的概略SMOC复用器组态。其支援双向发讯。通过两个光纤744，将有两个下游光信号，一个波长1490nm，另一个波长1550nm，并有一个上游信号，波长1310nm。两个下游光信号经衍射光栅而衍射成角，此角度依其波长而定。两个经衍射的光信号都通过假准直镜片24，且所产生的“已准直”光束被送至IC芯片10背侧的对焦镜片20。对焦镜片20将已准直光束对焦在平面上的两不同位置，也即分别制有光波导714a与714b的位置。波长为1550nm的光信号被对焦在一第一转向镜712a，此镜将该光信号反射至光波导714a；而波长1490nm的光信号则被对焦在一第二转向镜712b上，此镜将该光信号反射至光波导714b。有两个光检测器716a和716b，各与相对应的不同光波导714a和714b相对准。

上游的光信号经由另一光纤746而被送至IC芯片。其被耦合入IC芯片中的一光波导750，方法同于先前图1所示者(包括一45度转向镜760、一“假”准直镜片724、一对焦镜片720以及另一45度转向镜762)。该上游光信号的电路也选择性地包含一以硅或硅化锗为基础的调变器，位于光波导750内。该上游信号经由镜子712c、镜片20、镜片24以及衍射光栅700，而被多任务化至PON光纤744。

同样类型的组态可应用至CDWM应用上，其中会有四个下游光信号被依波长解多任务至四个波导与四个光检测器。四个波长被由外部光源经该IC而被耦合至SMOC。传输用的光信号可以被多任务化至一位于SMOC衍射光栅的输出的单一光纤，或至一由硅化锗波导方向性耦合器而成的单一波导，或在耦合入该IC波导之前即在IC外部被多任务化。供高数据速率服务器应答器用的组态，同于该CDWM组态，但更强调IC芯片中的高度整合，以及外部光源对该芯片的整合。

应注意的是光源可以被整合在SMOC组态中，以通过下述已详细叙述于上的选择来减少成本：

1)光源可以被整合至硅微机制的SMOC。

2)阵列化光源，例如阵列式VCSEL，可被整合至硅微机制的SMOC。

3)在SMOC光组态中的“零准位封装”的光源为一单一光源，或呈一阵列式光源。

其它实施例都在以下的申请专利范围中，例如，各种材料与特征可以以不同方式被结合，以产生不同的装置与结构。所有这些不同的组合都在以下权利要求书的范围内。此外，虽然在SMOC中的镜片所描述的是准直镜片或实质上准直的镜片，但若使这些镜片产生一非准直的光束(例如分散或收敛的光束)也有优点。一非准直的光束允许一接近波导或光纤的焦聚的横向倾斜与位置误差，其更易于以这些镜片的小移动来作补偿。此外，在此所述的光耦合解决方案，是同样有效，且或许还更有商业价值，尤其是要将一将半导体激光波导光耦合至一光纤时。在此例下，该IC芯片将是半导体基材，其有一激光光源，此光源将光经由一光波导而送至一转向镜(或衍射光栅)，此镜再将光反射回经镜片20与镜片24，再经由另一转向镜(或衍射光栅)而进入一光纤。

Claims

1.一种光电电路，其包含：

一IC芯片，其包含一基材，基材中制作有一光波导与一镜子，且该基材上并具有一第一镜片形成于其上，其中该镜子与该光波导相对准，且该第一镜片与该镜子相对准，以形成一连接该第一镜片、该镜子、以及该光波导的光路径；以及

一光耦合器，其包括一第二镜片，且该光耦合器被固定至基材上，且被定位成使该第二镜片与该第一镜片相对准，以将一光信号耦合入或耦合出位于该IC芯片中的该光波导。

2.根据权利要求1所述的光电电路，其特征在于，该基材也包括一制造于其中的微电子电路。

3.根据权利要求2所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器由一相对于该光信号的波长是透明的材料所制成。

4.根据权利要求3所述的光电电路，其特征在于，该第二镜片为该光耦合器整个形成的一部分。

5.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该微电子电路被制造在该基材中的一第一层，而该光波导与该镜子被制造在该基材中的一第二层，该第二层在该基材内而位于该第一层下方。

6.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该基材具有一背侧，且该第一镜片形成在该基材的该背侧上。

7.根据权利要求6所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器被固定至该基材的该背侧。

8.根据权利要求6所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器被固定至该基材的前侧。

9.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片形成在该基材的前侧上。

10.根据权利要求9所述的光电电路，其特征在于，该IC芯片还包括一反射区，其形成在该基材的该背侧上，且其中该第一镜片、该反射区、以及在该光波导中的该镜子沿着该光路径而相对准，且该反射表面位于该第一镜片与该镜子之间。

11.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一连接至该光耦合器的光纤，其中该光耦合器、在该基材的背侧上的第一镜片、以及该镜子，相结合而光学地耦合该光纤与该光波导。

12.根据权利要求11所述的光电电路，其特征在于，该第一与第二镜片界定一光轴，且其中该光耦合器包括一镜子与一耦合表面，该耦合表面抵接该光纤，且其中该光纤横向对准该光轴。

13.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该耦合器包括一衍射光栅，此光栅在操作期间会使该光信号改向。

14.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该耦合器包括一具角度的表面与一沉积在该具角度表面上的金属膜，以形成该在该光耦合器中的镜子。

15.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器包括一安装结构。

16.根据权利要求15所述的光电电路，其特征在于，该安装结构包含一管状延伸物，其环绕并远离该在该光耦合器中的第二镜片而延伸，且其末端界定有一平坦表面抵靠IC芯片的背侧。

17.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，包括一体成形的第一镜片的该光耦合器是由模制玻璃所制成。

18.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，包括一体成形的第一镜片的该光耦合器是由模制塑料所制成。

19.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一环氧树脂，用以将该光耦合器黏结至该基材。

20.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一金属化物，用以将该光耦合器黏结至该基材。

21.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该基材包含硅。

22.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该基材还包含一基座，其远离该背侧而延伸，且在该基座的一末端上形成该第一镜片。

23.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一芯片载架，且该IC芯片以倒装芯片方式装设在该芯片载架上。

24.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一AR膜，其沉积在该光耦合器中的该第二镜片上。

25.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，还包含一AR膜，其沉积在该第一镜片上。

26.根据权利要求12所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器包括一圆柱形延伸部，且该耦合表面位于该圆柱形延伸部的其中一端。

27.根据权利要求26所述的光电电路，其特征在于，该光纤呈熔融迭接在该耦合表面上。

28.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片通过蚀刻该基材而形成。

29.根据权利要求12所述的光电电路，其特征在于，该镜子定向成相对于光轴约45度角。

30.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片为一对焦镜片，其定位成将所接收到的已准直光束，对焦至该光波导中。

31.根据权利要求4所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片为一对焦镜片，其定位成将所收到的一非准直光束，对焦至该光波导中。

32.根据权利要求30所述的光电电路，其特征在于，该第二镜片为一准直镜片，其用以将所收到的光束加以准直，并将已准直的光束送至该第一镜片。

33.根据权利要求1所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器包括一整合式光源。

34.根据权利要求33所述的光电电路，其特征在于，该光源包含一激光，其产生该光信号，还有一转向镜，其将来自该激光的该光信号转向至该第二镜片。

35.根据权利要求1所述的光电电路，其特征在于，还包含一光源，其装设在该光耦合器上，其中在操作期间，该光源会产生该光信号。

36.一种光电电路，包含：

一IC芯片，其包含一基材，基材中制作有一光波导阵列与一镜子阵列，且该基材上并具有一第一镜片***形成于其上，其中该镜子阵列的每一镜子与该光波导阵列的一相对应的不同光波导相对准，且该第一镜片***与该镜子阵列相对准，以形成一连接该第一镜片***、该镜子阵列以及该光波导阵列的光路径阵列；以及

一光耦合器，其包括一第二镜片***，且该光耦合器被固定至基材上，且被定位成使该第二镜片***与该第一镜片***相对准，以将一光信号耦合入或耦合出位于该IC芯片中的该光波导阵列。

37.根据权利要求36所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片***为一第一镜片组件阵列，该第二镜片***为一第二镜片组件阵列。

38.根据权利要求37所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片组件阵列的每一镜片组件，与该第二镜片组件阵列的一相对应不同镜片组件相对准。

39.根据权利要求37所述的光电电路，其特征在于，该第二镜片组件阵列为该光耦合器整个形成的一部分。

40.根据权利要求37所述的光电电路，其特征在于，该基材具有一背侧，且该第一镜片组件阵列形成在该基材的该背侧上。

41.根据权利要求37所述的光电电路，其特征在于，该光耦合器被固定在该基材的该背侧。

42.根据权利要求37所述的光电电路，其特征在于，该第一镜片组件阵列的每一镜片组件，是一对焦镜片，且其定位成将接收到的一已准直光束对焦至该光波导中。

43.根据权利要求42所述的光电电路，其特征在于，该第二镜片组件阵列的每一镜片组件，是一准直镜片，且其将所收到的光束加以准直，并将已准直光束送至该第一镜片组件阵列的一相对应镜片组件上。