CN117616570A - 使用模内嵌入式(eim)光学模块集成的光学封装 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，一种光学模块包括电子集成电路、光子集成电路和可插拔光学耦合连接器。所述光子集成电路发送或接收光信号。所述可插拔光学耦合连接器与所述光子集成电路相邻并且包括用于将光纤阵列光学耦合到所述光子集成电路的可插拔接口。此外，所述电子集成电路、所述光子集成电路和所述可插拔光学耦合连接器全部嵌入模制物中。

Description

使用模内嵌入式(EIM)光学模块集成的光学封装

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2021年12月24日提交的发明名称为“OPTICAL PACKAGING USINGEMBEDDED-IN-MOLD(EIM)OPTICAL MODULE INTEGRATION”的美国专利申请No.17/561,818的优先权。该优先权申请在此通过引用并入本文。

背景技术

随着数据中心中的数据速率需求持续增长以适应终端用户移动数据使用的显著增长，开发高性能光学模块和系统对于满足这些需求至关重要。然而，随着硅光子方案开始进入市场，光学封装已经成为了显著障碍，由于当前光学封装方案的各种缺点，光学封装驱动了产品成本的较大部分。

附图说明

图1示出了具有模内嵌入式(EIM)光学封装的光学模块的示例性实施例，所述光学封装对发往/来自硅光子集成电路(Si-PIC)背侧的光束进行重定向。

图2A-F示出了用于图1的光学模块的示例性光学封装工艺。

图3示出了用于图2A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图4示出了具有EIM光学封装的光学模块400的替代实施例，所述光学封装对发往/来自Si-PIC背侧的光束进行重定向。

图5示出了具有使用混合光学/电气内插器的EIM光学封装的光学模块的示例性实施例。

图6A-F示出了用于图5的光学模块的示例性光学封装工艺。

图7示出了用于图6A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图8A-E示出了光学模块的示例性实施例，所述光学模块具有使用混合内插器和可插拔光学耦合连接器(POCC)/可插拔光纤阵列单元(PFAU)的EIM光学封装。

图9A-F示出了用于图8的光学模块的示例性光学封装工艺。

图10示出了用于图9A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图11A-E示出了光学模块的另一实施例，所述光学模块具有使用混合内插器和POCC/PFAU的EIM光学封装。

图12A-D示出了光学模块的示例性实施例，所述光学模块具有使用混合内插器和POCC的EIM光学封装，所述POCC具有集成光纤阵列。

图13A-E示出了用于图12的光学模块的示例性光学封装工艺。

图14示出了用于图13A-E的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图15、图16、图17和图18示出了光学模块的各实施例，所述光学模块具有使用混合内插器和Si-PIC的EIM光学封装，所述Si-PIC具有用于光学对准的垂直耦合器。

图19A-I示出了用于图18的光学模块的示例性光学封装工艺。

图20示出了用于图19A-I的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图21A-G示出了用于光学模块的示例性全向互连(ODI)封装工艺，所述光学模块具有嵌入模制物中的EIC、Si-PIC和POCC。

图22示出了用于图21A-G的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图23A-G示出了用于光学模块的示例性ODI封装工艺，所述光学模块具有嵌入模制物中的EIC和Si-PIC，所述Si-PIC具有垂直耦合器。

图24示出了用于图23A-G的光学封装工艺的示例性工艺流程。

图25示出了光学模块的示例性实施例，所述光学模块具有使用ODI封装嵌入模制物中的EIC和Si-PIC，所述Si-PIC具有边缘耦合器。

图26示出了可以包括本公开的一个或多个实施例的示例性电气装置的框图。

图27是根据本文公开的实施例中的任何实施例可以包括在微电子组件中的晶圆和管芯的顶视图。

图28是根据本文公开的实施例中的任何实施例可以包括在微电子组件中的集成电路器件的截面侧视图。

图29是根据本文公开的实施例中的任何实施例可以包括微电子组件的集成电路器件组件的截面侧视图。

具体实施方式

光学模块通常是指用于高带宽数据通信的光收发器。例如，光学模块可以包括用于与主机计算装置或系统进行通信的电气接口，连同用于经由光纤光缆与外部进行通信的光学接口。通过这种方式，光学模块充当光电转换器，将电信号转换成光，反之亦然。通常，光学模块包括光子集成电路(PIC)和电子集成电路(EIC)。PIC可以包括用于提供光子功能(例如，光学传输)的各种部件，例如光学调制器、光检测器和光纤耦合器。此外，EIC可以包括用于控制PIC或者与PIC对接的各种部件，例如驱动器和放大器。

随着数据中心中的数据速率需求持续增长以适应终端用户移动数据使用的显著增长，开发高性能光学模块和系统对于满足这些需求至关重要。然而，随着硅光子方案开始进入市场，光学封装已经成为了很大挑战，因为其驱动了产品成本的较大部分。通常，管芯级和板级光学封装已经是主要方案，但它们具有各种缺点。

例如，单个管芯到管芯光学封装由于封装的更长总生产周期而导致很高成本。另外，由于在封装过程期间拿放问题和污染，所以在管芯到管芯光学封装中具有低良率的可能性。

作为另一示例，存在阻碍了具有更小形状因子的高性能光学模块的集成的各种技术限制。由于对诸如用于数据中心交换系统的共同封装光学系统(CPO)、人工智能(AI)、CPU到CPU(存储器)光学互连、自主车辆、移动装置、可穿戴装置等等的很多应用(例如，高带宽和带宽密度、输入/输出(I/O)计数等)的要求持续增长，尤其是这种情况。

此外，光子器件和电子器件之间的键合引线导致有限的信号完整性和电I/O计数，并且印刷电路板(PCB)上的信号传输线降低了信号带宽和I/O计数。

有效的热耗散对于高性能光学模块也是关键性的。然而，当封装的光学模块具有包括凹凸不平的构建块的复杂形状时，设计热耗散热沉具有很大挑战。

此外，有各种光学封装方案利用了扇出晶圆级封装(FOWLP)，但这些方案有各种问题，涉及到耦合连接器和光纤阵列的拿放、光学封装的耐久性以及FOWLP和光学封装工艺期间光学接口的污染或损伤。

例如，一种方案涉及在FOWLP工艺中在电介质模制层中嵌入电子集成电路(EIC)，然后在FOWLP管芯的顶表面上单独组装硅光子集成电路(Si-PIC)和光纤阵列。然而，由于仅将EIC集成到FOWLP管芯中，所以被封装模块并不鲁棒。另外，组装Si-PIC和光纤阵列所需的独立工艺增加了封装时间和相关成本。

另一种方案涉及在FOWLP管芯上的模制物中嵌入EIC和Si-PIC两者，然后作为封装工艺的最后一步，将光纤阵列与Si-PIC的光学耦合器对准，这被称为“光学系统最后”光学封装。这种“光学系统最后”方案有各种缺点。例如，用于光学耦合的部件(例如，光学耦合连接器或光纤阵列)并不嵌入具有Si-PIC和EIC的模制物中，这会减弱所得光学模块的鲁棒性。另外，在FOWLP工艺期间，由于Si-PIC的耦合器尚未与光学耦合部件或光纤阵列耦合，所以容易因为没有适当安全措施的模制流程而发生污染和损伤。然而，可能难以优化FOWLP工艺来保护耦合器并防止污染。

另一种方案涉及在Si-PIC的背侧上的盲孔(BVS)中插入光纤，以用于和Si-PIC的光子耦合器耦合。例如，BVC形成于Si-PIC的背侧，并且EIC和Si-PIC进行晶圆级集成以具有更好的RF性能和更高的带宽密度。然而，这种方案要求将光纤阵列垂直插入PIC背侧中，这使得被封装模块具有更大轮廓。这使得具有标准外壳的完整模块集成非常有挑战性。另外，插入Si-PIC中的悬挂光纤阵列由于容易在大批量生产中容易受到外力而导致拿放的问题。

因此，本公开提出了消除当前方案缺点的各种光学封装实施例。这些各种实施例利用晶圆级或面板级模内嵌入(EIM)工艺来集成光学模块，包括扇出晶圆级封装(FOWLP)、嵌入式多管芯互连桥(EMIB)封装和全向互连(ODI)封装。在很多实施例中，光学模块的构建块——例如EIC和Si-PIC，连同可插拔光学耦合连接器(POCC)——被完全嵌入模制物中。POCC被设计成使用单片制造的准直透镜，连同经由可插拔光纤阵列单元(FAU)的无源光学对准，来提供扩展的光束准直。POCC也是在封装工艺的早期阶段封装的，在本文中称为“光学系统优先”，与将组装透镜/反射镜阵列作为最后步骤之一的“光学系统最后”相反。这些实施例还提供了各种机制来保护POCC和光学接口以免在封装/模制工艺期间受到污染。

这些实施例提供了很多优点。例如，由于POCC为定制器件并且完全嵌入模制物中，所以集成的光学模块具有鲁棒性很高的紧凑形状因子。POCC/PFAU还消除了与一些光学封装工艺中悬挂光纤相关的拿放问题。

另外，通过针对光学模块的集成调整晶圆级和面板级EIM工艺，这些实施例以高精确度最大化了晶圆/面板处理能力的益处，例如精细线宽/间距制造。这些实施例还改善了电I/O的带宽密度，这对于将来的高性能光学互连应用的集成必不可少，例如共同封装光学系统(CPO)和人工智能(AI)，以及CPU到CPU(存储器)光学互连。个体POCC的紧凑设计还维持/改善了光学I/O密度，即使在POCC设计中结合了扩展的光束准直特征。

另外，通过经由高精度制造优化桥接管芯或重新分布层(RDL)中的RF信号传输线，改善了RF性能，从而消除了使用键合引线进行互连的需求。这导致了对外力有高抵抗性的高度鲁棒的光学模块。

使用“光学系统优先”方案对PIC和POCC进行晶圆级组装，消除了管芯到管芯和管芯到板光学封装导致的污染和损伤。这改善了总的生产周期和良率，由于整个封装工艺是在晶圆/面板级执行的，进一步节省了成本。另外，通过简单地以无源方式插入FAU连接器，实现与光学模块的外部光学互连。

这种方案还为生产半导体产品提供了各种与成本相关的益处，包括：

1.更短的生产周期和更高的每小时件数(UPH)。例如，单个晶圆/面板可能具有几十甚至几百个封装光学模块，可以在更早阶段选择已知良好的封装(KGP)。

2.改善的RF信号完整性。

3.通过在晶圆/面板中尽可能密集地整合所有必要部件实现紧凑形状因子。

4.无衬底集成光学模块，可以通过回流和共晶或倒装芯片键合工艺进行表面安装。例如，所制造的光学模块具有平坦的顶表面，这使得更容易设计提供有效热管理的热沉。

本公开中的各实施例一般落在以下类别之一中，在以下对应章节中进一步描述它们。

1.使用重定向到Si-PIC背侧的光束的模内嵌入式(EIM)光学封装；

2.使用混合光学/电气内插器的模内嵌入式(EIM)光学封装；以及

3.使用全向互连(ODI)处理的模内嵌入式光学封装。

使用重定向到Si-PIC背侧的光束的模内嵌入式(EIM)光学封装

图1示出了具有模内嵌入式(EIM)光学封装的光学模块100的示例性实施例，该光学封装对发往/来自硅光子集成电路(Si-PIC)110背侧的光束进行重定向。在例示的实施例中，EIM光学模块100包括电子集成电路(EIC)108、Si-PIC 110和可插拔光学耦合连接器(POCC)120，如下文进一步所述，使用模内嵌入式(EIM)组装工艺将它们完全嵌入聚合物模制物102中。

EIC 108可以包括任何类型的电子集成电路系统，例如跨阻抗放大器(TIA)、驱动器电路等。Si-PIC 110用于通过光纤138发送和接收光信号。POCC 120结合可插拔光纤阵列单元(PFAU)130用于在Si-PIC 110和光纤138之间提供光学耦合。例如，光纤阵列单元(FAU)也可以被称为光纤阵列，通常是用于光传输的光纤阵列，例如，用于在Si-PIC 110和外部光纤138之间耦合光。在一些情况下，光纤阵列可以形成于光纤束的末端而不是整个光纤长度上。此外，在一些实施例中，POCC 120和/或PFAU 130是玻璃器件，可以经由可插拔接口连接并且包括各种透镜/反射镜以对Si-PIC 110和光纤138之间的光束进行准直、重聚焦和/或反射/重定向，如下文进一步所述。

在例示的实施例中，使用模内嵌入式(EIM)组装工艺将EIC 108、Si-PIC 110和POCC 120完全嵌入聚合物模制物102中。模制物102可以包括任何聚合物和/或电介质模制材料。EIC 108和Si-PIC 110面向下在模制物102中对准并且经由重新分布层(RDL)104电连接，该层是一层金属互连(例如，铜(Cu))，用于将光学模块100的不同部分彼此电连接和/或与其他部件电连接。POCC 120被对准到Si-PIC 110的背侧，并且还与PFAU 130对接，PFAU被设计成插入POCC 120中以提供无源光学对准。

Si-PIC 110包括激光二极管(LD)/调制器(LD-MOD)112、光电二极管(PD)113和耦合器111。LD-MOD 112用于发射光信号，而PD 113用于接收光信号。

为了进行光学传输，LD-MOD 112生成激光束139，其被重定向90度并且从Si-PIC110的背侧发射。光束139然后进入POCC 120，在此其通过准直透镜122，准直透镜是设计成对光束139进行准直(例如，缩窄/对准)的曲面镜或透镜。经准直的光束139然后进入PFAU130，其包括用于对光束139进行重聚焦的重聚焦透镜132，以及用于反射光束139并将其聚焦到光纤138(例如，单模光纤(SMF))中进行传输的45度倾斜全内反射(TIR)镜135。例如，45度倾斜TIR镜125正交地将光束反射大约90度进入光纤138中。

接收光信号的过程类似，只是光束139沿相反方向行进。例如，光束139通过光纤138被接收并且通过PFAU 130和POCC 120，然后进入Si-PIC 110的背侧，在此，光电二极管(PD)113将光束139转换成电信号以进行进一步处理。

用于光学模块100的光学封装方案提供了各种益处。例如，通过将光学模块100的关键部件(例如，EIC 108、Si-PIC 110和POCC 120)完全嵌入模制物102中，组装的模块具有鲁棒性且紧凑的形状因子而没有悬空的光纤。光学模块100也可以被倒装芯片或回流组装到印刷电路板。

此外，PFAU 130通过简单插入而被无源对准到POCC 120，这消除了与FAU相关联的拿放问题，该FAU具有直接对准到Si-PIC的悬空光纤阵列。这种可插拔光学耦合方案还降低了成本，因为可以在生产期间使用中等精度的对准器来对准PFAU 130，这相对廉价并且还提高了生产速率(例如，每小时件数(UPH))。

此外，通过将Si-PIC 110面向下放在模制物102中，与Si-PIC的电互连不需要穿硅过孔(TSV)，其对Si-PIC晶圆的最大厚度施加约束。结果，可以将Si-PIC的厚度维持在500μm以上，这提高了成本效率并且改善了拿放问题。

具体地，增大Si-PIC 110的厚度为POCC 120中的准直透镜122产生的准直光束导致更大的模场直径(MFD)。由于硅具有较高折射率，硅折射的光束角度较小，通常需要较长光路以实现所需的模场直径(MFD)。

图2A-F示出了用于图1的光学模块100的示例性光学封装工艺，图3示出了用于图2A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程300。

在工艺流程300中，光学封装工艺开始于框302，即在载体晶圆101上沉积牺牲层103。接下来，在牺牲层103上形成凸块下金属化(UBM)，连同重新分布层(RDL)104和铜(Cu)柱凸块105。图2A中示出了所得结构。

在框304处，EIC 108和Si-PIC 110被拾取并放置，面向下对准于RDL 104和UBM105上。图2B中示出了所得结构。

在框306处，利用高精度对准器将POCC 120对准到Si-PIC 110的背侧，使得Si-PIC110和POCC 120的标记123被对准。标记标志123可以是圆形铜标志，用作拾放组装机器进行对准的参考点。然后向Si-PIC 110上的对准POCC 120的边缘涂覆紫外线(UV)可固化环氧树脂并加以固化。POCC 120还包括临时盖，以保护内部腔体在工艺流的下一阶段中不会发生模制物流动。图2C中示出了所得结构。

在框308处，使用包覆成型，使用聚合物模制材料将EIC 108、Si-PIC 110和POCC120嵌入模制物102中。图2D中示出了所得结构。

在框310处，研磨顶表面以减薄晶圆并且暴露POCC 120的腔体。图2E中示出了所得结构。

在框312处，释放载体晶圆101，形成球阵列106，并且执行切单以分离/隔离所得模块100。最后，将PFAU 130插入POCC 120中并且用环氧树脂密封，以在Si-PIC 110和光纤138之间生成光学连接。例如，对于光学连接而言，POCC 120包括准直透镜122以在光束通往PFAU 130的路径上对其进行准直。此外，PFAU 130包括重聚焦透镜132以对准直光束进行重聚焦，连同45度倾斜TIR镜135以将光束反射90度，在此随后将光束被耦合到单模光纤(SMF)138的芯，单模光纤138使用V形槽(未示出)精确嵌入PFAU 130中。图2F中示出了完成的光学模块100。

图4示出了具有模内嵌入式(EIM)光学封装的光学模块400的替代实施例，该光学封装对发往/来自硅光子集成电路(Si-PIC)110背侧的光束进行重定向。在例示的实施例中，准直透镜122直接制造于Si-PIC 110的背侧上，POCC 120(充当POCC 130的插座)精确对准到准直透镜122。使用EIM工艺将相应部件(例如，EIC 108、Si-PIC 110和POCC 120)完全嵌入聚合物模制物102中。用于光学模块400的光学封装工艺类似于图2-3针对光学模块100所示的工艺，只是在将Si-PIC 110放置/键合在载体晶圆101上之后，POCC 120必须精确对准到Si-PIC 110背侧上的准直透镜122并且利用环氧树脂粘结剂固定。

在完成EIM工艺之后(例如，已经在模制物102中嵌入部件并且已经研磨掉POCC120顶部以暴露引导腔)，通过插入POCC 120中对PFAU 130进行无源对准，从而在Si-PIC110的耦合器111和光纤138之间提供光学耦合。

使用混合光学/电气内插器的模内嵌入式(EIM)光学封装

本节给出了具有使用混合光学/电气内插器的模内嵌入式(EIM)光学封装的光学模块的各种实施例。此外，所述实施例包括具有边缘耦合器和垂直耦合器的硅(Si)光子集成电路(Si-PIC)。例如，光纤到芯片耦合器是无源器件，能够发射和引导光，用于在平面波导电路(例如，Si-PIC)和光纤之间耦合光。这些耦合器通常是边缘耦合器(例如，面内耦合/对接耦合)和垂直耦合器(例如，面外耦合)的形式，这基于Si-PIC和光纤或另一种中间耦合结构或部件的相对位置。图5-11中的实施例包括具有边缘耦合器111(例如，面内耦合/对接耦合)的Si-PIC 110，而图12-20中的实施例包括具有垂直耦合器111(例如，面外耦合)的Si-PIC 110。

图5示出了具有模内嵌入式(EIM)光学封装的光学模块500的示例性实施例，光学模块500使用混合光学/电气内插器114作为光学和电互连的基线封装结构。在一些实施例中，例如，混合内插器114由玻璃或能够被光波长穿透的任何其他适当材料制成。混合内插器114还包括填充铜和/或任何其他适当金属的过孔，例如穿玻璃过孔(TGV)107，以在EIC108、Si-PIC 110和光学模块500的其他部件之间提供电互连。

此外，混合内插器114包括内置光学耦合部件，以能够在Si-PIC 110和外部光纤阵列138之间实现光学互连。在例示的实施例中，例如，玻璃混合内插器114包括光波导阵列118。波导118是一种通过在特定方向约束能量传输而以最小损耗引导电磁波(例如，光波或光束)的结构。在例示的实施例中，在玻璃混合内插器114中制造光波导阵列118，以用于经由对接耦合与Si-PIC 110的边缘耦合器111进行光学耦合。波导阵列118的另一端延伸到混合内插器114中的引导孔117中，其充当外部多光纤推紧(MPO)连接器136上的引导销137的可插拔接口。通过这种方式，波导阵列118可以经由可插拔引导孔117和引导销137的组合无源连接到MPO连接器136中的外部光纤阵列138。

图6A-F示出了用于图5的光学模块500的示例性光学封装工艺，并且图7示出了用于图6A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程700。

在702处，在载体晶圆101上沉积牺牲层103。接下来，在牺牲层103上形成凸块下金属化(UBM)，连同用于重新分布层(RDL)104的Cu柱凸块105和要由混合内插器114提供的其他互连。图6A中示出了所得结构。

在704处，将混合内插器114放在载体晶圆/面板101上并且键合到晶圆/面板101上(例如，使用管芯到晶圆(D2W)键合；例如，在载体晶圆/面板上重新分布管芯)。混合内插器114包括用于垂直和水平电互连的穿玻璃过孔(TGV)107，其与牺牲层103上形成的凸块对准。另外，内插器114包括临时盖126以覆盖引导孔117，用于在包覆成型工艺期间保护其不发生模制物流动。接下来将在切割工艺期间去除盖126，以暴露/打开引导孔117。图6B中示出了所得结构。

在706处，EIC 108和Si-PIC 110在混合内插器114上被拾放对准并键合(面向下)，在Si-PIC 110的边缘耦合器111和内插器114的波导阵列118之间进行光学对准。在一些实施例中，为了进行光学对准，利用高精度管芯键合机(例如，在3sigma下精度优于0.5μm)附接Si-PIC 110。图6C中示出了所得结构。

在708处，在将Si-PIC 110与内插器114对准之后，利用光学环氧树脂116填充Si-PIC 110的耦合器阵列111和内插器114的波导阵列118之间的间隙，该光学环氧树脂在Si-PIC 110工作的波长对于电磁/光信号是透明的。接下来，使用包覆成型，使用聚合物模制材料将EIC 108、Si-PIC 110和混合内插器114嵌入模制物102中。图6D中示出了所得结构。

在710处，研磨模制物102的顶表面，得到图6E中所示的结构。

在712处，释放载体晶圆101并且在内插器114下方形成球阵列106。然后执行切单以分离/隔离所得模块500并且去除临时盖126，打开引导孔117。最后，将MPO 136经由引导销137和引导孔117插入内插器114中，从而在Si-PIC 110的边缘耦合器111和MPO 136中的外部光纤阵列138之间生成光学连接。图6F中示出了完成的光学模块500。

图8A-E示出了光学模块800的示例性实施例，光学模块800具有使用混合光学/电气内插器114、可插拔光学耦合连接器(POCC)120和可插拔光纤阵列单元(PFAU)130的模内嵌入式(EIM)光学封装。

具体而言，图8A示出了光学模块800的截面图，光学模块800包括EIC 108、Si-PIC110、混合内插器114、POCC 120和PFAU 130。POCC 120耦合到Si-PIC 110的边缘耦合器111并且使用POCC 120内部的准直透镜122实现光束准直。EIC 108和Si-PIC 110面向下组装于混合光学/电气内插器114上，混合光学/电气内插器114包括穿玻璃过孔(TGV)107用于电互连。混合内插器114还被设计成与POCC 120集成，这是具有光束准直特征的可插拔光学耦合连接器。此外，使用模内嵌入式(EIM)工艺，例如包覆成型将EIC 108、Si-PIC 110、内插器114和POCC 120全部嵌入模制物102中。

图8B-E中示出了POCC 120和PFAU 130的设计和组装结构。例如，图8B示出了没有盖126的POCC 120的三维(3D)视图。如图8B所示，POCC 120包括仅前端开放的空腔，其充当PFAU 130的可插拔接口。此外，在POCC 120的内表面上制造准直透镜阵列122，当POCC 120与耦合器阵列111对准时，准直透镜阵列122用于对来自Si-PIC 110的耦合器阵列111的光束进行准直。

图8C示出了具有盖126的POCC 120的3D视图。具体而言，POCC 120需要在本文所述的光学封装工艺(例如，FOWLP、EMIB和ODI工艺)期间受到保护以免发生模制物流动。结果，临时盖126用于在模内嵌入式(EIM)工艺期间覆盖POCC 120腔体，接下来在切割工艺期间去除盖126，从而重新打开POCC 120的腔体以能够插入PFAU 130。

图8D示出了PFAU 130的3D视图，PFAU 130包括重聚焦透镜132、光学隔离器133和嵌入V形槽134中的光纤阵列138。制造于PFAU 130前表面上的重聚焦透镜132用于将来自POCC 120的准直光束重聚焦到单模光纤(SMF)阵列138的芯中。光学隔离器133是仅允许光在一个方向传输的光学部件(例如，光学二极管)，从而限制光能够行进的方向。通过这种方式，隔离器133迫使光束沿特定方向传播，从而避免光束反射导致的光学反馈或噪声。在例示的实施例中，隔离器133定位于PFAU 130的重聚焦透镜132和光纤阵列138之间。

图8E示出了插入POCC 120中的PFAU 130的3D视图。具体而言，通过无源插入POCC120的腔体中而对PFAU 130进行光学对准。

图9A-F示出了用于图8的光学模块800的示例性光学封装工艺，图10示出了用于图9A-F的光学封装工艺的示例性工艺流程1000。

在1002处，在载体晶圆101上沉积牺牲层103。接下来，在牺牲层103上形成凸块下金属化(UBM)，连同用于重新分布层(RDL)104的Cu柱凸块105和要由混合内插器114提供的其他互连。图9A中示出了所得结构。

在1004处，将混合内插器114放在载体晶圆101上并键合到其上(例如，使用管芯到晶圆(D2W)键合)，使得内插器114的穿玻璃过孔(TGV)107与牺牲层103上形成的对应凸块105对准，以用于RDL 104和其他互连。图9B中示出了所得结构。

在1006处，面向下将EIC 108和Si-PIC 110放在混合内插器114上并且键合到其上，对准各个部件的相应互连。图9C中示出了所得结构。

在1008处，将POCC 120放在内插器114上与Si-PIC 110的光学耦合器111相邻，并对准它。POCC 120的侧面具有引导腔(例如，使得能够与PFAU 130水平耦合)，利用临时盖126覆盖引导腔，以保护其在模内嵌入式(EIM)工艺期间不发生模制物流动。接下来，利用光学环氧树脂116填充Si-PIC 110的光学耦合器111、内插器114和POCC 120之间的间隙。然后使用包覆成型，使用聚合物模制材料将EIC 108、Si-PIC 110和混合内插器114嵌入模制物102中。图9D中示出了所得结构。

在1010处，研磨模制物102的顶表面，得到图9E中所示的结构。

在1012处，释放载体晶圆101并且在内插器114下方形成球阵列106。然后执行切单以分离/隔离所得模块800并且去除临时盖126，打开POCC 120侧面上的引导腔。最后，将PFAU 130插入POCC 120中，从而在Si-PIC 110的边缘耦合器111和PFAU 130中的光纤阵列138之间生成光学连接。图9F中示出了完成的光学模块800。

图11A-E示出了光学模块1100的替代实施例，光学模块1100具有使用混合光学/电气内插器114、可插拔光学耦合连接器(POCC)120和可插拔光纤阵列单元(PFAU)130的模内嵌入式(EIM)光学封装。具体而言，图11A示出了光学模块1100的截面图。图11B示出了没有盖126的POCC 120的三维(3D)和侧视图。图11C示出了具有用于保护以免发生模制物流动的盖126的POCC 120的3D视图。图11D示出了PFAU 130的3D和侧视图。图11E示出了垂直插入POCC 120顶部中的PFAU 130的3D和侧视图。

在例示的实施例中，光学模块1100类似于图8A的光学模块800，只是POCC 120的引导腔在向上垂直方向上开放，从而PFAU 130从垂直方向插入POCC 120中，并且使用多个全内反射(TIR)镜125、135将来自Si-PIC 110的耦合器111的光束重定向，通过POCC 120和PFAU 130，并且进入光纤芯138中，如下文进一步所述。

在例示的实施例中，POCC 120包括倾斜的全内反射(TIR)镜125和其内部的准直透镜122，连同用于对准的标记123，如图11B所示。PFAU 130包括重聚焦透镜132、倾斜TIR镜135、光学隔离器133和嵌入V形槽134中的光纤阵列138，如图11D所示。

如图11A所示，来自Si-PIC 110的边缘耦合器111的光束进入POCC 120并且被倾斜TIR镜125在垂直向上方向上反射90度，在此光束然后被准直透镜122准直。准直光束然后进入PFAU 130，其中重聚焦透镜132将光束重聚焦到另一倾斜TIR镜135中，其将光束反射/重定向90度进入单模光纤(SMF)阵列138的芯中，从而在Si-PIC 110的耦合器111和光纤阵列138之间生成光学连接。

用于光学模块1100的光学封装工艺类似于图9-10针对光学模块800所示的工艺流程，只是由于POCC 120从顶部(用于垂直插入)而非从侧面(用于水平插入)开放，所以用于模制物流动保护的盖126被放在POCC 120顶部而非侧面。

图12A-D示出了光学模块1200的示例性实施例，光学模块1200具有使用混合光学/电气内插器114和可插拔光学耦合连接器(POCC)120的模内嵌入式(EIM)光学封装，可插拔光学耦合连接器(POCC)120具有集成光纤阵列138。具体而言，图12A示出了光学模块1200的截面图。图12B示出了包括POCC 120的光学模块1200的部分的三维(3D)视图。图12C示出了具有用于保护以免发生模制物流动的盖126的POCC 120的3D视图。图12D示出了具有嵌入V形槽134中的光纤阵列138的POCC 120的3D视图。

在例示的实施例中，光学模块1200类似于图8A的光学模块800，只是混合内插器114包括镀金属的抛物面镜119用于光束准直，并且POCC 120包括重聚焦透镜132和V形槽134中嵌入的光纤阵列138，从而消除了独立的可插拔FAU(PFAU)部件。

具体而言，混合(例如，玻璃)内插器114包括涂布金属的抛物面镜119(也称为微透镜)，用于光束准直，其是作为内插器114的一部分直接制造的。

在例示的实施例中，POCC 120是中空玻璃块，其包括重聚焦透镜132和用于放置光纤阵列138的V形槽134。此外，POCC 120被放在内插器114上，使得重聚焦透镜132与内插器114中的抛物面镜119产生的准直光束对准。

POCC 120的前侧是开放的，从而在蚀刻和制造过程期间，POCC 120的开口临时被盖126覆盖以保护内腔以免发生模制物流动。在包覆成型和其他后端工艺完成之后，在切单工艺期间切掉盖126，从而打开POCC 120的腔用于在V形槽134中放置光纤阵列138。

图13A-E示出了用于图12的光学模块1200的示例性光学封装工艺，图14示出了用于图13A-E的光学封装工艺的示例性工艺流程1400。

在1402处，在载体晶圆101上沉积牺牲层103。接下来，在牺牲层103上形成凸块下金属化(UBM)，连同用于重新分布层(RDL)104的Cu柱凸块105和要由混合内插器114提供的其他互连。然后，面向下将EIC 108和Si-PIC 110放在混合内插器114上并且键合到其上，对准各个部件的相应互连。如上所述，内插器114包括镀金属的抛物面镜119，以对由Si-PIC110的耦合器111产生的光束进行准直。因此，优选使用高精度对准器(例如，在3sigma下精度优于0.5μm)对准Si-PIC 110，以保证光束高度精确地对准到抛物面镜119。图13A中示出了所得结构。

在1404处，将POCC 120放在混合内插器114上，使得重聚焦透镜阵列132与来自抛物面镜119的准直光束对准，从而改善对准容限。然后使用UV可固化环氧树脂在内插器114的沟槽的顶表面上键合POCC 120。还利用临时盖126密封POCC 120，以保护内腔以免在包覆成型工艺期间发生模制物流动。图13B中示出了所得结构。

在1406处，涂覆光学环氧树脂116以填充Si-PIC 110的光学耦合接口111、抛物面镜119和POCC 120的重聚焦透镜132之间的间隙。然后使用包覆成型，使用聚合物模制材料将EIC 108、Si-PIC 110、混合内插器114和POCC 120嵌入模制物102中。图13C中示出了所得结构。

在1408处，研磨模制物102的顶表面以减薄封装并暴露POCC 120的开口，用于接下来放置光纤阵列138。图13D中示出了所得结构。

在1410处，释放载体晶圆101并且在内插器114下方形成球阵列106。然后执行切单以分离/隔离所得模块1200。在切单期间，还去除POCC盖126以在水平方向打开POCC 120，使得更容易在V形槽134中放置光纤阵列138。然后在POCC 120的V形槽134中放置光纤阵列138并利用环氧树脂粘结剂固定，从而在Si-PIC 110的耦合器111和光纤阵列138之间生成光学连接。图13E中示出了完成的光学模块1200。

图15-18示出了光学模块的其他实施例，所述光学模块具有使用混合光学/电气内插器114、Si-PIC 110和光束准直特征的模内嵌入式(EIM)光学封装，Si-PIC 110具有用于光学对准的垂直耦合器111。

在图15中所示的实施例中，光学模块1500包括具有倾斜TIR镜115的混合玻璃内插器114，以将来自垂直耦合器111的光束在水平方向上偏转90度，从而进入POCC 120中。POCC120和PFAU 130具有与图8A-E的光学模块800相同的设计。因此，集成过程类似，只是内插器114包括倾斜TIR镜115以将来自耦合器111的光束偏转90度从而进入POCC 120中。

在图16中所示的实施例中，光学模块1600包括具有倾斜TIR镜115的混合玻璃内插器114，以将光束水平偏转90度，但光束被POCC 120中的倾斜TIR镜125在垂直方向上再次偏转。POCC 120和PFAU 130具有与图11A-E的光学模块1100相同的设计。因此，集成过程类似，只是内插器114包括倾斜TIR镜115以将来自耦合器111的光束偏转90度从而进入POCC 120中。

在图17中所示的实施例中，光学模块1700包括直接附着到Si-PIC 110并且与Si-PIC 110的垂直耦合器111光学对准的准直透镜122。使用模内嵌入式(EIM)工艺将EIC 108和具有所附着的准直透镜122的Si-PIC 110组装于内插器114上。内插器114包括重聚焦透镜132，连同从重聚焦透镜132延伸到内插器114的侧面或引导孔117中的光波导118，其用于生成与外部MPO光缆(例如，图5的MPO 136)的无源光学互连。

在图18中所示的实施例中，光学模块1800具有相较于本公开其他实施例不同的光学封装结构，尤其是在Si-PIC 110中使用穿硅过孔(TSV)107方面。例如，Si-PIC 110包括TSV 107用于和EIC 108的电互连。Si-PIC 110被面向上放置，EIC 108面向下地倒装芯片键合在Si-PIC 110上，在EIC 108和Si-PIC 110之间由Si-PIC 110中的TSV 107形成电连接。POCC 120也直接组装于Si-PIC 110上，使得POCC 120的准直透镜122精确对准到Si-PIC110的耦合器111。此外，Si-PIC 110连同Si-PIC 110上组装的EIC 108和POCC 120，使用模内嵌入式(EIM)工艺完全嵌入模制物102中，并且在Si-PIC 110下方形成焊球106。PFAU 130包括倾斜TIR镜135、隔离器(未示出)和嵌入式光纤阵列138，可以被无源插入到POCC 120中以与外部光纤生成光学互连。

图19A-I示出了用于图18的光学模块1800的示例性光学封装工艺，并且图20示出了用于图19A-I的光学封装工艺的示例性工艺流程2000。

在2002处，将Si-PIC 110面向上放在载体晶圆101上，如图19A中所示。

在2004处，将EIC 108面向下倒装芯片键合在Si-PIC 110上，对准到Si-PIC 110中的TSV 107，以用于EIC 108和Si-PIC 110之间的电互连。POCC 120也键合于Si-PIC 110上，使得POCC 120的准直透镜122精确对准到Si-PIC 110的耦合器111。另外，利用临时盖126保护POCC 120的顶表面，以防止模具流动导致的污染。图19B中示出了所得结构。

在2006处，执行包覆成型以将Si-PIC 110、EIC 108和POCC 120嵌入聚合物模制物102中，如图19C中所示。

在2008处，解除载体晶圆101的键合，如图19D中所示。

在2010处，通过减薄/研磨Si-POC 110的背侧来暴露TSV 107，如图19E中所示。

在2012处，研磨模制物102的顶表面，以暴露POCC 120腔体，如图19F中所示。

在2014处，在Si-PIC 110的背侧上形成凸块下金属化(UBM)，连同用于重新分布层(RDL)和其他互连的凸块105和焊球106，如图19G中所示。

在2016处，执行切单以分离/隔离所得模块1800，如图19H中所示。图19I中示出了完成的光学模块1800。

使用全向互连(ODI)处理的模内嵌入式光学封装

在一些实施例中，使用全向互连(ODI)工艺，通过在模制物102中嵌入EIC 108和Si-PIC 110，甚至POCC 120，对光学模块进行电子-光子异构集成，如下文结合以下实施例所示和所述。

图21A-G示出了用于光学模块2100的示例性全向互连(ODI)封装工艺，所述光学模块2100具有嵌入模制物中的EIC 108、Si-PIC 110和可插拔光学耦合连接器(POCC)120，并且图22示出了用于图21A-G的光学封装工艺的示例性工艺流程2200。

在例示的实施例中，使用ODI/EIM封装工艺集成光学模块2100，在ODI/EIM封装工艺中，EIC108、Si-PIC 110和POCC 120与光束准直和可插拔光学封装特征一起嵌入模制物102中，如下所述。

在2202处，在玻璃载体晶圆101的牺牲层103上形成柱109，如图21A中所示。

在2204处，将Si-PIC 110放在载体晶圆101上，利用牺牲膜103覆盖Si-PIC 110的光学耦合器111以保护其免于发生模制物流动。然后连同柱109一起，将Si-PIC 110，以及涂覆到光学耦合器111用于保护的牺牲膜103，嵌入模制物102中。图21B中示出了所得结构。

在2206处，形成可光学成像的电介质(PID)构建层140，其中牺牲膜103插入到将放置POCC 120的区域中。接下来，在PID构建层140上制造微逻辑凸块(MLB)105，然后在MLB105上键合EIC 108，以与Si-PIC 110互连。图21C中示出了所得结构。

在2208处，从PID构建层140去除牺牲层103，如图21D中所示。

在2210处，在Si-PIC 110上方组装POCC 120。具体而言，POCC 120在腔体中具有准直透镜122以耦合并对来自Si-PIC 110的耦合器111的光束进行准直。因此，POCC 120的准直透镜122被对准到Si-PIC 110的耦合器111。利用临时盖126覆盖POCC 120的顶部，以保护内腔在ODI工艺期间免受模制材料影响。接下来，涂覆光学环氧树脂以覆盖Si-PIC 110的耦合器111，光学环氧树脂在光学模块工作的光束波长下是透明的。或者，可以在将POCC 120对准到Si-PIC 110的耦合器111之后，向POCC 120的周边涂覆环氧树脂。在这种情况下，环氧树脂不需要在工作波长是透明的。图21E中示出了所得结构。

在2212处，在对准并组装POCC 120之后，执行包覆成型以在模制物102中嵌入EIC108和POCC 120。接下来，研磨顶表面以从POCC 120去除临时盖126并打开引导腔。图21F中示出了所得结构。

在2214处，去除载体晶圆101，并在集成模块的封装侧凸块(PSB)一侧制造RDL104、凸块105和焊球106。最后，执行切单以分离/隔离所得模块1800。图21G中示出了完成的光学模块2100。

图23A-G示出了用于光学模块2300的示例性全向互连(ODI)封装工艺，所述光学模块2300具有嵌入模制物中的EIC 108和Si-PIC 110，所述Si-PIC 110具有垂直耦合器111，并且图24示出了用于图23A-G的光学封装工艺的示例性工艺流程2400。

在例示的实施例中，使用ODI/EIM封装工艺集成光学模块2300，其中，在模制物102中嵌入EIC 108和Si-PIC 110，其中保护膜103在模制工艺期间覆盖Si-PIC 110的垂直耦合器111。

在2402处，在玻璃载体晶圆/面板101的牺牲层103上形成柱109和微逻辑凸块(MLB)105，如图23A中所示。

在2404处，在第一模制物102中嵌入柱109和微逻辑凸块(MLB)105，如图23B中所示。

在2406处，形成可光学成像的电介质(PID)构建层140，并且在PID构建层140上制造微逻辑凸块(MLB)105。接下来，将EIC 108和Si-PIC 110附着/键合到PID构建层140上的MLB界面105，利用牺牲保护膜103覆盖Si-PIC 110的垂直耦合器111以保护其免于模制物流动。图23C中示出了所得结构。

在2408处，执行包覆成型以在第二模制物102中嵌入EIC 108和Si-PIC 110(在耦合器111上具有保护膜103)，连同进行顶表面研磨和背侧金属化(在耦合器111上留下保护膜103)。图23D中示出了所得结构。

在2410处，去除载体晶圆101，并且在集成模块的封装侧凸块(PSB)一侧制造RDL104、凸块105和焊球106。图23E中示出了所得结构。

在2412处，执行激光刮削并且经由激光层裂显露耦合器区域111(仍然涂覆保护膜103)，如图23F中所示。

在2414处，执行切单以分离/隔离所得模块2300，并且从耦合器111去除保护膜103以能够进行光纤阵列单元(FAU)耦合(未示出)。图23G中示出了完成的光学模块2300。

图25示出了光学模块2500的示例性实施例，光学模块2500具有使用全向互连(ODI)封装嵌入模制物中的EIC 108和Si-PIC 110，Si-PIC 110具有边缘耦合器111。在例示的实施例中，使用ODI/EIM封装工艺集成光学模块2500，其中，在模制物102中嵌入EIC 108和Si-PIC 110，其中保护膜103在模制工艺期间覆盖Si-PIC 110的边缘耦合器111。光学模块2500类似于图23A-G中的光学模块2300，只是Si-PIC 110具有边缘耦合器111而不是垂直耦合器。因此，封装工艺也是类似的，只是在Si-PIC 110的边缘而非顶部涂覆用于边缘耦合器111的保护膜。

示例性集成电路实施例

图26示出了可以包括本文公开的实施例中的一者或多者的示例性电气装置2600(也称为计算装置)的框图。例如，电气装置2600和/或其相应部件(例如，通信部件2612、处理器单元2602、存储器2604)可以包括根据本文描述的任何实施例的光学模块或收发器。具体而言，通信部件2612中的一个或多个可以是或者可以包括如本文所公开的光学模块。图26中将若干部件示为包括在电气装置2600中，但在对应用适合的情况下，可以省略或复制这些部件中的任何一个或多个。在一些实施例中，包括在电气装置2600中的部件的一些或全部可以附接至一个或多个母板、主板或系统板。在一些实施例中，这些部件中的一个或多个被制造到单个片上系统(SoC)管芯上。

此外，在各实施例中，电气装置2600可以不包括图26中所示部件的一个或多个，但电气装置2600可以包括接口电路系统，以用于耦合到一个或多个部件。例如，电气装置2600可以不包括显示装置2606，但可以包括显示装置接口电路系统(例如，连接器和驱动器电路系统)，显示装置2606可以耦合到该显示装置接口电路系统。在另一组示例中，电气装置2600可以不包括音频输入装置2624或音频输出装置2608，但可以包括音频输入或输出装置接口电路系统(例如。连接器和支持电路系统)，音频输入装置2624或音频输出装置2608可以耦合到该音频输入或输出装置接口电路系统。

电气装置2600可以包括一个或多个处理器单元2602(例如，一个或多个处理器单元)。如本文所使用的，术语“处理器单元”、“处理单元”或“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换成可以存储于寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置的部分。处理器单元2602可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、通用GPU(GPGPU)、加速处理单元(APU)、现场可编程门阵列(FPGA)、神经网络处理单元(NPU)、数据处理器单元(DPU)、加速器(例如，图形加速器、压缩加速器、人工智能加速器)、控制器密码处理器(在硬件内执行加密算法的专用处理器)、服务器处理器、控制器或者任何其他适当类型的处理器单元。这样一来，处理器单元可以称为XPU(或xPU)。

电气装置2600可以包括存储器2604，存储器904本身可以包括一种或多种存储器器件，例如，易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))、静态随机存取存储器(SRAM)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪速存储器、基于硫族化物的相变非易失性存储器)、固态存储器和/或硬盘驱动器。在一些实施例中，存储器2604可以包括与处理器单元2602位于同一集成电路管芯上的存储器。这一存储器可以被用作高速缓存存储器(例如，1级(L1)、2级(L2)、3级(L3)、4级(L4)、末级高速缓存(LLC))，并且可以包括嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)或者自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)。

在一些实施例中，电气装置2600可以包括一个或多个处理器单元2602，处理器单元2602相对于电气装置2600中的另一处理器单元2602是异构或者不对称的。就包括架构、微架构、热、功耗特性等在内的一系列衡量标准而言，系统中的处理器单元2602之间可以存在各种各样的差异。这些差异可以有效地将它们表现为电气装置2600中的处理器单元2602间的不对称性和异构性。

在一些实施例中，电气装置2600可以包括通信部件2612(例如，一个或多个通信部件)。例如，通信部件2612可以管理用于向电气装置2600传送数据以及传送来自电气装置2600的数据的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过非固态介质经由使用调制电磁辐射来传输数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。术语“无线”不暗示关联装置不包含任何线路，尽管在一些实施例中它们可能不包含。

通信部件2612可以实施多种无线标准或协议中的任何标准或协议，包括但不限于电气和电子工程师协会(IEEE)标准(包括WiFi(IEEE 802.11系列)、IEEE 802.16标准(例如，IEEE 802.16-2005修正案))、长期演进(LTE)计划连同任何修正案、更新和/或修订(例如，高级LTE计划、超移动宽带(UMB)计划(又称为“3GPP2”)等)。IEEE 802.16兼容型宽带无线接入(BWA)网络一般被称为WiMAX网络，WiMAX是表示全球微波接入互操作性的首字母缩略词，其为通过了IEEE 802.16标准的符合性和互操作性测试的产品的认证标志。通信部件2612可以根据全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线电服务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、演进的HSPA(E-HSPA)或LTE网络来工作。通信部件2612可以根据增强型数据速率GSM演进(EDGE)、GSM EDGE无线电接入网(GERAN)、通用陆地无线电接入网(UTRAN)或演进UTRAN(E-UTRAN)工作。通信部件2612可以根据码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强无绳电信(DECT)、演进-数据优化(EV-DO)、其派生标准以及被指定为3G、4G、5G和更高标准的任何其他无线协议来工作。在其他实施例中，通信部件2612可以根据其他无线协议工作。在一些实施例中，通信部件2612可以包括射频(RF)前端电路。电气装置2600可以包括天线2622，以有助于无线通信和/或接收其他无线通信(例如，AM或FM无线电传输)。

在一些实施例中，通信部件2612可以管理有线通信，例如，电学、光学或任何其他适当的通信协议(例如，IEEE 802.3以太网标准)。如上所述，通信部件2612可以包括多个通信部件。例如，第一通信部件2612可以专用于诸如Wi-Fi或蓝牙的短距离无线通信，第二通信部件2612可以专用于诸如全球定位系统(GPS)、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、EV-DO或其他的长距离无线通信。在一些实施例中，第一通信部件2612可以专用于无线通信，并且第二通信部件2612可以专用于有线通信。在一些实施例中，通信部件2612可以包括网络接口控制器。

电气装置2600可以包括电池/电源电路系统2614。电池/电源电路系统2614可以包括一个或多个能量储存装置(例如，电池或电容器)以及/或者用于将电气装置2600的部件耦合至与电气装置2600分开的能量源(例如，AC线路电源)的电路系统。

电气装置2600可以包括显示装置2606(或对应的接口电路系统，如上所述)。显示装置2606可以包括一个或多个嵌入式或者有线或无线连接的外部视觉指示器，例如，平视显示器、计算机监视器、投影仪、触摸屏显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器或者平板显示器。

电气装置2600可以包括音频输出装置2608(或对应的接口电路系统，如上所述)。音频输出装置2608可以包括生成可听指示符的任何嵌入式或有线或无线连接的外部装置，例如，扬声器、头戴耳机或耳塞。

电气装置2600可以包括音频输入装置2624(或对应的接口电路系统，如上所述)。音频输入装置2624可以包括生成表示声音的信号的任何嵌入式或者有线或无线连接的装置，例如，麦克风、麦克风阵列或者数字仪器(例如，具有乐器数字接口(MIDI)输出的仪器)。电气装置2600可以包括全球导航卫星系统(GNSS)装置2618(或者对应的接口电路系统，如上文所论述的)，例如，全球定位系统(GPS)装置。GNSS装置2618可以与基于卫星的系统通信，并且可以基于接收自一个或多个GNSS卫星的信息确定电气装置2600的地理位置，这是本领域已知的。

电气装置2600可以包括一个或多个其他输出装置2610(或对应的接口电路系统，如上所述)。一个或多个其他输出装置2610的示例可以包括音频编码解码器、视频编码解码器、打印机、用于向其他装置提供信息的有线或无线发送器或者额外的存储装置。

电气装置2600可以包括一个或多个其他输入装置2620(或对应的接口电路系统，如上所述)。一个或多个其他输入装置2620的示例可以包括加速度计、陀螺仪、罗盘、图像俘获装置(例如，单视场或立体视场相机)、轨迹球、触控板、触摸板、键盘、诸如鼠标的光标控制装置、触控笔、触摸屏、接近传感器、麦克风、条形码读取器、快速响应(QR)码读取器、心电图(ECG)传感器、PPG(光电容积脉搏波)传感器、电皮肤响应传感器、任何其他传感器或者射频识别(RFID)读取器。

电气装置2600可以具有任何期望的形状因子，例如手持或移动电气装置(例如，手机、智能电话、移动上网装置、音乐播放器、平板电脑、膝上型电脑、2合1可转换计算机、便携式一体式计算机、笔记本电脑、超极本电脑、个人数字助理(PDA)、超级移动个人计算机、便携式游戏控制台等)、台式电气装置、服务器、机架级计算方案(例如，刀片式、托盘式或雪橇计算系统)、工作站或其他联网计算部件、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、固定游戏控制台、智能电视、车辆控制单元、数字相机、数字视频录像机、可穿戴电气装置或嵌入式计算系统(例如，作为车辆、智能家用电器、消费电子产品或设备、制造设备的一部分的计算系统)。在一些实施例中，电气装置2600可以是处理数据的任何其他电子装置。在一些实施例中，电气装置2600可以包括多个分立的物理部件。鉴于电气装置2600在各种实施例中能够表现为的装置的范围，在一些实施例中，可以将电气装置2600称为计算装置或计算系统。

图27是可以被包括到本文公开的任何实施例中的晶圆2700和管芯2702的顶视图。晶圆2700可以由半导体材料构成，并且可以包括具有形成于晶圆2700的表面上的集成电路结构的一个或多个管芯2702。各个管芯2702可以是集成电路产品的包括任何适当集成电路的重复单元。在所述半导体产品的制作完成之后，晶圆2700可以经历切单处理，其中，使各管芯2702相互分开，以提供集成电路产品的分立“芯片”。管芯2702可以是本文公开的任何管芯。管芯2702可以包括一个或多个晶体管、将电信号传输至晶体管的支持电路系统、无源部件(例如，信号迹线、电阻器、电容器或电感器)和/或任何其他集成电路部件。在一些实施例中，晶圆2700或管芯2702可以包括存储器器件(例如，随机存取存储器(RAM)器件，例如静态RAM(SRAM)器件、磁性RAM(MRAM)器件、电阻式RAM(RRAM)器件、导电桥接式RAM(CBRAM)器件等)、逻辑器件(例如，与、或、与非或异或门)或任何其他适当的电路元件。可以在单个管芯2702上组合这些器件的多个器件。例如，由多个存储器器件形成的存储器阵列可以与被配置为将信息存储到所述存储器器件中或执行存储在所述存储器器件中的指令的处理器单元(例如，图26的处理器单元2602)或其他逻辑形成在同一管芯2702上。可以使用管芯到晶圆组装技术制造本文所公开的微电子组件的各种组件，其中将一些管芯附接到包括其他管芯的晶圆2700，接下来将晶圆2700进行切单。

图28是可以包括到本文公开的任何实施例中(例如，可以包括到任何管芯中)的集成电路器件2800的截面侧视图。一个或多个所述集成电路器件2800可以被包括在一个或多个管芯2702(图27)中。集成电路器件2800可以形成于管芯衬底2802(例如，图27的晶圆2700)上，并且可以包括在管芯(例如，图27的管芯2702)中。管芯衬底2802可以是由半导体材料体系构成的半导体衬底，该体系包括例如n型或p型材料体系(或两者的组合)。例如，管芯衬底2802可以包括使用体硅或者绝缘体上硅(SOI)子结构形成的晶体衬底。在一些实施例中，管芯衬底2802可以使用替代材料形成，替代材料可以与硅组合或不与硅组合，替代材料包括但不限于锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓。也可以采用被归类为II-VI族、III-V族或者IV族的其他材料形成管芯衬底2802。尽管本文描述了可以形成管芯衬底2802的材料的几个示例，但是可以使用可以充当集成电路器件2800的基础的任何材料。管芯衬底2802可以是被切单的管芯(例如，图27的管芯2702)或晶圆(例如，图27的晶圆2700)的一部分。

集成电路器件2800可以包括设置在管芯衬底2802上的一个或多个器件层2804。器件层2804可以包括形成于管芯衬底2802上的一个或多个晶体管2840(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的特征。晶体管2840可以包括(例如)一个或多个源极和/或漏极(S/D)区2820、用于控制S/D区2820之间的电流流动的栅极2822、以及用于向S/D区2820传输电信号或传输来自S/D区2820的电信号的一个或多个S/D触点2824。晶体管2840可以包括为了清楚起见未示出的额外特征，例如，器件隔离区、栅极触点等。晶体管2840不限于图28中描绘的类型和配置，并且可以包括很宽范围的各种各样的其他类型和配置，例如，平面晶体管、非平面晶体管或两者的组合。非平面晶体管可以包括诸如双栅极晶体管或三栅极晶体管的FinFET晶体管以及诸如纳米带晶体管、纳米片晶体管或纳米线晶体管的栅极环绕晶体管或栅极全环绕晶体管。

参考图28，晶体管2840可以包括由至少两层－栅极电介质和栅电极－形成的栅极2822。栅极电介质可以包括一个层，或多个层的堆叠体。一个或多个层可以包括氧化硅、二氧化硅、碳化硅和/或高k电介质材料。

高k电介质材料可以包括诸如铪、硅、氧、钛、钽、镧、铝、锆、钡、锶、钇、铅、钪、铌和锌的元素。可以用到栅极电介质中的高k材料的示例包括但不限于氧化铪、氧化硅铪、氧化镧、氧化铝镧、氧化锆、氧化硅锆、氧化钽、氧化钛、氧化钛锶钡、氧化钛钡、氧化钛锶、氧化钇、氧化铝、氧化钽钪铅以及铌锌酸铅。在一些实施例中，在使用高k材料时可以对栅极电介质执行退火工艺以改善其质量。

栅电极可以形成于栅极电介质上并且根据晶体管2840是p型金属氧化物半导体(PMOS)或n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，可以包括至少一个p型逸出功金属或n型逸出功金属。在一些实施方式中，栅电极可以由两个或更多金属层的堆叠体构成，其中，一个或多个金属层是逸出功金属层，并且至少一个金属层是填充金属层。可以出于其他目的包括其他金属层，例如阻挡层。

对于PMOS晶体管而言，可以用于栅电极的金属包括但不限于钌、钯、铂、钴、镍、导电金属氧化物(氧化钌)以及下文参考NMOS晶体管论述的金属中的任何金属(例如，用于逸出功调节)。对于NMOS晶体管而言，可以用于栅电极的金属包括但不限于铪、锆、钛、钽、铝、这些金属的合金、这些金属的碳化物(例如，碳化铪、碳化锆、碳化钛、碳化钽和碳化铝)以及上文参考PMOS晶体管论述的金属中的任何金属(例如，用于逸出功调节)。

在一些实施例中，在沿源极-沟道-漏极方向观察晶体管2840的截面时，栅电极可以由U形结构构成，该U形结构包括基本平行于管芯衬底2802的表面的底部分以及基本垂直于管芯衬底2802的顶表面的两个侧壁部分构成。在其他实施例中，形成栅电极的金属层中的至少一个可以简单地是基本平行于管芯衬底2802的顶表面的平面层，并且不包括基本垂直于管芯衬底2802的顶表面的侧壁部分。在其他实施例中，栅电极可以由U形结构与平面的非U形结构的组合构成。例如，栅电极可以由在一个或多个平面的非U形层的顶部形成的一个或多个U形金属层构成。

在一些实施例中，可以将一对侧壁间隔体形成在栅极堆叠体的相对两侧上，以托夹所述栅极堆叠体。侧壁间隔体可以由诸如氮化硅、氧化硅、碳化硅、掺有碳的氮化硅和氮氧化硅的材料形成。用于形成侧壁间隔体的工艺是现有技术公知的，一般包括沉积和蚀刻工艺步骤。在一些实施例中，可以使用多个间隔体对，例如，可以在栅极堆叠体的相对侧上形成两对、三对或四对侧壁间隔体。

S/D区2820可以形成于管芯衬底2802内，并且与各个晶体管2840的栅极2822相邻。例如，S/D区2820可以使用注入/扩散工艺形成，或者使用沉积工艺形成。在前一种工艺当中，可以将诸如硼、铝、锑、磷或砷的掺杂剂离子注入到管芯衬底2802内，以形成S/D区2820。离子注入工艺随后可以是退火工艺，其使掺杂剂活化并且使掺杂剂进一步扩散到管芯衬底2802内。在后一种工艺中，管芯衬底2802可以首先被蚀刻，以在S/D区2820的位置处形成凹陷。之后，可以执行外延沉积工艺，以采用用于制作S/D区2820的材料填充所述凹陷。在一些实施方式中，S/D区2820可以是采用诸如硅锗或者碳化硅的硅合金制作的。在一些实施例中，可以利用诸如硼、砷或磷的掺杂剂对外延沉积的硅合金进行原位掺杂。在一些实施例中，可以使用诸如锗或III-V族材料或合金的一种或多种替代半导体材料来形成S/D区2820。在其他实施例中，可以使用一层或多层金属和/或金属合金形成S/D区2820。

可以通过一个或多个设置于器件层2804上的互连层(图28中示为互连层2806-2810)向和/或从器件层2804的器件(例如，晶体管2840)传输电信号，例如，功率和/或输入/输出(I/O)信号。例如，器件层2804的导电特征(例如，栅极2822和S/D触点2824)可以与互连层2806-2810的互连结构2828电耦合。一个或多个互连层2806-2810可以形成集成电路器件2800的金属化堆叠体(又称为“ILD堆叠体”)2819。

互连结构2828可以布置于互连层2806-2810之内，以根据各种设计传输电信号，具体而言，布置不限于图28中所示的互连结构2828的特定配置。尽管图28中示出了特定数量的互连层2806-2810，但是本公开的实施例包括具有比所描绘的更多或更少的互连层的集成电路器件。

在一些实施例中，互连结构2828可以包括填充有诸如金属的导电材料的线2828a和/或过孔2828b。可以布置线2828a以在基本平行于在上面形成器件层2804的管芯衬底2802表面的平面的方向上传输电信号。例如，线2828a可以沿从图28的角度来看进出页面的方向和/或横跨页面的方向传输电信号。可以布置过孔2828b以在基本垂直于在上面形成器件层2804的管芯衬底2802表面的平面的方向上传输电信号。在一些实施例中，过孔2828b可以将不同互连层2806-2810的线2828a电耦合在一起。

互连层2806-2810可以包括设置在互连结构2828之间的电介质材料2826，如图28中所示。在一些实施例中，在互连层2806-2810中的不同层中设置在互连结构2828之间的电介质材料2826可以具有不同成分；在其他实施例中，在不同互连层2806-2810之间，电介质材料2826的成分可以是相同的。器件层2804还可以包括设置在晶体管2840与金属化堆叠体的底层之间的电介质材料2826。包括在器件层2804中的电介质材料2826可以具有不同于包括在互连层2806-2810中的电介质材料2826的成分；在其他实施例中，器件层2804中的电介质材料2826的成分可以与包括在互连层2806-2810的任何一者中的电介质材料2826的成分相同。

第一互连层2806(称为金属1或"M1”)可以直接形成于器件层2804上。在一些实施例中，第一互连层2806可以包括线2828a和/或过孔2828b，如图中所示。第一互连层2806的线2828a可以与器件层2804的触点(例如，S/D触点2824)耦合。第一互连层2806的过孔2828b可以与第二互连层2808的线2828a耦合。

第二互连层2808(称为金属2或“M2”)可以直接形成于第一互连层2806上。在一些实施例中，第二互连层2808可以包括过孔2828b，以耦合第二互连层2808的线2828和第三互连层2810的线2828a。尽管为了清楚起见在各个互连层内用线在结构上勾勒出了线2828a和过孔2828b的轮廓，但是在一些实施例中，线2828a和过孔2828b可以在结构和/或材料上具有毗连性(例如，是在双重镶嵌工艺中同时填充的)。

可以根据结合第二互连层2808或第一互连层2806描述的类似技术和配置在第二互连层2808上相继形成第三互连层2810(被称为Metal 3或“M3”)(以及额外的互连层，如果期望的话)。在一些实施例中，在集成电路器件2800的金属化堆叠体2819中“较高”(即，离器件层2804较远)的互连层可以比金属化堆叠体2819中的较低互连层更厚，其中，较高互连层中的线2828a和过孔2828b比较低互连层中的那些更厚。

集成电路器件2800可以包括形成于互连层2806-2810上的阻焊剂材料2834(例如，聚酸亚胺或类似材料)以及一个或多个导电触点2836。在图28中，导电触点2836被示为采取键合焊盘的形式。导电触点2836可以与互连结构2828电耦合，并且被配置为将一个或多个晶体管2840的电信号传输至外部器件。例如，可以在一个或多个导电触点2836上形成焊料键合，从而使包括集成电路器件2800的集成电路管芯与其他部件(例如，印刷电路板)机械和/或电耦合。集成电路器件2800可以包括额外的或者替代的结构，以传输来自互连层2806--2810的电信号；例如，导电触点2836可以包括将电信号传输至外部部件的其他类似特征(例如，柱)。导电触点2836可以充当整个本公开中描述的任何导电触点。

在集成电路器件2800是双面管芯的一些实施例中，集成电路器件2800可以包括位于一个或多个器件层2804的相对侧的另一金属化堆叠体(未示出)。这一金属化堆叠体可以包括如上文参考互连层2806--2810所论述的多个互连层，从而在一个或多个器件层2804与位于集成电路器件2800的与导电触点2836相对的一侧上的额外导电触点(未示出)之间提供导电通路(例如，包括导电线和过孔)。这些额外的导电触点可以充当整个本公开中描述的任何导电接触。

在集成电路器件2800是双面管芯的其他实施例中，集成电路器件2800可以包括穿过管芯衬底2802的一个或多个穿硅过孔(TSV)；这些TSV可以与一个或多个器件层2804发生接触，并且可以在一个或多个器件层2804与位于集成电路器件2800的与导电触点2836相对的一侧上的额外导电触点(未示出)之间提供导电通路。这些额外的导电触点可以充当整个本公开中描述的任何导电触点。在一些实施例中，穿过衬底延伸的TSV可以用于将来自位于集成电路器件2800的与导电触点2836相对的一侧上的导电触点的功率信号和接地信号传输至晶体管2840以及集成在管芯2800内的任何其他部件，并且金属化堆叠体2819可以用于将来自导电触点2836的I/O信号传输至晶体管2840以及集成在管芯2800内的任何其他部件。

可以堆叠多个集成电路器件2800，其中各个堆叠的器件中的一个或多个TSV在器件之一到堆叠体中其他任何器件之间提供连接。例如，可以在基础集成电路管芯的顶部堆叠一个或多个高带宽存储器(HBM)集成电路管芯，并且HBM管芯中的TSV能够提供各个HBM和基础集成电路管芯之间的连接。导电触点能够在堆叠体中的相邻集成电路管芯之间提供额外的连接。在一些实施例中，导电触点可以是细间距焊料凸块(微凸块)。

图29是可以包括本文公开的任何实施例的集成电路器件组件2900的截面侧视图。在一些实施例中，集成电路器件组件2900可以是微电子组件。集成电路器件组件2900包括设置在电路板2902(其可以是母板、系统板、主板等)上的若干部件。集成电路器件组件2900包括设置在电路板2902的第一面2940以及电路板2902的相对第二面2942上的部件；一般而言，部件可以设置在面2940和2942之一或两者上。下文参考集成电路器件组件2900论述的任何集成电路部件都可以采取本文公开的微电子组件100的实施例中的任何适当实施例的形式。

在一些实施例中，电路板2902可以是印刷电路板(PCB)，其包括通过电介质材料层相互隔开并且通过导电过孔互连的多个金属(或互连)层。各个金属层包括导电迹线。所述金属层中的任何一者或多者可以是按照预期电路图案形成的，从而(任选地结合其他金属层)在耦合至电路板2902的部件之间传输电信号。在其他实施例中，电路板2902可以是非PCB衬底。图29中所示的集成电路器件组件2900包括通过耦合部件2916耦合至电路板2902的第一面2940的内插器上封装结构2936。耦合部件2916可以将内插器上封装结构2936电及机械耦合至电路板2902，并且可以包括焊球(如图29中所示)、引脚(例如，作为引脚栅格阵列(PGA)的部分)、触点(例如，作为连接盘栅格阵列(LGA)的部分)、插座的公母部分、粘合剂、底填材料以及/或者任何其他适当的电和/或机械耦合结构。耦合部件2916可以酌情充当针对本文描述的任何衬底组件或衬底组件部件例示或描述的耦合部件。

内插器上封装结构2936可以包括通过耦合部件2918耦合到内插器2904的集成电路部件2920。耦合部件2918可以采取针对应用的任何适当形式，例如上文参考耦合部件2916论述的形式。尽管图29示出了单个集成电路部件2920，但是可以将多个集成电路部件耦合至内插器2904；实际上，可以将额外的内插器耦合至内插器2904。内插器2904可以提供用于桥接电路板2902和集成电路部件2920的居间衬底。

集成电路部件2920可以是封装或未封装的集成电路产品，其包括一个或多个集成电路管芯(例如，图27的管芯2702、图28的集成电路器件2800)以及/或者一个或多个其他适当部件。封装集成电路部件包括安装在封装衬底上的一个或多个集成电路管芯，其中，集成电路管芯和封装衬底包封在诸如金属、塑料、玻璃或陶瓷的壳体材料中。在未封装的集成电路部件2920的一个示例中，单个单片式集成电路管芯包括附接至管芯上的触点的焊料凸块。这些焊料凸块允许管芯被直接附接至内插器2904。集成电路部件2920可以包括一个或多个计算系统部件，例如，一个或多个处理器单元(例如，片上系统(SoC)、处理器核心、图形处理器单元(GPU)、加速器、芯片组处理器)、I/O控制器、存储器或者网络接口控制器。在一些实施例中，集成电路部件2920可以包括一个或多个附加的有源或无源器件，例如，电容器、解耦电容器、电阻器、电感器、熔丝、二极管、变压器、传感器、静电放电(ESD)器件和存储器器件。

在集成电路部件2920包括多个集成电路管芯的实施例中，管芯可以具有相同类型(同构多管芯集成电路部件)或者具有两种或更多种不同类型(异构多管芯集成电路部件)。多管芯集成电路部件可以称为多芯片封装(MCP)或多芯片模块(MCM)。

除了包括一个或多个处理器单元之外，集成电路部件2920还可以包括额外的部件，例如，嵌入式DRAM、堆叠高带宽存储器(HBM)、共享高速缓存存储器、输入/输出(I/O)控制器或者存储器控制器。这些额外的部件中的任何部件都可以与处理器单元位于同一集成电路管芯上，或者在与包括处理器单元的集成电路管芯分开的一个或多个集成电路管芯上。这些分开的集成电路管芯可以称为“芯粒”。在集成电路部件包括多个集成电路管芯的实施例中，管芯之间的互连可以由封装衬底、一个或多个硅内插器、封装衬底中嵌入的一个或多个硅桥接器(例如，嵌入式多管芯互连桥(EMIB))或其组合来提供。

通常，内插器2904可以将连接扩展至更宽的间距或者将连接重新路由至不同连接。例如，内插器2904可以将集成电路部件2920耦合至耦合部件2916的一组球栅阵列(BGA)导电触点，以用于耦合至电路板2902。在图29所示的实施例中，集成电路部件2920和电路板2902附接至内插器2904的相对两侧；在其他实施例中，集成电路部件2920和电路板2902可以附接至内插器2904的同一侧。在一些实施例中，三个或更多部件可以通过内插器2904互连。

在一些实施例中，内插器2904可以被形成为PCB，其包括由电介质材料层彼此分隔并且由导电过孔互连的多个金属层。在一些实施例中，内插器2904可以由环氧树脂、玻璃纤维加强的环氧树脂、具有无机填料的环氧树脂、陶瓷材料或诸如聚酸亚胺的聚合物材料形成。在一些实施例中，内插器2904可以由替代的刚性或柔性材料形成，所述材料可以包括与上文描述的用在半导体衬底中的材料相同的材料，例如，硅、锗以及其他III-V族和IV族材料。内插器2904可以包括金属互连2908和过孔2910，其包括但不限于穿孔过孔2910-1(从内插器2904的第一面2950延伸到内插器2904的第二面2954)、盲孔2910-2(从内插器2904的第一或第二面2950或2954延伸到内部金属层)，以及掩埋过孔2910-3(连接内部金属层)。

在一些实施例中，内插器2904可以包括硅内插器。硅内插器的第一面上的连接可以通过穿过硅内插器延伸的穿硅过孔(TSV)连接到硅内插器的相对第二面。在一些实施例中，包括硅内插器的内插器2904可以进一步包括一个或多个布线层，以将内插器2904的第一面上的连接路由至内插器2904的相对第二面。

内插器2904还可以包括嵌入式器件2914，其包括无源和有源器件。这样的器件可以包括但不限于电容器、解耦电容器、电阻器、电感器、熔丝、二极管、变压器、传感器、静电放电(ESD)器件和存储器器件。还可以在内插器2904上形成更复杂的器件，例如，射频器件、功率放大器、功率管理器件、天线、阵列、传感器和微机电系统(MEMS)器件。在内插器是非印刷电路板的实施例中，内插器上封装结构2936可以采取任何本领域已知的内插器上封装结构的形式。

集成电路器件组件2900可以包括通过耦合部件2922耦合至电路板2902的第一面2940的集成电路部件2924。耦合部件2922可以采取上文参考耦合部件2916论述的实施例中的任何实施例的形式，并且集成电路部件2924可以采取上文参考集成电路部件2920论述的实施例中的任何实施例的形式。

图29中所示的集成电路器件组件2900包括通过耦合部件2928耦合至电路板2902的第二面2942的叠加封装结构2934。叠加封装结构2934可以包括集成电路部件2926和集成电路部件2932，它们通过耦合部件2930耦合到一起，使得集成电路部件2926设置在电路板2902与集成电路部件2932之间。耦合部件2928和2930可以采取上文论述的耦合部件2916的实施例中的任何实施例的形式，并且集成电路部件2926和2932可以采取上文论述的集成电路部件2920的实施例中的任何实施例的形式。叠加封装结构2934可以是根据本领域已知的任何叠加封装结构配置的。

示例性实施例

下文提供在整个本公开中描述的技术的例示性示例。这些技术的实施例可以包括下文所述示例中的任何一个或多个及其任意组合。在一些实施例中，前述附图中的一幅或多幅中阐述的系统或部件中的至少一个可以被配置为执行以下示例中阐述的一个或多个操作、技术、过程和/或方法。

示例1包括一种光学模块，包括：电子集成电路(EIC)；用于发送或接收光信号的光子集成电路(PIC)；以及与所述PIC相邻的可插拔光学耦合连接器(POCC)，其中，所述POCC包括用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；其中，所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中。

示例2包括根据示例1所述的光学模块，还包括：可插拔光纤阵列单元(PFAU)，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。

示例3包括根据示例2所述的光学模块，其中，所述POCC还包括准直透镜，以对通过所述POCC的光进行准直。

示例4包括根据示例2-3中的任一项所述的光学模块，其中，所述PFAU还包括重聚焦透镜，以对通过所述PFAU的光进行重聚焦。

示例5包括根据示例2-4中的任一项所述的光学模块，其中：所述PIC在所述模制物中面向下，其中，所述PIC被配置为从所述PIC的背侧发射光；所述POCC与所述PIC的所述背侧对准；并且所述PFAU还包括倾斜镜，以正交地反射通过所述PFAU的光；其中，当所述PFAU被插入所述POCC的所述可插拔接口中时，从所述PIC的所述背侧发射的光被引导穿过所述POCC，进入所述PFAU中，并且被所述PFAU中的所述倾斜镜正交反射到所述光纤阵列中。

示例6包括根据示例5所述的光学模块，其中，所述PIC还包括准直透镜，以对通过所述PIC的背侧的光进行准直。

示例7包括根据示例2-6中的任一项所述的光学模块，其中，所述PFAU还包括光学隔离器，以限制光通过所述PFAU的方向。

示例8包括根据示例2-7中的任一项所述的光学模块，其中：所述POCC还包括第一倾斜镜，以正交地反射通过所述POCC的光；并且所述PFAU还包括第二倾斜镜，以正交地反射通过所述PFAU的光。

示例9包括根据示例2-8中的任一项所述的光学模块，还包括：嵌入所述模制物中的混合内插器，其中，所述混合内插器包括：所述EIC和所述PIC之间的一个或多个电互连；以及所述PIC和所述POCC之间的一个或多个光学互连。

示例10包括根据示例9所述的光学模块，其中：所述混合内插器包括用于所述一个或多个光学互连的玻璃结构；并且所述玻璃结构包括一个或多个用于所述一个或多个电互连的穿玻璃过孔。

示例11包括根据示例9-10中的任一项所述的光学模块，其中，所述混合内插器还包括抛物面镜，以对在所述PIC和所述POCC之间通过所述混合内插器的光进行准直。

示例12包括根据示例11所述的光学模块，其中，所述POCC还包括重聚焦透镜，以对在所述混合内插器和所述光纤阵列之间通过所述POCC的光进行重聚焦。

示例13包括根据示例9-12中的任一项所述的光学模块，其中，所述混合内插器还包括倾斜镜，以正交地反射在所述PIC和所述POCC之间通过所述混合内插器的光。

示例14包括根据示例13所述的光学模块，其中：所述POCC还包括第二倾斜镜，以正交地反射在所述混合内插器和所述PFAU之间通过所述POCC的光；并且所述PFAU还包括第三倾斜镜，以正交地反射在所述POCC和所述光纤阵列之间通过所述PFAU的光。

示例15包括根据示例1-14中的任一项所述的光学模块，其中，所述模制物包括电介质材料。

示例16包括一种计算装置，包括：处理电路系统；存储器电路系统；以及通信电路系统，其中，所述通信电路系统包括用于发送和接收光传输的光收发器，其中，所述光收发器包括：电子集成电路(EIC)；光子集成电路(PIC)；以及与所述PIC相邻的可插拔光学耦合连接器(POCC)，其中，所述POCC包括用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；其中，所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中。

示例17包括根据示例16所述的计算装置，其中，所述光收发器还包括：可插拔光纤阵列单元(PFAU)，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。

示例18包括根据示例16-17中的任一项所述的计算装置，其中，所述光收发器还包括：嵌入所述模制物中的混合内插器，其中，所述混合内插器包括：位于所述EIC和所述PIC之间的一个或多个电互连；以及位于所述PIC和所述POCC之间的一个或多个光学互连。

示例19包括一种封装光学模块的方法，包括：在晶圆上形成互连结构；将电子集成电路(EIC)和光子集成电路(PIC)面向下地键合在所述晶圆上，其中，所述EIC和所述PIC与所述互连结构对准；将可插拔光学耦合连接器(POCC)键合在所述PIC的背侧上，其中，所述POCC包括：用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；以及用于保护所述可插拔接口免受污染的临时盖；将所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中；研磨所述模制物的顶表面，以去除所述POCC的所述临时盖；释放所述晶圆；在所述光学模块下方形成球阵列；以及对所述光学模块进行切单。

示例20包括根据示例19所述的方法，还包括：将可插拔光纤阵列单元(PFAU)插入所述POCC中，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。

在前面的描述中，将使用本领域技术人员常用的术语描述例示性实施方式的各方面，以向本领域其他技术人员传达其工作的实质。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，可以仅利用所述方面的一些来实践本公开。出于解释的目的，阐述了具体的数字、材料和配置，以提供对例示性实施方式的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，本公开可以在没有具体细节的情况下被实践。在其他实例中，省略或简化了公知的特征，以便不使例示性实施方式模糊不清。

各种操作将按照最有助于理解本公开的方式依次被描述为多个分立操作。然而，描述次序不应被理解为暗示这些操作必然取决于次序。具体而言，可以不按照表达的次序执行这些操作。

出于本公开的目的，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。

本文所使用的术语“在……上方”、“在……下方”、“在……之间”、“在……之上”、“在……上”和/或“附近”可以指一个材料层或部件相对于其他层或部件的相对位置。例如，设置于另一层上方或下方的一层可以直接与另一层接触或可以具有一个或多个中间层。此外，设置于两层之间的一层可以与两层直接接触或者可以具有一个或多个居间层。类似地，第二层“上”的第一层可以与该第二层直接或间接接触。类似地，除非明确做出其他表述，设置于两个特征之间的一个特征可以与相邻特征直接接触或可以具有一个或多个居间特征。

描述可以使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，均可以指一个或多个相同或不同的实施例。此外，结合本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。

本文中可以使用术语“与……耦合”，连同其衍生词。“耦合”可以表示如下一种或多种情况。“耦合”可以表示两个或更多元件直接物理或电接触。然而，“耦合”还可以表示两个或更多元件彼此间接接触，但仍然彼此协作或交互，并可以表示一个或多个其他元件耦合或连接于被说成彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或更多个元件直接接触。

在各实施例中，短语“形成、沉积或通过其他方式设置于第二特征上的第一特征”可以表示第一特征形成、沉积或设置于第二特征上方，第一特征的至少一部分可以直接接触(例如，直接物理和电接触)或间接接触(例如，在第一特征和第二特征之间具有一个或多个其他特征)第二特征的至少一部分。

在本公开提到“一”或“第一”元件或其等价物时，这样的公开包括一个或多个这样的元件，既不需要也不排除两个或更多这样的元件。此外，使用用于所标识元件的顺序指示符(例如，第一、第二或第三)在元件之间进行区分，并不表示或暗示对这种元件的数量的要求或限制，它们也不表示这种元件的特定位置或次序，除非另外具体指明。

如本文所使用的，术语“电路系统”可以指执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适当部件的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)，或者是所述专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)的一部分，或者包括所述专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)。如本文所使用的，“计算机实现的方法”可以指由一个或多个处理器、具有一个或多个处理器的计算机系统、诸如智能电话(其可以包括一个或多个处理器)的移动装置、平板电脑、膝上型计算机、机顶盒、游戏控制台等执行的任何方法。

Claims (20)

1.一种光学模块，包括：

电子集成电路(EIC)；

用于发送或接收光信号的光子集成电路(PIC)；以及

与所述PIC相邻的可插拔光学耦合连接器(POCC)，其中，所述POCC包括用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；

其中，所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中。

2.根据权利要求1所述的光学模块，还包括：

可插拔光纤阵列单元(PFAU)，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。

3.根据权利要求2所述的光学模块，其中，所述POCC还包括准直透镜，以对通过所述POCC的光进行准直。

4.根据权利要求2-3中的任一项所述的光学模块，其中，所述PFAU还包括重聚焦透镜，以对通过所述PFAU的光进行重聚焦。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的光学模块，其中：

所述PIC在所述模制物中面向下，其中，所述PIC被配置为从所述PIC的背侧发射光；

所述POCC与所述PIC的所述背侧对准；并且

所述PFAU还包括倾斜镜，以正交地反射通过所述PFAU的光；

其中，当所述PFAU被插入所述POCC的所述可插拔接口中时，从所述PIC的所述背侧发射的光被引导穿过所述POCC，进入所述PFAU中，并且被所述PFAU中的所述倾斜镜正交反射到所述光纤阵列中。

6.根据权利要求5所述的光学模块，其中，所述PIC还包括准直透镜，以对通过所述PIC的所述背侧的光进行准直。

7.根据权利要求2-6中的任一项所述的光学模块，其中，所述PFAU还包括光学隔离器，以限制光通过所述PFAU的方向。

8.根据权利要求2-7中的任一项所述的光学模块，其中：

所述POCC还包括第一倾斜镜，以正交地反射通过所述POCC的光；并且

所述PFAU还包括第二倾斜镜，以正交地反射通过所述PFAU的光。

9.根据权利要求2-8中的任一项所述的光学模块，还包括：

嵌入所述模制物中的混合内插器，其中，所述混合内插器包括：

位于所述EIC和所述PIC之间的一个或多个电互连；以及

位于所述PIC和所述POCC之间的一个或多个光学互连。

10.根据权利要求9所述的光学模块，其中：

所述混合内插器包括用于所述一个或多个光学互连的玻璃结构；并且

所述玻璃结构包括用于所述一个或多个电互连的一个或多个穿玻璃过孔。

11.根据权利要求9-10中的任一项所述的光学模块，其中，所述混合内插器还包括抛物面镜，以对在所述PIC和所述POCC之间通过所述混合内插器的光进行准直。

12.根据权利要求11所述的光学模块，其中，所述POCC还包括重聚焦透镜，以对在所述混合内插器和所述光纤阵列之间通过所述POCC的光进行重聚焦。

13.根据权利要求9-12中的任一项所述的光学模块，其中，所述混合内插器还包括倾斜镜，以正交地反射在所述PIC和所述POCC之间通过所述混合内插器的光。

14.根据权利要求13所述的光学模块，其中：

所述POCC还包括第二倾斜镜，以正交地反射在所述混合内插器和所述PFAU之间通过所述POCC的光；并且

所述PFAU还包括第三倾斜镜，以正交地反射在所述POCC和所述光纤阵列之间通过所述PFAU的光。

15.根据权利要求1-14中的任一项所述的光学模块，其中，所述模制物包括电介质材料。

16.一种计算装置，包括：

处理电路系统；

存储器电路系统；以及

通信电路系统，其中，所述通信电路系统包括用于发送和接收光传输的光收发器，其中，所述光收发器包括：

电子集成电路(EIC)；

光子集成电路(PIC)；以及

与所述PIC相邻的可插拔光学耦合连接器(POCC)，其中，所述POCC包括用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；

其中，所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中。

17.根据权利要求16所述的计算装置，其中，所述光收发器还包括：

可插拔光纤阵列单元(PFAU)，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。

18.根据权利要求16-17中的任一项所述的计算装置，其中，所述光收发器还包括：

嵌入所述模制物中的混合内插器，其中，所述混合内插器包括：

位于所述EIC和所述PIC之间的一个或多个电互连；以及

位于所述PIC和所述POCC之间的一个或多个光学互连。

19.一种封装光学模块的方法，包括：

在晶圆上形成互连结构；

将电子集成电路(EIC)和光子集成电路(PIC)面向下地键合在所述晶圆上，其中，所述EIC和所述PIC与所述互连结构对准；

将可插拔光学耦合连接器(POCC)键合在所述PIC的背侧上，其中，所述POCC包括：

用于将光纤阵列光学耦合到所述PIC的可插拔接口；以及

用于保护所述可插拔接口免受污染的临时盖；

将所述EIC、所述PIC和所述POCC嵌入模制物中；

研磨所述模制物的顶表面，以去除所述POCC的所述临时盖；

释放所述晶圆；

在所述光学模块下方形成球阵列；以及

对所述光学模块进行切单。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

将可插拔光纤阵列单元(PFAU)插入所述POCC中，其中，所述PFAU包括所述光纤阵列，并且其中，所述PFAU被配置为插入所述POCC的所述可插拔接口中，以将所述光纤阵列光学耦合到所述PIC。