穿硅光学互连.pdf

一些实现提供了一种半导体器件，其包括第一管芯和光接收器。第一管芯包括背面层，该背面层具有足够薄的厚度以允许光信号穿过该背面层。光接收器被配置成接收通过第一管芯的背面层的若干光信号。在一些实现中，每个光信号源自耦合至第二管芯的对应的光发射器。在一些实现中，背面层是管芯基板。在一些实现中，光信号穿过背面层的基板部分。第一管芯进一步包括有效层。光接收器是有效层的一部分。在一些实现中，半导体器件包括第二管芯，该第二管芯包括光发射器。第二管芯耦合至第一管芯的背面。

1.  一种半导体器件，包括：
包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过 所述背面层；以及
光接收器，其被配置成接收通过所述第一管芯的所述背面层的多个光信 号。

2.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，每个光信号源自耦合至 第二管芯的对应的光发射器。

3.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述背面层是管芯基板。

4.  如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述光信号穿过所述背 面层的基板部分。

5.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述光接收器包括所述有效层的一部分。

6.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述光接收器被进一步配置成接收所述多个光信号中通过所述第一 管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

7.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述光接收器与所述第 一管芯分开。

8.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述光接收器包括多个 光传感器。

9.  如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述光接收器被配置成 将特定的光信号与特定的光传感器相关联。

10.  如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，特定的光传感器被 配置成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自特定的发射器。

11.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括第二管 芯，所述第二管芯包括光发射器，所述第二管芯耦合至所述第一管芯的背面。

12.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括：
包括光发射器的第二管芯；以及
位于所述第一管芯与所述第二管芯之间的第三管芯，其中所述光接收器被 配置成接收通过所述第三管芯的特定光信号。

13.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括被配置 成将至少一个光信号反射到所述光接收器的反射组件。

14.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括配置成 散射至少一个光信号的反射组件。

15.  如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件被 纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、 移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝 上型计算机中的至少一者中。

16.  一种半导体器件，包括：
包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过 所述背面层；以及
光发射器，其被配置成发射通过所述第一管芯的所述背面层的多个光信 号。

17.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，每个光信号以耦 合至第二管芯的对应的光发射器为目的地。

18.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述背面层是管 芯基板。

19.  如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，所述光信号穿过 所述背面层的基板部分。

20.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述第一管芯进 一步包括有效层，所述光发射器包括所述有效层的一部分。

21.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述第一管芯进 一步包括有效层，所述光发射器被进一步配置成发射所述多个光信号中通过所 述第一管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

22.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述光发射器与 所述第一管芯分开。

23.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述光发射器包 括多个光发射机。

24.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括第二 管芯，所述第二管芯包括光接收器，所述第二管芯耦合至所述第一管芯的背面。

25.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括：
包括光接收器的第二管芯；以及
位于所述第一管芯与所述第二管芯之间的第三管芯，其中所述光发射器被 配置成发射通过所述第三管芯的特定光信号。

26.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括被配 置成反射来自所述光发射器的至少一个光信号的反射组件。

27.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，进一步包括配置 成散射至少一个光信号的反射组件。

28.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述光发射机是 被进一步配置成接收多个光信号的光学器件。

29.  如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件 被纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设 备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和 /或膝上型计算机中的至少一者中。

30.  一种设备，包括：
包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过 所述背面层；以及
用于接收通过所述第一管芯的所述背面层的多个光信号的装置。

31.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述用于接收的装置被进一步配置成接收所述多个光信号中通过所 述第一管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

32.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述用于接收的装置包 括多个光传感器。

33.  如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述用于接收的装置被 配置成将特定的光信号与特定的光传感器相关联。

34.  如权利要求32所述的设备，其特征在于，特定的光传感器被配置 成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自用于发射所述光信号的特定 装置。

35.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，进一步包括用于将至少 一个光信号反射到所述用于接收的装置的装置。

36.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，进一步包括用于散射至 少一个光信号的装置。

37.  如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述设备被纳入到以下 至少一者中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移 动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机、 和/或膝上型计算机。

38.  一种设备，包括：
包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过 所述背面层；以及
用于发射通过所述第一管芯的所述背面层的多个光信号的装置。

39.  如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述用于发射的装置被进一步配置成发射所述多个光信号中通过所 述第一管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

40.  如权利要求38所述的设备，其特征在于，进一步包括用于反射来 自所述用于发射的装置的至少一个光信号的装置。

41.  如权利要求38所述的设备，其特征在于，进一步包括用于散射至 少一个光信号的装置。

42.  如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述用于发射的装置进 一步包括用于接收多个光信号的装置。

43.  如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述设备被纳入到以下 至少一者中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移 动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机、 和/或膝上型计算机。

44.  一种用于提供半导体器件的方法，所述方法包括：
提供包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号 穿过所述背面层；以及
提供光接收器，所述光接收器被配置成接收通过所述第一管芯的所述背面 层的多个光信号。

45.  如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述光接收器被进一步配置成接收所述多个光信号中通过所述第一 管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

46.  如权利要求44所述的方法，其特征在于，进一步包括：
提供包括光发射器的第二管芯；以及
将所述第二管芯耦合至所述第一管芯。

47.  如权利要求44所述的方法，其特征在于，进一步包括提供被配置 成将至少一个光信号反射到所述光接收器的反射组件。

48.  如权利要求44所述的方法，其特征在于，进一步包括提供被配置 成散射至少一个光信号的反射组件。

49.  一种用于提供半导体器件的方法，所述方法包括：
提供包括背面层的第一管芯，所述背面层具有的厚度足够薄以允许光信号 穿过所述背面层；以及
提供光发射器，所述光发射器被配置成发射通过所述第一管芯的所述背面 层的多个光信号。

50.  如权利要求49所述的方法，其特征在于，所述第一管芯进一步包 括有效层，所述光发射器被进一步配置成发射所述多个光信号中通过所述第一 管芯的所述有效层的至少一部分的特定光信号。

51.  如权利要求49所述的方法，其特征在于，进一步包括：
提供包括光接收器的第二管芯；以及
将所述第二管芯耦合至所述第一管芯。

52.  如权利要求49所述的方法，其特征在于，进一步包括提供被配置 成反射来自所述光发射器的至少一个光信号的反射组件。

53.  如权利要求49所述的方法，其特征在于，进一步包括提供被配置 成散射至少一个光信号的反射组件。

54.  一种用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个光学互连的方 法，所述方法包括：
从所述第一管芯上的发射器发射光信号；
基于哪个接收器接收到从所述发射器发射的光信号来将所述第二管芯上 的接收器与所述第一管芯上的所述发射器相关联。

55.  如权利要求54所述的方法，其特征在于，将所述第二管芯上的所 述接收器与所述第一管芯上的所述发射器相关联建立了所述第一管芯与所述 第二管芯之间的光学互连。

56.  如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述第一管芯包括多个 发射器，并且所述第二管芯包括多个接收器。

57.  如权利要求56所述的方法，其特征在于，进一步包括为来自所述 多个发射器中的一个以上发射器迭代地执行所述发射和所述关联。

58.  如权利要求54所述的方法，其特征在于，将所述接收器与所述发 射器相关联是在所述第一管芯被耦合至所述第二管芯之后执行的。

59.  一种包括用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个光学互连 的指令的机器可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器：
从所述第一管芯上的发射器发射光信号；
基于哪个接收器接收到从所述发射器发射的光信号来将所述第二管芯上 的接收器与所述第一管芯上的所述发射器相关联。

60.  如权利要求59所述的机器可读存储介质，其特征在于，将所述第 二管芯上的所述接收器与所述第一管芯上的所述发射器相关联建立了所述第 一管芯与所述第二管芯之间的光学互连。

61.  如权利要求59所述的机器可读存储介质，其特征在于，所述第一 管芯包括多个发射器，并且所述第二管芯包括多个接收器。

62.  如权利要求61所述的机器可读存储介质，其特征在于，进一步包 括在由处理器执行时使所述处理器为来自所述多个发射器中的一个以上发射 器迭代地执行所述发射和所述关联的指令。

63.  如权利要求59所述的机器可读存储介质，其特征在于，将所述接 收器与所述发射器相关联是在所述第一管芯被耦合至所述第二管芯之后执行 的。

穿硅光学互连
本申请要求于2012年11月14日提交的题为“Through Silicon Optical  Interconnects(穿硅光学互连)”的美国临时申请No.61/726,249的优先权， 其通过引用明确结合于此。
领域
各种特征涉及穿硅光学互连。
背景技术
引线接合法和穿硅通孔(TSV)是可被用于将两个或更多个管芯电连 接在一起的技术的示例。图1解说了通过使用TSV彼此连接的两个管芯。具 体地，图1解说了第一管芯100、第二管芯102、以及若干焊料凸块104a-b和 105a-b。
第一管芯100包括第一区域106和第二区域108。第一区域106可被称为 第一管芯100的背面。第一区域106可以是硅材料。第二区域108可被称为管 芯100的正面。第二区域108是第一管芯100的有效区域。第二区域/有效区域 108可以包括有源和无源器件(例如，晶体管)、导电层(例如，金属层)和 介电层。有效区域108包括接触焊盘110a-b。
第二管芯102包括第一区域112和第二区域114。第一区域112可被称为 第一管芯102的背面。第一区域112可以是硅材料。第一区域112包括若干接 触焊盘116a-b和若干TSV 118a-b。第二区域114可被称为第二管芯102的正 面。第二区域114是第二管芯102的有效区域。第二区域/有效区域114可以包 括有源和无源器件、导电层(例如，金属层)、介电层。
如图1中所示，第一管芯100和第二管芯102通过焊料凸块104a-b耦合 在一起。具体地，第一管芯100的有效区域108通过接触焊盘110a-b、焊料凸 块104a-b、接触焊盘116a-b和TSV 118a-b电耦合至第二管芯102的有效区域 114。在一些实现中，这些连接将功率信号提供给第一管芯100。
图1还解说了第一管芯100和第二管芯102通过焊料凸块105a-b耦合在 一起。具体地，第一管芯100的有效区域108通过接触焊盘111a-b、焊料凸块 104a-b、接触焊盘117a-b和TSV 119a-b电耦合至第二管芯102的有效区域114。 在一些实现中，这些连接提供其他类型的信号(例如，控制和/或数据信号)。
除了焊料凸块或者取代焊料凸块，一些实现还可以使用引线接合法(例如， 丝焊120a-b)来连接至第一管芯100。这些丝焊120a-b被示为虚线以指示它们 是可任选的。丝焊120a-b可以耦合至未示出的印刷电路板(PCB)。类似地， 第二管芯102可以可任选地包括耦合至焊料凸块122a-b的接触焊盘121a-b。 接触焊盘121a-b可以耦合至TSV 118a-b。焊料凸块122a-b可以耦合至PCB(未 示出)。
在大多数情况下，第一与第二管芯100-102之间的以上电连接可以是用于 连接两个管芯的合适解决方案。然而，在一些情况下，电连接可能不是用于将 两个或更多个管芯连接在一起的最优解决方案。
因此，需要改进的用于在封装中将两个或更多个管芯耦合在一起的设计。 理想地，此种设计将利用新颖的光学互连技术。
概述
各种特征涉及穿硅光学互连。
第一示例提供了一种半导体器件，其包括第一管芯和光接收器。第一管芯 包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。光接收 器被配置成接收通过第一管芯的背面层的若干光信号。
根据一方面，每个光信号源自耦合至第二管芯的对应的光发射器。在一些 实现中，背面层是管芯基板。在一些实现中，光信号穿过背面层的基板部分。 在一些实现中，第一管芯进一步包括有效层，并且其中光接收器是该有效层的 一部分。
根据一个方面，第一管芯进一步包括有效层，并且光接收器被进一步配置 成接收该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。在 一些实现中，光接收器与第一管芯分开。
根据一个方面，光接收器包括多个光传感器。在一些实现中，光接收器被 配置成将特定光信号与特定光传感器相关联。在一些实现中，特定光传感器被 配置成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自特定发射器。
根据一方面，半导体器件包括第二管芯，该第二管芯包括光发射器，其中 第二管芯耦合至第一管芯的背面。
根据一个方面，该半导体器件进一步包括包含光发射器的第二管芯，以及 位于第一管芯与第二管芯之间的第三管芯，其中光接收器被配置成接收通过第 三管芯的特定光信号。
根据一方面，半导体器件进一步包括被配置成将至少一个光信号反射到光 接收器的反射组件。
根据一个方面，半导体器件进一步包括被配置成散射至少一个光信号的反 射组件。
根据一个方面，该半导体器件被纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单 元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、 固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
第二示例提供了一种半导体器件，其包括第一管芯和光发射机。第一管芯 包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。光发射 器被配置成发射通过第一管芯的背面层的若干光信号。
根据一方面，每个光信号以耦合至第二管芯的对应的光发射器为目的地。 在一些实现中，背面层是管芯基板。在一些实现中，光信号穿过背面层的基板 部分。
根据一个方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器是有效层的一部分。
根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器被进一步配置成发射 该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
根据一个方面，光发射器与第一管芯分开。在一些实现中，光发射器包括 若干光发射机。
根据一方面，半导体器件进一步包括第二管芯，该第二管芯包括光接收器。 第二管芯耦合至第一管芯的背面。
根据一个方面，半导体器件进一步包括包含光接收器的第二管芯，以及位 于第一管芯与第二管芯之间的第三管芯。光发射器被配置成发射通过第三管芯 的特定光信号。
根据一方面，半导体器件进一步包括反射组件，该反射组件被配置成反射 来自光发射器的至少一个光信号。
根据一个方面，半导体器件进一步包括被配置成散射至少一个光信号的反 射组件。
根据一方面，光发射机是被进一步配置成接收若干光信号的光学器件。
根据一个方面，该半导体器件被纳入到音乐播放器、视频播放器、娱乐单 元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、 固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
第三示例提供了一种设备，其包括包含背面层的第一管芯，该背面层具有 的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该设备进一步包括用于接收通过第 一管芯的背面层的若干光信号的装置。
根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。用于接收的装置被进一步配置 成接收该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。在 一些实现中，用于接收的装置包括若干光传感器。在一些实现中，用于接收的 装置被配置成将特定光信号与特定光传感器相关联。在一些实现中，特定光传 感器被配置成将在其光传感器处接收到的光信号标识为源自用于发射光信号 的特定装置。
根据一个方面，该设备进一步包括用于将至少一个光信号反射到用于接收 的装置的装置。
根据一方面，该设备进一步包括用于散射至少一个光信号的装置。
根据一个方面，该设备被纳入到以下至少一者中：音乐播放器、视频播放 器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人 数字助理、固定位置终端、平板计算机、和/或膝上型计算机。
第四示例提供了一种设备，其包括包含背面层的第一管芯，该背面层具有 的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该设备还包括用于发射通过第一管 芯的背面层的若干光信号的装置。
根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。用于发射的装置被进一步配置 成发射该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
根据一个方面，该设备进一步包括用于反射来自用于发射的装置的至少一 个光信号的装置。
根据一方面，该设备进一步包括用于散射至少一个光信号的装置。
根据一个方面，该装置被纳入到以下至少一者中：音乐播放器、视频播放 器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人 数字助理、固定位置终端、平板计算机、和/或膝上型计算机。
第五示例提供了一种用于提供半导体器件的方法。该方法提供包括背面层 的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该方法 提供光接收器，该光接收器被配置成接收通过第一管芯的背面层的若干光信 号。
根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光接收器被进一步配置成接收 该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
根据一个方面，该方法进一步包括提供包括光发射器的第二管芯。该方法 还将第二管芯耦合至第一管芯。
根据一方面，该方法进一步提供被配置成将至少一个光信号反射到光接收 器的反射组件。
根据一个方面，该方法进一步包括提供被配置成散射至少一个光信号的反 射组件。
第六示例提供了一种用于提供半导体器件的方法。该方法包括提供包括背 面层的第一管芯，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。该 方法还提供光发射器，该光发射器被配置成发射通过第一管芯的背面层的若干 光信号。
根据一方面，第一管芯进一步包括有效层。光发射器被进一步配置成发射 该若干光信号中通过第一管芯的有效层的至少一部分的特定光信号。
根据一个方面，该方法进一步包括提供包括光接收器的第二管芯。该方法 还将第二管芯耦合至第一管芯。
根据一方面，该方法进一步包括提供被配置成反射来自光发射器的至少一 个光信号的反射组件。
根据一个方面，该方法进一步包括提供被配置成散射至少一个光信号的反 射组件。
第七示例提供了一种用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个光学 互连的方法。该方法从第一管芯上的发射器发射光信号。该方法基于哪个接收 器接收到从发射器发射的光信号来将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发 射器相关联。
根据一方面，将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联建立了 第一管芯与第二管芯之间的光学互连。在一些实现中，第一管芯包括若干发射 器并且第二管芯包括若干接收器。在一些实现中，该方法进一步包括为若干发 射器中的一个以上发射器迭代地执行发射和关联。
根据一个方面，将接收器与发射器相关联是在第一管芯被耦合至第二管芯 之后执行的。
第八示例提供了一种包括用于校准第一管芯与第二管芯之间的至少一个 光学互连的指令的机器可读存储介质，该指令在由处理器执行时使该处理器： 从第一管芯上的发射器发射光信号，以及基于哪个接收器接收到从发射器发射 的光信号来将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联。
根据一方面，将第二管芯上的接收器与第一管芯上的发射器相关联建立了 第一管芯与第二管芯之间的光学互连。在一些实现中，第一管芯包括若干发射 器并且第二管芯包括若干接收器。在一些实现中，机器可读存储介质进一步包 括在由处理器执行时使该处理器为若干发射器中的一个以上发射器迭代地执 行发射和关联的指令。
根据一个方面，在由处理器执行时使该处理器将接收器与发射器相关联的 指令是在第一管芯被耦合至第二管芯之后执行的。
附图
在结合附图理解下面阐述的详细描述时，各种特征、本质和优点会变得明 显，在附图中，相像的附图标记贯穿始终作相应标识。
图1解说了使用穿硅通孔(TSV)耦合在一起的两个管芯。
图2解说了使用穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。
图3解说了使用穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。
图4解说了多个光发射器向具有若干光传感器的单个光接收器进行发射 的配置。
图5解说了多个光发射器向具有若干光传感器的单个光接收器进行发射 的另一配置。
图6解说了具有若干光发射机的单个光发射器向具有若干光传感器的单 个光接收器进行发射的配置。
图7解说了具有若干光发射机的单个光发射器向具有若干光传感器的单 个光接收器进行发射的另一配置。
图8解说了具有若干光发射机的单个光发射器向若干光接收器进行发射 的配置。
图9解说了具有若干光发射机的单个光发射器向若干光接收器进行发射 的另一配置。
图10解说了具有若干光发射机的单个光发射器向具有若干光传感器的单 个光接收器进行发射的配置。
图11解说了具有若干光发射机的单个光发射器向具有若干光传感器的单 个光接收器进行发射的另一配置。
图12解说了使用穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。
图13解说了使用具有反射组件的穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。
图14解说了使用具有反射组件的穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。
图15解说了使用穿硅光学互连耦合在一起的三个管芯。
图16解说了用于制造使用穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯的方法的 流程图。
图17解说了用于校准两个管芯之间的穿硅光学互连的方法的流程图。
图18解说了双重功能性光学器件与光接收器的组合。
图19解说了双重功能性光学器件与光发射器的组合。
图20解说了两个双重功能性光学器件的组合。
图21解说了可以集成本文中描述的IC的各种电子设备。
详细描述
在以下描述中，给出了具体细节以提供对本公开的各方面的透彻理解。然 而，本领域普通技术人员将理解，没有这些具体细节也可实践这些方面。例如， 电路可能用框图示出以避免使这些方面湮没在不必要的细节中。在其他实例 中，公知的电路、结构和技术可能不被详细示出以免模糊本公开的这些方面。
综览
本公开的一些示例性实现涉及包括管芯和光接收器的半导体器件。管芯包 括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。光接收器 用于接收通过管芯的背面层的若干光信号。来自若干光信号中的每个特定光信 号是从若干光发射器中特定的光发射器发射的。
本公开的一些示例性实现还涉及包括管芯和若干光发射器的半导体器件。 管芯包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面层。每 个特定的光发射器用于向光接收器发射通过管芯的背面层的特定光信号。
本公开的一些示例性实现还涉及包括管芯、反射组件和光接收器的半导体 器件。管芯包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背面 层。在一些实现中，光波长将被选择成使得通过背面层的吸收率和/或损耗较低。 例如，在一些实现中，在管芯的背面层(例如，基板)是硅(Si)时，光波长 将大于1.1微米(μm)。反射组件用于反射来自光发射器的光信号。光接收器 用于接收通过管芯的背面层的光信号。所接收到的光信号是从反射组件反射来 的。
本公开的一些示例性实现还涉及包括管芯、光发射器、和反射组件的半导 体器件。管芯包括背面层，该背面层具有的厚度足够薄以允许光信号穿过该背 面层。光发射器用于发射通过管芯的背面层的特定光信号。在一些实现中，可 在发射之前调制光信号以编码信息。反射组件用于反射来自光发射器的特定光 信号。
示例性穿硅光学互连
在一些情形中，电连接可以足够好或者足以将两个管芯连接在一起。然而， 在其他情形中，两个管芯之间的电连接可能不提供最佳可能的或者最优的解决 方案。例如，在相对较高信号频率的实例中，光学连接或者光学互连提供比电 连接更好的功率效率。在一些实现中，光学互连的较佳的功率效率是由于其在 光信号行进通过长距离(例如，数毫米(mm))时较低的寄生负载。
图2解说了使用至少一个穿硅光学互连耦合在一起的两个管芯。具体地， 图2解说了第一管芯200、第二管芯202、以及若干焊料凸块204a-b。在一些 实现中，第一管芯200和第二管芯202各自是硅管芯。第一管芯200包括第一 区域206和第二区域208。第一区域206可被称为第一管芯200的背面(其也 可被称为管芯基板)。第一区域206可以是硅材料。在一些实现中，第一区域 206可以是玻璃或塑料。第二区域208可被称为第一管芯200的正面。第二区 域208是第一管芯200的有效区域。第二区域/有效区域208可以包括有源和无 源器件、导电层(例如，金属层)和介电层。有效区域208包括接触焊盘210a-b。
如图2中进一步示出的，光发射器/调制器211耦合至有效区域208。在一 些实现中，光发射器211是调制光源。为了简单起见，光发射器211将被描述 为一个组件。然而，应当理解，光发射器211可以是若干组件，包括发射器组 件和调制器组件。在一些实现中，发射器组件是生成光源(例如，IIIV激光) 的组件，而调制器组件可以是调制由发射器生成的光的相位和/或强度的组件。 在一些实现中，对来自发射器组件的光的相位和/或强度的调制基于来自第一管 芯200的电信号。
在图2中，光发射器211与第一管芯200分开(即，光发射器211在有效 区域208外部)。然而，在一些实现中，光发射器211位于第一管芯200内(例 如，是第一管芯200的有效区域208的部分)。尽管图2中仅示出了一个光发 射器，然而在一些实现中，多个发射器可以耦合至第一管芯200。光发射器211 生成可被光接收器检测和/或接收的光源/信号。此种光接收器将在以下参照第 二管芯202来进一步描述。
如图2中所示，第二管芯202包括第一区域212和第二区域214。第一区 域212可被称为第一管芯202的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。第 一区域212可以是硅材料并且可以包括介电层。然而，在一些实现中，第一区 域212可以是玻璃或塑料。第一区域212包括若干接触焊盘216a-b和若干TSV 218a-b。第二区域214可被称为第二管芯202的正面。第二区域214是第二管 芯202的有效区域。第二区域/有效区域214可以包括有源和无源器件、导电层 (例如，金属层)和介电层。
图2还解说了耦合至第二管芯202的有效区域214的光接收器219。光接 收器219可以包括能够接收和/或检测来自光发射器的光信号(诸如来自光发射 器211的光信号220)的光传感器。在一些实现中，光接收器219与第二管芯 202分开。在其他实现中，光接收器219位于第二管芯202内(例如，是第二 管芯202的有效区域214的部分)。尽管图2中仅示出了一个光接收器，然而 在一些实现中，多个光接收器可以耦合至第二管芯202。
图2解说了两个管芯之间的通信的示例。具体地，图2解说了第一管芯 200可以如何与第二管芯202通信。在一些实现中，来自第一管芯200的电信 号被转换成光信号(该电信号可以由第一管芯200生成(例如，在内部生成) 或者可以是由第一管芯200通过未示出的另一输入端接收到的电信号)。光信 号随后被发射到第二管芯202，其中该光信号被转换回到电信号。将电信号转 换成光信号或者反过来(例如，将光信号转换成电信号)可以通过本领域普通 技术人员已知的常规方法来执行。出于清楚的目的，未示出对于此类转换而言 必需的任何电路、电路系统和/或组件。然而，本领域普通技术人员将领会和理 解，此类电路、电路系统、和/或组件对于本领域普通技术人员而言是公知的。 从光发射器211到光接收器219的光信号路径(例如，光信号路径220)在本 文中被称为光学互连。然而，为了使光学互连工作(即，为了使光接收器219 能够接收通过第二管芯202的第一区域212的光信号220)，第一区域212必 须足够薄以表现得如同透明材料那样并且由此允许光通过(例如，第一区域212 必须具有低吸收率和/或损耗)。材料的吸收率和/或损耗指的是材料吸收光的 能力/性质。在一些实现中，第二管芯202的第一区域212必须小于100微米 (μm)。在一些实现中，光信号的波长大于1微米(μm)。例如，在一些实 现中，对于硅(Si)基板而言，光信号的波长可以在1.0μm到1.6μm之间。 如果第一区域212太厚(即，大于阈值厚度)，则第一区域212将吸收由光发 射器发射的光信号。在一些实现中，以上的光学互连避免了对波导的需要。
上述光学互连可以替代图1中描述的一些或全部电互连。具体地，在一些 实现中，光学互连可以替代由图1的接触焊盘111a-b、焊料凸块104a-b、接触 焊盘117a-b和TSV 119a-b定义的电互连。在一些实现中，以上的光学互连可 被用于高信号频率或任何类型的信号(例如，控制和/或数据信号)。
光学互连提供胜过纯电连接的若干益处和优点。如以上所讨论的，在使用 高信号频率时，光学互连要比电连接更为功率高效。另外，使用光学互连将消 除对TSV的需要并且由此降低了因制造TSV而引起的复杂性(例如，TSV与 有源硅(Si)晶体管的交互)。此外，光学互连的使用允许比TSV更宽松的公 差，这转译成更佳的组装成品率和更便宜的组装工艺。
如图2中所示，第一管芯200和第二管芯202还通过焊料凸块204a-b电 耦合在一起。具体地，第一管芯200的有效区域208通过接触焊盘210a-b、焊 料凸块204a-b、接触焊盘216a-b和TSV 218a-b电耦合至第二管芯202的有效 区域214。在一些实现中，第一管芯200与第二管芯202之间的(使用TSV 218a-b 的)电连接被用于功率信号和/或低频信号。
图3解说了用于使用光学互连来耦合两个管芯的另一实现。图3类似于图 2，区别在于第一管芯具有多个光发射器并且第二管芯具有能够接收和/或检测 来自不同源(例如，不同发射器)的光信号的较大的接收器。具体地，图3解 说了耦合至第二管芯302的第一管芯300。第一管芯300包括第一区域304和 第二区域306。第一区域304可以由硅制成。在一些实现中，第一区域304可 被称为第一管芯300的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。第二区域306 是管芯300的有效区域。第二区域306耦合至第一光发射器308、第二光发射 器310和第三光发射器312。在一些实现中，第一、第二和第三光发射器308-312 可以是第二区域306的一部分(例如，集成在第二区域306中)。
第二管芯302包括第一区域314和第二区域316。在一些实现中，第一区 域314可被称为第二管芯302的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。第 二区域316耦合至较大的光接收器318。光接收器318相对于光发射器308-312 的大小而言是较大的。在一些实现中，光接收器318可以是第二管芯302的第 二区域316的部分(例如，集成在第二区域316中)。光接收器318用于接收 来自光发射器308-312的光信号。具体地，光接收器318用于接收来自第一光 发射器308的第一信号320、来自第二光发射器322的第二信号322、和来自 第三发射器324的第三信号324。在一些实现中，第一、第二和第三信号320-324 具有相同的性质(例如，相同的波长)。在其他实现中，第一、第二和第三信 号320-324具有不同的性质(例如，不同的波长)。在此类情形中，光接收器 318可以能够区分不同的波长。较大的光接收器318可以是光传感器阵列。在 一些实现中，来自光接收器318的特定光传感器可被关联至特定的光发射器。 如此，在一些实现中，较大的光接收器318可以包括若干较小的光接收器。
使用较大的光接收器318有若干优点。举例来说，其允许在将光接收器附 连至管芯和/或将两个管芯耦合在一起时较宽松的制造公差。在一个示例中，光 接收器可以包括光传感器阵列。光传感器的相对位置是已知的且被映射。这些 光传感器可以在被耦合至管芯之后被校准和/或被指派以对应于来自光发射器 的某些光信号。因此，在组装过程期间完美地对准光接收器是不重要的。作为 结果，在组装过程期间达成较佳的制造成品率。
除了使用较大的光接收器或者取代使用较大的光接收器，一些实现可以使 用较大的光发射器。较大的光发射器可以包括若干较小的光发射器。如此，较 大的光发射器可以是较小的光发射器的阵列。在一些实现中，较大的光发射器 的使用可以提供如以上针对使用较大的光接收器所描述的优点相同的优点。此 外，光发射器阵列可以如以上针对较大的光接收器所描述的方式类似的方式被 校准和指派。已描述了较大的光发射器和较大的光接收器的使用，现在将在以 下进一步描述对这些光传感器和发射器的校准和指派。
图4-11解说了可以在穿硅互连的一些实现中如何使用对光发射器和接收 器的校准和指派的各个示例。为了简单和清楚的目的，图4-11中未示出管芯 (IC)的所有组件。
图4解说了包括管芯、较大的光接收器和若干光发射器的配置。如图4 中所示，管芯400包括第一区域402和第二区域404。在一些实现中，第一区 域402可被称为管芯400的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。图4还 解说了光接收器406、第一光发射器408、第二光发射器410和第三光发射器 412。
光接收器406耦合至管芯400。更具体地，光接收器406耦合至第二有效 区域404。在一些实现中，光接收器406可以集成在第二有效区域404中。光 接收器406可以是管芯400的部分或者是管芯400的分开组件。如图4中进一 步示出的，光接收器406包括光接收器414-426的阵列。这些光接收器414-426 是光传感器。如此，光接收器406包括光传感器阵列。
光发射器408-412是耦合至另一管芯(出于清楚的目的而未示出)的光发 射器。此管芯可以是耦合至管芯400的管芯。如图4中所示，光发射器408-412 被对准，以使得来自第一光发射器408的第一光信号通过第二有效区域404被 光接收器416接收。类似地，第二光发射器410被对准，以使得来自第二光发 射器410的第二光信号通过第二有效区域404被光接收器420接收。另外，第 三光发射器412被对准，以使得来自第三光发射器412的第三光信号通过第二 有效区域404被光接收器424接收。
在这一配置中，由光接收器416接收到的任何光信号将被假定为是由第一 光发射器408发射的。类似地，由光接收器420接收到的任何光信号将被假定 为是由第二光发射器410发射的。另外，由光接收器424接收到的任何光信号 将被假定为是由第三光发射器412发射的。
在一些实例中，发射器与接收器之间的对准可以是不同的。图5解说了包 括管芯、光接收器和若干光发射器的配置的示例。图5类似于图4，区别在于 发射器408-412相对于光接收器414-426的对准是不同的。如图5中所示，第 一发射器408现在与光接收器418对准，第二发射器410现在与光接收器420 对准，并且第三光发射器412现在与光接收器424对准。
光发射器和光接收器的对准和配置的以上示例不限于若干光发射器和一 个较大的光接收器。上述新颖的对准和配置也可以在包括较大的光发射器和较 大的光接收器的配置、以及包括较大的光发射器和若干光接收器的配置中使 用。参照图6-7示出和描述包括较大的光发射器和较大的光接收器的配置的示 例，而参照图8-9示出和描述包括较大的光发射器和若干光接收器的配置的示 例。
图6解说了包括管芯、较大的光接收器和较大的光发射器的配置。如图6 中所示，管芯600包括第一区域602和第二区域604。在一些实现中，第一区 域602可被称为管芯600的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。图6还 解说了光接收器606和光接收器607。
光接收器606耦合至管芯600。更具体地，光接收器606耦合至第二有效 区域604。在一些实现中，光接收器606可以集成在第二有效区域604中。光 接收器606可以是管芯600的部分或者是管芯600的分开组件。如图6中进一 步示出的，光接收器606包括光接收器614-626的阵列。这些光接收器614-626 是光传感器。如此，光接收器606包括光传感器阵列。
如图6中所示，光发射器607包括光发射器608-612。如此，在一些实现 中，光发射器是光发射器阵列。光发射器607是耦合至另一管芯(出于清楚的 目的而未示出)的光发射器。这一管芯可以是耦合至管芯600的管芯。如图6 中所示，光发射器607被对准，以使得来自光发射器608的第一光信号通过第 二有效区域604被光接收器616接收。类似地，光发射器607被对准，以使得 来自光发射器610的第二光信号通过第二有效区域604被光接收器620接收。 另外，光发射器607被对准，以使得来自光发射器612的第三光信号通过第二 有效区域604被光接收器624接收。
如此，在此配置中，由光接收器616接收到的任何光信号将被假定为是由 光发射器608发射的。类似地，由光接收器620接收到的任何光信号将被假定 为是由光发射器610发射的。另外，由光接收器624接收到的任何光信号将被 假定为是由光发射器612发射的。
图7解说了包括管芯、较大的光接收器和较大的光发射器的配置的示例。 图7类似于图6，区别在于光发射器607相对于光接收器606的对准是不同的。 如图7中所示，发射器608现在与光接收器614对准，发射器610现在与光接 收器618对准，并且光发射器612现在与光接收器422对准。
图8解说了包括管芯、较大的光发射器和若干光接收器的配置。如图8 中所示，管芯800包括第一区域802和第二区域804。在一些实现中，第一区 域802可被称为管芯800的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。图8还 解说了光接收器606和若干光接收器814-826。
光接收器814-826耦合至管芯800。更具体地，光接收器814-826耦合至 第二有效区域804。在一些实现中，光接收器814-826可以集成在第二有效区 域804中。光接收器814-826可以是管芯800的部分或者是管芯800的分开组 件。
如图8中所示，光发射器806包括光发射器608-812。如此，在一些实现 中，光发射器是光发射器阵列。光发射器807是耦合至另一管芯(出于清楚的 目的而未示出)的光发射器。这一管芯可以是耦合至管芯800的管芯。如图8 中所示，光发射器806被对准，以使得来自光发射器808的第一光信号通过第 二有效区域804被光接收器816接收。类似地，光发射器806被对准，以使得 来自光发射器810的第二光信号通过第二有效区域804被光接收器820接收。 另外，光发射器806被对准，以使得来自光发射器812的第三光信号通过第二 有效区域804被光接收器824接收。
如此，在这一配置中，由光接收器816接收到的任何光信号将被假定为是 由光发射器808发射的。类似地，由光接收器820接收到的任何光信号将被假 定为是由光发射器810发射的。另外，由光接收器824接收到的任何光信号将 被假定为是由光发射器812发射的。
图9解说了包括管芯、较大的光发射器和若干光接收器的配置的示例。图 9类似于图8，区别在于光接收器814-826相对于光发射器806的对准是不同 的。如图9中所示，光发射器808现在与光接收器814对准，光发射器810现 在与光接收器816对准，并且光发射器812现在与光接收器420对准。
图10-11解说了在一些实现中光发射器和接收器的对准和配置的示例。图 10解说了光发射器1000和光接收器1002。光发射器1100包括光发射器阵列。 光接收器1002包括光接收器/传感器阵列。如图10中所示，光发射器1004与 光接收器1006对准/相关联。
图11解说了图10的光发射器1000和光接收器1002。图11类似于图10， 区别在于光发射器1000与光接收器1002偏移。如图11中所示，当光发射器 1000与光接收器1002偏移时，一些或全部发射器和接收器的对准发生改变。 如图11中所示，光发射器1004现在与光接收器1008(而不是光接收器1006) 对准/相关联。类似地，其他光发射器也与不同的光接收器对准/相关联。图10-11 解说了在两个管芯彼此耦合之后可以如何配置光发射器和光接收器。由于这些 光发射器和光接收器是可配置的，因而光发射器和/或光接收器在其相应管芯上 的放置不必如在光学器件、光发射器和/或光接收器是不可配置的情况下那么准 确和/或精确。由于对准、校准和/或配置是在管芯彼此耦合(例如，物理耦合) 之后进行的，因而光发射器和/或光接收器的对准、校准和/或配置可以考虑到 管芯的任何失准。在一些实现中，校准、调整、和/或配置光发射器和/或光接 收器的能力将导致较佳的制造成品率，因为不完美对准的管芯仍可以操作和/ 或起作用。以下参照图17来进一步描述用于校准、配置和/或调整光发射器和/ 或光接收器的方法的示例。
图4-11解说了其中光信号穿过管芯的单个有效区域的实现。然而，在一 些实现中，光信号可以穿过管芯的多个有效区域。
图12解说了用于使用光学互连来耦合两个管芯的另一实现。出于清楚和 简单的目的，将仅讨论一些组件。图12解说了第一管芯1200、第二管芯1202、 和印刷电路板(PCB)1220。如图12中所示，用接合材料1204来将第一管芯 1200物理地耦合至第二管芯1202。接合材料1204是允许光通过的材料。第一 管芯1200包括第一区域1206和第二区域1208。第一区域1206可以由硅制成。 在一些实现中，第一区域1206可被称为管芯1200的背面(管芯的背面也可被 称为管芯基板)。第二区域1208是有效区域。有效区域1208耦合至光发射器 1210。光发射器可以能够发射光信号1212。第一管芯1200通过丝焊1222a-b 电耦合至PCB 1220。在一些实现中，丝焊1222a-b向第一管芯1200提供功率 信号。
第二管芯1202包括第一区域1214和第二区域1216。第一区域1214可以 由硅制成。在一些实现中，第一区域1214可被称为管芯1202的背面(管芯的 背面也可被称为管芯基板)。第二区域1216是有效区域。有效区域1216可以 耦合至光接收器1218。光接收器1218用于检测和/或接收通过第一管芯1200 的第一区域1206和第二管芯1202的第一区域1214的光信号(例如，光信号 1212)。在一些实现中，光接收器1218可以集成到第二管芯1202的第二区域 1216中。如图12中所示，第二管芯1202通过焊料凸块1224a-b电耦合至PCB 1220。在一些实现中，通过焊料凸块1224a-b来提供至第二管芯1202的功率信 号。因此，在这一实现中，在由光接收器接收到光信号之前，该光信号穿过两 个有效区域(例如，第一管芯的部分或全部有效区域、以及第二管芯的部分或 全部有效区域)。在一些实现中，为了使光信号成功地从一个管芯发射到另一 管芯，光信号的信号路径必须足够薄(例如，是透明的)，以使得其允许足够 的光通过。在一些实现中，为了使光信号成功地从一个管芯发射到另一管芯， 光信号的信号路径必须具有充分低的吸收率，以使得其允许足够的光通过(例 如，光信号穿过的材料的吸收率必须低到足以允许足够的光通过)。如图12 中所示，光信号经过从发射器1210通过第一管芯1200的有效区域1208、通过 第一管芯1200的第一区域(例如，基板区域)1206、通过接合材料1204、并 且随后通过第二管芯的第一区域(例如，基板区域)1214进入第二管芯1202 的有效区域1216、以及最后进入光接收器1218的光学路径。
使用反射组件的示例性光学互连
图13解说了用于使用光学互连来连接两个管芯的另一实现。图13类似于 图2，区别在于图13还包括用于引导/反射来自光发射器的光信号的反射组件 (例如，镜子)。具体地，图13解说了第一管芯1300和第二管芯1302。
第一管芯1300包括第一区域1303和第二有效区域1304。第一区域1303 可以由硅制成。在一些实现中，第一区域1303可被称为管芯1300的背面(管 芯的背面也可被称为管芯基板)。光发射器1305和反射组件1306(例如，镜 子)被耦合至第一管芯1300。光发射器1304和反射组件1306可以是管芯1300 的部分(例如，管芯的有效区域的部分)，或者可以是管芯1300的分开组件。 光接收器1308耦合至第二管芯1302。第二管芯1302包括第一区域1307和第 二有效区域1308。第一区域1307可以由硅制成。在一些实现中，第一区域1307 可被称为管芯1302的背面(管芯的背面也可被称为管芯基板)。光发射器1305 被配置成向反射组件1306发射光信号(例如，光信号1310)。反射组件1306 引导/反射光信号，以使得第二管芯1302中的光接收器1309可以接收该光信号。
图14解说了用于使用光学互连来连接两个管芯的另一实现。图14类似于 图2，区别在于图14还包括用于引导/反射来自光发射器的光信号的反射组件 (例如，镜子)。具体地，图14解说了第一管芯1400和第二管芯1402。第一 管芯1400包括第一区域1403和第二有效区域1404。第一区域1403可以由硅 制成。在一些实现中，第一区域1403可被称为管芯1400的背面(管芯的背面 也可被称为管芯基板)。光发射器1305耦合至第一管芯1400。反射组件1406 (例如，镜子)和光接收器1308耦合至第二管芯1402。第二管芯1402包括第 一区域1407和第二有效区域1408。第一区域1407可以由硅制成。在一些实现 中，第一区域1407可被称为管芯1402的背面(管芯的背面也可被称为管芯基 板)。反射组件1406和光接收器1409可以是第二管芯1402的部分，或者在 一些实现中可以是第二管芯1402的分开组件。光发射器1404被配置成向第二 管芯1402的反射组件1406发射光信号(例如，光信号1410)。在一些实现中， 反射组件1406引导/反射光信号，以使得第二管芯1402中的光接收器1408可 以接收该光信号。
图13-14解说了一个反射组件(例如，反射组件1306、反射组件1406) 的使用。然而，在一些实现中，可使用多个反射组件。在一些实现中，可以通 过若干反射组件来反射光信号。例如，来自光发射器的光信号可以在抵达光接 收器之前通过一系列反射组件(例如，第一反射组件、第二反射组件、第三反 射组件)来反射。这些反射组件可以位于管芯之一上、或者在两个管芯的组合 上。
另外，在一些实现中，反射组件可以散射光信号。在此种实现中，反射组 件可以将光信号分开/分解成各个光信号，其中至少一个被分开的光信号被引导 至与另一被分开的光信号不同的发射机。例如，发射器可以向散射/分开光信号 的反射组件发射光信号，由此沿第一方向引导被分开的第一光信号(例如，引 导至第一接收器)，而沿第二方向引导被分开的第二光信号(例如，引导至第 二接收器)。不同的实现可以不同地散射光信号。在一些实现中，光信号可以 沿两个以上方向散射(例如，被散射到两个以上接收器)。
图2-14解说了光发射器、光接收器、和/或反射组件的各个位置的示例。 应当注意，可以在管芯内和/或管芯周围的任何地方放置光发射器、光接收器和 /或反射组件。另外，光发射器的位置可以与光接收器的位置互换。
图2-14解说了在没有任何居间管芯的情况下两个管芯之间的光学互连(例 如，两个管芯之间的光信号)的示例。然而，在一些实现中，一个或多个光学 互连可以存在于两个管芯之间，其中至少一个居间管芯处于这两个管芯之间。 例如，从第一管芯上的发射器到第二管芯上的接收器的光信号可以穿过位于第 一管芯与第二管芯之间的第三管芯。在此种实例中，光信号可以穿过若干有效 区域和/或背层区域。
图15解说了在两个管芯以及这两个管芯之间的居间管芯之间使用光学互 连的示例。出于清楚和简单的目的，将仅讨论一些组件。图15解说了第一管 芯1500、第二管芯1502、第三管芯1503和印刷电路板(PCB)1520。如图15 中所示，第一管芯1500耦合至第三管芯1503，并且第三管芯1503用接合材料 1504耦合至第二管芯1502。接合材料1504是允许光通过的材料。第一管芯1500 包括第一区域1506和第二区域1508。第一区域1506可以由硅制成。在一些实 现中，第一区域1506可被称为管芯1500的背面(管芯的背面也可被称为管芯 基板)。第二区域1508是有效区域。有效区域1508被耦合至光发射器1510。 光发射器可以能够发射光信号1512。第一管芯1500通过丝焊(未示出)电耦 合至PCB 1520。在一些实现中，这些丝焊向第一管芯1500提供功率信号。
第二管芯1502包括第一区域1514和第二区域1516。第一区域1514可以 由硅制成。在一些实现中，第一区域1514可被称为管芯1502的背面(管芯的 背面也可被称为管芯基板)。第二区域1516是有效区域。有效区域1516可以 耦合至光接收器1518。光接收器1518被配置成检测和/或接收光信号(例如， 光信号1512)。
第三管芯1503包括第一区域1522和第二区域1524。第一区域1522可以 由硅制成。在一些实现中，第一区域1522可被称为管芯1503的背面(管芯的 背面也可被称为管芯基板)。第二区域1524是有效区域。
如图15中所示，光接收器1518被配置成检测和/或接收通过第三管芯1503 (即，第一区域1522和第二区域1524)以及第二管芯1502的第一区域1514 的光信号(例如，光信号1512)。光接收器1518还可以接收通过第二管芯1502 的第二区域1516的光信号。在一些实现中，光接收器1518可以集成到第二管 芯1502的第二区域1516中。如图15中进一步示出的，第二管芯1502通过焊 料凸块1524a-b电耦合至PCB 1520。在一些实现中，通过焊料凸块1524a-b来 提供至第二管芯1502的功率信号。因此，在这一实现中，在由光接收器接收 到光信号之前，该光信号穿过两个有效区域(例如，第一管芯的有效区域的部 分或全部、以及第二管芯的有效区域的部分或全部)。在一些实现中，为了使 光信号成功地从一个管芯发射到另一管芯，光信号的信号路径必须足够薄(例 如，是透明的)，以使得其允许足够的光通过。在一些实现中，为了使光信号 成功地从一个管芯发射到另一管芯，光信号的信号路径必须具有充分低的吸收 率，以使得其允许足够的光通过(例如，光信号通过的材料的吸收率必须低到 足以允许足够的光通过)。
如图15中所示，光信号经过从发射器1510通过第三管芯1503的有效区 域1524、通过第三管芯1503的第一区域(例如，基板区域)1522、通过接合 材料1504、并且随后通过第二管芯的第一区域(例如，基板区域)1514进入 第二管芯1502的有效区域1516、以及最后进入光接收器1518的光学路径。因 此，在一些实现中，在图15中所示的示例中，光信号通过的所有材料的累积 吸收率必须足够低以允许光信号从发射器抵达接收器。以上针对图15所述的 吸收率和/或累积吸收率也可以适用于图2-14中描述的实现以及本公开中描述 的任何其他实现。
本公开中描述的各个实现的一个优点在于，可以避免和/或回避在管芯中 使用光波导。难以在管芯中(例如，在管芯的有效区域中)构造光波导。因此， 通过避免和/或回避光波导，管芯的制造变得更容易且更便宜。
还应当注意，各发射器可以按相同的频率或者不同的频率发射光信号。例 如，第一组发射器可以按第一频率进行发射，而第二组发射器可以按第二频率 进行发射，依此类推。类似地，接收器可以被配置成接收任何频率的光信号或 者仅接收某个频率集合的光信号。不同实现可以使用被配置成发射和/或接收不 同频率的不同光信号的发射器和接收器的不同组合。
已描述了各种光发射器和光接收器，现在将在下面描述用于制造使用穿硅 光学互连耦合在一起的管芯的方法。
用于制造具有穿硅光学互连的管芯的示例性方法
图16解说了用于制造/提供使用穿硅光学互连耦合在一起的管芯的方法的 流程图。
该方法始于(在1605)提供第一管芯的有效区域。在一些实现中，提供 管芯的有效区域可以包括在管芯上界定/制造有源和无源器件(例如，晶体管)、 导电层(例如，金属层)和介电层。
接下来，该方法(在1610)提供第一管芯的至少一个光发射器。在一些 实现中，光发射器被配置成发射通过一个或多个管芯的有效区域和/或无效区域 (例如，背面/基板)的光信号。例如，光发射器可被配置成发射通过第一管芯 的有效区域和/或无效区域和/或可耦合至第一管芯的另一管芯(例如，第二管 芯)的有效区域和/或无效区域的光信号。在一些实现中，提供光发射器可以包 括在第一管芯的有效区域中制造光发射器。
该方法可以随后可任选地(在1615)提供第一管芯的至少一个反射组件。 该反射组件可以是镜子。在一些实现中，反射组件用于反射和/或散射来自该至 少一个光发射器的光信号。在一些实现中，反射组件可以是第一管芯的有效区 域的一部分。
当(在1610)提供了光发射器或者(在1615)提供了反射组件之后，该 方法(在1620)提供第二管芯的有效区域。如在第一管芯的情形中那样，提供 第二管芯的有效区域可以包括在第二管芯上界定/制造有源和无源器件(例如， 晶体管)、导电层(例如，金属层)和介电层。
接下来，该方法(在1625)提供第二管芯的至少一个光接收器。可以在 第二管芯的有效区域中界定/制造光接收器。光接收器被配置成接收通过一个或 多个管芯的一个或多个有效区域(例如，第一管芯的有效区域和/或第二管芯的 有效区域)和/或一个或多个管芯的一个或多个无效区域(例如，基板区域/背 面区域)的光信号。
当(在1625)提供第二管芯的至少一个光接收器之后，该方法可以任选 地(在1630)提供用于将光信号反射/散射到第二管芯的该至少一个光接收器 的至少一个反射组件(例如，镜子)。在一些实现中，反射组件可以是第二管 芯的有效区域的一部分。
该方法随后(在1635)将第一管芯耦合至第二管芯，并结束。第一管芯 和第二管芯可以耦合在一起，以使得第一管芯和第二管芯至少经由光发射器和 光接收器处于彼此通信中。在一些实现中，耦合第一管芯和第二管芯包括将第 一管芯组装到第二管芯。
用于穿硅光学互连的校准的示例性方法
图17解说了用于穿硅光学互连的校准的方法的示例性流程图。在一些实 现中，图17的方法的一些或全部可以在以上图16中描述的用于制造/提供使用 穿硅光学互连耦合在一起的管芯的方法中实现。
该方法始于(在1705)将第一管芯耦合至第二管芯。第一管芯包括至少 一个光发射器并且第二管芯包括至少一个光接收器。第一管芯和第二管芯可以 耦合在一起，以使得第一管芯和第二管芯至少经由光发射器和光接收器处于彼 此通信中。在一些实现中，耦合第一管芯和第二管芯包括将第一管芯组装到第 二管芯。
接下来，该方法(在1710)从第一管芯选择特定的光发射器。当(在1710) 选择了特定的光发射器之后，该方法(在1715)从所选择的光发射器发射光信 号。在一些实现中，光信号可被传送通过一个或多个管芯的一个或多个有效区 域(例如，第一和/或第二管芯的有效区域)。在一些实现中，光信号可被传送 通过一个或多个管芯的一个或多个无效区域(例如，基板区域/背面区域)。
当(在1715)发射了光信号之后，该方法(在1720)将所选择的光发射 器(例如，发送该光信号的光发射器)与第二管芯上接收到所发射的光信号的 光接收器(例如，光传感器)相关联。
接下来，该方法(在1725)确定是否有更多光发射器。若是，则该方法 返回到1710以从第一管芯选择另一光发射器。在一些实现中，可以执行选择 光发射器、从光发射器发射光信号以及将所选择的光发射器与光接收器相关联 的若干迭代。
该方法当(在1725)确定没有其他光发射器之后结束。在一些实现中， 以上方法描述了允许两个或更多个管芯在组装(例如，两个或更多个管芯的物 理耦合)之后光学地耦合在一起的校准方法。图17的方法的部分或全部可以 由第一管芯、第二管芯和/或第三管芯(例如，第三处理器)来执行。在一些实 现中，图17的方法的部分或全部可以由若干管芯(例如，第一和第二管芯) 来执行。此外，图17的方法的一部分或全部可以由外部装置和/或机器(例如， 测试机)来执行。
具有发射和接收功能性的光学器件
在本公开中，光发射机(例如，发射器)和光接收器被描述为分开的光学 器件/装置。然而，在一些实现中，这些光学器件可以具有光发射和光接收能力 和/或功能性两者。即，在一些实现中，光发射机可以传送/发射光信号并且接 收/检测光信号。类似地，在一些实现中，光接收器可以接收/检测光信号以及 传送/发射光信号。在一些实现中，这些双重功能性光学器件可以被称为双向光 学器件(例如，双向发射机/接收器)。
这些双重功能性光学器件可以是可配置的，并且可以在本公开中描述的任 何光发射机和接收器(包括本公开中描述的各种方法)中应用/使用。例如，在 一些实现中，第一管芯可以具有第一双重目的/功能性光学器件(例如，可以发 射和接收光信号的发射机)，而光学地耦合至第一管芯的第二管芯可以具有第 一光接收器和/或第一光发射机。另外，在一些实现中，光学地耦合在一起的第 一管芯和第二管芯可以各自具有双重目的/功能性光学器件。
图18-20解说了在一些实现中使用一个或多个双重功能性光学器件的各种 示例。
图18解说了第一管芯上的双重功能性光学器件1800与第二管芯上的光接 收器1802的组合。如图18中所示，光学器件1800包括若干发射器1804和若 干接收器1806。光接收器1802包括若干接收器1808。这些发射器由比接收器 更暗的阴影来表示。光学器件1800被配置成作为光发射机起作用，其中来自 发射器1804中的一些或全部的一个或多个光信号被传送给光接收器1802中的 一个或多个接收器1808。在图18的示例中，光学器件1800的光接收器1806 是不活跃的，因为光学器件1800被配置成作为光发射机来操作。活跃的发射 器和接收器由粗轮廓来表示。不活跃的发射器和接收器由虚线轮廓来表示。
如图18中所示，第一活跃光发射器1804a被配置成向第一光接收器1808a 发射光信号。在一些实现中，光发射器1804中的一些光发射器(例如，光发 射器1804b)是不活跃的。在一些实现中，不活跃的光发射器是不向相应的光 接收器发射光信号的发射器。在一些实现中，不活跃的光发射器可以是不与相 应的光接收器相关联的光发射器。光发射器(例如，光发射器1804b)可以出 于各种原因而是不活跃的，包括不与相应的光接收器对准、不工作(例如，有 故障)、或者不需要该光发射器来提供两个管芯之间的光学互连/连接。类似地， 如以上提及的，光接收器(例如，光接收器1808b)也可以是不活跃的。在一 些实现中，不活跃的光接收器可以是不与相应的光发射器相关联的光接收器。 光接收器(例如，光接收器1806)可以出于各种原因而是不活跃的，包括不与 相应的光发射器对准、不工作(例如，有故障)、或者不需要该光接收器来提 供两个管芯之间的光学互连/连接。
图19解说了第一管芯上的双重功能性光学器件1900与第二管芯上的光发 射机1902的组合。如图19中所示，光学器件1900包括若干接收器1904和若 干发射器1906。光发射机1902包括若干发射器1908。这些发射器由比接收器 更暗的阴影来表示。光学器件1900被配置成作为光接收器起作用，其中光学 器件1900的接收器1904中的一些或全部接收器可以接收/检测(例如，来自光 发射机1902的发射器1908的)一个或多个光信号。在这一示例中，光发射器 1906是不活跃的，因为光学器件1900被配置成作为光接收器来操作。活跃的 发射器和接收器由粗轮廓来表示。不活跃的发射器和接收器由虚线轮廓来表 示。
如图19中所示，第一活跃光接收器1904a被配置成接收来自第一光发射 器1908a的光信号。在一些实现中，光接收器1904中的一些光接收器(例如， 光接收器1904b)是不活跃的。在一些实现中，不活跃的光接收器是不接收来 自相应的光发射器的光信号的接收器。在一些实现中，不活跃的光接收器可以 是不与相应的光发射器相关联的光接收器。光接收器(例如，光接收器1904b) 可以出于各种原因而是不活跃的，包括不与相应的光发射器对准、不工作(例 如，有故障)、或者不需要该光接收器来提供两个管芯之间的光学互连/连接。 类似地，如以上描述的，光发射器(例如，光发射器1908b)也可以是不活跃 的。在一些实现中，不活跃的光发射器可以是不与相应的光接收器相关联的光 发射器。光发射器(例如，光接收器1906)可以出于各种原因而是不活跃的， 包括不与相应的光接收器对准、不工作(例如，有故障)、或者不需要该光发 射器来提供两个管芯之间的光学互连/连接。
图20解说了第一管芯上的第一双重功能性光学器件2000与第二管芯上的 第二双重功能性光学器件2002的组合。如图20中所示，第一光学器件2000 包括若干发射器2004和若干接收器2006。第二光学器件2002包括若干接收器 2008和若干发射器2010。这些发射器由比接收器更暗的阴影来表示。第一光 学器件2000被配置成作为光发射机和光接收器来起作用。第二光学器件2002 也被配置成作为光发射机和光接收器来起作用。然而，在一些实现中，这些光 学器件之一可以被配置成作为光发射机来操作，而另一光学器件被配置成作为 光接收器来操作。
图20解说了来自光学器件2000-2002的一些发射器(例如，发射器2004b、 2010b)是不活跃的。类似地，一些接收器(例如，接收器2006b、2008b)是 不活跃的。发射器和接收器可以出于各种原因而是不活跃的，包括以上图18-19 中所描述的原因。活跃的发射器和接收器由粗轮廓来表示。不活跃的发射器和 接收器由虚线轮廓来表示。
如图20中所示，光学器件2000上的第一组光发射器被配置成向光学器件 2002上的第一组光接收器发射一个或多个光信号。例如，(光学器件2000上 的)第一活跃光发射器2004a被配置成向(光学器件2002上的)第一光接收 器2008a发射光信号。类似地，光学器件2002上的第一组光接收器被配置成 接收/检测来自光学器件2000上的第一组光发射器的一个或多个光信号。例如， (光学器件2002上的)第一活跃光接收器2008a被配置成接收/检测来自(光 学器件2000上的)第一光发射器2004a的光信号。
另外，光学器件2002上的第二组光发射器被配置成向光学器件2000上的 第二组光接收器发射一个或多个光信号。例如，(光学器件2002上的)第二 活跃光发射器2010a被配置成向(光学器件2000上的)第二光接收器2006a 发射光信号。另外，光学器件2000上的第二组光接收器被配置成接收/检测来 自光学器件2002上的第二组光发射器的一个或多个光信号。例如，(光学器 件2000上的)第二活跃光接收器2006a被配置成接收/检测来自(光学器件2002 上的)第二光发射器2010a的光信号。
图18-20还解说了在两个管芯彼此耦合之后可以如何配置光学器件、发射 器和/或光接收器。由于这些光学器件、发射器和光接收器是可配置的，因而光 学器件、发射器和/或光接收器在其相应管芯上的放置不必如在光学器件、光发 射器和/或光接收器是不可配置的情况下那么准确和/或精确。由于对准、校准 和/或配置是在管芯彼此耦合(例如，物理耦合)之后进行的，因而光学器件、 发射器和/或光接收器的对准、校准和/或配置可以考虑到管芯的任何失准。在 一些实现中，校准、调整、和/或配置光学器件、发射器和/或光接收器的能力 将导致较佳的制造成品率，因为不完美地对准的管芯仍可以操作和/或起作用。 以上参照图17描述了用于校准、配置和/或调整光学器件、发射器和/或光接收 器的方法的示例。
示例性电子设备
图21解说了可与任何前述集成电路、管芯或封装集成的各种电子设备。 例如，移动电话2102、膝上型计算机2104以及固定位置终端2106可包括如本 文所述的集成电路(IC)2100。IC 2100可以是例如本文所述的集成电路、管 芯或封装中的任何一种。图21中所解说的设备2102、2104、2106仅是示例性 的。其它电子设备也可以IC 2100为特征，包括但不限于移动设备、手持式个 人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数字助理)、启用GPS 的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置 数据单位(诸如仪表读取装备)、通信设备、智能电话、平板计算机、或者存 储或检索数据或计算机指令的任何其它设备，或者其任何组合。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描 述为“示例性”的任何实现或方面不必被解释为优于或胜过本公开的其他方面。 同样，术语“方面”不要求本公开的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操 作模式。术语“耦合”在本文中被用于指两个对象之间的直接或间接耦合。例 如，如果对象A物理地接触对象B，且对象B接触对象C，则对象A和C可 仍被认为是彼此耦合的——即便它们并非彼此直接物理接触。例如，管芯的基 板可以耦合至封装基板，即使管芯的基板从不与封装基板直接物理接触。
根据本公开的各方面，术语晶片和基板在本文可被用于包括具有藉以形成 集成电路(IC)的暴露表面的任何结构。术语“管芯”可以在本文用于包括IC。 术语基板被理解为包括半导体晶片。术语基板还被用于指制造期间的半导体结 构，并且可包括已经在其上制造了的其它层。术语基板包括掺杂和未掺杂半导 体、由基半导体支承的外延半导体层、或由绝缘体支承的半导体层、以及本领 域技术人员熟知的其它半导体结构。术语绝缘体被定义为包括比一般被本领域 技术人员称为导体的材料导电性低的任何材料。术语“水平”被定义为基本上 平行于晶片或基板的常规平面或表面的平面，无论该晶片或基板的朝向如何。 术语“垂直”指基本上垂直于如上所定义的水平的方向。当关于本文描述的集 成电路使用时，介词，诸如“在……上”、“上部”、“侧”、“更高”、“更 低”、“上方”、和“下方”是关于在晶片或基板的顶表面上的常规平面或表 面来定义的，无论该晶片或基板的朝向如何。介词“在……上”、“上部”、 “侧”、“更高”、“更低”、“上方”、“下方”由此是关于“水平”和“垂 直”来定义的。
图4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、20和/ 或21中解说的组件、步骤、特征和/或功能之中的一个或多个可以被重新安排 和/或组合成单个组件、步骤、特征或功能，或可以实施在若干组件、步骤、或 功能中。也可添加额外的元件、组件、步骤、和/或功能而不会脱离本发明。
还应注意，本公开的各方面可作为被描绘为流程图、流图、结构图、或框 图的过程来描述。尽管流程图可能会把诸操作描述为顺序过程，但是这些操作 中有许多操作能够并行或并发地执行。另外，这些操作的次序可以被重新安排。 过程在其操作完成时终止。
本文所述的本发明的各种特征可实现于不同系统中而不脱离本发明。应注 意，本公开的以上各方面仅是示例，且不应被解释成限定本发明。对本公开的 各方面的描述旨在是解说性的，而非限定所附权利要求的范围。如此，本发明 的教导可以现成地应用于其他类型的装置，并且许多替换、修改和变形对于本 领域技术人员将是显而易见的。