摘要

对用于高比特速率的较长芯片对芯片的连接方面，与电子互连比较，光学互连具有卓越的优点。从宽带的角度来看，光学可以很容易地克服铜载体，不过，仍不能满足经济方面的要求。实际上，制造芯片级光学互连产品要求在光电子封装领域实现突破性变革。这种封装不仅要满足硅LSI的容量，而且还要具有当今成熟的电子封装和制造技术的优点。本文将论述的重点放在与低成本表面组装技术完全兼容的一些光电子封装。这些封装将驱动着系统级封装技术向前发展。

引言

光学互连正在寻求在印制电路板（PCB）上的LSI芯片的短程（<1m）连接。除了网络设备外，像蜂窝式电话、显示器和台式计算机这样的用户电子产品可望获利。其动力源于提高了信号集成度的这种需求。在多GHz频率下，电子信号快速衰减，而且如果通道的任意部分出现任何特性阻抗失配的话，包括PCB轨迹、导通孔、连接器、焊料球和电极，其波形易于失真。另一方面，光学通路的带宽被限制在波长色散、模态色散和非线性效应，其对短程传输、低功率发射互连的信号频率的敏感性是较低的。当将光学互连用于芯片对芯片的接线时，可以肯定地说，光损耗的问题将取代信号集成度的问题。

在光学路径中，媒体和路径之间的传输媒体和耦合损耗的衰减多数为光损耗。而我们最终有了少量衰减的光波导（石英光纤），对于耦合问题是没有万能的方法的。不过，已开发出几种使用共轴结构、导杆和硅基平台的被动对位技术的方法。现在，我们面对着为像PCB那样的成本合理的电子平台建立更多电子通用自动耦合技术的竞争。以手工的方法来操作光纤的历史已一去不复返了，因为所有的电子组件，包括大型非标准连接器都是在PCB上进行自动组装的。

 
           图1  使用微距镜光阵列接口的芯片对芯片光学互联

牢固的光学界面领域的竞争

光子内的耦合类似于配置于两个不同电磁场中的电子的特性阻抗。由于在精密的PCB制造和光学对位所必需的精度之间的较大差异，需要一个容许错位光学耦合界面。图1所示是我们建议采用的方法，被称为“OptoBump”，这种方法特别要求要完全与表面组装技术（SMT）兼容。功能性LSI芯片是安装在LSI封装隔层的顶部。

光源和探测器安装在隔层的空穴内，而传输机微距镜数组和接收机微距镜数组安装在底表面。将PCB的聚合物光波导作为层间。通过传输机微距镜接收光，并将光以准直光束通过窄缝隙发送到PCB。PCB上的另一个微距镜将准直光束聚焦于波导管的端面上，在这个面上形成一个全内反射（TIR）镜可使光束旋转90。OptoBump与传统的光电子组装技术不同，其可使用户自由地实施所有板上连接操作和光纤管理，因为采用OptoBump接口的光电子封装不需要任何光纤或连接器，因此，可以以通常电子IC封装相同的方式在PCB上自动进行表面组装。为抵消封装与PCB之间的错位，应对准直光束宽度和波导管芯尺寸进行优化。排列致密的光学信道很有可能间距在250-μm，即使是在出现±50-μm横向错位时也是如此。