DE-102025145516-A1 - OPTISCHE SCHNITTSTELLEN UND LEISTUNGSLÖSUNGEN FÜR SCHALTUNGSBAUGRUPPEN

Abstract

Eine Vorrichtung, wie hierin erörtert, umfasst einen Stapel von Schaltungsschichten. Eine Schicht in dem Stapel beinhaltet eine erste Schaltungsbaugruppe. Die erste Schaltungsbaugruppe umfasst: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche; eine erste Schnittstelle der ersten Schaltungsbaugruppe ist wirksam, um die erste Oberfläche der ersten Schaltungsbaugruppe mit einem ersten Substrat zu koppeln, das in einer zweiten Schicht des Stapels angeordnet ist. Die erste Schaltungsbaugruppe beinhaltet ferner eine zweite Schnittstelle, die wirksam ist, um eine erste Konnektivität von der ersten Schaltungsbaugruppe zu einer optischen Komponentenbaugruppe an einer dritten Schicht in dem Stapel bereitzustellen. Die erste Schaltungsbaugruppe ist zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht in dem Stapel angeordnet. Die optische Komponentenbaugruppe kann mehrere optische Bauelemente beinhalten, die über eine Treiberschaltungsanordnung gesteuert werden, die in der ersten Schaltungsbaugruppe angeordnet ist. Die mehreren optischen Bauelemente können das Senden und Empfangen von optischen Signalen unterstützen.

Inventors

• Muzammil Arain

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AUSTRIA AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251105

Priority Date

20241106

Claims (20)

1. Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine erste Schaltungsbaugruppe (131), die folgendes Merkmale aufweist: eine erste Oberfläche (138-1) und eine zweite Oberfläche (138-2); eine erste Schnittstelle (139-1), die wirksam ist, um die erste Oberfläche (138-1) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) mit einem ersten Substrat zu koppeln; und eine zweite Schnittstelle (139-2), die wirksam ist, um eine erste Konnektivität von der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) zu einer optischen Komponentenbaugruppe (151) zu unterstützen, wobei die optische Komponentenbaugruppe (151) mehrere optische Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) beinhaltet, die über eine Treiberschaltungsanordnung (135) gesteuert werden, die in der ersten Schaltungsbaugruppe (131) zwischen der ersten Oberfläche (138-1) und der zweiten Oberfläche (138-2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) der optischen Komponentenbaugruppe (151) dazu konfiguriert sind, optische Signale zu empfangen und zu senden, die sich im Wesentlichen orthogonal in Bezug auf die zweite Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) ausbreiten.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 , wobei die erste Schaltungsbaugruppe (131) ferner folgende Merkmale aufweist: eine dritte Schnittstelle (139-3), die auf der zweiten Oberfläche (138-2) angeordnet ist, wobei die dritte Schnittstelle (139-3) wirksam ist, um eine zweite Konnektivität der ersten Schaltungsbaugruppe (131) zu einer Last (118) bereitzustellen; und elektrisch leitfähige Pfade, die eine dritte Konnektivität zwischen der Last (118) und der Treiberschaltungsanordnung (135), die in der ersten Schaltungsbaugruppe (131) angeordnet ist, unterstützen.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 , wobei die optische Komponentenbaugruppe (151) ein drittes Substrat aufweist; und wobei die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) auf einer Oberfläche des dritten Substrats angeordnet sind, wobei die Oberfläche des dritten Substrats parallel zu der zweiten Oberfläche (138-2) des ersten Substrats angeordnet ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Prozessorkomponente, die mit der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) gekoppelt ist, wobei die Prozessorkomponente benachbart zu der optischen Komponentenbaugruppe (151) angeordnet ist; und elektrisch leitfähige Pfade, die in der ersten Schaltungsbaugruppe (131) zwischen der Treiberschaltungsanordnung (135) und der Prozessorkomponente angeordnet sind.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 , die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Umverteilungsschicht (141), die zwischen der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) und der optischen Komponentenbaugruppe (151) angeordnet ist, wobei die Umverteilungsschicht (141) elektrisch leitfähige Pfade aufweist, die wirksam sind, um Signale zwischen den mehreren optischen Bauelementen (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) der optischen Komponentenbaugruppe (151) und einem Datenprozessor, der an der Umverteilungsschicht (141) befestigt ist, zu befördern.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 , wobei die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) optische Senderbauelemente (151-11, 151-12) und optische Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) beinhalten; wobei jedes jeweilige optische Senderbauelement (151-11) der optischen Senderbauelemente (151-11, 151-12) wirksam ist, um ein jeweiliges elektrisches Signal, das von dem Datenprozessor empfangen wird, in ein jeweiliges optisches Signal, das von dem jeweiligen optischen Senderbauelement gesendet wird, umzuwandeln; und wobei jedes jeweilige optische Empfängerbauelement der optischen Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) wirksam ist, um ein jeweiliges optisches Signal, das von dem jeweiligen optischen Empfängerbauelement empfangen wird, in ein jeweiliges elektrisches Signal, das an den Datenprozessor gesendet wird, umzuwandeln.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei das erste Substrat ein Hauptplatinensubstrat ist, das wirksam ist, um der ersten Schaltungsbaugruppe (131) Leistung zuzuführen, zur Umverteilung an eine optische Komponentenbaugruppe (151); und wobei das rückseitige vertikale Leistungsmodul verwendet wird, um der Last (118) oder einem Prozessor sowie der optischen Komponentenbaugruppe (151) Leistung durch ein Hauptplatinen- und Package-Substrat bereitzustellen.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 , die ferner folgende Merkmale aufweist: eine elektronische Komponente, die mit der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) gekoppelt ist, wobei die elektronische Komponente benachbart zu der optischen Komponentenbaugruppe (151) angeordnet ist; erste elektrisch leitfähige Pfade, die sich durch die erste Schaltungsbaugruppe (131) zwischen der elektronischen Komponente und optischen Senderbauelementen (151-11, 151-12), die in der optischen Komponentenbaugruppe (151) angeordnet sind, erstrecken, wobei die ersten elektrisch leitfähigen Pfade wirksam sind, um erste elektrische Signale von der elektronischen Komponente zu den optischen Senderbauelementen (151-11, 151-12) zu befördern; und zweite elektrisch leitfähige Pfade, die sich durch die erste Schaltungsbaugruppe (131) zwischen den optischen Empfängerbauelementen (151-21, 151-22) der optischen Komponentenbaugruppe (151) und der elektronischen Komponente erstrecken, wobei die zweiten elektrisch leitfähigen Pfade wirksam sind, um zweite elektrische Signale von den optischen Empfängerbauelementen (151-21, 151-22) zu der elektronischen Komponente zu befördern.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) der optischen Komponentenbaugruppe (151) mit einer Oberfläche der optischen Komponentenbaugruppe (151) gekoppelt sind, wobei die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) dazu konfiguriert sind, optische Signale zu empfangen/senden, die sich in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal in Bezug auf die Oberfläche der optischen Komponentenbaugruppe (151) bewegen.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei die optische Komponentenbaugruppe (151) Folgendes aufweist: i) ein drittes Substrat, das mit der zweiten Schnittstelle (139-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) gekoppelt ist, und ii) wo die mehreren optischen Bauelemente (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) an einer ersten Oberfläche (138-1) des dritten Substrats befestigt sind, wobei die erste Oberfläche (138-1) des dritten Substrats parallel zu der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) angeordnet ist.
12. Komponentenstapel, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Schicht, die die optische Komponentenbaugruppe (151) gemäß Anspruch 1 aufweist; eine zweite Schicht, die die erste Schaltungsbaugruppe (131) gemäß Anspruch 1 aufweist, wobei die erste Schaltungsbaugruppe (131) Folgendes aufweist: i) einen Leistungswandler (136), der zwischen der ersten Oberfläche (138-1) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) und der zweiten Oberfläche (138-2) der ersten Schaltungsbaugruppe (131) angeordnet ist, wobei der Leistungswandler (136) wirksam ist, um eine empfangene Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, und ii) elektrisch leitfähige Pfade, die wirksam sind, um die Ausgangsspannung von dem Leistungswandler (136) zu den mehreren optischen Bauelementen (151-11, 151-12, ..., 151-21, 151-22, ...) der optischen Komponentenbaugruppe (151) zu befördern; eine dritte Schicht, die das erste Substrat aufweist; und wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 , wobei die zweite Schnittstelle (139-2) ein drittes Substrat aufweist, das zwischen der ersten Schaltungsbaugruppe (131) und der optischen Komponentenbaugruppe (151) angeordnet ist, wobei das dritte Substrat eine elektrische Konnektivität zwischen der ersten Schaltungsbaugruppe (131) und der optischen Komponentenbaugruppe (151) bereitstellt.
14. Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat; eine Modulatorbaugruppe (M1); und ein optisches Senderbauelement (151-11), das an dem Substrat befestigt ist, wobei das optische Senderbauelement (151-11) dazu konfiguriert ist, ein optisches Signal zu senden, das in einer Richtung orthogonal zu der Oberfläche des Substrats gesendet wird, wobei das optische Signal unterschiedliche Wellenlängen aufweist, die an optische Modulatorelemente in der Modulatorbaugruppe (M1) gesendet werden, wobei jedes der optischen Modulatorelemente wirksam ist, um die Modulation einer jeweiligen empfangenen Wellenlänge der unterschiedlichen Wellenlängen des optischen Signals auf eine optische Faser zu steuern, zur Übertragung über die optische Faser zu einem entfernten Ziel.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 , die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine optische Linse (451-11), die zwischen dem optischen Senderbauelement (151-11) und den optischen Modulatorelementen in der Modulatorbaugruppe (M1) angeordnet ist.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15 , die ferner folgendes Merkmal aufweist: elektrisch leitfähige Pfade, die sich durch das Substrat zu den optischen Modulatorelementen in der Modulatorbaugruppe (M1) erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Pfade wirksam sind, um Modulatorsteuersignale (491-1) an die optischen Modulatorelemente der Modulatorbaugruppe (M1) zu befördern.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16 , wobei die Modulatorsteuersignale (491-1) ein erstes Modulatorsteuersignal (491-11) beinhalten, das von dem Substrat an ein erstes optisches Modulatorelement der Modulatorbaugruppe (M1) befördert wird, wobei das erste optische Modulatorelement wirksam ist, um eine erste Wellenlänge der mehreren unterschiedlichen Wellenlängen gemäß dem ersten Modulatorsteuersignal (491-11) zu modulieren; und wobei die Modulatorsteuersignale (491-1) ein zweites Modulatorsteuersignal (491-12) aufweisen, das von dem Substrat an ein zweites optisches Modulatorelement der Modulatorbaugruppe (M1) befördert wird, wobei das zweite optische Modulatorelement wirksam ist, um eine zweite Wellenlänge der mehreren unterschiedlichen Wellenlängen gemäß dem zweiten Modulatorsteuersignal zu modulieren.
18. Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat; eine optische Schnittstelle zum Empfangen eines optischen Signals; einen optischen Teiler, der zwischen der optischen Schnittstelle und dem Substrat angeordnet ist, wobei der optische Teiler wirksam ist, um das empfangene optische Signal in unterschiedliche Wellenlängen zu teilen; und mehrere optische Empfängerbauelemente (151-21, 151-22), die an einer Oberfläche des Substrats befestigt sind, wobei die mehreren optischen Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) wirksam sind, um die unterschiedlichen Wellenlängen des optischen Signals zu empfangen, wobei die unterschiedlichen Wellenlängen des optischen Signals durch die mehreren optischen Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) in einer Richtung orthogonal zu der Oberfläche des Substrats empfangen werden.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18 , wobei der optische Teiler einen Wellenlängendemultiplexer aufweist, der wirksam ist, um das empfangene optische Signal in die unterschiedlichen Wellenlängen des optischen Signals zu teilen.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19 , wobei die mehreren optischen Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) ein erstes optisches Empfängerbauelement aufweisen, das an dem Substrat befestigt ist, wobei das erste optische Empfängerbauelement wirksam ist, um eine erste Wellenlänge des optischen Signals zu empfangen und die empfangene erste Wellenlänge des optischen Signals in ein erstes elektrisches Signal umzuwandeln; wobei die mehreren optischen Empfängerbauelemente (151-21, 151-22) ein zweites optisches Empfängerbauelement aufweisen, das an dem Substrat befestigt ist, wobei das zweite optische Empfängerbauelement wirksam ist, um eine zweite Wellenlänge des optischen Signals zu empfangen und die empfangene zweite Wellenlänge des optischen Signals in ein zweites elektrisches Signal umzuwandeln, wobei die Vorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten elektrisch leitfähigen Pfad, der sich von dem ersten optischen Empfängerbauelement durch das Substrat erstreckt, wobei der erste elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um das erste elektrische Signal zu befördern; und einen zweiten elektrisch leitfähigen Pfad, der sich von dem zweiten optischen Empfängerbauelement durch das Substrat erstreckt, wobei der erste elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um das erste elektrische Signal zu befördern.

Description

HINTERGRUND Eine Leiterplatte (PCB) oder gedruckte Leiterplatte ist eine laminierte Struktur aus leitfähigen Schichten, die durch isolierende Schichten getrennt sind. Im Allgemeinen haben PCBs zwei Funktionen. Die erste besteht darin, elektronische Komponenten an bestimmten Stellen auf den äußeren Schichten der PCB mittels Fixieren, wie etwa Löten, zu befestigen. Die elektronische Schaltung, die durch die bestückte Leiterplatte instanziiert wird, ist dazu ausgelegt, eine oder mehrere spezifische Funktionen bereitzustellen. Nach der Herstellung wird die elektronische Schaltung mit Energie versorgt, um die gewünschten Funktionen auszuführen. Typischerweise ist eine Leiterplatte eine planare Vorrichtung, auf der mehrere Komponenten über Leiterbahnen miteinander verbunden sind, um die Funktionen wie zuvor erörtert bereitzustellen. Solche Implementierungen der Herstellung einer Schaltungsanordnung, wie etwa eines Leistungswandlers, einer Computervorrichtung und einer optischen Schnittstelle auf einer planaren Leiterplattenbaugruppe, sind dimensionsbeschränkt. Ein Typ von elektronischen Komponenten sind integrierte Schaltungen (ICs). Einige Beispiele für ICs sind eine Computer-CPU, eine GPU und eine Datenverarbeitungsvorrichtung. Diese ICs beinhalten IC-Substrate, die für das Verbinden von ICs mit den PCBs wesentlich sind. Diese Substrate stellen Verbindungen zwischen mehreren Chips und PCBs bereit, schützen und unterstützen die Chips (ICs), schützen und unterstützen ICs und verteilen Leistungs- und Eingangs-/Ausgangssignale, die verwendet werden, um mit anderen ICs, PCBs und Systemen zu kommunizieren. Es wird angemerkt, dass das Gehäusesubstrat oder das IC-Substrat manchmal als Interposer bezeichnet wird, insbesondere wenn das Substrat Verbindungen zwischen verschiedenen Typen von ICs, zum Beispiel elektronischen und optischen ICs, bereitstellt. Die Implementierung von sauberer Energie (oder grüner Technologie) ist sehr wichtig, um unsere Auswirkungen als Menschen auf die Umwelt zu verringern. Im Allgemeinen beinhaltet saubere Energie alle sich entwickelnden Verfahren und Materialien, um eine Gesamttoxizität des Energieverbrauchs für die Umwelt zu verringern. Diese Offenbarung beinhaltet die Beobachtung, dass Rohenergie, wie etwa von grünen Energiequellen oder nicht grünen Energiequellen empfangen, typischerweise in eine geeignete Form (wie etwa gewünschte Wechselspannung, Gleichspannung usw.) umgewandelt werden muss, bevor sie verwendet werden kann, um Endvorrichtungen, wie etwa Server, Computer, mobile Kommunikationsvorrichtungen usw., mit Energie zu versorgen. Unabhängig davon, ob Energie von grünen Energiequellen oder nicht grünen Energiequellen empfangen wird, ist es wünschenswert, die von solchen Systemen bereitgestellte Rohenergie am effizientesten zu nutzen, um unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. Diese Offenbarung trägt dazu bei, unseren Kohlenstofffußabdruck (und grüne Energie) durch effizientere Energieumwandlung, optische Signalumwandlung und Schaltungsimplementierungen, die diese unterstützen, zu verringern. In einem Beispiel kann die optische Signalumwandlung verwendet werden, um verschiedene ICs (integrierte Schaltungen), die sich auf verschiedenen PCBs (Leiterplatten) befinden, miteinander zu verbinden, was in Datenzentren implementiert werden kann. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und einen Komponentenstapel bereitzustellen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Komponentenstapel gemäß Anspruch 12, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 18 gelöst. Ein Beispiel, wie hierin erörtert, beinhaltet die Verwendung einer vertikalen optischen I/O-Schaltung (Eingabe/Ausgabe-Schaltung), um diese Herausforderungen des Verbindens mehrerer Computersysteme über größere Entfernungen miteinander zu lösen. Insbesondere beinhaltet eine Vorrichtung, wie hierin erörtert, eine erste Schaltungsbaugruppe. Die Vorrichtung kann konfiguriert sein, um einen Stapel von Schichten (Schaltungskomponentenschichten) zu beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet eine erste Schicht in dem Stapel eine erste Schaltungsbaugruppe. Die erste Schaltungsbaugruppe kann Folgendes beinhalten: eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Eine erste Schnittstelle der ersten Schaltungsbaugruppe ist wirksam, um die erste Oberfläche und eine entsprechende Schnittstelle der ersten Schaltungsbaugruppe mit einem ersten Substrat zu koppeln, das in einer zweiten Schicht des Stapels angeordnet ist. Die erste Schaltungsbaugruppe beinhaltet ferner eine zweite Schnittstelle, die wirksam ist, um eine erste Konnektivität von der ersten Schaltungsbaugruppe zu einer optischen Komponentenbaugruppe an einer dritten Schicht in dem Stapel bereitzustellen. Die erste Schaltungsbaugruppe kann zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht in dem Stapel angeordnet sein. Die optische Komponentenbaugruppe kann mehrere o