JP2000294969A - 高速信号処理装置 - Google Patents

高速信号処理装置

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JP2000294969A
JP2000294969A JP11096941A JP9694199A JP2000294969A JP 2000294969 A JP2000294969 A JP 2000294969A JP 11096941 A JP11096941 A JP 11096941A JP 9694199 A JP9694199 A JP 9694199A JP 2000294969 A JP2000294969 A JP 2000294969A
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mcm
cooling
speed signal
frame
signal processing
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Ryusuke Kawano
龍介 川野
Naoaki Yamanaka
直明 山中
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 光インタフェースMCMを効率良く冷却す
る。 【解決手段】 複数のLSIを相互に接続して構成され
るMCM1を1以上備え、このMCM1相互間あるいは
このMCM1と他の機器間とを光信号により接続する手
段である多並列光インタコネクションモジュール2を備
え、MCM1および多並列光インタコネクションモジュ
ール2および冷却装置4が共通に実装されるフレーム3
が設けられ、フレーム3は、熱伝導良好な材質により形
成されている。MCM1、多並列光インタコネクション
モジュール2、冷却装置4およびこれらの構成部品のプ
ラットフォームとなるフレーム3を組合せ、これらの構
成部品は、熱伝導良好な接着剤またはネジ固定またはこ
の二つの接合方法の組合せによって一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速・大容量のM
CM(Multi Chip Module) に関する。特に、その入出力
信号インタフェースに光信号を使用するMCMに関す
る。
【0002】
【従来の技術】MCM技術は、半導体集積回路を高密度
に実装するために適した手法である。図7はMCMの従
来の実装構成および接続を示す図であるが、図7に示す
ようにセラミック、半導体、樹脂などの各種基板上に半
導体チップを搭載して構成される。
【0003】MCM実装のためにはMCM基板ごとQF
P(Quad Flat Package) タイプのパッケージなどに搭載
され、これらのMCM相互間の接続はプリントボード上
に形成された配線を用いて行われる。また、図7に示す
ように、MCM相互間あるいはMCMと他の機器との間
は電気的に接続される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、交換機
のスイッチモジュールのように、その内部に含まれる半
導体集積チップ(以下LSIと呼ぶ)の信号入出力速度
が高く、しかも、その本数が極めて多い場合には、電気
信号ピンで取り出すことは、高速信号の同時多並列伝送
の観点からある程度の速度とピン数のところで限界に来
るという問題がある。
【0005】さらに、これらのMCM同士を接続したい
場合には、一旦MCMをプリントボードに実装し、この
プリントボードより、コネクタによって外部と接続する
方法がとられている。
【0006】したがって、MCM−C(MCM-Co-fired)と
呼ばれる技術を用いればMCM内では非常に高速の信号
伝送ができても、そこから信号を外に出すためには、ク
ロストーク、スキューおよび信号線のインピーダンス制
御の観点から高速信号動作の困難なプリントボードを介
さなくてはならない。
【0007】そこで、高速・超多並列信号の入出力を有
するMCMからMCM内部のLSIが有する信号速度を
低減することなく、外部の装置と比較的長距離でも直
接、光で接続できる光フロントエンドを有する光インタ
フェースMCMという装置が課題解決のために有望と考
えられているが概念のみであり、物を実現するためには
その具体的構成法が必要である。しかも、発熱の大きな
LSI集積部と温度によってその波長や出力パワーが変
動し易いレーザ素子を含む光モジュールを一体化するた
めにはこれらの冷却を如何に実現するかが大きな課題で
ある。
【0008】本発明は、このような背景に行なわれたも
のであって、高速かつ超多並列信号の入出力を有するM
CMからMCM内部のLSIが有する信号速度を低減す
ることなく、外部の装置と比較的長距離でも直接、光で
接続できる光インタフェースマルチチップモジュールと
してのMCMを提供することを目的とする。これによ
り、本発明は、光インタフェースマルチチップモジュー
ルを用いた高速信号処理装置を提供することを目的とす
る。本発明は、光インタフェースMCMを効率良く冷却
することができる高速信号処理装置を提供することを目
的とする。本発明は、組み立て工程を簡単化することが
できる高速信号処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、具体的構成に
基づく光インタフェースMCMの実現方法を提供するこ
とを最も主要な特徴とする。このとき、冷却構造と一体
化した金属などのフレームをMCMおよび多並列光イン
タコネクションモジュールの位置合わせおよび支持のた
めのプラットフォームとして構成することを特徴とす
る。
【0010】すなわち、本発明は高速信号処理装置であ
って、本発明の特徴とするところは、複数のLSIを相
互に接続して構成されるMCMを1以上備え、このMC
M相互間あるいはこのMCMと他の機器間とを光信号に
より接続する手段を備え、前記MCMおよび前記光信号
により接続する手段および冷却手段が共通に実装される
フレームが設けられ、前記フレームは、熱伝導良好な材
質により形成されたところにある。
【0011】このように、熱伝導率良好な材質により形
成されたフレームを介して冷却手段はMCMおよび光信
号により接続する手段からの発熱を吸収することができ
る。前記MCMの基板は、例えば、セラミック焼成基板
により形成されることにより、熱抵抗が樹脂系基板より
も小さいために、高い冷却性能を期待することができ
る。
【0012】前記フレームの材質は、前記基板の熱膨張
係数と近い熱膨張係数を有することが望ましい。これに
より、フレームの熱膨張とともにMCM基板も同じ程度
に熱膨張するために、基板とフレームとを密着させるた
めの接着面あるいはネジ穴位置の整合性に歪が生じる可
能性を小さくすることができる。また、MCM基板と光
信号により接続する手段との電気的接続に用いるボンデ
ィングワイヤなどにかかるストレスを抑制することがで
きる。
【0013】前記冷却手段は、冷媒により冷却する手段
と、この冷媒を冷却する手段とを備える構成とすること
ができる。これにより、MCM基板および光信号により
接続する手段からの発熱が大きいときでも、冷媒により
熱を吸収し、この冷媒を冷却する手段を用いて吸収した
熱を発散させることができる。冷媒により冷却する手段
と、この冷媒を冷却する手段とは互いに離れた位置に取
付けることが可能であるため、冷媒を冷却する手段に
は、MCM基板および光信号により接続する手段の配置
位置には取付け不可能であるような大型な放熱器を取付
けることもできる。
【0014】前記光信号により接続する手段には、光信
号の送信手段および受信手段が設けられ、前記冷媒によ
り冷却する手段は、前記送信手段から前記受信手段に向
け冷媒を流通させる手段を含むことが望ましい。
【0015】これにより冷媒は、まず比較的発熱量が大
きい送信手段の発熱を吸収し、その後に比較的発熱量が
小さい受信手段の発熱を吸収することになるので、冷媒
の冷却能力を効率よく用いることができる。
【0016】前記光信号により接続する手段は、前記M
CMの回路の一部として構成することもできる。これに
より、MCMと光信号により接続する手段との接続にワ
イヤボンディングやTAB(Tape Autmated Bonding) な
どによる機械的な接合が不要となり、熱膨張によるMC
Mと光信号により接続する手段との接合箇所のストレス
を考えなくてもよくなるとともに、組み立て工程を簡単
化することができる。
【発明の実施の形態】(第一実施例)本発明第一実施例
を図1を参照して説明する。図1は本発明第一実施例の
高速信号処理装置の構成を示す図である。本発明は、高
速信号処理装置であって、図1に示すように、複数のL
SIを相互に接続して構成されるMCM1を1以上備
え、このMCM1相互間あるいはこのMCM1と他の機
器間とを光信号により接続する手段である多並列光イン
タコネクションモジュール2を備え、MCM1および多
並列光インタコネクションモジュール2および冷却装置
4が共通に実装されるフレーム3が設けられ、フレーム
3は、熱伝導良好な材質により形成されたところにあ
る。
【0017】すなわち、図1に示すように、MCM1、
多並列インタコネクションモジュール2、冷却装置4お
よびこれらの構成部品のプラットフォームとなるフレー
ム3を組合せ、これらの構成部品は、熱伝導良好な接着
剤またはネジ固定またはこの二つの接合方法の組合せに
よって一体化する。
【0018】本発明第一実施例によれば、MCM1と多
並列光インタコネクションモジュール2とが熱伝導良好
な金属製のフレーム3をプラットフォームとして一体化
された後に冷却装置4と接しているため、発熱量の大き
なMCM1と温度上昇がその特性に悪影響を与える多並
列光インタコネクションモジュール2の光素子部分の冷
却を同時に効率的に行なうことが可能となる。
【0019】(第二実施例)本発明第二実施例を図2を
参照して説明する。図2は本発明第二実施例の高速信号
処理装置の構成を示す図である。本発明第一実施に示す
構成を実現するためには、図2に示すように、MCM1
の基板材質として掛脂系基板、半導体基板、セラミック
基板などを用いる方法が考えられるが、本発明第二実施
例は、このMCM1を実現するに当たりセラミック基板
を用いる。セラミック基板を用いることにより、高速信
号伝送が可能で、小型の終端抵抗の形成が可能であり、
熱抵抗が掛脂系基板よりも小さく高い冷却性能が期待で
きる。
【0020】(第三実施例)本発明第三実施例を図3を
参照して説明する。図3は本発明第三実施例の高速信号
処理装置の構成を示す図である。本発明第三実施例は、
図3に示すように、プラットフォームとなるフレーム3
の材質として、MCM1の基板材質の熱膨張係数と近い
材質を用いて構成する。本発明第三実施例によれば、M
CM1の基板の熱膨張係数とフレーム3の熱膨張係数を
近くすることによって、組み立て工程や動作中に装置全
体の温度変動があった場合でもMCM1とフレーム3と
の接合面にかかるストレスやMCM1と多並列光インタ
コネクションモジュール2を電気的に接続しているボン
ディングワイヤなどにかかるストレスを抑制することが
できる。
【0021】(第四実施例)本発明第四実施例を図4を
参照して説明する。図4は本発明第四実施例の高速信号
処理装置の構成を示す図である。本発明第四実施例は、
図4(a)に示すように、MCM1および多並列光イン
タコネクションモジュール2のプラットフォームである
フレーム3に接続された冷却装置4に埋め込まれた冷媒
管13中に冷媒を流動させ、図4(b)に示すように、
冷却装置4に接続された冷却パイプ7により接続され、
離れたところに配置された図示しない放熱部における熱
交換によって冷却する構成である。本発明第四実施例に
よれば、空冷のために必要とされる放熱フィンが不要で
あり、コンパクトかつ性能の高い冷却が可能となる。さ
らに、多並列光インタコネクションモジュール2は、光
結合部を含むため、完全にモジュール自体が封止されて
いない場合は、強制空冷で風が部品結合部に当たること
は望ましくなく、このような構成の冷却を使用すること
により高速信号処理装置の光結合部分の信頼性を高める
ことができる。
【0022】(第五実施例)本発明第五実施例を図5を
参照して説明する。図5は本発明第五実施例の高速信号
処理装置の構成を示す図である。本発明第五実施例は、
図5に示すように、高速信号処理装置の冷却装置4の中
を流動する冷媒の方向を、高い冷却能力の要求される多
並列光インタコネクションモジュール2のレーザを含む
送信側の方を上流にして先に冷却し、多並列光インタコ
ネクションモジュール2の受信側を下流にして後に冷却
するするように多並列光インタコネクションモジュール
2の配置および冷媒の流れる方向を決定する。本発明第
五実施例によれば、必要以上に冷却装置の能力を向上さ
せることなくモジュール全体を効率良く冷却することが
できる。
【0023】(第六実施例)本発明第六実施例を図6を
参照して説明する。図6は本発明第六実施例の高速信号
処理装置の構成を示す図である。本発明第六実施例は、
図6に示すように、他実施例で示した多並列光インタコ
ネクションモジュール2、MCM1、フレーム3および
フレーム3全体を冷却する冷却装置4をMCM基板8に
一体化した構成である。一体化には、発光/受光素子1
0、電気/光変換(E/O変換)または光/電気変換
(O/E変換)LSI11および機能LSI12を用い
る。
【0024】本発明第五の実施例によれば、MCM基板
8上で、他実施例で示した多並列光インタコネクション
モジュール2がMCMの一部として一体化されているた
め、両者の結合に際し、ワイヤボンディングやTABな
どによる機械的な接合が不要となり、他実施例における
MCM1と多並列光インタコネクションモジュール2と
の接合箇所のストレスを考えなくてもよくなるととも
に、組み立て工程の簡素化が可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速かつ超多並列信号の入出力を有するMCMからMC
M内部のLSIが有する信号速度を低減することなく、
外部の装置と比較的長距離でも直接に光で接続できる光
インタフェースMCMを実現し、光インタフェースMC
Mを用いた高速信号処理装置を実現することができる。
このような高速信号処理装置の実現に際し、本発明によ
れば、光インタフェースMCMを効率良く冷却し、組み
立て工程を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図2】本発明第二実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図3】本発明第三実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図4】本発明第四実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図5】本発明第五実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図6】本発明第六実施例の高速信号処理装置の構成を
示す図。
【図7】MCMの従来の実装構成および接続を示す図。
【符号の説明】
1 MCM 2 多並列光インタコネクションモジュール 3 フレーム 4 冷却装置 5 供電/制御線コネクタ 6 ボンディングワイヤ 7 冷却パイプ 8 MCM基板 9 光モジュール部 10 発光/受光素子 11 E/OまたはO/E変換LSI 12 機能LSI 13 冷媒管

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のLSIを相互に接続して構成され
    るMCM(Multi ChipModule) を1以上備え、このMC
    M相互間あるいはこのMCMと他の機器間とを光信号に
    より接続する手段を備え、 前記MCMおよび前記光信号により接続する手段および
    冷却手段が共通に実装されるフレームが設けられ、 前記フレームは、熱伝導良好な材質により形成されたこ
    とを特徴とする高速信号処理装置。
  2. 【請求項2】 前記MCMの基板は、セラミック焼成基
    板により形成された請求項1記載の高速信号処理装置。
  3. 【請求項3】 前記フレームの材質は、前記基板の熱膨
    張係数と近い熱膨張係数を有する請求項1記載の高速信
    号処理装置。
  4. 【請求項4】 前記冷却手段は、冷媒により冷却する手
    段と、この冷媒を冷却する手段とを備えた請求項1記載
    の高速信号処理装置。
  5. 【請求項5】 前記光信号により接続する手段には、光
    信号の送信手段および受信手段が設けられ、 前記冷媒により冷却する手段は、前記送信手段から前記
    受信手段に向け冷媒を流通させる手段を含む請求項4記
    載の高速信号処理装置。
  6. 【請求項6】 前記光信号により接続する手段は、前記
    MCMの回路の一部として構成された請求項1記載の高
    速信号処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009104558A1 (ja) * 2008-02-19 2009-08-27 日本電気株式会社 光インターコネクション装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009104558A1 (ja) * 2008-02-19 2009-08-27 日本電気株式会社 光インターコネクション装置
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