JP2005284286A - セル、パッケージ装置及びパッケージ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに接続させることで光情報と電気信号の双方を伝達させることができるセル及びこのセルを接続させたパッケージ装置を提供する。
【解決手段】セル１０には第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とが形成されている。この２つのコネクタ３０，４０は相互補完的に構成されており、２つのセル１０，１０において第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とを向かい合わせて押し付け合うことにより、電気的連結部３１，４１同士が嵌り合って電気的かつ機械的な連結が行われる。また、第１の光学素子３２と第２の光学素子４２も相互補完的な位置に配置されていて、電気的かつ機械的な連結が行われると、第１の光学素子３２と第２の光学素子４２との先端同士が接触するようになって光信号の伝達が行われる。
【選択図】図３

Description

本発明は、セル、パッケージ装置及びパッケージ装置の製造方法に関し、特に相互接続システムを用いた光情報を伝達させるセル、パッケージ装置及びパッケージ装置の製造方法に関するものである。

近年コンピュータの製造コストを低減させて性能を向上させるために、電子回路をコンパクトに配置する必要性が高まっている。そのため、電子回路が占めるエリアを最小にするとともに、電気信号が伝達する距離を短くし、同時に原材料コストも低減させている。例えば、特許文献１には４つの半導体チップを直接あるいは金ボールを介して積み重ねてリードフレームに実装した後、封止することにより半導体チップ間の距離を短くしたマルチチップパッケージが開示されている。

また、電気信号の代わりに光信号を用いて、電子回路を作動させるあるいは電子回路間の情報伝達を行う技術も開発されている。電気信号よりも光信号の方が高速かつ信号量が多いので、この技術の開発は近年盛んになっている。例えば、特許文献２には集積回路を実装した基板を複数枚積層して基板間を樹脂で接着させているマルチチップモジュールが開示されている。このマルチチップモジュールでは、基板間の樹脂内に光ファイバを埋め込んでおり、この光ファイバによって集積回路同士が接続されている。
米国特許６４２６５５９号公報 米国特許５８４８２１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているマルチチップパッケージは、パッケージ内のチップ同士の電気信号伝達は短時間で行われるものの、パッケージ外の集積回路との信号伝達は従来と同じ方法で行われており、このパッケージが搭載された装置全体としては電気信号伝達の大幅な速度向上は見込めない。また、特許文献２に記載されているマルチチップモジュールも、そのモジュール内のチップ同士は光ファイバによって高速な光信号伝達が行われるが、このモジュールと接続される外部の集積回路との間での信号伝達は従来と同じ方法で行われるため、このモジュールを搭載したシステム全体としては必ずしも信号伝達速度の大幅向上は達成できない。

さらに、ロボットなどにおいて人間の神経系に該当する情報ネットワークは、高速信号伝達と、接続を任意に組み替えること、及び複数信号のネットワーク内での処理などを行う必要があるが、現状ではそのようなネットワークは存在しておらず、特許文献１や特許文献２のパッケージやモジュールを用いてもこのような情報ネットワークを形成することは非常に困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、互いに接続させることで光情報と電気信号の双方を伝達させることができるセル及びこのセルを接続させたパッケージ装置を提供することにある。

本発明の第１のセルは、光情報を伝達させるセルであって、本体部と、該本体部から突き出している相互接続システムとを備え、前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第１及び第２のコネクタを備え、前記第１のコネクタは、第１の電気的連結部と第１の光学素子とを備え、前記第２のコネクタは、前記第１の電気的連結部に対して相互補完的な第２の電気的連結部と、前記第１の光学素子に対して相互補完的な位置に配置された第２の光学素子とを備え、前記第１の光学素子は発光素子であり、前記第２の光学素子は受光素子である。このような構成を有しているので、本発明のセルを複数用意すれば、これらは相互接続システムによって接続され、この接続では相互補完的に電気的連結と光学的な連結が行われる。また相互補完というのは、特定の２つのものが特異的に対になることをいう。このように対になることで互いに補い合ったり、また相互作用を及ぼすことが可能となる。

本発明の第２のセルは、光情報を伝達させるセルであって、本体部と、該本体部から突き出している相互接続システムとを備え、前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第１及び第２のコネクタを備え、前記第１のコネクタは、複数の第１の電気的連結部と複数の第１の光学素子とを備え、前記第２のコネクタは、前記第１の電気的連結部に対して相互補完的な複数の第２の電気的連結部と、前記第１の光学素子に対して相互補完的な位置に配置された複数の第２の光学素子とを備え、前記複数の第１及び第２の光学素子のそれぞれは発光素子と受光素子とからなっている。

前記相互接続システムは、セルの前記本体部外壁から該本体部の外側および内側の双方に延びていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、前記本体部は多面体構造を有していて、前記第１及び第２のコネクタはそれぞれ該本体部の第１の面及び第２の面に配置されており、さらに前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第３及び第４のコネクタを前記本体部の第３及び第４の面に備えている。このような構成を有しているので、セル同士の接続は２つの方向に延びることができる。

ある好適な実施形態において、さらに互いに相互補完的である第５及び第６のコネクタを前記本体部の第５及び第６の面に備えている。このような構成を有しているので、セル同士の接続は３つの方向に延びることができる。

ある好適な実施形態において、前記第１及び第２のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、前記凸部と凹部とは、前記第１及び第２のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されており、前記第１の光学素子は、前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端及び少なくとも１つの前記凹部の底面に配置されており、前記第２の光学素子は、前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端及び少なくとも１つの前記凹部の底面に配置されている。

ある好適な実施形態において、前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には発光素子が配置されており、前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には受光素子が配置されている。

ある好適な実施形態において、前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には受光素子が配置されており、前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には発光素子が配置されている。

ある好適な実施形態において、前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には少なくとも一対の発光素子と受光素子とが配置されており、前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には少なくとも一対の受光素子と発光素子とが配置されている。

ある好適な実施形態において、前記本体部は多面体構造を有していて、前記第１及び第２のコネクタはそれぞれ該本体部の第１の面及び第２の面に配置されており、さらに前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第３及び第４のコネクタを前記本体部の第３及び第４の面に備えており、前記第３及び第４のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、前記第３及び第４のコネクタの前記凸部と凹部とは、前記第３及び第４のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されている。

ある好適な実施形態において、さらに互いに相互補完的である第５及び第６のコネクタを前記本体部の第５及び第６の面に備えており、前記第５及び第６のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、前記第５及び第６のコネクタの前記凸部と凹部とは、前記第５及び第６のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されている。

本発明の第１のパッケージ装置は、光情報を伝達させる少なくとも２つのセルを備えたパッケージ装置であって、それぞれの前記セルは、少なくとも１つの第１のコネクタと、該第１のコネクタに対して相互補完的な少なくとも１つの第２のコネクタとを備え、前記セル同士は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが連結することによって接続されており、前記セル同士の接続によって、隣接する２つの前記セル間は機械的、電気的及び光学的に連結されている。セルを接続していくことによって光学的・電気的な連結が延びていく。

前記セル同士は脱着可能に接続されていることが好ましい。セルを接続させたり外したりすることでパッケージ装置の構成を自由に変えられる。

ある好適な実施形態において、前記セル同士の接続によって、該セルは二次元的に配列されている。

ある好適な実施形態において、前記セル同士の接続によって、該セルは三次元的に配列されている。

前記第１のコネクタは、第１の電気的連結部を備え、前記第２のコネクタは、第２の電気的連結部を備え、前記第１及び第２の電気的連結部によって前記セル同士は機械的にも連結されていることが好ましい。

前記第１のコネクタは第１の光学素子アレイを備え、前記第２のコネクタは第２の光学素子アレイを備え、前記第１及び第２の光学素子アレイのそれぞれは発光素子と受光素子とを備えており、一つの前記セルにおける前記第１の光学素子アレイの発光素子が別の前記セルにおける前記第２の光学素子アレイの受光素子へ光情報を伝達させ、当該第２の光学素子アレイの発光素子が当該第１の光学素子アレイの受光素子へ光情報を伝達させて一つの前記セルと別の前記セルとの間で光情報交換を行うように前記第１及び第２の光学素子アレイが配置されていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、一つの前記セルにおける前記第１の光学素子アレイの発光素子と別の前記セルにおける前記第２の光学素子アレイの受光素子との間及び当該第２の光学素子アレイの発光素子と当該第１の光学素子アレイの受光素子との間はそれぞれ離間している。

離間している距離は、０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明の第２のパッケージ装置は、光情報を伝達させる複数のセルを備え、前記セル同士は脱着可能に接続されており、前記セルのそれぞれは、該セル間における電気的な連結手段と光学的な連結手段とを備え、隣接する２つの前記セル間の接続において、光学的に連結された該接続と光学的に非連結の該接続とが混在する。

本発明の第１のパッケージ装置の製造方法は、複数の請求項１に記載されたセルを連結させてパッケージ装置を製造する製造方法であって、第１の前記セルの前記第１のコネクタを、第２の前記セルの前記第２のコネクタに対して向かい合わせに配置する工程と、前記第１のセルの前記第１のコネクタと前記第２のセルの前記第２のコネクタとを脱着自在に嵌め合わせて連結させる工程とを含む。

本発明の第２のパッケージ装置の製造方法は、複数の請求項２に記載されたセルを連結させてパッケージ装置を製造する製造方法であって、第１の前記セルの前記第１のコネクタを、第２の前記セルの前記第２のコネクタに対して向かい合わせに配置する工程と、前記第１のセルの前記第１のコネクタと前記第２のセルの前記第２のコネクタとを脱着自在に嵌め合わせて連結させる工程とを含む。

複数のセルが相互接続システムによって接続され、この接続では相互補完的に電気的連結と光学的な連結が行われるので、セル同士を接続するだけでセル間で電気的及び光学的な情報伝達を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は例であって、本発明はこれらの例に限定されない。また、実質的に同一の機能を有する構成要素を同じ符号を用いて表す。

（実施形態１）
実施形態１に係るセルは、複数の同種あるいは構成の異なる別種のセルと互いに連結させて、連結させたセル間で光情報を伝達させるものである。

本実施形態のセルは、略立方体形状を有しており、図１、図２に模式的に示すように一組の平行な２面に第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とがそれぞれ設けられている。なお、図１は本実施形態のセル１０の模式的な斜視図であり、図２は、セル１０を上から見た上面図である。なお、図１（Ａ）はセル１０を正面から、図１（Ｂ）は裏面から見た図である。図１から図３において図をわかりやすくするため、一部にハッチングを施しているがこの部分は断面を表しているわけではない。

これらのコネクタ３０，４０は合成樹脂からなる立方体の本体部２０の外壁８３，８４から外方に突き出しているとともに、本体部２０内部にも延びていて埋め込まれている。第１及び第２のコネクタ３０，４０によって相互接続システムが形成されている。また、本体部２０内には集積回路９が埋め込まれており、この集積回路９は本体部２０内部に延びた各コネクタ３０，４０と接続されている。

第１のコネクタ３０は第１の電気的連結部３１，３１と第１の光学素子３２，３２とを備えており、第２のコネクタ４０は第２の電気的連結部４１，４１と第２の光学素子４２，４２とを備えている。ここで第１の光学素子３２，３２は発光素子である発光ダイオードであり、第２の光学素子４２，４２は受光素子である光センサである。また、第１の電気的連結部３１，３１及び第２の電気的連結部４１，４１は、形状が四角柱である。発光素子を駆動する駆動装置は図示していないが本体部２０中に埋め込まれている。発光素子、受光素子と集積回路９とは光ファイバで繋がれている。

第１の電気的連結部３１，３１と第１の光学素子３２，３２とは、第１のコネクタ３０が形成された本体部２０の面８３において直線上に並んでいる。この直線は正方形である本体部２０の面８３をその辺に並行に二等分している。第１の電気的連結部３１，３１は本体部２０の面８３の正方形の対向する２辺にそれぞれ接するように設置されており、第１の光学素子３２，３２は２つの第１の電気的連結部３１，３１の間に配置されている。

また、第２の電気的連結部４１，４１と第２の光学素子４２，４２も第２のコネクタ４０が形成された本体部２０の面８４において直線上に並んでいるが、第２の電気的連結部４１，４１の位置が本体部２０の面８４の正方形の辺から離れて配置されている点が第１のコネクタ３０とは異なっている。他の配置の特徴は第１のコネクタ３０と同じである。そして第１の電気的連結部３１，３１と第１の光学素子３２，３２とが並んでいる直線は、第２の電気的連結部４１，４１と第２の光学素子４２，４２とが並んでいる直線と平行である。

次にこのような構造を有するセル１０を２つ用意し、図３に示すように接続を行う。なお図３では内部構造を省略している。このように複数のセル１０が接続されたものをパッケージ装置１００と言う。接続の方法は、まず一方のセル１０の第１のコネクタ３０をもう一方のセル１０の第２のコネクタ４０に対して向かい合わせにする。それから両方のセル１０、１０を互いに押し付けるようにして第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とを嵌め合わせて接続させる。

ここで、第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とは互いに相互補完的に形成されているので、セル同士を押し付けるだけで嵌め合わされて接続する。即ち、２つの第１の電気的連結部３１，３１の相対する面にそれぞれ２つの第２の電気的連結部４１，４１が当接し、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１との接触によって第１のコネクタ３０と第２のコネクタ４０とが連結して固定される。別の言葉でいうと、第１の電気的連結部３１，３１が第２の電気的連結部４１，４１を挟み込んで機械的に固定している。この時、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とが接触することによってこれらの間での電気的な接続も行われる。つまり、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とは、相互の接触面に導電性部材３１ａ，４１ａ（例えば、銅、金、アルミなど）が配置されていて電気的な接続が行われている。なお、接触面と反対側の部分は合成樹脂により形成されている。

このような接続においては、第１及び第２のコネクタ３０，４０は、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１との間の静止摩擦によって連結しているのであるから、静止摩擦力よりも大きい力で連結を外そうとすれば、２つのコネクタ３０，４０は外れる。即ち、セル１０，１０同士は脱着可能な嵌め合いによって接続されている。また、２つのコネクタ３０，４０の接続を行いやすいように、第２の電気的連結部４１，４１の導電性部材４１ａ側の先端部分は面取りをされて丸みを帯びている。また、２つの第２の電気的連結部４１，４１の外壁間距離の方が、２つの第１の電気的連結部３１，３１の内壁間距離よりも少し大きく設定されており、これによって第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とが弾性力によって互いに押し付け合って強固に連結される。

第１及び第２のコネクタ３０，４０が上述のように接続されると、第１の光学素子３２，３２と第２の光学素子４２，４２とは先端同士が当接して互いに向かい合う位置に置かれる。つまり、第１の光学素子３２，３２に対して第２の光学素子４２，４２は相互補完的な位置に配置されている。一つの第１の光学素子３２は対応する一つの第２の光学素子４２と向かい合っており、第１の光学素子３２から発せられた光信号が対応する第２の光学素子４２に入射し光情報が伝達される。もう一組の第１の光学素子３２及び第２の光学素子４２においても同様に光情報が伝達される。本実施形態では、第１の光学素子３２，３２と第２の光学素子４２，４２とが当接しているので、これらが離れている場合に比べてEMI(ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE)とクロストークとが最も低減し好ましい。

２つのセル１０，１０が図３のように接続されると、これらの間で電気信号や電力、及び光信号の伝達が行われる。電気信号と電力は第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１との間で伝達が行われ、光信号は第１の光学素子３２，３２と第２の光学素子４２，４２との間で伝達が行われる。これらの電気信号や電力、及び光信号は本体部２０内の集積回路９に導かれて、情報が変換され、あるいは変換されずにそのまま伝達が行われる。なお、これらの電気信号や電力、及び光信号の少なくとも一部は集積回路９を通らないで直接隣のセル１０に伝達されても構わない。

本実施形態のセル、パッケージ装置およびその製造方法は以下の効果を有する。

セル及びパッケージ装置は簡単な構成であって、電気・電力信号と光信号の両方を伝達させることができる。第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とが相互補完的な形状及び位置関係に形成されており、第１の光学素子３２，３２と第２の光学素子４２，４２とも相互補完的な形状及び位置関係に形成されているので、第１及び第２のコネクタ３０，４０を向かい合わせて押し込み、連結させるだけで自ずから電気的な接続と光的な接続の両方が行われる。また、第１及び第２のコネクタ３０，４０は脱着自在な嵌め合わせにより連結されるので、パッケージ装置を簡単に組み替えることができ、セルのバージョンアップなどに容易に対応することができる。さらに、電気的連結部３１，４１によって電気的連結と機械的連結の両方を行っているので、構造が単純なものになっている。

本実施形態では第１の光学素子３２，３２及び第２の光学素子４２，４２はそれぞれ２つずつ設けられているが、これらの数は１つずつでもよいし、３つずつ以上でもよい。

（実施形態２）
実施形態２に係るセルは、実施形態１に係るセルと同様に、複数の同種あるいは構成の異なる別種のセルと互いに連結させて、連結させたセル間で光情報を伝達させるものである。

本実施形態のセルは、全体の形状や機能は実施形態１のセルに類似しているが、コネクタの数や、電気的連結部及び光学素子の数及び配置などが実施形態１のセルとは異なっているので、以下実施形態１とは異なっている部分を主に説明する。

図４（ａ）は本実施形態のセル１１の斜視図であり、図５は図４（ａ）のセル１１を上から見た上面図である。図４から図６において図をわかりやすくするため、一部にハッチングを施しているがこの部分は断面を表しているわけではない。これらの図からわかるように、本実施形態のセル１１は、立方体の本体部２１の４つの面８３，８４，８５，８６にそれぞれ４つのコネクタ１３０，１４０，１５０，１６０が形成されている。第１のコネクタ１３０と第３のコネクタ１５０とは同じ構成で同じ形状であり、第２のコネクタ１４０と第４のコネクタ１６０とは同じ構成で同じ形状をしているので、以下第１及び第２のコネクタ１３０，１４０について説明をする。なお、第１のコネクタ１３０は第２のコネクタ１４０が形成されている本体部２１の面８４の反対側の面８３に形成されており、第３のコネクタ１５０は第４のコネクタ１６０が形成されている本体部２１の面８６の反対側の面８５に形成されている。これらの４つのコネクタ１３０，１４０，１５０，１６０で相互接続システムを構成している。

本実施形態の第１及び第２のセル１３０，１４０が実施形態１の第１及び第２のセル３０，４０と異なっている第１の点は、実施形態１では２つの電気的連結部と２つの光学素子とが１列に並んで１つのコネクタを形成していたのに対し、本実施形態では２つの電気的連結部の間に４つの光学素子が１列に並び、それが平行に３列並んだものが１つのコネクタを形成している点である。これらの電気的連結部及び光学素子の配置は図４（ｂ）及び図６に示すように相互補完的に形成されているので、第１及び第２のコネクタ１３０，１４０を連結させたときには電気的な接続と光学的な接続とが確実に行われる。また、第１及び第２のコネクタ１３０，１４０を連結させたときには、一度に多数の電気信号及び光信号を伝達することができ、この点でも実施形態１と異なっている。具体的には、実施形態１では第１及び第２のコネクタ３０，４０連結によって２つの電気信号と２つの光信号が伝達されるようになったが、本実施形態では、６つの電気信号と１２の光信号が伝達されるようになり、情報伝達量は実施形態１の４．５倍である。

次に実施形態１と異なっている第２の点は、第１のコネクタ１３０の第１の光学素子１３２，１３３は受光素子１３２と発光素子１３３との両方を有しており第１の光学素子アレイを構成している点である。第２から第４の光学素子においても同様である。このように受光素子１３２と発光素子１３３との両方を有しているので、接続された２つのセル１１間で光情報を相互にやり取りすることができる。

それから、本実施形態の本体部２１の中には複数の集積回路２１２，２１２，…が埋め込まれていて、第１の電気的連結部１３１、第２の電気的連結部１４１、第３の電気的連結部１５１、第４の電気的連結部１６１、第１の光学素子１３２，１３３、第２の光学素子１４２，１４３、第３の光学素子１５２，１５３、第４の光学素子１６２，１６３と接続されている。

２つのセル１１，１１を接続してパッケージ装置１０１を製造する方法も実施形態１と同じである。なお、この時コネクタが形成されていない本体部２１の面を作業台の上面に置いてから第１及び第２のコネクタ１３０，１４０同士を向かい合わせにし、そのまま作業台の上を滑らせてセル１１，１１同士を押し付ければ、全ての電気的連結部１３１，１４１および光学素子１３２，１３３，１４２，１４３が連結される。これは第３及び第４のコネクタ１５０，１６０の接続においても同様であり、全ての電気的連結部１５１，１６１および光学素子１５２，１５３，１６２，１６３が整合的に連結される。なお、第１のコネクタ１３０と第２のコネクタ１４０との連結および第３のコネクタ１５０と第４のコネクタ１６０との連結は、実施形態１と同様に脱着自在な嵌め合わせにより行われている。

本実施形態のパッケージ装置１０１は、実施形態１とは違って第１の光学素子１３２，１３３の先端と第２の光学素子１４２，１４３の先端とが接触しておらず隙間ｇが空いている。このように隙間ｇが空いていると光信号伝達にとってはやや不利であるが、セル１１の製造上の大きさ誤差や配置誤差が多少あっても第１の光学素子１３２，１３３と第２の光学素子１４２，１４３とが接触してその接触部分に大きな力が掛かって損傷するということが生じない。

本実施形態のセル、パッケージ装置およびその製造方法は実施形態１の効果に加えて以下の効果を有する。

第１及び第２のコネクタ１３０，１４０の連結と同じ作用効果が第３及び第４のコネクタ１５０，１６０の連結においても生じる。２つのセル間で多種類の光信号及び電気信号のやり取りを行うことができる。また、接続したセル間で光信号を相互にやり取りすることができる。さらに１つのセル１１に他のセルを４つまで接続することができる。

（実施形態３）
図７は実施形態２のセルと類似のセル１１０ａ，１１０ｂ，…を用いた平面的な広がりを有する実施形態３に係るパッケージ装置１０２の模式的な斜視図である。本実施形態に用いられているセル１１０ａ，１１０ｂ，…は、一つのコネクタが５列の電気的連結部及び光学素子（光学素子アレイ）の組からなっている。

本実施形態のパッケージ装置１０２は、セル１１０ｂを中心に６つのセル１１０ａ，１１０ｂ，…が接続されて形成されている。セル１１０ａからセル１１０ｄの４つのセル１１０ａ，１１０ｂ，…は第１のコネクタ及び第２のコネクタによって図の左右方向に直線状に連結している。さらに、セル１１０ｂの第４のコネクタとセル１１０ｆの第３のコネクタとが連結し、セル１１０ｂの第３のコネクタとセル１１０ｅの第４のコネクタとが連結してセル１１０ｂ，１１０ｅ，１１０ｆが前記４つのセル１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄからなる直線に直交するように接続している。

本実施形態のセル１１０ａ，１１０ｂ，…は実施形態１，２のセルと同様にセル同士を脱着自在に嵌め合って接続させているので、何れのセル１１０ａ，１１０ｂ，…も容易に取り外すことができ、別のセルに交換することができる。

本実施形態のセル、パッケージ装置およびその製造方法は実施形態２の効果に加えて以下の効果を有する。

中央のセル１１０ｂを中心に複数のセル１１０ａ，１１０ｂ，…が二次元的に配列されて平面的に広がっているので、本実施形態のパッケージ装置１０２は電気信号及び光信号を二次元的に伝達させることができる。セル同士の接続方向を変えることにより平面上の任意な位置に電気信号及び光信号を伝達させることができる。

なお、本実施形態のセル１１０ａ，１１０ｂ，…の配置は一つの例であって、セル同士は同一平面上で任意の位置で接続されることが可能であり、パッケージ装置１０２は平面上を任意の形状で広がっていくことができる。また、セルの個数も任意であるので、パッケージ装置は任意の大きさにすることができる。

（実施形態４）
図８は立方体形状のセルの６つの面それぞれに第１乃至第６のコネクタが形成されているセル３１０ａ，３１０ｂ，…を用いた立体的な広がりを有する実施形態４に係るパッケージ装置３００の模式的な斜視図である。なお、第５のコネクタと第６のコネクタは総合補完的であり、それぞれ電気連結部と光学素子とを備えている。本実施形態に用いられているセル３１０ａ，３１０ｂ，…は、一つのコネクタが５列の電気的連結部及び光学素子（光学素子アレイ）の組からなっている。そして、第１乃至第６のコネクタによって相互接続システムが形成されている。

本実施形態のパッケージ装置３００は、セル３１０ｂを中心に８つのセル３１０ａ，３１０ｂ，…が接続されて形成されている。セル３１０ａからセル３１０ｄの４つのセル３１０ａ，３１０ｂ，…は第１のコネクタ及び第２のコネクタによって図の左右方向に直線状に連結している。それから、セル３１０ｂの第４のコネクタとセル３１０ｆの第３のコネクタとが連結し、セル３１０ｂの第３のコネクタとセル３１０ｅの第４のコネクタとが連結してセル３１０ｂ，３１０ｅ，３１０ｆが前記４つのセル３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄからなる直線に直交するように接続している。

さらにセル３１０ｂの第５のコネクタとセル３１０ｇの第６のコネクタとが連結し、セル３１０ｂの第６のコネクタとセル３１０ｈの第５のコネクタとが連結して、セル３１０ａからセル３１０ｆまでが構成する平面の上下方向にもパッケージ装置３００を広げている。

本実施形態のセル３１０ａ，３１０ｂ，…も実施形態３のセルと同様にセル同士を脱着自在に嵌め合って接続させているので、何れのセル３１０ａ，３１０ｂ，…も容易に取り外すことができ、別のセルに交換することができる。

本実施形態のセル、パッケージ装置およびその製造方法は実施形態２の効果に加えて以下の効果を有する。

中央のセル３１０ｂを中心に複数のセル３１０ａ，３１０ｂ，…が三次元的に配列されて立体的に広がっているので、本実施形態のパッケージ装置３００は電気信号及び光信号を三次元的に伝達させることができる。セル同士の接続方向を変えることにより三次元の任意な位置に電気信号及び光信号を伝達させることができる。

なお、本実施形態のセル３１０ａ，３１０ｂ，…の配置は一つの例であって、セル同士は任意の位置で接続されることが可能であり、パッケージ装置３００は任意の形状で立体的に広がっていくことができる。また、セルの個数も任意であるので、パッケージ装置は任意の大きさにすることができる。

（実施形態５）
本実施形態のセルは、図９に模式的に示すように、立方体の各面９３，９６，９７に第１から第６までのコネクタ４３０，４４０，４５０，４６０，４７０，４８０が形成されている。これらのコネクタによって相互接続システムが形成されている。

本実施形態に係るセル４１０の第１乃至第６のコネクタ４３０，４４０，４５０，４６０，４７０，４８０は、本体部２４の各外面９３，９６，…から突出している複数の凸部４０１、４０１，…（白抜きの正方形で表している）と、この凸部４０１，４０１，…に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部４０２，４０２，…（ハッチングを施した正方形で表している）とを備えている。この凸部４０１，４０１，…と凹部４０２，４０２，…とは、本体部２４の各外面９３，９６，…において市松模様を形成するようにそれぞれ８個ずつ互い違いに配置されている。つまり、各面において４×４のマトリックスを構成している。各コネクタ４３０，４４０，４５０，４６０，４７０，４８０の外周には周壁部４０３が設けられている。

図９のＸ−Ｘ線断面を図１０に示す。第１から第４のコネクタ４３０，４４０，４５０，４６０において、凸部４０１の先端部分には発光素子４３３，４４３，４５３，４６３が設けられており、凹部４０２の底面には受光素子４３２，４４２，４５２，４６２が設けられていて全体として光学素子アレイを各コネクタにおいて構成している。また、各凸部４０１及び凹部４０２の側壁部分には、第１から第４の電気的連結部４３１，４４１，４５１，４６１が設けられている。なお、図には示されていないが、本体部２４中に集積回路が埋設されており、各電気的連結部は集積回路に接続している。また発光素子及び受光素子の一部は集積回路に接続しており、他の一部は別の発光素子あるいは受光素子に接続している。

第１のコネクタ４３０と第２のコネクタ４４０とは相互補完的であり、第３のコネクタ４５０と第４のコネクタ４６０とは相互補完的である。即ち図１１に示すように、例えば第３のコネクタ４５０と第４のコネクタ４６０とを向かい合わせに配置して近づけていき、第３のコネクタ４５０の凸部４０１を第４のコネクタ４６０の凹部４０２に、第４のコネクタ４６０の凸部４０１を第３のコネクタ４５０の凹部４０２に差し込んで嵌め合わせることができる。このように嵌め合わせることにより、第３のコネクタ４５０の各凸部４０１は第４のコネクタ４６０の各凹部４０２にはまりこみ、第４のコネクタ４６０の各凸部４０１は第３のコネクタ４５０の各凹部４０２にはまりこんで、第３及び第４の電気的連結部４５１，４６１によって電気的及び機械的に連結される。つまり、第３の電気的連結部４５１は第４の電気的連結部４６１と相互補完的に形成されている。第３のコネクタ４５０と第４のコネクタ４６０とが連結されたときには、双方の４×４のマトリクスが全て嵌り合って強固に連結される。

さらに、各凸部４０１の先端は各凹部４０２の底面にほぼ接触するので、凸部４０１の先端に設けられた発光素子４５２，４６２は凹部４０２の底面に設けられた受光素子４６３，４５３にほぼ接触して光信号を確実に伝達させることができる。つまり、第３のコネクタ４５０に配置された第３の光学素子（発光素子４５２と受光素子４５３）は、第４のコネクタ４６０に配置された第４の光学素子（発光素子４６２と受光素子４６３）に対して相互補完的な位置に配置されている。

以上説明した第３及び第４のコネクタ４５０，４６０の相互補完的な関係は、第１及び第２のコネクタ４３０，４４０においても同様であるし、第５及び第６のコネクタ４７０，４８０においても同様である。また、これらのコネクタ同士の連結は、脱着自在な嵌め合いによる連結であって、容易に取り外すことができる。

本実施形態のセル、パッケージ装置およびその製造方法は実施形態４の効果に加えて以下の効果を有する。

機械的な連結部分の面積が広いので、強固に連結させることができる。各コネクタをその中心点の周りに１８０°回転させても凸部と凹部とが同じ配置になるので、そのまま連結させることができる。実施形態１〜４に比べてコネクタ間の連結が強固に行われる。

本実施形態においては、凸部４０１の先端に発光素子を配置し、凹部４０２の底面に受光素子を配置しているが、逆に凸部４０１の先端に受光素子、凹部４０２の底面に発光素子を配置してもよく、これらが混在してもよい（例えば、第１及び第２のコネクタでは凸部に発光素子、凹部に受光素子とし、第３及び第４のコネクタでは凸部に受光素子、凹部に発光素子とする）。

本実施形態のセル４１０は第１乃至第６のコネクタ４３０，４４０，…を有しているが、第１と第２のコネクタのみでもよく、あるいは第１乃至第４のコネクタを有していてもよい。また、全ての凸部４０１及び凹部４０２に光学素子を配置する必要はなく、一部の凸部４０１及び凹部４０２に光学素子を配置しても構わない。

本実施形態のセル４１０は、凸部４０１と凹部４０２とが４×４マトリクスを形成しているが、２×２、３×３マトリクスでも構わないし、５×５以上のマトリクスであっても構わない。また、行と列の数が同じでなくてもよい。

（実施形態６）
本実施形態のセルは、実施形態５のセルとは光学素子の配置が異なっているだけで、それ以外の部分は実施形態５のセルと同じであるので、異なっている部分だけを説明する。

図１２は、本実施形態の第３のコネクタ５５０の一部断面図である。実施形態５と同様に電気的連結部５５１が凹部５０２及び凸部５０１の側壁に形成されている。本実施形態では実施形態５と違って、各凸部５０１の先端及び各凹部５０２の底面に光学素子が２つずつ、即ち発光素子５５２ａ，５５３ａと受光素子５５２ｂ，５５３ｂとが一つずつ対になって配置されている。本実施形態のセルでは、第３のコネクタ５５０だけではなく、第１乃至第６のコネクタの全てにおいて各凸部の先端及び各凹部の底面に発光素子と受光素子とが一つずつ対になって配置されている。従って、本実施形態のセルを用いたパッケージ装置では、実施形態５のセルを用いた場合に比べて光情報の伝達量が２倍に増える。

（その他の実施形態）
上記実施形態１から６に本発明は限定されない。

コネクタ間の連結では、例えば実施形態１で説明すると、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とが接触していて、これらの間の静止摩擦によって第１及び第２のコネクタ３０，４０間の連結固定がされているが、第１の電気的連結部３１，３１と第２の電気的連結部４１，４１とに、例えば一方に凸部を他方に凹部を形成しておいて、それらの係合によって第１及び第２のコネクタ３０，４０間の連結固定を行うようにしても構わないし、別の形状の係合部を形成しておいてもよい。このことは、第３及び第４のコネクタ間や第５及び第６のコネクタ間でも同様である。

また、第１の光学素子や第２の光学素子、その他の光学素子のうち本体部外壁から突出している部分や、凸部の先端や凹部の底面に設けられている部分はレンズであったり、光ファイバ等の光学媒体であっても構わない。また、回折素子やマイクロレンズアレイ等を用いてもよく、この場合はシリコン基板を加工することにより精度良く回折格子やマイクロレンズアレイを製造できるので、高精度かつ安価な部材を使うことができて好ましい。そして、回折格子とマイクロレンズアレイとを組み合わせて用いると、受光素子と発光素子との間の距離を大きくすることができるとともに、セルを小さくすることができる。

発光素子は発光ダイオードに限定されず、レーザなどでも構わない。受光素子は光センサに限定されず、撮像素子等でも構わない。実施形態１から４において第１乃至第６の電気的連結部の形状は角柱に限定されず、円柱や多角柱、角錐、円錐台等でもよい。

本体部の中に埋め込まれる集積回路の種類は特に限定されない。例えばＣＰＵやＭＰＵなどでもよいし、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）などでもよい。

各セルで発生した熱は本体部表面から放散させることができ、ファンによって容易に冷却することができる。放熱板を各セルに設けても構わない。

本体部の形状は立方体に限定されず、多面体であればよい。例えば四面体、直方体、八面体等や、一部の面が曲面である多面体などでも構わない。セルの大きさは、一辺が１ｍｍ以上５００ｍｍ以下が好ましく、例えば実施形態１では１０ｍｍであり、実施形態２から６では２０ｍｍである。また、本体部から突出した電気的連結部の長さは、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、例えば実施形態１では１．５ｍｍであり、実施形態２から４では２ｍｍである。実施形態５，６の凸部の突出量及び凹部の深さは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、例えば実施形態５では２ｍｍである。またセルの各面において、隣り合う光学素子間の距離は０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましく、例えば実施形態２から４では２ｍｍである。また、本体部は合成樹脂以外にセラミック等でもよい。

相互補完的なコネクタ同士が連結したときの、相対する光学素子の先端間距離は、０ｍｍ即ち接触していてもよいし、先端間に隙間があって０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下であってもよい。

接続させるセルは同じ種類のセル同士であっても良いし、異なる種類の複数のセルを接続させてもよい。この場合、コネクタの形状を予め確認しておいて相互補完的なコネクタ同士を接続させる必要がある。接続させるコネクタは互いに同じ大きさである必要はなく、一部が相互補完的であれば構わない。例えば、実施形態１のセルと実施形態２のセルとを接続させても構わないし、実施形態５に係るセルにおいて、凸部と凹部とが４×４マトリクスであるセルと、６×６マトリクスであるセルとを接続させても構わない。この時、連結されない電気的連結部と光学素子とは信号伝達を行わない。

セルに設けられた光学素子の一部を、発光素子や受光素子の代わりに単なる受発光部にしたり、受発光を行わない部材に変更しても構わない。単なる受発光部に変更すれば、例えば光を受けて本体部内を通過させてその光を次にセルへと出射することを行うことができる。また、受発光を行わない部材を光学素子の代わりに設置したセルでは、その部材が設置されたコネクタにおいては光学的に非連結となる。このようなセルを例えば実施形態４においていくつか入れておくと、光学的に連結されたセル間の接続と、光学的に非連結であるセル間の接続とが混在することになる。さらに、パッケージ装置全体の形状を整えるために、情報の伝達には寄与しないダミーのセルを挿入しても構わない。

以上説明したように、本発明に係るセル及びパッケージ装置は、簡単な構造で電気信号と光信号の双方を伝達させることができ、光及び電気通信機器や信号ネットワーク等として有用である。

（Ａ）は実施形態のセルを正面側から見た模式的な斜視図であり、（Ｂ）は裏面側から見た模式的な斜視図である。 実施形態１のセルの模式的な上面図である。 実施形態１のパッケージ装置の模式的な上面図である。 （Ａ）は実施形態２のセルの模式的な斜視図であり、（Ｂ）は２つのセルの接続された状態の模式的な斜視図である。 実施形態２のセルの模式的な上面図である。 実施形態２のパッケージ装置の模式的な上面図である。 実施形態３のパッケージ装置の模式的な斜視図である。 実施形態４のパッケージ装置の模式的な斜視図である。 実施形態５のセルの模式的な斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図である。 コネクタの接続を説明する断面図である。 実施形態６のセルの第３のコネクタを示す断面図である。

符号の説明

１０，１１ セル
２０，２１，２３，２４ 本体部
３０，１３０，４３０ 第１のコネクタ
３１，４３１ 第１の電気的連結部
３２ 第１の光学素子
４０，１４０，４４０ 第２のコネクタ
４１，４４１ 第２の電気的連結部
４２ 第２の光学素子
８３，８４，８５，８６ 本体部外壁（外面）
９３，９６，９７ セル外壁（外面）
１０１，１０２ パッケージ装置
１１０ａ〜１１０ｆ セル
１５０，４５０，５５０ 第３のコネクタ
１６０，４６０ 第４のコネクタ
３００ パッケージ装置
３１０ａ〜３１０ｈ セル
４０１，５０１ 凸部
４０２，５０２ 凹部
４１０ セル
４３２，４４２，４５２，４６２ 受光素子
４３３，４４３，４５３，４６３ 発光素子
４７０ 第５のコネクタ
４８０ 第６のコネクタ
５５２ａ，５５３ａ 発光素子
５５２ｂ，５５３ｂ 受光素子

Claims (22)

1. 光情報を伝達させるセルであって、
   本体部と、該本体部から突き出している相互接続システムとを備え、
   前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第１及び第２のコネクタを備え、
   前記第１のコネクタは、第１の電気的連結部と第１の光学素子とを備え、
   前記第２のコネクタは、前記第１の電気的連結部に対して相互補完的な第２の電気的連結部と、前記第１の光学素子に対して相互補完的な位置に配置された第２の光学素子とを備え、
   前記第１の光学素子は発光素子であり、前記第２の光学素子は受光素子である、セル。
2. 光情報を伝達させるセルであって、
   本体部と、該本体部から突き出している相互接続システムとを備え、
   前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第１及び第２のコネクタを備え、
   前記第１のコネクタは、複数の第１の電気的連結部と複数の第１の光学素子とを備え、
   前記第２のコネクタは、前記第１の電気的連結部に対して相互補完的な複数の第２の電気的連結部と、前記第１の光学素子に対して相互補完的な位置に配置された複数の第２の光学素子とを備え、
   前記複数の第１及び第２の光学素子のそれぞれは発光素子と受光素子とからなっている、セル。
3. 前記相互接続システムは、セルの前記本体部外壁から該本体部の外側および内側の双方に延びている、請求項１または２に記載のセル。
4. 前記本体部は多面体構造を有していて、前記第１及び第２のコネクタはそれぞれ該本体部の第１の面及び第２の面に配置されており、
   さらに前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第３及び第４のコネクタを前記本体部の第３及び第４の面に備えている、請求項１または２に記載のセル。
5. さらに互いに相互補完的である第５及び第６のコネクタを前記本体部の第５及び第６の面に備えている、請求項４に記載のセル。
6. 前記第１及び第２のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、
   前記凸部と凹部とは、前記第１及び第２のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されており、
   前記第１の光学素子は、前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端及び少なくとも１つの前記凹部の底面に配置されており、
   前記第２の光学素子は、前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端及び少なくとも１つの前記凹部の底面に配置されている、請求項２に記載のセル。
7. 前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には発光素子が配置されており、
   前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には受光素子が配置されている、請求項６に記載のセル。
8. 前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には受光素子が配置されており、
   前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には発光素子が配置されている、請求項６に記載のセル。
9. 前記第１のコネクタにおける少なくとも１つの前記凸部の先端には少なくとも一対の発光素子と受光素子とが配置されており、
   前記第２のコネクタにおける少なくとも１つの前記凹部の底面には少なくとも一対の受光素子と発光素子とが配置されている、請求項６に記載のセル。
10. 前記本体部は多面体構造を有していて、前記第１及び第２のコネクタはそれぞれ該本体部の第１の面及び第２の面に配置されており、
    さらに前記相互接続システムは、互いに相互補完的である第３及び第４のコネクタを前記本体部の第３及び第４の面に備えており、
    前記第３及び第４のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、
    前記第３及び第４のコネクタの前記凸部と凹部とは、前記第３及び第４のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されている、請求項６から９の何れか一つに記載のセル。
11. さらに互いに相互補完的である第５及び第６のコネクタを前記本体部の第５及び第６の面に備えており、
    前記第５及び第６のコネクタは、前記本体部外面から突出している複数の凸部と当該複数の凸部に囲まれて相対的に凹んでいる複数の凹部とを備えており、
    前記第５及び第６のコネクタの前記凸部と凹部とは、前記第５及び第６のコネクタが配置されている前記本体部外面において市松模様を形成するように配置されている、請求項１０に記載のセル。
12. 光情報を伝達させる少なくとも２つのセルを備えたパッケージ装置であって、
    それぞれの前記セルは、少なくとも１つの第１のコネクタと、該第１のコネクタに対して相互補完的な少なくとも１つの第２のコネクタとを備え、
    前記セル同士は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが連結することによって接続されており、
    前記セル同士の接続によって、隣接する２つの前記セル間は機械的、電気的及び光学的に連結されている、パッケージ装置。
13. 前記セル同士は脱着可能に接続されている、請求項１２に記載のパッケージ装置。
14. 前記セル同士の接続によって、該セルは二次元的に配列されている請求項１３に記載のパッケージ装置。
15. 前記セル同士の接続によって、該セルは三次元的に配列されている請求項１３に記載のパッケージ装置。
16. 前記第１のコネクタは、第１の電気的連結部を備え、前記第２のコネクタは、第２の電気的連結部を備え、
    前記第１及び第２の電気的連結部によって前記セル同士は機械的にも連結されている、請求項１２に記載のパッケージ装置。
17. 前記第１のコネクタは第１の光学素子アレイを備え、前記第２のコネクタは第２の光学素子アレイを備え、
    前記第１及び第２の光学素子アレイのそれぞれは発光素子と受光素子とを備えており、
    一つの前記セルにおける前記第１の光学素子アレイの発光素子が別の前記セルにおける前記第２の光学素子アレイの受光素子へ光情報を伝達させ、当該第２の光学素子アレイの発光素子が当該第１の光学素子アレイの受光素子へ光情報を伝達させて一つの前記セルと別の前記セルとの間で光情報交換を行うように前記第１及び第２の光学素子アレイが配置されている、請求項１２に記載のパッケージ装置。
18. 一つの前記セルにおける前記第１の光学素子アレイの発光素子と別の前記セルにおける前記第２の光学素子アレイの受光素子との間及び当該第２の光学素子アレイの発光素子と当該第１の光学素子アレイの受光素子との間はそれぞれ離間している、請求項１７に記載のパッケージ装置。
19. 離間している距離は、０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下である、請求項１８に記載のパッケージ装置。
20. 光情報を伝達させる複数のセルを備え、
    前記セル同士は脱着可能に接続されており、
    前記セルのそれぞれは、該セル間における電気的な連結手段と光学的な連結手段とを備え、
    隣接する２つの前記セル間の接続において、光学的に連結された該接続と光学的に非連結の該接続とが混在する、パッケージ装置。
21. 複数の請求項１に記載されたセルを連結させてパッケージ装置を製造する製造方法であって、
    第１の前記セルの前記第１のコネクタを、第２の前記セルの前記第２のコネクタに対して向かい合わせに配置する工程と、
    前記第１のセルの前記第１のコネクタと前記第２のセルの前記第２のコネクタとを脱着自在に嵌め合わせて連結させる工程と
    を含む、パッケージ装置の製造方法。
22. 複数の請求項２に記載されたセルを連結させてパッケージ装置を製造する製造方法であって、
    第１の前記セルの前記第１のコネクタを、第２の前記セルの前記第２のコネクタに対して向かい合わせに配置する工程と、
    前記第１のセルの前記第１のコネクタと前記第２のセルの前記第２のコネクタとを脱着自在に嵌め合わせて連結させる工程と
    を含む、パッケージ装置の製造方法。

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