JP2007266292A - Three-dimensional circuit module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元回路モジュールに関し、より詳しくは、通信システムなどを構成する三次元回路モジュールに関する。 The present invention relates to a three-dimensional circuit module, and more particularly to a three-dimensional circuit module constituting a communication system or the like.
近年、通信システムを始めとして種々のシステムではマイクロプロセッサを組み込み、複雑な信号処理を行うようになってきている。そのため、システムは機能ごとにモジュール化されている。 In recent years, in various systems including a communication system, a microprocessor is incorporated to perform complicated signal processing. Therefore, the system is modularized for each function.
各機能モジュールでは、半導体素子や、素子間で信号のやり取りを行うための信号の伝送部品などがボード上に搭載されている。そして、これらのボードが複数、階層的に配置され、或いは平面的に並べられてシステムが構成される。又は、システムを3次元的に構成した例(特許文献1、特許文献2、特許文献3)もある。
In each functional module, a semiconductor element and a signal transmission component for exchanging signals between the elements are mounted on the board. A plurality of these boards are arranged in a hierarchy or arranged in a plane to constitute a system. Or there is an example (
これらの場合、各ボード間や各層間で信号のやり取りを行うため、信号の伝送部品その他を備えている。信号の伝送部品に関し、ボード上の配線やバックプレーンにマイクロストリップラインを用いたり、ボード間を結ぶためにケーブルを用いたりしている。また、電気的通信又は光通信を利用した高速シリアル伝送路を用い、これらの伝送路を多対多の高速スイッチで切り換えることも行われている。
しかしながら、システム規模が増大してくると、複数のボードが平面的に並べられたのでは、システムサイズが大きくなってしまう。また、ボード配置を工夫して、複数のボードを階層的に配置し、或いはシステムを3次元的に構成した場合でも、複数のボード間で信号のやり取りを行おうとすると、信号経路も相当長くなるため、高速に十分な通信量を取り扱うことが難しくなる。 However, as the system scale increases, the system size increases if a plurality of boards are arranged in a plane. Also, even if the board layout is devised and multiple boards are arranged hierarchically or the system is three-dimensionally configured, the signal path becomes considerably long when signals are exchanged between the multiple boards. Therefore, it becomes difficult to handle a sufficient amount of communication at high speed.
また、通信に必要な電力も、高速大容量交換網を作動させるために増大しており、特に、現在の高速サーバでは、通信に用いる信号やクロックを多数の長い配線を経てドライブする必要があるため、通信に必要な電力の増加が著しい。 In addition, the power required for communication has been increased in order to operate a high-speed and large-capacity switching network. In particular, in current high-speed servers, it is necessary to drive signals and clocks used for communication through many long wires. Therefore, the increase in power required for communication is remarkable.
本発明はかかる従来の問題点に鑑みて創作されたもので、システムサイズをコンパクトにするとともに、高速に十分な通信量を取り扱うことができ、また通信に必要な電力を抑制することができる三次元回路モジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention was created in view of such conventional problems, and is a tertiary system that can reduce the system size, handle a sufficient amount of communication at high speed, and suppress the power required for communication. The object is to provide an original circuit module.
本発明の一観点によれば、角錐状の筐体であって複数の該筐体の角錐の頂点を一致させて配置したときにその底面が多面体を構成する、その筐体中に、少なくとも光通信手段及び信号処理回路が収納された複数のモジュールと、前記各モジュールの角錐の頂点を一致させ、かつ、前記各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するように前記各モジュールをセットしたときに、任意の一の前記モジュールから発した光信号を任意の他の前記モジュールに配信し得る光配信手段とを有する三次元回路モジュールが提供される。 According to an aspect of the present invention, a pyramid-shaped casing, the bottoms of which form a polyhedron when the apexes of the pyramids of the plurality of casings are aligned with each other, at least light is included in the casing. A plurality of modules in which communication means and a signal processing circuit are housed, and the apexes of the pyramids of each module coincide with each other, and each module is set so that the bottom surface of each module constitutes an arbitrary surface of a polyhedron Sometimes, a three-dimensional circuit module is provided having optical distribution means capable of distributing an optical signal emitted from any one of the modules to any other module.
この三次元回路モジュールによれば、角錐状の筐体を備えた複数のモジュールを角錐の頂点を一致させ、かつ、各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するようにセットすることができるので、機能ごとに各モジュールを構成し、複数のモジュールで一つのシステムを構成したとき、システム形状は、多面体で表される立体形状、又は多面体の一部で表される立体形状となり、従って、システムが非常にコンパクトになる。 According to this three-dimensional circuit module, a plurality of modules having a pyramid-shaped housing can be set so that the apexes of the pyramids coincide with each other, and the bottom surface of each module constitutes an arbitrary surface of a polyhedron. Therefore, when each module is configured for each function and one system is configured with a plurality of modules, the system shape becomes a three-dimensional shape represented by a polyhedron, or a three-dimensional shape represented by a part of a polyhedron. The system becomes very compact.
また、この三次元回路モジュールは、各モジュールの角錐の頂点を一致させ、かつ、各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するように各モジュールをセットしたときに、任意の一のモジュールから発した光信号を任意の他のモジュールに配信し得る光配信手段を有している。 In addition, this three-dimensional circuit module can be obtained from any one module when each module is set so that the apexes of the pyramids of each module coincide with each other and the bottom surface of each module forms an arbitrary surface of the polyhedron. Optical distribution means capable of distributing the emitted optical signal to any other module is provided.
この場合、モジュールの角錐の頂点を含む先端部分に光配信手段を配置すると、任意のモジュール間で信号のやり取りを行おうとするとき、どのモジュール間でも全て光通信により信号のやり取りを行うことができ、かつ、どのモジュール間でも信号経路は短く、かつ略等しくなる。これにより、この発明のシステムでは高速に十分な通信量を取り扱うことが可能となる。 In this case, if the light distribution means is arranged at the tip including the apex of the pyramid of the module, when any signal is exchanged between any modules, all the modules can exchange signals by optical communication. In addition, the signal path between any modules is short and substantially equal. As a result, the system of the present invention can handle a sufficient amount of communication at high speed.
本発明の三次元回路モジュールによれば、システム形状は、多面体で表される立体形状、又は多面体の一部で表される立体形状となるので、システムが非常にコンパクトになる。 According to the three-dimensional circuit module of the present invention, the system shape is a three-dimensional shape represented by a polyhedron or a three-dimensional shape represented by a part of the polyhedron, so that the system is very compact.
また、この発明のシステムではどのモジュール間でも全て光通信により信号のやり取りを行うことができ、かつ、どのモジュール間でも信号経路は短く、かつ略等しくなるようにすることができるため、高速に十分な通信量を取り扱うことが可能となる。 In addition, in the system of the present invention, signals can be exchanged between all modules by optical communication, and the signal paths can be made short and substantially equal between any modules, so that it is sufficiently fast. It is possible to handle a large amount of communication.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の三次元回路モジュールのシステム構成を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of a three-dimensional circuit module according to the first embodiment of the present invention.
第1の実施形態の三次元回路モジュールにおいては、図1に示すように、12個の機能モジュール1〜12がセットされ、それらの機能モジュール1〜12が光配信手段21を通して相互に信号のやり取りを行うことができるようになっている。
In the three-dimensional circuit module of the first embodiment, as shown in FIG. 1, twelve
この実施形態の機能モジュール1〜12では、十分な入出力バンド幅を持ち、処理分担能力がある場合、各モジュールには基本的に同じものを用いることができる。別個の機能を最初から作り込んでおく必要はなく、必要な機能をプログラムできるようになっていればよい。この場合に、各モジュールのプログラムの全て若しくは一部を入れ替えて再構成することにより負荷を再分散することができる。さらに、幾つかのモジュールについて外部と専用のインターフェイスを持つようにしてもよい。
In the
なお、図1では、12個の機能モジュール1〜12をあげているが、システムの用途により、必要な機能モジュールの数は異なってくることはいうまでもない。
In FIG. 1, twelve
この発明で用い得る光配信手段21として、光の散乱体、光の反射体、プリズム、ホログラム、及び光導波路の集合体の何れか一、或いはこれらの2以上の組み合わせを用いることができる。それらの詳細については次の第2の実施形態で説明する。 As the light distribution means 21 that can be used in the present invention, any one of a light scatterer, a light reflector, a prism, a hologram, and an aggregate of optical waveguides, or a combination of two or more thereof can be used. Details thereof will be described in the second embodiment.
次に、三次元回路モジュールの具体的な構成例を以下に説明する。 Next, a specific configuration example of the three-dimensional circuit module will be described below.
図2(a)は、本発明の第1の実施形態の三次元回路モジュールのシステム形状を示す斜視図であり、図1の12個の機能モジュール1〜12を全てセットした場合に相当する。
FIG. 2A is a perspective view showing the system shape of the three-dimensional circuit module according to the first embodiment of the present invention, and corresponds to the case where all the twelve
この三次元回路モジュールのシステムの立体形状は、図2(a)に示すように、正十二面体を有する。正十二面体の各面は、各モジュールの底面に当たる。 この構造を詳しく説明すると、各モジュールは回路構成要素などを収納した五角錐の筐体で構成され、各モジュールの筐体の角錐の頂点が正12面体の中心に集まるようになっている。このシステムでは最大12個のモジュール1〜12をセットすることができる。
The three-dimensional shape of the system of this three-dimensional circuit module has a regular dodecahedron as shown in FIG. Each face of the regular dodecahedron hits the bottom face of each module. This structure will be described in detail. Each module is composed of a pentagonal pyramid housing that houses circuit components and the like, and the apexes of the pyramid of each module housing are gathered at the center of a regular dodecahedron. In this system, a maximum of 12
各モジュールは完全な五角錐ではなく、頂点及びその周辺部が切除されており、システムとしてセットすると、中心部に空間が形成され、そこに光配信手段21が設置されている。 Each module is not a perfect pentagonal pyramid, and its apex and its peripheral part are cut out. When set as a system, a space is formed in the central part, and the light distribution means 21 is installed there.
なお、12個よりも少ない数のモジュールでシステムが構成されるような場合も可能で、この場合システム形状は正十二面体の一部で構成される立体形状となる。 In addition, the case where a system is comprised by the number of modules fewer than 12 is also possible, and a system shape turns into a solid | 3D shape comprised by a part of regular dodecahedron.
図2(b)は、正十二面体、或いは正十二面体の一部で構成されるシステムを構築する場合に、五角錐の筐体で構成されるモジュールをセットするためのフレーム(枠)22を示す斜視図である。 FIG. 2B shows a frame for setting a module composed of a pentagonal pyramid housing when a system composed of a regular dodecahedron or a part of a regular dodecahedron is constructed. FIG.
各モジュールの五角錐の筐体を角錐の頂点を一致させてセットできるようにするため、正十二面体の中心に12個の五角錐の頂点が一致するように、放射状に五角錐のフレーム(枠)22が形成されている。五角錐のフレーム22は、底面を構成する、細線で作成した五角形の枠と、5つの側面を構成する、細線で作成した三角形の枠とで構成される。なお、5つの側面を構成する三角形の枠、及び底面を構成する五角形の枠は、図2(b)に示すように、隣接する五角錐の対応するフレームと共通となるように形成してもよい。又は、各五角錐ごとにそれぞれ別々に形成してもよい。
In order to set the pentagonal pyramid housing of each module so that the apexes of the pyramids coincide, the frame of the pentagonal pyramid ( Frame) 22 is formed. The
この場合、正十二面体の中心及びその周辺に当たる領域23にはフレームが形成されておらず、この領域に光配信手段が設置される空間が形成されるようになっている。
In this case, a frame is not formed in the
各モジュールの筐体を固定する機構として、各モジュールの筐体の五角錐の稜線に沿って図示しない溝を形成する。そのモジュールの筐体の溝が正十二面体のシステムを形づくるフレームにはめ込まれて、モジュールの筐体が固定される。また、正十二面体のシステムのフレームに、各モジュールの筐体の五角錐の稜線を支持するレール機構を設けてもよい。 As a mechanism for fixing the housing of each module, a groove (not shown) is formed along the ridge line of the pentagonal pyramid of the housing of each module. The module housing groove is fitted into a frame forming a dodecahedron system, and the module housing is fixed. Further, a rail mechanism that supports the ridgeline of the pentagonal pyramid of the housing of each module may be provided in the frame of the regular dodecahedron system.
次に、モジュールの機能の具体例を以下に説明する。 Next, specific examples of module functions will be described below.
図2(a)に示す正十二面体12の面の一つを平らな床に置いたとき、12個のモジュールの配置は次のようになる。即ち、モジュール底面が上面に配置されるモジュールが1つ、モジュール底面が斜め上側に向くモジュールが5つ、モジュール底面が斜め下側に向くモジュールが5つ、モジュール底面が床と接触するモジュールが1つとなる。 When one of the faces of the regular dodecahedron 12 shown in FIG. 2A is placed on a flat floor, the arrangement of 12 modules is as follows. That is, there is one module whose module bottom is arranged on the top, five modules whose module bottom faces diagonally upward, five modules whose module bottom faces diagonally downward, and one module whose module bottom contacts the floor. Become one.
上記のようにして12個のモジュールを三次元回路モジュールにセットしたときの位置関係とインターフェイスの有無とを考慮して、一部のモジュールの機能を、例えば、次のように設定することができる。 In consideration of the positional relationship and the presence or absence of an interface when twelve modules are set in a three-dimensional circuit module as described above, the functions of some modules can be set as follows, for example. .
前左下、前右下のモジュールには画像インターフェイスが外面に接続されるようにする。また、後左下、後右下のモジュールには音響インターフェイスと加速度・姿勢センサが取り付けられるようにする。下のモジュールには、温度、衝突、触覚センサからの信号が供給され、また、アクチュエータへの信号が出力され、その帰還信号を受け取るようにする。 An image interface is connected to the outer surface of the front lower left and front right lower modules. In addition, an acoustic interface and an acceleration / posture sensor are attached to the rear left lower and rear right lower modules. The lower module is fed with signals from temperature, crash, and tactile sensors, and outputs signals to the actuators to receive its feedback signals.
次に、図3(a)、(b)、図4(a)、(b)、(c)を参照して、個々のモジュールの構成について説明する。 Next, the configuration of each module will be described with reference to FIGS. 3A, 3B, 4A, 4B, and 4C.
図3(a)は、モジュールの五角錐の筐体201を五角錐の頂点の方から見た図面であり、図3(b)は図3(a)のI−I線に沿う断面図である。
FIG. 3A is a view of the
モジュールは、図3(a)に示すように、頂点を含む部分5を切除した五角錐類似の筐体201と、筐体201の形状に合わせて、五角形の平面形状を有し、それぞれ面積を変えた3種類の基板1、2、3とで構成される。
As shown in FIG. 3A, the module has a pentagonal pyramid-
筐体201は、側面4a〜4eが3角形の板状の樹脂やセラミックなどからなり、底面6が五角形の板状の樹脂やセラミックなどからなる。それらの板4a〜4e、6が筐体201内部を囲うようにして五角錐類似の立体が形成されている。なお、細線を用いて五角錐類似の骨組み(フレーム)のみを形成してもよい。また、モジュールの底面6と一番下の基板1を共用させてもよい。
The
さらに、筐体201は、図3(a)、(b)に示すように、五角錐の頂点を含む先端部分5が切除されている五角錐類似の立体形状を有する。筐体201をシステムにセットしたときにその切除部5には光配信手段が配置されることになる。切除部5に配置された光配信手段より、セットされた全てのモジュールの先端部分を通して任意のモジュール同士相互に信号のやり取りを行うことができる。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
各基板1、2、3は、図3(b)に示すように、上から光インターフェース基板3、CPU(Center Processing Unit)基板2、メモリ基板1である。図4(a)、(b)、(c)は、それぞれ光インターフェース基板3、CPU基板2、メモリ基板1を示し、それぞれ基板を上から見た図である。なお、図3(b)には図示していないが、各基板の表面の配線や、図5に示す基板間を接続する配線接続層や配線基板などが形成される。
As shown in FIG. 3B, the
光インターフェース基板3、CPU基板2、及びメモリ基板1の材料として、熱伝導性がよく、また半導体チップと熱膨張係数の近いコバール等の金属やアルミナ、ガラスエポキシ等の絶縁材料が用いられる。
As a material for the
メモリ基板1には、基板上面にメモリ用半導体チップ1aなどが搭載されている。CPU基板2には、基板上面に半導体プロセッサチップなど2a、2b、2cが搭載されている。
The
光インターフェース基板3には、基板下面に、少なくとも、パラレル/シリアル変換を行い、発光素子を変調する電気信号の処理回路を形成した半導体チップ3cと、処理された電気信号を光に変換する発光素子3aと、光信号を電気信号に変換する受光素子3bと、変換された電気信号を復調し、シリアル/パラレル変換を行う電気信号の処理回路を形成した半導体チップ3dとが搭載されている。さらに、発光素子3aの光出射領域に当たる箇所と、受光素子3bの受光領域に当たる箇所の光インターフェース基板には開口部7a、7bが形成されている。発光素子3aとして、たとえば、面発光レーザや発光ダイオード(LED)の単体やアレイを用いることができる。また、受光素子3bとして、受光ダイオードの単体やアレイを用いることができる。これにより、モジュール内の容積をあまり増やさずに通信容量を増大することができる。
The
なお、半導体チップの基板への搭載は、上記した方法に限らず基板の上面又は下面何れであってもよい。 The mounting of the semiconductor chip on the substrate is not limited to the method described above, and may be on the upper surface or the lower surface of the substrate.
次に、図5を参照して、各基板内及び基板間相互の配線接続方法の詳細、及びさらに詳細な内部構成を説明する。 Next, with reference to FIG. 5, the details of the wiring connection method in each substrate and between the substrates, and a more detailed internal configuration will be described.
図5に示すように、光インターフェース基板3とCPU基板2の間に配線基板11bが介在し、さらに光インターフェース基板3と配線基板11bの間、及びCPU基板2と配線基板11bの間には配線接続層12d、12cが介在している。配線接続層12d、12cは、光インターフェース基板3に搭載された半導体チップ3b及びCPU基板2に搭載された半導体チップ2bと配線基板11bに形成された配線とをビアにより相互接続する。
As shown in FIG. 5, a
また、メモリ基板1とCPU基板2の間に配線基板11aが介在し、さらにメモリ基板1と配線基板11aの間、及びCPU基板2と配線基板11aの間には配線接続層12b、12aが介在している。配線接続層12b、12aは、メモリ基板1に搭載された半導体チップ1a及びCPU基板2に搭載された半導体チップ2cと配線基板11aに形成された配線とをビアにより相互接続する。
Further, a
さらに、光インターフェース基板3とCPU基板2の間の配線基板11bと、メモリ基板1とCPU基板2の間の配線基板11aとは、CPU基板2の貫通孔を通して配線接続層12eにより相互接続されている。
Further, the
また、3つの基板1、2、3に形成された貫通穴を介して3つの基板1、2、3全体にわたってヒートパイプ13が搭載されている。さらに、メモリ基板1の下面には放熱板14が下面全体に取り付けられている。そのほか、パイプに空気や液体を流し、或いは循環させて冷却する機構を設けてもよい。この場合、MEMS(Micro Electro Mechanical System)により作成したポンプを用いることができる。また、筐体を構成する板材に放熱性の良い材料を用い、この筐体に熱を伝える機構を設けて熱を放熱させるようにしてもよい。これらのヒートパイプ及び放熱板などによりモジュール内部が冷却される。
Further, the
また、メモリ基板1及び放熱板14を貫通する穴を通して外部端子15が形成されている。外部端子15は、配線接続層12dによりメモリ基板1とCPU基板2の間の配線基板11aと接続されている。
In addition,
上記配線基板11a、11bとして、一般に用いられる配線基板や、テフロン(登録商標)、エポキシ系あるいはセラミックの単層の又は多層の配線基板が用いられる。
As the
また、配線接続層12a〜12eの絶縁材料には、熱応力や機械的な振動応力を吸収する柔軟性が求められ、その材料として半導体チップの大きさ以下に裁断したポリマー、例えばポリブタジエン、ポリイソプレン、シリコーンゴム等の合成ゴムや、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等を用いることができる。配線接続層12a〜12eは、これらの材料からなる厚膜にフォトリソグラフィー技術により形成されたビアホールにビアが埋め込まれてなる。 In addition, the insulating material of the wiring connection layers 12a to 12e is required to have flexibility to absorb thermal stress and mechanical vibration stress, and the material is cut to a size smaller than the size of the semiconductor chip, for example, polybutadiene, polyisoprene. Further, synthetic rubber such as silicone rubber, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), and the like can be used. In the wiring connection layers 12a to 12e, vias are buried in via holes formed by a photolithography technique in thick films made of these materials.
また、基板に光デバイスを搭載し、光導波路を用いて、モジュール内で光通信を行うことも可能である。 It is also possible to mount an optical device on the substrate and perform optical communication within the module using an optical waveguide.
さらに、12個のモジュールのうち、一つ以上のモジュールに無線送信手段及び受信手段のうち少なくとも何れか一を搭載してもよい。これにより、3次元回路モジュールと外部との間で通信が可能となる。また、3次元回路モジュール内では光信号により通信しており、マイクロ波〜ミリ波帯の通信を阻害しないので、モジュール内或いはモジュール間で無線送信手段及び受信手段を設け、三次元回路モジュール内で同じ部分を経由する無線通信を併用することも可能である。 Further, at least one of the wireless transmission unit and the reception unit may be mounted on one or more of the 12 modules. This enables communication between the three-dimensional circuit module and the outside. In addition, since communication is performed using optical signals in the three-dimensional circuit module and does not hinder microwave to millimeter wave band communication, wireless transmission means and reception means are provided within the module or between modules, and within the three-dimensional circuit module. It is also possible to use wireless communication via the same part together.
また、各モジュールに発電機能をもつ燃料電池等を搭載してもよい。この場合、燃料としてメタノールを用いることで、その一部を冷媒として用いてもよい。これにより、実装回線数が多くても、必要な回線だけに電力を使用することで、交換・多重化に要するオーバヘッドがないので、全体として大幅な電力節減となる。 Each module may be equipped with a fuel cell having a power generation function. In this case, a part of the fuel may be used as a refrigerant by using methanol as the fuel. As a result, even if the number of installed lines is large, the power is used only for the necessary lines, so that there is no overhead required for switching / multiplexing, so that the power consumption can be greatly reduced as a whole.
以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、この三次元回路モジュールは、角錐状の筐体201を備えた複数のモジュールを角錐の頂点を一致させ、かつ、各モジュールの底面6が多面体101の任意の面を構成するようにセットすることができるように構成されている。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the three-dimensional circuit module includes a plurality of modules including the pyramid-shaped
したがって、機能ごとに各モジュールを構成し、複数のモジュールで一つのシステムを構成したとき、システム形状は、多面体で表される立体形状、又は多面体の一部で表される立体形状となるので、システムが非常にコンパクトになる。 Therefore, when each module is configured for each function and one system is configured with a plurality of modules, the system shape is a three-dimensional shape represented by a polyhedron, or a three-dimensional shape represented by a part of the polyhedron. The system becomes very compact.
また、この三次元回路モジュールは、上記のように、各モジュールの角錐の頂点を一致させ、かつ、各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するようにセットしたときに、任意の一のモジュールから発した光信号を任意の他のモジュールに配信し得る光配信手段21を有している。 In addition, as described above, when the three-dimensional circuit module is set so that the apexes of the pyramids of each module coincide with each other and the bottom surface of each module constitutes an arbitrary surface of the polyhedron, It has an optical distribution means 21 that can distribute an optical signal emitted from the module to any other module.
この場合、モジュールの五角錐の頂点を含む先端部分を切除し、その切除部に光配信手段を配置すると、セットされた全てのモジュールの先端部分を通して信号のやり取りを行うことができる。したがって、任意のモジュール間で信号のやり取りを行おうとするとき、どのモジュール間でも全て光通信により信号のやり取りを行うことができ、しかも、どのモジュール間でも信号経路は短く、かつ略等しくなる。これにより、この発明のシステムでは高速に十分な通信量を取り扱うことができることとなる。 In this case, if the tip portion including the apex of the pentagonal pyramid of the module is excised and the light distribution means is arranged in the excised portion, signals can be exchanged through the tip portions of all the modules that are set. Therefore, when signals are exchanged between arbitrary modules, signals can be exchanged between all modules by optical communication, and the signal paths are short and substantially equal between any modules. As a result, the system of the present invention can handle a sufficient amount of communication at high speed.
また、障害時には診断プログラムにより判明した故障モジュールのみ交換するだけでシステムを復帰させることができる。また、モジュール間で複雑な結線を行う必要がなく、モジュールを多面体の外側から抜き差しすることができるので、保守と更新が容易である。 Further, in the event of a failure, the system can be restored simply by replacing the failed module found by the diagnostic program. Further, it is not necessary to perform complicated connection between modules, and the module can be inserted and removed from the outside of the polyhedron, so that maintenance and updating are easy.
なお、上記ではモジュール内で基板1、2、3を3層設けているが、実用範囲内で1以上、任意の複数の基板を設けることができる。
In the above, three layers of the
また、システムの形状が正十二面体101となる場合を説明したが、正四面体以上、実用上の範囲の正多面体となる場合にも本発明を適用することができる。
Moreover, although the case where the shape of the system is a
また、正多面体に限らず、例えば、五、六角錘を変形・混用してより自由な立体を形成してもよい。或いは、球状乃至多面体状のフレームに扱い易い例えば四角錘状のモジュールを離間して、好ましくは均等に頂点を内側にして固定して用いてもよい。 Further, not limited to regular polyhedrons, for example, five or hexagonal pyramids may be deformed and mixed to form a more free solid. Alternatively, for example, a quadrangular pyramidal module that is easy to handle in a spherical or polyhedral frame may be separated and preferably fixed with the apex inside.
(第2の実施形態)
次に、図7乃至図10を参照して三次元回路モジュールの正多面体の中心領域に取り付けられる具体的な光配信手段21について説明する。以下は、第2の実施形態に係る光配信手段の具体例である。
(Second Embodiment)
Next, the specific light distribution means 21 attached to the central region of the regular polyhedron of the three-dimensional circuit module will be described with reference to FIGS. The following is a specific example of the optical distribution means according to the second embodiment.
(1)光の散乱体
ガラス粉末を軟化点程度の温度で凝集させる等の方法により作製した、発光素子からの光ビーム径前後の直径をもつ球形の構造物を用いる。LEDを直接変調する構成が適し、干渉性の高い高輝度LEDやLDを用いる場合にスペックルが生じ易いので、材料の粒径・焼成方法・構造体の形状には注意が必要である。
(1) Light Scatterer A spherical structure having a diameter around the diameter of the light beam from the light-emitting element, which is produced by a method such as agglomeration of glass powder at a temperature about the softening point, is used. A configuration in which the LED is directly modulated is suitable, and speckle is likely to occur when a high-intensity LED or LD with high coherence is used. Therefore, attention should be paid to the particle size of the material, the firing method, and the shape of the structure.
各モジュールはLEDを直接変調して送信を行い、この光を簡単な光学系で光ビームとして、多面体の中心部に保持されたただ一個の光の散乱体にそれぞれのモジュールの方向から出射する。図7に示すように、光の散乱体21aはほぼ等方的にこの光を散乱し、散乱された光は全てのモジュールで受信可能である。このように、この方法ではバス形式の接続が実現される。
Each module directly modulates the LED and transmits the light, and the light is emitted as a light beam by a simple optical system to a single light scatterer held at the center of the polyhedron from the direction of each module. As shown in FIG. 7, the
(2)光の反射体
図8に示すように、モジュールの底面6が隣接するモジュールの底面となす角度のおよそ半分の角度を持つ小さく浅い角錐の側面を鏡面として光の反射体21bを逆さまに各角錐の頂点付近に保持する。
(2) Light Reflector As shown in FIG. 8, the
なお、光の反射体21bは必ずしも逆さまにしなくてもよいが、その場合光路が交差することに注意する必要がある。
Note that the
この鏡面に一様に一本の送信ビームを当てて分割することにより隣接モジュールへの送信が可能となる。また、多数の送信機を各モジュールに設け、角錐の角面にそれぞれのビームを照射すれば近接モジュールに個々に専用配線経路を設けることができる。 By transmitting a single transmission beam uniformly on the mirror surface and dividing it, transmission to adjacent modules becomes possible. In addition, if a large number of transmitters are provided in each module and each beam is irradiated on the square face of the pyramid, dedicated wiring paths can be individually provided in the adjacent modules.
角錐状の鏡の代わりに部分多面体状の鏡を用いることにより、隣接するモジュール、そのまた隣接するモジュールなどより多数のモジュールへ送信することができる。 By using a partial polyhedral mirror instead of a pyramidal mirror, it is possible to transmit to a larger number of modules such as adjacent modules, adjacent modules, and the like.
(3)プリズム
図9(a)、(b)、(c)に示すように、台形状、凹状或いは凸状のプリズム21c、21d、21eを利用して多面体の中心を境にして、対向するモジュール及びそれに隣接するモジュールに送信することができる。
(3) Prism As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the
(4)ホログラム
各モジュールの発光素子の上方にホログラムを保持し、各モジュールからの送信光を任意のモジュールに配信する。好ましくは、図10に示すように、各モジュールの発光素子3aの発光面に直接ホログラム21fを装着するとよい。
(4) Hologram A hologram is held above the light emitting element of each module, and the transmission light from each module is distributed to an arbitrary module. Preferably, as shown in FIG. 10, a
ホログラム21fは計算処理により作製するか、或いは単一のレーザからスプリットした光ビームを送信側と受信側モジュールの受光部側双方からホログラム原盤に向け想定光路上に照射・露光して作製することができる。
The
(5)光導波路の集合体
発光素子からスターカプラを経由して各モジュールの受光素子に光導波路を接続する。受光素子上ではディレクショナルカプラで結合して光電変換を行う。
(5) Assembly of optical waveguide The optical waveguide is connected from the light emitting element to the light receiving element of each module via the star coupler. On the light receiving element, it is coupled by a directional coupler to perform photoelectric conversion.
(6)上記の組み合わせに係る光配信手段
上記した光の散乱体と光の反射体とを組み合わせることができる。光の散乱体は多面体の中心部に保持することが望ましいが、その場合、光の反射体は、各角錐の中心軸上に保持した場合でも例えば中心部に光を透過する窓を設けることにより光の散乱体と共用することができる。
(6) Light distribution means according to the above combination The above-described light scatterer and light reflector can be combined. It is desirable to hold the light scatterer at the center of the polyhedron. In this case, even if the light reflector is held on the central axis of each pyramid, for example, by providing a window that transmits light at the center Can be shared with light scatterers.
また、プリズムと光の反射体(或いはハーフミラー)とを組み合わせ、直進光と反射光を利用する。これにより、送信を行うモジュールに対向するモジュールや、送信を行うモジュールに隣接するモジュール及び近接するモジュールや、対向するモジュールに近接するモジュールに送信することができる。 Further, a prism and a light reflector (or a half mirror) are combined to use straight light and reflected light. Thereby, it can transmit to the module which opposes the module which performs transmission, the module which adjoins the module which performs transmission, the module which adjoins, and the module which adjoins the module which opposes.
また、その他の光配信手段も任意に選択して共用することができる。この場合、一のモジュールの光配信手段で配信される光ビームが他のモジュールの配信手段で遮られることのないように各角錐の中心軸から離れた位置、したがって多面体の中心からも必要なだけ離れた各角錐内に保持する。 Also, other optical distribution means can be arbitrarily selected and shared. In this case, it is necessary only from the position away from the central axis of each pyramid so that the light beam delivered by the light delivery means of one module is not blocked by the delivery means of the other module, and hence from the center of the polyhedron. Hold in each separate pyramid.
次に、図1及び図6を参照して上記三次元回路モジュールの動作方法について説明する。図6は、動作方法について説明する三次元回路モジュールの模式図である。 Next, an operation method of the three-dimensional circuit module will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic diagram of a three-dimensional circuit module for explaining an operation method.
モジュール1〜12のうち、図6ではモジュール1、6、7、12のみを示す。また、光配信手段として光の散乱体を用いる。
Of the
モジュール7の光インターフェース基板に搭載された発光素子から処理信号及び送信先を表す符号などを含む光が、光配信手段に向けて出射される。なお、送信先は一つでもよいし、モジュール2〜12全てでもよい。
Light including a processing signal and a code representing a transmission destination is emitted from the light emitting element mounted on the optical interface board of the module 7 toward the light distribution means. The number of destinations may be one, or all
光配信手段によりその光は散乱されて各モジュール2〜12に配信される。
The light is scattered by the light distribution means and distributed to the
各モジュール2〜12では、配信された光が受光素子に入射されて、電気信号に変換される。そして、受光素子と接続された電気回路により、変換された電気信号から送信先を弁別し、該当すればその信号を取り込んで、次の処理回路に送る。該当しなければ、その信号を後段の処理回路には送らないようにする。
In each of the
モジュール2〜12のうち該当するモジュールでは、後段の処理回路により、送信された電気信号に基き、信号処理が行われる。
In the corresponding module among the
以上のようにして、第2の実施形態の三次元回路モジュールによれば、一対一、及び一対多の通信が可能である。 As described above, according to the three-dimensional circuit module of the second embodiment, one-to-one and one-to-many communication is possible.
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
角錐状の筐体であって複数の該筐体の角錐の頂点を一致させて配置したときにその底面が多面体を構成する前記筐体中に、少なくとも光通信手段及び信号処理回路が収納された複数のモジュールと、前記各モジュールの角錐の頂点を一致させ、かつ、前記各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するようにセットしたときに、任意の一の前記モジュールから発した光信号を任意の他の前記モジュールに配信し得る光配信手段とを有することを特徴とする三次元回路モジュール。
(Appendix 1)
At least an optical communication means and a signal processing circuit are housed in a pyramid-shaped casing, the bottom of which forms a polyhedron when the apexes of the pyramids of the plurality of casings are arranged to coincide. An optical signal emitted from any one of the modules when the plurality of modules are set so that the apexes of the pyramids of each module coincide with each other and the bottom surface of each module forms an arbitrary surface of a polyhedron. A three-dimensional circuit module, comprising: an optical distribution means capable of distributing the light to any other module.
(付記2)
完全な前記多面体を構成するモジュールの数よりも少ない数の前記モジュールをセットし得るようになっていることを特徴とする付記1記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 2)
The three-dimensional circuit module according to
(付記3)
前記光通信手段は、少なくとも、パラレル/シリアル変換を行う電気信号の処理回路と、該処理された電気信号を光に変換する発光手段と、光信号を電気信号に変換する受光手段と、該変換された電気信号のシリアル/パラレル変換を行う電気信号の処理回路とで構成されていることを特徴とする付記1又は2の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 3)
The optical communication means includes at least an electric signal processing circuit for performing parallel / serial conversion, a light emitting means for converting the processed electric signal into light, a light receiving means for converting the optical signal into an electric signal, and the conversion The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記4)
前記各モジュールを構成する角錐はその頂点を含む部分が切除されており、前記各モジュールをセットしたときに前記切除部により形成された空間に、前記光配信手段が設けられていることを特徴とする付記1乃至3の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 4)
The pyramid constituting each module is cut off at a portion including its apex, and the light distribution means is provided in a space formed by the cut portion when each module is set. The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記5)
前記光配信手段は、光の散乱体であることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 5)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記6)
前記光配信手段は、光の反射体であることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 6)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記7)
前記光配信手段は、光を屈折或いは反射させるプリズムであることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 7)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記8)
前記光配信手段は、ホログラムであることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 8)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記9)
前記光配信手段は、光導波路の集合体であることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 9)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記10)
前記光配信手段は、光の散乱体、光の反射体、プリズム、ホログラム、及び光導波路の集合体のうち少なくとも2以上を組み合わせたものであることを特徴とする付記1乃至4の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 10)
The light distribution means is a combination of at least two or more of a light scatterer, a light reflector, a prism, a hologram, and an aggregate of optical waveguides. The three-dimensional circuit module described in 1.
(付記11)
前記モジュールにおいては、前記光通信手段と前記信号処理回路とが別々の基板に搭載されて収納されており、前記角錐の頂点に近い方から、前記光通信手段を搭載した基板と、前記信号処理回路を搭載した基板とが層構造をなして配置されていることを特徴とする付記1乃至10の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 11)
In the module, the optical communication means and the signal processing circuit are mounted and housed on separate substrates, and from the side closer to the apex of the pyramid, the substrate on which the optical communication means is mounted, and the signal processing 11. The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記12)
前記基板相互間の信号の授受は、電気配線により直接に、静電的に、或いは電磁的に行われ、又は光により行われていることを特徴とする付記11記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 12)
The three-dimensional circuit module according to appendix 11, wherein the signals are transmitted and received between the substrates directly, electrostatically or electromagnetically by electrical wiring, or by light.
(付記13)
前記基板間には、前記基板相互間の信号の授受を補助する1以上の接続層が介在していることを特徴とする付記11又は12の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 13)
13. The three-dimensional circuit module according to any one of appendices 11 and 12, wherein one or more connection layers for assisting transmission / reception of signals between the substrates are interposed between the substrates.
(付記14)
前記モジュールは、冷却用媒体を流す配管を備えていることを特徴とする付記1乃至13の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 14)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記15)
前記モジュールは、該モジュール内又は該モジュール間で無線で通信を行うための送受信装置を備えていることを特徴とする付記1乃至14の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 15)
The three-dimensional circuit module according to any one of
(付記16)
前記各モジュールのうち少なくとも一つは、この三次元回路モジュールの外部と無線で通信を行うための送受信装置を備えていることを特徴とする付記1乃至14の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 16)
The three-dimensional circuit according to any one of
(付記17)
前記各モジュールのうち少なくとも一つは、発電手段を備えていることを特徴とする付記1乃至16の何れか一に記載の三次元回路モジュール。
(Appendix 17)
The three-dimensional circuit module according to any one of
1…メモリ基板、
1a、2a〜2c、3a〜3d…半導体チップ
2…CPU基板、
3…光インターフェース基板、
4a〜4e…モジュールの側面、
5…切除部、
6…モジュールの底面、
7a、7b…開口部、
11a、11b…配線基板、
12a〜12e…配線接続層、
13…ヒートパイプ、
14…放熱板、
15…外部端子、
21…光配信手段、
21a…光の散乱体、
21b…光の反射体、
21c、21d、21e…プリズム、
21f…ホログラム、
101…多面体(正十二面体)、
201…筐体。
1 ... Memory board,
1a, 2a-2c, 3a-3d ...
3 ... Optical interface board,
4a-4e ... the side of the module,
5 ... Resection part,
6 ... the bottom of the module,
7a, 7b ... opening,
11a, 11b ... wiring board,
12a-12e ... wiring connection layer,
13 ... Heat pipe,
14 ... heat sink,
15 ... External terminal,
21: Optical distribution means,
21a ... light scatterer,
21b ... light reflector,
21c, 21d, 21e ... prism,
21f ... Hologram,
101 ... polyhedron (regular dodecahedron),
201: A housing.
Claims (5)
前記各モジュールの角錐の頂点を一致させ、かつ、前記各モジュールの底面が多面体の任意の面を構成するように前記各モジュールをセットしたときに、任意の一の前記モジュールから発した光信号を任意の他の前記モジュールに配信し得る光配信手段と
を有することを特徴とする三次元回路モジュール。 At least an optical communication means and a signal processing circuit are housed in a pyramid-shaped casing, the bottom of which forms a polyhedron when the apexes of the pyramids of the plurality of casings are arranged to coincide. Multiple modules,
When each module is set so that the apexes of the pyramids of each module coincide with each other and the bottom surface of each module constitutes an arbitrary surface of a polyhedron, optical signals emitted from any one of the modules are A three-dimensional circuit module comprising: an optical distribution unit capable of distributing to any other said module.
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