JP3640833B2 - 高速信号処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速・大容量のMCM(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QFP(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MCM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MCM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MCM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、MCM1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10、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MCM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)

  1. 複数のLSIを相互に接続して構成されるMCM(Multi Chip Module) を1以上備え、このMCM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. 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. 前記フレームの材質は、前記MCMの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. 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. 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. 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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