JP5050598B2 - 非接触型信号伝送装置及び非接触型信号伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触で電圧信号を光信号として伝送する装置及び方法に関し、更に詳しくは、半導体パッケージ又は集積回路チップ等の電子部品と、その電子部品を搭載する実装基板との間の電圧信号を、電気的に非接触な構造によって光信号に変換し、伝送する装置及び方法に関する。

現在、半導体パッケージ（以下、便宜的に「ＩＣパッケージ」ともいう。）又は集積回路チップ（以下、「ＩＣチップ」ともいう。）等の電子部品と、その電子部品を搭載する実装基板との間は、それぞれに設けられた電極端子間を半田付けし、あるいはその電極端子間に金属製の微小なボールをボールボンディングさせて、電気的な導通を持たせている。このような電極端子間の接続構造の問題点としては、半田付けやボールボンディングよる接点部の変形や腐食等が生じるおそれがあり、確実な電気的接続を維持するという点でやや難点がある。さらに、ＩＣチップに形成されている集積回路の集積度の向上やＩＣパッケージ上へのパッシブコンポーネントの集積化等により、電極端子の数が増加し、結果として配線の微細化やボールの微小化が進み、高度な材料技術や実装技術が必要とされるという課題がある。

こうしたＩＣチップの電極端子数の増大等の課題に対応するため、入出力信号を伝送するための電極端子（以下、単に「電極」ともいう。）間を非接触とした信号伝送方法が試みられている。図８は、非接触型の信号伝送装置１００の従来例を示す概略図である。この装置１００は、ＩＣチップ１１３を搭載したＩＣパッケージ１０５に形成された電極１０３ａと、実装基板であるプリント基板１０６に形成された電極１０３ｂとを対向するように配置し、両電極間の電磁的な結合を利用し、非接触での信号伝送を可能にしたものである。この装置１００では、電気信号を電極の形状により電束や磁束の変化に変換し、非接触状態で信号伝送を行うことができるため、電極間の機械的な接続不良による伝送特性の劣化が生じないという利点がある。

具体的には、図８に示すように、対向する両電極１０３ａ，１０３ｂを平面状に形成すれば、電極間の静電容量が大きくなるので、これを利用し、電極間の容量性の結合で電気信号を伝送することができる。すなわち、図８に示す非接触型の信号伝送装置１００は、電圧変動としてＩＣパッケージ１０５上の電極１０３ａに出力される電気信号を、電極間の容量性の結合を利用して伝送する例である。なお、図８の例では、直流は両電極をボール１０４によって直接接続することにより供給し、ＩＣを動作させている。一方、対向する両電極１０３ａ，１０３ｂをスパイラルコイル状に形成すれば、相互誘導により信号を伝送することができる。

以上の方法の他にも、高速でＩＣチップ間の信号伝送を行う方法として、光と電気の変換技術を用いて電気信号を直接光に変換して伝送する、光インタコネクション技術がある。この技術には、基板から垂直に光を放出する面発光レーザと呼ばれるレーザを使用して電気信号から光信号に変換する方法がある。これは、面発光レーザへの印加電圧を電気信号の”１””０”にあわせて”ＯＮ””ＯＦＦ”し、その結果レーザ光が”点””滅”することで光信号に変換する方式であり、直接変調動作とも呼ばれている。この伝送技術は、ＬＳＩのデータ処理速度の向上を図る際に、それらＬＳＩを搭載するボード間あるいはＬＳＩチップ間のデータ伝送速度が追いつかないという問題を解決しようとするものである。なお、先行技術として、下記特許文献１，２を挙げる。
特開平８−２６２１１７号公報 特開平８−９４６９２号公報

上述した非接触型の信号伝送装置は、図８に示すように、隣接するＩＣパッケージ１０５，１０５’が数ｍｍから数ｃｍの距離で配置されており、比較的短距離間の信号伝送手段として利用されるものである。そのため、電極１０３ｂや配線１０７の密度が高くなり、高周波の伝送で一般的に利用されるストリップラインやマイクロストリップライン又はこれに類する伝送線路構造を形成することは実装密度上困難であった。

また、数ｃｍ以上の距離を伝送させる場合には信号の劣化が問題となるが、その信号の劣化を抑えるためには、電極構造の同軸化や配線の伝送線路化が必要となり、電極構造や配線のさらなる微小化、微細化が課題となる。

さらに、多チャンネル化等により高速で動作する入出力用の電極端子数が増加すると、実装基板側の配線スペースが少なくなり、その配線スペースを確保するためには実装基板の層数の増加が考えられる。しかし、実装基板を積層した場合、配線間の電磁干渉を抑制しながら伝送するためには、ビアのシールド構造化が必要となるので、高密度実装上不利となる。

一方、光インタコネクション技術を用いる方法は、ＩＣチップ上又はＩＣパッケージ上に光導波路を形成してレーザに接続し、光信号の伝送を行うので、高価で特殊なデバイスやコンポーネントが必要であり、特に面発光レーザ等の半導体レーザを各電極に設置しなければならないので、ＩＣチップやＩＣパッケージの実装面積が大きくなるという難点がある。

以上のように、図８に示す形態の非接触型の信号伝送技術は、高速伝送や長距離伝送ができないという欠点があり、また、光インタコネクション技術は、ＩＣチップやＩＣパッケージの小型化、電極サイズの微小化が難しいという欠点がある。したがって、電極サイズの微小化に対応し、さらに高速な電気信号を離れたチップ間やボード間において、高速伝送や長距離伝送を可能とする技術は存在していなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電極の微小化に対応し、さらに、離れたチップ間やボード間においても、電気信号の高速伝送や長距離伝送を可能とする非接触型信号伝送装置及び方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための、本発明の非接触型信号伝送装置は、半導体パッケージ又は集積回路チップに設けられた第１電極と、実装基板に設けられ且つ前記第１電極の近接位置に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電界素子と、前記光電界素子に接続された光伝送線路と、前記光伝送線路の他方の側から前記光電界素子に対して光を入射する光入射手段と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、両電極間に光電界素子を配置し、その光電界素子に入射した光の反射光を光伝送線路で伝送するように構成したので、その光電界素子は両電極間で生じる電界の変化に対応して屈折率が変化し、その光電界素子での反射光は電界の変化に対応した変調光として検出できる。その結果、非接触状態で電極間の電圧情報を光の変調情報として抽出し、高速伝送可能で劣化しにくい光信号として伝送することができる。また、この発明によれば、電極数が増して電極サイズを微小化させた場合や、多層基板とした場合であっても、非接触で電圧信号の検出が可能となり、さらに離れたチップ間やボード間において、電気信号の高速伝送や長距離伝送が可能となる。

本発明の非接触型信号伝送装置において、前記第２電極が、２以上の前記光電界素子に対する共通電極として設けられているように構成できる。この発明によれば、特に電極数が増して電極を微小化させた場合や多層基板とした場合に好ましく適用できる。

本発明の非接触型信号伝送装置において、（１）前記第１電極の平面部と前記第２電極の平面部とが平行又は非平行に配置され、その間に前記光電界素子が設けられているように構成することができ、また、（２）前記第１電極の平面部と前記光電界素子の平面部とが平行又は非平行に配置され、前記第２電極が当該光電界素子の対向する側面に設けられているように構成することができる。

また、本発明の非接触型信号伝送装置において、（ａ）前記光電界素子が、前記実装基板の表面に形成され又は内部に埋設されているように構成することができ、また、（ｂ）前記光電界素子が、チップ又は膜として設けられているように構成することができる。

また、本発明の非接触型信号伝送装置において、前記変調光を電気信号に変換する信号処理手段をさらに有するように構成することができる。

上記課題を解決する本発明の非接触型信号伝送方法は、半導体パッケージ又は集積回路チップに設けられた第１電極と、実装基板に設けられ且つ前記第１電極の近接位置に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電界素子と、前記光電界素子に接続された光伝送線路とを少なくとも有する非接触型信号伝送装置を用い、前記光伝送線路の他方の側から前記光電界素子に対して光を入射し、前記光電界素子内で反射した光を前記光伝送線路を経由して検出し、その反射光の変調を、前記第１電極と第２電極との間で生じる電界の変化として抽出することを特徴とする。

本発明の非接触型信号伝送装置及び方法によれば、光電界素子での反射光を両電極間に生じた電界の変化に対応した変調光として検出できるので、非接触状態で電極間の電圧情報を光の変調情報として抽出することができ、高速伝送可能で劣化しにくい光信号として伝送することができる。また、本発明によれば、電極数が増して電極サイズを微小化させた場合や、多層基板とした場合であっても、非接触で電圧信号の検出が可能となり、さらに離れたチップ間やボード間において、電気信号の高速伝送や長距離伝送が可能となる。

以下、本発明の非接触型信号伝送装置及び方法について、図面を参照しつつ説明する。以下に示す各実施形態は本発明の一例であって、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の非接触型信号伝送方法の電極構造と原理の説明図であり、（Ａ）は断面構成図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。また、図２は、信号処理手段の説明図である。図１に示す電極構造は、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に光電界素子１が配置された構造である。

図１に示す電極構造において、ＩＣパッケージ５上の配線１１はＩＣチップ１３と第１電極３ａに接続されており、そのＩＣチップ１３から出力された信号出力は、ＩＣパッケージ５上の配線１１を経由して第１電極３ａに電圧変化を生じさせる。第１電極３ａと第２電極３ｂは近接して設置されているので、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に電界（電場）が生じ、この電界が光電界素子１の内部を透過する際に光電界素子１の屈折率を変化させる。このとき、その光電界素子１に光（レーザ光）を入射させ、その反射光を光伝送線路で伝送するように構成すれば、光電界素子１の屈折率の変化に対応した反射光の変調を検出することにより、電界の変化として抽出することができる。さらに、信号処理を行うことによって、電圧信号の変化として復元させることができる。

こうした原理を実現するため、光電界素子１には、光伝送線路２が接続され、光伝送線路２の他方の側には、光電界素子１に対して光を入射する光入射手段３１を少なくとも有する光学処理装置２１と、光電界素子１内で反射した変調光を電気信号に変換する信号処理手段４１とが設けられている。

以下、本発明の非接触型信号伝送装置の構成について説明する。

第１電極３ａは、ＩＣパッケージ５（半導体パッケージ）又はＩＣチップ（集積回路チップ）に設けられた電極であり、詳しくは、ＩＣチップの端子であるパッドに接続され、かつ第２電極３ｂに近接して設けられている。第１電極３ａが形成されたＩＣパッケージ５やＩＣチップの形態は特に限定されず、公知の形態からなるものを適用できるが、いずれの場合であっても、実装基板６が備える第２電極３ｂに近接する位置に第１電極３ａが設けられている。なお、「近接位置」とは、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間で、その電極間に配置された光電界素子１に電界９を印加可能な距離の範囲をいい、例えば図１のように両電極３ａ，３ｂが対向配置されている場合には、その電極間距離は数十μｍから数百μｍであるように構成されることが好ましく、また、例えば図３（Ａ）に示すように両電極３ａ，３ｂが非平行（図示の例では直角）になるように配置されている場合にも、上記同様、両電極３ａ，３ｂが数十μｍから数百μｍであるように構成されることが好ましい。

最近ではＩＣパッケージ５がシリコンウェハで製作される場合もあるが、そのような場合には、ＩＣチップとＩＣパッケージ５が一体化していてもよい。なお、ＩＣチップ上のパッドは、ＩＣパッケージ５上の配線１１の末端に形成されているパッドと、ボールを用いてボールボンディングされるほか、ボンディングワイヤにより接続されることもある。

図１に示す例では、ＩＣパッケージ５の一方の面には配線１１が形成され、実装基板６側である他方の面には第１電極３ａが形成され、その配線１１と第１電極３ａとを電気的に接続するビア１２が形成されている。なお、ＩＣパッケージ５は、ＩＣチップと実装基板６上の配線とを相互接続する役割を担うため、インターポーザと呼ばれることもある。また、図１では単純構造のＩＣパッケージ５を例示しているが、そのＩＣパッケージの形態としては種々のものであってもよく、ＩＣチップを平面内に複数有するＩＣパッケージであってもよいし、ＩＣチップが多層配置されたＩＣパッケージであってもよい。

第２電極３ｂは、ＩＣパッケージ５又はＩＣチップを搭載する実装基板６に設けられた電極であり、上述した第１電極３ａの近接位置に設けられている。図１の例では、プリント基板に代表される実装基板６のＩＣパッケージ側の面には、配線１０（インターポーザ配線）が形成され、その配線１０の端部に第２電極３ｂが上記の第１電極３ａに対向するように設けられている。なお、インターポーザ配線とは、ＩＣチップ間やＩＣチップの層間の接続配線を形成する中継用配線であり、積層型のマルチチップ・モジュールやＣＳＰ（ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ ｐａｃｋａｇｅ）を例示でき、他のＩＣパッケージや周辺回路等に接続される。

図２においては、直流接続端子についてのみＩＣパッケージ５側の電極と実装基板６側の電極とを直接接続し、ＩＣを動作させる形態を示している。このときの接続はボール４によるボールボンディングで行っており、そのボール４は、実装基板６上の電極パッドとＩＣパッケージ５上の電極パッドとを機械的に接続する。

光電界素子１は、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に設けられている。この光電界素子１は、電界９（電場）によりその内部の屈折率が変化するものであればよく、例えばＰＬＺＴ（鉛・ランタン・ジルコニウム・チタン酸化物）等の光電界効果を持つ材料からなるものであればよい。その形状も特に限定されず、チップ形状からなる固体物であってもよいし、膜として成膜されたものであってもよい。図１に示すように第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に生じた電界９（電場）が光電界素子１を透過すると、光電界素子１はその屈折率が変化するので、その光電界素子１に光（レーザ光）を入射させ、その反射光を検出するように構成すれば、光電界素子１の屈折率の変化に対応した反射光の変調を検出することができ、電界の変化として抽出することができる。

こうした光電界素子１は、通常、実装基板６側に設けられるが、ＩＣパッケージ５側に設けても構わない。チップ状の光電界素子１を用いた場合、その光電界素子１を実装基板６又はＩＣパッケージ５の表面に載せてもよいし、実装基板６又はＩＣパッケージ５の凹部に埋設してもよい。また、膜状の光電界素子１を用いた場合、その光電界素子１を実装基板６又はＩＣパッケージ５の表面に成膜してもよいし、実装基板６又はＩＣパッケージ５の凹部に成膜してもよい。

以上説明した第１電極３ａと第２電極３ｂと光電界素子１との位置関係は、第１電極３ａと第２電極３ｂとが近接して設けられ、且つ光電界素子１が両電極の間に配置されて、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に生じた電界（電場）によって光電界素子１の屈折率が変化するようにそれぞれ配置されていればよい。なお、その形態は後述する。

光伝送線路２は、その一端が光電界素子１に接続され、他の一端が光学処理装置２１に接続されている。この光伝送線路２は、光電界素子１に入射する光を伝送し、且つその光電界素子１で反射した光を伝送することができるものであれば特に限定されず、例えば一般的な光ファイバを用いたものであってもよいし、コア層とクラッド層で構成された光導波路を形成したものであってもよい。光ファイバや光導波路と光電界素子１との接続は、両者を接着又は融着等することによって行うことができる。なお、光伝送線路２は通常、実装基板６側に固定又は形成されるが、実装基板６の表面に固定又は形成してもよいし、実装基板６に凹部を形成し、その凹部内に固定又は形成してもよい。

光学処理装置２１は、図２に示すように、光入射手段３１を少なくとも有するものであり、さらに、入射光と反射光とを分けるための光サーキュレータ３６を有していてもよい。

光入射手段３１は、図２の例では、レーザ光発信器３２と、分配器３３と、偏波コントローラ３４とで構成されている。レーザ光発信器３２は、所定の波長のレーザ光を発信させるものであり、そのレーザ光の種類としては特に限定されないが、例えば半導体レーザや固体レーザ等を挙げることができる。レーザの種類や波長などの特性は、光電界素子の応答特性、必要な出力、実装できる程度に小型であるか等を考慮して選択すればよい。分配器３３は、レーザ光発信器３２から出射されたレーザ光を複数の光伝送線路２に分配するものであり、公知の分配器を用いることができる。また、偏波コントローラ３４は、光伝送線路２内を通過する光の偏差を修正し、所望の偏光状態で出力するものであり、例えば公知のインライン型やマルチチャンネル型の偏波コントローラ等を用いることができる。

光サーキュレータ３６は、光伝送線路２に設けられ、入射光と出射光とを分離する機能を持つ３端子以上のデバイスであり、公知の光サーキュレータを用いることができる。具体的には、光入射手段２１から光伝送線路２に入射した光を光電界素子１の方向の光伝送線路２に送ると共に、光電界素子１からの反射光を検光子３５の方向の光伝送線路２に分離するものである。なお、検光子３５は、特定の方向に振動する光だけを取り出すことができる光学素子であり、ここでは、反射光から電圧信号に対応した光のみを取り出す検波素子が用いられる。

信号処理手段４１は、検光子３５を通過した光を例えば電気信号に信号処理する装置であり、図２の例では、Ｏ／Ｅ変換器等を挙げることができる。このＯ／Ｅ変換器は、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間の電圧変化によって変調された光信号を、再び電圧変化として復元させるものであり、そのＯ／Ｅ変換器からは電圧信号として出力される。

こうした非接触型信号伝送方法において、図２に示すように、レーザ光発信器３２から出た入射光（レーザ光）は、分配器３３、偏波コントローラ３４、光サーキュレータ３６を経由し、円偏光モードで光伝送線路２内を伝搬し、光電界素子１に達する。光電界素子１内に到達した光は、さらにその先端に達して反射し、反射光として光電界素子１内部を伝搬し、光伝送線路２に達する。光電界素子１の先端には、必要に応じて反射効率を上げるための反射膜１４が設けられていることが好ましい。その反射膜１４は、誘電材料あるいは金属で成膜される。光電界素子１に入射したレーザ光は、光電界素子１内を通過して光伝送線路２との接続面に戻ってくるまでに偏光状態が変わり、楕円偏光となる。この楕円偏光した光は、光伝送線路２内を伝搬して光サーキュレータ３６に達するが、その光サーキュレータ３６では、光の偏光の状態に応じて分離し、反射光のみを検光子３５及びＯ／Ｅ変換器等の信号処理手段４１の側に送る。検光子３５を通過した光は、電圧信号に対応した光になっているので、例えばその後に信号処理手段４１に接続すれば、電圧信号に変換してから他の回路に出力することができる。このとき、光電界素子１からの反射光は、光ファイバ等の光伝送線路２内を進むので、信号の減衰を抑えることができ、数十ｃｍから数ｍまでの比較的長距離伝送を可能にすることができる。

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。第１実施形態に係る装置５１は、図３に示すように、本発明の特徴部分である電極構造Ａと電極構造Ｂとを有している。電極構造Ａは、第１電極３ａの平面部と第２電極３ｂの平面部とが平行に配置され、その間に光電界素子１が設けられている態様であり、電極構造Ｂは、第１電極３ａの平面部と第２電極３ｂの平面部とが非平行（図示の例では直角であるが、直角には限定されない。）に配置され、その間に光電界素子１が設けられている態様である。この実施形態では電極構造Ａと電極構造Ｂが両方設けられているが、本発明においてはいずれか一種のみが設けられたものであってもよい。なお、図３中、符号３は電極を表している。

具体的には、実装基板６であるプリント基板上には、第２電極３ｂが設けられ、その第２電極３ｂは、平面部がプリント基板の表面と平行になるように設けられている。一方、電極構造Ａの第１電極３ａは、その平面部が第２電極３ｂの平面部と平行になるようにＩＣパッケージ５の表面（図３においては下面側）に対向して設けられており、電極構造Ｂの第１電極３ａは、その平面部が第２電極３ｂの平面部と非平行になるようにＩＣパッケージ５の側端面（図３においては左側面側）に設けられている。

この実施形態において、ＩＣパッケージ５に設けられた第１電極３ａは、金属の配線パターンで形成されており、ＩＣチップ１３上のパッドとボンディングワイヤ又はフリップチップ実装用ボールにより接続される。

ここで、第１電極３ａを信号の出力端子とすると、出力信号は電圧変化を第１電極３ａに生じる。第２電極３ｂは第１電極３ａと対向するように近接して設置されているので、容量性の結合を持つ。このため静電誘導により第２電極３ｂに電圧変化を生じ、実装基板６の表面又は内層に形成されている配線７で接続された他の電極３ｃと、その電極３ｃに対向して設けられた電極３ｄを経由して、隣接する他のＩＣパッケージ１５に静電誘導によって生じた電圧信号が伝送される。さらに、本発明の特徴的な構成である光電界素子１を第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に設けて電極構造Ａ，Ｂを構成しているので、電界９による変調作用を光に対して及ぼすことができ、上記の静電誘導によって生じた電圧信号と同じ電圧情報を光伝送線路２に乗せ、高速かつ低減衰状態でさらに離れたＩＣパッケージに対して長距離伝送することができる。

すなわち、電極構造Ａ，Ｂでの信号伝送は、静電容量の変化に基づく電圧信号を配線７によって伝送する経路と、光電界素子１での光の変調作用に基づく電圧信号を光ファイバ等の光伝送線路２によって伝送する経路との２種類を同時に可能としている。なお、対向させる場合の電極間の距離は、数十μｍから数百μｍである。

図３中には、光電界素子１が設けられていない電極構造Ｃも形成されているが、この電極構造Ｃでは、電極間の容量性の結合で電気信号を伝送するのみである。また、電極構造Ａ，Ｂ，Ｃのように非接触で電圧信号を伝送できるのは交流のみであり、電源などの直流を供給する場合は、対向する電極３ｈ，３ｉ間をボール４で接続し、機械的な接触を保っている。また、電極間に挿入する形態をとれば光電界素子１を近接させるだけで信号検出が可能なので、検査手段として使うこともできる。

図３に例示した光電界素子１は角型の結晶であり、その結晶を光ファイバである光伝送線路２に接着又は融着する構造になっている。この光電界素子１は、結晶状態で第１電極３ａｇと第２電極３ｂ間に挿入することが可能である。また、第１電極３ａ又は第２電極３ｂ上にスパッタ法やエアロゾル・ディポジション法などの製造プロセスにより形成した光電界素子１を、あらかじめ成膜しておくことも可能である。特に、ゾル化した材料を高速でターゲットに吹き付けて成膜するエアロゾル・ディポジション法を用いれば、常温で厚膜の形成が可能であるので、ＰＬＺＴ（鉛・ランタン・ジルコン・チタン）などの光電界効果を持つ酸化物セラミックス材料を光ファイバ先端に直接成膜することができる。したがって、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に挿入する光電界素子１の大幅な小型化を図ることができる。

光電界素子１と光ファイバ等の光伝送線路２とを用いた利点は、実装基板６であるプリント基板上で離れた位置に実装されている他のＩＣパッケージとのパッケージ間接続や、異なる実装基板に実装されているＩＣパッケージとのボード間接続が容易になることにある。

図４は、本発明の非接触型信号伝送装置を実装基板６に実装されているＬＳＩ間の接続に適用した場合の模式平面図である。ＩＣパッケージ１５ａと、それに隣接するＩＣパッケージ１５ｂ及びＩＣパッケージ１５ｃとの間の電圧信号の伝送は、実装基板６上の配線で行うことが可能であるが、ＩＣパッケージ１５ａから位置的に離れているＩＣパッケージ１５ｄやＩＣパッケージ１５ｅへの電圧信号の伝送は、その接続用の配線について他のＩＣパッケージを迂回するように配線しなければならず、配線が長くなるために信号の劣化につながる。例えばボード間接続になると、１０ｃｍ〜数ｍのケーブルで接続することになるが、同軸ケーブル等を用いて接続を行う場合、同軸ケーブルを接続するためのコネクタがプリント基板上に必要になり、高密度化に逆行してしまう。これに対し、本発明の非接触型信号伝送装置を用いて信号を伝送すれば、プリント基板の表面又は内層での配線及び配線スペースが不要となり、他のＩＣパッケージとの寸法的な干渉をすることなく、例えば図４に示すＩＣパッケージ１５ｅの信号端子に接続することが可能となる。

また、レーザで直接電気信号を変調し、光信号に変換する従来の光インタコネクション技術では、信号端子ごとに面発光型のレーザダイオードが必要となるので、面発光レーザなどのデバイスをシリコン基板やＩＣパッケージ上に形成するという高度な技術を要する。一方、本発明の非接触型信号伝送装置のように分配器３３を使用すれば、信号端子ごとにレーザ光発信器３２を設ける必要はなく、かつシリコン基板やＩＣパッケージ上にレーザ光発信器３２を設ける必要がないので、ＬＳＩ側の負担が少ないという利点がある。

なお、図３に示すように、電極構造Ａは、第１電極３ａと第２電極３ｂとが幾何学的に対向する位置関係で設置しているが、電極構造Ｂは、電極３ｆがＩＣパッケージ５の側面に形成されている。この場合、電極３ｆの平面部は、実装基板６上の電極３ｇの平面部に対して９０度の位置関係で配置されているが、電極３ｆと電極３ｇは近接位置に配置されているので、電極３ｆと電極３ｇとの間に電界９を形成することができる。したがって、電極３ｆあるいは３ｇ上に光電界素子膜１が形成されていれば、光電界素子膜１の内部を電界が通過することができるので、電気信号を光の変調信号として検出することが可能である。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。第２実施形態に係る装置５２は、図５に示すように、本発明の特徴部分である電極構造Ｄを有している。電極構造Ｄは、２以上の第１電極３ａと対になる第２電極３ｂが、２以上の光電界素子１に対する共通電極１７として設けられている態様である。この実施形態では、電極構造Ｄに加え、他の電極構造Ａ及び電極構造Ｃが設けられているが、他の電極構造の併設は特に限定されない。こうした第２実施形態によれば、第１電極３ａと対になるような第２電極３ｂを個々に設けるのではなく、一体化した共通電極１７を新たに設けているので、特に電極数が増して電極を微小化させた場合や多層基板とした場合に好ましく適用できる。

この実施形態において、２以上の第１電極３ａと対になる第２電極３ｂを形成する理由は、図３で示したように、その第２電極３ｂと他のＩＣパッケージ１５に対応する第２電極３ｃとを配線７によって直接接続する場合があるからであり、図５の電極構造Ａ，Ｃのように、配線７によって他のＩＣパッケージ１５に接続する必要がなく、光伝送線路２での伝送で十分である場合には、必ずしも対にする必要はない。しかしながら、電極数が増えて第１電極３ａや第２電極３ｂが微細なパターンになる場合は、隣接する第１電極３ａ間での電磁的な干渉が増大し、対となる第１電極３ａと第２電極３ｂとの間で電界９が形成できないおそれがあるので、共通電極１７を実装基板６のグランドと接続することが好ましい。その場合、２以上の第１電極３ａと共通電極１７との間で安定した電界を形成できる。

さらに、通常、ＩＣパッケージ５の製造プロセスは、ＩＣチップ１３の製造プロセスに対応するため、実装基板６の製造プロセスよりも微細加工可能なプロセスを用いている。この場合、実装基板６であるプリント基板側に、ＩＣパッケージ５ほど微細なパターンを精度よく形成することができないため、電極形成部の高密度化に制限が生じる。しかしながら、図５に示すような一体化型の共通電極１７を実装基板６側に形成すれば、実装基板６側のプロセスの限界を考慮することなく、ＩＣパッケージ５側の微細化の限界のみを考慮した電極形成部の設計が可能となる。また、信号の性質上共通化できない場合は、個別に第１電極３ａを設ければよい。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。第３実施形態に係る装置５３は、図６に示すように、本発明の特徴部分である電極構造Ｅを有している。電極構造Ｅは、光電界素子１が実装基板６の表面に設けられている上記実施形態とは異なり、光電界素子１が実装基板６の内部（凹部）に埋設されている態様である。この実施形態も、電極構造Ｅに加え、他の電極構造Ａ，Ｂ，Ｃの併設については特に限定されない。

この実施形態においては、第１電極３ａに対向する第２電極３ｂを共通グランド１８とし、光電界素子１を実装基板６内に埋め込むようにして形成し、さらに光伝送線路２である光ファイバを接続した構成になっている。予め加工されたチップ状の光電界素子１を埋め込むことも可能であるが、エアロゾル・ディポジッション技術を用いれば、光電界素子１や共通グランド１８をプリント配線基板などの実装基板６内に常温で直接形成することが可能である。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は電極構造Ｆの拡大平面図であり、（Ｃ）は、電極構造Ｆの原理図である。第４実施形態に係る装置５４は、図７に示すように、本発明の特徴部分である電極構造Ｆを有している。電極構造Ｆは、第２電極３ｂを光電界素子１の下側に形成せず、光電界素子１の対向する側面８，８に設けた例である。電界９は、図７（Ｃ）に示すように、第１電極３ａから出て、光電界素子１の側面８，８に設けられた第２電極３ｂに向かう過程で、光電界素子１の内部を通過し、光電界効果を発生させる。

本発明の非接触型信号伝送方法の電極構造と原理の説明図であり、（Ａ）は断面構成図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。 信号処理手段の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。 本発明の非接触型信号伝送装置を実装基板に実装されているＬＳＩ間の接続に適用した場合の模式平面図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は全体の断面図であり、（Ｂ）は実装基板の上面図である。 本発明の第４実施形態に係る非接触型信号伝送装置を示す構成図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は電極構造Ｆの拡大平面図であり、（Ｃ）は、電極構造Ｆの原理図である。 非接触型の信号伝送装置の従来例を示す概略図である。

符号の説明

１ 光電界素子
２ 光伝送線路
３ａ 第１電極
３ｂ 第２電極
３，３ｃ〜３ｉ 電極
４ ボール
５ ＩＣパッケージ
６ 実装基板
７ 配線
８ 光電界素子の側面
９ 電界
１０ 配線（インターポーザ配線）
１１ 配線（ＩＣパッケージ上の配線）
１２ ビア
１３ ＩＣチップ
１４ 反射膜
１５ａ〜１５ｅ ＩＣパッケージ
１６ 信号処理回路
１７ 共通電極
１８ 共通グランド
２１ 光学処理装置
３１ 光入射手段
３２ レーザ光発信器
３３ 分配器
３４ 偏波コントローラ
３５ 検光子
３６ 光サーキュレータ
４１ 信号処理手段
５１，５２，５３，５４ 非接触型信号伝送装置
Ａ〜Ｆ 電極構造

Claims (7)

1. 半導体パッケージ又は集積回路チップに設けられた第１電極と、
   実装基板に設けられ且つ前記第１電極の近接位置に配置された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電界素子と、
   前記光電界素子に対して光を入射する光入射手段と、
   一端が前記光電界素子に接続され、他の一端が前記光入射手段に接続され、該光入射手段から該光電界素子に対して入射する光と、該光電界素子内で反射した反射光とを伝送するための光伝送線路と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の電圧変化によって変調された前記反射光を電界の変化として抽出する信号処理手段と、
   を有することを特徴とする非接触型信号伝送装置。
2. 前記第２電極が、２以上の前記光電界素子に対する共通電極として設けられている、請求項１に記載の非接触型信号伝送装置。
3. 前記第１電極の平面部と前記第２電極の平面部とが平行又は非平行に配置され、その間に前記光電界素子が設けられている、請求項１又は２に記載の非接触型信号伝送装置。
4. 前記第１電極の平面部と前記光電界素子の平面部とが平行又は非平行に配置され、前記第２電極が当該光電界素子の対向する側面に設けられている、請求項１に記載の非接触型信号伝送装置。
5. 前記光電界素子が、前記実装基板の表面に形成され又は内部に埋設されている、請求項１〜４のいずれかに記載の非接触型信号伝送装置。
6. 前記光電界素子が、チップ又は膜として設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の非接触型信号伝送装置。
7. 半導体パッケージ又は集積回路チップに設けられた第１電極と、実装基板に設けられ且つ前記第１電極の近接位置に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光電界素子と、前記光電界素子に接続された光伝送線路とを少なくとも有する非接触型信号伝送装置を用い、
   前記光伝送線路の他方の側から前記光電界素子に対して光を入射し、前記光電界素子内で反射した光を前記光伝送線路を経由して検出し、その反射光の変調を、前記第１電極と第２電極との間で生じる電界の変化として抽出することを特徴とする非接触型信号伝送方法。

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