JP5056833B2 - 光電子集積回路及び光電子集積回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電子集積回路装置に係り、特に、集積回路装置間の信号伝送を光信号にて行う光電子集積回路装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｅｃｕｉｔ）は高集積化，高速化が進められており、様々な電子機器の小型化，高性能化を可能にしている。このようなＬＳＩは、例えばコンピュータ等の大規模な電気回路において図１に示すようなマルチ・チップ・モジュール（ＭＣＭ）基板上に実装されて利用される。

図１は、システムボード上に実装されたＭＣＭ基板の一例の外観図を示し、図１（Ａ）が平面図であり、図１（Ｂ）が側面図である。ＭＣＭ基板１２０は複数の集積回路チップ１３０を実装しており、その集積回路チップ１３０間を電気的に接続している。ＭＣＭ基板１２０はＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ピン１６０をＭＣＭソケット１５０に挿入することによりシステムボード１１０に実装される。また、ＭＣＭ基板１２０は必要に応じて放熱フィン１４０が設けられる。システムボード１１０は、その基板上に実装されたＭＣＭ基板１２０間をリード線により電気的に接続している。したがって、ＭＣＭ基板１２０及び集積回路チップ１３０は夫々電気的に接続され、様々な機能を有するシステムボード１１０を構成することができる。

また、上述の集積回路チップ１３０間を光で信号伝達を行なう光電子集積回路が公開特許公報（特開平５−６７７６９）に開示されている。この光電子集積回路は、高速化と高密度化とを実現するために一方の基板の主面と垂直な方向に他方の基板を３次元的に配列させることを特徴としている。その３次元的に配列された基板同士は、光信号が透過する材質で構成されており、その基板を透過した光信号により信号伝送を行なっている。

特開平５−６７７６９号公報

しかしながら、ＭＣＭ基板１２０及び集積回路チップ１３０を使用する電子機器においては更なる高速化が求められているが、ＭＣＭ基板１２０及び集積回路チップ１３０間の接続は金属等の物質をパターン化したリード線による電気的な接続であり、信号の高速化に限界がある。

これは、集積回路チップ１３０が高速化するにつれ、ＭＣＭ基板１２０及び集積回路チップ１３０間の信号伝送時に発生する伝送遅延時間が無視できなくなり、信号の同期伝送が困難となるためである。例えば、電気的な信号伝送においては、７０ｐｓ／ｃｍ（ピコセカンド／センチメートル）の伝送遅延時間が発生する。図１（Ｂ）において、集積回路チップ１３０−１と１３０−２との間の信号伝送経路１７０と、集積回路チップ１３０−１と１３０−６との間の信号伝送経路１８０とでは伝送遅延時間が異なり、数ＧＨｚの動作クロックによる動作処理においては無視できない時間となる。

また、ＭＣＭ基板１２０及び集積回路チップ１３０間の金属等の物質をパターン化したリード線による浮遊容量及びインピーダンスにより、信号の伝送歪み及び伝送ロスが発生するため信号の伝送が困難となるためである。一方、光で信号伝達を行なう光電子集積回路は、光損失の小さい材質により基板を構成したとしても、基板を透過する際にある程度の光損失を避けることができず伝送ロスが発生する。このような伝送ロスは、伝送エラーの発生につながり、信号伝送の信頼性が低下する。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる光電子集積回路装置を提供することを第一の目的とする。また、信号の伝送遅延時間を短縮することを第二の目的とする。

そこで、上記課題を解決するため、開示の装置は、電気回路部と、該電気回路部と接続されている複数の発光素子が並んだ光学的出力端子部と、該電気回路部と接続されている複数の受光素子が並んだ光学的入力端子部とを含む第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路で構成されており、該第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路が夫々の光学的出力端子部と光学的入力端子部とが向き合うように配置され、該第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路の光学的出力端子部と光学的入力端子部との間で光信号を伝送する構成としたことを特徴とする。

このように、電気回路部と、光学的出力端子部と、光学的入力端子部とを含む第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路で構成されたことにより、第一光電子集積回路と第二光電子集積回路装置との間で光信号の伝送が可能となる。また、第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路が夫々の光学的出力端子部と光学的入力端子部とが向き合うように配置されることにより、光信号を基板等を透過させずに伝送させることができ、基板等の透過に伴う不都合、即ち、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる。

また、開示の装置は、前記第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路は、夫々、マトリクス状に並んだ複数の発光素子よりなる前記光学的出力端子部と、マトリックス状に並んだ複数の受光素子よりなる前記光学的入力端子部と、電気回路部と、電気信号入出力用の電極パッドとを備えた構成であり、前記発光素子と前記受光素子とが同一側、且つ、前記電極パッドが前記発光素子及び受光素子の反対側となるように基板上に設けられることを特徴とする。

このように、光学的出力端子部と、光学的入力端子部と、電気回路部と、電気信号入出力用の電極パッドとを備えた構成であり、前記発光素子と前記受光素子とが同一側、且つ、前記電極パッドが前記発光素子及び受光素子の反対側となるように基板上に設けられることにより、光信号の入出力が同一側で可能であり、前記発光素子及び受光素子の反対側で電気信号の入出力が可能である。

また、開示の装置は、光電子集積回路装置を、前記電極パッドにて接合して多段に重ね合わせた構成であり、他の光電子集積回路装置と電気的に接合されることを特徴とする。このように、光電子集積回路装置を電極パッド側で向かい合わせて電極パッドにより接合することにより、その光電子集積回路装置間の信号伝送が電極パッドを介して可能となる。

また、開示の装置は、前記多段光電子集積回路装置は、前記光学的出力端子部から出力される光信号を入力され、その光信号を前記光学的入力端子部に出力する光導波路を設けたことを特徴とする。このように、光電子集積回路装置を電極パッド側で向かい合わせて電極パッドにより接合して多段に重ね合わせた構成としたことにより、夫々の光電子集積回路装置間の距離が縮小され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。また、光電子集積回路装置の光学的出力端子部から出力される光信号を入力され、その光信号を前記光学的入力端子部に出力する光導波路を設けたことにより、信号伝送を光信号により行うことが可能となる。

また、開示の装置は、多段光電子集積回路装置を複数設けた構成であり、前記多段光電子集積回路装置間が光接続されていることを特徴とする。このように、光電子集積回路装置を多段に重ね合わせた多段光電子集積回路装置が複数設けられ、その多段光電子集積回路装置間が光接続されていることにより、規模の大きな回路装置においても信号の伝送遅延時間を短縮し、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる。

また、開示の装置は、前記多段光電子集積回路装置において、前記光電子集積回路の少なくとも二角に光軸位置合わせ用のマーク及び光軸位置合わせ用の穴を備えており、その穴に位置決めピンを挿入することを特徴とする。このように、光電子集積回路装置の少なくとも二角に光軸位置合わせ用のマーク及び光軸位置合わせ用の穴を備えており、その穴に位置決めピンを挿入することにより、多段光電子集積回路装置において発光素子と受光素子との光軸位置合わせが容易になる。

また、開示の装置は、前記光電子集積回路装置において、電源を供給するための電源パッドを各光電子集積回路の側面に備えることを特徴とする。このように、光電子集積回路の側面に電源を供給するための電源パッドを設けることにより電源供給が容易になる。また、開示の装置は、前記多段光電子集積回路装置において、前記光電子集積回路装置間と前記電気回路部とに接触面を有する放熱用の熱伝導プレートと、前記放熱用の熱伝導プレートとの接触面をもった放熱フィンを備えることを特徴とする。

このように、多段光電子集積回路装置を構成する光電子集積回路装置間と電気回路部とに接触面を有する放熱用の熱伝導プレートと、その放熱用の熱伝導プレートとの接触面をもった放熱フィンを設けることにより、多段光電子集積回路装置の放熱を効率良く行うことができる。また、開示の装置は、前記多段光電子集積回路装置において、前記光電子集積回路の側面に設けられた電源を供給するための電源パッドに電源を供給する電源供給用バーを設けたことを特徴とする。

このように、光電子集積回路の側面に設けられた電源を供給するための電源パッドに電源を供給する電源供給用バーを設けたことにより、多段光電子集積回路装置を構成する複数の光電子集積回路に電源を供給することが容易になる。また、開示の装置は、前記複数多段光電子集積回路装置は、前記多段光電子集積回路装置間の信号伝送を行う光導波路と、前記多段光電子集積回路装置に電源を供給する電源線と、他の基板とのインターフェースをとるインターフェース手段とを有する基板上に構成されたことを特徴とする。

このように、光導波路と電源線とインターフェース手段とを有する基板上に複数の多段光電子集積回路装置を設ける構成としたことにより、複数多段光電子集積回路装置を構成する多段光電子集積回路装置間の光信号伝送が可能となる。また、複数多段光電子集積回路装置を構成する基板と他の基板との間の光信号伝送が可能となる。

また、開示の装置は、前記第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路は、夫々、マトリクス状に並んだ複数の発光素子よりなる前記光学的出力端子層と、マトリックス状に並んだ複数の受光素子よりなる前記光学的入力端子層と、電気回路層とを備えた構成であり、前記電気回路層を挟み込むように前記光学的出力端子層と前記光学的入力端子層とが形成されることを特徴とする。

このように、複数の発光素子よりなる光学的出力端子層と、複数の受光素子よりなる光学的入力端子層と、電気回路層とを備えた構成であり、電気回路層を挟み込むように光学的出力端子層と光学的入力端子層とが形成されることにより、光電子集積回路装置をウェーハ（ｗａｆｅｒ）基板上に一体形成することが可能となる。また、電気回路層を挟み込むように光学的出力端子層と光学的入力端子層とが形成されていることにより、小型化が可能となる。

また、開示の装置は、前記第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路が、夫々、マトリクス状に並んだ複数の発光素子よりなる前記光学的出力端子部と、マトリックス状に並んだ複数の受光素子よりなる前記光学的入力端子部と、電気回路部とを備えた構成であり、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部とが夫々電気回路部に半田接合され、且つ、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部とが前記電気回路部を挟み込むように設けられることを特徴とする。

このように、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部とが夫々電気回路部に半田により接合されていることにより、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部と電気回路部とを別々にウェーハ基板上に形成した後で光電子集積回路装置を構成することが可能となる。また、開示の装置は、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の同一側となるように基板上に設けられることを特徴とする。

このように、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の同一側となるように基板上に設けられることにより、前記電気回路部と前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部とが配線基板上の薄膜パターンのみで接続される。したがって、電気信号の伝送距離が短縮され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。

また、開示の装置は、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の反対側となるように基板上に設けられることを特徴とする。このように、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の反対側となるように基板上に設けられることにより、配線基板の電極パッドを介することなく光電子集積回路装置同士の接続ができる。したがって、光電子集積回路装置間の電気信号伝送距離が短縮され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。

また、開示の装置は、前記電気回路部，前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部がワイヤボンディングで基板と電気的に接続されることを特徴とする。このように、前記電気回路部，前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部がワイヤボンディングで基板と電気的に接続されることにより、ウェーハ基板を介することなく電気信号又は光信号を伝送できる。したがって、電気信号又は光信号の減衰を少なくすることが可能となる。

開示の装置によれば、電気回路部と、光学的出力端子部と、光学的入力端子部とを含む第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路で構成されたことにより、第一光電子集積回路と第二光電子集積回路装置との間で光信号の伝送が可能となる。また、第一光電子集積回路及び第二光電子集積回路が夫々の光学的出力端子部と光学的入力端子部とが向き合うように配置されることにより、光信号を基板等を透過させずに伝送させることができ、基板等の透過に伴う不都合、即ち、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる。

また、開示の装置によれば、光学的出力端子部と、光学的入力端子部と、電気回路部と、電気信号入出力用の電極パッドとを備えた構成であり、前記発光素子と前記受光素子とが同一側、且つ、前記電極パッドが前記発光素子及び受光素子の反対側となるように基板上に設けられることにより、光信号の入出力が同一側で可能であり、前記発光素子及び受光素子の反対側で電気信号の入出力が可能である。

また、開示の装置によれば、光電子集積回路装置を電極パッド側で向かい合わせて電極パッドにより接合することにより、その光電子集積回路装置間の信号伝送が電極パッドを介して可能となる。また、開示の発明によれば、光電子集積回路装置を電極パッド側で向かい合わせて電極パッドにより接合して多段に重ね合わせた構成としたことにより、夫々の光電子集積回路装置間の距離が縮小され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。また、光電子集積回路装置の光学的出力端子部から出力される光信号を入力され、その光信号を前記光学的入力端子部に出力する光導波路を設けたことにより、信号伝送を光信号により行うことが可能となる。

また、開示の装置によれば、光電子集積回路装置を多段に重ね合わせた多段光電子集積回路装置が複数設けられ、その多段光電子集積回路装置間が光接続されていることにより、規模の大きな回路装置においても信号の伝送遅延時間を短縮し、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる。また、開示の装置によれば、光電子集積回路装置の少なくとも二角に光軸位置合わせ用のマーク及び光軸位置合わせ用の穴を備えており、その穴に位置決めピンを挿入することにより、多段光電子集積回路装置において発光素子と受光素子との光軸位置合わせが容易になる。

また、開示の装置によれば、光電子集積回路の側面に電源を供給するための電源パッドを設けることにより電源供給が容易になる。また、開示の装置によれば、多段光電子集積回路装置を構成する光電子集積回路装置間と電気回路部とに接触面を有する放熱用の熱伝導プレートと、その放熱用の熱伝導プレートとの接触面をもった放熱フィンを設けることにより、多段光電子集積回路装置の放熱を効率良く行うことができる。

また、開示の装置によれば、光電子集積回路の側面に設けられた電源を供給するための電源パッドに電源を供給する電源供給用バーを設けたことにより、多段光電子集積回路装置を構成する複数の光電子集積回路に電源を供給することが容易になる。また、開示の装置によれば、光導波路と電源線とインターフェース手段とを有する基板上に複数の多段光電子集積回路装置を設ける構成としたことにより、複数多段光電子集積回路装置を構成する多段光電子集積回路装置間の光信号伝送が可能となる。また、複数多段光電子集積回路装置を構成する基板と他の基板との間の光信号伝送が可能となる。

また、開示の装置によれば、複数の発光素子よりなる光学的出力端子層と、複数の受光素子よりなる光学的入力端子層と、電気回路層とを備えた構成であり、電気回路層を挟み込むように光学的出力端子層と光学的入力端子層とが形成されることにより、光電子集積回路装置をウェーハ（ｗａｆｅｒ）基板上に一体形成することが可能となる。また、電気回路層を挟み込むように光学的出力端子層と光学的入力端子層とが形成されていることにより、小型化が可能となる。

また、開示の装置によれば、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部とが夫々電気回路部に半田により接合されていることにより、前記光学的出力端子部と前記光学的入力端子部と電気回路部とを別々にウェーハ基板上に形成した後で光電子集積回路装置を構成することが可能となる。また、開示の装置によれば、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の同一側となるように基板上に設けられることにより、前記電気回路部と前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部とが配線基板上の薄膜パターンのみで接続される。したがって、電気信号の伝送距離が短縮され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。

また、開示の装置によれば、前記電気回路部が前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部の反対側となるように基板上に設けられることにより、配線基板の電極パッドを介することなく光電子集積回路装置同士の接続ができる。したがって、光電子集積回路装置間の電気信号伝送距離が短縮され、信号の伝送遅延時間の短縮が可能となる。

また、開示の装置によれば、前記電気回路部，前記光学的出力端子部及び前記光学的入力端子部がワイヤボンディングで基板と電気的に接続されることにより、ウェーハ基板を介することなく電気信号又は光信号を伝送できる。したがって、電気信号又は光信号の減衰を少なくすることが可能となる。

システムボード上に実装されたＭＣＭ基板の一例の外観図である。 本発明の光電子集積回路装置の一実施例の斜視図である。 本発明の光電子集積回路装置を構成する光電子集積回路の一例の構成図である。 本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の斜視図である。 本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の側面図である。 本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の平面図である。 本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の斜視図である。 本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の側面図である。 本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の平面図である。 本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用フィンを設けた場合の一実施例の斜視図である。 本発明の複数多段光電子集積回路装置の一実施例の側面図である。 光電子集積回路の第二例の構成図である。 光電子集積回路の第三例の構成図である。 光電子集積回路の第四例の構成図である。 光電子集積回路の第五例の構成図である。 光電子集積回路の第六例の構成図である。 光電子集積回路の第七例の構成図である

以下に、光電子集積回路装置に関する本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔光電子集積回路装置〕（図２参照）
図２は、本発明の光電子集積回路装置の一実施例の斜視図を示す。また、図３は本発明の光電子集積回路装置を構成する光電子集積回路の一例の構成図を示す。以下、図２及び図３を利用して本願発明の光電子集積回路装置について説明する。

図２において、光電子集積回路装置２は、二つの光電子集積回路１が対向するように構成されている。光電子集積回路１は、図３に示すように、光学的入力端子部１０と光学的出力端子部１２と電気回路部１１と電極パッド１４と配線基板１３とで構成されている。光学的入力端子部１０はウェーハ基板１６−１と、そのウェーハ基板１６−１上に複数の受光素子がマトリクス状に並ぶように形成された受光層１７とで構成されており、受光層１７側で配線基板１３と半田接合されている。

光学的出力端子部１２はウェーハ基板１６−３と、そのウェーハ基板１６−３上に複数の発光素子がマトリクス状に並ぶように形成された発光層２０とで構成されており、発光層２０側で配線基板１３と半田接合されている。電気回路部１１はウェーハ基板１６−２と、そのウェーハ基板１６−２上にトランジスタ等で構成される電気回路層１８と、配線層１９とで構成されており、配線層１９側で配線基板１３と半田接合されている。

光学的入力端子部１０と光学的出力端子部１２とは、配線基板１３を介して電気回路部１１と電気的に接続されている。光学的入力端子部１０は、他の光電子集積回路１から入力された光信号を電気信号に変換して電気回路部１１に供給している。また、光学的出力端子部１２は、電気回路部１１で処理された電気信号を供給され、その電気信号を光信号に変換して他の光電子集積回路１に出力する。

光学的入力端子部１０，光学的出力端子部１２及び電気回路部１１は、配線基板１３の同一側に構成されており、光学的入力端子部１０の受光層１７及び光学的出力端子部１２の発光層２０が同一の面方向となっている。また、配線基板１３は、光学的入力端子部１０，光学的出力端子部１２及び電気回路部１１を構成している反対側に他の光電子集積回路１と電気的に接合することができる電極パッド１４を備える構成となっている。

したがって、図３の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となり、更に、電極パッド１４を介して他の光電子集積回路１と電気的に接続されることが可能となる。上述のような光電子集積回路１が、二つ対向するように構成されることにより光電子集積回路装置２が構成される。一方の光電子集積回路１−１の光学的出力端子部１２−１と他方の光電子集積回路１−２の光学的入力端子部１０−２とは対向する位置になるように構成される。また、一方の光電子集積回路１−１の光学的入力端子部１０−１と他方の光電子集積回路１−２の光学的出力端子部１２−２とは対向する位置になるように構成される。

以上のように構成することにより、光電子集積回路装置２は光電子集積回路１−１と１−２との間で光信号による信号伝送が可能となる。
〔多段光電子集積回路装置〕（図４〜図６参照）
図４は、本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の斜視図を示す。図５は、本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の側面図を示す。また、図６は本発明の多段光電子集積回路装置の一実施例の平面図を示す。

図４〜図６において、多段光電子集積回路装置３は、複数の光電子集積回路装置２を多段に積み上げる構成とされている。このとき、光電子集積回路装置２の電極パッド１４側は他の光電子集積回路装置２の電極パッド１４と半田接合されることにより電気的に接続される。なお、多段光電子集積回路装置３を構成する多段に積み上げられる複数の光電子集積回路装置２の一番上段及び下段には光電子集積回路１が設けられ、電極パッド１４を介して光電子集積回路装置２と半田接合されている。

また、その複数の光電子集積回路装置２の対角線上の二角には位置合わせ用の穴２４が設けられており、その穴２４に位置決めピン２１を挿入することにより、光学的入力端子部１０と光学的出力端子部１２との光軸位置を合わせることができる。なお、位置合わせ用の穴２４は、少なくとも二角設けることにより光軸位置を固定できるようになる。また、光電子集積回路装置２の側面に光軸位置合わせ用のマークを備えておき、そのマークに基づいて光軸位置を合わせるようにしても良い。

多段光電子集積回路装置３を構成する光電子集積回路装置２は、その側面に電源供給用の電源パッド２５を設けており、その電源パッド２５と接触面を持つ電源供給バー２２が設けられている。その電源供給バー２２を介して、全ての光電子集積回路装置２に電源が供給されている。また、光電子集積回路装置２を多段に積み上げる構成とした場合に全ての光電子集積回路装置２間で光信号を伝送することができるように光導波路２３が設けられている。光導波路２３は、光学的入力端子部１０と光学的出力端子部１２との所定の部分を覆うように設けられ、光学的出力端子部１２から出力される光信号を所定の光学的入力端子部１０に出力する。

ここで、図５を利用して、光信号の伝送経路について説明する。第一に同一の光電子集積回路装置２間の光信号伝送の例として、電気回路部１１−５から電気回路部１１−４に光信号を伝送する場合について説明する。電気回路部１１−５から電気回路部１１−４に光信号を伝送する場合、その光信号の伝送経路は図５に光信号の伝送経路２７として示される。電気回路部１１−５から出力された電気信号は、配線基板１３を介して光学的出力端子部１２に供給され、電気信号から光信号に変換される。

光学的出力端子部１２で電気信号から変換された光信号は光学的出力端子部１２から出力されて光学的入力端子部１０に入力される。光学的入力端子部１０は入力された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を配線基板１３を介して電気回路部１１−４に供給する。このように、電気回路部１１−５から電気回路部１１−４に光信号が伝送される。

第二に上下方向に隣接していない光電子集積回路装置２間の光信号伝送の例として、電気回路部１１−５から電気回路部１１−１に光信号を伝送する場合について説明する。電気回路部１１−５から電気回路部１１−１に光信号を伝送する場合、その光信号の伝送経路は図５に光信号の伝送経路２６として示される。電気回路部１１−５から出力された電気信号は、配線基板１３及び電極パッド１４を介して電気回路部１１−６を含む光電子集積回路１に入力される。

電気回路部１１−６を含む光電子集積回路１は、電極パッド１４から供給された電気信号を配線板１３を介して光学的出力端子部１２に供給し、この電気信号を光信号に変換する。光学的出力端子部１２で電気信号から変換された光信号は光学的出力端子部１２から出力されて光導波路２３に入力される。光導波路２３は、電気回路部１１−１を含む光電子集積回路１の光学的入力端子部１０に供給された光信号を入力する。光学的入力端子部１０は入力された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を配線基板１３を介して電気回路部１１−１に供給する。このように、電気回路部１１−５から電気回路部１１−１に光信号が伝送される。

したがって、図４〜図６の様な構成をとることにより多段光電子集積回路装置３は、その多段光電子集積回路装置３を構成する複数の光電子集積回路装置２の間で基板透過することなく光信号伝送をすることが可能となる。また、光信号伝送においては、５０ｐｓ／ｃｍ（ピコセカンド／センチメートル）の遅延伝送時間が発生するが、電気信号伝送における７０ｐｓ／ｃｍ（ピコセカンド／センチメートル）の遅延伝送時間と比較すると遅延伝送時間が短縮される。

このように、高密度な光信号伝送をすることにより、従来の電気信号伝送に比べて信号の伝送遅延時間を短縮し、信号の伝送歪み及び伝送ロスを減少することができる。
〔多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた構成〕（図７〜図１０参照）
図７は、本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の斜視図を示す。図８は、本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の側面図を示す。図９は、本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用熱伝導プレートを設けた場合の一実施例の平面図を示す。また、図１０は本発明の多段光電子集積回路装置に放熱用フィンを設けた場合の一実施例の斜視図を示す。

図７〜図９において、多段光電子集積回路装置３は、図４〜図６に示した多段光電子集積回路装置３に放熱用熱伝導プレート３０−１〜３０−３を設けた構成である。したがって、図４〜図６と同様の部分については説明を省略し、放熱用熱伝導プレート３０−１〜３０−３を中心に説明する。図７〜図９に示す多段光電子集積回路装置３は、多段光電子集積回路装置３を構成する光電子集積回路装置２の電気回路部１１と面接触する放熱用熱伝導プレート３０−１と、一方の光電子集積回路装置２と他方の光電子集積回路装置２との間を構成する二枚の配線基板１３の間に設けられ、その二枚の配線基板１３と面接触する放熱用熱伝導プレート３０−２と、放熱用熱伝導プレート３０−１及び３０−２と接触面を有し、多段光電子集積回路装置３の側面に設けられる放熱用熱伝導プレート３０−３とを含む構成である。

放熱用熱伝導プレート３０−２は、図９において点線による斜線部分で表しているが、多段光電子集積回路装置３にて行う光信号の妨げにならないような位置に設けている。具体的には、放熱用熱伝導プレート３０−２は一方の光電子集積回路装置２と他方の光電子集積回路装置２との間であり、且つ、光学的入力端子部１０又は光学的出力端子部１２の近辺に設けられる。

したがって、図７〜図９の様な構成をとることにより多段光電子集積回路装置３の放熱を効果的に行うことが可能となる。図１０において、多段光電子集積回路装置３は、図７〜図９に示した放熱用熱伝導プレート３０−１〜３０−３を設けた多段光電子集積回路装置３に放熱用フィン３１を設けた構成である。したがって、図７〜図９と同様の部分については説明を省略し、放熱用フィン３１を中心に説明する。

図１０に示す多段光電子集積回路装置３は、その側面に放熱用フィン３１を有する構成となっている。ここで、放熱用フィン３１とは、その表面積を増加させることにより放熱効果を高めたものであり、例えば平面部分と、その平面部分から垂直方向に櫛歯上に伸びている板状の部分とで構成される。この放熱フィン３１はその平面部分で図７〜図９に示す放熱用熱伝導プレート３０−１〜３０−３と接触面を有するように多段光電子集積回路装置３に設置される。

したがって、図１０の様な構成をとることにより多段光電子集積回路装置３の放熱を更に効果的に行うことが可能となる。以上のように、多段光電子集積回路装置３の放熱を効果的に行うことが可能となるため、多段光電子集積回路装置３の小型化及び高集積化が可能となる。
〔複数多段光電子集積回路装置〕（図１１参照）
図１１は、本発明の複数多段光電子集積回路装置の一実施例の側面図を示す。図１１において、複数多段光電子集積回路装置４は、複数の多段光電子集積回路装置３と、その多段光電子集積回路装置３を配置する基板３８とを含む構成となっている。

複数多段光電子集積回路装置４を構成する複数の多段光電子集積回路装置３は、基板３８上に配置される際に位置決めピン２１により光軸位置合わせが行われる。また、複数の多段光電子集積回路装置３は電源供給用バー２２を介して基板３８から電源が供給される。基板３８は、その内部に光信号伝送用の光導波路３３を有しており、基板３８上に配置された一の多段光電子集積回路装置３から供給された光信号を他の多段光電子集積回路装置３に伝送する。また、基板３８は他の基板に光信号を伝送するための光コネクタジャック３４を有しており、その光コネクタジャック３４に光ファイバ３６が接続されている光コネクタプラグ３５を接続することで他の基板との光信号伝送を行う。

したがって、図１１の様な構成をとることにより複数多段光電子集積回路装置４は、その複数多段光電子集積回路装置４を構成する複数の多段光電子集積回路装置３の間で光信号伝送をすることが可能となる。また、複数多段光電子集積回路装置４は、他の基板との間で光信号伝送をすることが可能となる。
〔光電子集積回路の他の構成例〕（図１２〜図１７参照）
図１２は、光電子集積回路の第二例の斜視図を示す。図１２において、光電子集積回路１は、大きく分類すると光学的入力端子部１０と光学的出力端子部１２と電気回路部１１と電極パッド４０と配線基板１３とで構成されている。なお、図１２の光電子集積回路１は図３の光電子集積回路１と一部を除いて同様であり、同一部分については説明を省略する。

電気回路部１１はウェーハ基板１６−２と、そのウェーハ基板１６−２上にトランジスタ等で構成される電気回路層１８と、配線層１９とで構成されており、ウェーハ基板１６−２側で配線基板１３と接合されている。なお、電気回路部１１は、配線基板１３上で光学的入力端子部１０及び光学的出力端子部１２の反対側の面に設けられる。

電気回路部１１は、配線層１９と配線基板１３とをボンディングワイヤ４１でボンディングすること（以下、ワイヤボンディングという）により配線基板１３と電気的に接続されており、配線基板１３を介して光学的入力端子部１０及び光学的出力端子部１２と電気的に接続されている。また、電気回路部１１に含まれる配線層１９は電極パッド４０を有し、他の光電子集積回路１とその電極パッド４０を介して接続される。

したがって、図１２の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１と電気的に接続されることが可能となり、更に他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となる。また、二つの光電子集積回路１を電気的に接続する場合、二つの光電子集積回路１に含まれる電気回路部１１が配線基板１３を介することなく電極パッド４０を介して接続されるため電気信号の伝送距離が短縮される。

図１３は、光電子集積回路の第三例の構成図を示す。なお、図１３の光電子集積回路１は図２の光電子集積回路１と一部を除いて同様であり、同一部分については説明を省略する。図１３において、光学的入力端子部１０はウェーハ基板１６−１と、そのウェーハ基板１６−１上に複数の受光素子がマトリクス状に並ぶように形成された受光層１７とで構成されており、ウェーハ基板１６−１側で配線基板１３と接合されている。

光学的出力端子部１２はウェーハ基板１６−３と、そのウェーハ基板１６−３上に複数の発光素子がマトリクス状に並ぶように形成された発光層２０とで構成されており、ウェーハ基板１６−３側で配線基板１３と接合されている。また、光学的入力端子部１０の受光層１７と光学的出力端子部１２の発光層２０とはワイヤボンディングにより配線基板１３に接続されている。

したがって、図１３の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１と電気的に接続されることが可能となり、更に他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となる。また、受光層１７及び発光層２０がウェーハ基板１６−１又は１６−３を介することなく光信号の伝送ができるため、光信号の減衰を少なくすることが可能となる。

図１４は、光電子集積回路の第四例の構成図を示す。なお、図１４の光電子集積回路１は図２の光電子集積回路１と一部を除いて同様であり、同一部分については説明を省略する。図１４において、電気回路部１１はウェーハ基板１６−２と、そのウェーハ基板１６−２上にトランジスタ等で構成される電気回路層１８と、配線層１９とで構成されており、ウェーハ基板１６−２側で配線基板１３と接合されている。また、電気回路部１１に含まれる配線層１９は電極パッド４０を有し、他の光電子集積回路１とその電極パッド４０を介して接続される。

光学的入力端子部１０はウェーハ基板１６−１と、そのウェーハ基板１６−１上に複数の受光素子がマトリクス状に並ぶように形成された受光層１７とで構成されており、ウェーハ基板１６−１側で配線基板１３と接合されている。光学的出力端子部１２はウェーハ基板１６−３と、そのウェーハ基板１６−３上に複数の発光素子がマトリクス状に並ぶように形成された発光層２０とで構成されており、ウェーハ基板１６−３側で配線基板１３と接合されている。電気回路部１１は、配線層１９と配線基板１３とをワイヤボンディングすることにより電気的に接続されており、また、光学的入力端子部１０の受光層１７と光学的出力端子部１２の発光層２０とはワイヤボンディングにより配線基板１３に接続されている。このように、電気回路部１１は光学的入力端子部１０及び光学的出力端子部１２と電気的に接続される。

したがって、図１４の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１と電気的に接続されることが可能となり、更に他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となる。また、配線層１９がウェーハ基板１６−２を介することなく配線基板１３と電気的に接続されるため、電気信号の減衰を少なくすることが可能となる。さらに、受光層１７及び発光層２０がウェーハ基板１６−１及び１６−３を介することなく光信号伝送ができるので、光信号の減衰を少なくすることが可能となる。

図１５は、光電子集積回路の第五例の構成図を示す。なお、図１５の光電子集積回路１は図１４の光電子集積回路１と一部を除いて同様であり、同一部分については説明を省略する。図１５において、電気回路部１１はウェーハ基板１６−２と、そのウェーハ基板１６−２上にトランジスタ等で構成される電気回路層１８と、配線層１９とで構成されており、ウェーハ基板１６−２側で配線基板１３と接合されている。なお、電気回路部１１，光学的入力端子部１０及び光学的出力端子部１２は配線基板１３の同一側に設けられている。

電気回路部１１は、配線層１９と配線基板１３とをワイヤボンディングすることにより電気的に接続されており、また、光学的入力端子部１０の受光層１７と光学的出力端子部１２の発光層２０とはワイヤボンディングにより配線基板１３に実装されている。このように、電気回路部１１は光学的入力端子部１０及び光学的出力端子部１２と電気的に接続される。

したがって、図１５の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１と電気的に接続されることが可能となり、更に他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となる。また、配線層１９がウェーハ基板１６−２を介することなく配線基板１３と電気的に接続されるため、電気信号の減衰を少なくすることが可能となる。さらに、受光層１７及び発光層２０がウェーハ基板１６−１及び１６−３を介することなく光信号伝送ができるので、光信号の減衰を少なくすることが可能となる。

図１６は、光電子集積回路の第六例の構成図を示す。図１６において、光電子集積回路１は、大きく分類すると光学的入力端子層４５と、光学的出力端子層４６と、ウェーハ基板４７と、電気回路層４８と、配線層４９とで構成されている。その構成は、ウェーハ基板４７を中心に、そのウェーハ基板４７を挟み込むように電気回路層１８及び配線層４９が内側から形成されており、一番外側の一方に光学的入力端子層４５，他方に光学的出力端子層４６が形成されている。光学的入力端子層４５は複数の受光素子を含む構成であり、光学的出力端子層４６は複数の発光素子を含む構成である。つまり、図１６に示す光電子集積回路１はウェーハ基板４７上に一体形成されていることを特徴としている。

したがって、図１６の様な構成をとることにより光電子集積回路１は他の光電子集積回路１との間で光信号伝送をすることが可能となる。また、光電子集積回路１がウェーハ基板４７上に一体成形されていることにより、制作工程が短縮，小型化が可能となる。図１７は、光電子集積回路の第七例の構成図を示す。図１７の光電子集積回路１は図１６の光電子集積回路１と一部を除いて同様であり、同一部分については説明を省略する。

図１７において、光電子集積回路１は、大きく分類すると光学的入力端子層４５と、光学的出力端子層４６と、ウェーハ基板４７と、電気回路層４８と、配線層４９とで構成されている。光電子集積回路１は、ウェーハ基板４７を中心に、そのウェーハ基板４７を挟み込むように電気回路層１８及び配線層４９が内側から形成されている部分に、複数の受光素子を含む構成である光学的入力端子層４５と複数の発光素子を含む構成である光学的出力端子層４６とが半田接合により接続されている。

したがって、図１７の様な構成をとることにより光電子集積回路１は、ウェーハ基板４７，電気回路層４８及び配線層４９を含む部分と、光学的入力端子層４５と、光学的出力端子層４６とを別々に形成することが可能となり、汎用性を高くすることができる。また、制作工程が短縮，小型化が可能となる。

１ 光電子集積回路
２ 光電子集積回路装置
３ 多段光電子集積回路装置
４ 複数多段光電子集積回路装置
１０ 光学的入力端子部
１１，１１−１〜１１−６ 電気回路部
１２ 光学的出力端子部
１３ 配線基板
１４ 電極パッド
１５ 半田接合部
１６−１〜１６−３，４７ ウェーハ基板
１７ 受光層
１８，４８ 電気回路層
１９，４９ 配線層
２０ 発光層
２１ 位置決めピン
２２ 電源供給バー
２３ 光導波路
２４ 穴
２５ 電源パッド
２６，２７ 伝送経路
３０−１〜３０−３ 放熱用熱伝導プレート
３１ 放熱用フィン
３３ 光導波路
３４ 光コネクタジャック
３５ 光コネクタプラグ
３６ 光ファイバ
３８ 基板
４１ ボンディングワイヤ
４５ 光学的入力端子層
４６ 光学的出力端子層

Claims (3)

1. ウェーハ基板の一方の面側に、複数の受光素子を含む光学的入力端子層と、第一の電気回路層と、第一の配線層とが形成され、前記ウェーハ基板の他方の面側に、複数の発光素子を含む光学的出力端子層と、第二の電気回路層と、第二の配線層とが形成され、
   前記光学的入力端子層と前記ウェーハ基板とが前記第一の電気回路層及び前記第一の配線層を挟み込み、
   前記光学的出力端子層と前記ウェーハ基板とが前記第二の電気回路層及び前記第二の配線層を挟み込む、光電子集積回路。
2. 前記光学的入力端子層と前記第一の電気回路層との間に前記第一の配線層が形成され、前記光学的出力端子層と前記第二の電気回路層との間に前記第二の配線層が形成される、請求項１記載の光電子集積回路。
3. 前記光学的入力端子層と前記第一の配線層とが半田接合され、前記光学的出力端子層と前記第二の配線層とが半田接合される、請求項２記載の光電子集積回路を含む光電子集積回路装置。