JPH0645584A - 光接続集積回路 - Google Patents
光接続集積回路Info
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- JPH0645584A JPH0645584A JP34378592A JP34378592A JPH0645584A JP H0645584 A JPH0645584 A JP H0645584A JP 34378592 A JP34378592 A JP 34378592A JP 34378592 A JP34378592 A JP 34378592A JP H0645584 A JPH0645584 A JP H0645584A
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- optical
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- optical connection
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 集積回路基板上に光導波路を形成することな
く、集積回路内の金属配線によるノイズの発生及び信号
の遅延を抑制する。 【構成】 集積回路を構成する複数の素子と、複数の素
子のうちのクロック発振器に電気的に接続された発光素
子と、複数の素子のクロック信号入力端子に電気的に接
続された受光素子１０２とが形成された集積回路チップ
１０１と、集積回路基板１０１に対向して設けられ、集
積回路基板１０１に形成された発光素子と受光素子との
間を光学的に接続する光導波路１０４が形成された光接
続基板１０３とを有する。
く、集積回路内の金属配線によるノイズの発生及び信号
の遅延を抑制する。 【構成】 集積回路を構成する複数の素子と、複数の素
子のうちのクロック発振器に電気的に接続された発光素
子と、複数の素子のクロック信号入力端子に電気的に接
続された受光素子１０２とが形成された集積回路チップ
１０１と、集積回路基板１０１に対向して設けられ、集
積回路基板１０１に形成された発光素子と受光素子との
間を光学的に接続する光導波路１０４が形成された光接
続基板１０３とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路（ＩＣ、ＬＳ
Ｉ、及び超ＬＳＩ等）に関し、特に素子間の接続を光接
続とした光接続集積回路に関する。
Ｉ、及び超ＬＳＩ等）に関し、特に素子間の接続を光接
続とした光接続集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、コンピュータなどの電子装置内
部では、電子部品間の電気的接続に金属線や針金等の金
属導体が使用されている。しかし、電子装置の高速化、
高密度化が進むに従い、金属導体による電気的接続が問
題になってきている。すなわち、複数の接続線の相互誘
導による雑音の発生や、金属線の浮遊容量充電のための
時間遅れと金属線の抵抗の効果を加えたＲＣ遅れの発生
が問題となっている。
部では、電子部品間の電気的接続に金属線や針金等の金
属導体が使用されている。しかし、電子装置の高速化、
高密度化が進むに従い、金属導体による電気的接続が問
題になってきている。すなわち、複数の接続線の相互誘
導による雑音の発生や、金属線の浮遊容量充電のための
時間遅れと金属線の抵抗の効果を加えたＲＣ遅れの発生
が問題となっている。
【０００３】そこで、最近では、電子装置の内部の電気
的接続を光素子（発光素子及び受光素子）を用いて光接
続に置き換えることが試みられている。図５（後述の論
文に掲載予定）に集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ等）チップ上
における電気的接続及び光学的接続に関する、接続距離
と信号遅延時間との関係を示す。図５に示す様に、２mm
以上の接続距離では、電気的接続に比べ光学的接続を用
いた方が遅延時間が短い。この遅延時間の違いは、距離
の増大に伴って大きくなり（スーパーリニア的に増
大）、接続距離１０mmで１桁、接続距離１００mmで２桁
から３桁の違いになっている。
的接続を光素子（発光素子及び受光素子）を用いて光接
続に置き換えることが試みられている。図５（後述の論
文に掲載予定）に集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ等）チップ上
における電気的接続及び光学的接続に関する、接続距離
と信号遅延時間との関係を示す。図５に示す様に、２mm
以上の接続距離では、電気的接続に比べ光学的接続を用
いた方が遅延時間が短い。この遅延時間の違いは、距離
の増大に伴って大きくなり（スーパーリニア的に増
大）、接続距離１０mmで１桁、接続距離１００mmで２桁
から３桁の違いになっている。
【０００４】最近は、電子装置のさらなる高速化、高密
度化を進めようとして、各電子部品、特に集積回路など
において、その内部での金属配線によるノイズの発生、
信号の遅延を減少させることが検討されている。
度化を進めようとして、各電子部品、特に集積回路など
において、その内部での金属配線によるノイズの発生、
信号の遅延を減少させることが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集積回
路は、半導体層及び金属膜で構成されており、そこに有
機材料等で構成される光導波路を構成することは作製上
困難であり、また、集積回路の設計の自由度を大きく制
限することになる。
路は、半導体層及び金属膜で構成されており、そこに有
機材料等で構成される光導波路を構成することは作製上
困難であり、また、集積回路の設計の自由度を大きく制
限することになる。
【０００６】本発明は、集積回路基板上に光導波路を形
成すること無く、金属配線によるノイズの発生、及び信
号の遅延を抑制した集積回路を提供することを目的とす
る。
成すること無く、金属配線によるノイズの発生、及び信
号の遅延を抑制した集積回路を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
素子と、該複数の素子のうち少なくとも１個の第１の所
定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なくとも１個
の発光素子と、前記複数の素子のうち少なくとも１個の
第２の所定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なく
とも１個の受光素子とが形成された集積回路基板と、該
集積回路基板に対向して設けられ、前記発光素子と前記
受光素子とにそれぞれ対向する端部を有すると共に前記
発光素子と前記受光素子との間を光学的に接続する光導
波路が形成された光接続基板とを有することを特徴とす
る光接続集積回路が得られる。
素子と、該複数の素子のうち少なくとも１個の第１の所
定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なくとも１個
の発光素子と、前記複数の素子のうち少なくとも１個の
第２の所定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なく
とも１個の受光素子とが形成された集積回路基板と、該
集積回路基板に対向して設けられ、前記発光素子と前記
受光素子とにそれぞれ対向する端部を有すると共に前記
発光素子と前記受光素子との間を光学的に接続する光導
波路が形成された光接続基板とを有することを特徴とす
る光接続集積回路が得られる。
【０００８】また、本発明によれば、第１の複数の素子
と、該第１の複数の素子のうち少なくとも１個の第１の
所定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なくとも１
個の発光素子とが形成された第１の集積回路基板と、第
２の複数の素子と、該第２の複数の素子のうち少なくと
も１個の第２の所定の素子にそれぞれ電気的に接続され
る少なくとも１個の受光素子とが形成された第２の集積
回路基板と、前記第１の集積回路基板と前記第２の集積
回路基板とにそれぞれ異なる表面領域が対向するように
設けられ、前記発光素子と前記受光素子とにそれぞれ対
向する端部を有するとともに前記発光素子と前記受光素
子との間を光学的に接続する光導波路が形成された光接
続基板とを有することを特徴とする光接続集積回路が得
られる。
と、該第１の複数の素子のうち少なくとも１個の第１の
所定の素子にそれぞれ電気的に接続される少なくとも１
個の発光素子とが形成された第１の集積回路基板と、第
２の複数の素子と、該第２の複数の素子のうち少なくと
も１個の第２の所定の素子にそれぞれ電気的に接続され
る少なくとも１個の受光素子とが形成された第２の集積
回路基板と、前記第１の集積回路基板と前記第２の集積
回路基板とにそれぞれ異なる表面領域が対向するように
設けられ、前記発光素子と前記受光素子とにそれぞれ対
向する端部を有するとともに前記発光素子と前記受光素
子との間を光学的に接続する光導波路が形成された光接
続基板とを有することを特徴とする光接続集積回路が得
られる。
【０００９】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１に本発明の第１の実施例を示す。集積回路基
板としての集積回路チップ１０１には、集積回路を構成
する多数の素子（図示せず）と、クロック発振器（また
は、クロックパルスが入力される入力端子）と、クロッ
ク発振器に接続された発光素子（Laserdiode；図示せ
ず）と、複数の受光素子（Photodiode）１０２とが、通
常のＩＣ、ＬＳＩ作製技術によって単一半導体基板上に
作製されている。
する。図１に本発明の第１の実施例を示す。集積回路基
板としての集積回路チップ１０１には、集積回路を構成
する多数の素子（図示せず）と、クロック発振器（また
は、クロックパルスが入力される入力端子）と、クロッ
ク発振器に接続された発光素子（Laserdiode；図示せ
ず）と、複数の受光素子（Photodiode）１０２とが、通
常のＩＣ、ＬＳＩ作製技術によって単一半導体基板上に
作製されている。
【００１０】一方、光接続基板１０３には、基板１０３
の主面と平行な光導波路で構成される光導波路網１０４
が形成されている。光導波路網１０４の端部は導波路内
を伝播してきた光信号を裏面から出力する、または裏面
から入力した光信号を導波路内に導く構造となってい
る。
の主面と平行な光導波路で構成される光導波路網１０４
が形成されている。光導波路網１０４の端部は導波路内
を伝播してきた光信号を裏面から出力する、または裏面
から入力した光信号を導波路内に導く構造となってい
る。
【００１１】光導波路網１０４の端部１０５は、集積回
路チップ１０１上に設けられた発光素子に対向する位置
に設けられ、発光素子からの光信号を導波路網１０４に
導くようになっている。また、その他の端部は、それぞ
れ受光素子１０２に対向する位置に設けられ、導波路網
１０４を伝播してきた光信号を裏面から出力する形状と
なっている。
路チップ１０１上に設けられた発光素子に対向する位置
に設けられ、発光素子からの光信号を導波路網１０４に
導くようになっている。また、その他の端部は、それぞ
れ受光素子１０２に対向する位置に設けられ、導波路網
１０４を伝播してきた光信号を裏面から出力する形状と
なっている。
【００１２】導波路網１０４の端部は、種々の形態が考
えられ、例えば、端部１０６は基板の表面から裏面にか
けて光を導く光導波路１０７が設けられ、端部１０８に
は光を集光するレンズ１０９が端部１０８に接して設け
られ、端部１１０には基板の中間に端部１１０と距離を
置いてレンズ１１１が設けられ、端部１１２はその形状
を凹面鏡としている。
えられ、例えば、端部１０６は基板の表面から裏面にか
けて光を導く光導波路１０７が設けられ、端部１０８に
は光を集光するレンズ１０９が端部１０８に接して設け
られ、端部１１０には基板の中間に端部１１０と距離を
置いてレンズ１１１が設けられ、端部１１２はその形状
を凹面鏡としている。
【００１３】光接続基板１０３としては、例えば、Ｓｉ
基板が用いられる。そして、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ2
膜等を形成し、導波路用コアとしてＴｉＯ2 やＴａＯ5
などを形成し、その表面をＳｉＯ2 膜で覆い、光導波路
とする。導波路は、他にポリーマー系材料、例えば、ポ
リイミドやＰＭＭＡなど、基板と膨脹係数がほぼ一致す
ればそれらを使用することもできる。
基板が用いられる。そして、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ2
膜等を形成し、導波路用コアとしてＴｉＯ2 やＴａＯ5
などを形成し、その表面をＳｉＯ2 膜で覆い、光導波路
とする。導波路は、他にポリーマー系材料、例えば、ポ
リイミドやＰＭＭＡなど、基板と膨脹係数がほぼ一致す
ればそれらを使用することもできる。
【００１４】また、集積回路チップ１０１には突起１１
３が、光接続基板１０３には突起受１１４が設けられて
おり、精度よく導波路網１０４の端部と受光素子１０２
とが対向するようにしてある。ここで、突起１１３はそ
の先端のみが突起受１１４に受け入れられるようにする
ことで、集積回路チップ１０１と光接続基板１０３とを
所定の距離だけ離すことができ、集積回路チップ１０１
上に形成された電子素子に光接続基板１０３が接触して
悪影響を与えるようなことはない。
３が、光接続基板１０３には突起受１１４が設けられて
おり、精度よく導波路網１０４の端部と受光素子１０２
とが対向するようにしてある。ここで、突起１１３はそ
の先端のみが突起受１１４に受け入れられるようにする
ことで、集積回路チップ１０１と光接続基板１０３とを
所定の距離だけ離すことができ、集積回路チップ１０１
上に形成された電子素子に光接続基板１０３が接触して
悪影響を与えるようなことはない。
【００１５】本実施例によれば、集積回路チップ１０１
に形成された発光素子から出力されたクロックパルス光
信号は端部１０５に入力され、光導波路網１０４を伝播
して他の全ての端部に送られ、受光素子１０２に与えら
れる。こうして、クロック信号をすべての受光素子に実
質的に遅延無く供給することができる。
に形成された発光素子から出力されたクロックパルス光
信号は端部１０５に入力され、光導波路網１０４を伝播
して他の全ての端部に送られ、受光素子１０２に与えら
れる。こうして、クロック信号をすべての受光素子に実
質的に遅延無く供給することができる。
【００１６】また、本実施例によれば、組み立て前に、
電気的検査と、光学的検査を独立して行うことができる
ので、歩留まりが良くなり量産性が向上する。
電気的検査と、光学的検査を独立して行うことができる
ので、歩留まりが良くなり量産性が向上する。
【００１７】さらに、集積回路基板を他の光導波路基板
と組み合わせたり（単一の集積回路基板に対向して複数
枚の光導波路基板を配置する）、光導波路基板を他の集
積回路基板と組み合わせたり（並置した複数枚の集積回
路基板に対向して単一の光導波路基板を配置する）する
こともできる。
と組み合わせたり（単一の集積回路基板に対向して複数
枚の光導波路基板を配置する）、光導波路基板を他の集
積回路基板と組み合わせたり（並置した複数枚の集積回
路基板に対向して単一の光導波路基板を配置する）する
こともできる。
【００１８】なお、本実施例では、多モード光信号でも
単一モード光信号でも使用することができる。また、本
実施例では、１対多接続の場合について説明したが、１
対１接続はいうまでもなく、多対多接続及び多対１接続
も可能である。多対多接続等の場合は、１枚の光接続基
板上に全ての光導波路を形成するのではなく、複数の光
接続基板に、それぞれ、光導波路網を設け、これら複数
の光接続基板を重ね合わせて、複数の異なる光信号を用
いて光接続することもできる。
単一モード光信号でも使用することができる。また、本
実施例では、１対多接続の場合について説明したが、１
対１接続はいうまでもなく、多対多接続及び多対１接続
も可能である。多対多接続等の場合は、１枚の光接続基
板上に全ての光導波路を形成するのではなく、複数の光
接続基板に、それぞれ、光導波路網を設け、これら複数
の光接続基板を重ね合わせて、複数の異なる光信号を用
いて光接続することもできる。
【００１９】さらに、上記実施例では単一の集積回路チ
ップと光接続基板とを組み合わせることについて説明し
たが、複数の集積回路チップを搭載した集積回路基板と
光接続基板とを組み合わせても良い。例えば、図２
（ａ）に示すように、ウエハー２０１に形成された複数
の集積回路２０２の素子間接続を光接続基板２０３を用
いて接続するようにしても良い。また、図２（ｂ）に示
すようにボード基板２０４に搭載された複数の集積回路
チップ２０５の素子間接続を光接続基板２０６を用いて
接続するようにしても良い（複数の集積回路チップ間の
接続については、電子情報通信学会英文誌 J. of the
Institute of Electronics Information andCommunicat
ioon Enginears, Vol E76-C, No.1, January '93 に A
tsushi Iwata and Izuo Hayashi: "Optical Interconne
ction as a New LSI Technology" として掲載予定）。
この場合、各集積回路チップの位置合わせは、後述する
方法が使用でき、光接続基板の位置合わせは上記の方
法、あるいは後述の方法を用いることができる。
ップと光接続基板とを組み合わせることについて説明し
たが、複数の集積回路チップを搭載した集積回路基板と
光接続基板とを組み合わせても良い。例えば、図２
（ａ）に示すように、ウエハー２０１に形成された複数
の集積回路２０２の素子間接続を光接続基板２０３を用
いて接続するようにしても良い。また、図２（ｂ）に示
すようにボード基板２０４に搭載された複数の集積回路
チップ２０５の素子間接続を光接続基板２０６を用いて
接続するようにしても良い（複数の集積回路チップ間の
接続については、電子情報通信学会英文誌 J. of the
Institute of Electronics Information andCommunicat
ioon Enginears, Vol E76-C, No.1, January '93 に A
tsushi Iwata and Izuo Hayashi: "Optical Interconne
ction as a New LSI Technology" として掲載予定）。
この場合、各集積回路チップの位置合わせは、後述する
方法が使用でき、光接続基板の位置合わせは上記の方
法、あるいは後述の方法を用いることができる。
【００２０】次に第３図を参照して、本発明の第２の実
施例を示す。この実施例では、集積回路チップ３０１と
他の集積回路チップ３０２との間に、光接続基板３０３
を位置させてある。光接続基板３０３には光導波路網３
０４が形成されており、集積回路チップ３０１上に形成
された発光素子３０５と、集積回路チップ３０２上に形
成された受光素子３０６との間を光接続している。光導
波路網３０４は、例えば、光導波路基板３０３に形成さ
れた溝内に形成される。
施例を示す。この実施例では、集積回路チップ３０１と
他の集積回路チップ３０２との間に、光接続基板３０３
を位置させてある。光接続基板３０３には光導波路網３
０４が形成されており、集積回路チップ３０１上に形成
された発光素子３０５と、集積回路チップ３０２上に形
成された受光素子３０６との間を光接続している。光導
波路網３０４は、例えば、光導波路基板３０３に形成さ
れた溝内に形成される。
【００２１】また、集積回路チップ３０１上に形成され
た発光素子３０７と、集積回路チップ３０２上に形成さ
れた受光素子３０８のように、互いに対向する位置にあ
るときは、光接続基板内に光学レンズを形成するだけで
光接続を行うこともできる。
た発光素子３０７と、集積回路チップ３０２上に形成さ
れた受光素子３０８のように、互いに対向する位置にあ
るときは、光接続基板内に光学レンズを形成するだけで
光接続を行うこともできる。
【００２２】さらに、集積回路チップ３０１上に受光素
子が、集積回路チップ３０２上に発光素子が形成されて
いる場合にも同様にして光接続を行うことができる。
子が、集積回路チップ３０２上に発光素子が形成されて
いる場合にも同様にして光接続を行うことができる。
【００２３】なお、本実施例も、第１の実施例同様、図
２に示したウエハーやボード基板に対して適用できるこ
とはいうまでもない。
２に示したウエハーやボード基板に対して適用できるこ
とはいうまでもない。
【００２４】また、上記第１及び第２の実施例では、１
枚または２枚の集積回路基板に形成された素子を光接続
する場合について説明したがさらに多くの集積回路基板
を複数の光接続基板と積層することもできる。
枚または２枚の集積回路基板に形成された素子を光接続
する場合について説明したがさらに多くの集積回路基板
を複数の光接続基板と積層することもできる。
【００２５】さらに、上記実施例では、位置合わせに突
起と突起受を使用したが、図４（ａ）に示すように集積
回路チップ４０１と光導波路チップ４０２の所定の位置
にマーク４０３及び４０４を設けておき、光学顕微鏡を
用いて位置合わせを行うこともできる。この場合、集積
回路チップ４０１上の多層配線層４０５と光導波路チッ
プ４０２とが接触しないように支柱４０６を集積回路チ
ップ４０１と光導波路基板４０２との間に設けておく。
また、光導波路基板４０２が不透明な場合は、図４
（ｂ）に示すように導波路基板４０２のマーク４０３の
中央に穴を開け、その穴にマーク４０４を合わせればよ
い。
起と突起受を使用したが、図４（ａ）に示すように集積
回路チップ４０１と光導波路チップ４０２の所定の位置
にマーク４０３及び４０４を設けておき、光学顕微鏡を
用いて位置合わせを行うこともできる。この場合、集積
回路チップ４０１上の多層配線層４０５と光導波路チッ
プ４０２とが接触しないように支柱４０６を集積回路チ
ップ４０１と光導波路基板４０２との間に設けておく。
また、光導波路基板４０２が不透明な場合は、図４
（ｂ）に示すように導波路基板４０２のマーク４０３の
中央に穴を開け、その穴にマーク４０４を合わせればよ
い。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、集積回路が形成された
基板とは異なる基板上に形成された光導波路と、発光素
子及び受光素子とを用いて、集積回路内の一部の金属配
線を、光接続に置き換えたことで、集積回路における金
属配線によるノイズの発生、及び信号の遅延を抑制する
ことができる。
基板とは異なる基板上に形成された光導波路と、発光素
子及び受光素子とを用いて、集積回路内の一部の金属配
線を、光接続に置き換えたことで、集積回路における金
属配線によるノイズの発生、及び信号の遅延を抑制する
ことができる。
【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例の応用例を示し、（ａ）
はウエハーを使用した場合の平面図及び側面図、（ｂ）
はボード基板を使用した場合の平面図及び側面図であ
る。
はウエハーを使用した場合の平面図及び側面図、（ｂ）
はボード基板を使用した場合の平面図及び側面図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図４】本発明における集積回路基板と光接続基板との
位置合せ方法を説明するための図であって、（ａ）は透
明な基板を、（ｂ）は不透明な基板を用いたときの位置
合せ方法を示す。
位置合せ方法を説明するための図であって、（ａ）は透
明な基板を、（ｂ）は不透明な基板を用いたときの位置
合せ方法を示す。
【図５】電気的接続及び光学的接続における接続距離と
遅延時間の関係を示すグラフである。
遅延時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】 １０１ 集積回路チップ １０２ 受光素子 １０３ 光接続基板 １０４ 光導波路網 １０５ レーザーダイオード １０６ 端部 １０７ 光導波路 １０８ 端部 １０９ レンズ １１０ 端部 １１１ レンズ １１２ 端部 １１３ 突起 １１４ 突起受 ２０１ ウエハー ２０２ 集積回路 ２０３ 光接続基板 ２０４ ボード基板 ２０５ 集積回路チップ ２０６ 光接続基板 ３０１ 集積回路チップ ３０２ 集積回路チップ ３０３ 光接続基板 ３０４ 光導波路網 ３０５ 発光素子 ３０６ 受光素子 ３０７ 発光素子 ３０８ 受光素子 ４０１ 集積回路チップ ４０２ 光導波路基板 ４０３ マーク ４０４ マーク ４０５ 多層配線層 ４０６ 支柱
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の素子と、該複数の素子のうち少な
くとも１個の第１の所定の素子にそれぞれ電気的に接続
される少なくとも１個の発光素子と、前記複数の素子の
うち少なくとも１個の第２の所定の素子にそれぞれ電気
的に接続される少なくとも１個の受光素子とが形成され
た集積回路基板と、該集積回路基板に対向して設けら
れ、前記発光素子と前記受光素子とにそれぞれ対向する
端部を有すると共に前記発光素子と前記受光素子との間
を光学的に接続する光導波路が形成された光接続基板と
を有することを特徴とする光接続集積回路。 - 【請求項２】 第１の複数の素子と、該第１の複数の素
子のうち少なくとも１個の第１の所定の素子にそれぞれ
電気的に接続される少なくとも１個の発光素子とが形成
された第１の集積回路基板と、第２の複数の素子と、該
第２の複数の素子のうち少なくとも１個の第２の所定の
素子にそれぞれ電気的に接続される少なくとも１個の受
光素子とが形成された第２の集積回路基板と、前記第１
の集積回路基板と前記第２の集積回路基板とにそれぞれ
異なる表面領域が対向するように設けられ、前記発光素
子と前記受光素子とにそれぞれ対向する端部を有すると
ともに前記発光素子と前記受光素子との間を光学的に接
続する光導波路が形成された光接続基板とを有すること
を特徴とする光接続集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34378592A JP3629713B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-12-24 | 光接続集積回路 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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