JPH0758805B2

JPH0758805B2 - 光配線回路

Info

Publication number: JPH0758805B2
Application number: JP33205288A
Authority: JP
Inventors: 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH02177481A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はウェハあるいはプリント板に実装されたLSIチ
ップ間のデータ授受を光を介して行うための光配線回路
に関するものである。

［従来の技術］最近、LSIチップ間のデータの授受を電気配線で行う代
りに、光配線によって実現する試みが注目されるように
なってきた。これは、光を用いることによって、（１）
高速化、（２）低クロストーク、（３）電磁誘導の影響
がない、などのメリットを期待できるためである。

従来、光配線方法として、光導波路を用いる場合と自由
空間伝搬を用いる場合が考えられている（グッドマン
他、“オプティカルインターコネクションフォー
VLSI システムズ”、プロシーディング IEEE,72,850
（1984）,J.W.Goodman,et,al,“Optical interconnecti
on for VLSI systems,"proceeding of the IEEE,72,7,P
P.850−866（1894））。

また、上記光導波路を用いる場合の改良案として第９図
に示す方法が考えられている（特開昭62−204208号公
報）。これはシリコンウェハ５に実装されたLSIチップ
４−１〜４−４間を相互にデータの授受を行わせるよう
に構成した光配線回路である。たとえばLSIチップ４−
４内のデータを他のLSIチップに送る場合には、上記LSI
チップ４−４内のデータの電気信号がレーザダイオード
８によって光信号に変換され、配線光導波路７、導波形
光ミキサ６内を伝搬し、導波形ミキサ端６−１で反射さ
れて４本の配線光導波路にほぼ均等に分配され、各LSI
チップ４−１〜４−４のホトダイオードに入射する。そ
して、光信号を電気信号に変換することによって、デー
タの授受が行われる。同様にして他のLSIチップからの
データ伝送も行われ、LSIチップ間で相互にデータの授
受が達成される。

［発明が解決しようとする課題］第９図の構成法はLSIチップ間で相互にデータの授受が
できるというメリットを有するものである。しかし、自
局（例えばLSIチップ４−１）のレーザダイオード８と
ホトダイオード９が同一の配線光導波路７上に近接して
配置されているために、レーザダイオード８の光信号が
直接ホトダイオード９に洩れ込んでクロストークを低下
させ易いという問題がある。

また、光導波路７に不連続部が多いため（例えば導波形
ミキサ入力部、光導波路７のコーナ部、ホトダイオード
９の入力光導波路など）、レーザダイオード８からの光
出力がこれらの不連続部で反射されてレーザダイオード
８側及びホトダイオード９の入力部へ戻ってきて、雑音
の増大やクロストークの低下をもたらすといった問題も
ある。

さらに、構成が複雑なため、ホトマスクの製作費用も高
くかかり、また、パターン精度もきびしいものが要求さ
れるので、全体的にコスト高となる。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、低
クロストーク特性で、反射光の影響の少ない光配線回路
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の光配線回路は、複数個のLSIチップの各々に発
光素子と受光素子とを有し、これら発光素子及び受光素
子を光信号を伝搬させる光導波路でつなぎ、該光導波路
の途中には光信号を透過および反射させる機能をもつビ
ームスプリッタを少なくともLSIチップ数だけ設けるこ
とによって、各LSIチップ間で相互にデータの授受を行
わせ得るように構成したものである。

光導波路は、閉ループ部分と該閉ループ部分から各発光
素子及び受光素子への分岐路とを有し、各分岐部に上記
ビームスプリッタを有する構成とすることができる。

また、別の配線回路からの光入力信号導入用光導波路
と、別の光配線回路への光出力信号送出用光導波路とを
設けるのが好ましい。

［作用］各LSIチップ間を、光信号を透過させる機能と反射させ
る機能を有するビームスプリッタを介して光導波路で接
続することにより、クロストークの低下がほとんどな
く、また、反射光が戻りにくい構成にしたものである。
したがって、信号対雑音比S/Nの大きい光配線回路が実
現可能である。

［実施例］第１図に本発明の光配線回路の実施例を示す。これは４
個のLSIチップ41,42,43および44をビームスプリッタ付
きの光導波路13を介して接続した例を示したものであ
る。各LSIチップには発光素子と受光素子が設けられて
いて、光導波路13は、閉ループ部分ａと、該閉ループ部
分ａから外方への分岐路b,cとを有し、各分岐部にはビ
ームスプリッタ121〜124が設けてある。この実施例で
は、ビームスプリッタは相隣り合うLSIチップの発光素
子への分岐路b,b同志、又は受光素子への分岐路c,c同志
の分岐点に存する。そして、あるLSIチップの発光素子
からの光信号は光導波路内を伝搬し、ビームスプリッタ
を介し、自分のLSIチップを含めてすべてのLSIチップの
受光素子へ送られる。

たとえば、LSIチップ41からのデータは発光素子101によ
って光信号に変換され、発光素子101から分岐路ｂを伝
搬し、ビームスプリッタ121に達する。このビームスプ
リッタ121により、上記光信号は閉ループ部分ａ内で２
つに分岐される。すなわち、１つはビームスプリッタ12
1を透過して次のビームスプリッタ124に達する。他の１
つはビームスプリッタ121で反射されて次のビームスプ
リッタ122に達する。

ビームスプリッタ124に入射した光信号はさらにここで
受光素子c,cへの２つの光信号に分けられ、１つはビー
ムスプリッタ124を透過して受光素子113に入力され、受
光素子113で電気信号に変換されてLSIチップ43にデータ
が授受される。他の１つはビームスプリッタ124で反射
されて受光素子114に入力され、電気信号に変換されてL
SIチップ44にデータが授受される。

一方、ビームスプリッタ122に入射した光信号もここで
受光素子への分岐路c,cへの２つの光信号に分けられ
る。その１つはビームスプリッタ122をそのまま透過し
て受光素子112に入力され、電気信号に変換されてデー
タがLSIチップ42に授受される。他の１つはビームスプ
リッタ122で反射されて受光素子111に入射され、電気信
号に変換されてLSIチップ41にデータが戻される。

同様にして、発光素子102,103および104の光信号もそれ
ぞれのLSIチップに設けられた受光素子111,112,113およ
び114に送られて相互にデータの授受が実現される。す
なわち、各LSIチップに設けた発光素子、受光素子が光
導波路13、ビームスプリッタ121,122,123,および124を
介して接続されている。

ここで、ビームスプリッタは、例えば、ハーフミラー、
スリット、多層膜などから構成することができ、各光導
波路内を伝搬してきた光信号に対して、その入射角を45
゜に設定しておけば、ビームスプリッタによって分けら
れた透過光と反射光は光導波路内を伝搬させることがで
きる。そして、自局側には反射戻り光は生じない。した
がって、発光素子の反射戻り光による不安定性を生じさ
せない。また非常に簡単な構成であり、かつ、各LSIチ
ップ間を短距離で接続することができる。さらに、対称
な構成であるので、製作するのに用いるホトマスクの設
計が容易となり、低コストに実現できる。また、小さな
面積内に実現できるので、集積度を上げることができ、
結果的に低コスト化を図れる。

第２図は本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。すなわち、発光素子への分岐路ｂと受光素子へ
の分岐路ｃとを同じ分岐点に設けることにより、各LSI
チップに設けられた発光素子および受光素子対のそばに
ビームスプリッタを配置し、各発光素子からの光信号を
各受光素子に入力させて相互にデータの授受を行わせる
ようにしたものである。

たとえば、LSIチップ41の発光素子101からの光信号はビ
ームスプリッタ121で２つに分けられる。まず、１つは
ビームスプリッタ121で反射されて自局の受光素子111に
入力される。もう１つはビームスプリッタ121を透過し
て光導波路13内を伝搬し、ビームスプリッタ122に達す
る。

このビームスプリッタ122で２つの光信号に分けられ
る。１つはビームスプリッタ122を透過してLSIチップ42
の受光素子112に入力され、データが授受される。もう
１つはビームスプリッタ122で反射され光導波路13を伝
搬し、ビームスプリッタ123に達する。ここでも２つの
光信号に分けられ、１つはビームスプリッタ123を透過
してLSIチップ43の受光素子113に入力され、データが授
受される。もう１つの光信号はビームスプリッタ123で
反射され、光導波路13内を伝搬して次のビームスプリッ
タ124に達する。ここでも同様にして２つの光信号に分
けられ、１つはビームスプリッタ124を透過してLSIチッ
プ44の受光素子114に入力され、データが授受される。
もう１つはビームスプリッタ124で反射され、再びビー
ムスプリッタ121に達する。

以上のようにして、LSIチップ41からのデータが発光素
子101により光に変換されて、各LSIチップの受光素子11
1,112,113および114内に入力され、それぞれデータが授
受されるものである。

第３図も本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。これも４個のLSIチップ41,42,43および44間の
データを相互に授受する構成である。第２図と異なる点
は、発光素子および受光素子の前に必ずビームスプリッ
タを配置させることにより、発光素子の光信号を光導波
路へ逆に光導波路13からの光信号を受光素子へ入力させ
るようにしたものである。

たとえば、LSIチップ41からの発光素子101からの光信号
はビームスプリッタ122を介して光導波路13を伝搬し、
ビームスプリッタ123により、一部分は受光素子112に入
力され、残りの光信号はビームスプリッタ123に反射さ
れてビームスプリッタ124に達する。ビームスプリッタ1
24を透過した光信号はビームスプリッタ125に入力さ
れ、一部分の光信号がビームスプリッタ125を透過して
受光素子113に入力される。残りの光信号はビームスプ
リッ125で反射され、ビームスプリッタ126を通ってビー
ムスプリッタ127に入力される。そして、一部分の光信
号が受光素子114に入力され、残りの光信号はビームス
プリッタ128を通ってビームスプリッタ121に入力され
る。そして一部分の光信号が受光素子111に入力され
る。

以上のように、各LSIチップの発光素子からの光信号は
各LSIチップの受光素子へ入力され、データが相互に授
受される。

LSIチップの数は４個以上の場合でも適用することがで
きる。その一例を第４図に示す。これは６個のLSIチッ
プ41〜46を用いた場合であり、６個の発光素子10〜106
と６個の受光素子111〜116と８個のビームスプリッタ12
1〜128および光導波路13からなる。このように、LSIチ
ップの数には限界がなく２個以上の任意の数とすること
が可能である。

第５図は本発明の別の実施例を示したものである。これ
は４個のLSIチップの外側に光導波路13の閉ループ部分
ａを設け、その閉ループ部分ａの途中に８個のビームス
プリッタ121〜128と４個の全反射ミラー141〜144を設け
た構成である。そして、各LSIチップの発光素子101〜10
4の光信号を分岐路ｂよりビームスプリッタ121,123,12
5,および127を通して光導波路13内に送り込み、ビーム
スプリッタ122,124,126および128を通して分岐路ｃより
各受光素子111,112,113および114へ入力させるようにし
たものである。

この構成はLSIチップの集積度を上げた場合に有効であ
る。なお、全反射ミラー141〜144は光導波路13内を伝搬
している光を90゜曲げて伝搬させるために設けたもので
ある。

第６図は本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。すなわち、ビームスプリッタとしてＹ分岐161
〜164および171〜174を用いて構成した場合である。た
だし、Ｙ分岐171〜174において、発光素子101〜104から
の光信号を光導波路13内に導くための分岐路181〜184は
閉ループ部分ａの幅に比して細くすることにより、光導
波路13内を伝搬している光信号が発光素子側へ洩れ込む
のを抑制するようにしてある。

第７図はLSIチップの数が８個（41〜48）の場合の実施
例を示したものである。これは第１図の構成の変形を示
したものであり、発光素子が８個（101〜108）、受光素
子も８個（111〜118）で、ビームスプリッタが16個（12
1〜129,1210〜1216）からなる。このように、さらにLSI
チップの数が多い場合でも、第１図の変形または第３図
の変形で容易に実現できることが判る。第８図は本発明
の光配線回路の別の実施例を示したものである。すなわ
ち、第１図に示したような光配線回路が２つ以上あった
場合に、これらの光配線回路を相互に接続して光信号、
つまりチップ間のデータのやりとりを行う場合の各光配
線回路の例を示したものである。同図に示したように、
別の光配線回路（別の表現をすれば、別の集積回路）か
らの入力光信号伝搬用の光導波路131を光導波路13にＹ
分岐165を通して結合させることにより、別の光配線回
路からの入力光信号を各LSIチップ41〜44の受光素子111
〜114へ入力さることができる。また、光導波路13にＹ
分岐166を通して別の光配線回路へ結合させる光導波路1
32を設けることにより、各LSIチップの発光素子101〜10
4の光信号を別の光配線回路（別の集積回路）へ送り込
むことができる。このような構成を用いると、大規模に
集積化した集積回路群または集積回路アレイさらには集
積回路を実装したプリント間同志のデータの授受を行わ
せることが可能となる。特にクロック信号の供給には最
適である。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明の光配線回路
は、各LSIチップの発光素子、受光素子を途中にビーム
スプリッタの挿入された光導波路で接続することによっ
て、クロストークの低下がほとんどなく、また反射光が
戻りにくいために、信号対雑音比S/Nの大きい光配線回
路を実現することができる。また、非常に簡易な構成
で、かつ、各LSIチップ間を短距離で接続することがで
きる。さらに、構成が簡易であるので、製作するのに用
いるホトマスクの設計が容易になり、低コストに実現で
きる。また、小さな面積内に有効に実装することができ
るので、集積度の向上と経済化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の光配線回路のそれぞれ異なる
実施例を示した図、第９図の（ａ）および（ｂ）は従来
の光配線回路の概略図を示したものである。図中、13は光導波路、41〜48はLSIチップ、101〜108は
発光素子、111〜118は受光素子、121〜129,1210〜1216
はビームスプリッタ、ａは閉ループ部分、b,cは分岐路
を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のLSIチップの各々に発光素子と受
光素子とを有し、これら発光素子及び受光素子を光信号
を伝搬させる光導波路でつなぎ、該光導波路の途中には
光信号を透過および反射させる機能をもつビームスプリ
ッタを少なくともLSIチップ数だけ設けることによっ
て、各LSIチップ間で相互にデータの授受を行わせ得る
ように構成したことを特徴とする光配線回路。
【請求項２】前記光導波路が閉ループ部分と該閉ループ
部分から各発光素子及び受光素子への分岐路とを有し、
各分岐部に上記ビームスプリッタを有することを特徴と
する請求項１記載の光配線回路。
【請求項３】別の配線回路からの光入力信号導入用光導
波路と、別の光配線回路への光出力信号送出用光導波路
とを設けたことを特徴とする請求項１記載の光配線回
路。