NO171335B

NO171335B - DEVICE FOR INFORMATION TRANSFER COMMUNICATION BETWEEN ELECTRICAL COMPONENTS

Info

Publication number: NO171335B
Application number: NO874249A
Authority: NO
Inventors: Mikael Fernstroem
Original assignee: Svenska Robot Hb
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1987-10-12
Publication date: 1992-11-16
Also published as: DE3766044D1; NO874249D0; NO171335C; NO874249L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for infor-mas jonsoverførende kommunikasjon mellom elektroniske komponenter på et planarsubstrat under anvendelse av en koherent, smalspektret stråling, f.eks. laserlys, som informasjonsoverførende medium, og av den type hvor substratet "består av et materiale som er gjennomsiktig for denne stråling og hvor de elektroniske komponenter er beliggende i gitte posisjoner, i det minste delvis innenfor det gjennomsiktige materialet og har optoelektroniske elementer, hvilke utgjør inngangs- og utgangselementer for komponentene, således at disse komponenter direkte kommuniserer gjennom substratets materiale ved hjelp av nevnte stråling, hvilken forplanter seg i hovedsak rettlinjet gjennom substratet, uten refleksjon fra substratets ytterflater. The present invention relates to a device for information-transferring communication between electronic components on a planar substrate using a coherent, narrow-spectrum radiation, e.g. laser light, as an information-transmitting medium, and of the type where the substrate "consists of a material that is transparent to this radiation and where the electronic components are located in given positions, at least partially within the transparent material and have optoelectronic elements, which constitute input - and output elements for the components, so that these components communicate directly through the material of the substrate by means of said radiation, which essentially propagates in a straight line through the substrate, without reflection from the outer surfaces of the substrate.

Problemet med den foreliggende oppfinnelse er å forenkle den kjente teknikks optiske kommunikasjonsteknikk til en teknikk som er enklere og mere fleksibel enn den kjente teknikks og i tillegg er konkurransedyktig fra et kostnadssynspunkt. The problem with the present invention is to simplify the optical communication technique of the prior art to a technique that is simpler and more flexible than that of the prior art and is also competitive from a cost point of view.

Det er kjent å anvende lys med smalt spektrum eller koherent lys for en laser som en informasjonsbærer mellom elektriske kretser på et substrat. IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 22, No. 8B, januar 1980 beskriver eksempelvis et system hvor optiske lysledere anvendes for slikt lys mellom to kretser. It is known to use light with a narrow spectrum or coherent light for a laser as an information carrier between electrical circuits on a substrate. IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 22, No. 8B, January 1980 describes, for example, a system where optical light guides are used for such light between two circuits.

Imidlertid er det ganske overraskende, i henhold til foreliggende oppfinnelse funnet at slikt lys har et vesentlig bredere anvendelsesfelt. Man har funnet at der, i grunntrekk, ikke er noe behov for å anvende en tvungen innpakning i en lysleder, dvs. en optisk fiber, idet istedet lyset kan forplante seg fritt innenfor substratet under visse beting-elser . However, it is quite surprising, according to the present invention, that such light has a significantly wider field of application. It has been found that, in principle, there is no need to use a forced wrapping in a light guide, i.e. an optical fiber, as instead the light can propagate freely within the substrate under certain conditions.

Således tilveiebringer oppfinnelsen en anordning for infor-masjonsoverføring av kommunikasjon mellom komponenter eller kretser på et substrat ved å anvende direktiv, smal-spekter-stråling, eksempelvis laserlys, som et informasjonsover-førende medium. Thus, the invention provides a device for information transmission of communication between components or circuits on a substrate by using directive, narrow-spectrum radiation, for example laser light, as an information-transmitting medium.

Anordningen kjennetegnes ved at de elektroniske komponenter har form av fliser eller brikker og er beliggende i nøye tilpassede fordypninger i en plan flate av substratet, og at inngangs- og utgangselementene for hver elektronisk komponent er beliggende ved minst en av komponentens smale kantflater for å kunne motta eller utsende stråling fra nevnte respektive inngangs- og utgangselementer. The device is characterized by the fact that the electronic components have the form of tiles or chips and are located in carefully adapted recesses in a flat surface of the substrate, and that the input and output elements for each electronic component are located at at least one of the component's narrow edge surfaces in order to receive or emitting radiation from said respective input and output elements.

For å eliminere strøbelysning innenfor substratet og uønskede refleksjoner av stråling i de smale sidekantene av substratet, er de soner av substratet som ikke benyttes aktivt, belagt med et strålingsrefleksjonsdempende materiale som hindrer eller i stor grad demper refleksjon av stråling. In order to eliminate stray lighting within the substrate and unwanted reflections of radiation in the narrow side edges of the substrate, the zones of the substrate that are not actively used are coated with a radiation reflection dampening material that prevents or largely dampens the reflection of radiation.

For å hindre en uønsket interferens mellom stråling innenfor substratet, er inngangs- og utgangselementene således beliggende at romlig og tidsmessig sameksisterende stråler unngås. Ettersom der involveres relativt korte forplantnings-distanser, idet substratet normalt har en dimensjon som ikke er større enn A4-format, kan inngangs og utgangselementene pakkes relativt tett uten noen risiko for nevnte parallelle sam-eksistens. In order to prevent unwanted interference between radiation within the substrate, the input and output elements are located in such a way that spatially and temporally coexisting rays are avoided. As relatively short propagation distances are involved, the substrate normally having a dimension no larger than A4 format, the input and output elements can be packed relatively tightly without any risk of said parallel co-existence.

Der er idag tilgjengelig en godt utviklet mekanisk mikro-teknikk som tillater en nøyaktig definisjon av posisjon. Den elektrokjemiske og fotografiske halvlederteknikken tillater også en meget nøyaktig plassering av komponenter og kompo-nentdeler i en elektrisk krets. Today, a well-developed mechanical micro-technique is available that allows a precise definition of position. The electrochemical and photographic semiconductor technology also allows a very precise placement of components and component parts in an electrical circuit.

I en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse plasseres slike komponenter i godt definerte fordypninger i en bredside av en substrat, og minst noen av de smale kantsider av substratet har respektive midler for å motta eller å sende stråling fra nevnte utgangs- og inngangselementer. In one embodiment of the present invention, such components are placed in well-defined depressions in a wide side of a substrate, and at least some of the narrow edge sides of the substrate have respective means for receiving or sending radiation from said output and input elements.

For å tilveiebringe en strømtilførsel til de elektriske kretser på substratet er anordningen fortrinnsvis slik at yttersiden av de to storflatene av substratet har elektriske linjeledere som elektrisk kan forbindes med komponenten. In order to provide a power supply to the electrical circuits on the substrate, the device is preferably such that the outer side of the two large surfaces of the substrate has electrical line conductors which can be electrically connected to the component.

For ytterligere å forbedre fleksibiliteten kan nevnte inngangs- og utgangselementer selektivt forbindes med linjelederne for dannelse av et programmerbart mønster av forbindelsesbaner mellom elementer innenfor en komponent. To further improve flexibility, said input and output elements can be selectively connected to the line conductors to form a programmable pattern of connection paths between elements within a component.

Oppfinnelsen skal nå eksemplifiseres med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor The invention will now be exemplified with reference to the attached drawings, where

figur 1 i et riss ovenfra viser et substrat i henhold til oppfinnelsen forsynt med kretser, figure 1 in a top view shows a substrate according to the invention provided with circuits,

figur 2 i et perspektivriss viser en av de elektriske kretser på/i substratet, figure 2 in a perspective view shows one of the electrical circuits on/in the substrate,

figur 3 viser en programmerbar oppstilling av innganger og utganger til en sidekant av kretsen i figur 2, og figure 3 shows a programmable arrangement of inputs and outputs to a side edge of the circuit in figure 2, and

figur 4 i et enderiss viser substratet i henhold til figur 1 og et dekke eller belegg for å tilveiebringe elektriske forbindelsesmuligheter for kretser på/i substratet. figure 4 in an end view shows the substrate according to figure 1 and a cover or coating to provide electrical connection possibilities for circuits on/in the substrate.

Substratet 10 i figur 1 kan eksempelvis omfatte glass, plastmateriale som er støtmotstandsdyktig og har høy styrke, eksempelvis polystyren, eventuelt visse herdbare plastmateri-aler eller lignende. Den nødvendige betingelse er at materialet er gjennomsiktig overfor det faktiske smale spektrum eller koherente stråling som anvendes for informa-sjonsoverføring mellom kretser 11 på/i substratet. Typene av stråling i den aktuelle utførelsesform er stråling fra såkalte laserdioder, dvs. dioder som når de eksiteres utstråler et koherent lys med en bestemt bølgelengde eller innenfor et meget smalt spektralintervall. The substrate 10 in Figure 1 can for example comprise glass, plastic material which is impact resistant and has high strength, for example polystyrene, possibly certain hardenable plastic materials or the like. The necessary condition is that the material is transparent to the actual narrow spectrum or coherent radiation used for information transfer between circuits 11 on/in the substrate. The types of radiation in the current embodiment are radiation from so-called laser diodes, i.e. diodes which, when excited, emit a coherent light with a specific wavelength or within a very narrow spectral interval.

Kretsene 11, som eksempelvis er av LSI-typen, ligger fordypet i substratets materiale i meget godt definerte og nøyaktig plasserte fordypninger 12 i substratet. Nevnte fordypninger er dannet ved å anvende den høyteknologiske mikromekaniske teknikk som er tilgjengelig i dag, idet de dannes enten når substratet formes eller sprøytestøpes, eller ved et senere behandlingstrinn. De brutte linjer 13 angir informasjons-overførings-strålingsveien som er tilgjengelig i substratet, mellom flere kretser 11. The circuits 11, which are, for example, of the LSI type, are embedded in the material of the substrate in very well defined and precisely positioned recesses 12 in the substrate. Said recesses are formed by using the high-tech micromechanical technique available today, as they are formed either when the substrate is shaped or injection molded, or at a later processing step. The broken lines 13 indicate the information-transmission-radiation path available in the substrate, between several circuits 11.

Langs kantsidene 14 av de individuelle kretser 11 er der "celler" 15, som hver inneholder en laserdiode 16 og en fotofølsom transistor 17. Hver slik celle kan programmeres, eksempelvis av PLA-teknikk, til å være en strållngsutsend-ende eller strålingsmottagende celle avhengig av hvorvidt dioden 16 eller fototransistoren 17 aktiveres av program-mer ingsoperasj onen. Along the edges 14 of the individual circuits 11 are "cells" 15, each of which contains a laser diode 16 and a photosensitive transistor 17. Each such cell can be programmed, for example by PLA technology, to be a radiation-emitting or radiation-receiving cell depending of whether the diode 16 or the phototransistor 17 is activated by the programming operation.

Delene av den frie overflaten av hver celle 15 som ikke anvendes aktivt for informasjonsoverføring belegges med et eller annet strålingsdempende eller refleksjonshindrende materiale for å hindre strø-stråling innenfor substratet. Den totale overflaten av et substrat 10 er normalt ikke større enn maksimum en A4-side, hvilket betyr at aktive elementer 16, 17 kan pakkes relativt tett uten risiko for interferens mellom strålene. For å oppnå interferens er det nødvendig med en sam-eksistens i en og den samme retning, i det tredimensjonale rom samt tid, hvilket ikke vil være tilfellet med de moderate strålingsdistanser i den foreliggende sammenheng. The parts of the free surface of each cell 15 that are not actively used for information transmission are coated with some radiation-damping or anti-reflection material to prevent stray radiation within the substrate. The total surface of a substrate 10 is normally no larger than a maximum of an A4 page, which means that active elements 16, 17 can be packed relatively tightly without risk of interference between the beams. In order to achieve interference, it is necessary to co-exist in one and the same direction, in three-dimensional space and time, which will not be the case with the moderate radiation distances in the present context.

I figurene er der ikke blitt vist noen kryssende strålings-baner. Imidlertid er en slik løsning i grunntrekk mulig. For å mate kretsene på/i substratet med strøm, er der fortrinnsvis anordnet elektrisk ledende lag 18, 19 som dekker fullstendig de to brede sider av substratet, eksempelvis som ledende belegg. Slike lag danner koplingsorganer til den elektriske likestrømskilden som normalt anvendes for energitilførsel til kretsene på substratet. In the figures, no intersecting radiation paths have been shown. However, such a solution is basically possible. In order to feed the circuits on/in the substrate with current, electrically conductive layers 18, 19 are preferably arranged which completely cover the two wide sides of the substrate, for example as a conductive coating. Such layers form connecting means for the electric direct current source which is normally used for supplying energy to the circuits on the substrate.

Langs kantsidene av substratet er der det nødvendige antall av omformere 20 eller overføringselementer for å overføre og/eller behandle utgangssignaler fra de tallrike kretser på substratet. Along the edge sides of the substrate there is the necessary number of converters 20 or transmission elements to transmit and/or process output signals from the numerous circuits on the substrate.

Claims

1. Device for information-transmitting communication between electronic components on a planar substrate using a coherent, narrow-spectrum radiation, e.g. laser light, as an information-transmitting medium, and of the type where the substrate (10) consists of a material that is transparent to this radiation and where the electronic components (11) are located in given positions, at least partially within the transparent material and have optoelectronic elements, which constitute input and output elements (respectively 17 and 16) for the components, so that these components directly communicate through the material of the substrate by means of said radiation (13), which propagates essentially in a straight line through the substrate, without reflection from the outer surfaces of the substrate , characterized in that the electronic components have the form of tiles or chips and are located in carefully adapted depressions in a flat surface of the substrate, and that the input and output elements for each electronic component are located at at least one of the component's narrow edge surfaces in order to receive or emit radiation from said respective input and output elements (1 7, 16).

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the zones of the substrate which are not actively used are coated with a radiation reflection damping material.

3. Device as stated in claim 2, characterized in that the input and output elements (17, 16) are located in such a way that spatially and temporally coexisting rays are avoided.

4. Device as stated in claim 2, characterized in that the outer side of the two large surfaces of the substrate has electrical line conductors which can be electrically connected to the component.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that said input and output elements can be selectively connected to the line conductors to form a programmable pattern (Fig. 3) of connecting paths between elements within a component.