TWI254153B - Photonic circuit board - Google Patents

Description

1254153 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種適用於使用光線來傳輸訊號的光子 電路板以及使用此種電路板之半導體裝置。 【先前技術】 當利用一金屬線路，在高速下（例如，1 Gb p s速率） 傳輸資料訊號時，配置在其附近之電子裝置和線路會受所 謂的電磁干擾（EMI)所影響。 EMI強度之表示爲來源強度（頻率、波形、驅動電流 )X傳送係數（電源線共振’附近線路耦I合）X天線因子（ 連接器、電極）。換言之，已知EMI強度是依導線長度、 電流値、訊號傳送速度，訊號脈衝波形等而定。 有鑒於在只使用光導線之電路中，因在此無電磁感應 發生故傳送係數會降至零之事實，爲避免EMI之影響而嘗 試利用光導線（能傳播光訊號之波導）。 例如，如以下之界定，1；;.?.5，191，219公開一資訊處 理裝置。 它界定一資訊處理裝置，其包含一形成延伸爲兩度空 間並作爲共用介質之平面光波導之裝置，在該平面光波導 之上延伸成兩度空間佈置，以分別廣播光線訊號及將光線 訊號取入該平面光波導之多數個發光裝置及多數個光檢測 裝置’以及包含在共用介質中用以處理光線訊號之輸入和 輸出埠之多數個子系統，該光檢測裝置是耦合至輸入埠， -4- (2) (2)1254153 而發光裝置則耦合至子系統之輸出埠。 除以上所界定之資訊處理裝置外，藉參考第丨6圖之附 圖將說明利用光導線之訊號傳輸。 參考第16圖，當裝置a，B和C( 2010，2020及2030) 傳輸訊號至裝置D ( 2 0 4 0 )時，裝置A，B和C利用分別連 接至他們之電/光裝置（2 0 1 1，2 0 2 1和2 0 3 1 )正常地傳送 訊號至各別之光/電裝置（ 2041，2042和2043 )。在第16 圖中’元件符號20 60表示爲光導線，其係槪要性地繪出且 事貫上等於線狀波導。然而，一光I/O (輸入/輸出）裝置 (更明確地說爲一電/光裝置或光/電裝置）通常昂貴且因 此最好降低電路中所含之光I/O裝置之數量。 【發明內容】 因此，本發明之目的在提供一種能降低光I/O裝置數 量的光子電路板，以及包含這種電路板之半導體裝置。 根據本發明，以上目的係藉由提供一光子電路板而達 成，該光子電路板包含：一連接設定電路；一組電導線 (electric wire)，用以連接該連接設定電路及多個裝置； 一光I/O (輸入/輸出）裝置，其連接至該連接設定電路； 以及一二維光傳輸介質，其連接至該光I / 0裝置並適用於 傳輸光訊號；該連接設定電路包含可改變該組電導線和該 光I/O裝置連接模式之一電路。 因此，根據本發明，設有一能降低光I/O裝置數量之 光子電路板。 -5- (3) (3)1254153 本發明一實施例中，使該連接設定電路佈置成該組電 導線中之多條電導線是連接至一單一光I/O裝置。本發明 另一實施例中，使該連接設定電路佈置成光I/O裝置之數 量小於該組電導線之電導線數量。 根據本發明，連接至裝置之一組電導線未固定連接至 各別之光I/O裝置，而是利用一連接設定電路連接至一光 I/O裝置。以這種方式，不再需要提供各裝置一光I/O裝置 0 該連接設定電路可利用如FPGA (場可程式化閘極陣 列）之可重新配置之積體電路來改變連接模式。 更明確地說，根據本發明之光子電路板爲一多層電路 板，它藉由舖設電子佈線層及光學佈線層加以實現並包含 多數個電子裝置。其可爲一包含多個裝置之多層電路板， 該等裝置具有適用於選擇性爲電子裝置佈線的一閘極陣列 ’該佈線方式係使用選自包含電導線與光導線（optical wire)之多數條導線中之導線，其中該等電導線係用於電 氣連接包含電子佈線層之電導線的全部線路，該電路板亦 包含E0裝置與〇E裝置，其中E0裝置具有將電子裝置之電 子訊號轉換成光訊號並將其傳輸至光學佈線層中的功能， 0E裝置具有接收光訊號並將其轉換成電子訊號的功能。 依此種佈置方式，當電導線和光導線共存時，可藉由 重新配置閘極陣列裝置之電路而具體實現切換導線之操作 ’且此重新配置係根據一預定程式，回應由一電子裝置發 至一中介裝置（mediating device)之改變佈線之請求。 (4) (4)1254153 【貫施方式】 較佳實施例說明 現在，藉由參考以圖例說明本發明之較佳實施例隨圖 對本發明詳加說明。 (第一實施例） 現在，本發明之第一實施例將藉參考第1 5圖加以說明 。第1 5圖爲說明根據本發明第一實施例之光子電路板架構 之示意圖。雖然該第一實施例係就當作光I/O裝置使用之 電/光裝置加以說明於下，以下說明亦適用於光/電裝置。 換句話說，以下說明適用於電/光裝置和光/電裝置。就 本發明之用途而言，光I/O裝置指的能輸入或輸出光訊號 之裝置，且電/光裝置指的是能將電子訊號轉換成光訊號 之裝置’而光/電裝置指的是能將光訊號轉換成電子訊號 之裝置。 在第1 5圖中，顯示有一連接設定電路2 1 9 0、用於以電 性方式連接該連接設定電路2 1 9 0和多數個裝置（分別以 2010、2020及2030表示之裝置A、B和C)之一組電導線 1 650及連接至該連接設定電路219〇之電/光裝置2()11和 2 0 2 1。雖然第1 5圖中顯示兩電/光裝置，但在此情況中電/ 光裝置之數量並不受任何特定限制，除非裝置2 〇丨〇、2 0 2 0 和2〇3〇各設有一電/光裝置，儘管電/光裝置之數量最好小 於以該組電導線連接至連接設定電路21 90之裝置數量。在 (5) (5)1254153 第15圖中，元件符號2160表示以光學方式使該等電/光裝 置連接至一光/電裝置1 660之光傳輸介質。最好該光傳輸 介質爲一二維型光傳輸介質。而且，如第15圖中所示，如 需將多數個電/光裝置和該光傳輸介質連接，則最好使用 共同適用於該等電/光裝置之一二維型光傳輸介質。就本 發明之用途而言，一二維光傳輸介質可爲一薄片型或平面 (或曲面）之光波導。然後，以內平面傳播方式，經由薄 片型或平面波導傳輸一光訊號。 連接設計電路21 90擔任之角色爲界定裝置（A、B和C )與該等電/光裝置之連接。雖然該連接設定電路只需具 有切換功能，最好可使用如FPG A之可重新配置之積體電 路。由於如FPGA (場可程式化閘極陣列）之可重新配置 之積體電路包含一組合電路，該組合電路利用AND電路和 OR電路、或是適用於操作正反器之類之邏輯區塊、以及 適用於以SRAM之類之記憶體裝置來維持邏輯區塊間之連 接的佈線區塊所形成，其中該等佈線區塊是佈置在一載有 SRAM (靜態隨機存取記憶體）以作爲記憶體裝置之單晶 片上，藉由從外部將電路配置資料供應至佈線區塊之記憶 體裝置，能界定邏輯區塊間之連接，且因此，要重複並動 態地重寫內部電路的組態是可能的。換言之，藉這種佈置 方式，利用該連接設定電路來變更裝置（20 10，……）和 該等電/光裝置之間之連接模式是可能的。 i現在，以下將硏討根據本發明所實施之裝置A ( 2 0 1 0 )和裝置D ( 2〇4〇 )之間之訊號傳輸操作。只要不會產生 (6) (6)1254153 阻撓使用電子佈線之傳輸的問題，即可利用電子佈線（未 示出）在裝置A和裝置D之間傳輸訊號。然而，此處假設 ，爲某一理由或另一理由（可能電子佈線已有問題）需將 使用電子佈線之訊號傳輸切換成光傳輸。然後，連接設定 電路2190選取裝置A和至少其中一電/光裝置來界定使訊號 能傳輸之裝置A與裝置D間之連接。例如，若選取電/光裝 置2〇21，則利用二維型之光傳輸介質2160將一相應之光訊 號輸入至光/電裝置1 660，然後將其傳輸至裝置D。若該連 接設定電路爲一可重新配置之積體電路，則可自由變更已 設定之連接，使得，例如，裝置B ( 2020 )和裝置D可相 互連接。不用說，變更連接模式可指的是從光傳輸切換至 電傳輸。爲了檢測可能產生在裝置A和裝置D之間的任何 問題，最好將一檢測裝置（下文中亦稱爲中介裝置）佈置 在裝置A和裝置D之間。 最好調整上述之連接設定電路以連接一單一光I/O裝 置及來自該組導線中之多數條導線。且最好是光1/ 〇裝置 之數量小於該組導線之導線數量。 藉由連接根據本發明之一光子電路板之該組導線及（ 可包含1C晶片及/或積體電路之）各種裝置可使一半導體 裝置實現。 (第二實施例） 第1 A至1 C圖爲說明根據本發明第二實施例光子電路 板之示意圖。第1A圖爲一平面示意圖，其中，元件符號 -9- (7) (7)1254153 101表示最上層之電子佈線層，而元件符號104集體表示如 由空白方塊所表示之LSI電子裝置，但是，元件符號l〇4z 表示具有界定導線切換操作之功能特性之中介裝置，且元 件符號106表示連接該等裝置之電導線。在第i a圖中，元 件符號1 〇 5表示穿過電子佈線層1 0 1之穿孔。第1 B圖只說明 位在電子佈線層1 〇 1下之光學佈線層1 0 2。不像電子佈線層 101，光學佈線層102是以薄片狀之二維（2D )光波導102 的形式加以實現。在第1 B圖中，元件符號1 03集體表示如 發光裝置及（可包含用於電/光轉換之射極及用於光/電轉 換之檢測器及其驅動電路之）光檢測裝置的光I/O裝置， 而元件符號107以圖示方式表示一光訊號之擴散/傳播，但 是，元件符號108以圖示方式表示一光訊號之光束傳播。 第1 C圖顯示當電子佈線層及光學佈線層組合在一起並由上 投影時之影像。因此，第1C圖說明電子裝置104和光I/O裝 置1 0 3之位置關係。 第2圖爲第1 C圖中沿線2 - 2所取之切面示意圖。在此 實施例之情況中，於一承接基板1〇〇上，將光學佈線層102 夾在一對電子佈線層l〇la和101b之間，並將光I/O裝置1〇3 佈置在接近電子佈線層101 a和光學佈線層1〇2之介面。此 外，將場可程式化閘極陣列（FP G A )或可程式化邏輯裝 置（PLD) 203佈置在接近電子佈線層中之各別光I/O 裝置，並以電性連接至各別之最接近之光1/0裝置103。如 先前之說明，藉利用一連接設定電路及其數量小於電子裝 置104數量之電/光裝置，可使一光子電路板實現。換言之 -10- (8) (8)1254153 ’電/光裝置之數量小於當其與電子裝置表示爲一對一對 應時所界定之數量。 承接基板100通常由陶瓷材質做成且光學佈線層102爲 薄膜狀，但是電子佈線層1 0 1可爲組合層。如L S I之電子裝 置1 0 4是以凸塊（例如，銲接球）1 〇 9安裝在電子佈線層 1 0 1 a之表面上。閘極陣列（FPGA或PLD ) 203之特徵爲其 內部佈線可由裝置外部或內部所供應之一程式加以重新配 置。FPGA或PLD爲一邏輯裝置，其中係整體形成大量之 閘極陣列，且藉由選定一外部或內部程式，幾乎可自由變 更其內部佈線圖案。這種裝置已被普遍使用在行動電話及 其設計會時常變更之類似裝置中。 現在，以下將以與一 FPGA或PLD—起使用之光I/O裝 置103說明一球型光子1C。第3圖爲說明一球型光子1C之示 意圖。因發光裝置及/或光檢測裝置可和CMOS電路整體形 成在直徑約1mm之球面半導體表面上，且因此球型光子1C 之作用如光學1C般並具有球面輪廓，其可使光線在一 2D 平面中以一預期方向擴散，並以一預期或特定方向發射光 束或檢測以一預定或特定方向進入之光束。 參考第3圖，元件符號301表示一未摻雜球面Si基板（ 通常爲直徑1mm之厚度）而元件符號3〇2集體表示形成在 其中一半球面（第3圖中之北半球面）表面上之1C。元件 符號3 03集體表示形成在南半球面上之光學裝置，該等裝 置可爲發光裝置或光檢測裝置（含非限制性之四個 GalnNAs/AlGaAs型表面發光雷射或形成在此實施例中等 -11 - 1254153 Ο) 效於（III )平面上之表面型光二極體），而元件符號304 集體表示電導線。當1C 3 02和發光裝置3 0 3整體形成時， 他們可以是驅動1C或並列/串列轉換電路。另一方面，當 I C 3 0 2和光檢測裝置3 0 3整體形成時，他們可以是偏壓電 路、前置放大器、波形穩壓電路或串列/並列轉換電路。 當調整裝置3 03以作用爲發光裝置和光檢測裝置時，需對 其添增對應之電子電路。這種電路通常可由一 CMOS製程 加以製備，且其邏輯電壓可爲3.3 V或其它電壓値。 第4圖爲說明另一球型光子1C之示意圖。第4圖中，電 子電路部401、電導線402及電子電路部之電極接墊部403 係類似於第3圖之相對應部位，但光學裝置與第3圖中顯著 不同。此外’元件符號40 7集體表示形成在接觸層406上之 光學裝置之電極接墊，且元件符號405表示具有半球面輪 廓並夾在包覆層404之間之主動層。若光學裝置爲發光裝 置，經由光學裝置之電極接墊407所注入之載子會在主動 層中被重新組合以發射光線。另一方面，若光學裝置爲光 檢測裝置，則主動層40 5會被逆向偏壓，且所檢測之光線 會在那裡形成電子-電洞對。任一情況中，不需提供個別 之光學系統供發光或吸光，且由於球型光子；[c爲球面形， 故能高度有效率地實施電/光或光/電轉換。 當利用第1B圖之光學佈線層102，以擴散/傳播模式 107傳輸資料時，可使用第4圖中所示之球型光子1C，但是 ，當以光束/傳播模式1 0 8傳輸資料時，可使用第3圖中所 示之球型光子1C。在根據本發明之光子電路板中可高度適 -12- 1254153 do) 當地使用一光子裝置，尤其是就結構和功能而言。 雖然各光I/O裝置103係獨立形成在接近第2圖中之 FPGA或PLD 203，光I/O裝置1 03和FPG A或PLD 203可整體 形成在一球型光子1C上加以增強其作用。由於使用縮短的 導線，整體性形成裝置之優點包括提高傳輸率上限、降低 功率消耗率、降低組裝工作負荷及降低成本。 現在，藉參考第2圖，以下將說明本實施例之操作原 理。 首先將硏討從電子佈線切換至光學佈線之操作。此處 假設從LSI l(Ma傳輸至LSI 104c的資料皆安裝在電子佈線 層 101a中，且 LSI 104a 和 104c 可爲兩 CPU、一 CPU 及一 RAM或類似者。若他們僅承受些微負載並以約10MHz之速 率傳送資料，則他們幾乎不受EMI、接線延遲或類似之影 響，使得（例如爲電子佈線線路20 1之）一般電子佈線可 操作於一穩定基礎上。此時，電子佈線2 0 1上所有的PLD 2 03皆爲關閉且因此未連接光I/O裝置103。 然後，假設驅動兩LSI以例如8 00MHz之高資料傳輸率 加以操作，使得電子佈線201由於EMI或接線延遲等原因 不再正確地傳輸資料。此外，若亦驅動佈置在他們之間之 另一 LSI 104b以高資料傳輸率（或大電流）加以操作，則 其Ε ΜI之影響可Η §無法忽略。右未驅動L S I 1 0 4 a以迫種局 資料傳輸率加以操作，則由於含外界電波之環境變化而在 內部所感應之電磁場可能提高操作失誤。然後，一中介裝 置（例如，第1 A圖中之中介裝置1 (Mz )檢測問題並指定光 -13 - (11) (11)1254153 I/O裝置103爲LSI 104a所使用。所指定之光I/O裝置正常可 爲位在最接近LSI l(Ha者（第2圖中之光I/O裝置l〇3a)， 但不限於使用光I/O裝置103a。這提供本發明之一特性觀 點。一電子裝置所使用之一特定光I/O裝置並未事先加以 界定。換言之，每次產生光佈線/連接之要求時才選定一 光I/O裝置。因此，提供少量的光I/O裝置即足夠，此數量 遠小於電子裝置之數量。另一方面，爲選定大於或等於一 個的光I/O裝置，需將切換裝置佈置在接近內佈線層，且 爲了本發明之目的，係使用FPGA或PLD爲切換裝置。 以下列說明之方式指定一光I/O裝置。當從中介裝置 收到問題通知，？1^(例如，卩1^ 203 &和203 (〇即從中介 裝置接收切換程式或切換圖案資料，並根據內含之指令， 藉選擇性地導通/關閉閘極陣列加以重新配置電路。例如 ，他們可從作爲旁通用之電子佈線線路2 0 1切換至包含光 I/O裝置1〇3 a和l〇3c於其線路中之光學佈線線路202。如將 程式設計爲使所有其它光I/O裝置1〇3關閉，則光I/O裝置 103a和l〇3c可獨占性地使用光學佈線層102。 因此，藉電子佈線線路無法成功傳送之資料現可以擴 散/傳播或光束/傳播之方式經由2D光波導102加以傳送， 因他們採取由光I/O裝置a之電/光轉換結果所取得之光 訊號形式。當光訊號抵達光1/0裝置(本例中爲一光 檢測器+一放大器）時’它會再受到光/電轉換以恢復原先 資料，接著利用以電性方式連接至L S I 1 0 4 c之P L D 2 0 3 c將 該資料傳送至目的地LSI 10 4c。如有需要，光I/O裝置 (12) 1254153 l〇3 a和103 c可繼續佔有光學佈線層或他們可釋放光 層並回到電子佈線。可藉光I/O裝置，以擴散光束 光學佈線層及/或以一光束選擇性地照射光學佈線 部分區域的方式加以傳送資料。 另一方面，以上述之反向步驟從光學佈線切換 佈線。當利用光學佈線傳送資料之操作結束時，如 這麼設計的話，將自動重新選取電子佈線。 要從目前之電子佈線線路切換至另一線路亦是 。當未以一般佈線線路準確地傳送資料時，其可能 以切換佈線線路的方式加以準確地傳送資料。而且 學佈線線路已被佔用且資料傳送因太緊急而無法等 路有空時，可能需要使用某些其它之電子佈線線路 這種情況，可將其佈置爲令中介裝置提供閘極陣列 種程式，以重新配置電路，其中該程式可爲另一電 線路開啓閘極。 雖然以上說明中使用位在最接近LSI 104a之^ 置l〇3a ’ I/O裝置可能已被佔用。因此，可能可利 接近被佔用之I/O裝置之另一光I/O裝置，例如： 1 0 3 b，加以傳送光資料。簡言之，藉切換由中介裝 供之程式，可使用任何之光I/O裝置103。 至於重新配置光學/電子佈線，可藉由使電子 光學佈線兩者適用於裝置間的連接而顯著地增進佈 度。現在，以下將硏討將一可重新配置之積體電路 電/光裝置和光/電裝置兩者之一實例。 學佈線 至整個 層之一 至電子 程式有 可能的 可單純 ，當光 到該線 。對於 裝置一 子佈線 I/O 裝 用位在 光裝置 置所提 佈線和 線自由 應用至 -15- (13) (13)1254153 第1 〇圖說明一重新配置之光學/電子佈線示意圖。在 第10圖中，元件符號10〇4集體表示LSI之類者之電子端點 ，且元件符號1001集體表示包含如PLD之可重新配置積體 電路之電網路，但是，元件符號1 003集體表示光I/O裝置 (第1 〇圖中，那些佈置在左邊的是電/光裝置而那些佈置 在右邊的是光/電裝置）而元件符號1 002表示包含光I/O裝 置及一光學佈線層之光學網路。各電網路1 00 1和相關端點 1〇 04是利用一組電導線1 00 7加以連接。 任何電子端點可利用對應之電網路1 00 1選取一預期之 內部導線。例如，它可利用PLD切換內部導線並將它本身 連接至一預期光I/O裝置之輸入端，俾能從一電子訊號切 換至一光訊號。此外，它能將它本身連接至光學網路中之 一預期光I/O裝置（最簡單之技術爲整個擴散/傳播）。在 光I/O裝置中將光訊號轉換成一電子訊號，利用對應之電 網路1〇〇1再將它本身連接至一預期端點。當未使用PLD和 光學網路時，整體佈置是以一般電子佈線加以操作。 以這種方式，藉組合一個或一個以上之電網路及一個 或一個以上之光學網路可顯著地增進佈線之自由度。 這將詳加說明如下。理想上，爲傳輸電子訊號起見， 可將佈置中之任何LSI端點連接至任何現有端點。根據本 發明，利用電子佈線及光學佈線之重新配置可實現這種理 想情況。藉連接多數LSI端點至一 PLD附近並切換PLD中之 導線，要從多數導線中選取一導線是可能的。更明確地說 ，該些導線爲連接至位在附近之多數光I/O裝置之輸入端 -16 - (14) (14)1254153 之導線。從一光I / 〇裝置之觀點，此處重要的是有許多導 線連接至該光I/O裝置。換言之，爲光電轉換起見，光;[/〇 裝置之作用爲多數端點之介面。迄今，爲將一電子訊號轉 換成一光訊號起見，將一單一電導線耦合至一電子端點。 以這種佈置，需要和端點數量一樣多的光I/O裝置，但鑒 於裝置尺寸及成本，使用這種大量之光I/O裝置實際上不 可能。相反的是，根據這發明，使用數量甚小於端點數量 之光I/O裝置，要重新配置電路佈線是可能的。 根據這發明，如以上之詳細說明，藉由在（可連接至 各種裝置之）該組電導線和光I/O裝置之間佈置一導線連 接設定電路，可實現一光子電路板，該光子電路板包含數 個光I/O裝置，且該光I/O裝置之數量小於利用一組電導線 連接至他們之裝置數量。 (第三實施例） 第5圖爲本發明第三實施例之一多層型光子電路板之 示意切面圖。第三實施例不同於第二實施例之處是以不同 位準設有數個光學佈線層1 〇 2，一穿孔1 〇 5穿過光學佈線層 ，並將電子裝置1 〇4安裝在電路板之頂部及底部。以如第 二實施例情況之平面爲準，各光學佈線層1 02適於藉由擴 散一光訊號來傳輸資料。 雖然第三實施例之作用基本上和第二實施例相同，以 下將補充說明此實施例操作之某些特性觀點。 假設一實例爲以一高傳送率將資料從佈置於不同位準 -17- (15) (15)1254153 之L S I 1 Ο 4 d傳送至L S I 1 〇 4 a。一般佈線線路2 Ο 1覆蓋緊接位 在LSI 104d—穿孔1〇5->電子佈線層101a— LSI 104a上方之 電子佈線層1 〇 1 d。因位在線路上之所有閘極陣列2 〇 3 d、 203b和203a皆未導通，故他們未作用爲閘極。 雖然在一般狀態中利用以上線路傳送資料沒問題’卻 產生不再正常傳送資料之情況。例如，如增強位在接近電 子佈線線路2 0 1之裝置（例如，L S I 1 〇 4 b )附近之電磁場 ，則（由於EMI，佈線延遲之類者）緊接在該電磁場下方 之區域中的資料傳送操作將被嚴重影響。當中介裝置（第 5圖中未示出）檢測到這情況時，其會決定以最大可能程 度將電子佈線線路20 1切換至一光學佈線線路。爲了緊接 位在LSI 104d—穿孔105 —電子佈線層101a上方之電子佈 線層1 0 1 d之全長而使用電導線。然後，本實施例之中介裝 置會選定光I/O裝置l〇3c和103a，並使閘極陣列203 c和 2〇3a導通。然後，其會使光I/O裝置103a對從LSI 104d所 傳送之資料進行電/光轉換，使該光資料經由光學佈線層 l〇2a加以傳送，並使光I/O裝置103a對該光資料進行光/電 轉換，以產生一再由LSI 104a所取入之電子訊號（藉傳送 一程式至各相關裝置或通知他們在ROM中程式之程式號碼 )。以這種佈置方式可避免資料傳送中肇因於EMI之問題 。如有必要的話，中介裝置會通知光I/O裝置103或閘極陣 列裝置203該程式，以恢復原始佈線線路。以這方式，利 用閘極陣列裝置可選用電導線和光導線。 -18- (16) (16)1254153 (第四實施例） 第6圖爲本發明第四實施例之示意切面圖。實施例中 與第2圖中相同或類似之裝置和部件分別以相同元件符號 表示。在這實施例中，FPGA或PLD (閘極陣列裝置）203 是集中在（且整體佈置在）位置接近光I/O裝置103之一單 一電子佈線層l〇lb中。當閘極陣列2〇3整合成一單晶片時 ，這實施例將提供額外之優點。由於使用縮短的導線，這 種優點包含提高傳送率上限、降低功率消耗率、降低組裝 之工作負荷並降低成本。另外，這實施例與第一實施例相 同，尤其是依據操作及作用而言。 (第五實施例） 第7圖爲本發明第五實施例之一多層型光子電路板之 示意切面圖。這實施例不同於第四實施例之處是以不同位 準設有數個光學佈線層102，一穿孔105穿過光學佈線層， 電子裝置1 04是安裝在電路板之頂部及底部上，閘極陣列 裝置203非佈置在光I/O裝置103附近，而是整合在一專用 的閘極陣列層60 1中，指定佈線線路之切換之中介裝置 l〇4z亦佈置在這層601中，且未設有支撐基板100。以如前 實施例情況之平面爲準，各光學佈線層1 〇2係適於藉由擴 散一光訊號來傳輸資料。雖然閘極陣列裝置20 3是佈置在 電子佈線層1 〇 1 b中，如以上所指出，該電子佈線層1 〇 1 b之 位置接近第四實施例中之光I/O裝置1〇3，閘極陣列裝置 203會集中在一位置離光I/O裝置103相當遠之一單一整體 -19- (17) (17)1254153 型閘極陣列層601中。 雖然第7圖表示數個閘極陣列裝置2〇3是含在層601內 ，所有裝置亦可被整合在一單晶片內。從成本觀點看來， 後者之佈置是有利的。 雖然這實施例操作下之原理與第四實施例相同，以下 將補充說明這實施例操作之某些特性觀點。 此處假設以一高傳送率將資料從佈置在電路板不同面 之LSI l(Md傳送至LSI l(Ma。一般佈線線路201覆蓋緊接位 在LSI 104d—穿孔105—電子佈線層101a->LSI 104a上方之 電子佈線層1 〇1 d。利用穿孔1 0 5，資料只通過閘極陣列層 601 ° 雖然在一般狀態中利用以上線路傳送資料沒問題，卻 產生不再正常傳送資料之情況。例如，若位置接近電子佈 線線路201之電子裝置LSI 104e產生EMI時，位在緊接於其 上方區域中的資料傳送操作將嚴重地受到影響。在這種情 況中，有利的是以最大可能程度將電子佈線線路切換至光 學佈線線路。在這實施例中，閘極陣列層6 〇 1中之中介裝 置l〇4z決定分別選定光I/O裝置l〇3d及光I/O裝置l〇3b作爲 電/光裝置和光/電裝置，俾能重新配置閘極陣列203中Z 所有佈線。換言之，閘極陣列層6 0 1之作用如一種切換板 (switch board)。需注意以上所界定之線路並非唯一且可 能有許多線路可被採用。然而，中介裝置l〇4z每次皆可藉 由參考過去之佈線結果而選定一最佳佈線圖案。在第7圖 之實例中，來自LSI l〇4d之資料在光I/O裝置l〇3d中受到 (18) (18)1254153 電/光轉換，並經由光學佈線層1 Ο 2 b加以傳輸。然後，該 光資料在光I/O裝置l〇3b中受到光/電轉換，並遵循第7圖 中所示之光線路2〇2，利用電子佈線層101c、穿孔105和電 子佈線層101 a將所得到之電子訊號取入LSI 104a內。 就此實施例而言，（1 )可獨立設計、處理和安裝光 I/O裝置及閘極陣列裝置，且（2 )可簡化印刷電路板之製 程以達成低成本，因該些層（電子佈線層、光學佈線層及 閘極陣列層）具有彼此完全不同之各別角色。 (第六實施例） 第8圖以圖示方式說明本發明之第六實施例。在第8圖 中，元件符號1 〇 3集體表示如鐵格架圖案均勻佈置在一光 子電路板上之光I/O裝置。同時，將閘極陣列（未示出） 佈置在各光I/O裝置附近。或是，103可集體表示各個藉整 體組合一光I/O裝置和一閘極陣列裝置而形成之裝置。裝 置之此種規律性佈置不只簡化閘極陣列和光I/O裝置之安 裝程序，且亦簡化閘極陣列的結構及閘極陣列用來切換佈 線之程式。本實施例之其餘組件及操作與先前實施例類似 〇 現在，以下將說明用以切換電子佈線之連接設定電路 (例如，？1^〇)之佈置方法。可以第11圖中所示之鐵格架 圖案形式，將多數個PLD 203佈置在相同平面上，並利用 一電子佈線層加以彼此相連接。這種規律性佈置可提供簡 化電子佈線層之佈局操作的優點。PLD可彼此相同或彼此 (19) (19)1254153 相異。多數個（例如，3 2個）電子端點可連接至各pld， 其可接著具有用於連接至四個光1/〇裝置的輸出線。雖然 正常上是使用一電子佈線線路，當需使用一光學佈線線路 或需將電寸*佈線線路切換至另一線路時，則根據來自中介 裝置（例如，第1圖中之裝置i 〇4z )之指令，藉由切換 P L D之內部導線重新配置佈線佈置。這種功能之實施不只 靠一單一 PLD而且同時靠多數PLD。光子之重新配置可被 加以實現，這允許在高速下彈性地加以傳輸資料。 以上設計觀念可以將各PLD佈置成不只是切換導線且 亦將其重新配置，以作爲如DSP之其它不同裝置之方式加 以發展。然後’雖然其位置之佈置一點也沒變，然而其可 作爲功能完全不同之裝置。 在第I2圖中，PLD 2〇3、電導線3〇4及光導線（含光束 和擴散）107和108是佈置在一相同平面上。在第12圖中， P L D不獨立作用（加以重新配置），而是以電性方式彼此 連接，俾能以高度協調之方式加以操作並使整體電路作爲 重新配置之媒介。換言之，當PLD之作用只是切換導線時 ，則各PLD僅適於在「圍繞」PLD之區域內重新配置電路 ，但是，當它能重新配置其本身時，即參與重新配置整個 電路。例如，因PLD有彈性地彼此連接（並能連接至2D平 面上之任何位置），故可將連接至PLD 1之端點1連接至任 何 P L D。 藉由參考第1 3圖，以下將說明一光子重新建置實例。 假設第1 3圖顯示一般之佈線佈置（配置1 )，其中係 -22- (20) (20)1254153 利用一般匯流排3 04使一 CPU、一 RAM及一 D SP彼此連接。 若此佈置是以單一封裝或在一單一基板上加以實現，則可 將它重新配置’俾能作用爲具有如第〗4圖中所示完全不同 6勺佈線佈局之系統裝置。若只利用電導線完成此重新配置 ’則導線密度會變成極高且結果，由於ΕΜΙ、佈線延遲之 類者，而不可能以預期速率傳送資料。簡言之，這種重新 配置只有根據本發明才可能。 在以上說明中注意到電子佈線指的是固定佈線，故其 可爲使用1 D光波導和光纖所實現之固定光學佈線。 (第七實施例） 第9圖爲說明本發明第七實施例之示意圖。在第9圖中 ’元件符號1 〇 3集體表示以一預期圖案形式佈置在一光子 基板上之光I/O裝置。同時，閘極陣列是佈置在各別光I/O 裝置附近。另外，在這實施例中，1 0 3亦可集體表示各個 藉整體組合一光I/O裝置和一閘極陣列裝置而形成之裝置 。雖然光I/O裝置之這種自由佈置會使閘極陣列和光I/O裝 置之安裝操作變得複雜，但它提供之優點包含其能限制光 學佈線之適用範圍，且如第1 Α圖中之說明，其允許自由 選定一擴散/傳播模式或光束/傳播模式。另外，這實施例 與第六實施例相同。注意到擴散/傳播模式指的是以一預 定照射角，從一訊號源傳播光線之一種模式，而光束/傳 播模式指的是以一導向一特定裝置之方向，以光束加以傳 播光線之一種模式。 -23- (21) (21)1254153 第六實施例和第七實施例或其組合可根據電路板所需 之規格適當地加以修改。 【圖式簡單說明】 第1 A圖爲說明本發明第二實施例之電子佈線層之示 意平面圖； 第1 B圖爲說明本發明第二實施例之光接線層之示意平 面圖； 第1 C圖爲說明本發明第二實施例之組合電子佈線層和 光學佈線層之示意平面圖； 第2圖爲第1 C圖中沿線2 - 2所取之本發明第二實施例 之示意切面圖； 第3圖爲說明一球型光子1C之示意圖； 第4圖爲說明另一球型光子1C之示意圖； 第5圖爲本發明第三實施例之示意切面圖； 第6圖爲本發明第四實施例之示意切面圖； 第7圖爲本發明第五實施例之示意切面圖； 第8圖爲本發明第六實施例之示意切面圖； 第9圖爲本發明第七實施例之示意切面圖； 第1 〇圖爲說明本發明槪念之示意圖； 第1 1圖爲說明本發明槪念之另一示意圖； 第1 2圖爲說明本發明槪念之又一示意圖； 第1 3圖爲說明本發明槪念之又一示意圖； 第1 4圖爲說明本發明槪念之又一示意圖； -24- (22)1254153 第1 5圖爲說明本發明第一實施例架構之示意圖； 第1 6圖爲說明先前技術之示意圖。 [主要元件對照表] 2060 光導線 2 190 連接設定電路 1650 電導線 20 10 裝置A 2020 裝置B 203 0 裝置C 20 11 電/光裝置 202 1 電/光裝置 2 160 光傳輸介質 1660 光/電裝置 10 1 電子佈線層 104 電子裝置 1 06 電導線 105 穿孔 102 光學佈線層 1 03 光I/O裝置 203 可程式化邏輯裝置 100 基板 109 凸塊 3 03 光學裝置 3 02 積體電路

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(23) 3 03 發 光 裝 置 40 1 電 子 電 路 部 402 電 導 線 403 電 極 接 墊 部 406 接 觸 層 405 主 動 層 404 包 覆 層 407 電 極 接 墊 20 1 電 子 佈 線 線 路 100 1 電 網 路 1002 光 學 網 路 1003 光 I/O裝置 1004 端 點 1007 電 導 線 203 a 聞 極 陣 列 203 c 閘 極 陣 列 203 聞 極 陣 列 裝 置 60 1 閘 極 陣 列 層 202 光 學 佈 線 線 路 304 電 導 線 107 光 導 線 1 08 光 導 線 3 04 匯 流 排 2040 裝 置 D

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Claims (1)

1. (1) (1)1254153 拾、申請專利範圍 1 . 一種光子電路板，包含·· 一連接設定電路； 一組電導線，用以連接該連接設定電路及多數裝置； 一光I/O裝置，其連接至該連接設定電路；以及 一二維光傳輸介質，其連接至該光I/O裝置並適用於 傳輸光訊號； 該連接設定電路包含一可改變該組電導線和該光I/O 裝置連接模式之電路。 2.如申請專利範圍第1項之光子電路板，其中，該 連接設定電路爲一可重新配置之積體電路。 3 .如申請專利範圍第2項之光子電路板，其中，利 用一場可程式化閘極陣列加以形成該可重新配置之積體電 路。 4. 如申請專利範圍第1項之光子電路板，其中，使 該連接設定電路佈置成該組電導線中之多條電導線是連接 至一單一光I/O裝置。 5. 如申請專利範圍第1項之光子電路板，其中，使 該連接設定電路佈置成光I / 〇裝置之數量小於該組電導線 之電導線數量。 6. 如申請專利範圍第1項之光子電路板，其中’該 光I/O裝置爲一球型光子1C。 7. —種半導體設備，其中，多個電子裝置是連接至 根據申請專利範圍第1項之該組電導線。 -27-