WO2005006454A1

WO2005006454A1 - 情報処理装置用基板および情報処理装置

Info

Publication number: WO2005006454A1
Application number: PCT/JP2003/008734
Authority: WO
Inventors: Teru Matsuura; Yasumasa Nagao
Original assignee: Soliton R & D Co., Ltd.
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-20
Also published as: AU2003248261A1

Abstract

　超電導素子、光素子、およびバイオ素子の少なくとも一つを備えた情報処理装置の小型化を可能とする情報処理装置用基板を提供する。基板（６０）の一部を薄肉とすることにより、超電導素子（２０）を冷却する冷媒が流通する冷媒通路（６４）、光電子素子（３０）に接続される光導波路（６６）、およびバイオ素子（４０）の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路（６８）を形成する。このようにすると、装置全体を極低温の冷媒に浸漬することなく超電導素子（２０）を冷却することができ、また、光ファイバーケーブルや配管を引き回す必要もないので、情報処理装置（１０）が小型になる。

Description

明細書情報処理装置用基板および情報処理装置

技術分野

本発明は、計算やその他の情報処理を行う情報処理装置用の基板、およびその基板を備えた情報処理装置に関する。背景技術

情報処理装置としては、常温で作動する電気素子を組み合わせたものが一般的であり、電子計算機と呼ばれる情報処理装置が広く用いられている。

電子計算機の処理速度は著しく高速になってきているが、より一層の高速化、高 S /N比が求められている。しかし、常温で作動する電気素子の処理速度は、物理的限界が予想されるようになってきた。そこで、極低温環境とされることにより超電導状態で作動する超電導素子を用いることが提案されている。また、光の伝播は遅れ時間がほとんどないので、外部との信号の入出力を光により行う光素子を電気素子と組み合わせることも提案されている。また、バイオ素子を電気素子と組み合わせることも提案されている。

しかし、超電導素子を用いる場合には、装置全体を極低温の冷媒に浸漬する必要があつたので、装置が大がかりになるという問題がある。 . また、光素子を用いる場合には、光素子間に光を伝送する通路すなわち光伝送通路が必要となり、この光伝送通路には、光ファイバ一ケーブルが用いられているが、光ファイバ一ケーブルにより複雑な光伝送通路を構築しょうとすると、多数のケーブルを引き回す必要があるので、光伝送通路の構築が困難であり、構築できたとしても、装置が大きくなつてしまうという問題がある。

また、バイオ素子を用いる場合には、バイオ素子に生命活動を維持するために必要な物質を運搬する通路すなわちバイオ素子活動維持通路が必要となる。バイォ素子に生命活動を維持するために必要な物質としては、バイオ素子に供給する栄養物質、バイオ素子から出る老廃物、所定のホルモン等のバイオ素子を制御するための物質などがある。バイオ素子活動維持通路として配管を用いることが考えられるが、配管を用いると、光ファイバ一ケーブルの場合と同様に、複雑な通路の構築が困難となり、構築できたとしても、装置が大きくなつてしまうという問題がある。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、超電導素子、光素子、およびバイオ素子の少なくとも一つを備えた情報処理装置の小型化を可能とする情報処理装置用基板および情報処理装置を提供することにある。

発明の開示

上記目的を達成するための本発明は、情報処理装置用基板であって、その基板の一部が薄肉とされることにより、超電導素子を冷却する冷媒が流通する冷媒通路、光素子に接続される光伝送通路、およびバイオ素子の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、基板の一部が薄肉とされることによって、冷媒通路、光伝送通路、バイォ素子活動維持通路の少なくとも一つが形成されているので、この基板を用いれば、情報処理装置が小型になる。すなわち、基板の一部が薄肉とされることにより冷媒通路が形成されていると、装置全体を極低温の冷媒に浸漬することなく超電導素子を冷却することができるので、情報処理装置が小型になり、基板の一部が薄肉とされることにより光伝送通路やバイオ活動維持通路を形成すれば、光ファイバ一ケーブルを引き回したり、配管を引き回す必要がなくなることから、情報処理装置が小型になる。

ここで、上記情報処理装置用基板には、上記冷媒通路、光伝送通路、およびバィォ素子活動維持通路のうち、一種のみが形成されていてもよいが、情報処理装置の目的に応じて、それらのうちいずれか二つの通路（たとえば、冷媒通路とパィォ素子活動維持通路、光伝送通路とバイオ素子活動維持通路）が形成されていてもよいし、三つすベての通路が形成されていてもよい。

また、基板に冷媒通路が形成されている場合には、好ましくは、その基板は、前記超電導素子に接触させられる金属箔およびその金属箔に積層される金属箔の

2枚の金属箔を含み、前記冷媒通路は、その 2枚の金属箔の互いに ¾；向する部分が薄肉とされることにより形成される。このようにすれば、冷媒通路内の冷媒と超電導素子との間の熱の伝達が熱伝導率の高い金属を媒介して行われるので、効果的に超電導素子が冷却される。

また、上記情報処理装置用基板には、さらに、素子間を接続する電気的に接続する導体配線が設けられていてもよい。

また、好ましくは、前記通路はエッチングにより形成される。このようにすれば、電気回路配線と同様に複雑な経路を精度良く形成することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施例の情報処理装置の平面図である。

図 2は、図 1の I I一 I I線断面図である。

図 3は、図 2に示す部分を、超電導素子および第 5金属箔を取り除いた状態で示す平面図である。

図 4は、図 1の I V— I V線断面図である。

図 5は、図 1の V— V線断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図 1は、本発明の一実施例の情報処理装置 1 0の平面図である。図 1の情報処理装置 1 0は、複数の超電導素子 2 0と、複数の光電子素子 3 0と、複数のバイオ素子 4 0と、常温で作動する電気素子 5 0とが同一の基板 6 0上に配設された構造であり、これら超電導素子 2 0、光電子素子 3 0、バイオ素子 4 0、電気素子 5 0の作用により演算などの情報処理を実行する。

超電導素子 2 0は、所定の臨界温度以下とされることにより超電導状態となつて、高速且つ高 S /N比で作動する素子である。また、この超電導素子 2 0としては、一つの素子のみを含むものだけでなく、複数の素子が集積化されて一体化されたもの（すなわち集積回路）も用いることができる。

光素子として機能する光電子素子 3 0は、図示しない内部に光機能素子、光集積回路、或いはォプトエレクト口ェクス素子、および電子素子を備えており、内部の信号処理を光おょぴ電気により行い、外部との信号の入出力を光または光と電気により行う素子であり、光を信号として用いるのでほとんど時間遅れなく信号を伝播させることができる。図 1の情報処理装置 1 0には、光電子素子 3 0として、常温で作動する光電子素子 3 0 a、所定の臨界温度を有し、臨界温度以下において超伝導状態で作動する（すなわち超電導素子 2 0でもある）超電導光電子素子 3 0 b、および光電子センサ 3 0 cが設けられている。

バイオ素子 4 0は、たとえば導体配線 6 2に接続され且つ相互に接続された複数の生体細胞のような生体関連物質が図示しない内部に収容されており、その生体関連物質相互の信号伝達特性を利用して信号処理を行う素子である。図 1の情報処理装置 1 0には、バイオ素子 4 0として、神経細胞素子 4 0 a、バイオセンサ 4 0 b、および網膜細胞などの光交感生体細胞 4 2と電気素子とが組み合わされたバイオ光電子素子 4 0 cが設けられている。

また、図 1において、上記素子 2 0、 3 0、 4 0間を結ぶ実線は、基板 6 0上にエッチングにより金属箔から図 1に示すパターンで形成された導体配線 6 2である。導体配線 6 2は、たとえば銅製であり、導体配線 6 2により同種の素子間および異種素子間が電気的に接続されている。

また、基板 6 0内には、超電導素子 2 0を冷却する冷媒が流通する冷媒通路 6 4、光電子素子 3 0から出力される光が伝播する光導波路 6 6 (すなわち光伝送通路）、バイオ素子 4 0の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路 6 8が形成されている。

冷媒通路 6 の一方の端は冷媒注入口 7 0とされ、その冷媒注入口 7 0には、図示しない配管を介して、基板 6 0外に設けられた図示しないポンプにより冷媒が注入される。そして、注入された冷媒は冷媒通路 6 4内を流通した後、冷媒排出口 7 2から排出される。用いられる冷媒の種類は、超電導素子 2 0の臨界温度により決まるが、液体窒素またはその近辺の沸点を持つ物質が好ましい。バイォ素子活動維持通路 6 8としては、バイォ素子 4 0にたとえば生体関連物質を養うための栄養物質を運搬するための栄養物質運搬通路 6 8 a、バイオ素子 4 0内の生体関連物質から出される老廃物を運搬するための老廃物運搬通路 6 8 b、およびバイオ素子 4 0の内部に収容された生体関連物質の成長、接続変更による記憶や論理学習などを制御するためのホルモン等の所定の制御物質を運搬する制御物質運搬路 6 8 cが形成されている。また、栄養物質運搬通路 6 8 aおよぴ制御物質運搬通路 6 8 cには、図示しない恒温装置が接続されており、バイオ素子 4 0に供給される物質の温度は略一定となるように制御されている。

図 2、図 4、図 5は、それぞれ図 1の I I― I I線、 I V— I V線、 V— V線の断面図である。すなわち、図 2は超電導素子 2 0が配置されている部分の断面図、図 4は光電子素子 3 0 aが配置されている部分の断面図、図 5はバイオセンサ 4 O b (バイオ素子 4 0 ) が配置されている部分の断面図である。

図 4、図 5に示すように、基板 6 0は、上側樹脂板 6 0 aと下側樹脂板 6 0 b との間に、 3枚の金属箔、すなわち第 1金属箔 6 0 c、第 2金属箔 6 0 d、第 3 金属箔 6 0 eが挟まれた 5層積層構造を基本とするが、図 2に示すように、超電導素子 2 0が配置されている部分には、さらに、上側樹脂板 6 0 aの上側（超電導素子 2 0側）に、平面形状が超電導素子 2 0と同形の 2枚の金属箔、すなわち第 4金属箔 6 0 f 、第 5金属箔 6 0 gが積層されている。これら金属箔 6 0 c〜 6 0 gは、たとえば、銅箔であり、金属箔同士または金属箔と樹脂板との貼り合わせには、必要に応じて所定の接着剤が用いられる。

そして、素子 2 0、 3 0、 4 0は、上側樹脂板 6 0 aまたは第 5金属箔 6 0 g の上に载置される。なお、図 2、図 4、図 5では、金属箔 6 0 c〜6 0 gおよび導体配線 6 2は、実際よりも厚く示されている。

図 3は、情報処理装置 1 0の図 2に示す部分を、超電導素子 2 0および超電導素子 2 0に接触させられている第 5金属箔 6 0 gを取り除いた状態で示す平面図である。

図 3に示されるように、冷媒通路 6 4は、冷媒を超電導素子 2 0下部まで導く冷媒供給路 6 4 a、超電導素子 2 0下を流通して超電導素子 2 0を冷却する冷却路 6 4 b、超電導素子 2 0を冷却した冷媒を排出する冷媒排出路 6 4 c、冷媒供給路 6 4 aと冷却路 6 4 bを連結する第 1スルーホール 6 4 d、および冷却路 6 4 bと冷媒排出路 6 4 cとを連結する第 2スルーホール 6 4 eから構成されている。

図 2に示すように、冷媒供給路 6 4 aは、第 1金属箔 6 0 cと第 2金属箔 6 0 dの互いに対向する部分が薄肉とされることにより形成され、冷却路 6 4 bは、上側樹脂板 6 0 aと超電導素子 2 0との間の 2枚の金属箔、すなわち第 4金属箔 6 0 f と第 5金属箔 6 0 gの互いに対向する部分が薄肉とされることにより形成され、冷媒排出路 6 4 cは、第 2金属箔 6 0 dと第 3金属箔 6 0 eの互いに対向する部分が薄肉とされることにより形成され、第 2スルーホール 6 4 eは、上側樹脂板 6 0 aおよびその両側に積層された金属箔 6 0 e、 6 0 f の 3枚を貫通して形成されている。また、図示しないが、第 1スルーホーノレ 6 4 dは、第 2金属箔 6 0 d、第 3金属箔 6 0 e、上側樹脂板 6 0 a、第 4金属箔 6 0 f の 4枚を貫通して形成されている。この冷媒通路 6 4に冷媒が流通させられると第 5金属箔 6 0 gを介して超電導素子 2 0が冷却される。なお、上記冷媒供給路 6 4 a、冷却路 6 4 bおよぴ冷媒排出路 6 4 cは、それぞれ金属箔 6 0 c〜 6 0 gに、ハーフェッチング (貫通させないように制御したエツチング) を図 1に示す所定の回路パターンで局部的に施すことにより、基板 6 0の厚み内に形成されている。次に、光導波路 6 6について説明する。図 4に示すように、光導波路 6 6は、上側樹脂板 6 0 aの下側（光電子素子 3 0とは反対側）に接触させられている第 3金属箔 6 0 eのみが図 1に示す回路パターンで局部的に薄肉とされることにより形成されており、また、第 3金属箔 6 0 eの厚み方向における光導波路 6 6の位置は上側樹脂板 6 0 a側とされている。厚み方向における光導波路 6 6の位置がこのように設定されているのは、光導波路 6 6を冷媒通路 6 4と立体的に交差させるためであり、立体交差の必要がない場合には、光導波路 6 6が、冷媒供給路 6 4 aゃ冷媒排出路 6 4 cと同様に、第 1金属箔 6 0 cと第 2金属箔 6 0 dとの間や、第 2金属箔 6 0 dと第 3金属箔 6 0 eとの間に形成されてもよい。この光導波路 6 6は、第 3金属箔 6 0 eが図 1に示す回路パターンで局部的にハーフエッチングされることにより形成された凹部に、石英ガラスゃァクリル樹脂など光の伝送損失が少ない材料が充填された構造である。この材料は、単一の屈折率を有するものであってもよいし、クラッド形或いはグレーテツド形光ファィバーケーブルと同様に、径方向外側ほど屈折率が段階的に或いは滑らかに低下または変化するものであってもよい。

光電子素子 3 0 aは、光導波路 6 6との間で光の送受信が可能となるように、その下端が基板 6 0の厚み方向において光導波路 6 6と重なるように基板 6 0に収容されている。

次に、バイオ素子活動維持通路 6 8について説明する。図 5に示すように、栄養物質運搬通路 6 8 aは、冷媒供給路 6 4 aと同様に、第 1金属箔 6 0 cおよび第 2金属箔 6 0 dの互いに対向する部分が薄肉とされることにより形成されており、老廃物運搬通路 6 8 bは、冷媒排出路 6 4 cと同様に、第 2金属箔 6 0 dおよび第 3金属箔 6 0 eの互いに対向する部分が局部的に薄肉とされることにより、基板 6 0の厚み内に形成されている。

バイオ素子 4 0は、バイオ素子活動維持通路 6 8に接続されて、それとの間で物質の流通が可能となるように、その下端が基板 6 0の厚み方向においてバイオ素子活動維持通路 6 8と重なるように基板 6 0に収容されている。

上述のように、本実施例によれば、基板 6 0の一部が薄肉とされることによつて、冷媒通路 6 4、光導波路 6 6、バイオ素子活動維持通路 6 8が形成されているので、装置全体を極低温の冷媒に浸漬することなく超電導素子 2 0を冷却することができ、また、光ファイバ一ケーブルや配管を引き回す必要もないので、情報処理装置 1 0が小型になる。

また、上述の実施例では、超電導素子 2 0と接触させられている第 5金属箔 6 0 gとそれに積層されている第 4金属箔 6 0 f の互いに対向する部分が薄肉とされることにより冷却路 6 4 bが形成されていることから、冷却路 6 4 b内の冷媒と超電導素子 2 0との間の熱の伝達が熱伝導率の高い金属を媒介して行われるので、効果的に超電導素子 2 0が冷却される。

以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例では、基板 6 0の一部である金属箔 6 0 c〜6 0 gが薄肉とされることにより（すなわち貫通せずに厚みが残されて）、冷媒通路 6 4、光導波路 6 6、バイオ素子活動維持通路 6 8が基板 6 0の厚み内に形成されていたが、基板 6 0全体として見て、その一部が薄肉とされることによりそれら冷媒通路 6 4などが形成されていれば、 1枚または複数枚の金属箔 6 0 c〜6 0 gが貫通させられていてもよい。また、金属箔 6 0 c〜6 0 gに代えて、或いは、金属箔 6 0 c〜6 0 gの一部または全部に加えて、樹脂板 6 0 a、 6 0 bが薄肉とされることにより冷媒通路 6 4などが形成されていてもよい。

また、前述の実施例では、冷媒通路 6 4、光導波路 6 6、バイオ素子活動維持通路 6 8は、エッチングにより形成されていたが、レーザ加工など他の方法により形成されてもよレ、。

また、前述の実施例では、超電導素子 2 0、光電子素子 3 0、バイオ素子 4 0 はいずれも複数設けられていたが、超電導素子 2 0、光電子素子 3 0、バイオ素子 4 0は、いずれも一つのみが設けられていてもよいし、また、超電導素子 2 0 光電子素子 3 0、バイオ素子 4 0のうち少なくとも一種が設けられていれば、他の素子 2 0、 3 0、 4 0が設けられていなくてもよい。

また、前述の実施例では、超電導素子 2 0、光電子素子 3 0、バイオ素子 4 0 に加えて、さらに、常温で作動する電気素子 5 0も設けられていたが、電気素子 5 0は設けられていなくてもよく、

また、前述の実施例では、光素子として、光に加えて電気信号も用いる光電子素子 3 0が設けられていたが、光のみを信号として用いる素子が設けられていてもよい。

また、バイオ素子活動維持通路 6 8に、フッ素樹脂などの樹脂膜がコーティングされていてもよい。

また、前述の実施例では、基板 6 0は、 2枚の樹脂板 6 0 a、 6 0 bと、 5枚の金属箔 6 0 c〜6 0 gが積層された構造であつたが、積層数はこれ以外であつてもよい。また、 1枚または複数枚の金属箔のみ、 1枚または複数枚の樹脂板のみにより基板が構成されてもよいし、金属およぴ榭脂以外の材質が用いられてもよい。

また、前述の実施例では、素子 2 0、 3 0、 4 0、 5 0は、基板 6 0の一方の面にのみ配置されていたが、両方の面に配置されてもよい。以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 情報処理装置用基板であって、該基板の一部が薄肉とされることにより、超電導素子を冷却する冷媒が流通する冷媒通路、光素子に接続される光伝送通路、およびバイオ素子の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする情報処理装置用基板。

2 . 情報処理装置用基板であって、該基板の一部が薄肉とされることにより、超電導素子を冷却する冷媒が流通する冷媒通路、光素子に接続される光伝送通路、およびバイオ素子の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路の少なくとも二つが形成されていることを特徴とする情報処理装置用基板。

3 . 情報処理装置用基板であって、該基板の一部が薄肉とされることにより、超電導素子を冷却する冷媒が流通する冷媒通路、光素子に接続される光伝送通路、およびバイオ素子の活動維持に必要な物質を運搬するバイオ素子活動維持通路が形成されていることを特徴とする情報処理装置用基板。

4 . 前記情報処理装置用基板は、前記超電導素子に接触させられる金属箔および該金属箔に積層される金属箔の 2枚の金属箔を含み、前記冷媒通路は、該 2枚の金属箔の互いに対向する部分が薄肉とされることにより形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の情報処理装置用基板。

5 . 前記情報処理装置用基板に、素子間を電気的に接続する導体配線が設けられていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の情報処理装置用基板。

6 . 前記通路が、エッチングにより形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の情報処理装置用基板。

7 . 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の情報処理装置用基板を備えた情報処理装置。