WO2009113141A1 - 集積回路パッケージ - Google Patents

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WO2009113141A1
WO2009113141A1 PCT/JP2008/003823 JP2008003823W WO2009113141A1 WO 2009113141 A1 WO2009113141 A1 WO 2009113141A1 JP 2008003823 W JP2008003823 W JP 2008003823W WO 2009113141 A1 WO2009113141 A1 WO 2009113141A1
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秦野敏信
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an integrated circuit package structure that converts an optical signal into an electrical signal or an electrical signal into an optical signal.
  • the first interface unit for electrical signals and the second interface unit for optical signals are provided so as to easily realize both signal transmission using electrical signals and signal transmission using optical signals.
  • an optical waveguide array is laid between a plurality of semiconductor chips mounted on the printed wiring board (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 introduces various conventional techniques related to optical wiring between semiconductor chips. That is, an optical connector connection method, a free space transmission method, an optical waveguide embedding method, an active interposer method, a surface mounting method, and the like are known (see Non-Patent Documents 1 and 2).
  • the configuration of the conventional optical package includes a mounting body having a V-groove for placing an optical fiber and terminal pins connected to the optical integrated circuit, and a lid for covering the upper surface of the mounting body.
  • the structure in which the optical integrated circuit is mounted in the mounting body, the optical fiber is placed in the V-groove, the mounting body and the lid are integrated with an adhesive or the like, and the optical fiber is fixed in the V-groove at the same time ( Or a structure in which a hole is provided on the bottom surface of the mounting body, an optical integrated circuit is installed on the bottom surface of the mounting body, and an optical fiber is inserted into the hole and fixed by an adhesive (see Patent Document 3). )was there.
  • JP 2006-201500 A Japanese Utility Model Publication No. 61-176512 Japanese Utility Model Publication No. 61-144658 JP 2004-31872 A JP-A-62-123412 Nikkei Electronics, “Encounter with Optical Wiring” December 3, 2001, pp. 109-127 Andong: “Trends in optical interconnection technology and next-generation equipment packaging technology”, NTT R & D, vol. 48, no. 3, pp. 271-280 (1999)
  • An object of the present invention is to provide an integrated circuit package using an optical connection with low cost and high usability.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is an integrated circuit package in which a semiconductor integrated circuit is mounted.
  • the light emitting portion and the light receiving portion are mounted on a part of the package or a part of the outer periphery thereof.
  • the basic shape of the package has a protruding portion of a convex portion and a notched portion of a concave portion on the outer periphery, and a light emitting portion and a light receiving portion are mounted on the convex portion and the concave portion.
  • the convex portion can be physically bonded to the concave portion of the other package, and the concave portion can be further physically bonded to the convex portion of the other package.
  • the light emitting portion and the light receiving portion of the two integrated circuit packages are bonded to each other. Is done.
  • An electronic apparatus equipped with a plurality of electronic components employing the integrated circuit package according to the present invention has a physics between a convex portion and a concave portion between a first electronic component and a second electronic component included in the plurality of electronic components.
  • Signal transmission can be carried out using an optical junction part built in and mounted on a typical junction surface as an interface.
  • an electronic device equipped with a plurality of electronic components employing the integrated circuit package of the present invention includes a power supply / GND electrode in addition to a light emitting portion and a light receiving portion incorporated in a physical joint portion between a convex portion and a concave portion.
  • the power supply / GND is cascade-connected between a plurality of integrated circuit packages.
  • an electrical connection portion between the integrated circuit packages of the present invention can be configured to include only a power supply / GND.
  • the integrated circuit package of the present invention when the upper surface shape is a quadrangle, it is possible to connect blocks of convex portions and concave portions in four directions on the outer periphery thereof.
  • the integrated circuit package of the present invention when the upper surface shape is a quadrangle, an arbitrary light receiving portion and light emitting portion are provided on the upper and lower surfaces on the mounting, so that when a plurality of integrated circuit packages are stacked one above the other.
  • the block connection of the convex part and the concave part in the mounting 4 direction is possible at the position where the light receiving part and the light emitting part face each other.
  • the integrated circuit package of the present invention can take a form of a combination with a structure in which a plurality of signal electrodes are arranged on the back surface in order to realize conventional terminal transmission of electrical signals.
  • the light emitting part and the light receiving part in the integrated circuit package of the present invention are composed of a light receiving element and its driver, a light emitting element and its receiver, an optical component that changes the optical path, and the like.
  • the present invention by eliminating the tangible optical transmission line between the integrated circuit packages in the electronic device, it is possible to realize a high-quality ultra-high-speed signal connection with low loss, while significantly suppressing the cost increase, and A plurality of semiconductor integrated circuits can be connected with a minimum mounting area with low power. Accordingly, new high-speed optical communication can be realized and compatibility with the conventional metal communication standard can be ensured.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic physical shape of an integrated circuit package according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an apparatus formed by connecting three integrated circuit packages of FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the basic physical shape of an integrated circuit package according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of an apparatus in which three integrated circuit packages of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing the system connection of the custom package as an expansion of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing another system connection of the custom package as an expansion of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic physical shape of an integrated circuit package according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an apparatus formed by connecting three integrated circuit packages of FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing system connection of a general-purpose package as a development of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing physical connection of a block type optical package as a development of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an optical package proximity arrangement as a development of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a basic physical shape of an integrated circuit package that simultaneously realizes transmission of current electrical signals as a development of the first embodiment of the present invention.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG.
  • FIG. 14 is a mounting diagram of optical transmission functional components in an integrated circuit package according to the present invention.
  • 1 to 3 show a schematic configuration of an integrated circuit package for realizing optical transmission as the first embodiment.
  • 101 is a silicon chip on which a semiconductor integrated circuit is mounted
  • 102 is a light receiving portion mounted on the periphery of the package
  • 103 is a light emitting portion similarly mounted
  • 104 is light from the light receiving portion and the light emitting portion.
  • An optical socket section 105 for guiding to an optical fiber is electrically connected to an electrical member in the package, and a power source / GND section 106 that enables electrical connection to the outside of the package.
  • a mounting body or a lid is a silicon chip on which a semiconductor integrated circuit is mounted
  • 102 is a light receiving portion mounted on the periphery of the package
  • 103 is a light emitting portion similarly mounted
  • 104 is light from the light receiving portion and the light emitting portion.
  • An optical socket section 105 for guiding to an optical fiber is electrically connected to an electrical member in the package, and a power source / GND section 106 that enables electrical connection to the outside of the package.
  • reference numeral 107 denotes a device in which three optical packages (integrated circuit packages) of FIG. 1 having the same physical shape are connected.
  • reference numerals 108, 109, and 110 denote optical packages for realizing different functions with the same physical shape.
  • the first package 108 functions as an A / D and sensor LSI
  • the second package 109 functions as an image processing LSI
  • the third package 110 functions as a general-purpose memory LSI.
  • Reference numerals 111 and 112 denote optical fibers that are mounted on the optical socket portions of the packages 108 and 110 and realize optical transmission with other packages that are separated from each other.
  • Reference numeral 113 denotes a power supply / GND portion 105 of the optical packages 108, 109, and 110. It is a system board (mother board) to be joined.
  • Each of the plurality of optical packages mounted with the basic configuration of FIG. 1 takes into consideration light pulses and levels due to weak light amounts by spatially joining the light receiving unit 102 and the light emitting unit 103 at opposite positions.
  • Optical transmission between a plurality of LSIs is realized using an optical signal that can be recognized as a multilevel signal level.
  • Optical connection using the shortest free space of a plurality of LSIs is performed by physically setting the basic shape of the outer periphery of the package to a point-target shape whose size and shape are the center of gravity as the origin.
  • 201 is a silicon chip on which a semiconductor integrated circuit is mounted
  • 202 is a light emitting / receiving unit mounted around the package
  • 203 is an optical socket for guiding light from the light receiving unit and the light emitting unit to an optical fiber
  • 204 is a power supply / GND part that is electrically connected to an electrical member in the package and enables electrical connection to the outside of the package, and has a metal pin structure below, and an upper part having a metal socket structure.
  • reference numeral 205 denotes an apparatus in which three optical packages 208, 209, and 210 of FIG. 4 having the same physical shape are connected in a vertical stack.
  • Reference numeral 206 denotes an optical fiber that is mounted on an optical socket portion of a package and realizes optical transmission with a package at a distance, and 207 denotes a system board (motherboard) that is electrically connected to the power supply / GND portion of the lowermost package 210. .
  • Each of the plurality of optical packages mounted with the basic configuration shown in FIG. 4 takes into account light pulses and levels due to weak light amounts by spatially joining the light emitting / receiving portions 202 at positions facing each other vertically.
  • Optical transmission between a plurality of LSIs is realized using an optical signal that can be recognized as a multilevel signal level.
  • the lowermost package 210 is electrically connected to the power supply / GND of the system board 207
  • the upper package 208, 209 is electrically connected via the power supply / GND section physically located at the same position.
  • optical connection using the shortest free space is implemented by a plurality of LSIs.
  • Reference numeral 204 denotes a power supply / GND portion that is electrically connected to an electrical member in the package and enables electrical connection to the outside of the package, and has a metal pin structure on the lower side and a metal socket structure on the upper side.
  • a metal contact portion a solder ball may be mounted, or metal surface mounting may be used.
  • FIG. 6 is a plan view of a plurality of layouts of an integrated circuit package having a rectangular top surface for realizing optical transmission as a development of the first embodiment.
  • the optical package having a rectangular outer shape has a light emitting / receiving portion on a part of the outer periphery facing each other, and its basic shape has a protruding portion of the convex portion and a notch portion of the concave portion on the outer periphery,
  • the light emitting part and the light receiving part are mounted on the convex part and the concave part.
  • the convex part and the concave part can be physically joined, and at this time, the light emitting part and the light receiving part of the two optical packages are joined so as to face each other.
  • 301 is a configuration (A type) having convex portions and concave portions on two opposite sides of the outer periphery (A type)
  • 302 is a configuration (B type) in which two orthogonal sides of the outer periphery are respectively convex portions and concave portions
  • 303 is It is the structure (C type) which has a recessed part only in 1 side of an outer periphery.
  • the position and structure of the power supply / GND part that enables electrical connection between each package and the outside are not particularly defined.
  • the convex portions on the outer periphery of the package mounted in the basic configuration and the light emitting / receiving portions provided in the concave portions are spatially joined at positions facing each other vertically, so that a plurality of LSIs can be connected. It is a feature that the optical transmission can be realized.
  • power supply a power supply / GND metal contact is provided on the lower surface of the package, which is arbitrarily provided, and is electrically connected to the power supply / GND of the system board.
  • FIG. 7 shows the system connection of the package by the optical fiber socket having the same shape as the convex part and the concave part mounted on the optical package as the development of the form described in FIG.
  • 401 is an optical package having a convex portion and a concave portion on two opposite sides of the outer periphery of the package described in FIG. 6, and 402 is the same convex portion as the optical package mounted using the optical fiber 404 as an optical transmission line.
  • 403 is an optical fiber socket having the same recess outer shape as the optical package mounted with the optical fiber as an optical transmission line.
  • the optical fiber sockets 402 and 403 and the optical package 401 are joined so that the light emitting portion and the light receiving portion face each other.
  • 401 is an optical package (A type) having a convex portion and a concave portion on two opposite sides of the outer periphery, and is arranged at a position separated via optical fiber sockets 402 and 403 having two kinds of convex portions and concave portions. It becomes possible to optically connect between packages.
  • the same optical fiber socket may be mounted and another structure is used. It may be configured to be connected to the mounted optical module.
  • the optical package having a rectangular outer shape has a light emitting / receiving portion on a part of the outer periphery facing each other, and its basic shape has a protruding portion of the convex portion and a notch portion of the concave portion on the outer periphery, A light emitting part and a light receiving part are mounted on the convex part and the concave part.
  • the convex part and the concave part can be physically joined, and at this time, the light emitting part and the light receiving part of the two optical packages are joined so as to face each other.
  • a plurality of general-purpose packages 501 having a physical structure in which the arrangement of the convex portions and the concave portions is the same with respect to the four sides of the package are arranged and connected in a plane.
  • the convex portion on the outer periphery of the package mounted on the four sides of the package in the basic configuration of the general-purpose package 501 and the light emitting / receiving portion provided in the concave portion are spatially joined at positions facing each other vertically.
  • the system connection 502 with a plurality of packages enables optical transmission between a plurality of LSIs, and the physical shape is a point-symmetric arrangement with respect to the center of gravity with respect to a 90-degree rotation. It is possible to freely join and arrange.
  • a power supply / GND metal contact is provided without filling in a drawing arbitrarily provided on the lower surface of the package, and is electrically connected to the power supply / GND of the system board.
  • the convex part and the concave part are mounted with a power source / GND electrode not shown in the drawing, and the electrical power source / GND is cascade-connected between a plurality of packages. Can also have.
  • This configuration makes it possible to mount a plurality of functional LSIs in a minimum space by freely arranging and bonding the peripheral optical contacts of the convex part and the concave part.
  • the shape and the number of the convex portions and the concave portions arranged on one side are plural in that it has a point-symmetric structure when rotated 90 degrees. Is possible.
  • the position and structure of the power supply / GND part that enables electrical connection between each package and the outside are not particularly specified.
  • 9 and 10 show a case in which a plurality of general-purpose packages are arranged and connected in a three-dimensional manner in which the convex and concave portions are arranged according to the physical structure of concentric pins and sockets with respect to two sides of the package. It is a perspective view.
  • a convex portion on the outer periphery of the package mounted on two sides of the package in a basic configuration, a concentric pin corresponding to the concave portion, and a light emitting / receiving portion provided in the socket are mounted.
  • optical transmission between a plurality of LSIs can be realized, and two opposing sides of a plurality of packages can be freely bonded and arranged.
  • the optical package proximity arrangement 602 shown in FIG. 10 has a configuration in which light emitting / receiving portions are embedded in the side surfaces of the package without providing convex and concave portions on the outer periphery of the package mounted on two sides of the package in the basic configuration.
  • optical transmission between multiple LSIs can be realized by spatially joining at a short distance at a position horizontally facing the mounting surface, and two opposing sides of multiple packages can be freely set. It becomes possible to join and arrange.
  • a power supply / GND metal contact is provided without filling in a drawing arbitrarily provided on the lower surface of the package, and is electrically connected to the power supply / GND of the system board.
  • the convex part and the concave part are mounted with a power source / GND electrode not shown in the drawing, and the electrical power source / GND is cascade-connected between a plurality of packages. Can also have.
  • a plurality of functional LSIs can be mounted in a minimum space by freely arranging and joining the peripheral optical contacts.
  • the outer peripheral arrangement method when embedding the light emitting / receiving portion in the side surface of the package with this configuration, is characterized by having a point-symmetric structure when rotating in increments of 90 degrees, and the embedding shape and one side are arranged.
  • a plurality of light emitting / receiving portions can be implemented.
  • FIG. 11 to FIG. 13 show an embodiment in which the current electrical signal transmission is realized at the same time by the integrated circuit package approach having a rectangular top surface that realizes the optical transmission as a development of the first embodiment.
  • the optical package having a rectangular outer shape has a light emitting / receiving portion at a part of the outer periphery facing each other, and the basic shape thereof is a protruding portion of the convex portion and a notch portion of the concave portion at the outer periphery.
  • the light emitting portion and the light receiving portion are mounted on the convex portion and the concave portion, and an electrical contact portion for realizing connection of an electric signal is provided.
  • the convex portion and the concave portion can be physically joined, and at this time, the light emitting portion and the light receiving portion of the two optical packages are joined so as to face each other, and the electrical contact portion is contacted in the shape of a pin and a socket and energized. .
  • Reference numeral 701 denotes an optical package (A type) having a convex portion and a concave portion on two opposite sides of the outer periphery.
  • Reference numeral 702 denotes a structure of an electrode (metallic socket) that is disposed in the recess and enables electrical connection.
  • Reference numeral 704 denotes a structure of an electrode (metallic pin) that is arranged on the convex portion and enables electrical connection.
  • the power supply / GND metal contact is provided on the lower surface of the package without being filled in a drawing and is electrically connected to the power supply / GND of the system board.
  • the convex part and the concave part are mounted with a power supply / GND electrode not shown in the drawing, and an electrical power supply / GND between a plurality of packages. Can be cascaded.
  • This configuration makes it possible to mount a plurality of functional LSIs in a minimum space by freely arranging and joining the peripheral optical contacts and electrical signal contacts of the convex and concave portions.
  • the shape and the number of the convex portions and the concave portions arranged on one side are plural in that it has a point-symmetric structure when rotated 90 degrees. Is possible.
  • the position and structure of the power supply / GND part that enables electrical connection between each package and the outside are not particularly specified.
  • FIG. 14 shows an example of mounting optical transmission functional components inside the integrated circuit package of the present invention.
  • 801 is a silicon chip on which a semiconductor integrated circuit is mounted
  • 802 is an electric receiving circuit mounted on the silicon chip
  • 803 is an electric transmitting circuit mounted on the silicon chip
  • 806 is an external part of the package.
  • 807 an electric / optical conversion light-emitting element arranged near the junction outside the package
  • 804 and 805 electric transmission / reception circuits 802 and 803 and a photoelectric conversion element 806.
  • 807 to the in-package electrical transmission path transmission / reception LVDS.
  • the light emitting unit and the light receiving unit that realize optical transmission by proximity bonding are basically composed of a light receiving element 806 and its driver, a light emitting element 807 and its receiver, an optical component that changes the optical path, and the like.
  • the mounting form of the optical transmission functional component shown in FIG. 14 is not particularly specified. In some cases, all components are mounted on a semiconductor integrated circuit. As for the light emitting element, an LED component, a semiconductor laser, or the like is useful. The connection method between these and the internal semiconductor integrated circuit is not specified.
  • the present invention is useful as a mounting form of signal transmission using an optical signal between semiconductor chips such as LSIs.

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Abstract

　シリコンチップ（１０１）を内蔵したパッケージの一部若しくは外周の一部に発光部（１０３）と受光部（１０２）を有し、パッケージの基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、凸部と凹部に発光部（１０３）と受光部（１０２）が実装される。凸部は他のパッケージの凹部に、凹部は更に他のパッケージの凸部にそれぞれ物理的に接合することができ、このとき各々２つの集積回路パッケージの発光部（１０３）と受光部（１０２）が相対するように接合される。

Description

集積回路パッケージ
　本発明は、光信号を電気信号に、又は電気信号を光信号に変換する集積回路のパッケージ構造に関するものである。
　ある従来技術によれば、電気信号による信号伝送と光信号による信号伝送との双方を容易に実現するように、電気信号用の第１のインターフェース部と光信号用の第２のインターフェース部とが半導体チップに設けられる。そして、プリント配線基板上に実装された複数の半導体チップ間に光導波路アレイが敷設される（特許文献１参照）。
　上記特許文献１には、半導体チップ間の光配線に関する様々な従来技術が紹介されている。すなわち、光コネクタ接続方式、自由空間伝送方式、光導波路埋め込み方式、アクティブインターポーザ方式、表面実装方式などが知られている（非特許文献１及び２参照）。
　また従来の光パッケージの構成には、光ファイバを載置するためのＶ溝と光集積回路に接続される端子ピンとを有する実装体と、この実装体の上面を覆うための蓋体とよりなり、実装体内に光集積回路を実装し、Ｖ溝内に光ファイバを載置した後、接着剤などにより実装体と蓋体とを一体化させ、同時に光ファイバをＶ溝内で固定させる構成（特許文献２参照）、あるいは実装体の底面に孔を設け、この実装体の底面上に光集積回路を設置し、かつ孔に光ファイバを挿入して接着材により固定させる構成（特許文献３参照）があった。これ以外にも様々な光伝送アプローチがあった（例えば、特許文献４及び５参照）。
特開２００６－２０１５００号公報 実開昭６１－１７６５１２号公報 実開昭６１－１４４６５８号公報 特開２００４－３１８７２号公報 特開昭６２－１２３４１２号公報 日経エレクトロニクス、"光配線との遭遇"２００１年１２月３日、１０９頁～１２７頁 安東："光インタコネクション技術の動向と次世代装置実装技術"，ＮＴＴ　Ｒ＆Ｄ，ｖｏｌ．４８，ｎｏ．３，ｐｐ．２７１－２８０（１９９９）
　従来のシステム基板上の光伝送路を利用しての実装アプローチでは部品コスト、実装コスト、光伝送路コスト、光電変換モジュールコストなどがかさみ、「光はコストが高くて実装も面倒」という状況になってしまう。
　本発明の目的は、ローコストでユーザビリティの高い光接続を利用した集積回路パッケージを提供することにある。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体集積回路を実装した集積回路パッケージであって、このパッケージの一部若しくは外周の一部に発光部と受光部を実装し、当該パッケージの基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、凸部と凹部に発光部と受光部が実装されている。凸部は他のパッケージの凹部に、凹部は更に他のパッケージの凸部にそれぞれ物理的に接合することができ、このとき各々２つの集積回路パッケージの発光部と受光部が相対するように接合される。
　本発明の集積回路パッケージを採用した複数の電子部品を搭載した電子機器は、この複数の電子部品に含まれる第１の電子部品と第２の電子部品との間で、凸部と凹部の物理的な接合面に組み込み実装された光接合部をインターフェースとして、信号伝送が行える。
　また、本発明の集積回路パッケージを採用した複数の電子部品を搭載した電子機器は、凸部と凹部の物理的な接合部分に組み込まれた発光部と受光部に加えて、電源・ＧＮＤ電極を実装し、複数の集積回路パッケージ間で電気的な電源・ＧＮＤをカスケード接続する構造を有する場合がある。
　また、本発明の集積回路パッケージ間の電気的接続部分は、電源・ＧＮＤのみとなる構成が可能である。
　また、本発明の集積回路パッケージでは、上面形状が四角形の場合のその外周の４方向に凸部と凹部のブロック接続が可能となる。
　また、本発明の集積回路パッケージでは、上面形状が四角形の場合のその実装上の上面、下面に任意の受光部と発光部を備えることにより、複数の集積回路パッケージを上下に重ね合わせた際に受光部と発光部が相対する位置にて実装４方向に凸部と凹部のブロック接続が可能となる。
　また、本発明の集積回路パッケージでは、従来の電気信号の端子伝送を実現するために裏面に複数の信号電極を配した構造との組み合わせの形態もとりうる。
　また、本発明の集積回路パッケージにおける発光部と受光部は、受光素子及びそのドライバ、発光素子及びそのレシーバ、光路を変更する光学部品などから構成される。
　本発明によれば、電子機器内での集積回路パッケージ間の有形の光伝送路をなくすことで、低損失で高品質な超高速信号接続を実現するとともに、コストアップを大幅に抑えてかつ、低電力で複数の半導体集積回路を最小の実装面積で接続可能にできる。したがって、新規高速光通信を実現するとともに、従来のメタル通信規格のコンパチビリティを確保することもできる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る集積回路パッケージの基本物理形状を示す概略断面図である。 図２は、図１の集積回路パッケージを３つ接続してなる装置の概略平面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ拡大断面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る集積回路パッケージの基本物理形状を示す概略断面図である。 図５は、図４の集積回路パッケージを３つ縦積み接続してなる装置の概略断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の展開としてのカスタムパッケージのシステム接続を示す平面図である。 図７は、本発明の第１の実施形態の展開としてのカスタムパッケージの他のシステム接続を示す平面図である。 図８は、本発明の第１の実施形態の展開としての汎用パッケージのシステム接続を示す平面図である。 図９は、本発明の第１の実施形態の展開としてのブロック型光パッケージの物理接続を示す斜視図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態の展開としての光パッケージ近接配置を示す斜視図である。 図１１は、本発明の第１の実施形態の展開として現行の電気信号の伝送も同時に実現する集積回路パッケージの基本物理形状を示す概略平面図である。 図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。 図１３は、図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。 図１４は、本発明に係る集積回路パッケージ内の光伝送機能部品の実装図である。
符号の説明
１０１　半導体集積回路が実装されたシリコンチップ
１０２　受光部
１０３　発光部
１０４　光ソケット部
１０５　電源・ＧＮＤ部
１０６　実装体若しくは蓋体
１０７　光パッケージを３つ接続した装置
１０８，１０９，１１０　光パッケージ（集積回路パッケージ）
１１１，１１２　光ファイバ
１１３　システム基板（マザーボード）
２０１　半導体集積回路が実装されたシリコンチップ
２０２　発光・受光部
２０３　光ソケット部
２０４　電源・ＧＮＤ部
２０５　光パッケージを３つ縦積み接続した装置
２０６　光ファイバ
２０７　システム基板（マザーボード）
２０８，２０９，２１０　光パッケージ（集積回路パッケージ）
３０１　外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有するパッケージ
３０２　外周の直交する２辺がそれぞれ凸部と凹部となるパッケージ
３０３　外周の１辺のみ凹部を有するパッケージ
４０１　外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有するパッケージ
４０２，４０３　光ファイバソケット
４０４　光ファイバ
５０１　汎用的なパッケージ
５０２　複数パッケージによるシステム接続
６０１　ブロック型光パッケージ物理接続
６０２　光パッケージ近接配置
７０１　外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有するパッケージ
７０２　凹部に配置された電気的接続を可能にする電極
７０４　凸部に配置された電気的接続を可能にする電極
８０１　半導体集積回路が実装されたシリコンチップ
８０２　電気的受信回路
８０３　電気的送信回路
８０４，８０５　パッケージ内電気伝送路
８０６，８０７　光電変換素子
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　図１～図３は、第１の実施形態としての光伝送を実現する集積回路パッケージ概略構成を示している。
　図１において、１０１は半導体集積回路が実装されたシリコンチップであり、１０２はパッケージの周辺に実装された受光部、１０３は同様に実装された発光部、１０４は受光部と発光部の光を光ファイバへ導くための光ソケット部、１０５は電気的にパッケージ内の電気部材に接続されるとともにパッケージ外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部、１０６は機能素子を１つのパッケージとする実装体若しくは蓋体である。
　図２において、１０７は物理的形状が同じ図１の光パッケージ（集積回路パッケージ）を３つ接続した装置である。
　その断面を示す図３において、１０８，１０９，１１０は各々同一の物理形状で異なる機能を実現するための光パッケージである。例えば、第１のパッケージ１０８はＡ／Ｄ及びセンサのＬＳＩ、第２のパッケージ１０９は画像処理ＬＳＩ、第３のパッケージ１１０は汎用メモリのＬＳＩとして機能する。１１１，１１２はパッケージ１０８，１１０の光ソケット部に実装され距離の離れた他のパッケージとの光伝送を実現する光ファイバ、１１３は各光パッケージ１０８，１０９，１１０の電源・ＧＮＤ部１０５と電気的に接合するシステム基板（マザーボード）である。
　各々図１の基本構成にて実装された複数の光パッケージは、受光部１０２と発光部１０３が相対する位置にて空間的に接合されることにより、微弱な光量による光パルスやレベルも考慮した多値の信号レベルとして認識可能な光信号を利用して複数のＬＳＩ間の光伝送を実現する。パッケージの外周の基本形状を物理的にサイズと形状が重心を原点として点対象な形状とすることで、複数のＬＳＩの最短の自由空間を利用した光接続を実施する。
　図４及び図５は、第２の実施形態としての光伝送を実現する集積回路パッケージ概略構成を示している。
　図４において、２０１は半導体集積回路が実装されたシリコンチップであり、２０２はパッケージの周辺に実装された発光・受光部、２０３は受光部と発光部の光を光ファイバへ導くための光ソケット部、２０４は電気的にパッケージ内の電気部材に接続されるとともにパッケージ外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部であり、下方にメタルのピン構造を持ち、上部はメタルのソケット構造を持つ。
　図５において、２０５は物理的形状が同じ図４の光パッケージ２０８，２０９，２１０を３つ縦積みに接続した装置である。２０６はあるパッケージの光ソケット部に実装され距離の離れたパッケージとの光伝送を実現する光ファイバ、２０７は最下層パッケージ２１０の電源・ＧＮＤ部と電気的に接続するシステム基板（マザーボード）である。
　各々図４の基本構成にて実装された複数の光パッケージは、発光・受光部２０２が上下に相対する位置にて空間的に接合されることにより、微弱な光量による光パルスやレベルも考慮した多値の信号レベルとして認識可能な光信号を利用して複数のＬＳＩ間の光伝送を実現する。電源供給に関しては最下層のパッケージ２１０がシステム基板２０７の電源・ＧＮＤに電気的に接続され、上層のパッケージ２０８，２０９は物理的に同じ位置に配置された電源・ＧＮＤ部を介して電気接続される。本構成により、複数のＬＳＩにて最短の自由空間を利用した光接続を実施する。
　なお、２０４は電気的にパッケージ内の電気部材に接続されるとともにパッケージ外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部であり、下方にメタルのピン構造を持ち、上部にメタルのソケット構造を持つものとしているが、メタル接触部として、はんだボールを実装していてもよいし、メタル面実装でもよい。
　図６は、第１の実施形態の展開としての光伝送を実現する上面が四角形の集積回路パッケージの複数レイアウトの平面図である。
　図６においては、四角形の外形を持つ光パッケージにおいて相対する外周の一部に発光・受光部を有し、その基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、凸部と凹部に前記発光部と受光部が実装される。凸部と凹部は物理的に接合することができ、このとき２つの光パッケージの発光部と受光部が相対するように接合される。３０１は外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有する構成（Ａタイプ）であり、３０２は外周の直交する２辺がそれぞれ凸部と凹部となる構成（Ｂタイプ）であり、３０３は外周の１辺のみ凹部を有する構成（Ｃタイプ）である。それぞれのパッケージと外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部の位置や構造に関しては特に規定しない。
　図６の構成では、基本構成にて実装されたパッケージ外周の凸部と凹部内に設けられた発光・受光部が上下に相対する位置にて空間的に接合されることにより、複数のＬＳＩ間の光伝送を実現できることが特徴となる。電源供給に関してはパッケージ下面に任意に設けられた図面に記入なき電源・ＧＮＤ金属接点を有し、システム基板の電源・ＧＮＤに電気的に接続される。本構成により凸部と凹部の外周光接点を組み合わせて配置接合することにより、複数の機能ＬＳＩを最小のスペースで実装することを可能にする。
　なお、本構成により凸部と凹部の外周の配置方法に関しては、複数の組み合わせ配置が可能であり、１辺に配置する凸部と凹部の数も複数の実施が可能である。
　図７は、図６で説明した形態の展開として光パッケージ上に実装した凸部及び凹部と同じ形状を持つ光ファイバソケットによるパッケージのシステム接続を示す。
　図７において、４０１は図６で説明したパッケージ外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有する光パッケージであり、４０２は光ファイバ４０４を光伝送路として実装された光パッケージと同じ凸部の外形を有する光ファイバソケット、４０３は光ファイバを光伝送路として実装された光パッケージと同じ凹部の外形を有する光ファイバソケットである。
　図６の説明より凸部と凹部は物理的に接合することができるので、光ファイバソケット４０２，４０３と光パッケージ４０１とは発光部と受光部が相対するように接合される。４０１は外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有する光パッケージ（Ａタイプ）であり、２種類の凸部と凹部を有する光ファイバソケット４０２，４０３を介して離れた位置に配置されたパッケージ間を光接続することが可能になる。
　なお、図７では２種類の光ファイバソケット４０２，４０３の光ファイバを介した相手先の構造を特に規定していないが、同様の光ファイバソケットが実装されていてもよいし、別の構造で実装された光モジュールに接続される構成をとってもよい。
　図８においては、四角形の外形を持つ光パッケージにおいて相対する外周の一部に発光・受光部を有し、その基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、凸部と凹部に発光部と受光部が実装される。凸部と凹部は物理的に接合することができ、このとき２つの光パッケージの発光部と受光部が相対するように接合される。
　図８では、上記凸部と凹部の配置がパッケージの４辺に対して同一となる物理的構造となる汎用的なパッケージ５０１を平面的に複数配置接続している。ここでは、汎用的なパッケージ５０１の基本構成にてパッケージの４辺に実装されたパッケージ外周の凸部と凹部内に設けられた発光・受光部が上下に相対する位置にて空間的に接合される。複数パッケージによるシステム接続５０２により、複数のＬＳＩ間の光伝送を実現できるうえ、物理形状が重心に対して９０度回転に対して点対称の配置であるので、複数のパッケージの相対する２辺を自由に接合配置することが可能となる。
　電源供給に関してはパッケージ下面に任意に設けられた図面に記入なき電源・ＧＮＤ金属接点を有し、システム基板の電源・ＧＮＤに電気的に接続される。
　また、凸部と凹部は物理的な接合部分の発光部と受光部に加えて、図面に記載なき電源・ＧＮＤ電極を実装し、複数のパッケージ間で電気的な電源・ＧＮＤをカスケード接続する構造も有することができる。
　本構成により、凸部と凹部の外周光接点を組み合わせて自由に配置接合することにより、複数の機能ＬＳＩを最小のスペースで実装することを可能にする。
　なお、本構成により凸部と凹部の外周の配置方法に関しては、９０度回転時の点対称構造を有することを特徴として、その形状や１辺に配置する凸部と凹部の数も複数の実施が可能である。
　また、実施形態としてそれぞれのパッケージと外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部の位置や構造に関しては特に規定しない。
　図９及び図１０は、上記凸部と凹部の配置がパッケージの側面の２辺に対して同心円のピンとソケットの物理的構造による配置となる汎用的なパッケージを立体的に複数配置接続する場合の斜視図である。
　図９に示すブロック型光パッケージ物理接続６０１では、基本構成にてパッケージの２辺に実装されたパッケージ外周の凸部と凹部に相当する同心円のピンとソケット内に設けられた発光・受光部が実装面に対して水平に相対する位置にて物理的に接合されることにより、複数のＬＳＩ間の光伝送を実現できるうえ、複数のパッケージの相対する２辺を自由に接合配置することが可能となる。
　図１０に示す光パッケージ近接配置６０２では、基本構成にてパッケージの２辺に実装されたパッケージ外周の凸部と凹部を設けず、パッケージの側面に発光・受光部を埋め込む構成をとる。本構成では実装面に対して水平に相対する位置にて近距離にて空間的に接合されることにより、複数のＬＳＩ間の光伝送を実現できるうえ、複数のパッケージの相対する２辺を自由に接合配置することが可能となる。
　電源供給に関してはパッケージ下面に任意に設けられた図面に記入なき電源・ＧＮＤ金属接点を有し、システム基板の電源・ＧＮＤに電気的に接続される。
　また、凸部と凹部は物理的な接合部分の発光部と受光部に加えて、図面に記載なき電源・ＧＮＤ電極を実装し、複数のパッケージ間で電気的な電源・ＧＮＤをカスケード接続する構造も有することができる。
　パッケージの側面に発光・受光部を埋め込む構成を採用すれば、外周光接点を組み合わせて自由に配置接合することにより、複数の機能ＬＳＩを最小のスペースで実装することを可能にする。
　なお、本構成により発光・受光部をパッケージの側面に埋め込む際、外周の配置方法に関しては、９０度きざみでの回転時の点対称構造を有することを特徴として、その埋め込み形状や１辺に配置する発光・受光部の数も複数の実施が可能である。
　図１１～図１３は、第１の実施形態の展開としての光伝送を実現する上面が四角形の集積回路パッケージのアプローチにて現行の電気信号の伝送も同時に実現する場合の実施形態を示す。
　図１１～図１３においては、四角形の外形を持つ光パッケージにおいて相対する外周の一部に発光・受光部を有し、その基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、凸部と凹部に発光部と受光部が実装されるとともに電気信号の接続を実現するための電気的コンタクト部を有する。凸部と凹部は物理的に接合することができ、このとき２つの光パッケージの発光部と受光部が相対するように接合され、電気的コンタクト部はピンとソケットの形状にて接触して通電する。７０１は外周の相対する２辺にそれぞれ凸部と凹部を有する光パッケージ（Ａタイプ）である。７０２は凹部に配置され、電気的接続を可能にする電極（金属性ソケット）の構造を示す。７０４は凸部に配置され、電気的接続を可能にする電極（金属性ピン）の構造を示す。
　光パッケージ７０１の構成での電源供給に関してはパッケージ下面に任意に設けられた図面に記入なき電源・ＧＮＤ金属接点を有し、システム基板の電源・ＧＮＤに電気的に接続される。
　また、凸部と凹部は物理的な接合部分の発光部と受光部、電気信号接続部に加えて、図面に記載なき電源・ＧＮＤ電極を実装し、複数のパッケージ間で電気的な電源・ＧＮＤをカスケード接続する構造も有することができる。
　本構成により、凸部と凹部の外周光接点と電気信号接点を組み合わせて自由に配置接合することにより、複数の機能ＬＳＩを最小のスペースで実装することを可能にする。
　なお、本構成により凸部と凹部の外周の配置方法に関しては、９０度回転時の点対称構造を有することを特徴として、その形状や１辺に配置する凸部と凹部の数も複数の実施が可能である。
　また、実施形態としてそれぞれのパッケージと外部との電気接続を可能にする電源・ＧＮＤ部の位置や構造に関しては特に規定しない。
　図１４は、本発明の集積回路パッケージ内部の光伝送機能部品の実装例を示す。図１４において、８０１は半導体集積回路が実装されたシリコンチップ、８０２はシリコンチップ上に実装された電気的受信回路、８０３はシリコンチップ上に実装された電気的送信回路、８０６はパッケージの外部の接合部近傍に配置される光・電気変換受光素子、８０７はパッケージの外部の接合部近傍に配置される電気・光変換発光素子、８０４，８０５は電気的送受信回路８０２，８０３と光電変換素子８０６，８０７とをつなぐパッケージ内電気伝送路（送信・受信ＬＶＤＳ）である。近接接合により光伝送を実現する発光部と受光部は、受光素子８０６とそのドライバ、発光素子８０７とそのレシーバ、光路を変更する光学部品などから基本構成される。
　なお、図１４に示す光伝送機能部品の実装形態は特に規定しない。半導体集積回路上に全ての部品が実装される場合もある。また、発光素子に関してはＬＥＤ部品や半導体レーザなどが有用となる。これらと内部の半導体集積回路の接続方法も規定しない。
産業上の利用の可能性
　以上説明したように、本発明は、例えばＬＳＩなどの半導体チップ間の光信号による信号伝送の実装形態として有用である。

Claims (8)

  1. 　半導体集積回路を実装した集積回路パッケージであって、
    　前記パッケージの一部若しくは外周の一部に発光部と受光部を有し、
    　前記パッケージの基本形状は外周に凸部の出っ張り部分と凹部の切り欠き部分とを有し、
    　前記凸部と凹部に前記発光部と受光部が実装され、
    　前記凸部は他のパッケージの凹部に、前記凹部は更に他のパッケージの凸部にそれぞれ物理的に接合することができ、このとき各々２つの集積回路パッケージの発光部と受光部が相対するように接合される集積回路パッケージ。
  2. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　前記凸部と凹部は、物理的な接合部分に前記発光部と受光部に加えて、電源・ＧＮＤ電極を実装し、複数の集積回路パッケージ間で電気的な電源・ＧＮＤをカスケード接続する構造を更に有する集積回路パッケージ。
  3. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　前記凸部と凹部は、物理的な接合部分に前記発光部と受光部に加えて、電気信号の入力・出力用の電極を実装し、複数の集積回路パッケージ間で電気的な信号を接続する構造を更に有する集積回路パッケージ。
  4. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　マザーボードと集積回路パッケージの電気的接続部分は電源・ＧＮＤのみとなる構成が可能である集積回路パッケージ。
  5. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　上面形状が四角形の場合のその外周の４方向に凸部と凹部のブロック接続が可能である集積回路パッケージ。
  6. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　上面形状が四角形の場合のその実装上の上面、下面に任意の受光部と発光部を備えており、複数の集積回路パッケージを重ね合わせた際に受光部と発光部が相対する位置にて実装４方向に凸部と凹部のブロック接続が可能である集積回路パッケージ。
  7. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　従来のメタル伝送を実現するために裏面に複数の信号電極を配した構造を更に有する集積回路パッケージ。
  8. 　請求項１記載の集積回路パッケージにおいて、
    　前記発光部と受光部は、高速光伝送を実現するために、受光素子及びそのドライバと、発光素子及びそのレシーバと、光路を変更する光学部品とを有する集積回路パッケージ。
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