(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＳＩを相互に接続して構成されるＭＣＭ(Multi ChipModule) を１以上備え、このＭＣＭ相互間あるいはこのＭＣＭと他の機器間を接続する手段を備えた高速信号処理装置において、
前記接続する手段は、光信号による接続手段を含み、
この光信号による接続手段は、前記ＭＣＭと一体に形成され、かつ光信号の送受信手段を含み、
前記光信号の送受信手段は、ハンダバンプにより前記ＭＣＭと接続された
ことを特徴とする高速信号処理装置。
【請求項２】
一体に形成された前記ＭＣＭおよび前記光信号による接続手段はプリント基板上に実装され、このプリント基板と前記ＭＣＭおよびまたは前記光信号による接続手段とを接続し電源の供給およびまたは制御信号の入出力を行うコネクタ手段を備えた請求項１記載の高速信号処理装置。
【請求項３】
前記光信号の送受信手段は、波長多重された光信号を電気信号に変換する手段と、この変換する手段により変換され波長多重された電気信号を波長毎に分離する手段とを備えた光受信モジュールと、異なる波長の電気信号を多重化する手段と、この多重化する手段により多重化された電気信号を光信号に変換する手段とを備えた光送信モジュールとを含む請求項１記載の高速信号処理装置。
【請求項４】
前記光信号の送受信手段は、狭ピッチかつアレイ状に光送受信手段が配置された多並列光インタコネクションモジュールを含む請求項１記載の高速信号処理装置。
【請求項５】
前記多並列光インタコネクションモジュールは、ワイヤボンディングにより前記ＭＣＭと接続される請求項４記載の高速信号処理装置。
【請求項６】
前記ワイヤボンディングのボンディングパットには、電源用ボンディングパットと、信号用ボンディングパットとが設けられ、前記電源用および前記信号用ボンディングパットは、前記ワイヤボンディングに用いるワイヤ敷設方向を長手方向とする長方形に形成され、前記電源用ボンディングパットは前記信号用ボンディングパットよりも面積が広く形成された請求項５記載の高速信号処理装置。
【請求項７】
前記電源用ボンディングパットには、前記ワイヤボンディングに用いるワイヤに代えて導電性金属テープを用いる請求項６記載の高速信号処理装置。
【請求項８】
前記多並列光インタコネクションモジュールは、ハンダバンプにより前記ＭＣＭと接続される請求項４記載の高速信号処理装置。
【請求項９】
前記多並列光インタコネクションモジュールは、光信号の波長分離手段および波長多重手段を含む請求項４記載の高速信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１記載の高速信号処理装置に用いるＭＣＭ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速、大容量のＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）  に関する。特に、その入出力信号インタフェースに光信号を使用するＭＣＭに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＣＭの表面および裏面の構成を図１０に示す。ＭＣＭ相互間の接続の構成を図１１に示す。ＭＣＭ技術は、半導体集積回路を高密度に実装するのに適した手法であり、図１０（ａ）に示すようにセラミック、半導体、樹脂などの各種電気絶縁性基板上に半導体チップを搭載する。半導体チップ間は配線接続され、このようにして構成されたＭＣＭ自身の電源供給や信号入出力は、図１０（ｂ）に示すように、基板の裏面に設けたピンなどを通じて行われる。また、図１１に示すように、ＭＣＭ相互間あるいはＭＣＭと他の機器間は電気的に接続される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スーパーコンピュータや交換機のスイッチングエレメントのように、その内部に含まれる半導体集積チップ（以下ＬＳＩと呼ぶ）の信号入出力速度が高く、しかも、信号配線の本数が極めて多い場合には、図１０（ｂ）に示すように、裏面からピンで取り出すことは、高速信号の同時多並列伝送の観点およびＭＣＭの冷却の観点からある程度の速度とピン数のところで限界にくるという問題がある。
【０００４】
さらに、図１１に示すように、これらのＭＣＭ同士を接続したい場合には、一旦ＭＣＭをプリント基板に実装し、このプリント基板を介してコネクタによって外部と接続する方法がとられている。したがって、ＭＣＭ−Ｃ（ＭＣＭ−Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）と呼ばれる技術を用いればＭＣＭ内では非常に高速の信号伝送ができても、そこから信号を外に出すためには、高速動作が困難なプリント基板を介さなくてはならない。また、プリント基板まで仮に信号が伝送されたとしても、そこから同軸コネクタと同軸ケーブルを用いて高速、超多並列の信号を伝送するためには、ケーブルの体積、重量とも現実的な量で実現することは困難であり、信号入出力という点でボトルネックとなっている。
【０００５】
本発明は、このような背景に行われたものであって、高速かつ超多並列信号の入出力を有するＭＣＭからＭＣＭ内部のＬＳＩが有する信号速度を低減することなく、外部の装置と比較的長距離でも直接、光で接続できる光インタフェースマルチチップモジュールとしてのＭＣＭを提供することを目的とする。これにより、本発明は、光インタフェースマルチチップモジュールを用いた高速信号処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、回路の拡張に対応して電源供給路およびまたは比較的低速な制御信号の入出力路を容易に確保することができる高速信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＣＭの信号入出力を光信号で行うことを最も主要な特徴とする。このとき、光のフロントエンドとして光インタコネクションモジュールまたは多並列光インタコネクションモジュールを使用することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明の第一の観点は、複数のＬＳＩを相互に接続して構成されるＭＣＭを１以上備え、このＭＣＭ相互間あるいはこのＭＣＭと他の機器間を接続する手段を備えた高速信号処理装置である。本発明の特徴とするところは、前記接続する手段は、光信号による接続手段を含み、この光信号による接続手段は前記ＭＣＭと一体に形成されたところにある。
【０００８】
このように、ＭＣＭの信号入出力インタフェースに光を使用するため、ＭＣＭ同士またはＭＣＭと他の装置との接続が距離やケーブルの物理量を気にせず、比較的長距離間を接続することが可能になる。したがって、高速かつ超多並列信号の入出力を有するＭＣＭからＭＣＭ内部のＬＳＩが有する信号速度を低減することなく、外部の装置と比較的長距離でも直接に光で接続できる。また、光信号による接続手段をＭＣＭと一体に形成することにより、小型化・低価格化を図ることができる。
【０００９】
一体に形成された前記ＭＣＭおよび前記光信号による接続手段はプリント基板上に実装され、このプリント基板と前記ＭＣＭおよびまたは前記光信号による接続手段とを接続し電源の供給およびまたは制御信号の入出力を行うコネクタ手段を備えることが望ましい。これにより、回路の拡張に対応して電源供給路およびまたは比較的低速な制御信号の入出力路を容易に確保することができる。
【００１０】
前記光信号による接続手段は、光信号の送受信手段を含むことが望ましい。また、前記光信号の送受信手段は、波長多重された光信号を電気信号に変換する手段と、この変換する手段により変換され波長多重された電気信号を波長毎に分離する手段とを備えた光受信モジュールと、異なる波長の電気信号を多重化する手段と、この多重化する手段により多重化された電気信号を光信号に変換する手段とを備えた光送信モジュールとを含むことが望ましい。前記光信号の送受信手段は、ハンダバンプにより前記ＭＣＭと接続されることがよい。
【００１１】
あるいは、前記光信号の送受信手段は、狭ピッチかつアレイ状に光送受信手段が配置された多並列光インタコネクションモジュールを含む構成とすることもできる。このとき、前記多並列光インタコネクションモジュールは、ワイヤボンディングにより前記ＭＣＭと接続されるようにしてもよいし、あるいは、前記多並列光インタコネクションモジュールは、ハンダバンプにより前記ＭＣＭと接続される構成としてもよい。
【００１２】
このように、小型化・低価格化が進む多並列光インタコネクションモジュールを利用することで、ＭＣＭ全体を小さく、しかもインタフェース部に必要なコストを低く抑えることができる。また、ＭＣＭと光送受信モジュール間の接続をワイヤボンディングという非常に歴史があり、成熟した技術で行うことにより、現在でも確実に実施することができる。また、ワイヤボンディングは容易に取り外しが可能であり、リペアという点においても優れる。あるいは、ＭＣＭと光送受信モジュール間の接続をハンダバンプで行えば、そのインダクタンスがワイヤの場合の数十分の一程度となるため、ＭＣＭの入出力信号の高速化に対しても信号劣化を免れる。また、ハンダバンプ接続でＭＣＭと接することにより、接触面積がバンプ接点のみの小面積であるため、一般的に発熱の大きなＭＣＭ側より光モジュールへの熱の流入を抑制できる。
【００１３】
このとき、前記ワイヤボンディングのボンディングパットには、電源用ボンディングパットと、信号用ボンディングパットとが設けられ、前記電源用および前記信号用ボンディングパットは、前記ワイヤボンディングに用いるワイヤ方向を長手方向とする長方形に形成され、前記電源用ボンディングパットは前記信号用ボンディングパットよりも面積が広く形成されることが望ましい。
【００１４】
これにより、電源用ボンディングパットには、複数のワイヤを配線することができるため、信号用ボンディングパットと比較して大きな電流を流すことができる。また、前記電源用ボンディングパットには、前記ワイヤボンディングに用いるワイヤに代えて電源のインピーダンスを低減させる目的で導電性金属テープを用いることもできる。このように、回路の拡張に対応して電源供給路を容易に確保することができる。
【００１５】
さらに、前記多並列光インタコネクションモジュールは、光信号の波長分離手段および波長多重手段を含む構成としてもよい。
【００１６】
このように、光送受信モジュールの中で波長多重・分離の技術を用いれば、ＭＣＭに継る信号入出力のための光伝送路（例えば光ファイバ）の本数を減らせ、これはさらにファイバが多数あればあるほどバラツキが大きくなる信号チャネル間のスキューを低減することが可能になる。
【００１７】
また、本発明の第二の観点は、本発明の高速信号処理装置に用いる前記光信号による接続手段が一体に形成されたＭＣＭそれ自体である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。図１は本発明実施例の高速信号処理装置におけるＭＣＭ配線状態を示す図である。図２は本発明第一実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。図３は本発明第二実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。
【００１９】
本発明は、図１に示すように、複数のＬＳＩを相互に接続して構成されるＭＣＭを１以上備え、このＭＣＭ相互間あるいはこのＭＣＭと他の機器間を接続する手段を備えた高速信号処理装置である。
【００２０】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記接続する手段は、図２に示すように、光信号による接続手段としての光インタコネクションモジュールに光送信モジュール１、光受信モジュール２、光ファイバ３を含み、この光インタコネクションモジュールは、前記ＭＣＭと一体に形成されたところにある。また、図３に示すように、狭ピッチかつアレイ状に光送受信手段が配置された多並列光インタコネクションモジュールを用いることもできる。
【００２１】
【実施例】
（第一実施例）
本発明第一実施例を図２を参照して説明する。本発明第一実施例では、図２に示すように、ＭＣＭの縁の部分に光インタコネクションモジュールとしての光送信モジュール１および光受信モジュール２を配置し、両者をハンダバンプ１０により接続して機械的に一体化し、ＭＣＭ全体として信号入出力が光で行えるようにしたものである。光インタコネクションモジュールを縁に配置した場合に、ＭＣＭの裏面は給電や冷却に利用する。
【００２２】
ここでは、光インタコネクションモジュールは、光部品や電気／光変換装置または光／電気変換装置がモジュール化されており、光軸アライメントはこの光インタコネクションモジュール内に閉じている。この例では、光インタコネクションモジュールは、電気による多重／分離回路（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）を有し、最終的な光信号は１０Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速としても良い。
【００２３】
本発明第一実施例によれば、ＭＣＭの信号入出力インタフェースに光を使用するため、ＭＣＭ同士またはＭＣＭと他の装置との接続が距離やケーブルの物理量を気にせず、比較的長距離間を接続することが可能になる。
【００２４】
（第二実施例）
本発明第二実施例を図３を参照して説明する。本発明第二実施例は、基本的な構成は本発明第一実施例と同様であるが、異なる点は光インタコネクションモジュールの代わりに狭ピッチかつアレイ状に光送受信手段が配置された多並列光インタコネクションモジュールを用いている点である。この場合は、電気の多重／分離装置は使用せずにＭＣＭ内のＬＳＩのＩ／Ｏ速度をそのまま光で送受信できる。
【００２５】
ここでは、ＭＣＭと光インタコネクションモジュールの機械的一体化に際して、ワイヤボンディング技術を利用して両者接続する方法を示している。この実施に際しては、ＭＣＭ側および光モジュール側の両方にワイヤボンディング用のボンディングパッド９を設けてこれらを接続する。
【００２６】
本発明第二実施例によれば、小型化・低価格化が進む多並列光インタコネクションモジュールを利用することで、ＭＣＭ全体を小さく、しかもインタフェース部に必要なコストを低く抑えることができる。
【００２７】
また、ＭＣＭと光送受信モジュール１１および１２間の接続をワイヤボンディングという非常に歴史があり、成熟した技術で行うことにより、現在でも確実に実施することができる。また、ワイヤボンディングは容易に取り外しが可能であり、リペアという点においても優れる。
【００２８】
（第三実施例）
本発明第三実施例を図４を参照して説明する。図４は本発明第三実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。
【００２９】
本発明第三実施例も、基本的構成は本発明第一実施例と同じである。ここでは、本発明第二実施例と異なり、ＭＣＭと多並列光インタコネクションモジュールの接続にハンダバンプ１０を使用して両者を接続する。
【００３０】
本発明第三実施例によれば、本発明第二実施例と同様に、小型化・低価格化が進む多並列光インタコネクションモジュールを利用することで、ＭＣＭ全体を小さく、しかもインタフェース部に必要なコストを低く抑えることができる。
【００３１】
また、ＭＣＭと多並列光インタコネクションモジュール間の接続をハンダバンプ１０で行えば、そのインダクタンスがワイヤの場合の数十分の一程度となるため、ＭＣＭの入出力信号の高速化に対しても信号劣化を免れる。また、ハンダバンプ１０による接続でＭＣＭと接することにより、接触面積がハンダバンプ１０の接点のみの小面積であるため、一般的に発熱の大きなＭＣＭ側より多並列光インタコネクションモジュールへの熱の流入を抑制できる。
【００３２】
（第四実施例）
本発明第四実施例を図５を参照して説明する。図５は本発明第四実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。
【００３３】
本発明第四実施例も、基本的構成は本発明第一〜第三実施例と同じである。ここでは、多並列光インタコネクションモジュールの光送信モジュール１１側のレーザ７の発信波長に違いを持たせこの異なる波長を光送信モジュール１１内に設けた波長多重装置６によって波長多重し、一本の光ファイバ３で出力する。一方、光受信モジュール１２側では、光受信モジュール１２のフォトディテクタ８に光が入る前に、波長分離装置５を配置し、送信側で波長多重された光信号を波長分離する。
【００３４】
このように、多並列光インタコネクションモジュールの中で波長多重・分離の技術を用いれば、ＭＣＭに継る信号入出力のための光伝送路（例えば光ファイバ３）の本数を減らせ、これはさらに光ファイバが多数あればあるほどバラツキが大きくなる信号チャネル間のスキューを低減することが可能になる。
【００３５】
（第五実施例）
本発明第五実施例を図６を参照して説明する。図６は本発明第五実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。本発明第五実施例は、図６に示すように、プリント基板１４上に実装されたＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールのＭＣＭの裏面にスタック型コネクタ１３を配置し、このスタック型コネクタ１３によりプリント基板１４を介してＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールに電源を供給したり、あるいは、クロック信号、コントロールシグナル等の比較的低速な制御信号を入出力する。これにより、回路の拡張に対応して電源供給路およびまたは比較的低速な制御信号の入出力路を容易に確保することができる。
【００３６】
（第六実施例）
本発明第六実施例を図７ないし図９を参照して説明する。図７は本発明第六実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図である。図８は段差のあるワイヤボンディングの敷設状態を示す図である。図９は導電性金属テープを用いたワイヤボンディングの敷設状態を示す図である。光インタコネクション１２とＭＣＭとは本発明第二実施例と同様に、ワイヤボンディングにより接続する。本発明第六実施例では、ワイヤボンディングを行うボンディングパット９−１、９−２は二種類あり、ボンディングパット９−１は信号用のパット、ボンディングパット９−２は電源供給用のパットである。
【００３７】
ＭＣＭ側のボンディングパットはワイヤの敷設方向を長手方向とする長方形であり、例えば、図８に示すように、ＭＣＭと光インタコネクションモジュールとの段差がある場合であっても、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。
【００３８】
一方、電源供給用パットであるボンディングパット９−２は、光インタコネクションモジュールおよびＭＣＭの両方で、信号用パットであるボンディングパット９−１と比較すると面積が広く、複数のワイヤを接続することができるため、信号用パットと比較して大きな電流を流すことができる。
【００３９】
また、図９に示すように、電源のインピーダンスを低減させる目的で、電源供給用のボンディングパット９−２には、ワイヤに代えて導電性金属テープを用いることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速かつ超多並列信号の入出力を有するＭＣＭからＭＣＭ内部のＬＳＩが有する信号速度を低減することなく、外部の装置と比較的長距離でも直接、光で接続できる光インタフェースマルチチップモジュールを実現することができる。この光インタフェースマルチチップモジュールを用いて高速信号処理装置を実現することができる。また、回路の拡張に対応する電源供給路およびまたは比較的低速な制御信号の入出力路を容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の高速信号処理装置におけるＭＣＭ配線状態を示す図。
【図２】本発明第一実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図３】本発明第二実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図４】本発明第三実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図５】本発明第四実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図６】本発明第五実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図７】本発明第六実施例のＭＣＭおよび光インタコネクションモジュールを示す図。
【図８】段差のあるワイヤボンディングの敷設状態を示す図。
【図９】導電性金属テープを用いたワイヤボンディングの敷設状態を示す図。
【図１０】ＭＣＭの表面および裏面の構成を示す図。
【図１１】ＭＣＭ相互間の接続の構成を示す図。
【符号の説明】
１、１１  光送信モジュール
２、１２  光受信モジュール
３  光ファイバ
５  波長分離装置
６  波長多重装置
７  レーザ
８  フォトディテクタ
９、９−１、９−２  ボンディングパッド
１０  ハンダバンプ
１３  スタック型コネクタ
１４  プリント基板
【図１】
0003553403.tif 000002
【図２】
0003553403.tif 000003
【図３】
0003553403.tif 000004
【図４】
0003553403.tif 000005
【図５】
0003553403.tif 000006
【図６】
0003553403.tif 000007
【図７】
0003553403.tif 000008
【図８】
0003553403.tif 000009
【図９】
0003553403.tif 000010
【図１０】
0003553403.tif 000011
【図１１】
0003553403.tif 000012