(57)【要約】【課題】光配線を行う場合に、光Ｉ／Ｏデバイスの数を減らすことのできる光電融合配線基板を提供することである。【解決手段】光電融合配線基板は、接続設定回路２１９０、接続設定回路２１９０と複数のデバイス２０１０、２０２０、２０３０とを接続する為の電気配線群１６５０、接続設定回路２１９０に接続された光Ｉ／Ｏデバイス２０１１、２０２１、光Ｉ／Ｏデバイスに接続され光信号の伝送を行う二次元型光伝送媒体２１６０を備える。接続設定回路２１９０は、電気配線群１６５０と光Ｉ／Ｏデバイスとの接続形態が変更可能な回路を含み構成されている。【選択図】    図１６
2004191617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続設定回路、該接続設定回路と複数のデバイスとを接続する為の電気配線群、該接続設定回路に接続された光Ｉ／Ｏデバイス、該光Ｉ／Ｏデバイスに接続され光信号の伝送を行う二次元型光伝送媒体を備え、且つ該接続設定回路は、前記電気配線群と前記光Ｉ／Ｏデバイスとの接続形態が変更可能な回路を含み構成されていることを特徴とする光電融合配線基板。
【請求項２】
前記接続設定回路とは、再構成可能集積回路である請求項１記載の光電融合配線基板。
【請求項３】
前記接続設定回路は、前記一つの光Ｉ／Ｏデバイスと該電気配線群内の複数の電気配線とが接続できるように構成されている請求項１記載の光電融合配線基板。
【請求項４】
前記電気配線群内の電気配線の数よりも前記光Ｉ／Ｏデバイスの数が少ない請求項１記載の光電融合配線基板。
【請求項５】
請求項１記載の前記電気配線群には複数の電子デバイスが接続されている半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を利用した信号伝送が可能な光電融合配線基板、及び当該配線基板を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタル配線に高速なデータ信号（例えば１Ｇｂｐｓ）を伝送すると、その近傍の電子デバイスや配線には、いわゆる電磁放射干渉ノイズ（ＥＭＩ）の影響が生じる。そして、このＥＭＩの強さは、「発生源の強さ（周波数、波形、駆動電流）」×「伝達係数（電源ラインとの共振、近接するラインとの結合）」×「アンテナ要因（コネクタ、電極）」で表される。つまり、配線長、電流値、信号の伝送速度、また信号パルスの形状などに依存することが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＭＩの影響を回避ないし低減する為、光配線を利用しようという試みがある。光配線では、当該光配線のみによっては電磁誘導がないため上記伝達係数がゼロとなるからである。
【０００４】
図１５を利用して光配線を利用した信号伝送に関して説明する。
図中において、デバイスＡ、Ｂ、Ｃ（２０１０、２０２０、２０３０）から、それぞれデバイスＤ（２０４０）へ信号伝送を行う場合、デバイスＡ、Ｂ、Ｃは、各デバイス毎に接続されたＥ／Ｏデバイス（２０１１、２０２１、２０３１）を介して、各Ｏ／Ｅデバイス（２０４１、２０４２、２０４３）へ信号を伝送するのが一般的である。図中、２０６０は、光配線を模式的に示したものであり、ライン状の導波路が該当する。しかし、一般に光Ｉ／Ｏデバイス（より具体的にはＥ／Ｏデバイス、あるいはＯ／Ｅデバイス）は高価であり、なるべくその数を減らしたいのが実情である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、光配線を行う場合に、光Ｉ／Ｏデバイスの数を減らすことのできる光電融合配線基板、当該基板を備えた半導体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】
本発明に係る光電融合配線基板は、接続設定回路、該接続設定回路と複数のデバイスとを接続する為の電気配線群、該接続設定回路に接続された光Ｉ／Ｏデバイス、該光Ｉ／Ｏデバイスに接続され光信号の伝送を行う二次元型光伝送媒体を備え、且つ該接続設定回路は、前記電気配線群と前記光Ｉ／Ｏデバイスとの接続形態が変更可能な回路を含み構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記接続設定回路は、前記一つの光Ｉ／Ｏデバイスと該電気配線群内の複数の電気配線とが接続できるように構成されていたり、あるいは前記電気配線群の数よりも前記光Ｉ／Ｏデバイスの数が少なくなっていることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、各デバイスに繋がる電気配線群と光Ｉ／Ｏデバイスとをそれぞれ固定的に接続するのではなく、両者を前述の接続設定回路を介して接続することにより、各デバイスに対応した光Ｉ／Ｏデバイスを設ける必要が無くなる。また、該接続設定回路として、ＦＰＧＡ等の再構成可能集積回路を利用することにより、接続形態の変更も可能である。
【０００９】
より具体的には、本発明の光電融合配線基板は、電気配線層と光配線層が積層された複数の電子デバイスを含む光電融合配線基板であって、電気配線層の電気配線を含む全経路を電気的に接続する電気配線と、電子デバイスの電気信号を光信号に変換しかつ光配線層中に該光信号を送出する機能を有するＥＯデバイスと該光信号を受光して電気信号に変換する機能を有するＯＥデバイスを介する光配線とを含む複数の配線の中から電子デバイス間の配線を選択的に確立する為のゲートアレイを有するデバイスが設けられていることを特徴とする。この構成では、電気配線と光配線が共存した場合の配線の切り替えが、調停用デバイスへの電子デバイスからの配線変更要求に応じてゲートアレイデバイスを所定のプログラムで回路再構成することで、具体的に実現される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１６を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。同図は、本発明に係る光電融合配線基板の構成例を模式的に示すものである。なお、以下では光Ｉ／Ｏデバイスとして、Ｅ／Ｏデバイスを例に挙げ説明するが、Ｏ／Ｅデバイスに関しても同様に適用できるし、Ｅ／ＯとＯ／Ｅの両方のデバイスに適用してもよい。２１９０は接続設定回路、１６５０は接続設定回路２１９０と複数のデバイス（デバイスＡ、Ｂ、Ｃをそれぞれ２０１０、２０２０、２０３０で示している。）とを電気的に接続する為の電気配線群である。２０１１及び２０２１は接続設定回路２１９０に繋がったＥ／Ｏデバイスである。なお、同図ではあくまでも一例として２つのＥ／Ｏデバイスを記載しているにすぎず、各デバイス２０１０等毎にＥ／Ｏデバイスを設けている構成でないならば、特にＥ／Ｏデバイスの数は制限されるものではない。勿論、好ましい形態としては、接続設定回路２１９０に前述の電気配線群を介して接続されるデバイスの数以下のＥ／Ｏデバイスを備えていることが好ましい。２１６０は、Ｅ／ＯデバイスとＯ／Ｅデバイス１６６００を光学的に接続する為の光伝送媒体である。同媒体には、２次元型の光伝送媒体を用いることが好ましい。更に、図のように複数のＥ／Ｏデバイスと光伝送媒体とを接続する必要がある場合には、各Ｅ／Ｏデバイスに共通の２次元型光伝送媒体（光シートとも呼ばれる。）を用いるのが好ましい。
【００１１】
接続設定回路２１９０にて、どのデバイス（Ａ、Ｂ、Ｃ）とどのＥ／Ｏデバイスとを接続するかを確定する。そして、この接続設定回路としては、スイッチング機能を備えた回路であればよいが、ＦＰＧＡ等の再構成可能集積回路を利用することがより好適である。なお、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の再構成可能集積回路とは、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を記憶素子とする１チップ上にＡＮＤ，ＯＲ等からなる組み合わせ回路や、フリップフロップ等を実現できる論理ブロックと、それら論理ブロック間の接続をＳＲＡＭ等の記憶素子に保持させる配線ブロックから構成されているため、配線ブロックの記憶素子のデータを、回路構成データとして外部から与えることにより、論理ブロック間の接続をすることができ、内部の構成回路を動的に何度でも書き換えることができるものである。即ち、接続設定回路を介してデバイス（２０１０等）とＥ／Ｏデバイスの接続形態が変更可能である。
【００１２】
本発明を利用してデバイスＡ（２０１０）とデバイスＤ（２０４０）間に信号伝送を行う場合について説明する。デバイスＡとデバイスＤは、特に問題が無ければ電気配線（不図示）を用いて信号伝送を行うことも可能だが、何らかの理由（何らかの不都合）により光伝送に切り替える必要が生じた場合を考える。接続設定回路２１９０では、デバイスＡと少なくとも一つのＥ／Ｏデバイスを選択し、デバイスＡとデバイスＤ間での信号伝送が可能となるように接続内容を確定させる。例えば、Ｅ／Ｏデバイスとして２０２１が選択された場合には、二次元型の光伝送媒体２１６０を介して、光信号がＯ／Ｅデバイス１６６０に入力され、そしてデバイスＤへ信号が伝送される。接続設定回路として再構成可能な集積回路を用いている場合には、その後の接続設定内容を自由に変更可能であるので、例えばデバイスＢ（２０２０）とデバイスＤを接続することも可能となる。勿論、接続形態の変更には、光による伝送から電気により伝送への切り替えも含まれる。上述した何らかの不都合を検出するべく、デバイスＡとデバイスＤ間に検出デバイス（以下、調停デバイスとも言う）を設けておくことも好ましいものである。
【００１３】
また、前記接続設定回路は、前記一つの光Ｉ／Ｏデバイスと該電気配線群内の複数の電気配線とが接続できるように構成されていることも好ましい。また、前記電気配線群の数よりも前記光Ｉ／Ｏデバイスの数が少なくなるような回路となっていることも好ましい。
【００１４】
上述した、光電融合配線基板の前述の電気配線群に種々のデバイス（ＩＣチップや集積回路も含む）が接続されていれば、半導体装置となる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図１は本発明の光電融合基板の第２の実施形態を説明する模式図である。図１（ａ）は上面図であり、１０１は最表層の電気配線層を表しており、白抜きの四角で示している１０４はＬＳＩ等の電子デバイス、１０４ｚは配線切り替えの決定を行なう機能を有する電子デバイスである調停用デバイス、１０６はそれらを接続する電気配線の一例、１０５は電気配線層１０１等を貫通するビアホールを示している。図１（ｂ）はその下の光配線層１０２のみを表している。電気配線層１０１とは異なり、シート状の２次元（２Ｄ）光導波路１０２になっている。ここにおいて、１０３は発光デバイスあるいは受光デバイス等の光ＩＯ素子（ＥＯ変換するエミッタ或いはＯＥ変換するディテクタ、およびその駆動回路等を含んでもよい）である。図１（ｃ）は上面からの投影図である。電子デバイス１０４と光ＩＯ素子１０３の位置関係が分かるよう表示してある。
【００１６】
図２は図１（ｃ）のＡ−Ｂ間断面模式図である。本実施形態の場合、保持基板１００上において光配線層１０２を一対の電気配線層１０１ａ、１０１ｂが挟む構成になっており、電気配線層１０１ａと光配線層１０２の界面付近に光ＩＯ素子１０３が設置してある。さらに、これら光ＩＯ素子１０３の近傍の電気配線層１０１ａ中には、配線を切り替えるためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）あるいはプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）２０３が設置してあり、最近傍の光ＩＯ素子１０３と電気的に接続されている。なお、電子デバイス１０４の数に１：１に対応したＥ／Ｏデバイスを用いなくても、接続設定回路を用いることで、電子デバイス１０４の数に１：１に対応した数よりも少ないＥ／Ｏデバイスにより光電融合基板を実現できることは上述の通りである。
【００１７】
保持基板１００は例えばセラミック材から成り、光配線層１０２はフィルム状の光配線層であり、電気配線層１０１はビルドアップ層でもよい。ＬＳＩ等の電子デバイス１０４はバンプ（例えばボールハンダ）１０９で電気配線層１０１ａの表面に実装されている。ゲートアレイ（ＦＰＧＡあるいはＰＬＤ）２０３は、そのデバイスの外部あるいは内部から与えられるプログラムにより、内部の配線を再構成できる特徴を持つ。ＦＰＧＡあるいはＰＬＤは、ゲートアレイを多数集積したロジックデバイスであり、外部プログラムあるいは内部プログラムを選択することで、内部の配線パターンをほぼ任意に変更できるデバイスであり、近年、携帯電話等設計変更が激しい機器に頻繁に使用されているデバイスである。
【００１８】
光ＩＯ素子１０３の例として、ＦＰＧＡあるいはＰＬＤとの相関で、フォトニックボールＩＣ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｌｌ  ＩＣ）について述べる。図３はフォトニックボールＩＣの模式図である。直径１ｍｍφ程度の半導体球表面にＣＭＯＳ回路のほかに発光素子や受光素子を集積できるため、光ＩＣとして機能するだけでなく、球面形状を有することから、２Ｄ平面内の任意の方向に光拡散させたり、任意の方向あるいは特定の方向に光ビームを出射できたり、または任意の方向あるいは特定の方向からの光を受光できる機能を持つ。
【００１９】
図３において、３０１はアンドープ球状Ｓｉ基板（例えば１ｍｍφ）であり、３０２はその半球表面（ここでは北半球表面）に形成されたＩＣである。さらに、３０３は、南半球部表面に形成された発光素子あるいは受光素子等の光デバイスであり（ここでは、４つの（１１１）相当面に形成されたＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザや面型フォトダイオードを想定しているが、これに限るものではない）、３０４は電気配線である。ＩＣ３０２は、発光素子３０３と集積する場合は、駆動ＩＣであったり、パラレル・シリアル変換回路であったりする。受光素子３０３と集積する場合には、バイアス回路、プリアンプ、波形調整回路、あるいはシリアル・パラレル変換回路であったりする。もちろん両方の機能を兼ねる場合は、それに応じた電子回路を付加する。これらの回路は通常のＣＭＯＳプロセスで作製可能で、そのロジック電圧は３．３Ｖあるいはそれ以外の電圧でもよい。
【００２０】
図４はフォトニックボールＩＣの別の形態を示している。図４において、電子回路部４０１、電気配線４０２、電子回路用電極パッド部４０３は上記と変わらないが、光デバイス部分が大きく異なっている。さらに、４０７は、コンタクト層４０６上に形成された光デバイス用電極パッドであり、４０５は、クラッド層４０４に挟まれた半球状に形成された活性層であり、発光デバイスの場合、光デバイス用電極パッド４０７から注入されたキャリアがここで再結合して発光する。受光デバイスの場合、活性層４０５には逆バイアスがかけられ、受光した光がここで電子−ホール対を形成する。どちらの場合も球形状をしていることから、光放出あるいは光吸収ともに特別な光学系を用意することなく、高効率でＥＯあるいはＯＥ変換することができる。
【００２１】
図１（ｂ）の光配線層１０２において、拡散伝播モード１０７でデータ伝送する場合は、例えば、図４のフォトニックボールＩＣを用いられ、ビーム伝播モード１０８で伝送する場合には、図３のフォトニックボールＩＣを用いることができる。フォトニックボールＩＣは、本発明の光電融合配線基板において、好適な構造と機能を有するデバイスである。
【００２２】
図２では、光ＩＯデバイス１０３とＦＰＧＡあるいはＰＬＤ２０３を近傍に独立して形成した例を示しているが、これらデバイスを前記のＰｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｌｌ  ＩＣに集積すればより効果は高い。例えば、配線長が短くなることによる転送レートの上限アップ、低消費電力化、実装負担軽減、低コスト化等の効果である。
【００２３】
以下に図２に沿って本実施形態の動作原理について説明する。
先ず、電気配線から光配線への切り替え動作を説明する。例として、電気配線層１０１ａ上に実装されたＬＳＩ１０４ａからＬＳＩ１０４ｃへデータ転送する場合を考える。この場合、ＬＳＩ１０４ａとＬＳＩ１０４ｃは、２つのＣＰＵないしはＣＰＵとＲＡＭ等を想定している。例えば、両者にあまり負荷がない場合、例えば、１０ＭＨｚ程度でデータ転送する場合には、前記ＥＭＩや配線遅延の影響は少ないため、通常の電気配線（例えば２０１の電気配線経路）で安定に動作する。このとき、この電気配線２０１上にある全てのＰＬＤ２０３はｏｆｆになっていて、光ＩＯ素子１０３には接続されない。
【００２４】
次に、両者が高速のクロック、例えば、８００ＭＨｚで動作するとする。このとき、先の電気配線２０１では、ＥＭＩや配線遅延で正確にデータ転送ができなくなるとする。または、両者の途中に配置された他のＬＳＩ１０４ｂが高速（あるいは大電流）動作する場合には、そのＥＭＩの影響は無視できなくなる可能性が高い。あるいは、ＬＳＩ１０４ａがあまり高速な動作でなくとも、外部の電波環境の変化で内部に誘起された電磁界で誤動作したとする。こうしたとき、この不具合は、調停デバイス（例えば図１（ａ）の１０４ｚ）が感知し、ＬＳＩ１０４ａが使用する光ＩＯ素子１０３を指定する。通常、最近傍の素子（図２では１０３ａ）であるが、１つに固定されるものではない。ここが、本発明の特徴的な部分である。１つの電子デバイスに固有の光ＩＯ素子を予め決めておくのではなく、光配線接続の要求が発生するたび毎に、光ＩＯ素子を設定する。この結果、電子デバイスの数よりもずっと少ない数の光ＩＯ素子を準備しておけば良いことになる。一方で、内部配線層近傍に光ＩＯ素子を選択するためのスイッチングデバイスを必要とする。これが、前記ＦＰＧＡあるいはＰＬＤである。
【００２５】
光ＩＯ素子の具体的な指定方法は、調停デバイスから通知を受けたＰＬＤ（例えば２０３ａおよび２０３ｃ）は、調停デバイス１０４ｚから切り替えプログラムあるいは切り替えパターンデータを受け、ゲートアレイをその指示通りにＯＮ／ＯＦＦして回路を再構成する。例えば、これまでバイパスしていた電気配線経路２０１から、光ＩＯデバイス１０３ａおよび１０３ｃを介する光配線経路２０２に切り替える。このとき他の光ＩＯ素子１０３はオフになるようプログラムしておけば、光配線層１０２は、光ＩＯデバイス１０３ａおよび１０３ｃで占有して使うことになる。
【００２６】
こうして、先に転送に失敗したデータは、今後は、光ＩＯデバイス１０３ａによってＥＯ変換された光信号として、２Ｄ光導波路１０２中を拡散伝播あるいはビーム伝播され、光ＩＯデバイス１０３ｃ（この場合フォトディテクタ＋アンプ）に到達すると、今度はＯＥ変換されてＰＬＤ２０３ｃを通って目的のＬＳＩ１０４ｃに電気接続される。必要であれば、このまま光配線を占有してもよいし、開放して電気配線に戻してもよい。光ＩＯ素子によるデータ転送方法は、光配線層全体に光ビームを拡散させる方法でもよいし、光配線層の一部の領域に選択的に光ビームを照射する方法でもよいし、あるいは両者の組み合わせでもよい。
【００２７】
次に、光配線から電気配線への切り替え動作は上記の逆を行なえばよい。光配線でのデータ転送が終わったら自動的に元の電気配線にするには、予めそのようにプログラムを組んでおけばよい。
【００２８】
電気配線から他の電気配線に変更することも可能である。通常の電気配線経路では正確なデータ転送ができないとき、場合によっては、配線経路だけを変えることで正確なデータ転送が可能になる。また、光配線がすでに占有され、順番を待てない場合など、取り敢えず、他の電気配線を使用する可能性は否定できない。この場合、再構成の回路として、もう１つの電気配線にゲートが開くよう調停デバイスからゲートアレイデバイスへプログラムを与えればよい。
【００２９】
上記の例では、ＬＳＩ１０４ａに最も近傍の光ＩＯデバイス１０３ａを用いたが、すでにこのＩＯ素子が占有されている場合もある。その際には、その近くの別の光ＩＯデバイス、例えば光ＩＯデバイス１０３ｂを用いて光データを転送することも可能である。つまり、調停デバイスからのプログラムを変えることで、どの光ＩＯデバイス１０３も使用できる。
【００３０】
光電融合配線再構成について、デバイス間の接続に、電気配線とともに光配線を適用し得る状態にすることで、配線の自由度を飛躍的に向上させることができる。以下では、Ｅ／Ｏデバイス側とＯ／Ｅデバイス側の両方に再構成可能集積回路を適用した場合について説明する。
【００３１】
図１０は、光電融合配線の再構成を説明する模式図である。図において、１００４はＬＳＩ等の電気端子であり、１００１はＰＬＤ等の再構成可能集積回路からなる電気ネット、１００３は光ＩＯ素子（図中左側がＥ／Ｏデバイス、右側がＯ／Ｅデバイスである。）、１００２は光ＩＯ素子および光配線層からなる光ネットである。電気ネット１００１と端子１００４間は、電気配線群１００７で接続されることになる。
【００３２】
任意の電気端子は、電気ネット１００１で所望の内部配線を選ぶことができる。たとえば、ＰＬＤを介して内部配線を切り替え、所望の光ＩＯ素子の入力側に接続し、電気信号を光信号に切り替えることができ、光ネット部では所望の光ＩＯ素子に接続できる（もっとも簡単な方法は、全体拡散伝送）。この光ＩＯ素子では、光信号を電気信号に変え、再び電気ネット１００１で所望の端子に接続する。ＰＬＤや光ネットを使用しない場合は、通常の電気配線となる。
【００３３】
以上のように、電気ネットと光ネットを組み合わせることにより、配線の自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００３４】
さらに詳しく説明する。任意のＬＳＩ端子の電気信号が、すべての任意の端子に接続できることが理想である。これを本発明は、電気配線再構成と光配線再構成を用いて行う。あるＬＳＩの複数の端子を近傍のＰＬＤに接続し、ＰＬＤのなかで配線交換を行うことにより、複数の配線から任意の配線を選択することができる。この複数の配線とは、具体的には、近傍にある複数の光ＩＯデバイスの入力端子につながる配線である。ここで重要なのは、ある光ＩＯデバイスからみると、ここに接続される配線は複数あるということである。つまり、１つの光ＩＯデバイスが複数の端子の光電変換のためのインタフェースになっていることである。従来、電気端子からの電気信号を光信号に変えるために、直接１本の電気配線で結合されており、この方法を用いる限り端子数だけの光ＩＯデバイスを必要となってしまい、デバイスサイズやコストの点からすると実現はきわめて困難である。本発明によれば、端子数よりもずっと少ない光ＩＯデバイスで、配線再構成を可能にする。
【００３５】
以上に説明したように、本実施形態によれば、電気配線群（当該電気配線群は、種々のデバイスに接続される。）と光Ｉ／Ｏデバイス間に配線接続設定回路を設けることにより、電気配線群を介して接続される複数のデバイスの数よりも少ない光Ｉ／Ｏデバイスで光電融合配線基板を実現することができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図５は本発明の第３の実施形態である多層型の光電融合基板の断面模式図である。第２の実施形態との相違点は、光配線層１０２が多層に形成されていること、層間を貫くビア１０５が形成されていること、上下両面に電子デバイス１０４が実装されていることである。光配線層１０２は、層ごとに平面的に光信号を拡散させてデータを伝送できることは共通である。
【００３７】
第３の実施形態の動作は基本的に第２の実施形態と同じであるが、本実施形態に特徴的な動作について簡単に補足する。
異なる面にあるＬＳＩ１０４ｄからＬＳＩ１０４ａへ高速にデータ転送する場合を考える。通常の電気配線経路２０１では、ＬＳＩ１０４ｄ直上の電気配線層１０１ｄ→ビア１０５→電気配線層１０１ａ→ＬＳＩ１０４ａとなる。このとき、通過するゲートアレイ２０３ｄ、２０３ｂ、２０３ａは全てオフになっているので、ゲートとしては機能しない。
【００３８】
通常の状態ではデータ転送に関して問題なくても、ある状態では、正常な転送ができなくなる場合がある。例えば、電気配線経路２０１近傍のデバイス（例えばＬＳＩ１０４ｂ）の近傍電磁界が大きくなったとき、その直下のデータ転送は多大な影響（ＥＭＩ、配線遅延等）を受ける。この状態を調停デバイス（図５では図示せず）が感知すると、電気配線２０１を極力光配線に変更することを決定する。ＬＳＩ１０４ｄ直上の電気配線層１０１ｄ→ビア１０５→電気配線層１０１ａまでは電気配線で行う。本実施形態の場合、調停デバイスは、光ＩＯデバイスとして光ＩＯデバイス１０３ｃおよび１０３ａを選び、ゲートアレイ２０３ｃおよび２０３ａをオンにして、ＬＳＩ１０４ｄからの転送データを光ＩＯデバイス１０３ｃでＥＯ変換し、光配線層１０２ａ中を光伝送させ、光ＩＯデバイス１０３ａでＯＥ変換して電気信号とし、ＬＳＩ１０４ａに取り込むことを指示する（プログラムを各デバイスに転送する、あるいはＲＯＭの中のプログラム番号を知らせる）。これにより、ＥＭＩに起因するデータ転送のトラブルは回避できる。必要であれば、調停デバイスは再度復帰するプラグラムを各光ＩＯデバイス１０３あるいはゲートアレイデバイス２０３へ通知する。この様に、多層構成の場合にも、ゲートアレイデバイスを用いて電気配線と光配線を自由に選べる。
【００３９】
（第４の実施形態）
図６は第４の実施形態の断面図である。図２の部分ないし素子と同じ機能を持つ部分ないし素子には同数字を付して示している。本実施形態では、ＦＰＧＡないしＰＬＤ（ゲートアレイデバイス）２０３が、光ＩＯ素子１０３近傍の１つの電気配線層１０１ｂに集中（集積）配置されている。各ゲートアレイ２０３をワンチップに集積すれば、より効果は高い。例えば、配線長が短くなることによる転送レートの上限アップ、低消費電力化、実装負担軽減、低コスト化等の効果である。その他の構成、動作および効果は第１の実施形態と同じである。
【００４０】
（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態である多層型の光電融合基板の断面模式図である。第４の実施形態との相違点は、光配線層１０２が多層に形成されていること、層間を貫くビア１０５が形成されていること、上下両面に電子デバイス１０４が実装されていること、ゲートアレイ素子２０３が、光ＩＯ素子１０３の近傍ではなく専用のゲートアレイ層６０１に集積されていること、配線の変更を指示する調停デバイス１０４ｚも同層６０１に集積されていること、支持基板１００が省かれていることである。光配線層１０２は、層ごとに平面的に光信号を拡散させてデータを伝送できることは共通である。この様に、第４の実施形態では、ゲートアレイデバイス２０３は光ＩＯデバイス１０３近傍の電気配線層１０１ｂに配置されていたが、本実施形態では、少し離れた１つの集積型ゲートアレイ層６０１に集中して配置されている。
【００４１】
図７では、層６０１中に複数のゲートアレイデバイス２０３が組み込まれている様に描いているが、全てが１つのチップに完全に集積されていても勿論構わない。低コスト化にはその方が有効である。
【００４２】
基本的な動作原理は、第４の実施形態と基本的に同じであるが、本実施形態に特徴的な動作について簡単に補足する。
異なる面にあるＬＳＩ１０４ｄからＬＳＩ１０４ａへ高速にデータ転送する場合を考える。通常の電気配線経路２０１では、ＬＳＩ１０４ｄ直上の電気配線層１０１ｄ→ビアホール１０５→電気配線層１０１ａ→ＬＳＩ１０４ａとなる。このとき、ゲートアレイ層６０１はビアホール１０５によって完全に通過するのみである。
【００４３】
通常の状態では問題なくても、ある状態では、正常な転送ができなくなる場合がある。例えば、電気配線経路２０１付近にある他の電子デバイスＬＳＩ１０４ｅがＥＭＩを発生したとき、その直上のデータ転送は多大な影響を受ける。この場合には、電気配線経路を極力光配線経路に変更することが効果的である。本実施形態の場合、ＥＯデバイスとして光ＩＯデバイス１０３ｄ、ＯＥデバイスとして光ＩＯデバイス１０３ｂを選ぶことを、ゲートアレイ層６０１中の調停デバイス１０４ｚが決定し、全てのゲートアレイ２０３の配線を再構成する。つまり、ゲートアレイ層６０１が一種の交換機の役割を果たす。この経路決定は、もちろん一義的ではない。複数の経路が考えられるが、調停デバイス１０４ｚは、過去の配線実績を元に最適な配線パターンをそのたび毎に選択することができる。図７の図示例では、ＬＳＩ１０４ｄからのデータは光ＩＯデバイス１０３ｄでＥＯ変換されて、光配線層１０２ｂ中を光伝送され、光ＩＯデバイス１０３ｂでＯＥ変換されて、電気信号として電気配線層１０１ｃ、ビア１０５、電気配線層１０１ａを経てＬＳＩ１０４ａに取り込まれる。これが光配線経路２０２として示されている。
【００４４】
本実施形態によれば、（１）光ＩＯデバイスとゲートアレイデバイスを独立に設計、プロセス、および実装できる。また、（２）各機能が層ごと（電気配線層、光配線層、ゲートアレイ層）に完全に分離しているので、プリント基板作製工程が簡素化でき、低コスト化につながる。
【００４５】
（第６の実施形態）
図８は第６の実施形態を説明する模式図である。図８において、１０３は光電融合基板上に碁盤の目のように均一に配置された光ＩＯデバイスである。同時にゲートアレイ（不図示）がその近傍に配置してある。あるいは、１０３は、光ＩＯデバイスとゲートアレイデバイスが集積された素子そのものでも良い。この様に規則的に配置した場合、ゲートアレイや光ＩＯデバイスの実装方法が簡単になるだけでなく、ゲートアレイの構造や、配線を切り替える為のゲートアレイ用のプログラムも簡単になる効果がある。その他の構成部分および動作の仕方は、上述した実施形態のものに準じる。
【００４６】
次に、電気配線を切り替える接続設定回路（例えばＰＬＤなど）の配置方法について述べる。ＰＬＤの配置方法は、たとえば図１１のように、同一平面状に複数のＰＬＤ２０３を碁盤の目状に配置し、前記電気配線層により相互に電気接続されている形態が考えられる。規則正しく配置されていることで電気配線層のレイアウトが容易になるメリットがある。ＰＬＤは同じものでも、異なるものでも良い。この場合、各ＰＬＤは、入力として複数（たとえば、３２個）の電気端子が接続され、４個の光ＩＯデバイスに接続できる出力線を持つ構成が考えられる。通常は電気配線を使用するが、光配線が必要になったときや、他の電気配線への切り替えが必要になったときは、調停デバイス（たとえば図１における１０４Ｚ）からの命令でＰＬＤの内部の配線を切り替えることで所望の配線を再構成する。この機能を一つのＰＬＤだけでなく、複数のＰＬＤが同時に行うことで、きわめて柔軟かつ高速でデータ転送可能な光電融合配線再構成を実現できる。
【００４７】
さらに、発展させると、ＰＬＤそれぞれは単に配線切り替えのためだけでなく、自分自身も異なる機能をデバイス、たとえば異なるＤＳＰとして再構成することで、デバイス配置がまったく変わらないにも関らず、全く機能の異なるシステムデバイスとして使用することが可能である。
【００４８】
図１２はＰＬＤ２０３、電気配線３０４および光配線（ビーム、拡散等を含む）１０７、１０８を同一平面状に表したものである。図において、個々のＰＬＤは独立に機能（再構成）するのではなく、相互に電気接続されていて、相互に密接に連携して、回路全体が再構成媒体となる。換言すると、前者のケースが、ＰＬＤ「周辺」の回路の再構成するだけだったのに対し、後者のケースでは、回路全体を再構成する。たとえば、ＰＬＤ１につながれた端子１が任意のＰＬＤに接続できる。これは相互にＰＬＤが柔軟に接続（２Ｄ平面どこでも接続可能）されているためである。
【００４９】
光電融合再構成の例を図１３で説明する。
図１３は、通常の配線（Ｃｏｎｆｉｇ．１）とする。ＣＰＵやＲＡＭ，ＤＳＰが通常のバス３０４で接続されている。これが、図２のように１つのパッケージあるいは基板上で実現されているとき、上記光電融合再構成を用いることにより、図１４のようにまったく異なる配線レイアウトのシステムデバイスとして機能させることができる。これをすべて電気配線で行おうとすると、配線密度が極めて高くなり、結果的にＥＭＩや配線遅延により、所望のスピードでデータ転送することはできない。つまり、本発明をもって初めて実現可能な形態といえる。
【００５０】
なお、電気配線は固定配線の意味で用いているので、固定光配線、たとえば１Ｄ光導波路、ファイバ等を用いてもよい。
【００５１】
（第７の実施形態）
図９は第７の実施形態を説明する模式図である。図９において、１０３は光電融合基板上に任意のパターンで配置された光ＩＯデバイスである。同時にゲートアレイがその近傍に配置してある。本実施形態の場合も、１０３は、光ＩＯデバイスとゲートアレイが集積された素子そのものでも良い。この様に光ＩＯデバイスを任意位置に配置した場合、ゲートアレイや光ＩＯデバイスの実装方法がやや煩雑になるが、光配線の適用範囲を限定したり、図１（ｂ）のように拡散伝播モードやビーム伝播モードを自由に選べるメリットがある。その他の点は第６の実施形態と同じである。なお、拡散伝播モードとは、発信源からの光が所定の放射角をもって伝播されるモードをいい、ビーム伝播モードとは、特定のデバイスのある方向に向けてビーム状に伝播させるモードのことである。
【００５２】
第６の実施形態あるいは第７の実施形態、ないしはその組み合わせは、求められる基板仕様に応じて変更すればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明した様に、本発明によれば光Ｉ／Ｏデバイスの数が低減可能な光電融合配線基板の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態を説明する電気配線層の模式平面図、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態を説明する光配線層の模式平面図、図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態を説明する電気配線層と光配線層を合わせた模式平面図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施形態を説明する図１（ｃ）のＡ−Ｂ間断面模式図である。
【図３】図３はフォトニックボールＩＣの模式図である。
【図４】図４は別の形態のフォトニックボールＩＣの模式図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施形態を説明する断面図である。
【図６】図６は本発明の第４の実施形態を説明する断面図である。
【図７】図７は本発明の第５の実施形態を説明する断面図である。
【図８】図８は本発明の第６の実施形態を説明する模式平面図である。
【図９】図９は本発明の第７の実施形態を説明する模式平面図である。
【図１０】本発明を説明する為の模式図である。
【図１１】本発明を説明する為の模式図である。
【図１２】本発明を説明する為の模式図である。
【図１３】本発明を説明する為の模式図である。
【図１４】本発明を説明する為の模式図である。
【図１５】従来例を説明する為の図である。
【図１６】本発明を説明する為の模式的概念図である。
【符号の説明】
１００    保持基板
１０１    電気配線層
１０２    光配線層
１０３、１００３    光ＩＯデバイス
１０４    ＬＳＩ（電子デバイス）
１０４ｚ    調停デバイス
１０５、２０４    ビア
１０６    パラレル電気配線
１０７    シリアル光配線（拡散伝播）
１０８    シリアル光配線（ビーム伝播）
１０９    バンプ
２０１    選択された電気配線経路
２０２    選択された光配線経路
２０３    ゲートアレイデバイス（ＦＰＧＡ、ＰＬＤ）
３０１    球状半導体基板
３０２    ＩＣ
３０３    光デバイス
３０４    電気配線
４０１    電子回路
４０２    電気配線
４０３    電子回路用電極パッド
４０４    クラッド層
４０５    活性層
４０６    コンタクト層
４０７    光デバイス用電極パッド
６０１    ゲートアレイ層
１００１    電気ネット
１００２    光ネット
１００４    端子
１００７    電気配線群
２１９０    接続設定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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