JPH02177481A

JPH02177481A - 光配線回路

Info

Publication number: JPH02177481A
Application number: JP63332052A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-10
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH0758805B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明はウェハあるいはプリント板に実装されたＬＳＩ
チップ間のデータ授受を光を介して行うための光配線回
路に関するものである。

［従来の技術］最近、ＬＳＩチップ間のデータの授受を電気配線で行う
代りに、光配線によって実現する試みが注目されるよう
になってきた。これは、光を用いることによって、（１
）高速化、（２）低タロストーク、（３）電磁誘導の影
響がない、などのメリットを期待できるためである。

従来、光配線方法として、光導波路を用いる場合と自由
空間伝搬を用いる場合が考えられている（グツドマン他
、“第１テイカル　インターコネクション　フォー　ｖ
ｔｓｘ　　システムズグロシーディング　ＩＥＥＥ、７
２，８５０（１９８４）　。

Ｊ、Ｗ、Ｇｏｏｄｉａｎ、　ｅｔ　ａｌ、　　’０ｐｔ
ｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃ−ｔｉｏｎ　　ｆｏ
ｒ　ＶＬＳＩ　　ｓｙｓｔｅｍｓ、”　　ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎａ　ｏｆ　　ｔｈｅＩＥＥＥ、？２，７．ＰＰ、
８５０−８６６（１８９４））。

また、上記光導波路を用いる場合の改良案として第９図
に示す方法が考えられている（特開昭６２−２０４２０
８号公報）、これはシリコンウェハ５に実装されたＬＳ
Ｉチップ４−１〜４−４間を相互にデータの授受を行わ
せるように構成した光配線回路である。たとえばＬＳＩ
チップ４−４内のデータを他のＬＳＩチップに送る場合
には、皇紀ＬＳＩチップ４−４内のデータの電気信号が
レーザダイオード８によって光信号に変換され、配線光
導波路７、導波形光ミキサ６内を伝搬し１．導波形ミキ
サ端６−１で反射されて４本の配線光導波路にほぼ均等
に分配され、各ＬＳＩチップ４−１〜４−４のホトダイ
オードに入射する。そして、光信号を電気信号に変換す
ることによって、データの授受が行われる。同様にして
他のＬＳＩチップからのデータ伝送も行われ、ＬＳＩチ
ップ間で相互にデータの授受が達成される。

［発明が解決しようとする課題］第９図の構成法はＬＳＩチップ間で相互にデータの授受
ができるというメリットを有するものである。しかし、
自局（例えばＬＳＩチップ４−１）のレーザダイオード
８とホトダイオード９が同一の配線光導波路７上に近接
して配置されているために、レーザダイオード８の光信
号が直接ホトダイオード９に洩れ込んでクロストークを
低下させ易いという問題がある。

また、光導波路７に不連続部が多いため〈例えば導波形
ミキサ入力部、光導波路７のコーナ部、ホトダイオード
９の入力光導波路部など）、レーザダイオード８からの
光出力がこれらの不連続部で反射されてレーザダイオー
ド８側及びホトダイオード９の入力部へ戻ってきて、雑
音の増大やクロストークの低下をもたらすといった問題
もある。

さらに、構成が複雑なため、ホトマスクの製作費用も高
くかかり、また、パターン精度もきびしいものが要求さ
れるので、全体的にコスト高となる。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、低
クロストーク特性で、反射光の影響の少ない光配線回路
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の光配線回路は、複数個のＬＳＩチップの各々に
発光素子と受光素子とを有し、これら発光素子及び受光
素子を光信号を伝搬させる光導波路でつなぎ、該光導波
路の途中には光信号を透過および反射させる機能をもつ
ビームスプリッタを少なくともＬＳＩチップ数だけ設け
ることによって、各ＬＳＩチップ間で相互にデータの授
受を行わせ得るように構成したものである。

光導波路は、閉ループ部分と該閉ループ部分から各発光
素子及び受光素子への分岐路とを有し、各分岐部に上記
ビームスプリッタを有する構成とすることができる。

また、別の配線回路からの光入力信号導入用光導波路と
、別の光配線回路への光出力信号送出光導波路とを設け
るのが好ましい。

［作用］各ＬＳＩチップ間を、光信号を透過させる機能と反射さ
せる機能を有するビームスプリッタを介して光導波路で
接続することにより、クロストークの低下がほとんどな
く、また、反射光が戻りにくい構成にしたものである。

したがって、信号対雑音比Ｓ／Ｈの大きい光配線回路が
実現可能である。

［実施例］第１図に本発明の光配線回路の実施例を示す。

これは４個のＬＳＩチップ４１．４２．４３および４４
をビームスプリッタ付きの光導波路１３を介して接続し
た例を示したものである。各ＬＳＩチップには発光素子
と受光素子が設けられていて、光導波路１３は、閉ルー
プ部分ａと、該閉ループ部分ａから外方への分岐路す、
ｃとを有し、各分岐部にはビームスプリッタ１２１〜１
２４が設けである。この実施例では、ビームスプリッタ
は相隣り合うＬＳＩチップの発光素子への分岐路す、ｂ
同志、又は受光素子への分岐路ｃ、ｃ同志の分岐点に存
する。そして、あるＬＳＩチップの発光素子からの光信
号は光導波路内を伝搬し、ビームスプリッタを介し、自
分のＬＳＩチップを含めてすべてのＬＳＩチップの受光
素子へ送られる。

たとえば、ＬＳＩチップ４１からのデータは発光素子１
０１によって光信号に変換され、発光素子１０１から分
岐路すを伝搬し、ビームスプリッタ１２１に達する。こ
のビームス１リツタ１２１により、上記光信号は閉ルー
プ部分ａ内で２つに分岐される。すなわち、１つはビー
ムスプリッタ１２１を透過して次のビームスプリッタ１
２４に達する。他の１つはビームスプリッタ１２１で反
射されて次のビームスプリッタ１２２に達する。

ビームスプリッタ１２４に入射した光信号はさらにここ
で受光素子Ｃ，Ｃへの２つの光信号に分けられ、１つは
ビームスプリッタ１２４を透過して受光素子１１３に入
力され、受光素子１１３で電気信号に変換されてＬＳＩ
チップ４３にデータが授受される。他の１つはビームス
プリッタ１２４で反射されて受光素子１１４に入力され
、電気信号に変換されてＬＳＩチップ４４にデータが授
受される。

一方、ビームスグリツタ１２２に入射した光信号もここ
で受光素子への分岐路Ｃ，Ｃへの２つの光信号に分けら
れる。その１つはビームスプリッタ１２２をそのまま透
過して受光素子１１２に入力され、電気信号に変換され
てデータがＬＳＩチップ４２に授受される。池の１つは
ビームスプリッタ１２２で反ｑ（されて受光素子１１１
に入射され、電気信号に変換されてＬＳＩチップ４１に
データが戻される。

同様にして、発光素子１０２，１０３および１０４の光
信号もそれぞれのＬＳＩチップに設けられた受光素子１
１１，１１２，１１３および１１４に送られて相互にデ
ータの授受が実現される。すなわち、各ＬＳＩチップに
設けた発光素子、受光素子が光導波路１３、ビームスプ
リッタ１２１．１２２．１２３．および１２４を介して
接続されている。

ここで、ビームスプリッタは、たとえば、ハーフミラ−
、スリット、多層膜などから構成することができ、各光
導波路内を伝搬してきた光信号に対して、その入射角を
４５゛に設定しておけば、ビームスプリッタによって分
けられた透過光と反射光は光導波路内を伝搬させること
ができる。そして、自局側には反射戻り光は生じない、
したがって、発光素子の反射戻り光による不安定性を生
じさせない、また非常に簡単な構成であり、かつ、各Ｌ
ＳＩチップ間を短距離で接続することができる。さらに
、対称な構成であるので、製作するのに用いるホトマス
クの設計が容易となり、低コストに実現できる。また、
小さな面積内に実現できるので、集積度を上げることが
でき、結果的に低コスト化を図れる。

第２図は本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。すなわち、発光素子への分岐路すと受光素子へ
の分岐路Ｃとを同じ分岐点に設けることにより、各ＬＳ
Ｉチップに設けられた発光素子および受光素子対のそば
にビームスプリッタを配置し、各発光素子からの光信号
を各受光素子に入力させて相互にデータの授受を行わせ
るようにしたものである。

たとえば、ＬＳＩチップ４１の発光素子１０１からの光
信号はビームスプリッタ１２１で２つに分けられる。ま
ず、１つはビームス１リツタ１２１で反射されて自局の
受光素子１１１に入力される。もう１つはビームスプリ
ッタ１２１を透過して光導波路１３内を伝搬し、ビーム
スプリッタ１２２に達する。

このビームスプリッタ１２２で２つの光信号に分けられ
る。１つはビームスプリッタ１２２を透過してＬＳＩチ
ップ４２の受光素子１１２に入力され、データが授受さ
れる。もう１つはビームスグリツタ１２２で反射され光
導波路１３を伝搬し、ビームスプリッタ１２３に達する
。ここでも２つの光信号に分けられ、１つはビームスプ
リッタ１２３を透過してＬＳＩチップ４３の受光素子１
１３に入力され、データが授受される。もう１つの光信
号はビームスプリッタ１２３で反射され、光導波路１３
内を伝搬して次のビームスプリッタ１２４に達する。こ
こでも同様にして２つの光信号に分けられ、１つはビー
ムスプリッタ１２４を透過してＬＳＩチップ４４の受光
素子１１４に入力され、データが授受される、もう１つ
はビームスプリッタ１２４で反射され、再びビームスプ
リッタ１２１に達する。

以上のようにして、ＬＳＩチップ４１がらのデータが発
光素子１０１により光に変換されて、各ＬＳＩチップの
受光素子１１１，１１２，１１３および１１４内に入力
され、それぞれデータが授受されるものである。

第３図も本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。これも４個のＬＳＩチップ４１゜４２．４３お
よび４４間のデータを相互に授受する構成である。第２
図と異なる点は、発光素子および受光素子の前に必ずビ
ームスプリッタを配置させることにより、発光素子の光
信号を先導波路へ逆に光導波路１３からの光信号を受光
素子へ入力させるようにしたものである。

たとえば、ＬＳＩチップ４１からの発光素子１０１から
の光信号はビームスプリッタ１２２を介して光導波路１
３を伝搬し、ビームスプリッタ１２３により、一部分は
受光素子１１２に入力され、残りの光信号はビームスプ
リッタ１２３に反射されてビームスグリツタ１２４に達
する。ビームスプリッタ１２４を透過した光信号はビー
ムスプリッタ１２５に入力され、一部分の光信号がビー
ムスプリッタ１２５を透過して受光素子１１３に入力さ
れる。残りの光信号はビームスグリッ１２５で反射され
、ビームスプリッタ１２６を通ってビームスプリッタ１
２γに入力される。そして、一部分の光信号が受光素子
１１４に入力され、残りの光信号はビームスグリツタ１
２８を通ってビームスプリッタ１２１に入力される。そ
して一部分の光信号が受光素子１１１に入力される。

以上のように、各ＬＳＩチップの発光素子からの光信号
は各ＬＳＩチップの受光素子へ入力され、データが相互
に授受される。

ＬＳＩチップの数は４個以外の場合でも適用することが
できる。その−例を第４図に示す、これは６個のＬＳＩ
チップ４１〜４６を用いた場合であり、６個の発光素子
１０１〜１０６と６個の受光素子１１１〜１１６と８個
のビームスプリッタ１２１〜１２８および光導波路１３
からなる。このように、ＬＳＩチ・ンプの数には限界が
なく２個以上の任意の数とすることが可能である。

第５図は本発明の別の実施例を示したものである。これ
は４（１！ｌのＬＳＩチップの外側に光導波路１３の閉
ループ部分ａを設け、その閉ループ部分ａの途中に８個
のビームスプリッタ１２１〜１２８と４個の全反射ミラ
ー１４１〜１４４を設けた構成である。そして、各ＬＳ
Ｉチップの発光素子１０１〜１０４の光信号を分岐路す
よりビームスプリッタ１２１、１２３．１２５．および
１２７を通して光導波Ｆ４１３内に送り込み、ビームス
プリッタ１２２．１２４．１２６および１２８を通して
分岐路Ｃより各受光素子１１１，１１２゜１１３および
１１４へ入力させるようにしたものである。

この構成はＬＳＩチップの集積度を上げた場合に有効で
ある。なお、全反射ミラー１４１〜１４４は光導波路１
３内を伝搬している光を９０°曲げて伝搬させるために
設けたものである。

第６図は本発明の光配線回路の別の実施例を示したもの
である。すなわち、ビームスプリッタとしてＹ分岐１６
１〜１６４および１７１〜１７４を用いて構成した場合
である。ただし、Ｙ分岐１７１〜１７４において、発光
素子１０１〜１０４からの光信号を光導波路１３内に導
くための分岐路１８１〜１８４は閉ループ部分ａの幅に
比して細くすることにより、光導波路１３内を伝搬して
いる光信号が発光素子側へ洩れ込むのを抑制するように
しである。

第７図はＬＳＩチップの数が８１［！Ｉ（４１〜４８）
の場合の実施−１を示したものである。これは第１図の
構成の変形を示したものであり、発光素子が８個（１０
１〜１０８　）　、受光素子も８個（１１１〜１１８）
で、ビームスプリッタが１６個（１２１〜１２９、１２
１０〜１２１１３＞からなる、このように、さらにＬＳ
Ｉチップの数が多い場合でも、第１図の変形または第３
図の変形で容易に実現できることが判る。　第８図は本
発明の光配線回路の別の実施例を示したしのである。す
なわち、第１図に示したような光配線回路が２つ以上あ
った場合に、これらの光配線回路を相互に接続して光信
号、つまりチップ間のデータのやりとりを行う場合の各
光配線回路の例を示したものである。同図に示したよう
に、別の光配線回路（別の表現をすれば、別の集積回路
）からの入力光信号伝搬用の光導波路１３１を光導波路
１３にＹ分岐１６５を通して結合させることにより、別
の光配線回路からの入力光信号を各ＬＳＩチップ４１〜
４４の受光素子１１１〜１１４へ入力さることができる
。また、光導波路１３にＹ分岐１６６を通して別の光配
線回路へ結合させる光導波路１３２を設けることにより
、各ＬＳＩチップの発光素子１０１〜１０４の光信号を
別の光配線回路（別の集積回路）へ送り込むことができ
る。このような構成を用いると、大規模に集積化した集
積回路群または集積回路アレイさらには集積回路を実装
したプリント間同志のデータの授受を行わせることが可
能となる。特にクロック信号の供給には最適である。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明の光配線回路は
、各ＬＳＩチップの発光素子、受光素子を途中にビーム
スグリツタの挿入された光導波路で接続することによっ
て、クロストークの低下がほとんどなく、また反射光が
戻りにくいために、信号対雑音比Ｓ／Ｎの大きい光配線
回路を実現することができる。また、非常に簡易な構成
で、かつ、各ＬＳＩチップ間を短距離で接続することが
できる。さらに、構成が簡易であるので、製作するのに
用いるホトマスクの設Ｊ１が容易になり、低コストに実
現できる。また、小さな面積内に有効に実装することが
できるので、集積度の向上と経済化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の光配線回路のそれぞれ異なる
実施例を示した図、第９図の（ａ）および（ｂ）は従来
の光配線回路の概略図を示したものである。図中、１３は光導波路、４１〜４８はＬＳＩチップ、１
０１〜１０ｇは発光素子、１１１〜１１８は受光素子、
１２１〜１２９．１２１０〜１２１６はビームスプリッ
タ、ａは閉ループ部分、ｂ、ｃは分岐路を示す。第１図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１、複数個のＬＳＩチップの各々に発光素子と受光素子
とを有し、これら発光素子及び受光素子を光信号を伝搬
させる光導波路でつなぎ、該光導波路の途中には光信号
を透過および反射させる機能をもつビームスプリッタを
少なくともＬＳＩチップ数だけ設けることによつて、各
ＬＳＩチップ間で相互にデータの授受を行わせ得るよう
に構成したことを特徴とする光配線回路。２、前記光導波路が閉ループ部分と該閉ループ部分から
各発光素子及び受光素子への分岐路とを有し、各分岐部
に上記ビームスプリッタを有することを特徴とする請求
項１記載の光配線回路。３、別の配線回路からの光入力信号導入用光導波路と、
別の光配線回路への光出力信号送出用光導波路とを設け
たことを特徴とする請求項１記載の光配線回路。