[发明专利]光电传输连接器、光电传输设备和电子设备

说明书

相关申请的交叉参考

本发明含有于2008年1月31日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2008-020737的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及当通过光传输来执行在一个设备与另一个设备之间的通信时可适当应用的光电传输连接器、光电传输设备和电子设备。

背景技术

迄今为止，在诸如LSI(大规模集成电路)的半导体芯片之间的信号传输都是通过板互连(board interconnection)经由电信号来执行的。然而，半导体芯片之间所需的数据交换量随着近来MPU(微处理单元)功能性的增加而显著增加，从而导致各种高频问题的发生。

这些问题的典型实例包括RC(寄存器和电容器)信号延迟、阻抗失配、EMC(电磁兼容性)/EMI(电磁干扰)、串扰等。为了克服这些问题，现有技术已经采取了诸如优化互连配置、开发新材料的方法。

然而，近年来，通过优化互连配置、开发新材料等取得的效果受到物理限制的阻碍，并且为了实现更高的系统功能性，必须重新考虑为半导体芯片的简单安装所设计的板结构。例如，已经开发了以下将简单描述的通过形成多芯片模块(MCM)而得到的微距互连耦合、通过二维密封和集成多种半导体芯片而得到的电互连耦合以及半导体芯片的三维耦合。

通过形成MCM而得到的微距互连耦合

在由陶瓷、硅等制成的安装板上安装高性能芯片，并通过微距互连来耦合这些高性能芯片。耦合方法使得互连间距减小，从而能够通过增大总线宽度使数据交换量显著增加。

通过二维密封和集成多种半导体芯片而得到的电互连耦合

通过使用聚酰亚胺树脂等二维密封和集成多种半导体芯片，并通过微距互连在这种集成板上耦合这些半导体芯片。该耦合方法使互连间距减小，从而能够通过增加总线宽度使数据交换量显著增加。

半导体芯片的三维耦合

在多种半导体芯片上配置贯通电极(through electrode)，并将半导体芯片结合在一起来形成层压结构。通过互连方法来物理地缩短不同种类的半导体芯片之间的连接，从而能够避免诸如信号延迟的问题。然而，必须要考虑到层压半导体芯片所引起的热量值的增加、半导体芯片之间的热应力等。

此外，为了实现高速且大容量的信号交换，已经开发了利用光互连的光传输和耦合技术(例如，参考2001年12月3日NikkeiElectronics的“Encounter with optical interconnections”，第122～125页以及NTT R&D，第48卷第3号第271～280页(1999))。当通过光信号执行半导体芯片之间的信号传输时，防止了在电互连中出现RC延迟的问题，并且能够显著提高传输速度。另外，当通过光信号执行半导体芯片之间的信号传输时，并不必须采取抗电磁波的方法，从而使得能够相对自由地设计互连。

半导体芯片之间的光互连技术包括多种方式。这些方式的实例包括以下将概括描述的主动插入方式、自由空间传输方式、光连接器连接方式、光导嵌入方式、表面安装方式等。

主动插入方式(参考2001年12月3日Nikkei Electronics的“Encounter with optical interconnections”，第125页)

这是将信号传播到安装在板互连上的光导的方式。在以预定间距配置在板互连上的收发器模块的后表面上安装诸如发光器件或感光器件的光子器件，并且相对于光导的45°全反射镜精确地定位光子器件。这种方式的优点在于在现有板互连的安装结构上对这种方式进行布局。

自由空间传输方式(参考2001年12月3日Nikkei Electronics的“Encounter with optical interconnections”，第123页)

这是通过在板互连的后表面上安装光互连板(石英)并在光互连板中曲折反射光来传播信号的方式。当将光子器件配置为阵列时，在光互连板内的自由空间中传输信号，通道的数量原则上能够增加到几千个通道。此外，为了使光轴更易于对准，形成包括若干透镜的组合的混合光学系统。这种方式的优点在于原则上能够执行数千个通道的多路传输，并且由于混合光学系统而容易执行光轴对准。

光连接器连接方式(参考2001年12月3日Nikkei Electronics的“Encounter with optical interconnections”，第122页)