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» 2018年05月07日 11時30分 公開

福田昭のデバイス通信(145) imecが語る最新のシリコンフォトニクス技術(5):光送受信モジュールの技術開発ロードマップ (1/2)

今回は、実装技術と光送受信モジュール技術のロードマップを解説する。光送受信モジュールの高速化と広帯域化では、波長分割多重(WDM)技術が重要になってくる。

[福田昭,EE Times Japan]

CMOSロジックと光送受信モジュールを集積化

 半導体デバイス技術に関する国際会議「IEDM」では、カンファレンスの前々日に「チュートリアル(Tutorial)」と呼ぶ技術セミナーを開催している。2017年12月に開催されたIEDMでは、6件のチュートリアルが開催された。

 その中から、シリコンフォトニクスに関する講座「Silicon Photonics for Next-Generation Optical Interconnects(次世代光接続に向けたシリコンフォトニクス)」が興味深かったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者は、ベルギーの研究開発機関imecのJoris Van Campenhout氏である。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

 本シリーズの前回では、シリコンフォトニクスの技術開発ロードマップをご紹介した。このロードマップでは、CMOSロジックの技術ノードが進化するとともに、シリコンフォトニクス技術が進化する将来を記述した。今回は、実装技術と光送受信モジュール技術のロードマップを解説する。

 ホストとなるCMOSロジックIC(ホストIC)と光送受信モジュール(I/Oモジュール)を結ぶ集積化技術(実装技術)も、時代とともに進化し、技術世代が交代していく。

 最初の世代(現行世代)では、ホストICと光送受信モジュールを別々のパッケージに封止してボード(プリント配線基板)に搭載する。ボードのプリント配線とはんだで両者を電気的に接続する。オーソドックスな実装技術である。

 次の世代では、ボードがパッケージの基板になる。すなわち高密度な配線を形成したパッケージ基板の上に、ホストICと光送受信モジュールを搭載する。両者の距離を大幅に短縮することで、高速・広帯域の信号伝送を可能にする。

ホストIC(CMOSロジックIC)と光送受信モジュール(I/Oモジュール)の集積化技術(実装技術)。左は従来の集積化技術。右は次世代の集積化技術。なお光送受信モジュールの右端にあるのは光ファイバー 出典:imec(クリックで拡大)

 さらに次の世代になると、ホストICと光送受信モジュールが融合する。パッケージ基板とホストICの間に光回路を内蔵するインターポーザ(光インターポーザ)を挿入することで、ホストICと光回路を密接に接続する。インターポーザによるコスト増はあるものの、信号伝送はより高速、広帯域になる。またパッケージ基板の配線密度が低下するので、パッケージ基板のコストを削減できる。

 そして究極の実装形態となるのが、ホストICのシリコン基板と光送受信モジュールを作り込んだ回路基板(シリコン基板)をウエハーレベルで接合して製造するパッケージである。電子回路と光回路の距離は極限にまで縮まる。多チャンネルの光回路を一体化することで、さらに高速、広帯域の信号伝送を実現する。

ホストIC(CMOSロジックIC)と光送受信モジュール(I/Oモジュール)の集積化技術(続き)。左は次々世代の集積化技術。右は究極の集積化技術 出典:imec(クリックで拡大)
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