光送受信モジュールの技術開発ロードマップ：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）（1/2 ページ）

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）