CN1761107A - 光电复合配线部件和使用该部件的电子设备 - Google Patents

光电复合配线部件和使用该部件的电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明目的在于实现具有和通常带有电气连接器电缆同等的使用容易性，同时，灵活性优良的光电复合配线部件。再者，还提供耐噪声性优良，同时，能进行高速·大容量·高品质的信息传输的光电复合配线部件。在由有电气配线的可挠性基板、与电气配线连接的电子部件和与电气配线连接的光元件构成的光电复合配线部件中，在光电复合配线部件的两端设置有1个或1个以上的端子的电连接器，同时，具有使光元件和光信号光学耦合来传输光信号的光波导通路。

Description

光电复合配线部件和使用该部件的电子设备
技术领域
本发明涉及光电复合配线部件，特别涉及具有可挠性的光电复合配线部件和使用该部件的电子设备。
背景技术
在计算机、携带电话等的电子通信设备中，随着处理图像等大容量数据的服务和应用的扩大，大力地推进了高速·大容量通信技术的开发。在这样的状况中，在电子装置内或电子装置间能以高密度进行高速·大容量通信的互连的开发令人注目。
图10(a)表示以前带有电连接器的电缆。在该图中相同的部件使用相同的符号。
在挠性基板101上形成电气配线102，在该挠性基板101的两端是形成电连接器103的构造。通过使用带有这种挠性的电连接器103的电缆1000，能以自由配线形状进行构成设备的基板或电子模块间的电连接。
在图10(b)，表示在挠性基板101形成电气配线102，在该基板的两端或一端形成电极1001的构造的板边插接型电缆1002。
板边插接型电缆1002，在挠性基板侧不设置电连接器用的部件，直接与对方侧的连接器嵌合，不需要在挠性基板101锡焊部件。因而，能以低成本实现高密度、薄型。
接着，图11、图12、图13表示已有的光配线部件。
图11表示了在挠性基板101形成聚合物波导通路1101，再集成PD1102、放大器1103等并传输光信号的构造(例如，参照专利文献1第9页，图8)。
图12表示了作为光传输通路使用聚合物波导通路1201，在其两端形成光连接用的基板(连接器)1202的构造(例如，参照专利文献2第6页，图1)。
图13表示了连接在外部的多芯光连接器1301和多通道光元件阵列1302之间的聚合物波导通路薄膜1303(例如，参照专利文献3第10页，图13)。具有用于和外部的多芯光连接器1301光学连接的连接器接口1304。
【专利文献1】特开平9-96746号公报(第9页，图8)
【专利文献2】特开平10-186187号公报(第6页，图1)
【专利文献3】特开200210-182048号公报(第10页，图13)
但是，在已有的电气配线部件或光配线部件中，有以下的课题。
已有的电气配线部件，随着电气配线的高密度化，电气配线要求小直径化。可是，当电气配线为小直径时，电阻变大，另外高频的传输损失也变大，难以实现高速化。而且，由于尺寸形状的制造偏差，难以精度良好地维持适当的特性阻抗。一般来说，传输速度的界限是数百Mbit/s。另外，由于是电气配线，所以还有放出电磁噪声、或容易接受电磁噪声影响的问题。与此相应，有同轴构造的电气配线部件。同轴构造，抗电磁噪声能力优良，但即使用同轴构造，也不能完全解决电磁噪声问题，仍有微弱的电磁噪声的放出，故在处理微弱电信号的通信设备等中仍是问题。而且，在同轴构造中，有小型化、高密度化困难的问题。
另一方面，已有的光配线部件，在挠性基板101形成聚合物波导通路1101，再在该挠性基板101集成PD1102、放大器1103等，同时，在挠性基板101设置用于驱动PD1102、放大器1103等的电极、电气配线1104。是用聚合物波导通路1101传输光信号，用光接受元件(PD)1102进行光电变换，用放大器1103放大的构造，和外部的接口，作为光传输通路连接光纤1105。
可是，和光纤1105的连接部1106，由于需要从超微到数微米程度的高精度位置对准，所以低成本化困难。而且，在和光纤1105的连接部1106一旦微小的灰尘进入光连接损失就变大，有传输品质大大恶化的问题。
发明内容
因此，本发明的目的，在于解决上述课题，实现具有和通常带有电气连接器电缆同等的使用容易性，同时，灵活性优良的光电复合配线部件。再者，还提供电磁噪声的放射极少、耐噪声性也优良，同时，能进行高速·大容量·高品质的信息传输的光电复合配线部件。
为达到上述目的，本发明是按如以下那样来构成。
权利要求1的发明的光电复合配线部件，在由有电气配线的可挠性的基板、与上述电气配线连接的电子部件和与上述电气配线连接的光元件构成的光电复合配线部件中，在该光电复合配线部件的两端设置电连接器。
权利要求1的发明的特征是，还具有和上述光元件光耦合的可挠性光波导通路。
权利要求2的发明的光电复合配线部件，在由有电气配线的可挠性基板、与上述电气配线连接的电子部件和与上述电气配线连接的光元件构成的光电复合配线部件中，在该该光电复合配线部件的两端或一端配置和板边插接用连接器直接嵌合的嵌合用电极。
权利要求2的发明的特征是，具有和上述光元件光耦合的可挠性光波导通路。
权利要求3的发明，在权利要求1记载的光电复合配线部件中，在上述光电复合配线部件设置的上述一方的电连接器近旁或嵌合用电极近旁，设置一端与上述一方的电连接器端子或嵌合用电极端子电连接的电-光变换(E/O)部。
权利要求3的发明，还在上述另一方的电连接器近旁或嵌合用电极近旁，设置一端与上述另一方的电连接器端子或嵌合用电极端子电连接的光-电变换(O/E)部。
权利要求3的发明的特征是，还在上述电-光变换(E/O)部和上述光-电变换(O/E)部之间的上述可挠性基板上设置上述光波导通路。
权利要求4的发明的特征是，上述电-光变换(E/O)部的光元件是面发光激光器。
权利要求5的发明的特征是，在至少1个或1个以上的上述可挠性基板上设置由上述电-光变换(E/O)部和上述光-电变换(O/E)部以及上述光波导通路形成的传输通路。
权利要求5的发明，是根据权利要求1至4任一个所述的光电复合配线部件，其特征在于，除了在上述电-光变换(E/O)部和上述光-电变换(O/E)部输入输出的电气配线外的电连接器端子间或嵌合用电极间的电气配线，是作为低速信号、电源电压等的传输通路。
权利要求6的发明，在权利要求1至5任一个记载的光电复合配线部件中，在上述一方的电连接器或嵌合用电极和上述电-光变换(E/O)部之间设置对多个电信号进行多路复用的多路复用电路。
权利要求6的发明的特征是，在上述另一方的电连接器或嵌合用电极和上述光-电变换(O/E)部之间还设置去多路复用多路复用电信号的去多路复用电路。
权利要求7的发明，在权利要求1至5任一个记载的光电复合配线部件的外部，设置对和上述电-光变换(E/O)部侧的上述电连接器或嵌合用电极连接的多个电信号进行多路复用的多路复用电路。
权利要求7的发明的光电复合配线部件，其特征在于，在上述光电复合配线部件的外部，还设置将和光-电变换(O/E)部侧的上述电连接器或嵌合用电极连接的、已被多路复用的电信号去多路复用为多个电信号的去多路复用电路。
权利要求8的发明的特征是，在权利要求1至7任一个所记载的光电复合配线部件中，在上述可挠性的基板上设置终端阻抗。
权利要求9的发明是电子设备，其特征在于，作为构成设备的基板或电子模块间的传输通路，使用权利要求1至8任一个记载的上述光电复合配线部件。
在本发明中，是一种光电复合配线部件，其在有可挠性的基板上设置电-光变换(E/O)部、光-电变换(O/E)部及光波导通路，让由这些部件形成的传输通路来传输高速信号。
若使用本发明，电子设备内的电子模块间通信、或电子设备间通信，可以由和通常带有电连接器的电缆或带有板边插接连接器嵌合用电极的电缆同等使用容易性、同时灵活性优良的光电复合配线部件来实现。再者，由于高速信号的传输通路几乎都是光传输通路，所以抗噪声性优良，同时能进行高速·大容量·高品质的信息传输。
而且，通过在光电复合配线部件中设置多路复用/去多路复用电路，能将信号进行多路复用后传输，所以能大幅增加传输容量。另外，在传输容量同等的情况下，能削减光信号的配线数，所以能削减高价的电-光变换(E/O)部和光-电变换(O/E)部的数量，有利于低成本化。
另外，在光电复合配线部件中，通过形成多个电连接器或板边插接连接器嵌合用电极，配线的自由度提高，进一步提高了灵活性。另外，多端口电子器件间的连接变得容易。
通过在发光元件的光出射方向设置反射构件，作为发光元件，可用端面发光型的FP-LD、DFB-LD等。
通过在高速信号传输的电-光变换(E/O)部或光-电变换(O/E)部的近旁设置终端电阻，能抑制电信号的反射，可以提高传输特性的品质，能进行高速·大容量传输。
附图说明
图1是本发明的光电复合配线部件全体构成的正视图；
图2是本发明的光电复合配线部件的剖面图；
图3是在本发明光电复合配线部件设置多路复用器去多路复用器的正视图；
图4是在本发明光电复合配线部件近旁设置多路复用器去多路复用器的正视图；
图5是在本发明光电复合配线部件中形成了多个电连接器的正视图；
图6是在本发明光电复合配线部件中采用了端面发光型的发光元件的结构；
图7是本发明光电复合配线部件安装了终端用的电阻的正视图；
图8是设置了关闭控制端子的光电复合配线部件的实施例；
图9是本发明板边插接型光电复合配线部件的实施例；
图10(a)是已有的带电连接器的电缆全体构成的正视图；
图10(b)是已有的板边插接连接器用电缆全体构成的正视图；
图11是已有的光配线部件(有源光电路板)的全体构成；
图12是已有的光配线部件(挠性光波导通路器件)的全体构成；
图13是已有的光配线部件(挠性波导通路薄膜)的全体构成。
【符号说明】
100光电复合配线部件
101挠性基板
102电气配线
103电连接器
104电-光变换(E/O)部
105、107端子
106光-电变换(O/E)部
110电子模块
201发光元件
202驱动器IC
203光接受元件
204信号放大IC
205光波导通路(芯层)
206、207包覆层
208、211端面(45度倾斜面)
209光波导通路
210空气层
214光反射用光学部件
301多路复用电路(MUX)
302去多路复用电路(DMUX)
501～505电连接器
601发光元件(端面发光LD)
602反射构件
603金属膜
701终端电阻
801关闭信号输入端子
1001嵌合用电极
具体实施方式
以下，根据图示的实施方式，说明本发明。
图1表示光电复合配线部件100全体构成的正视图。另外，图2是光电复合配线部件100的剖面图。
在光电复合配线部件100中，在有可挠性和透光性的挠性基板101上设置由铜材构成的电气配线102，还在有可挠性和透光性的挠性基板101的两端设置有具有多个端子的电连接器103。用该电连接器103能在各电子模块间进行电信号的连接。另外，作为有可挠性和透光性的挠性基板101的材料，聚合物较理想，可以是聚酰亚胺、环氧、硅酮、丙稀系聚合物等。
另外，在光电复合配线部件100中，在一方的电连接器103(图1的左侧)的近旁设置有由作为光元件的发光元件201和驱动·控制发光元件201的驱动器IC202构成的电-光变换(E/O)部104，该电-光变换(E/O)部104的发光元件201和驱动器IC202被倒装晶片地安装在有可挠性和透光性的挠性基板101上，通过电气配线108与电连接器103的一端子105电连接。在本实施例中表示出了作为发光元件201使用面发光激光器(VCSEL)的构造。
而且，在光电复合配线部件100中，在另一方的电连接器103(图1的右侧)的附近设置有由光接受元件203和信号放大器IC204构成的光-电变换(O/E)部106，光-电变换(O/E)部106的光接受元件203和信号放大器IC204被倒装晶片地安装在有可挠性和透光性的挠性基板101上，通过电气配线109与电连接器103的一端子107电连接。另外，电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106为了提高可靠性，希望采用硅酮等树脂进行封装(未图示)，来保护光元件和结合部。
在电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106之间挠性基板101的下面，设置有用于传输光信号的可挠性光波导通路205。该光波导通路205的长度是从数cm到10cm以上，与此相对，图1和图2的电-光变换(E/O)部104和电连接器103之间的电气配线108的长度、光-电变换(O/E)部106和电连接器103之间的电气配线109的长度都是数mm。因而，传输高速电信号的电气配线部的长度由于短到数mm程度，所以伴随传输的信号劣化小，另外，也可降低电磁噪声的影响。而且，高速电信号在电-光变换(E/O)部104中从电信号被变换成光信号，由于在占传输通路长度的大部分的光波导通路205中传播，所以能排除电磁噪声的影响，同时能进行大容量的传输。另外，作为光波导通路材料，聚合物较理想，可以是聚酰亚胺、环氧、硅酮、丙稀系聚合物等。这里，挠性基板和用于传播光信号的可挠性光波导通路也可以整体形成。
以下叙述制造方法。
在有可挠性和透光性的挠性基板101上滴下聚合物材料，通过自旋涂敷等形成薄膜，形成包覆层206。接着，自形成包覆层206的聚合物材料滴下折射率高的聚合物材料，通过自旋涂敷等形成薄膜，形成芯层205。该芯层205是光波导通路205。光波导通路205的模式化能用紫外线硬化、蚀刻、成形加工等各种方法进行。接着，为了保护芯层205，可以再用同样的工序形成包覆层207来制造可挠性光波导通路209。光波导通路205的端面208的斜加工可以用成型或切削、或蚀刻形成。另外，光波导通路209的折射系数差、芯尺寸等，可以根据对光波导通路和基板的弯曲的放射损失增加的耐力、光元件和光波导通路的光耦合中的安装位置精度的公差，适当决定。
另外，电连接器103有多个端子，将电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106和光波导通路209作为一组，在挠性基板101至少设置一组或一组以上。由该电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106和光波导通路209形成的传输通路由于是光波导通路，所以即使100Mbit/s以上的高速信号也不接受电磁噪声的影响，另外也不放射电磁波，能高品质地传输。另一方面，没有电-光变换(E/O)部104、光-电变换(O/E)部106和光波导通路209的电连接器103端子间的电气配线102可以传输100Mbit/s以下的低速信号、电源电压等。
下面，说明动作。
从电子模块110，通过一个电连接器103，经电气配线108向驱动器IC202输入高速信号。驱动器IC202根据从电子模块11O来的高速信号，控制发光元件(面发光激光器)201的发光。
面发光激光器(VCSEL)201，被倒装晶片安装在有可挠性和透光性的挠性基板101(聚酰亚胺等)上，从面发光激光器(VCSEL)201射出的光信号，透过挠性基板101后，入射到设置在挠性基板101下方的光波导通路205。这里，光波导通路205的端面208，被斜加工成相对光的行进方向约为45度，由于斜加工面接近和光波导通路205折射率不同的层210(这里是空气层)，所以光信号由45度的倾斜面211反射，沿光波导通路205内传播，而且，由于光波导通路205另一个端面211也被斜加工成约为45度，所以光信号再度由约45度的倾斜面211反射，使传播方向变为第2图的上方向。透过挠性基板101的信号光入射到设置在挠性基板101上面的光接受元件203并被变换成电信号后，用信号放大器IC204进行电信号的放大，通过另一个(图1的右侧)电连接器103被传输给外部的电子模块。
这样，通过使用面发光激光器(VCSEL)201和有可挠性和透光性的挠性基板101，作为光学构件仅加工光波导通路209的端面，就能使面发光激光器(VCSEL)201和光接受元件203进行光学耦合。
图2(b)是光波导通路209的其他实施例。
相对光的推进方向一个面212斜加工成约为45度，同时在该斜加工面上蒸镀金属膜等形成光反射部213，使光反射用光学部件214与该光波导通路209的端面215连接。因此，不需要将光波导通路209的端面215斜加工成约为45度的工序，能提高成品率。
本发明，依据上述的构成，使电子设备内电子模块间的通信或电子设备间的通信，能实现有和通常带电连接器的电缆同等的使用容易性、同时灵活性优良的光电复合配线。而且，由于高速信号的传输通路的大部分是光传输通路，极少放射电磁噪声，故耐噪声性优良，同时能进行高速·大容量的信息传输。
图3是在光电复合配线部件300中设置多路复用电路和去多路复用电路的正视图。
在一方的电连接器103(图1的左侧)和电-光变换(E/O)部104之间的可挠性基板上设置多路复用电路(MUX)301，在另一方(图1的右侧)的电连接器103和光-电变换(O/E)部106之间的可挠性基板上设置去多路复用电路(DMUX)302。根据该构成，由于能对信号进行多路复用后传输，所以能大幅增加传输容量。另外，在传输容量相等的情况，由于能削减光信号的配线数，所以能削减高价的电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106的数量，有利于低成本化。
图4在光电复合配线部件400的近旁设置多路复用电路301和去多路复用电路302的正视图。
在一方(图1的左侧)的电连接器103的外部近旁设置多路复用电路(MUX)301，在另一方(图1的右侧)的电连接器103的外部近旁设置去多路复用电路(DMUX)302。根据该构成，由于能对信号进行多路复用后传输，所以能大幅增加传输容量。在传输容量相等的情况，由于能削减光信号的配线数，所以能削减高价的电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106的数量，有利于低成本化。
图5是形成多个电连接器(501～505)的情况。
配线的自由度变高，还提高了灵活性。另外，多端口的电子器件间的连接变得容易。
图6表示用端面发光型发光元件601时的构造。由于在端面发光元件601的光射出方向上设置反射构件602，使信号光的光路变更为挠性基板101下方，变更光路后的动作和图2同样。反射构件602，将玻璃、聚合物等的光学构件的一面斜加工后，通过蒸镀等在该斜端面上形成Au等金属膜603，再用粘接剂等粘接安装在挠性基板101上。根据该构造，作为发光元件601，能使用廉价的端面发光型的FP-LD、DFB-LD等。
图7是在挠性基板101上安装终端用电阻701的图示。
由于当电气配线102变长时传输通路的阻抗变化，或从电连接器103向外部电子模块的电连接时的阻抗不一致，而使发生反射的电信号变差。本结构，在高速信号传输的电-光变换(E/O)部104或光-电变换(O/E)部106近旁设置终端用电阻701整合阻抗，来抑制电信号的反射。可以提高传输特性的品质，并能进行高速·大容量传输。
图8是在光电复合配线部件800中设置了进行电-光变换(E/O)部104或光-电变换(O/E)部106的关闭(暂时停止)控制的关闭信号输入端子801的图示。
在不进行光信号传输时，在光电复合配线部件800的关闭信号输入端子801从外部装置(未图示)输入控制信号，关闭电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106。根据本构成，不进行光信号传输时停止电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106的动作，所以能节省电力。
图9是和板边插接用连接器嵌合的光电复合配线部件900的一个实施例。和板边插接用连接器嵌合的光电复合配线部件900，在端面近旁形成嵌合用电极1001，能和相对侧的电连接器(未图示)直接嵌合。因此，和板边插接用连接器嵌合的光电复合配线部件900不需要电连接器103的锡焊，防止因电连接器103锡焊时的高温焊锡引起的热破坏，所以能缓和电子部件和光元件要求的耐热性，故在电-光变换(E/O)部104和光-电变换(O/E)部106能用廉价的电子部件和光元件。
另外，和板边插接用连接器嵌合的光电复合配线部件900的实施例并不限定于图9，代替从图1到图8所示的光电复合配线部件的电连接器103，设置嵌合用电极1001，由此，就可以和板边插接用连接器嵌合。
另外，特别是将本发明的光电复合配线部件设置在电子设备的折叠部分，由此，对于折叠动作也能灵活地对应，同时能高速·大容量·高品质进行夹住折叠部所设置的电子器件间的通信。作为适用的电子设备，有光收发两用机等的光通信设备、和个人计算机、移动电话等的通信设备。

Claims (9)

1.一种光电复合配线部件，其由有电气配线的可挠性基板、与上述电气配线连接的电子部件和与上述电气配线连接的光元件构成，其特征在于，
在该光电复合配线部件的两端设置电连接器，同时具有与上述光元件光学耦合的可挠性的光波导通路。
2.一种光电复合配线部件，其由有电气配线的可挠性基板、与上述电气配线连接的电子部件和与上述电气配线连接的光元件构成，其特征在于，
在该光电复合配线部件的两端或一端配置和板边插接用连接器直接嵌合的嵌合用电极，同时具有与上述光元件光学耦合的可挠性的光波导通路。
3.如权利要求1至2的任一项所述的光电复合配线部件，其特征在于，
在上述光电复合配线部件设置的上述一方电连接器近旁或上述嵌合用电极近旁，设置一端被电气连接到上述一方电连接器端子或上述嵌合用电极的电-光变换(E/O)部，同时，在上述另一方电连接器近旁或上述嵌合用电极近旁，设置一端被电气连接到上述另一方电连接器端子或上述嵌合用电极电连接的光-电变换(O/E)部，在上述电-光变换(E/O)部和上述光-电变换(O/E)部之间的上述可挠性的基板上设置有上述光波导通路。
4.如权利要求1至3的任一项所述的光电复合配线部件，其特征在于，上述电-光变换(E/O)部的光元件是面发光激光器。
5.如权利要求1至3的任一项所述的光电复合配线部件，其特征在于，
在一个或一个以上上述可挠性的基板上设置由上述电-光变换(E/O)部、上述光-电变换(O/E)部和上述光波导通路形成的传输通路，除了在上述电-光变换(E/O)部、上述光-电变换(O/E)部输入输出的电气配线以外的、电连接器端子间或上述嵌合用电极间的配线，作为低速信号、电源电压等的传输通路。
6.如权利要求1至5的任一项所述的光电复合配线部件，其特征在于，
在上述一方电连接器或上述嵌合用电极和上述电-光变换(E/O)部之间设置对多个电信号进行多路复用的多路复用电路，在上述另一方电连接器或上述嵌合用电极和上述光-电变换(O/E)部之间设置使多路复用电信号去多路复用的去多路复用电路。
7.一种光电复合配线部件，其特征在于，
在如权利要求1至5的任一项记载的上述光电复合配线部件的外部，设置对与上述电-光变换(E/O)部侧的上述电连接器或上述嵌合用电极连接的多个电信号进行多路复用的多路复用电路，同时，在上述光电复合配线部件的外部，设置将与光-电变换(O/E)部侧的上述电连接器或上述嵌合用电极连接的已被多路复用的电信号去多路复用成多个电信号的去多路复用电路。
8.如权利要求1至7的任一项所述的光电复合配线部件，其特征在于，
在上述可挠性的基板上设置终端电阻。
9.一种电子设备，其特征在于，
作为构成设备的基板或电子模块间的传输通路，使用如权利要求1至8的记载的上述光电复合配线部件。
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