JP2002016268A - 光データリンクモジュールおよびその組立方法 - Google Patents

光データリンクモジュールおよびその組立方法

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Koyo Yamakoshi
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Naoaki Yamanaka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路基板から光回路基板への熱伝達を抑
制し、かつ基板間の連結の機械的強度を保つ。電子回路
基板と光回路基板とが高さの異なる金属ベースに搭載さ
れる場合でもワイヤボンディング作業を行う。 【解決手段】 電子回路基板および光回路基板をそれぞ
れ金属製ベースに搭載し、二つの金属製ベースを、繊維
強化プラスチック等の熱伝導率が小さく機械的強度の大
きな材料で形成した連結部材を用いて連結するととも
に、伝送路基板を二つの金属ベースに固定し、光回路基
板と伝送路基板との間、および電子回路基板と伝送路基
板との間をそれぞれワイヤボンディングで電気的に接続
する。ワイヤボンディングを施す工程では、金属ベース
の下に適当な厚さの金属ブロックを置き、底面の高さを
等しくする。二つの金属ベースをそれぞれ異なる放熱フ
ィンに固定し、二つの異なる放熱フィンを実装ボードに
それぞれ個別に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信装置等に用い
られる光データリンクに関する。特に、光素子、光部品
と電子回路とを組み合わせて構成された光データリンク
モジュールおよびその組立方法と実装形態に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ技術等の急速な発展により、
多くの分野で光信号伝送技術が応用されるようになっ
た。とりわけ通信分野においては、光信号伝送技術の適
用が当然のことになっている。光信号伝送は、すなわ
ち、種々の信号処理装置から出力される電気信号を送信
側で光信号に変換し、光ファイバによって伝搬させ、受
信側でその光信号を再び電気信号に戻し、次段の信号処
理装置の入力とするものである。光ファイバを用いて、
データを光信号にして伝送することは、電気ケーブルを
用いた電気信号伝送に比べ、伝送速度および伝送密度の
向上、伝送距離の増大、EMC適合性など、多くの利点
がある。
【0003】光信号伝送では、前述のように信号の電気
/光あるいは光/電気変換を行うため、レーザダイオー
ド/フォトダイオード等の発光/受光素子、光ファイバ
と光結合用部品、およびレーザダイオード駆動回路やフ
ォトダイオード用前置増幅器などの電子部品を組合わ
せ、光データリンクモジュールを構成する。光データリ
ンクモジュールには、上記の構成要素の他にも、一部の
信号処理を行うための電子回路素子などが含まれる場合
もある。
【0004】また、光信号伝送技術においては、波長の
異なる光信号は互いに干渉しない性質を利用して、一心
の光ファイバに複数の光信号を多重することができる波
長分割多重(WDM)によって、光ファイバ上のデータ
伝送量は飛躍的に向上する。光データリンクにWDMを
適用する場合には、それぞれ異なる波長に対応する光デ
ータリンクモジュールの単位を、並列に複数組合せ、波
長合/分波器を用いて各波長の光信号を多重/分割し、
一心の光ファイバに接続する構成となる。
【0005】一方、光素子あるいは光部品は、一般に温
度変動に対して耐性が低い。例えば、レーザダイオード
は、発振波長が温度によって変化し、光出力が温度の上
昇とともに低下する。そのためWDM装置では、光素子
/部品の温度を一定に保つ温度制御機構を備えることが
必須になる。
【0006】図7に、上述のようなWDM光データリン
クモジュールの例を示す。実装ボード41上に、それぞ
れ異なる波長に対応する送信/受信光データリンクモジ
ュール42が配置され、光ファイバ44で波長合/分波
器43に接続されている。波長合/分波器43で、複数
の波長の信号が多重/分割され、一本の光ファイバ45
に接続される。光データリンクモジュール42は、電子
回路部品、光素子、光結合部品等とともに、ペルチェ素
子、放熱フィン等からなる温度制御機構を内蔵してい
る。
【0007】さらに、WDM装置では、各波長に対応す
る光データリンクモジュールの素子や部品を集約した構
成にすることで、小型化および伝送密度の向上が図られ
る。例えば、波長合/分波器を小型な平面導波回路(P
LC)で形成し、その光回路基板の上に、各波長に対応
する発光/受光素子をベアチップで高密度に搭載し、こ
れらを光回路モジュールとすることで、装置構成が小型
化される。
【0008】図8に、このようなWDM光データリンク
モジュールの例を示す。光回路基板52と伝送路基板5
3が、金属プレート54上に固定されている。金属プレ
ート54は、実装ボード51の一部をくり抜いて、温度
制御用のペルチェ素子57を挟む形で放熱フィン58に
ネジ止め等の手段で固定されている。放熱フィン58は
実装ボード51に固定され、全体が一体化されている。
光回路基板52上には、波長合/分波器がPLCによっ
て形成され、発光/受光素子がベアチップで直接搭載さ
れている。光信号は、波長合/分波器で多重/分割さ
れ、光ファイバ59に接続される。
【0009】光回路基板52と伝送路基板53との間
は、ワイヤボンディングにより電気的に接続される。伝
送路基板53上には電気信号を伝送する線路が形成され
ており、各伝送路間の間隔が展開されて、同軸コネクタ
に接続されている。また、伝送路基板53には、終端抵
抗や前置増幅器などの、発光/受光素子の近傍に配置す
べき電子部品が搭載される。
【0010】各波長に対応する電子回路は、電子回路部
品55が実装ボード51上に直接実装され、同軸ケーブ
ル56で伝送路基板53と接続している。
【0011】以上のような構成により、発光/受光素子
が電子回路部分から分離されて、波長合/分波器ととも
に集中的に配置され、構成がコンパクトになるととも
に、個々の発光/受光素子と電子回路との間の高速電気
信号の伝送が可能になっている。
【0012】また、各波長に対応する電子回路を構成す
る部品を単一の電子回路基板にベアチップ搭載するマル
チチップモジュール(MCM)構成とし、さらに、電子
回路基板と伝送路基板間を直接ワイヤボンディングすれ
ば、上記の例のような同軸ケーブルが不要となり、光デ
ータリンクモジュールは一層集約されて小型になる。し
たがって、光データリンクモジュールを装置内に多数配
置することができ、システム全体の大規模化が可能にな
る。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記の例のように二つ
の基板間をワイヤボンディングで電気的に接続する場合
には、以下の二つの条件を考慮する必要がある。すなわ
ち、二つの基板が機械的に十分な強度で連結されてお
り、ワイヤには機械的な力が加わらないこと、また、ワ
イヤボンディング工程においては、二つの基板が固定さ
れた部材の底面がワイヤボンディング装置の資料台に接
触して置かれること、である。したがって、上記の図8
の例では、光回路基板と伝送路基板とが一つの金属プレ
ート上に固定されている。
【0014】しかしながら、光データリンクモジュール
の電子回路部分をMCM構成とした場合には、電子回路
基板には、それ自体が発熱体である電子回路素子が高密
度に搭載されることになり、電子回路基板の発熱は光回
路基板の発熱よりも圧倒的に大きくなる。したがって、
電子回路基板と光回路基板とを同一の金属プレート上に
搭載すると、電子回路基板の熱が光回路基板に伝わり、
光回路モジュールの温度制御機構にとって過大な負荷と
なるとともに、光素子やPLCの動作に悪影響を与えて
しまうという問題がある。電子回路基板と光回路基板と
を金属で連結するという点では、例えば両者で放熱フィ
ンを共用することによってさえ、放熱フィンを介して熱
が伝わってしまう懸念がある。
【0015】一方、電子回路基板と伝送路基板との間、
および光回路基板と伝送路基板との間を、それぞれワイ
ヤボンディングで接続するためには、少なくとも、電子
回路基板と伝送路基板、および光回路基板と伝送路基板
とが、それぞれ金属のベース等に固定されていなければ
ならない。
【0016】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、電子回路基板から光回路基板への熱伝達を抑
制し、かつ基板間の連結の機械的強度を保ち、小型化、
高速化を図ることができる光データリンクモジュールを
提供することを目的とする。本発明は、電子回路基板と
光回路基板とが高さの異なる金属ベースに搭載される場
合でもワイヤボンディング作業を行うことができる光デ
ータリンクモジュールの組立方法を提供することを目的
とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の光データリンクモジュールでは、電子回
路基板を金属製の電子回路ベースに搭載し、光回路基板
を金属製の光回路ベースに搭載し、前記電子回路ベース
と前記光回路ベースとを、繊維強化プラスチック等の熱
伝導率が小さく機械的強度の大きな材料で形成した連結
部材を用いて連結するとともに、伝送路基板を前記光回
路ベースおよび前記電子回路ベースに固定し、前記光回
路基板と前記伝送路基板との間、および前記電子回路基
板と前記伝送路基板との間をそれぞれワイヤボンディン
グで電気的に接続する。
【0018】また、ワイヤボンディングを施す工程で
は、前記電子回路ベースの下に適当な厚さの金属ブロッ
クを置き、前記光回路ベースの底面の高さと前記金属ブ
ロックの底面の高さが等しく、かつ前記連結部材の底面
の高さが前記金属ブロックの底面の高さより高くなるよ
うにする。あるいは、前記光回路ベースの下に適当な厚
さの金属ブロックを置き、前記電子回路ベースの底面の
高さと前記金属ブロックの底面の高さが等しく、かつ前
記連結部材の底面の高さが前記金属ブロックの底面の高
さよりも高くなるようにする。あるいは、前記光回路ベ
ースと前記電子回路ベースの下にそれぞれ適当な厚さの
金属ブロックを置き、前記二つの金属ブロックの底面の
高さが等しく、かつ前記連結部材の底面の高さが前記二
つの金属ブロックの底面の高さより高くなるようにす
る。
【0019】これにより、前記電子回路基板、前記光回
路基板および前記伝送路基板の端子位置をワイヤボンデ
ィング装置の所定の作業位置となるようにすることがで
きる。また、前記連結部材を前記ワイヤボンディング装
置の資料台と非接触にし、ワイヤボンディング作業中に
前記資料台が加熱されるような場合でも、前記連結部材
の熱による変形その他の影響を回避することができる。
【0020】光データリンクモジュールのボード実装で
は、前記光回路ベースと前記電子回路ベースをそれぞれ
異なる放熱フィンに固定し、前記二つの異なる放熱フィ
ンを実装ボードにそれぞれ個別に固定する。
【0021】電子回路ベースと光回路ベースとを、繊維
強化プラスチック等の熱伝導率が小さく機械的強度の大
きな材料で形成した連結部材を用いて連結することで、
電子回路ベースから光回路ベースへの熱の伝達が抑制さ
れるとともに、電子回路ベースと光回路ベースとが機械
的に強固に連結される。また、光回路基板と伝送路基板
との間、および電子回路基板と伝送路基板との間をワイ
ヤボンディングで接続することで、同軸ケーブル等を介
することなく、高速電気信号を伝送できる。
【0022】また、ワイヤボンディング工程において、
電子回路ベースの底面と光回路ベースの底面とが、直接
あるいは金属ブロックを介して、同時にワイヤボンディ
ング装置の資料台に接触して置かれることで、光回路基
板と伝送路基板との間、および電子回路基板と伝送路基
板との間にワイヤボンディングを施すことが可能にな
る。
【0023】光データリンクモジュールのボード実装で
は、光回路ベースと電子回路ベースにそれぞれ異なる放
熱フィンを用い、それらの放熱フィンを実装ボードにそ
れぞれ個別に固定することで、光回路ベースと電子回路
ベースとの間の金属の連続を排して熱的な分離を保つと
ともに、全体を一体化することができる。
【0024】すなわち、本発明の第一の観点は、電子回
路が形成され電気素子を搭載した電子回路基板と、光回
路が形成され光素子を搭載した光回路基板と、前記電子
回路基板と前記光回路基板との間の電気信号を伝送する
線路が形成された伝送路基板とを備えた光データリンク
モジュールである。
【0025】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記電子回路基板が搭載される金属製の電子回路ベース
と、前記光回路基板が搭載される金属製の光回路ベース
と、この光回路ベースと前記電子回路ベースとを連結固
定する熱伝導率が小さい材質により形成された連結部材
とを備え、前記伝送路基板は、前記電子回路ベースおよ
び前記光回路ベースの双方に少なくともその一部が固定
されたところにある。前記連結部材は、例えば、繊維強
化プラスチックにより形成される。
【0026】また、前記電子回路ベースおよび前記光回
路ベースには、それぞれ個別の放熱フィンが相互に非接
触に設けられることが望ましく、これらの個別の放熱フ
ィンは、相互に非接触のままの状態で実装ボードに実装
されることが望ましい。
【0027】本発明の第二の観点は、本発明の光データ
リンクモジュールの前記電子回路基板と前記伝送路基板
との間の電気的接続および前記光回路基板と前記伝送路
基板との間の電気的接続をそれぞれワイヤボンディング
を用いて行う光データリンクモジュールの組立方法であ
る。
【0028】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記電子回路基板、前記光回路基板および前記伝送路基板
の端子位置がワイヤボンディング装置の所定の作業位置
となるとともに前記連結部材の底面が当該ワイヤボンデ
ィング装置の資料台と非接触になるように、前記電気回
路ベースおよびまたは前記光回路ベースの底面と前記資
料台との間にワイヤボンディング作業中は金属ブロック
を挿入するところにある。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明実施例の光データリンクモ
ジュールの構成を図1および図6を参照して説明する。
図1は本発明実施例の光データリンクモジュールの構成
を示す図である。図6は本発明実施例の光データリンク
モジュールの実装ボードへの実装状態を示す図である。
【0030】本発明は、図1に示すように、電子回路が
形成され電気素子を搭載した電子回路基板13と、光回
路が形成され光素子を搭載した光回路基板11と、電子
回路基板13と光回路基板11との間の電気信号を伝送
する線路が形成された伝送路基板12とを備えた光デー
タリンクモジュールである。
【0031】ここで、本発明の特徴とするところは、電
子回路基板13が搭載される金属製の電子回路ベース1
4と、光回路基板11が搭載される金属製の光回路ベー
ス15と、この光回路ベース15と電子回路ベース14
とを連結固定する熱伝導率が小さい材質により形成され
た連結部材16とを備え、伝送路基板12は、電子回路
ベース14および光回路ベース15の双方に少なくとも
その一部が固定されたところにある。連結部材16は、
繊維強化プラスチックにより形成される。
【0032】図6に示すように、電子回路ベース14お
よび光回路ベース15には、それぞれ個別の放熱フィン
104および103が相互に非接触に設けられ、実装ボ
ード101に実装される。
【0033】また、図2〜図5は本発明実施例の光デー
タリンクモジュールの組立工程を示す図であるが、本発
明の光データリンクモジュールの電子回路基板13と伝
送路基板12との間の電気的接続および光回路基板11
と伝送路基板12との間の電気的接続をそれぞれワイヤ
ボンディングを用いて行うときに、電子回路基板13、
光回路基板11および伝送路基板12の端子位置がワイ
ヤボンディング装置の所定の作業位置となるとともに連
結部材16の底面が当該ワイヤボンディング装置の資料
台と非接触になるように、電気回路ベース14およびま
たは光回路ベース15の底面と前記資料台との間にワイ
ヤボンディング作業中は金属ブロック19を挿入する。
【0034】以下では、本発明実施例をさらに詳細に説
明する。図1に示すように、光回路基板11が金属製の
光回路ベース15上に固定され、電子回路基板13が金
属製の電子回路ベース14上に固定されている。光回路
ベース15と電子回路ベース14は、連結部材16によ
って連結固定されている。連結部材16は、繊維強化プ
ラスチック等の、金属に比べ熱伝導率が小さく、金属と
同等の機械的強度を持つ材料で形成されている。伝送路
基板12は、電子回路ベース14および光回路ベース1
5に固定され、光回路基板11および電子回路基板13
とワイヤボンディングで接続されている。電子回路基板
13上には、ベアチップの電子回路素子17等が搭載さ
れており、リードピン18によって外部の回路と接続さ
れる。
【0035】連結部材16を用いることによって、光回
路基板11と電子回路基板13とが熱的に分離されると
ともに、機械的には十分な強度で連結されている。ま
た、光回路基板11および電子回路基板13は、伝送路
基板12とワイヤボンディングで電気的に接続されてお
り、高速な電気信号が伝送できる。
【0036】図2〜図5は、前記図1の光データリンク
モジュールの組立方法を示す図であり、図2、図3、図
4、図5の順に、組み立て工程の流れを表している。ま
ず、光回路基板11が搭載された光回路ベース15と、
電子回路基板13を搭載した電子回路ベース14が、連
結部材16によって連結固定される(図2)。次に、伝
送路基板12が、光回路ベース15と電子回路ベース1
4に固定される(図3)。ワイヤボンディング工程にお
いては、電子回路ベース14の底面と、光回路ベース1
5の下に置かれた金属ブロック19の底面とが同じ高さ
になり、ワイヤボンディング装置の資料台に、電子回路
ベース14の底面と金属ブロック19の底面が接触して
置かれるようにする(図4)。このようにすることで、
光回路基板11と伝送路基板12との間、および電子回
路基板13と伝送路基板12との間のワイヤボンディン
グが可能となる(図5)。
【0037】図1の例では、電子回路ベース14の底面
よりも光回路ベース15の底面の方が高い位置にあるの
で、光回路ベース15の下に金属ブロック19を置いた
が、光回路ベース15の底面よりも電子回路ベース14
の底面の方が高い位置にある場合には、電子回路ベース
14の下に金属ブロックを置く。
【0038】また、図1の例では、連結部材16の底面
は、電子回路ベース14の底面よりも高い位置にある
が、電子回路ベース14および光回路ベース15の双方
の底面が連結部材16の底面よりも高い位置にある場合
には、電子回路ベース14および光回路ベース15の双
方の下にそれぞれ金属ブロックを置き、連結部材16の
底面がワイヤボンディング装置の資料台と非接触になる
ようにする。これにより、当該資料台が作業中に加熱さ
れるような場合でも、連結部材16が当該資料台と非接
触であることにより熱による変形その他の影響を回避す
ることができる。
【0039】図6は、図1の光データリンクモジュール
の実装形態を示す図である。光回路基板11が搭載さ
れ、伝送路基板12が固定された光回路ベース15と、
電子回路基板13が搭載され、伝送路基板12が固定さ
れた電子回路ベース14が、連結部材16によって連結
固定され、光データリンクモジュールを構成している。
電子回路基板13と実装ボード101との間は、リード
ピン18によって電気的に接続され、光回路基板11に
は光ファイバ105が接続される。
【0040】光回路ベース15は、実装ボード101の
一部をくり抜いて、温度制御用のペルチェ素子102を
挟み込んで、放熱フィン103にネジ止め等の手段で固
定されている。また、電子回路ベース14は、実装ボー
ド101の一部をくり抜いて、放熱フィン104にネジ
止め等の手段で固定されている。電子回路基板13上の
電子回路素子17等は、温度変動による耐性が比較的高
いため、放熱フィン104を装着して空冷すればよい。
放熱フィン103、104は、それぞれが個別に実装ボ
ード101に固定されている。このような実装形態とす
ることで、光回路基板11と電子回路基板13とが熱的
に分離されるとともに、全体が一体化されて、かつ機械
的な強度を保つことが可能となる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子回路基板から光回路基板への熱伝達を抑制し、かつ
基板間の連結の機械的強度を保つことができる。これに
より、光データリンクモジュールの小型化、高速化が実
現できる。また、電子回路基板と光回路基板とが高さの
異なる金属ベースに搭載される場合でもワイヤボンディ
ング作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光データリンクモジュールの構成
例を示す図。
【図2】本発明による光データリンクモジュールの組立
例を示す図。
【図3】本発明による光データリンクモジュールの組立
例を示す図。
【図4】本発明による光データリンクモジュールの組立
例を示す図。
【図5】本発明による光データリンクモジュールの組立
例を示す図。
【図6】本発明による光データリンクモジュールの実装
例を示す図。
【図7】従来の光データリンクモジュールの構成例を示
す図。
【図8】従来の光データリンクモジュールの別の構成例
を示す図。
【符号の説明】
11、52 光回路基板 12、53 伝送路基板 13 電子回路基板 14 電子回路ベース 15 光回路ベース 16 連結部材 17 電子回路素子 18 リードピン 19 金属ブロック 41、51、101 実装ボード 42 光データリンクモジュール 43 波長合/分波器 44、45 光ファイバ 54 金属プレート 55 電子回路部品 56 同軸ケーブル 57、102 ペルチェ素子 58、103、104 放熱フィン 59、105 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/12 (72)発明者 山中 直明 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F088 BB01 EA07 EA08 EA09 EA16 JA14 5F089 AA01 AC16 AC17 AC23 AC30 CA20 CA21 5K002 AA05 BA31 FA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子回路が形成され電気素子を搭載した
    電子回路基板と、 光回路が形成され光素子を搭載した光回路基板と、 前記電子回路基板と前記光回路基板との間の電気信号を
    伝送する線路が形成された伝送路基板とを備えた光デー
    タリンクモジュールにおいて、 前記電子回路基板が搭載される金属製の電子回路ベース
    と、 前記光回路基板が搭載される金属製の光回路ベースと、 この光回路ベースと前記電子回路ベースとを連結固定す
    る熱伝導率が小さい材質により形成された連結部材とを
    備え、 前記伝送路基板は、前記電子回路ベースおよび前記光回
    路ベースの双方に少なくともその一部が固定されたこと
    を特徴とする光データリンクモジュール。
  2. 【請求項2】 前記連結部材は、繊維強化プラスチック
    により形成された請求項1記載の光データリンクモジュ
    ール。
  3. 【請求項3】 前記電子回路ベースおよび前記光回路ベ
    ースには、それぞれ個別の放熱フィンが相互に非接触に
    設けられた請求項1記載の光データリンクモジュール。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の光
    データリンクモジュールの前記電子回路基板と前記伝送
    路基板との間の電気的接続および前記光回路基板と前記
    伝送路基板との間の電気的接続をそれぞれワイヤボンデ
    ィングを用いて行う光データリンクモジュールの組立方
    法において、 前記電子回路基板、前記光回路基板および前記伝送路基
    板の端子位置がワイヤボンディング装置の所定の作業位
    置となるとともに前記連結部材の底面が当該ワイヤボン
    ディング装置の資料台と非接触になるように、前記電気
    回路ベースおよびまたは前記光回路ベースの底面と前記
    資料台との間にワイヤボンディング作業中は金属ブロッ
    クを挿入することを特徴とする光データリンクモジュー
    ルの組立方法。
JP2000194681A 2000-06-28 2000-06-28 光データリンクモジュールおよびその組立方法 Expired - Fee Related JP3792998B2 (ja)

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