JP2004004388A - 光配線板装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内光配線の小型化と配線の高密度化を図り、かつ歩留まりの向上と信頼性の向上を図る。
【解決手段】光配線板装置１は、基材６に光ファイバ１０ないし１３が固定された本体部２と、光ファイバ１０ないし１３が延設された端末部３，４とからなる。端末部３，４の光ファイバピグテイル１０１，１１１，１２１，１３１，１０２，１１２，１２２，１３２の終端部には光コネクタ１５ないし２２が取り付けられている。光ファイバ１０ないし１３は、通常一般に使用されている光ファイバよりも細径に形成され、かつ高比屈折率差を有する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信における光通信・光電送装置に搭載された光配線板装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光配線板装置においては、任意の位置に光ファイバを引き回すために、光ファイバの配線パターンに曲線部や交差部が設けられる。この場合、一般的に広く用いられている石英光ファイバは、被覆部は樹脂によってコーティングされているものの、中心部を構成するコアおよびクラッドは石英ガラスによって形成されており、曲げることによる応力によって破断するおそれがある。このため、光ファイバを曲げる場合には、所定の曲率半径以上になるようにして使用しており、光配線板装置においても、角度９０°に曲げる場合や角度１８０°に折り返して曲げる場合にも、所定の曲率半径以上になるように配線パターンを形成している。
【０００３】
したがって、特開平１１−２５８４４８号公報に記載されているように、光ファイバを固定する基材を可撓性が良好な樹脂によって形成したとしても、光ファイバ自体は曲率半径を３０ｍｍ以上に維持する必要があり、この曲率半径以下での光ファイバの配線は困難であるという問題が依然としてあった。この曲率半径を３０ｍｍを維持しつつ、光配線板装置を製造すると、光配線が占めるスペースが大きくなってしまうことにより、光素子、光部品、光回路基板を実装するスペースにも制限が生じるといった欠点があった。このため、従来の光配線板装置においては、装置の小型化および配線の高密度化が充分ではなかった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決する方法として、例えば、特開２００２−４８９３３号公報に提案された方法がある。ここに提案された方法は、光配線の曲げ損失を低減するために、光配線板に使用する光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差Δを高くするという、いわゆる高Δ化光ファイバを使用するという方法である。この方法によれば、光ファイバの曲率半径を３０ｍｍ以下としても、光ファイバの曲げ損失が低減できるため、光配線が占める面積の低減や光配線の高密度化に一応の効果が得られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光配線板の光ファイバを高Δ化するという方法では、光配線板において曲線パターンを布線する場合、光ファイバの曲げを戻そうとする復元力が働くために、曲率半径を３０ｍｍ以下とすると、布線した光ファイバが仮固定している粘着性接着剤から剥離してしまうので、製造歩留まりが低下するという問題があった。また、光配線板において光ファイバの曲率半径をメーカ使用保証値の３０ｍｍよりも小さい曲率半径で使用するということは、光学特性は問題ないものの、長期間使用しているうちに光ファイバが曲げ応力等により破断するので信頼性にも問題があった。
【０００６】
本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、第１の目的は装置内光配線の小型化を図ることにある。また、第２の目的は配線の高密度化を図ることにある。また、第３の目的は歩留まりの向上を図ることにある。また、第４の目的は信頼性の向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、光ファイバを対向する２枚の基材間に固定した本体部と、この本体部から終端部まで前記光ファイバを延設した光ファイバピグテイルとを備えた光配線板装置において、前記光ファイバのガラスによって形成された部位の外径を４０μｍ〜１００μｍとしたものである。
したがって、一般的な光ファイバと比べて光ファイバの曲げ応力が小さくなる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記光ファイバの比屈折率差を０．５％〜１．５％の範囲内としたものである。
したがって、光ファイバ内を伝搬する光が、一般的な光ファイバに比べてよりコアに閉じ込められ、外部への放射として漏れるのを規制できる。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記光ファイバを被覆している被覆部材の外径を２５０μｍ以下に形成したものである。
したがって、一般的な光ファイバと比べて光ファイバの外径が小さくなるので、その分だけ高密度の配線が可能になる。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３に係る発明において、前記光ファイバを単一モード光ファイバとしたものである。
したがって、単一モード光ファイバ通信に適用できる。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし３に係る発明において、前記光ファイバを多モード光ファイバとしたものである。
したがって、多モード光ファイバ通信に適用できる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、請求項１ないし５に係る発明において、前記終端部に光学接続部品を備えたものである。
したがって、光学接続部品を介して別の光ファイバに接続が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る光配線板装置の平面図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図１において、全体を符号１で示す光配線板装置は、４本の光ファイバ１０ないし１３が２枚の基材６，７に挟まれてこれら基材６，７間に固定された本体部２と、この本体部２の光ファイバ１０ないし１３の一端を延設した第１の端末部３と、光ファイバ１０ないし１３の他端を延設した第２の端末部４とによって概略構成されている。
【００１４】
本体部２を構成する２枚の基材６，８は、共に厚さが１２５μｍで外形寸法が１１５ｍｍ×５６ｍｍのポリイミドフィルムからなり、図１に示すように、５枚の短冊６ａないし６ｅ（基材８は図示を省略）によって櫛歯状に形成されている。４本の光ファイバ１０ないし１３は、基材６上に塗布した接着剤７によって、短冊６ａ上に共通に固定されるとともに、各短冊６ｂないし６ｅ上にそれぞれ固定されている。これら４本の光ファイバ１０ないし１３は、それぞれ湾曲状に形成された４個の曲線部１０ａないし１０ｄ、曲線部１１ａないし１１ｄ、曲線部１２ａないし１２ｄ、曲線部１３ａないし１３ｄが設けられている。このように基材６上に固定された４本の光ファイバ１０ないし１３は、基材８を基材６に被せることにより、これら２枚の基材６，７間に固定されている。
【００１５】
光ファイバ１０ないし１３は、クラッド径が８０μｍに形成され、被覆部を合わせた外径寸法が１５２μｍに形成されており、波長１３１０ｎｍ帯で単一モード動作をする細径状に形成した光ファイバを使用している。また、光ファイバ１０ないし１３の各曲線部１０ａないし１０ｄ、曲線部１１ａないし１１ｄ、曲線部１２ａないし１２ｄ、曲線部１３ａないし１３ｄの曲率半径はいずれも５ｍｍに形成されている。
【００１６】
第１の端末部３には、４本の光ファイバ１０ないし１３の一端を延設した光ファイバピグテイル１０１，１１１，１２１，１３１が備えられており、これら光ファイバピグテイル１０１，１１１，１２１，１３１の終端部には、８０μｍ用のガラスフェルールを介してＳＣ型光コネクタ１５ないし１８が取り付けられている。第２の端末部４には、４本の光ファイバ１０ないし１３の他端を延設した光ファイバピグテイル１０２，１１２，１２２，１３２が備えられており、これら光ファイバピグテイル１０２，１１２，１２２，１３２の終端部には、８０μｍ用のガラスフェルールを介してＳＣ型光コネクタ１９ないし２２が取り付けられている。
【００１７】
このように、光ファイバ１０ないし１３のクラッド径が、一般的に広く用いられている光ファイバの１２５μｍと比較して約２／３となるように形成されており、被覆部を含めた外径も従来の２５０μｍから１５２μｍと約３／５となるように形成されている。クラッド径が従来の光ファイバの約２／３に形成されていることから、光配線板における光ファイバ１０ないし１３の曲線部に生じる応力が緩和される。すなわち、光ファイバの曲げ応力は、（光ファイバのクラッド径）／（光ファイバ配線の曲げ半径）であることが知られており、本実施例において、従来の光ファイバ配線板製造装置による布線の曲率限界が１２ｍｍであったのに対して、約５ｍｍという従来の光ファイバでは不可能であった曲率半径の小さい曲線部を形成することが可能となった。
【００１８】
また、従来の光ファイバの被覆部を合わせた外径が２５０μｍから１５２μｍとしたことにより、従来の光ファイバに比べて被覆部の外径分だけ細径に形成することができるため、約３／５の配線密度にすることができるので高密度配線が可能になる。また、光ファイバ１０ないし１３の曲線部に生じる応力が緩和されることにより、基材６，８間に光ファイバ１０ないし１３を固定する際に、曲線部の曲げを戻そうとする復元力が小さいため、光ファイバ１０ないし１３が基材６，８から剥離することがなくなり、製造歩留まりが向上する。さらに、光ファイバ１０ないし１３の曲線部の曲率半径をメーカ使用保証値の３０ｍｍよりも小さい曲率半径で長期間使用しても、光ファイバ１０ないし１３が細径であるため破断の原因である曲げ応力が少ないことから信頼性が向上する。
【００１９】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。
同図において、全体を符号６１で示す光配線板装置は、２枚の基材２３，２４間に固定された１６本の光ファイバ２５ないし４０によって形成された本体部６２と、４本の光ファイバピグテイル４１ないし４４からなる第１の端末部６３と、４本の光ファイバピグテイル４５ないし４８からなる第２の端末部６４とによって概略構成されている。基材２３，２４は厚さが１２５μｍで外形寸法が４０ｍｍ×５０ｍｍのポリイミドフィルムによって形成され、これら基材２３，２４間にアクリル系の接着剤を介して１６本の光ファイバ２５ないし４０が固定されている。
【００２０】
光ファイバピグテイル４１は４本の光ファイバ２５ないし２８からなり、光ファイバピグテイル４２は４本の光ファイバ２９ないし３２からなり、光ファイバピグテイル４３は４本の光ファイバ３３ないし３６からなり、光ファイバピグテイル４４は４本の光ファイバ３７ないし４０からなる。これら光ファイバピグテイル４１ないし４４の終端部のそれぞれには、８０μｍ用のガラスフェルールを介してＳＣ型光コネクタ４９ないし５２が取り付けられている。
【００２１】
光ファイバピグテイル４５は４本の光ファイバ２５、２９，３３，３７からなり、光ファイバピグテイル４６は４本の光ファイバ２６，３０，３４，３８からなり、光ファイバピグテイル４７は４本の光ファイバ２７，３１，３５，３９からなり、光ファイバピグテイル４８は４本の光ファイバ２８，３２，３６，４０からなる。これら光ファイバピグテイル４５ないし４８の終端部のそれぞれには、８０μｍ用のガラスフェルールを介してＳＣ型光コネクタ５３ないし５６が取り付けられている。
【００２２】
第１の端末部６３の４本の光ファイバピグテイル４１ないし４４と、第２の端末部６４の４本の光ファイバピグテイル４５ないし４８とは、基材２３，２４の左右の両端部に互いに対向するように固定されている。第１の端末部６３の光ファイバピグテイル４１を構成する４本の各光ファイバ２５ないし２８が、第２の端末部６４のＳＣ型光コネクタ５３ないし５６のそれぞれに接続される、いわゆるシャッフル構造になっている。同様に、第１の端末部６３の光ファイバピグテイル４２を構成する４本の光ファイバ２９ないし３２、および光ファイバピグテイル４３を構成する４本の光ファイバ３３ないし３５、ならびに光ファイバピグテイル４４を構成する４本の光ファイバ３７ないし４０も、第２の端末部６４のＳＣ型光コネクタ５３ないし５６のそれぞれに接続されるようにシャッフル構造になっている。したがって、本体部６２の１６本の光ファイバ２５ないし４０は、基材２４上で互いに立体的に交差して交差部が形成されているとともに、湾曲した曲線部が設けられている。
【００２３】
上述した１６本の光ファイバ２５ないし４０は、コーニング社製ＰｕｒｅＭｏｄｅＲＣ１３００を使用し、コア径が波長１３１０ｎｍ帯で５．５μｍで、クラッド径が８０μｍで、被覆径が１６５μｍにそれぞれ形成されている。また、光ファイバ２５ないし４０は、単一モードで比屈折率差が１．０％に形成されており、一般的に広く用いられている単一モード光ファイバの０．３％と比較して充分に大きな比屈折率差を有している。また、本体部６２に整列固定した光ファイバ２５ないし４０の曲線部の曲率半径を１３ｍｍに形成されている。
【００２４】
このように、光ファイバ２５ないし４０のクラッド径を従来の光ファイバの１２５μｍと比較して８０μｍとして約２／３としたことにより、光ファイバの曲げ応力が緩和される。上述したように、光ファイバの曲げ応力は、（光ファイバのクラッド径）／（光ファイバ配線の曲げ半径）であることから、この第２の実施の形態における光ファイバ２５ないし４０のクラッド径が従来の光ファイバと比較して約２／３となっていることから、同一の曲率半径で加わる曲げ応力も約２／３となる。したがって、この第２の実施の形態においては、曲率半径が少なくとも約２０ｍｍを必要としていた従来の光配線板装置と比較して曲率半径を約２／３とする１３ｍｍでも、従来の光ファイバの曲率半径２０ｍｍと同様の信頼性を維持することが可能になる。
【００２５】
図３と同様の機能・形状を有する光配線板を一般的に広く用いられている単一モード光ファイバを用いて形成したところ、光ファイバの曲率半径が２２ｍｍになり、光配線板の外形寸法が１２０ｍｍ×８０ｍｍとなった。第２の実施の形態の大きさと比較して面積において約４〜５倍となっている。したがって、この第２の実施の形態において、従来と比較して同様の機能を約１／４以下の面積で実現することができる。
【００２６】
また、この第２の実施の形態の光配線板装置の挿入損失を測定したところ約０．５ｄＢであった。これは、光配線板装置終端部の光コネクタの結合損失が大部分を占めていると推測される。すなわち、光ファイバの曲げ損失を調査するために、光ファイバを曲率半径の異なる円筒に巻きつけて損失増加量を測定したところ、波長１３００ｎｍにて測定した結果、曲率半径３ｍｍ以下で損失の発生を確認した。したがって、本実施例においては曲率半径を１３ｍｍとしているため、光ファイバを曲げたことによる損失増加は起こらないものと推測されるからである。
【００２７】
また、従来の光配線板装置に用いる光ファイバの外径は２５０μｍであり、この第２の実施の形態は１６５μｍと外径にして約２／３であるため、光ファイバ配線が交差して飛び越える際の高さも約２／３となるので、飛び越える光ファイバの曲率半径が小さくなる。したがって、交差による光ファイバの曲率半径が小さいことから交差時に加わる歪が小さくなることから、従来の光ファイバと比較して信頼性が向上する。
【００２８】
【実施例】
光ファイバの長期信頼性は、脆性材料である光ファイバの石英ガラス部、すなわちコアおよびクラッド部に使用時に加わる歪によって応力破断することによって寿命が決まることから、ガラス部の細径化は光ファイバの曲げた際の応力低下、すなわち長寿命化に繋がる。これらの光ファイバのクラッド径は本来光ファイバがもつ光学特性を満足している限りにおいては、材質がガラス系材料である部分の体積が少ない。換言すれば、クラッド部（＝ガラス部）が一般的に用いられている１２５μｍより細径であればあるほど望ましい。ただし、光ファイバの製造限界やクラッドへの光の漏れも考慮するとクラッド径は４０μｍ〜１００μｍの間が、上述した効果と製造とのバランスが良好になり、特に、入手し易いという観点からクラッド径が８０μｍであることが望ましい。
【００２９】
また、基材６，８間に整列保持される光ファイバの非屈折率差は、一般的な単一モード光より大きい０．３％以上のものであれば使用することが可能であるが、大きすぎると光ファイバの設計が困難になるので、比屈折率差Δは０．５％〜１．５％の範囲内であることが望ましい。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、光ファイバ１０ないし１３、光ファイバ２５ないし４０を可撓性を有するポリイミドフィルム６，８間に固定したが、ポリイミドフィルムの替わりに剛性を有する基板としてもよい。また、光ファイバ１０ないし１３および光ファイバ２５ないし４０は、単一モード光ファイバ、ステップインデックス型多モード光ファイバ、分布屈折率型多モード光ファイバに限らず、特殊光ファイバを使用することも可能である。
【００３１】
また、端末部３，４，６３，６４の終端部に接続された光学接続部品は、単心の光ファイバピグテイルの場合は、用いる光ファイバのクラッド径よりわずかに大きい内径を有するジルコニアフェルール、ガラスフェルール、金属フェルールまたは、これらを用いたＳＣコネクタ、ＭＵ型光コネクタ、ＦＣ型光コネクタ、ＬＣ型光コネクタ、ＳＴ型光コネクタ、ＤＳプラグイン型光コネクタ等種々のコネクタを使用することが可能である。また、終端部のピグテイルが多芯の場合には、用いる光ファイバのクラッド径と同様の位置合わせ機構を有するＶ溝接続法や、クラッド径よりわずかに大きい内径を有するＭＴ型光コネクタ、ＭＰＯ／ＭＴＰ型光コネクタ等種々のコネクタを使用することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、装置の小型化を図ることができるとともに、高密度配線が可能になる。また、製造歩留まりが向上し、かつ信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光配線板装置の平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第の２実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１，６１…光配線板装置、２，６２…本体、３，６３…第１の端末部、４，６４…第２の端末部、６，８…基材、７…接着剤、１０ないし１３，２５ないし４０…細径状の光ファイバ、１０１，１１１，１２１，１３１，１０２，１１２，１２２，１３２…光ファイバピグテイル、１５ないし２２，４９ないし５６…ＳＣコネクタ。

Claims (6)

1. 光ファイバを対向する２枚の基材間に固定した本体部と、この本体部から終端部まで前記光ファイバを延設した光ファイバピグテイルとを備えた光配線板装置において、前記光ファイバのガラスによって形成された部位の外径を４０μｍ〜１００μｍとしたことを特徴とする光配線板装置。
2. 請求項１記載の光配線板装置において、前記光ファイバの比屈折率差を０．５％〜１．５％の範囲内としたことことを特徴とする光配線板装置。
3. 請求項１または２記載の光配線板装置において、前記光ファイバを被覆している被覆部材の外径を２５０μｍ以下に形成したことを特徴とする光配線板装置。
4. 請求項１ないし３記載の光配線板装置において、前記光ファイバを単一モード光ファイバとしたことを特徴とする光配線板装置。
5. 請求項１ないし３記載の光配線板装置において、前記光ファイバを多モード光ファイバとしたことを特徴とする光配線板装置。
6. 請求項１ないし５記載の光配線板装置において、前記終端部に光学接続部品を備えたことを特徴とする光配線板装置。

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