JP2005116641A - 光通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光モジュールと基板との電気的接続部分への応力集中を回避し、安定した特性を発揮し、組立も容易なバタフライ型の光モジュールを用いた通信機器を提供する。
【解決手段】 光モジュールである送信モジュール１は、基板３にそのリードピン１０により電気的・機械的に接続され、上筐体４と下筐体５に挟み込まれて、筐体８内に収容される。送信モジュール１は、ねじ止めされず、上筐体４と下筐体５とが、ねじ６によりねじ止めされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信機器に関し、特に、通信機器内への光モジュールの収容方法に関する。

光入出力用に光モジュールを搭載した通信機器が知られている。このような通信機器では、光モジュールがパッケージや基板にねじ止めにより固定される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このねじ止めに際して、締めつけによる応力によって光モジュールの光軸ずれや歪みが発生する。そこで、特許文献１の技術では、バタフライ型の光モジュールのフランジ部を本体より縦弾性係数の小さい、つまり、変形しやすい部材とすることで、ねじ止め時の応力をフランジ部で吸収することで光モジュール本体にこの応力が及ぶのを防止している。また、特許文献２の技術では、光モジュールを固定部材で挟み込んで固定することにより光軸ずれの発生を防止しようとするものである。
特開平６−８２６５９号公報（段落００１１〜００１３、図１、図２） 特開２００１−２８４６９９号公報（段落００１１〜００２９、図１〜図４）

しかしながら、いずれの技術においても、これらの光モジュールを、その信号処理のための電気回路を搭載する基板とともに筐体内に収容しようとする場合、基板に固定するか、筐体に基板とは独立して固定する必要がある。これらの場合、光モジュールと基板との位置関係がねじ止めの締めつけによる応力によって変動し、光モジュールと基板との電気的接続部分に応力が集中するおそれがある。さらに、通信機器が温度変化のある環境で使用された場合、各部品の線膨張率の違いにより電気的接続部分に応力が集中するおそれもある。また、変形によって光モジュールからの放熱特性が変動し、これにより、光モジュールの入出力特性が変動してしまうおそれもある。

光データリンクの高機能化に伴い、高密度実装が要求されているが、ねじを使用する場合、ねじ自体のスペース、ねじ固定する際のドライバーの差し込みスペースを確保する必要があり、高密度化の障害となっていた。また、ねじを固定するのに要する作業時間も製品コストに加算されるため、低コスト化の観点からも改善が要求されていた。

そこで本発明は、光モジュールと基板との電気的接続部分への応力集中を回避し、安定した特性を発揮し、組立も容易なバタフライ型の光モジュールを用いた通信機器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る通信機器は、バタフライ型の光モジュールを基板とともに筐体内に収容した光通信機器において、筐体は、上筐体と下筐体とを係合する構成を有し、光モジュールはリードピンにより基板と電気的・機械的に接続されて、上下筐体に挟み込まれて固定されていることを特徴とする。

本発明に係る通信機器においては、光モジュールはリードピンによって基板と電気的・機械的に接続される。そして、係合固定される上筐体と下筐体に挟み込まれて固定・収容される。

光モジュールと上下筐体の少なくとも一方との間にシリコンシートまたは銅発泡シートが配置されていることが好ましい。このようにすると、配置されたシートにより、光モジュールと筐体との間の隙間が埋められる。

光モジュールの光入出力部は、ピグテール構造を有しているとよい。また、筐体はアルミダイキャスト製であるとよい。

本発明に係る通信機器においては、光モジュールは上下筐体に挟み込まれて固定されており、ねじ止めによって固定されていないので、締めつけによる応力で変形を起こすことがなく、リードピン部分への応力集中を回避することができ、安定した特性を発揮することができる。また、光モジュールのねじ止めを排除することで、組立におけるプロセスが簡略化され、組立も容易になる。

さらに、光モジュールと筐体との間に熱伝導性の良好な弾性シートを配置することで光モジュールから筐体への放熱性を向上させ、安定した特性を発揮することを容易にしている。

ピグテール構造を採用することで、入出力用の光ファイバの脱着によって生ずる機械的応力の発生を回避できる。筐体をアルミダイキャスト製とすることで、筐体からの放熱特性が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る通信機器の一実施形態の内部構成を示す分解図であり、後述する下筐体５を外した状態を示している。この通信機器１００は、基板３と、光モジュールである送信モジュール１と、同じく光モジュールである受信モジュール２とが組み付けられて、上筐体４と、下筐体５からなる筐体内に収容されている。基板３上には、電子回路が搭載され、送信モジュール１と、受信モジュール２は、それぞれ複数本のリードピン１０、２０により、基板３の対応する電子回路と電気的に接続されるとともに、機械的にも基板に接続されて固定されている。基板３は、上筐体４に、ねじ７により、ねじ止めされており、上筐体４と下筐体５も後述するねじ６により、ねじ止めにより固定される。上筐体４のねじ６に対応するねじ孔４１は、基板３を避けるように配置されており、基板３はねじ６の締めつけからは自由な状態に置かれる。

図２は、この通信機器１００の断面図である。ここでは、説明を簡略にするため、光モジュールとして送信モジュール１のみを記載し、受信モジュール２については省略している。筐体８は、アルミダイキャスト製であって、上筐体４と、下筐体５の２つを組み合わせた箱型の構造をしている。この筐体８内の空間に、送信モジュール１が組み付けられた基板３が配置されている。

ここで、送信モジュール１は、アルミや銅などの熱伝導性の良好な素材で作られた底板１２上に、ペルチェ素子１３、ベース板１４を積み重ね、その上に発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ）１５を配置している。ベース板１４上には、ＬＤ１５のほか、図示していないが、モニタ用の受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）や、ＬＤ１５の駆動回路、ペルチェ素子１３の駆動回路等が搭載されている。これらの回路は、リードピン１０によって外部回路へと接続される。

図３は、この発光モジュールの光軸方向に沿った断面図である。ＬＤ１５の射出光路上には、射出光を集光するレンズユニット１６と、集光された光を導波するための出力用の光ファイバ１７が配置される。ここで、光ファイバ１７は、送信モジュール１に組み付けられており、いわゆるピグテール構造を有している。そして、ペルチェ素子１３やＬＤ１５を載せた底板１２の上からは、ケース１１がかぶせられて、固定されている。受信モジュール２も同様の構成を有している。

図２に示されるように、この送信モジュール１は、ケース１１の天板面１１ａが、下筐体５の内壁面と接触するよう配置されている。天板面１１ａと下筐体５の内壁面との間には、熱伝導性の良好なシリコンシート等のシート９をはさむことが好ましい。このシート９は厚さ０．５〜１ｍｍ程度で弾性を有する材料であることが好ましい。この構成によれば、上筐体４と下筐体５とで送信モジュール１を挟み込んだ時の応力を、このシート９により吸収することができる。シート９の両面、つまり、天板面１１ａ、下筐体５の内壁面のそれぞれと接触する面に、熱伝導性が良好なグリスを塗布してもよい。

一方、送信モジュール１の放熱面１２側は、上筐体４の内壁面に直接接触している。送信モジュール１からの放熱は、その大部分が放熱面１２に集中する。放熱特性を良好に保つために、この放熱面１２と上筐体４の内壁は直接接触させることが好ましい。さらに、両面に熱伝導性の良好なグリスを塗布することも、放熱の面では効果的である。また、両面が直接接触し、上筐体４と下筐体５との間に送信モジュール１を挟み込む際に、機械的応力が直接放熱面１２に及ぼされる場合がある。これを避けるために、銅発泡シート等の良熱伝導性の材料で構成された厚さ０．１ｍｍ程度のシートを、送信モジュール１の放熱面１２と上筐体４の内壁との間にはさみこむことも効果的である。

この通信機器１００においては、光モジュールである送信モジュール１は、ねじ止めではなく、上筐体４と下筐体５によって挟み込まれて固定されている。ここで、光モジュールである送信モジュール１、受信モジュール２の水平面上の配置位置は、上下両筐体４、５のねじ止め箇所から略等距離に位置する箇所に配置することが好ましい。このような箇所に配置することで、上下両筐体４、５のねじ止めによって光モジュールを挟み込んで作用する高さ方向の力の平面方向の分布が略均一となり、その固定を確実なものとすることができる。さらに、平面方向における高さ方向の力の分布が略均一となることで、光モジュールのねじれの発生を抑制し、ひいては、光軸のずれを抑制することができる。

上下両筐体４、５がアルミダイキャストのような剛性の高い素材で作られている場合には、ねじ止め箇所からの距離が不均一な位置に光モジュールを配置しても良い。ただし、上下両筐体４、５の少なくとも一方を樹脂などの弾性素材で形成する場合には、ねじ止め箇所からの距離を均一にすることがより好ましい。例えば、図１に示される筐体構造を用いる場合には、送信モジュール１と受信モジュール２の間の箇所Ａ、Ｂにねじ孔４１を増設するとよい。

また、上下両筐体４、５で光モジュール（送信モジュール１、受信モジュール２）を挟み込むことで、光モジュールと上下両筐体４、５間で熱伝導を行う接触面積を十分に確保して、光モジュールからの十分な放熱パスが確保される。これは、特に、発熱の大きなＬＤ１５を有する送信モジュール１において、効果的である。そして、主放熱経路であるペルチェ素子１３→底板１２→上筐体４だけでなく、ケース１１→シート９→下筐体５の副放熱経路が形成されることで、光モジュールからの放熱効率を高めることができる。光モジュールは小形であり、底面１２ａと、天板面１１ａとの温度差が小さく、天板面１１ａからの放熱も十分な効果がある。

また、光モジュールのねじ固定を行わないことで、基板３の光モジュール近傍にねじ孔を配置する必要がない。そのため、光モジュールの近傍に回路、配線パターンを配置することができ、高集積化が図れる。また、基板３の実装部品数を増大させることも可能となる。

次に、本発明に係る通信機器の製造方法について具体的に説明する。図４、図５はこの製造工程を示す説明図である。ここでは、受信モジュール２を有しない構成で説明する。

まず、図４（ａ）に示されるような送信モジュール１を用意する。そして、この送信モジュール１を基板３の取り付け用切欠き３０内に挿入して（図４（ｂ）参照。）、送信モジュール１のリードピン１０を基板３の対応する配線パターンにハンダ付けすることで送信モジュール１を基板３に電気的・機械的に固定する。このとき、リードピン１０と基板の３のハンダ接合部は、両者にかかる機械的負荷に対しても十分な強度を有するよう接合されている。

次に、送信モジュール１が固定された基板３を図５（ａ）に示されるように、上筐体４の収容凹部４２に収容して、ねじ７により、基板３を上筐体４に固定する。このとき、送信モジュール１の放熱面である底面１２ａを上筐体４側へ向ける。ねじ７の締めつけトルクは大きなものである必要はない。

次に、下筐体５を上筐体４にかぶせる。このとき、下筐体５と送信モジュール１との間に、両面にグリスを塗布したシート９を配置しておく。そして、ねじ６により、上筐体４と下筐体５を締めつけ固定する（図５（ｂ）参照）。これにより、本実施形態の通信機器１００が得られる。

本実施形態では、このように、送信モジュール１自体は上筐体４と下筐体との締めつけによって固定されており、送信モジュール１には、上下両面に略均等の力が作用するので、締めつけによって位置ずれや送信モジュール１自体の底板の反り等が発生することがない。このため、光軸の位置ずれ、特に、送信モジュール１内部におけるＬＤ１５と、レンズユニット１６との位置ずれを抑制することができる。このため、光出力の安定性が向上する。

本発明に係る通信機器は、以上の実施形態に限られるものではなく、受信モジュール、送信モジュールの少なくとも一方を基板とともに筐体内に収容した通信機器であれば足りる。また、上述の実施形態においては、送信モジュール１は上筐体４にその放熱面１２を接触させているが、下筐体５に放熱面１２を接触させる構成をとることも可能である。その場合には、シート９は、上筐体４と送信モジュール１との間に配置される。

さらに、上述の実施形態では、上筐体４と下筐体５とは複数のねじで組み立てる構造、つまり、ねじにより上筐体４と下筐体５とを押し付け合わせることで、送信モジュール１を挟み込む構造としたが、本発明はねじ止めに限定されるものではない。例えば、フック等の他の係合構造を採用することも可能である。

本発明に係る通信機器の一実施形態の内部構成を示す分解図である。 図１の通信機器の断面図である。 図１の通信機器の送信モジュールの断面図である。 図１の通信機器の製造工程を示す説明図である。 図４の製造工程の続きを示す説明図である。

符号の説明

１…送信モジュール、２…受信モジュール、３…基板、４…上筐体、５…下筐体、６、７…ねじ、８…筐体、９…放熱シート、１０…リードピン、１１…ケース、１１ａ…天板面、１２…底板、１２ａ…底面、１３…ペルチェ素子、１４…ベース板、１６…レンズユニット、１７…光ファイバ、４１…孔、４２…収容凹部、１００…通信機器。

Claims (5)

1. バタフライ型の光モジュールを基板とともに筐体内に収容した光通信機器において、
   前記筐体は、上筐体と下筐体とを係合する構成を有し、前記光モジュールはリードピンにより前記基板と電気的・機械的に接続されて、前記上下筐体に挟み込まれて固定されていることを特徴とする光通信機器。
2. 前記光モジュールと前記上下筐体の少なくとも一方との間にシリコンシートが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光通信機器。
3. 前記光モジュールと前記上下筐体の他方との間に銅発泡シートが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光通信機器。
4. 前記光モジュールの光入出力部は、ピグテール構造を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光通信機器。
5. 前記筐体はアルミダイキャスト製であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光通信機器。

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