JP2006317760A - 光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキ基板が光モジュール基板に及ぼす応力を緩和することができる光トランシーバを提供する。
【解決手段】 ハウジングに収容された光モジュール１の光軸に対して直角な姿勢で光モジュール１に取り付けられた光モジュール用のリジッド基板２と光モジュール１の光軸に対してほぼ平行な姿勢でハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板３とがフレキ基板４を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋５に一端が接して、上記光モジュール１と光モジュール用のリジッド基板２との間に挟み込まれた応力緩和部材６を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光モジュール用のリジッド基板と電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバに係り、フレキ基板が光モジュール基板に及ぼす応力を緩和することができる光トランシーバに関する。

光伝送路とその光伝送信号の電気的処理を行う通信機器とをインタフェースするために光トランシーバが用いられる。この目的のため光トランシーバは、光モジュールと電気回路基板とを内蔵する。光モジュールは、光伝送路に結合する光ファイバ、その光ファイバから光を集光するレンズ、集光された光を受光（あるいは逆に送光）する光素子を一体のモジュールにしたものである。光素子からの電気を導くリードは、一般に光伝送路に向いた端の反対側の端から突き出して設けられる。一方、電気回路基板は光素子との距離を短くするべく、リードの近くに設置される。

ひとつの通信機器に数多くの光伝送路を接続するためには、光トランシーバを集約配置する必要があり、その要請から光トランシーバは光モジュールの長手方向に電気回路基板を収容し、縦横の幅が狭くもっぱら奥行き方向に長いハウジングを有する。このハウジングに収容する電気回路基板も当然、細長くなり、光モジュールから出ているリードを電気回路基板の端部に直接、はんだ固定すると、このはんだ部分やリードあるいは光素子に応力が掛かりやすく、また、光モジュールの光軸がずれやすくなる。

そこで、従来は、図６（ａ）に示されるように、光モジュール６１のリード６２をはんだ付けするリジッド基板６３と電気回路が搭載されるリジッド基板６４とを別々に形成し、双方のリジッド基板６３，６４をフレキ基板６５でつないだもの（基板アセンブリという）が用いられる。リジッド基板６３のほうにも一部の電気回路を搭載することができる。ハウジング（図示せず）には光モジュール６１を嵌め込む光モジュールステー部と電気回路が搭載されるリジッド基板６４を固定するリブが形成されており、光モジュールステー部に光モジュール６１を嵌め込んだ後、基板アセンブリをハウジングに搬入し、電気回路が搭載されるリジッド基板６４を対象物であるハウジングのリブにネジ止めし、リード６２をはんだ付けすることによりリジッド基板６３を対象物である光モジュール６１に固定する。その後、ハウジングに蓋をして光モジュール６１を光モジュールステー部に押さえ込む。

このように双方のリジッド基板６３，６４をフレキ基板６５でつないだ基板アセンブリを形成することにより、一方のリジッド基板６３と他方のリジッド基板６４に異なる力が働いたり位置がずれたりしても、フレキ基板６５が変形することで応力を吸収し、リード６２の歪みや光モジュール６１の光軸ずれを緩和することができる。

図示した例では、一方のリジッド基板６４が光モジュール６１の光軸に対してほぼ平行な姿勢で対象物であるハウジングに取り付けられ、他方のリジッド基板６３が光モジュール６１の光軸に対して直角な姿勢で対象物である光モジュール６１に取り付けられているので、フレキ基板６５は双方のリジッド基板の延長面が交差するあたりで所定の曲げアールで折り曲げられ、大きく見ると直角に曲げられている。

特開平８−１３６７６５号公報 米国特許第５７４２４８０号

本出願人は上記フレキ基板の曲げ形状をアールにフォーミングすることにより、一箇所に応力が集中することがなく、フレキ基板が平板に復元しようとする力が働かないようにする提案をしている。

しかしながら、光モジュールが最終的に固定される位置と電気回路が搭載されるリジッド基板が最終的に固定される位置とのずれにより、フレキ基板には応力Ｆが加わることになる。この応力Ｆが光モジュールのリジッド基板の長手方向に働くので、リードの歪みや光軸ずれのおそれが全くなくなったことにはならない。

さらに、フレキ基板には、信号配線パターンを設けるための信号層と呼ばれる導体層とは別にグランド層と呼ばれる導体層を有するものがある。すなわちこの種のフレキ基板では、図７に示されるように、絶縁膜を挟んで信号層とグランド層が存在する。グランド層は、フレキ基板の全面かそれに近い大部分を占める、いわゆるベタグランドであり、グランドインピーダンスを下げる、シールド性を高めるなどの効果を有するものである。しかしながら、導体層が一層増えたことでフレキ基板は硬さが増すので、応力Ｆが強くなる。従って、グランド層を有するフレキ基板を用いると、前述したリードの歪みや光軸ずれの問題が大きくなる。

以上が応力に関する問題点である。

一方、光モジュール６１の端面にリジッド基板６３を取り付けた構造に関して、光モジュール６１の端部は光素子を収容した金属製有底円筒体（以下、ＣＡＮという）で構成されており、そのＣＡＮは光素子の回路のアース電位に導通させてある。そして、ＣＡＮの底面（つまり光モジュール６１の端面）から突き出ているリード６２のいくつかは電源電位や信号のものであるから、底面にはリード６２に対して所定のクリアランスを持つ穴からリード６２が出るようにして絶縁が図られている。リジッド基板６３の方は、リード６２を挿入するスルーホールを所定のクリアランスでもって囲むように基板表面にレジストが施されている。また、リジッド基板６３にはリード６２のスルーホールからフレキ基板６５を経てリジッド基板６４の所望箇所に至る配線パターンが形成されており、配線パターンの表面はレジストが施されている。

また、光モジュール６１とリジッド基板６３との間の電気的絶縁を向上させるためにシート状の絶縁部材を挟むことは従来より慣用的に行われていることである。しかしながら、こうした目的で使用される絶縁部材はＣＡＮの底面を覆うことができればよいので、ＣＡＮの底面と同程度の大きさの円盤状のものであって、絶縁以外の機能は有していない。

次に、リジッド基板６４の実装形態に関して述べる。図６（ａ）の従来技術ではリジッド基板６３の下端よりもリジッド基板６４の面が十分低い位置にあるので、フレキ基板６５はリジッド基板６４の延長方向に出してから、リジッド基板６３に向かって立ち上げればよい。よって、リジッド基板６３とリジッド基板６４の光軸方向距離を短くすることは簡単である。しかし、本出願人は、図６（ｂ）の破線のように、リジッド基板６４の面がリジッド基板６３の下端からあまり低くない位置、あるいはリジッド基板６３の下端より高い位置にある配置を検討している。この場合、リジッド基板６３とリジッド基板６４の光軸方向距離を短くしようとすると、フレキ基板６５はリジッド基板６４の延長方向からリジッド基板６３の下端よりも低い方向に曲げて、それからリジッド基板６３に向かって立ち上げることになり、フレキ基板６５がＵ字状に膨らむことになる。このとき、リジッド基板６４上の電気回路からリード６２までの電気信号線路がフレキ基板６５のＵ字状膨らみに沿うため、線路長が長くなる。

そこで、本出願人は、図６（ｂ）の実線のように、一枚であったリジッド基板６４を少なくとも２つ、例えば、リジッド基板６７とリジッド基板６８に分割し、リジッド基板６７に電気回路を実装することを考えた。このときフレキ基板６９は破線のフレキ基板６５より短くなり、その結果、リジッド基板６７上の電気回路からリード６２までの電気信号線路長が短くでき、高周波特性を改善することができる。リジッド基板６７には、高速信号処理デバイスを搭載することで高速信号の伝送劣化を防止することができる。

しかし、図６（ｂ）の実線のようにフレキ基板６９の長さを短くすると、前述の応力Ｆがさらに強くなるという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、フレキ基板が光モジュール基板に及ぼす応力を緩和することができる光トランシーバを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ハウジングに収容された光モジュールに取り付けられた光モジュール用のリジッド基板とハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋に一端が接して、上記光モジュールと光モジュール用のリジッド基板との間に挟み込まれた応力緩和部材を設けたものである。

また、本発明は、ハウジングに収容された光モジュールの光軸に対して直角な姿勢で光モジュールに取り付けられた光モジュール用のリジッド基板と光モジュールの光軸に対して傾斜した姿勢でハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋に一端が接して、上記光モジュールと光モジュール用のリジッド基板との間に挟み込まれた応力緩和部材を設けたものである。

上記応力緩和部材は、弾性を有するシート状部材からなり、上記ハウジング上蓋に接する一端が曲げられていてもよい。

上記応力緩和部材は、上記光モジュールのリードを挿通させる穴を有すると共に、光モジュール及びリジッド基板に接する面が絶縁されていてもよい。

上記応力緩和部材は、金属層を有してもよい。

上記フレキ基板は、グランド層を有してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）フレキ基板が光モジュール基板に及ぼす応力を緩和することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光トランシーバは、ハウジングに収容された光モジュール１の光軸（一点鎖線で示す）に対して直角な姿勢で光モジュール１に取り付けられた光モジュール用のリジッド基板（以下、光モジュール基板という）２と光モジュール１の光軸に対して傾斜した姿勢でハウジング底部（図示せず）に取り付けられた電気回路用のリジッド基板（以下、電気回路基板という）３とがフレキ基板４を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋５に一端が接して、光モジュール１と光モジュール基板２との間に挟み込まれた応力緩和部材６を設けたものである。なお、図では便宜上、光モジュール１と応力緩和部材６の間、応力緩和部材６と光モジュール基板２の間は隙間が大きく描かれているが、実際は隙間なくぴったり付けるのがよい。

光モジュール１にはシェル部７が取り付けられてＯＳＡ（光学サブアッセンブリ）８が構成されている。また、光モジュール基板２と電気回路基板３と第二電気基板９とがフレキ基板４によって一体につなげられて基板アセンブリ１０が構成されている。

光モジュール基板２は、光モジュール１の端部から光軸に平行な方向に突き出たリード１１を挿入するスルーホールを有し、このスルーホールにリード１１をはんだ付けすることにより、光モジュール１の端部に面して固定される。すなわち光モジュール基板２は、光モジュール１の光軸に対して垂直な姿勢で光モジュール１に取り付けられる。光モジュール１が光軸をハウジングの底面に平行にしてハウジングに収容されるので、光モジュール基板２は、ハウジングの底面に対して垂直な姿勢をとることになる。

電気回路基板３は、その面をハウジングの底面に対して傾けてハウジングに収容される。よって、電気回路基板３と光モジュール基板２は双方の延長面が直角よりやや狭い内角をなす姿勢をとることになる。第二電気基板９は、従来は電気回路基板３と一枚板であったが、電気回路基板３を傾斜させるために分離したものである。この分離により、第二電気基板９に加わる力が電気回路基板３に及ばないという効果もある。

応力緩和部材６は、弾性を有するシート状部材からなり、ハウジング上蓋５に接する一端が曲げられている。応力緩和部材６の材料としてはＦＲ４、ポリイミドなどが好適である。また、応力緩和部材６は、光モジュール１のリードを挿通させる穴を有すると共に、光モジュール１及び光モジュール基板４に接する面が絶縁されている。応力緩和部材６は、金属層に絶縁層を重ねて形成してもよく、つまりフレキ基板と同じ構造にできる。

図２（ａ）に示されるように、本発明に係る光トランシーバ１０は、ハウジング１１の中に光モジュール１２と電気回路基板１３，１４，１５とを内蔵したものである。ハウジング１１は、光伝送路である光ファイバ１６の光コネクタ１７を挿入するためのコネクタ口１８を一端に形成し、反対端側の大部分が通信機器（図示せず）内のケージ（図示せず）に挿入されるようになっている。コネクタ口１８のある端部は通信機器に設けた窓２０から露出することになる。そして、ケージに入る方の端部には、電気回路基板１５のエッジ端子１９がハウジング１１から露出して通信機器内の信号コネクタ２１に挿入されるようになっている。

窓２０や信号コネクタ２１は通信機器の部材であって、光トランシーバ１０とは別途に製造される。通信機器も光トランシーバ１０も複数のメーカによる種々の機種が存在することから、それらの互換性を持たせるために、ハウジング１１の外形寸法と、窓２０や信号コネクタ２１の位置に対する光モジュール１２及びエッジ端子１９の位置が規格によりほぼ規定される。例えば、図２（ｃ）の光軸とエッジ線の落差ｈは規定値におさめなくてはならない。

応力緩和部材２６は、光モジュール１２と電気回路基板１３に挟まれており、かつハウジング１１の上蓋に接している。

図２（ｂ）に示されるように、光モジュール１２には、送信用と受信用の２種類があり、光軸を平行にして並べて配置される。２つの光モジュール１２は長さが異なるので、光モジュール基板１３も送信用と受信用に形成されており、これら２つの光モジュール基板１３はそれぞれフレキ基板２２を介して電気回路基板１４と接続されている。さらに、電気回路基板１５はフレキ基板２３を介して電気回路基板１５と接続されている。

図２（ｂ）ではハウジングを省略しているが、図１あるいは図３の説明で明らかなように、応力緩和部材２６は、ハウジングの上蓋に接している。

図２（ｃ）に示されるように、光モジュール１２の光軸を基準に考えると、光モジュール基板１３は直角な姿勢で配置されている。光モジュール１２の端面からはリード２４が光軸に並行に突き出ており、このリード２４を応力緩和部材２６の穴に通し、光モジュール基板１３のスルーホールに通し、光モジュール基板１３が光モジュール１２の端面に正対するようにしてはんだ付けをすることで光モジュール基板１３が光モジュール１２に固定されている。

電気回路基板１５は光軸に平行な姿勢で配置されている。しかも、電気回路基板１５はエッジ線の高さ位置に配置されている。これは、先に説明したように、規格に適合させるためである。

電気回路基板１４は光モジュール１２のうちのレーザダイオード及びフォトダイオードを駆動するドライバＩＣ２５を搭載したものである。その他の回路部品は、ドライバＩＣ２５を搭載した面の余白あるいは裏側面に搭載するとよい。

図２（ａ）の光トランシーバ１０は、従来技術の図６（ｂ）で説明した考えに基づいて、リジッド基板を分割することで、フレキ基板を短くしてある。その結果、電気回路基板１４は光軸に対して傾斜させて配置されている。

図３は本発明の要点を誇張して示した図である。

ＯＳＡ８は、光モジュール１とシェル部７を溶接（・で示す箇所）により一体化したものである。図では、光モジュール１がシェル部７に対して光軸に直交する方向に位置がずれて溶接がなされたところをわざと示してあるが、実際は光モジュール１とシェル部７は中心軸を一致させることで光軸が一致する。シェル部７は２つのフランジを有する円筒状の部材で、内部には光ファイバで構成した光の通路が設けられている。ハウジングの底面（図示せず）から立ち上げた底部ホルダ部３１とハウジング上蓋５に形成した上ホルダ部３２は、シェル部７の２つのフランジ間に嵌り合う凸部を有する。これら底部ホルダ部及び上ホルダ部でシェル部７を挟むことにより、ＯＳＡ８がハウジングに保持されると共に位置決めされることになる。ただし、ハウジング上蓋５は光トランシーバの組立ての最後の過程で取り付けられる。

このようにＯＳＡ８はシェル部７において保持されるようになっており、光モジュール１はどこからも保持されることがない。シェル部７のフランジ間距離ｄ１は１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、フランジから光モジュール基板２までの距離ｄ２は１０ｍｍ程度である。

ここで位置決めするべき位置の要素は、光軸に沿った方向の位置と、光軸に直交し互いに直交する２軸に沿った方向の位置と、光軸に対する傾斜とからなる。光軸に対する傾斜のうち、図示のように側面視に現れる傾斜θがここでは問題となる。

ハウジングに挿入される光コネクタには、伝送路の光ファイバ３３の先端が保持されており、光ファイバ３３の光軸とＯＳＡ８の光軸とが傾斜なく一致するのが理想的である。つまり、θがゼロであることが好ましい。θが１°になると１ｄＢくらいの光伝送ロスが生じる。

ＯＳＡ８には、応力緩和部材６と基板アセンブリ１０が取り付けられる。すなわち、光モジュール１の端部から出ているリード３４を応力緩和部材６の穴に挿通し、それからリード３４を光モジュール基板２のスルーホールに挿通し、光モジュール１の端部と光モジュール基板２とで応力緩和部材６を挟み付け、リード３４を光モジュール基板２にはんだ付けすることになる。

このとき、電気回路基板３はハウジング底部の図示しないリブ上にネジ止め固定されており、光モジュール基板２と電気回路基板３との間のフレキ基板４は曲げられている。このため、光モジュール基板２はフレキ基板４から応力Ｆを受けている。その後、ハウジング上蓋５をハウジングに取り付けると、応力緩和部材６の一端がハウジング上蓋５に押されるため、光モジュール基板２は応力緩和部材６から応力Ｆ’を受けることになる。

応力Ｆと応力Ｆ’は方向が互いに逆であるため、両応力が拮抗して光ファイバ３３の光軸とＯＳＡ８の光軸とが傾斜なく一致するのが好ましい。フレキ基板４がもたらす応力Ｆはフレキ基板４の機械的特性から既知であるので、応力緩和部材６の機械的特性を適宜に選べば両応力を拮抗させるという目的が達成される。

この結果、光モジュール１はハウジングにはリジッドに固定されないが、フレキ基板４と応力緩和部材６とにより、適切な位置に保持されることになる。

次に、応力緩和部材６の形状の細部についていくつかの実施形態を説明する。

図４（ａ）に示した応力緩和部材４１は、円筒形である光モジュール１の端部を覆うように円形に形成された挟み込み部４２と、その挟み込み部４２から延出された舌状部４３とからなる。挟み込み部４２には、リードを挿通するための穴４０が形成されている。応力緩和部材４１の厚さは、例えば、０．２ｍｍである。

図４（ｂ）に示した応力緩和部材４４は、挟み込み部４５と舌状部４６との境にくびれをつけない形状である。挟み込み部４５には、リードを挿通するための穴４０が形成されている。図４（ｃ）に示した応力緩和部材４７は、ほぼ円形の挟み込み部４８の両端に舌状部４９を形成したものである。挟み込み部４８には、リードを挿通するための穴４０が形成されている。

舌状部４３，４６，４９は、図３のようにハウジング上蓋５をハウジングに取り付けたとき、ハウジング上蓋５に接して曲がるための部分である。

図４（ｄ）は、応力緩和部材４４の舌状部４６が図３とは逆向きに曲がってハウジング上蓋５に押された状態を示すために、光モジュール１とハウジング上蓋５を除外して描いたものである。舌状部４６の曲げの向きは図３のように左向きでも本図のように右向きでもよい。

図４（ｄ）は、フレキ基板４を応力緩和部材４４として働かせるために、フレキ基板４を図３のものより長く形成して光モジュール基板２の上端からフレキ基板４の先端がはみ出るようにしたものであり、そのはみ出し部分が舌状部４６となってハウジング上蓋５に接して撓むようになっている。この構成においても、図３と同様に応力Ｆと応力Ｆ’の釣り合いを図ることができる。

図５（ａ）の応力緩和部材５１は、前述した図４（ａ）の応力緩和部材４１と同じであり、正面から見て描かれている。図５（ｂ）〜図５（ｄ）はそれぞれ断面構造の形態を示したものである。図示のように挟み込み部５２と舌状部５３は同じ断面構造で構成することができる。図５（ｂ）のものは銅箔からなる金属層５４と、その金属層５４を両面から挟む絶縁層５５，５５とからなる。絶縁層５５はフレキ基板の絶縁材料と同じ材料で構成するとよい。図５（ｃ）のものは銅箔からなる金属層５４の片面（曲げの外側）に絶縁層５５を設けたものである。

図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示されるように、舌状部５３にはビア５６が設けられている。ビア５６は、金属層５４に導通する金属材料を絶縁層５５の表面に露出させたものである。これは、図３のように舌状部５３が曲げられたときに、ビア５６がハウジング上蓋５に接触して金属層５４とハウジングが導通することで、ノイズシールド効果を高めることを意図したものである。つまり、図１の電気回路基板３や第二電気基板９から光モジュール１へ向かう電磁ノイズが応力緩和部材６内の金属層によって遮断され、かつハウジング外部から電気回路基板３や第二電気基板９へ向かう電磁ノイズが応力緩和部材６内の金属層によって遮断される。

図５（ｄ）の応力緩和部材５７は、曲げ方向を図３や図５（ｃ）とは逆にして使用するものである。曲げの外側になる金属層５４がハウジング上蓋５に接触することになる。

本発明の一実施形態を示す光トランシーバの主要部側面図である。 図１の光トランシーバの全体を示す分解斜視図である。 図１の光トランシーバにおける応力を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の光トランシーバに用いる応力緩和部材の斜視図であり、（ｄ）は光トランシーバ内での応力緩和部材の形状を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の光トランシーバに用いる応力緩和部材の正面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は断面図である。 （ａ）は従来の光トランシーバの部分斜視図、（ｂ）はその部分の側面図である。 フレキ基板の断面図である。

符号の説明

１ 光モジュール
２ 光モジュール用のリジッド基板（光モジュール基板）
３ 電気回路用のリジッド基板（電気回路基板）
４ フレキ基板
５ ハウジング上蓋
６，４１，４４，４７，５１，５７ 応力緩和部材

Claims (7)

1. ハウジングに収容された光モジュールに取り付けられた光モジュール用のリジッド基板とハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋に一端が接して、上記光モジュールと光モジュール用のリジッド基板との間に挟み込まれた応力緩和部材を設けたことを特徴とする光トランシーバ。
2. ハウジングに収容された光モジュールの光軸に対して直角な姿勢で光モジュールに取り付けられた光モジュール用のリジッド基板と光モジュールの光軸に対して傾斜した姿勢でハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバにおいて、ハウジング上蓋に一端が接して、上記光モジュールと光モジュール用のリジッド基板との間に挟み込まれた応力緩和部材を設けたことを特徴とする光トランシーバ。
3. 上記応力緩和部材は、弾性を有するシート状部材からなり、上記ハウジング上蓋に接する一端が曲げられていることを特徴とする請求項２記載の光トランシーバ。
4. 上記応力緩和部材は、上記光モジュールのリードを挿通させる穴を有すると共に、光モジュール及びリジッド基板に接する面が絶縁されていることを特徴とする請求項２又は３記載の光トランシーバ。
5. 上記応力緩和部材は、金属層を有することを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の光トランシーバ。
6. 上記フレキ基板は、グランド層を有することを特徴とする請求項２〜５いずれか記載の光トランシーバ。
7. ハウジングに収容された光モジュールの光軸に対して直角な姿勢で光モジュールに取り付けられた光モジュール用のリジッド基板と光モジュールの光軸に対して傾斜した姿勢でハウジング底部に取り付けられた電気回路用のリジッド基板とがフレキ基板を介して接続された光トランシーバにおいて、前記フレキ基板を上記光モジュール用のリジッド基板よりハウジング上蓋側にはみ出すように形成し、このはみ出した前記フレキ基板がハウジング上蓋に接して撓むようにしたことを特徴とする光トランシーバ。
   

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