JP2008071784A

JP2008071784A - 光送受信器

Info

Publication number: JP2008071784A
Application number: JP2006246432A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishitobi; 聡志石飛
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】光送受信モジュールのリードピンへの荷重応力を生じさせず、外形寸法の異なる複数の光送受信モジュールを同一の電子基板に実装でき、光送信モジュールにて発生する空間的輻射ノイズおよび電子基板で発生する電気的反射ノイズによる受信感度特性の劣化の影響を及ぼさない構成を有した光送受信器を提供する。
【解決手段】本発明における光送受信器１の構成は、電気信号を光信号に変換する半導体発光素子を有する光送信モジュール３と、光信号を電気信号に変換する半導体受光素子を有する光受信モジュール４とを備える光送受信モジュール２と、光送受信モジュール２が実装される電子基板５と、実装に用いられるフレキシブル基板６とを備え、光送受信モジュール２の光送信モジュール２と電子基板５とは、フレキシブル基板６を介して電気的に接続させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信モジュールと光受信モジュールとを備えた光送受信モジュールと、光送受信モジュールが実装される電子基板とを備えた光送受信器に関するものである。

従来の光送受信器では、光送受信器における光送信モジュールと光受信モジュールをリード成形して電子基板に接続する構成にしている。しかしながら、上記構成のような光送受信が一体型の光送受信器では、光送信モジュール側のデータ信号、またはクロック信号が光受信モジュール側に影響を与えて受信感度が劣化する。さらに、光受信モジュール側の出力信号が光送信モジュール側に影響を与えて光出力波形のジッタが増大するといった送受信間クロストークの問題があった。

そこで、かかる問題を解決するために下記特許文献１には、電気的クロストークが抑圧し、互いの送受信モジュールから発生する雑音を抑止することのできる、光送信モジュールと光受信モジュールとが一体型の光送受信器が開示されている。

下記特許文献１において、光送受信器を電子基板に実装する場合は、送信用の基板と受信用の基板とを分けている。すなわち、電気的な雑音を防ぐために基板上にGND層のカットラインを設けて送信用基板と受信用基板とを絶縁しており、光送信モジュールの電圧源の低電位が送信用の基板のGNDに接続され、光受信モジュールの電圧源の低電位が受信用の基板のGNDに接続されている。そして、光送信モジュールのGNDピンは受信用の基板のGNDにアースし、光受信モジュールのGNDピンは受信用の基板のGNDにアースしている。

以上の構成により、光受信モジュールのGNDピンおよび光送信モジュールのGNDピンは光受信モジュールの電圧源の低電位側にアースされており、光送受信器内のインピーダンスを小さくすることができる。よって、電気的クロストークが抑圧し、互いの送受信モジュールから発生する雑音を抑止することのできる光送受信器を提供している。

特開２００２−３４３９８４号公報

しかしながら、特許文献１の光送受信器では、光送受信モジュールをリード成形することにより電子基板に接続する構造となっているため、リードピンに荷重応力が発生し、光送受信モジュールで光軸ずれが発生する問題があった。この光軸ずれの発生メカニズムについて以下説明する。

光送信モジュールは光送受信モジュールの筐体部に挿入して組み立て、光送信モジュールと筐体の寸法公差により接合部分に生じる隙間を溶接によって埋めて固定している。しかし、溶接箇所および点数が不十分であると、リードピンに荷重応力が発生した場合、完全に接合されていない光送信モジュールが微動して光軸がずれることになる。また、電子基板においては、リードピンに荷重応力が発生することにより、光送受信モジュールのリードピンと電子基板との固定部で半田クラックが発生する要因にもなっていた。

更に、光送受信モジュールと電子基板とをリードピンで接合すると、光送受信モジュールと電子基板の固定部が一意に決まるため、外形寸法の異なる複数の光送受信モジュールを同一の電子基板に実装するのは困難である。すなわち、光送受信モジュールのマルチベンダー化は困難であった。よって、光送受信モジュールのメーカー毎に電子基板の製造管理が必要となり、光送受信器の製造管理が煩雑になっていた。

更に、光送受信モジュールの光送信モジュールのGNDピンは電子基板のGNDと接続しており、電子基板のGNDからの電気的反射ノイズが光送信モジュールのGNDピンから光送受信モジュールの筐体を経由して光受信モジュールまで到達して光受信モジュールに影響を及ぼす。また、光送受信モジュールの光送信モジュールのリードピン長が長いため、その空間的輻射ノイズは光受信モジュールに周り込んで光受信モジュールに影響を及ぼし、受信感度特性が劣化する問題点があった。

本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、光送受信モジュールの光送信モジュールのリードピンに発生する荷重応力を抑制して、光送受信モジュール内部での光軸ずれの緩和および電子基板間で発生する半田クラックを解消すること、さらに、外形寸法の異なる複数の光送受信モジュールを同一の電子基板に実装すること、さらに、光送信モジュールにて発生する空間的輻射ノイズおよび電子基板上で発生する電気的反射ノイズを抑圧させて、受信感度特性の劣化の影響を及ぼさない構成を有した光送受信モジュールを得ることを目的とする。

本発明における光送受信器の構成は、電気信号を光信号に変換する半導体発光素子を有する光送信モジュールと、光信号を電気信号に変換する半導体受光素子を有する光受信モジュールとを備える光送受信モジュールと、前記光送受信モジュールが実装される電子基板と、前記実装に用いられるフレキシブル基板とを備え、前記光送受信モジュールの前記光送信モジュールと前記電子基板とは、前記フレキシブル基板を介して電気的に接続されることを特徴とする。

請求項１に記載のように、本発明の光送受信器によれば、光送受信モジュールの光送信モジュールと電子基板とをフレキシブル基板を介して電気的に接続することにより、光送受信モジュールと電子基板との間に荷重応力を抑制して光送受信モジュール内部での光軸ずれの緩和および光送信モジュールと電子基板間の固定部で発生する半田クラックを解消することができる。

更に、光送信モジュールと電子基板間との距離をフレキシブル基板の基板長で吸収できるため、外形寸法の異なる複数の光送受信モジュールを同一の電子基板に実装できる。これにより光送受信モジュール毎に電子基板を管理することが不要となり、また、光送受信モジュールのマルチベンダー化することも可能なため、製造管理コストが低減できる。

［実施の形態１］
図１は、本発明における実施の形態１による光送受信器１の構成を示す図である。光送受信器１は、電気信号を光信号に変換する半導体発光素子を有する光送信モジュール３と光信号を電気信号に変換する半導体受光素子を有する光受信モジュール４とを備える光送受信モジュール２と、光送受信モジュール２が実装される電子基板５と、光送受信モジュール２と電子基板５との実装に用いられるフレキシブル基板６とを備えている。このとき、光送信モジュール３と電子基板５の光送信固定部７とはフレキシブル基板６を介して電気的に接続され、また、光受信モジュール４と電子基板５の光受信固定部８とは光受信モジュール４のリードピンを直接接続することにより電気的に接続されている。

図２は、フレキシブル基板６の構成を示す分解斜視図である。フレキシブル基板６は、光送信モジュール３と電子基板５との間で信号の受け渡しを行う第１主面側の信号配線層９と、信号配線層９と平行に配置される第２主面側のGND層１０とで構成され、第２主面側を光送受信モジュール２側に向けて配設されている。

図３は、光送信モジュール３の構成を示す図である。主信号の電流が流れるカソードピン１１およびアノードピン１２と、LDステム１３と接続されており接地線の接続口であるGNDピン１４と、光送信の出力パワーをモニタするPDモニタピン１５の計４本のリードピンで構成されている。

以下に光送受信器１内の接続について説明する。まず、光送信固定部７および光受信固定部８は光送受信モジュール２との間で信号の受け渡しを行う主信号線と、接地線の接続口であるGND線とを備えている。

まず、光送信モジュール３と電子基板５との接続について説明する。光送信モジュール３とフレキシブル基板６の接続は、光送信モジュール３の主信号の電流が流れるカソードピン１１及びアノードピン１２のみがフレキシブル基板６の信号配線層９と接続されており、他のピンはフレキシブル基板６と接続されていない。次に、フレキシブル基板６と電子基板５の光送信固定部７との接続は、フレキシブル基板６の信号配線層９と電子基板５の主信号線とが接続され、かつ、フレキシブル基板６のGND層１０と電子基板５のGND線が接続されている。以上から光送信モジュール３と電子基板５とが電気的に接続されている。このとき、光送信モジュール３と電子基板５とを接続するフレキシブル基板６は光送信モジュール３と電子基板５との間のインピーダンス整合を行う。

次に、光受信モジュール４と電子基板５との接続について説明する。電子基板５は、エッジを光送受信モジュール２の光受信モジュール４に当接させて配設し、光受信モジュール４と電子基板５との接続は、光受信モジュール４のリードピンを電子基板５のエッジ近傍の端面上にある光受信固定部８に平行に配設させて電気的に接続されている。よって、光受信モジュール４のリードピンを最短にする構成とすることができる。

上記光送受信器１の構成によると、光送受信モジュール２と電子基板５とを接続したときに光送信モジュール３のリードピンに発生する荷重応力は、フレキシブル基板６を介して光送信モジュール３と電子基板５とを接続することにより荷重応力が抑制される。よって荷重応力により光送信モジュール３が微動して発生していた光軸ずれが緩和される。また、同様に電子基板５では、リードピンに発生する荷重応力により光送信固定部７で半田クラックが発生していたが、フレキシブル基板６を介して光送信固定部７と半田付けすることにより、フレキシブル基板６で荷重応力が抑制されて半田クラックも解消できる。

光送受信モジュール２と電子基板５を接続するときの光送信モジュール３と電子基板５との距離は、光送信モジュール３と電子基板５との間で接続しているフレキシブル基板６をたわんだ状態で接続することにより、フレキシブル基板６の基板長によって吸収できる。よって、外形寸法の異なる複数の光送受信モジュール２であっても、フレキシブル基板６の基板長によって調整することにより同一の電子基板５に実装することができる。これにより、光送受信モジュール２のマルチベンダー化が可能となり、また、光送受信モジュール毎に電子基板を管理することが不要になるため、製造コストが低減できる。

光送信モジュール３はフレキシブル基板６を介して電子基板５と接続することから、光送信モジュール３のリードピンはフレキシブル基板６に貫通接続できる必要最小限の長さで良く、電子基板５に直接接続する光送信モジュール３のリードピンに比べてリードピン長を短縮することができる。よって、リードピン長が短くなることによって、空間的輻射ノイズが小さくなり、また、リードピンのインダクタンス成分が小さくなり、インピーダンス整合が容易になる。そして、フレキシブル基板６の信号配線層９で光送信モジュール３と電子基板５との間のインピーダンス整合を行うことにより、光送信モジュール３のリードピン付近もしくは電子基板５上でインピーダンスマッチングさせるようなシャント回路が不要となり、部品コストが低減できる。

光送信モジュール３とフレキシブル基板６との接続において、光送信モジュール３のカソードピン１１及びアノードピン１２のみがフレキシブル基板６の信号配線層９と接続されており、光送信モジュール３のGNDピン１４とフレキシブル基板６のGND層１０は接続されていない。よって上記の構成から電子基板５のGNDからの電気的反射ノイズはフレキシブル基板６のGND層１０を介して入射されない。すなわち、電子基板５のGNDからの電気的反射ノイズは光送信モジュール３のGNDピン１４から光送受信モジュール２の筐体を経由して、光受信モジュール４に到達しない。よって、光受信モジュール４の受信感度特性には影響を及ぼすことはなく、光送受信モジュール２のGNDを強化する部品の部材コストの削減ができ、電子基板５のGND層を送信GND層、受信GND層に分離させることが不要となり、安価な電子基板５を適用することを可能として電子基板の部材コストの低減が図れる。

また、フレキシブル基板の第２の主面側であるGND層を光送受信モジュール側に配設する構成から、光送信モジュール３のリードピンにて発生する空間的輻射ノイズは、フレキシブル基板６内にあるGND層１０で遮蔽される。すなわち、上記のようにリードピンが必要最小限の長さになることにより空間的輻射ノイズが小さくなるとともに、GND層を光送受信モジュール側に配設する構成から、光送受信モジュール２の光受信モジュール４に、光送信モジュール３のリードピンにて発生する空間的輻射ノイズの周り込みの影響を及ぼすことはない。よって、光受信モジュール４の受信感度特性が劣化することを抑圧できる。また、受信感度特性の劣化を抑圧することから、光送受信モジュール２のGNDを強化する部品の部材コストの削減ができ、電子基板５のGND層を送信GND層、受信GND層に分離させることが不要となり、安価な電子基板５を適用することを可能として電子基板の部材コストの低減が図れる。

［実施の形態２］
図４は、本発明における実施の形態２による光送受信器１の構成を示す図である。電子基板５はリードピンを貫通する貫通スルーホールを備えており、光送受信モジュール２の光受信モジュール４と電子基板５との接続は、光受信モジュール４のリードピンを電子基板５の貫通スルーホールに貫通させて電気的に接続している。このとき、光受信モジュール４と電子基板５との接続は、光受信モジュール４のカソードピン及びアノードピンとを備える面と電子基板５間の空間的隙間をなくすように実装されている。

上記構成によると、光送受信モジュール２のリードピンを貫通スルーホールに貫通させて半田付けを行っていることから、光送信モジュール４のリードピンをリード成形する作業がなくなり、半田付けが容易となるため実装加工費の低減が図れる。また、リードピンは電子基板５を貫通接続する必要最小限の長さで良く空間的輻射ノイズを小さくできる。また、リード成形による光受信モジュール４のリードへの荷重応力も抑制でき、光軸ずれの発生及び光受信モジュール４のリードピンを電子基板５に固定する光受信固定部８での半田クラックも解消できる。

実施の形態２の構成が実施の形態1と異なる点は、光受信モジュール４の構成と、光受信モジュール４と電子基板５との接続方法における点であり、その他の構成・動作は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

本発明の実施の形態１による光送受信器の構成を示す図である。フレキシブル基板の構成を示す図である。光送信モジュールの構成を示す図である。本発明の実施の形態２による光送受信器の構成を示す図である。

符号の説明

１光送受信器、２光送受信モジュール、３光送信モジュール、４光受信モジュール、５電子基板、６フレキシブル基板、７光送信固定部、８光受信固定部、９信号配線層、１０ GND層、１１カソードピン、１２アノードピン、１３ LDステム、１４ GNDピン、１５ PDモニタピン。

Claims

電気信号を光信号に変換する半導体発光素子を有する光送信モジュールと、
光信号を電気信号に変換する半導体受光素子を有する光受信モジュールと、を備える光送受信モジュールと、
前記光送受信モジュールが実装される電子基板と、
前記実装に用いられるフレキシブル基板と、を備え、
前記光送受信モジュールの前記光送信モジュールと前記電子基板とは、前記フレキシブル基板を介して電気的に接続されることを特徴とする光送受信器。
前記フレキシブル基板は、
第１主面側の信号配線層と、
第２主面側のGND層と、を備え、
前記第２主面側を前記光送受信モジュール側に向けて配設される請求項１記載の光送受信器。
前記光送信モジュールは、
カソードピンおよびアノードピンと、
GNDピンと、を備え、
前記電子基板は、
主信号線と、
GND線と、を備え、
前記光送信モジュールと前記フレキシブル基板との接続は、
前記光送信モジュールの前記カソードピンおよび前記アノードピンが前記フレキシブル基板の前記信号配線層と接続され、
前記フレキシブル基板と前記電子基板との接続は、
前記フレキシブル基板の前記信号配線層と前記電子基板の前記主信号線とが接続され、かつ前記フレキシブル基板の前記GND層と前記電子基板の前記GND線が接続され、
前記信号配線層は、
前記光送信モジュールと前記電子基板との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
前記フレキシブル基板と前記電子基板との接続は、
前記フレキシブル基板がたわんだ状態で前記電子基板に接続されている請求項３記載の光送受信器。
前記電子基板は、
エッジを前記光送受信モジュールの前記光受信モジュールに当接させて配設され、
前記光送受信モジュールの前記光受信モジュールと前記電子基板との接続は、
前記光受信モジュールのリードピンを前記電子基板の前記エッジ近傍の端面上に平行に配設させて電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
前記電子基板は、
リードピンを貫通させて接続する貫通スルーホールを備え、
前記光送受信モジュールの前記光受信モジュールと前記電子基板との接続は、
前記光受信モジュールのリードピンを前記電子基板の前記貫通スルーホールに貫通させて電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の光送受信器。