JP2008091365A - 光電気変換装置およびそれを用いる電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話の端末装置などに用いられ、２枚の主基板間で光信号によって通信を行う光電気変換装置において、低背化を図る。
【解決手段】主基板に実装されるソケット２１，２２に嵌着するヘッダ２３，２４において、従来では副基板（マウント基板）を用い、光電変換素子２６，２７やドライバＩＣ２８，２９などをその副基板に搭載した後、該ヘッダ２３，２４に搭載していたのに対して、本実施の形態では、それらをフリップチップ実装によってヘッダ２３，２４に直接搭載するとともに、光電変換素子２６，２７が光信号を厚み方向に発光または受光するので、ヘッダ２３，２４に連結される導波路２５ｂの端部にミラー部材２５ｄを設けて、光を面方向に反射して導波路２５ｂに入射または出射させるようにする。これによって、副基板を用いた場合には２ｍｍ程度であった高さを、１ｍｍ程度に低背化することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、映像信号などの高周波の電気信号を、複数の主基板（メイン基板）間で、光信号によって通信を行うための光電気変換装置およびそれを用いる電子機器に関する。

上述のような電気信号を光信号に変換して通信を行うようにした光電気変換装置の典型的な従来技術は、特許文献１で示されている。その従来技術によれば、前記高周波信号の遅延やＥＭＩの対策として、高周波の電気信号を光信号に変換して複数のボード間で通信を行うことが示されている。
特開２００１−４２１７０号公報

しかしながら、その従来技術では、厚み方向に光を出射または入射する光電変換素子の表面に、直接、光導波路の端面を対向させているので、前記光導波路の引き回し分、光電気変換装置を薄型にできないという問題がある。

そこで、本件出願人は、先に特願２００６−２１８７７６号によって、前記光電変換素子の厚み方向の光を、４５°反射ミラーを介して、光路を光電変換素子の面方向に変換して前記光導波路に出射または入射することで、低背（ロープロファイル）化を図った光電気変換装置を提案した。しかしながら、その後の検討で、更なる低背化が可能であることが明らかになった。

本発明の目的は、更なる低背化が可能な光電気変換装置およびそれを用いる電子機器を提供することである。

本発明の光電気変換装置は、複数の主基板間を光信号によって通信を行うための光電気変換装置において、前記主基板に実装される第１のコネクタと、前記第１のコネクタに嵌着する第２のコネクタと、前記第２のコネクタに実装され、前記光信号を面方向に発光または受光し、電気信号との間で信号変換を行う光電変換素子と、前記第２のコネクタにおいて高周波の信号の特性劣化やＥＭＩを抑えるために前記光電変換素子の近傍に実装され、前記第２のコネクタから第１のコネクタを介する前記主基板側の前記電気信号を、前記光電変換素子を介して前記光信号にて他方の主基板側へ伝送させる電気回路と、前記第２のコネクタに連結され、端部に前記光電変換素子の厚み方向に出射または入射する光を面方向に反射するミラー部材を備える光導波路とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、映像信号などの高周波の電気信号を、複数の主基板（メイン基板）間で、光信号によって通信を行うための光電気変換装置において、先ず前記主基板側にはソケットとなる第１のコネクタを実装し、それに嵌着するヘッダとなる第２のコネクタに、従来では副基板（サブ基板、マウント基板）を設けて光電変換素子（Ｅ／Ｏ変換素子、Ｏ／Ｅ変換素子）やその光電変換素子の近傍に実装されるドライバＩＣなどの電気回路が搭載されているのに対して、本発明ではそれらを前記第２のコネクタに直接搭載する。そして、前記光電変換素子が前記光信号を厚み方向に発光または受光するので、前記第２のコネクタに連結される光導波路の端部にミラー部材を設けて、前記厚み方向の光を面方向に反射して前記光導波路に入射または出射させるようにする。

したがって、前記ミラー部材を備える光導波路によって光路を光電変換素子の面方向に変換するとともに、前記副基板を用いないので、光電気変換装置を低背化することができる。なお、前記ミラー部材は、必ずしも４５°の平板のミラーに限らず、光導波路の引出し方向の角度に合わせて前記４５°からずれていてもよく、また集光作用を有する凹面のミラーなどであってもよい。

また、本発明の光電気変換装置では、前記電気回路は、前記光電変換素子のドライバＩＣであり、前記第２のコネクタの金属端子にフリップチップ実装されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ドライバＩＣの実装にダイボンディングやワイヤーボンディングを用いると、ワイヤーボンディングのループ高さ（２００〜３００μｍ）が必要になるのに対して、フリップチップ実装を行うと、ドライバＩＣに金バンプ（高さ２０〜１００μｍ）を形成した後、金属コネクタ端子に直接超音波接続を行うので、より低背化が可能となる。

さらにまた、本発明の光電気変換装置では、前記光導波路は、光硬化性接着剤または熱硬化接着剤を用いて前記光電変換素子に直接接続されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記光導波路の端部に形成され、光電変換素子の厚み方向の光を面方向に反射するミラー部材に、たとえば発光素子を駆動した状態で、その発光素子からの光が光導波路に入射されるように位置合わせを行い、その後、前記光導波路と発光素子とを前記光硬化性接着剤または熱硬化接着剤を用いて直接接続する。

したがって、連結プラグなどを用いる場合に比べて、より低背化が可能となるとともに、漏光を抑えることもできる。

また、本発明の光電気変換装置は、前記光導波路には、並行に電気信号線が敷設されており、その電気信号線の端部は前記第２のコネクタの金属端子に接続されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記複数の主基板間で、光信号だけでなく、電気信号での通信も可能になるので、コマンドなどの信号を、前記映像信号などの前記光信号となる高周波信号に重畳せずに電気信号のままで直接他の主基板へ伝送することができ、前記重畳に伴う変調などを不要として、利便性を向上することができる。

さらにまた、本発明の電子機器は、前記の光電気変換装置を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、低背な電子機器を実現することができる。

本発明の光電気変換装置は、以上のように、映像信号などの高周波の電気信号を、複数の主基板（メイン基板）間で、光信号によって通信を行うための光電気変換装置において、先ず前記主基板側にはソケットとなる第１のコネクタを実装し、それに嵌着するヘッダとなる第２のコネクタに、従来では副基板（サブ基板、マウント基板）を設けて光電変換素子（Ｅ／Ｏ変換素子、Ｏ／Ｅ変換素子）やその光電変換素子の近傍に実装されるドライバＩＣなどの電気回路が搭載されているのに対して、本発明ではそれらを前記第２のコネクタに直接搭載するとともに、前記光電変換素子が前記光信号を厚み方向に発光または受光するので、前記第２のコネクタに連結される光導波路の端部にミラー部材を設けて、前記厚み方向の光を面方向に反射して前記光導波路に入射または出射させるようにする。

それゆえ、前記ミラー部材を備える光導波路によって光路を光電変換素子の面方向に変換するとともに、前記副基板を用いないので、光電気変換装置を低背化することができる。

また、本発明の光電気変換装置は、以上のように、ドライバＩＣの実装にフリップチップ実装を用いる。

それゆえ、ダイボンディングやワイヤーボンディングを用いると、ワイヤーボンディングのループ高さ（２００〜３００μｍ）が必要になるのに対して、フリップチップ実装を行うと、ドライバＩＣに金バンプ（高さ２０〜１００μｍ）を形成した後、金属コネクタ端子に直接超音波接続を行うので、より低背化が可能となる。

さらにまた、本発明の光電気変換装置は、以上のように、前記光導波路を、光硬化性接着剤または熱硬化接着剤を用いて前記光電変換素子に直接接続する。

それゆえ、連結プラグなどを用いる場合に比べて、より低背化が可能となるとともに、漏光を抑えることもできる。

また、本発明の光電気変換装置は、以上のように、前記光導波路に並行に電気信号線を敷設し、その電気信号線の端部を前記第２のコネクタの金属端子に接続する。

それゆえ、前記複数の主基板間で、光信号だけでなく、電気信号での通信も可能になるので、コマンドなどの信号を、前記映像信号などの前記光信号となる高周波信号に重畳せずに電気信号のままで直接他の主基板へ伝送することができ、前記重畳に伴う変調などを不要として、利便性を向上することができる。

さらにまた、本発明の電子機器は、以上のように、前記の光電気変換装置を用いる。

それゆえ、低背な電子機器を実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態に係る光電気変換装置２０を用いる電子機器の一例である携帯電話の端末装置１の透視斜視図である。この端末装置１では、キースイッチ２などが配置される操作部３側の主基板４と、液晶表示パネル５やカメラ６などが配置される表示部７側の主基板８との間において、テレビジョン信号やブラウザの表示信号などの主基板４側から主基板８側への高周波信号およびカメラ６の撮影信号などの主基板８側から主基板４側への高周波信号を、光信号によって通信を行う。

前記各主基板４，８には、各機能を実現するための素子１０〜１３が実装されるとともに、第１のコネクタとしてソケット２１，２２が実装される。これらのソケット２１，２２は、前記各素子１０〜１３と同様に、リフロー炉などで前記各主基板４，８に半田付けされる。そのソケット２１，２２に嵌着する第２のコネクタとしてのヘッダ２３，２４間に、導波路フィルム２５が連結されていることで、前記主基板４，８間で前記光信号による通信が可能になるとともに、後述するように電気信号での通信も可能になる。

注目すべきは、本実施の形態の光電気変換装置２０は、前記ソケット２１，２２、ヘッダ２３，２４および導波路フィルム２５を備えるとともに、前記ヘッダ２３，２４に、光電変換素子２６，２７およびそのドライバＩＣ２８，２９が、直接搭載されていることである。前記光電変換素子２６，２７は、電気信号を光信号に変換する発光ダイオードやＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等のレーザダイオードなどのＥ／Ｏ変換素子に、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードやフォトトランジスタなどのＯ／Ｅ変換素子を一対で備えて成り、前述の主基板４，８間で双方向の光通信が可能になっているが、一方向のみで光通信が行われるだけでもよい。

前記ソケット２１，２２およびヘッダ２３，２４は、本件出願人が先に特開２００４−５５４６３号公報や特開２００４−５５４６４号公報で提案したものであり、本実施の形態では、図面の簡略化のために、接触信頼性を向上するための金属端子の複雑なばね形状の描写は省略している。図２および図３は、前記ヘッダ２３，２４の構造を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は側面図であり、図３は底面側から見た斜視図である。ヘッダ２３，２４は、板状部３１ａと、その板状部３１ａの外周縁部から垂下して形成される垂下壁３１ｂとを備え、樹脂などから成るヘッダ本体３１に、金属端子３２〜３５が一体成型されて構成される。

各金属端子３２〜３５は、前記板状部３１ａ上ではランド３６を有する配線パターンとなり、前記垂下壁３１ｂ部分では、図３で示すように前記垂下壁３１ｂ部分の下端３１ｃ側から内側に折り返されるとともに、弾発性を有し、前記ソケット２１，２２側の金属端子４２〜４５（図６参照）と接触する。その前記板状部３１ａ上に、前記光電変換素子２６，２７は、その裏面側に形成された端子に金バンプ３７が形成され、さらに前記導波路フィルム２５が後述するように接着によって接続された後搭載され、また前記光電変換素子２６，２７も前記金バンプ３７が形成された後搭載され、前記ランド３６の部分で超音波接続される。その状態を図４〜図６で示す。図４は前記図２に対応した図であり、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は側面図であり、図５は断面図であり、図６は前記ソケット２１，２２へ嵌め込む様子を説明するための斜視図である。

前記ソケット２１，２２は、上述のヘッダ２３，２４に対応して、前記ヘッダ２３，２４より１まわり大きく、樹脂などから成るソケット本体４１に、前記金属端子４２〜４５が一体成型されて構成される。前記ソケット本体４１は、薄板状の板状部４１ａに、前記ヘッダ２３，２４の垂下壁３１ｂに対応した凹溝４１ｂが刻設されて形成され、その凹溝４１ｂに前記垂下壁３１ｂが嵌り込むことで、ヘッダ２３，２４がソケット２１，２２に嵌着し、金属端子３２〜３５が金属端子４２〜４５にそれぞれ接触する。

前記金属端子３２，４２はドライバＩＣ２８，２９のためのものであり、ドライバＩＣ２８，２９は、この金属端子３２，４２を介して、前記素子１０〜１３からの電気信号を受信して光信号での伝送に適した型式に適宜変調などを行い、また受信された光信号から前記素子１０〜１３で使用される電気信号の型式に適宜復調などを行う。前記金属端子３３，４３はドライバＩＣ２８，２９と光電変換素子２６，２７との間を接続するものであり、この金属端子３３，４３を介して、前記ドライバＩＣ２８，２９からの前記変調信号によって光電変換素子２６，２７が駆動され、光電変換素子２６，２７で光電変換された信号がドライバＩＣ２８，２９に入力される。前記金属端子３４，４４は光電変換素子２６，２７の電源ラインとなるものであり、光電変換素子２６，２７が発光のみの場合は、ドライバＩＣ２８，２９からの電力によって駆動されるので特に設けられなくてもよく、受光を行う場合に、バイアス電源が供給される。前記金属端子３５，４５は、後述する導波路フィルム２５の電気信号線２５ｃを介して、素子１０〜１３間を電気的に接続するものである。

前記導波路フィルム２５は、図７でも示すように、光ファイバのクラッド層となるベース層２５ａ内に、光ファイバのコア層となる導波路２５ｂが収容されるとともに、前記ベース層２５ａの下面に、前記導波路２５ｂと並行して、前記電気信号線２５ｃが敷設されて構成される。前記電気信号線２５ｃ上は、図示しない保護層などで気密に封止されている。そして、前記導波路２５ｂに出入射する光は、その端面に設けられた４５°の傾斜面を有するミラー部材２５ｄによって光路が９０°曲げられて、前記光電変換素子２６，２７に入出射する。

前記ミラー部材２５ｄは、必ずしも４５°の平板のミラーに限らず、導波路２５ｂの引出し方向の角度に合わせて前記４５°からずれていてもよく、また集光作用を有する凹面のミラーなどであってもよい。この導波路フィルム２５の光電変換素子２６，２７の取付けは、たとえば発光素子を駆動した状態で、その発光素子からの光が前記ミラー部材２５ｄを介して導波路２５ｂに入射されるように位置合わせを行い、その後接着することで行うことができる。

以上のように、本実施の形態の光電気変換装置２０によれば、２枚の主基板（メイン基板）４，８間で、光信号によって通信を行うにあたって、従来では副基板（サブ基板、マウント基板）を設けて、光電変換素子２６，２７やその光電変換素子２６，２７の近傍に実装されるドライバＩＣ２８，２９などの電気回路を、その副基板に搭載した後、ソケット２１，２２に嵌着するヘッダ２３，２４に搭載していたのに対して、本実施の形態では、ヘッダ２３，２４に直接搭載するとともに、前記光電変換素子２６，２７が前記光信号を厚み方向に発光または受光するので、前記ヘッダ２３，２４に連結される導波路２５ｂの端部にミラー部材２５ｄを設けて、前記厚み方向の光を面方向に反射して前記導波路２５ｂに入射または出射させるようにする。これによって、前記副基板を用いた場合には２ｍｍ程度を必要としたソケット２１，２２の底面からドライバＩＣ２８，２９の上面までの高さを、１ｍｍ程度に低背化することができる。

また、本実施の形態の光電気変換装置２０では、前記光電変換素子２６，２７およびドライバＩＣ２８，２９を、ヘッダ２３，２４の金属端子３２〜３５に接続するにあたって、ダイボンディングやワイヤーボンディングを用いると、ワイヤーボンディングのループ高さ（２００〜３００μｍ）が必要になるのに対して、フリップチップ実装を行うことで、ドライバＩＣＩＣ２８，２９に金バンプ（高さ２０〜１００μｍ）を形成した後、金属端子３２〜３５に直接超音波接続を行うので、より低背化が可能となる。

さらにまた、本発明の光電気変換装置２０では、前記導波路２５ｂを、エポキシ系やアクリル系の光硬化性接着剤や熱硬化接着剤を用いて前記光電変換素子２６，２７に直接接続するので、連結プラグなどを用いる場合に比べて、より低背化が可能となるとともに、漏光を抑えることもできる。

また、本発明の光電気変換装置２０では、前記導波路２５ｂには、並行に電気信号線２５ｃが敷設されており、その電気信号線２５ｃの端部が前記ヘッダ２３，２４の金属端子３５に接続されるので、前記２つの主基板４，８間で、光信号だけでなく、電気信号での通信も可能になり、コマンドなどの信号を、前記映像信号などの前記光信号となる高周波信号に重畳せずに電気信号のままで直接他方の主基板８，４へ伝送することができ、前記重畳に伴う変調などを不要として、利便性を向上することができる。

本発明は、前記携帯電話の端末装置１に限らず、高速伝送、ＥＭＩ特性の改善、信号ライン数の削減などが要求され、さらに低背化が要求される電子機器に好適に実施することができる。

本発明の実施の一形態に係る光電気変換装置を用いる電子機器の一例である携帯電話の端末装置の透視斜視図である。 その光電気変換装置におけるヘッダの構造を示す図である。 前記ヘッダの構造を示す底面側から見た斜視図である。 前記ヘッダに光電変換素子およびドライバＩＣを搭載した状態での構造を示す図である。 前記ヘッダに光電変換素子およびドライバＩＣを搭載した状態での構造を示す断面図である。 前記ヘッダをソケットに装着する状態を示す斜視図である。 導波路フィルムの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 携帯電話の端末装置
２ キースイッチ
３ 操作部
４，８ 主基板
５ 液晶表示パネル
６ カメラ
７ 表示部
１０〜１３ 素子
２０ 光電気変換装置
２１，２２ ソケット
２３，２４ ヘッダ
２５ 導波路フィルム
２５ａ ベース層
２５ｂ 導波路
２５ｃ 電気信号線
２５ｄ ミラー部材
２６，２７ 光電変換素子
２８，２９ ドライバＩＣ
３１ ヘッダ本体
３２〜３５，４２〜４５ 金属端子
３６ ランド
３７ 金バンプ
４１ ソケット本体

Claims (5)

1. 複数の主基板間を光信号によって通信を行うための光電気変換装置において、
   前記主基板に実装される第１のコネクタと、
   前記第１のコネクタに嵌着する第２のコネクタと、
   前記第２のコネクタに実装され、前記光信号を面方向に発光または受光し、電気信号との間で信号変換を行う光電変換素子と、
   前記第２のコネクタに実装され、前記第２のコネクタから第１のコネクタを介する前記主基板側の前記電気信号を、前記光電変換素子を介して前記光信号にて他方の主基板側へ伝送させる電気回路と、
   前記第２のコネクタに連結され、端部に前記光電変換素子の厚み方向に出射または入射する光を面方向に反射するミラー部材を備える光導波路とを含むことを特徴とする光電気変換装置。
2. 前記電気回路は、前記光電変換素子のドライバＩＣであり、前記第２のコネクタの金属端子にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項１記載の光電気変換装置。
3. 前記光導波路は、光硬化性接着剤または熱硬化接着剤を用いて前記光電変換素子に直接接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の光電気変換装置。
4. 前記光導波路には、並行に電気信号線が敷設されており、その電気信号線の端部は前記第２のコネクタの金属端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
5. 前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電気変換装置を用いることを特徴とする電子機器。

Images