JP2009252918A - 光データリンク - Google Patents

Abstract

【課題】リードピンを有する光素子サブアセンブリ（ＯＳＡ）とリジッド回路基板とをフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）で接続する光データリンクであって、リードピンの配置の制約を受けずに、インピーダンスマッチングを向上させることを可能とするものを提供する
【解決手段】光データリンクは、発光素子または受光素子を搭載し外部電気接続手段としてリードピンを有するＯＳＡ３と、そのＯＳＡとの間で電気信号の授受を行うリジッド回路基板５とが、ＦＰＣ６を介して電気接続されて成る。光データリンクにおいて、ＯＳＡ３のリードピンのうち、少なくとも光信号伝送用リードピン３ｂ_１が、ＦＰＣ６の信号用電極パッド上に平行に載置されて半田接続され、他のリードピン３ｂ_２が、ＦＰＣのスルーホールに挿入されて半田接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光素子サブアセンブリと回路基板とがフレキシブル回路基板を介して電気接続される光データリンクに関する。

図５は、光通信に用いられる光データリンクの一例であるプラガブル光トランシーバ（以下、光トランシーバという）の一般的な外観を示す図である。図６は、従来の光トランシーバの内部の様子を示す図である。図７は、従来のフレキシブル（プリント）回路基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit board）の斜視図である。

図５に示す光トランシーバ１は、１０Ｇｂｐｓで光信号を送受信する、いわゆるＸＦＰ型のもので、図示しないホスト装置に設けられた金属製のケージに着脱自在に装着されて用いられる。光トランシーバ１は、その一端部に開口２が形成されており、開口２とは反対側の端部からホスト装置に挿入される。開口２は、光コネクタを受納する光レセプタクルを構成する。この開口２に光コネクタを挿入し、光コネクタ中の光ファイバと、光トランシーバ１中の受信用及び送信用の光素子サブアセンブリ３,４（図６参照）の光電変換素子と、を光結合させることで、光トランシーバ１は光送信及び光受信の双方の機能を発揮する。

光トランシーバ１は、光電変換を行うための光素子サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）として、図６（Ａ）に示すように、電気信号を光信号に変換する送信用ＯＳＡ（ＴＯＳＡ：Transmitting ＯＳＡ）３、光信号を電気信号に変換する受信用ＯＳＡ（ＲＯＳＡ：Receiving Optical Sub-Assembly）４を内部に備える。図示のＯＳＡは、ＣＡＮパッケージの光モジュールからなる同軸型のものである。さらに、光トランシーバ１は、ＯＳＡとの間で電気信号の授受を行うリジッド回路基板５を内蔵している。光トランシーバ１とこれを用いるホスト装置の基板（ホストボード）との間の電気接続は、リジッド回路基板５のＯＳＡ側とは反対側の部分に設けられたエッジコネクタ５ａによって行われる。

このような光トランシーバ１においては、従来、ＴＯＳＡ３とリジッド回路基板５との電気接続手段や、ＲＯＳＡ４とリジッド回路基板５との電気接続手段として、ＦＰＣ１００を用いていた。図６（Ｂ）及び図７に示すような従来のＦＰＣ１００のＯＳＡ３（４）と接する部分（ＯＳＡ底面３ａ（４ａ）と平行な面１０１）には、ＦＲ−４グレードの一般的なガラスエポキシ基板が補強のために張り合わせられている。また、このＦＰＣ１００とリジッド回路基板５との接続においては、ＦＰＣ１００におけるリジッド回路基板５に沿った部分１０２とＯＳＡ底面３ａ（４ａ）に平行な面１０１との間の折り曲げ部１０３の導体にダメージが加わらないようにある程度の曲げ半径をもって且つ寸法のバラツキを吸収する撓みを有するように、接続をするのが一般的である。

また、ＦＰＣ１００には、一端部に電極パッド（図示せず）が形成され他端部にスルーホール１０４が形成され、さらに、電極パッドとスルーホール１０４を電気接続するように配線パターンが形成されている。ＯＳＡ３（４）の外部電気接続手段としてのリードピン３ｂ（４ｂ）を、ＦＰＣ１００のスルーホール１０４に挿入して半田付けし、リジッド回路基板５の電極パッドとＦＰＣ１００の電極パッドとを半田付けすることにより、ＯＳＡ３（４）とリジッド回路基板５とを電気接続することができるようになっている。

光通信用の光データリンクにおいて、ＯＳＡとリジッド回路基板との電気接続手段として、上述のようにＦＰＣを用いる事例は多く、ＯＳＡとリジッド回路基板の位置ズレの吸収や、ＯＳＡとリジッド回路基板との接続部のインピーダンスマッチング、クロストークノイズ対策、短い距離での高周波信号接続等のために、光データリンクにおけるＦＰＣに関して様々な工夫が報告されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００７−４３４９６号公報 特開２００３−２４９７１１号公報 特開２００４−７１８９０号公報

特許文献１に開示の光データリンクでは、図６及び図７に示すものと同様に、一方がリジッド回路基板に接続されるＦＰＣの他方の部分を、ＣＡＮパッケージを有する同軸型のＯＳＡの（ステムの）底面と平行になるように折り曲げて、さらに、当該他方の部分に設けられたスルーホールに、ＯＳＡの底面から突き出したリードピンを挿通して半田付けしている。このとき、ＦＰＣに設ける配線（パターン）のうち高周波信号ラインとなるものをマイクロストリップ線路としたりコプレーナ線路したりすることによって、インピーダンス整合を行うようにし、高速光伝送を図っている。しかし、このように、ＯＳＡとリジッド回路基板との接続に、ＦＰＣのスルーホール及びＯＳＡのリードピンを用いる形態では、インピーダンスを整合して高速光伝送を達成することは難しい。

また、特許文献２に開示の光データリンクでは、ＯＳＡは、外部へ電気接続するための手段（外部電気接続手段）として、一般的な導体線材によるリードピンを備えるのではなく、平面上に電極パッド（入出力端子）を形成したセラミック基板を備えており、セラミック基板とリジット回路基板との間をＦＰＣで接続している。この形態は、ＯＳＡが有するリードピン等を用いて接続する形態に比べ、インピーダンスマッチング（整合）を容易に行うことができる。しかし、リードピンを有するＣＡＮ型の一般的なＯＳＡは安価であるのに対し、セラミック基板を有するＣＡＮ型のものは、特注となり、かつ加工方法も一般的ではないため高価である。すなわち、特許文献２に開示の光データリンクは、コスト面で改善の余地がある。

さらに、特許文献３は、ＯＳＡの底面から導出されたリードピンを一旦、小型の基板と接続して、その小型の基板と回路基板との接続手段としてＦＰＣを用いる構造を開示している。この構造を有する光データリンクでも、インピーダンスマッチング（整合）を容易に行うことができる。しかし、特許文献３に開示の技術は、ＯＳＡにおけるリードピン配置に制約を受けるものであり、特に、リードピンが図６（Ａ）に示すように同心状に配される形態には適用できない場合がある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、リードピンを有するＯＳＡとリジッド回路基板とをＦＰＣで接続する光データリンクであって、リードピンの配置の制約を受けずに、インピーダンスマッチングを向上させることを可能とするものを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光データリンクは、発光素子または受光素子を搭載し外部電気接続手段としてリードピンを有する光素子サブアセンブリと、その光素子サブアセンブリとの間で電気信号の授受を行うリジッド回路基板とが、フレキシブル回路基板を介して電気接続されて成るものであって、光素子サブアセンブリのリードピンのうち少なくとも信号伝送用のリードピンは、フレキシブル回路基板の信号用電極パッド上に平行に載置されて半田接続され、他のリードピンは、フレキシブル回路基板のスルーホールに挿入されて半田接続されていることを特徴とする。

なお、フレキシブル回路基板には、信号用電極パッドが形成された第１の接続部と、スルーホールが形成された第２の接続部と、リジッド回路基板と接続する回路基板接続部と、第１の接続部と第２の接続部とを隔てる切り欠きが設けられ、この切り欠きにより、フレキシブル回路基板において、第２の接続部を回路基板接続部に対して折り曲げたときに、回路基板接続部から延伸する舌片状の第１の接続部が形成されることが好ましい。また、フレキシブル回路基板の切り欠きの端部が、円弧状に形成されているとよい。なお、フレキシブル回路基板において、信号用電極バッドと結線される配線パターンが、その配線パターンが形成されている側とは反対側の面に形成されるベタグラウンドの配線パターンとの間でマイクロストリップラインを形成していることも好ましい。

本発明によれば、外部電気接続手段としてリードピンを有する光素子サブアセンブリを用いた光データリンクにおいて、リードピンのうち信号伝送用のリードピンをフレキシブル回路基板の信号用電極パッドと電気接続するようにし、他のリードピンについてはスルーホールと電機接続するようにしたため、リードピンの配置の制約を受けずに、インピーダンスマッチングを向上させることができる。

本発明の光データリンク（光トランシーバ）は、光素子アセンブリ（ＯＳＡ）−リジッド回路基板間を接続するフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）の構造と、当該ＦＰＣのＯＳＡ等への接続方法に特徴があるものである。したがって、以下では、その特徴部分について、図１及び図２を用いて前述の図５及び図６を参照して説明し、その他の構成については、例えば、前述の図５及び図６と同様であるので説明を省略する。また、以下の説明の多くは、ＴＯＳＡとリジッド回路基板とを接続するＦＰＣに関するものであるが、ＲＯＳＡとリジット回路基板とを接続するものについては、これと同様であるので、その説明を省略する。

図１は、本発明の光トランシーバに折り曲げて用いられるＦＰＣを示す図であり、図１（Ａ）は、折り曲げ前の様子を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、リジッド回路基板側から見た、折り曲げ後の様子を示す図である。図２は、図１のＦＰＣが光トランシーバに取り付けられたときの当該光トランシーバ内部の様子を示す側面図であり、図２（Ａ）はＦＰＣ付近の様子を部分に拡大して示しており、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したものを一部を破断して示している。

本発明の光データリンクに用いられるＦＰＣは、リードピンを有するＣＡＮ型のＯＳＡとリジッド回路基板を電気接続（導電接続）するものであって、例えば、一の基材の両面に銅パターンが形成されて成っている。そして、図１に示すように、本発明の「第２の接続部」に相当する非信号用接続部６ａと、本発明の「第１の接続部」に相当する信号用接続部６ｂと、回路基板接続部６ｃとを有する。

非信号用接続部６ａは、ＴＯＳＡ３のリードピン３ｂのうち高周波信号を伝送する出力ピン以外のものが接続される部分で、接続用にスルーホール６ｄが形成されている。
信号用接続部６ｂは、ＴＯＳＡ３のリードピン３ｂのうち高周波信号を伝送する出力ピンが接続される部分で、接続用に信号用電極パッド６ｅが形成されている。
回路基板接続部６ｃは、リジッド回路基板５と接続される部分で、接続用に電極パッド６ｆが形成されている。回路基板接続部６ｃにおいては、図１（Ａ）で見えている上側の面のみならず、下側の面にも同様な電極パッドを形成し、上下の電極パッドをスルーホールにより接続してもよい。

また、ＦＰＣ６の上側の面には、非信号用接続部６ａのスルーホール６ｄ（電源用やＤＣ信号用リードピンのためのもの）とリジッド回路基板５（すなわち、回路基板接続部６ｃの電極パッド６ｆ）とを結線する配線パターン６ｇが形成されている。また、ＦＰＣ６の上側の面には、信号用接続部６ｂの信号用電極パッド６ｅと回路基板接続部６ｃの電極パッド６ｆとを結線する略直線状の配線パターン６ｈも形成されている。なお、図では見えないが、ＦＰＣ６の下側の面には、リジッド回路基板５と結線する配線パターンとして、グラウンド電位となるベタ電極パターンが形成されている。このような構造により、ＦＰＣ６において、上記配線パターンのうち、少なくとも、信号用接続部６ｂの信号用電極パッド６ｅから回路基板接続部６ｃの電極パッド６ｆに至る配線パターン６ｈ（伝送線路）が、所定の特性インピーダンスとなるようなマイクロストリップラインを構成している。

また、ＦＰＣ６には、非信号用接続部６ａと信号用接続部６ｂとの間に、両部分を隔てるようにコの字型の切り欠き（スリット）６ｉが設けられている。ＦＰＣ６は、折り曲げて用いられるが、このスリット６ｉにより、このコの字の開放側の端部を含む部分から、非信号用接続部６ａを信号用接続部６ｂ及び回路基板接続部６ｃに対して折り曲げたときに、図１（Ｂ）に示すように、ロの字型の開口部６ｊが形成されるとともに、図２に示すように、回路基板接続部から延伸する延伸部を構成する舌片状の信号用接続部６ｂが形成される。

上述のＦＰＣが光トランシーバに取り付けられたときの当該光トランシーバ内部の様子を次に説明する。
図２に示すように、ＦＰＣ６の回路基板接続部６ｃは、従来のものと同様にして、半田付けなどの任意の方法によって、高周波信号用か否かを特に問わず、その電極パッド６ｆがリジッド回路基板５の電極パッドと電気的に接続されている。
また、非信号用接続部６ａは、回路基板接続部６ｃに対して許容曲率半径以内で曲げられることによって、スルーホール６ｄ（図１（Ａ）参照）が形成された部分がＴＯＳＡ３の底面３ａと平行になっており、スルーホール６ｄが、挿通されたＴＯＳＡ３のリードピン（出力ピン３ｂ_１でないピン３ｂ_２）と、半田７により電気接続されている。

また、ＦＰＣ６の信号用接続部６ｂは、回路基板接続部６ｃに対して曲げられておらず、回路基板接続部６ｃに沿うリジッド回路基板５から平行に延伸されたようになっており、信号用電極パッド６ｅから直線状の配線パターン６ｈを介した電極パッド６ｆへの配線が、リジッド回路基板５に沿うようになっている。この回路基板接続部６ｃの信号用電極パッド６ｅは、高周波信号用のリードピン（光信号伝送用リードピン）３ｂ_１の導出方向に延在するようになっており、当該電極パッド６ｅには、開口部６ｊ（図１（Ｂ）参照）を通された高周波信号用のリードピン３ｂ_１が、当該接続部６ｃに沿うように載置されて、半田７により電気接続される。

このように、ＦＰＣ６を用いた光トランシーバ１においては、高周波信号用のリードピン３ｂ_１との接続にスルーホールを用いておらず、さらに、ＦＰＣの高周波信号用の配線をマイクロストリップラインとしているため、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。また、本発明の光トランシーバは、図６（Ａ）のように、ＯＳＡのリードピンが同心状に配されていた形態にも適用できる。さらに、光トランシーバ１の構造は、高周波信号を伝送する経路（リードピン３ｂ_１からリジッド回路基板５の電極パッドまでの経路）をリジッド回路基板５に平行な面上で略直線状に走らせること、すなわち、上記経路を最短にすることが可能となる構造である。すなわち、光トランシーバ１の雑音特性を向上させることが可能となる構造である。

続いて、上述のＦＰＣ６の作製方法の一例について述べる。以下の作製方法では、一度に複数のＦＰＣ６を一つの基板（ベース）から作製する
ＦＰＣ６を作製するベースには、例えば、ポリイミドの基材の両面に銅箔が張り合わされたものを使用する。まず、一方の面の銅箔がベタグラウンド、電源パッド等のパターンとなるように、そして、他方の面の銅箔が高周波信号ライン、電源ライン、ＧＮＤパッド等のパターンとなるように、上記ベースへレジストでパターニングする。その後、銅箔の不要部分をエッチングすることにより、所望のパターンを形成する。

続いて、パターン形成後のベースに、リードピンを通すスルーホールのための孔あけ加工を行い、その後に、ニッケルと銅を用いてスルーホールメッキを行う。スルーホールメッキ後、ポリイミド製のカバーレイ若しくはレジストを用いて、表面の絶縁、保護を行う。
スリット６ｉの形成は、コの字型のカット冶具を用い、打ち抜きプレスにて行う。なお、ベタグラウンドのコの字型にカットされる部分は、銅箔のエッチング時に抜いておくことが好ましい。
最後に、以上のような加工等が施されたベースを、打ち抜き型などを用いて外形を打ち抜くことで、個片のＦＰＣ６となる。

上述の方法等により作製されるＦＰＣを用いた光データリンク（光トランシーバ）を作製する際は、例えば、まず、ＴＯＳＡとＦＰＣとを半田接続し、ＦＰＣとリジッド回路基板とを半田接続することで、ＴＯＳＡとリジッド回路基板とを接続し、ＲＯＳＡについても同様にしてリジッド回路基板と接続する。そして、ＴＯＳＡ、ＲＯＳＡ、リジッド回路基板を一体化させた状態でパッケージ筐体に組み込むことで、図５に示すようなＸＦＰ型光トランシーバが完成する。

上述のように、本発明により、光トランシーバにおいて、一般的なＣＡＮ型のＯＳＡを用いる形態であっても、追加の部材を使うことなく、インピーダンスマッチングを向上させることができ、しかも、高周波信号に関して、短い配線距離で、ＯＳＡと回路基板を接続することを可能とした。光トランシーバにおいて、コの字型の切り欠き６ｉにより開口部６ｊ及び延伸部（信号用接続部６ｂ）を形成したＦＰＣ６による効果は、特に送信器側で大きいことが期待される。そのため、本発明の光トランシーバと従来のＦＰＣを用いた光トランシーバとを実際の送信器波形で比較した。

評価は、同じＴＯＳＡ、リジッド回路基板を用い、常温において、３１段の１０Ｇｂｐｓ疑似ランダム信号を入れて行った。図３（Ａ）は、図１等に示したＦＰＣを用いた本発明の光トランシーバの送信器波形を示し、図３（Ｂ）は、従来の光トランシーバの送信器波形を示している。図の結果からも明らかなとおり、インピーダンスマッチングが取りやすいようにし、ＦＰＣを短くしたことの効果が本発明の光トランシーバの波形には現れており、本発明の光トランシーバでは、従来のものに比べて、送信器波形のジッタが小さく、光伝送特性が良好になっている。

なお、本発明は、発明の主旨を変えない範囲で、様々に変更することが可能であり、例えば、ＦＰＣの形状を図４のようにしてもよい。図４は、本発明に係るＦＰＣの他の例の示す平面図である。図４のスリット６’の、図１のＦＰＣ６と同様の構成部分については、同じ符号を付すことによりその説明を省略する。ＦＰＣのスリットの形状は、コの字型に限定されるものではなく、開口部と延伸部（リジッド回路基板と平行な高周波接続部）を設けることができればよい。これらを設けることにより、非信号用のリードピンに関してはＦＰＣのスルーホールを用いる接続方法で、高周波の信号用のものに関してはＦＰＣの導体パターンに沿って接続する接続方法で、追加の部材を用いることなく、リードピンの接続を実現できるところに、本発明の本質がある。

図４のＦＰＣ６’は、図１等のＦＰＣ６と同様に、使用状態において開口部６ｊ（図２参照）及び上記延伸部が形成されるようにスリット６ｉ’が設けられているが、その形状が、図１のＦＰＣ６のものと異なる。すなわち、ＦＰＣ６’のスリット６ｉ’のコの字の開放側の端部６ｋ’が丸く（すなわち、曲面となるように）加工されている。スリットをこのような形状とすることにより、スリットが端部から裂けること等を回避したり、折り曲げによる応力を分散させたりでき、また、折り曲げを行い易くなる。
なお、このＦＰＣ６’を作製する場合は、方法の例としては、上記端部６Ｋ’に相当する部分を予めドリル等で丸く孔空け加工を行った後、コの字型のカット冶具を用いて打ち抜き、プレス加工する方法や、コの字型のカット冶具を用いた打ち抜きプレス後に、ドリル等で丸く加工する方法がある。

本発明の光データリンクの一例である光トランシーバに折り曲げて用いられるＦＰＣの一例を示す図である。 図１のＦＰＣが光トランシーバに取り付けられたときの当該光トランシーバ内部の様子を示す部分拡大側面図である。 本発明の光トランシーバにおける送信器波形を説明する図である。 本発明の光トランシーバに用いられるＦＰＣの他の例を示す図である。 光トランシーバの一般的な外観を示す図である。 従来の光トランシーバの内部の様子を示す図である。 従来のＦＰＣの斜視図である。

符号の説明

１…光トランシーバ、２…開口、３…ＯＳＡ、３…ＴＯＳＡ、３…光素子サブアセンブリ、３ａ…ＯＳＡ底面、３ｂ…リードピン、４…ＲＯＳＡ、５…リジッド回路基板、５ａ…エッジコネクタ、６…ＦＰＣ、６ａ…非信号用接続部、６ｂ…信号用接続部、６ｃ…回路基板接続部、６ｄ…スルーホール、６ｅ…信号用電極パッド，６ｆ…電極パッド、６ｇ，６ｈ…配線パターン、６ｈ…配線パターン、６ｉ…スリット、６ｊ…開口部、７…半田。

Claims (4)

1. 発光素子または受光素子を搭載し外部電気接続手段としてリードピンを有する光素子サブアセンブリと、該光素子サブアセンブリとの間で電気信号の授受を行うリジッド回路基板とが、フレキシブル回路基板を介して電気接続されて成る光データリンクであって、
   前記光素子サブアセンブリの前記リードピンのうち少なくとも信号伝送用のリードピンは、前記フレキシブル回路基板の信号用電極パッド上に平行に載置されて半田接続され、他のリードピンは、前記フレキシブル回路基板のスルーホールに挿入されて半田接続されていることを特徴とする光データリンク。
2. 前記フレキシブル回路基板には、前記信号用電極パッドが形成された第１の接続部と、前記スルーホールが形成された第２の接続部と、前記リジッド回路基板と接続する回路基板接続部が設けられ、さらに、前記第１の接続部と前記第２の接続部とを隔てる切り欠きが設けられ、
   該切り欠きにより、前記フレキシブル回路基板において、前記第２の接続部を前記回路基板接続部に対して折り曲げたときに、前記回路基板接続部から延伸する舌片状の前記第１の接続部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光データリンク。
3. 前記フレキシブル回路基板の切り欠きの端部は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光データリンク。
4. 前記フレキシブル回路基板において、前記信号用電極バッドと結線される配線パターンが、該配線パターンが形成されている側とは反対側の面に形成されるベタグラウンドの配線パターンとの間でマイクロストリップラインを形成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データリンク。

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