JP2010145823A - Photoelectric transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、光信号と電気信号間の変換を行う光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device that performs conversion between an optical signal and an electrical signal.
近年、電子回路が電気機器に多く用いられている。電子回路を用いた電気機器は、電気により情報の送受信を行う情報処理手段を備えて、複雑な動作を行うことが可能となっている。電気機器は小型化や動作の高速化が求められており、それに伴って電気機器の備える電子回路の集積度を増して、小さな面積に多くの電気配線を設けたり、あるいは電子回路に用いられる周波数を高めたりすることが要求されている。 In recent years, many electronic circuits are used in electrical equipment. An electric device using an electronic circuit includes information processing means for transmitting and receiving information by electricity, and can perform a complicated operation. Electrical devices are required to be smaller and to operate faster. Accordingly, the degree of integration of electronic circuits provided in electrical devices is increased, and more electrical wiring is provided in a small area, or the frequency used for electronic circuits. It is demanded to raise.
しかしながら、電子回路の集積度を増すと、個々の電気配線から発せられる電磁波が、他の電気配線に影響を与えたり、電子回路に用いられる周波数を高めることによる高周波数帯ノイズが発生したり、反射損失を防ぐための特性インピーダンスの高精度整合が必要になってコストが高くなったりするという問題が生じるようになった。 However, when the integration degree of electronic circuits is increased, electromagnetic waves emitted from individual electric wirings affect other electric wirings, or high frequency band noises are generated by increasing the frequency used for electronic circuits, A problem arises in that high-precision matching of characteristic impedance is required to prevent reflection loss, resulting in high costs.
そのため、電気機器の動作高速化や小型化に伴って、電気機器の動作に必要な情報の送受信を電気でなく光によって行うようにする、光通信を用いた電気機器の研究がなされている。既に、インターネット通信においては、従来の金属製の電話線を用いたADSL通信から、光通信へ変更されるなど、電気通信から光通信への置換が進んでおり、同様に電気機器の備える電子回路が設けられた回路基板同士の通信や、電子回路内における通信を、光による信号で行う試みがなされている。情報を伝播する通信光を用いた通信は、電磁波の影響を受けないことや、伝送損失が少ないこと、伝送の帯域が広いといった利点を持ち、有望な技術であると考えられている。 For this reason, researches have been conducted on electrical equipment using optical communication that performs transmission / reception of information necessary for operation of electrical equipment not by electricity but by light as the operation speed and size of the electrical equipment increase. Already, in Internet communication, replacement from electrical communication to optical communication is progressing, such as changing from conventional ADSL communication using a metal telephone line to optical communication. Similarly, an electronic circuit provided in an electrical device Attempts have been made to perform communication between circuit boards provided with a signal, and communication in an electronic circuit using a signal by light. Communication using communication light that propagates information has the advantages of being unaffected by electromagnetic waves, having low transmission loss, and having a wide transmission band, and is considered a promising technology.
光通信によって電子回路同士の通信を行ったり、電子回路内の情報伝達を行ったりする技術は、研究が進みつつある段階であり、全ての情報伝達を電気信号から光信号によって行うまでには至っておらず、光通信は電子回路内において部分的に用いられている。従って、電気通信と光通信間の変換を行う手段が必要となる。そのため、電気通信と光通信を両方用いる電気機器においては、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードなどの受光部や、電気信号を光信号に変換するLD(Laser Diode)、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)、LED(Light Emitting Diode)などの発光部を備え、電気信号と光信号間の変換を行う光電変換装置が用いられる。 The technology to communicate between electronic circuits by optical communication and to transmit information in the electronic circuit is at the stage of research, and has reached the point where all information transmission is performed from electrical signals to optical signals. Optical communication is partially used in electronic circuits. Therefore, a means for converting between telecommunications and optical communications is required. Therefore, in an electrical device that uses both electrical communication and optical communication, a light receiving unit such as a photodiode that converts an optical signal into an electrical signal, an LD (Laser Diode) that converts an electrical signal into an optical signal, or a VCSEL (Vertical Cavity Surface). A photoelectric conversion device that includes a light emitting unit such as an emitting laser (LED) or a light emitting diode (LED) and performs conversion between an electric signal and an optical signal is used.
例えば、特許第3729240号公報に示す光電変換装置101においては、図6の如く、光ファイバ121の終端にフェルール131が設けられている。フェルール131の表面には導電層132が設けられ、導電層132上には電極115及びダミー電極116を介して光素子111が設けられている。光素子111と導電層132とは、電極115と、もう一つの電極113に接続されたワイヤ114を通じて電気的に接続されている。
For example, in the
光素子111には、光ファイバ121の終端面122における光伝送路断面と対面するように受光部112が設けられている。受光部112の代わりに発光部を備えても良い。受光部112は光ファイバ121から受信した光信号を電気信号に変換する。光ファイバ121の終端面122と光素子111とは正確に位置合わせされなくてはならない。位置がずれれば、光ファイバ121から受光部112に照射される通信光や、又受光部112の代わりに発光部を備えた場合に、発光部から光ファイバ121へ照射される通信光が弱まって、通信光の減衰が発生する。光素子111をフェルール131とは別に備えれば、光ファイバ121と光素子111の精度が高い位置合わせは困難であることから、光素子111はフェルール131と一体に備えざるを得なかった。このとき、受光部112(又は発光部)は、電極115とダミー電極116との間に設けられる。
ところが、この場合、光ファイバ121の終端面122を跨ぐように光素子111を設けなければならないことから、光素子111は、光ファイバ121の直径よりも大きくなければならず、光素子111の小型化を行うことが出来ずに、光素子111の小型化によるコスト削減を実現できないという問題点があった。
However, in this case, since the
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、光素子を小型化可能で、かつ通信光の減衰を防ぐ光電変換装置を提供することである。 The present invention has been invented in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion device that can reduce the size of an optical element and prevent attenuation of communication light.
上記課題を解決するために、本願請求項1記載の発明では、光ファイバが挿通されたフェルールと、該フェルールと接続され電子回路が形成された回路基板上に設けられたアダプタと、を備え、フェルールに設けられた光ファイバの光伝送路の端面と、アダプタのフェルールと結合される結合面に設けられ電子回路と電気的に接続されて光信号を電気信号に変換する受光部又は電気信号を光信号に変換する発光部とを有した光素子とが、光通信可能に光結合されるよう対向して配設された光電変換装置であって、フェルールの端面にはガイドピンを挿入係止するためのガイドピン係止孔が複数開口するとともに、光ファイバの端面が露出して配設されており、アダプタの結合面にはガイドピンを挿入するガイドピン挿入孔が複数開口され、フェルールのガイドピン係止孔とアダプタのガイドピン挿入孔とにガイドピンを挿入係止し合うことで、フェルールとアダプタとが結合され、光素子は前記フェルールと対向する面に発光部又は受光部を、その反対の面に電極を有し、アダプタの結合面に電極が電子回路内の電気配線にフリップチップ実装された状態で配設されたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項1記載の光電変換装置においては、電極を全て光素子の下面に設けることにより、従来のように上面に電極を備えた場合におけるワイヤボンディングのスペースをなくすことができ、小型化、低背化が可能となる。
In the photoelectric conversion device according to
又、光素子の上面は受光部又は発光部のみとなるので、光ファイバ端面と受光部又は発光部との距離を近づけることができ、例えば、多芯光ファイバと複数の光素子を対向配置するような多チャンネルの光伝送の場合におけるチャンネル間の光干渉をより防止することができる。 In addition, since the upper surface of the optical element is only the light receiving part or the light emitting part, the distance between the optical fiber end face and the light receiving part or the light emitting part can be reduced. For example, a multi-core optical fiber and a plurality of optical elements are arranged to face each other. Such optical interference between channels in the case of multi-channel optical transmission can be further prevented.
さらに、光素子は、電極を電子回路内の電気配線にフリップチップ実装されていることから、誤差の少ない実装が可能となり、光ファイバ端面と、光素子上面の受光部又は発光部との光軸合わせ精度が高まって通信光の減衰を防ぐことができる。 Furthermore, since the optical element is flip-chip mounted on the electrical wiring in the electronic circuit, the optical element can be mounted with less error, and the optical axis between the optical fiber end surface and the light receiving unit or light emitting unit on the upper surface of the optical element. The alignment accuracy can be increased and the attenuation of communication light can be prevented.
図1〜3は、本発明の実施形態である光電変換装置を示している。尚、以下説明する全ての実施形態における上面、下面における上、下とは、図1における上下方向を指すものとする。この光電変換装置は、図1〜3に示すように、光信号を電気信号に変換する受光部21又は電気信号を光信号に変換する発光部22と、受光部21又は発光部22と電気的に接続されて電気信号を入出力する電極23と、を有する光素子2を備え、受光部21又は発光部22を、フェルール4の端面42に露出している光ファイバ5の終端面にあたる光伝送路端面51に対面させるように光素子2を設置することにより、光ファイバ5が伝送する光信号と電気信号との間の変換を行う。
1-3 have shown the photoelectric conversion apparatus which is embodiment of this invention. In addition, the upper surface, the lower surface, and the lower surface in all the embodiments described below refer to the vertical direction in FIG. As shown in FIGS. 1 to 3, the photoelectric conversion device includes a
光素子2はその上面(図1におけるフェルール4の端面42と対向する面)に受光部21又は発光部22を下面(図1における回路基板7と対向する面)に電極23を有する。フェルール4は多心光ファイバ用MTフェルール4aであり、MTフェルール4aのフェルール端面42にはガイドピン6を挿入係止するためのガイドピン係止孔41が複数開口しており、さらに光ファイバ5に複数も受けられた光伝送路の終端面である光伝送路端面51が露出している。
The
電子回路が形成された回路基板7上には、上面にガイドピン挿入孔31を複数開口したアダプタ3が備えられ、光素子2はアダプタ3の上面33に、電極23を電子回路内の電気配線にフリップチップ実装された状態で配置されている。
On the
MTフェルール4aとアダプタ3とは、図3に示す共通のガイドピン6をMTフェルール4aのガイドピン係止孔41とアダプタ3のガイドピン挿入孔31とに挿入係止し合うことで、光伝送路端面51と、光素子2上面の受光部21又は発光部22とが光通信可能に対面するように結合される。
The
以下、この実施形態の光電変換装置を、より具体的詳細に説明する。図1に示すように、回路基板7上面には2つの光電変換装置1が設けられている。回路基板7の上面には、アダプタ3が設けられる。アダプタ3はその上面に凹部32が設けられ、その凹部32の中に光素子2が配置されている。
Hereinafter, the photoelectric conversion device of this embodiment will be described in more detail. As shown in FIG. 1, two
凹部32の底部には、回路基板7上に形成された電子回路の電気配線と電気的に接続された導電体が露出しており、光素子2の下面に備える電極23は、その導電体と電気的に接続されている。
A conductor electrically connected to the electric wiring of the electronic circuit formed on the
この導電体は、アダプタ3と一体成型された板金リードフレームである。この導電体は、樹脂成形品に配線パターンを3次元的に形成する、いわゆるMID(Moided Interconnect Device)により、アダプタ3の表面に形成されても良い。又、凹部32の底部を回路基板7上とし、光素子2を、回路基板7上に形成された電子回路の配線に直接接続しても良い。
This conductor is a sheet metal lead frame formed integrally with the
図1における左側の光電変換装置1が備える光素子2の上面には、受光部21が備えられ、光ファイバ5が伝送する光信号を受信して電気信号に変換し、電子回路へ送信する。図1における右側の光電変換装置1が備える光素子2の上面には、発光部22が備えられ、電子回路における電気信号を光信号に変換して光ファイバ5へ送信する。
A
アダプタ3の上面には、複数のガイドピン挿入孔31が開口形成され、ガイドピン6の一端が挿入されている。又、複数のガイドピンの他端は、フェルール端面42に開口形成されたガイドピン挿入孔41に挿入係止される。
A plurality of guide pin insertion holes 31 are formed in the upper surface of the
図2は、光電変換装置1が備える光素子2を示す。図2(a)の如く、上面には受光部21のみ、又は発光部22のみを備える。上面に電極を備えないことにより、光素子2においてワイヤ接続をなくし、光伝送路端面51と光素子2上面を接近可能となして、通信光の減衰を防ぐ。下面は、図2(b)の如く、フリップチップ実装用の電極23を備え、下面の電極23は、フリップチップ実装におけるバンプ24を介して導電体と電気的に接続される。
FIG. 2 shows an
図3(a)、(b)は、図1の光電変換装置1の上部からの図である。回路基板7上に設けられた様子を示す。凹部32は、アダプタ3上面33に開口した2つのガイドピン係止孔31の間に設けられている。又、回路基板7上には、受光部又は発光部を駆動するためのIC8が備えられている。
FIGS. 3A and 3B are views from the top of the
図4(a)、(b)は、図3の変形例である。図3では、回路基板7の表面に対し、光ファイバ5が略垂直に配置されるようにMTフェルール4aとアダプタ3とが配設されていたが、図3においては、回路基板7の表面に対し、光ファイバ5が略平行に配置されるようにMTフェルール4aとアダプタ3とが配設されている。又、図3と同様に回路基板7上には、IC8が配置されている。図4のような配置にすることにより、より小型化、低背化が可能となる。
4A and 4B are modifications of FIG. In FIG. 3, the MT ferrule 4 a and the
したがって、この実施形態の光電変換装置1においては、従来のように同じ面に受光部21又は発光部22と電極23を備えている光素子2と比較して、小型化によるコストダウンが可能となった。又、光素子2は、電極23を電子回路内の電気配線にフリップチップ実装されていることから、誤差の少ない実装が可能となり、光伝送路端面51と、光素子2上面の受光部21又は発光部22との光軸合わせ精度が高まって通信光の減衰を防ぐことができる。
Therefore, in the
又、凹部32に複数の光素子2を配置することにより、アダプタ3に結合されるMTフェルール4a端面42に露出した光ファイバ5終端面51の複数の光伝送路終端面と、光素子2上面に備える受光部21又は発光部22とを、一対一に対面させ、MTフェルール4aを終端に備えた多芯光ファイバ5aと、複数の光伝送路を同時に別々の通信に使用する光通信を可能にすることもできる。この時、多芯光ファイバ5aの終端面51には狭い範囲に多数の光ファイバ5の光伝送路終端面が備えられているため、光伝送路終端面と受光部21又は発光部22間の距離が長ければ、通信光の拡散により、発光部22から発せられた通信光が複数の光伝送路終端面に照射されてしまったり、光伝送路終端面からの通信光が複数の受光部21に照射されてしまったりすることで、通信光の干渉が発生する恐れがある。そのため、光素子2と光ファイバ5終端面51との距離は出来るだけ近づける必要があるが、複数の光素子2はフリップチップ実装されていることから設置位置の誤差が少なく、多芯光ファイバ5aの終端面51と光素子2との距離を近づけても、光素子2は、上面に備える受光部21又は発光部22と光伝送路終端面とが対面するように配置可能であり、通信光の拡散による通信の干渉をより防ぐことができる。
Further, by disposing the plurality of
図5は、多心光ファイバ5aにおける複数の光伝送路端面51のそれぞれと凹部32に配設した複数の光素子2とを対向配置する場合の実施形態である。図5(a)は従来の多チャンネルの光伝送を示す図であり、図5(b)は本願発明の多チャンネルの光伝送を示す図である。図5(a)のように、従来の場合は光ファイバ5の光ファイバ端面51と、光素子2の上面に備える受光部又は発光部との距離が長ければ通信光の拡散により、発光部22から発せられた通信光が複数の光伝送路端面51に照射されてしまったり、光伝送路端面51からの通信光が複数の受光部21に照射されてしまったりすることで、通信光の干渉が発生する恐れがある。しかし、本願発明である図5(b)においては、光ファイバ端面51と、光素子2の上面に備える受光部又は発光部とが従来の場合より近付けることができるので、通信光の拡散による干渉Xの発生を防止することができる。
FIG. 5 shows an embodiment in which each of the plurality of optical transmission path end faces 51 in the multi-core
本実施形態では、フェルール4は多心光ファイバ用MTフェルール4aであったが、本発明のフェルール4はこれに限らず、単心の光ファイバを用いたものであっても適用することができる。
In the present embodiment, the
1 光電変換装置
2 光素子
21 受光部
22 発光部
23 電極
24 バンプ
3 アダプタ
31 ガイドピン挿入孔
32 凹部
4 フェルール
4a MTフェルール
41 ガイドピン係止孔
42 フェルール端面
5 光ファイバ
5a 多心光ファイバ
51 光伝送路端面
6 ガイドピン
7 回路基板
8 IC
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記フェルールの端面にはガイドピンを挿入係止するためのガイドピン係止孔が複数開口するとともに、光ファイバの端面が露出して配設されており、前記アダプタの結合面にはガイドピンを挿入するガイドピン挿入孔が複数開口され、フェルールのガイドピン係止孔とアダプタのガイドピン挿入孔とにガイドピンを挿入係止し合うことで、フェルールとアダプタとが結合され、
前記光素子は前記フェルールと対向する面に発光部又は受光部を、その反対の面に電極を有し、アダプタの結合面に電極が電子回路内の電気配線にフリップチップ実装された状態で配設されたことを特徴とする光電変換装置。 A ferrule through which an optical fiber is inserted, and an adapter provided on a circuit board connected to the ferrule to form an electronic circuit, an end face of an optical transmission line of the optical fiber provided in the ferrule, and the adapter An optical element having a light receiving portion that is provided on a coupling surface to be coupled to the ferrule and is electrically connected to the electronic circuit to convert an optical signal into an electrical signal or a light emitting portion that converts an electrical signal into an optical signal. A photoelectric conversion device disposed so as to be optically coupled so as to be capable of optical communication,
A plurality of guide pin locking holes for inserting and locking the guide pins are opened on the end surface of the ferrule, and the end surface of the optical fiber is exposed, and a guide pin is provided on the coupling surface of the adapter. A plurality of guide pin insertion holes to be inserted are opened, and the ferrule and the adapter are coupled by inserting and locking the guide pin to the guide pin locking hole of the ferrule and the guide pin insertion hole of the adapter,
The optical element has a light emitting portion or a light receiving portion on the surface facing the ferrule and an electrode on the opposite surface, and the electrode is arranged in a state where the electrode is flip-chip mounted on the electric wiring in the electronic circuit. A photoelectric conversion device characterized by being provided.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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