JP2011091295A - 光データリンク - Google Patents

Abstract

【課題】送信用と受信用の両方のリードピンを同じ側の面に有する小型の同軸型のＢｉＤ光モジュールとリジッド回路基板とをフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）により接続するものであって、ＢｉＤ光モジュールのリードピンとＦＰＣとの半田接続の信頼性が高い光データリンクの提供。
【解決手段】光データリンクは、信号光を送信または受信する光素子を搭載し第１のリードピン群及び第２のリードピン群を同一面に有するＢｉＤ光モジュール１と、外部回路との接続を行なうリジッド回路基板２とを、ＦＰＣ３を用いて電気接続する。ＦＰＣ３が、第１のＦＰＣ３１と第２のＦＰＣ３２とからなり、第１のＦＰＣ３１には第１のリードピン群が電気的に接続され第２のリードピン群が電気的に接続されることなく貫通し、第２のＦＰＣ３２には第２のリードピン群が電気的に接続され第１のリードピン群が電気接続されることなく貫通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に用いられる光データリンクに関する。

光通信用の光データリンクは、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の光電変換素子を内蔵する光モジュールや、外部回路基板との接続を行うと共にＬＤの駆動機能等を有するリジッド回路基板を搭載して成る。現在、光ファイバの効率的な活用と、光データリンクの小型化の要求は増しており、光データリンクに用いる光モジュールとしては、以下のようなものが注目を浴びている。

すなわち、一芯の光ファイバで双方向通信が可能であり、ＬＤ、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）、トランスインピーダンスアンプ等の半導体部品を同一のパッケージ内に収納した一芯双方向（ＢｉＤ：Bi-Directional）光モジュールである（例えば、特許文献１〜３参照）。特に、特許文献２，３に開示のような、送信用と受信用の両方のリードピンを同じ側の面に有する、より小型の同軸型の一芯ＢｉＤ光モジュールが注目されている。

このような同軸型のモジュールの場合、同じ側の面から多数のリードピンが引き出されているので、そのリードピン間の間隔は狭くなっている。そのため、送信／受信信号間にクロストークが生じ易く、受信感度が低下する恐れがある。また、上述の光モジュールでは、リードピンのインピーダンス制御も難しく、２.５Ｇｂｐｓ以上の高速動作においては光出力波形が劣化する恐れもある。

これらのような特性劣化を防ぐためには、リードピンを極力短くした上で、特許文献４に開示のように、リジッド回路基板とリードピンとの電気的な接続に、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）を用いることが有効な対策として考えられている。なお、ＦＰＣとリードピンとの電気的な接続は、ＦＰＣに設けられた貫通孔にリードピンを通した状態でこの貫通孔の周囲に設けられたランドとリードピンとを半田接続することにより行われている。

特開２００７−４８８２２号公報 特開２００８−９００１９号公報 特開２００８−９００９３号公報

しかし、ＦＰＣを用いる場合、特許文献２，３に開示の一芯ＢｉＤ光モジュールのようにリードピンが狭い間隔で並んでいると、図８のように、ＦＰＣ１００におけるリードピン用貫通孔１０１を、上記光モジュールにおけるリードピンと同じ間隔で設けたときに、ランド１０２同士が接触してしまうので、十分な大きさのランド１０２を形成することができない。そのため、半田接続の信頼性が損なわれてしまう恐れがある。例えば、半田フィレットが形成できない等の理由により、環境温度が急激に変化した時の良好な接続を保証できない。

本発明は、上述のような実情に鑑み、送信用と受信用の両方のリードピンを同じ側の面に有する小型の同軸型のＢｉＤ光モジュールとリジッド回路基板とをＦＰＣにより接続するものであって、ＢｉＤ光モジュールのリードピンとＦＰＣとの接続の信頼性が高い光データリンク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、信号光を送信する発光素子及び他の信号光を受信する受光素子を搭載し発光素子に電気的接続する第１のリードピン群及び受光素子に電気的に接続する第２のリードピン群を有する双方向光モジュールと、送信回路及び受信回路を搭載するリジット回路基板と、第１のリードピン群と送信回路を接続する第１のフレキシブル基板と、第２のリードピン群と受信回路を接続する第２のフレキシブル基板と、を備えるものにおいて、第１のリードピン群及び第２のリードピン群はそれぞれ、第１のフレキシブル基板及び第２のフレキシブル基板の双方を貫通していることを特徴とする。

第１のリードピン群が第２のフレキシブル基板に電気的に接続することなく貫通して第１のフレキシブル基板に電気的に接続し、第２のリードピン群が第１のフレキシブル基板に電気的に接続することなく貫通して第２のフレキシブル基板に電気的に接続することが好ましい。また、第１のリードピン群もしくは第２のリードピン群に属する少なくとも一本のリードピンが第１のフレキシブル基板及び第２のフレキシブル基板の双方に電気的に接続されていることも好ましい。

なお、第１のフレキシブル回路基板と第２のフレキシブル回路基板との間に、第１のリードピン群もしくは第２のリードピン群に属する少なくとも一本のリードピンが貫通する絶縁スペーサが配置されていると良く、また、第１のリードピン群もしくは第２のリードピン群のいずれかのリードピンに、第１のフレキシブル回路基板と第２のフレキシブル回路基板との間に位置して、第１のフレキシブル回路基板と第２のフレキシブル回路基板とが接触しないようにするストッパが設けられていると良い。

第１のフレキシブル回路基板及び第２のフレキシブル回路基板の少なくとも一方の、互いに向かい合う面に接地パターンが形成されていることが好ましく、第１のフレキシブル回路基板と第２のフレキシブル回路基板とが、それぞれ第１のリードピン群、及び第２のリードピン群との電気的に接続する部分で重なり、他の部分は異なる方向に延びていることも好ましい。

本発明の光データリンクによれば、ＦＰＣに十分な大きさのランドを形成することができるため、半田フィレットが形成できるので、ＢｉＤ光モジュールのリードピンとＦＰＣとの接続の信頼性を高めることができる。

本発明の光データリンクの一例を説明する図である。 図１の一芯ＢｉＤ光モジュールを説明する図である。 図１の第１のＦＰＣ及び第２のＦＰＣの一芯ＢｉＤ光モジュール側の端部の様子を示す図である。 本発明の光データリンクの他の例を説明する図である。 本発明の光データリンクのその他の例について説明する図である。 本発明の光データリンクのその他の例について説明する図である。 図６の例の光データリンクに用いられる第１のＦＰＣを説明する図である。 本発明の課題を説明する図である。

図１〜図３を用いて、本発明の光データリンクの概略を説明する。なお、以下では、本発明の要部に係わる部分についてのみ、図示し説明を行う。
本発明の光データリンクは、例えば、図１で示すように、同軸型の一芯ＢｉＤ光モジュール（以下、光モジュールと省略）１とリジット回路基板２とを不図示の筐体内においてＦＰＣ３で電気的に接続したものであり、後述のように、ＦＰＣ３の構成に特徴がある。光モジュール１とリジッド回路基板２との電気的な接続は、光モジュール１のリードピン１２とＦＰＣ３の一端部に設けられた後述のランドとを半田付けし、リジッド回路基板２とＦＰＣ３の他端部とを半田付けすることにより行われる。

図２は、図１の光モジュール１を説明する図であり、図２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、光モジュールの側面図及び底面図である。
光モジュール１は、図２（Ａ）に示すように、光コネクタが挿入される光レセプタクル１１ａが一端部に形成されたパッケージ１１内に、光信号の送受信のためＬＤ、ＰＤ等の半導体部品を収納したものである。また、パッケージ１１の光レセプタクル１１ａ側と反対の側面（底面）１１ｂから、図２（Ｂ）に示すように、リードピン１２として受信用リードピン（第１のリードピン群）１２ａと送信用リードピン（第２のリードピン群）１２ｂの両方が引き出されている。

図１の説明に戻る。リジッド回路基板２は、外部回路との接続を行うもので、光モジュール１内のＬＤを駆動するＬＤドライバＩＣ等を含む送信回路及び受信回路が搭載されており、ＦＰＣ３によって光モジュール１と電気的に接続される。
本発明に係わるＦＰＣ３は、光モジュール１の受信用リードピン１２ａ（図２参照）とリジッド回路基板２とを電気的に接続する第１のＦＰＣ３１と、光モジュール１の送信用リードピン１２ｂとリジッド回路基板２とを電気的に接続する第２のＦＰＣ３２と、から成る。

第１のＦＰＣ３１には、受信用リードピン１２ａが電気的に接続されており送信用リードピン１２ｂが電気的に接続されることなく貫通する。これが可能となるように、第１のＦＰＣ３１の光モジュール１側の一端部３１ａには、図３（Ａ）に示すように、リードピン１２ａ，１２ｂの径とほぼ等しい（または僅かに大きな）孔径の貫通孔３１ｂが設けられている。そして、貫通孔３１ｂのうち、光モジュール１の受信用リードピン１２ａに対応する位置の貫通孔３１ｂの周囲には、当該リードピン１２ａと接続するためのランド３１ｃが形成されている。

また、第２のＦＰＣ３２には、第１のＦＰＣ３１に電気的に接続されていない送信用リードピン１２ｂが電気的に接続されて貫通する。また、本例では、受信用リードビンａが電気的に接続されることなく単に貫通する。これらが可能となるように、第２のＦＰＣ３２の光モジュール１側の一端部３２ａには、図３（Ｂ）に示すように、リードピン１２ａ，１２ｂの径とほぼ等しい（または僅かに大きな）孔径の貫通孔３２ｂが設けられている。貫通孔３２ｂのうち、光モジュール１の送信用リードピン１２ｂに対応する位置の貫通孔３２ｂの周囲には、当該リードピン１２ｂと接続するためのランド３２ｃが形成されている。

光モジュール１の受信用リードピン１２ａは、第１のＦＰＣ３１の貫通孔３１ｂと第２のＦＰＣ３２の貫通孔３２ｂとの両方に通された状態で、第１のＦＰＣ３１のランド３１ｃと接続される。一方、光モジュール１の送信用リードピン１２ｂは、第１のＦＰＣ３１の貫通孔３１ｂと第２のＦＰＣ３２の貫通孔３２ｂとの両方に通された状態で、第２のＦＰＣ３２のランド３２ｃと接続される。このような接続を行い、さらに、第１及び第２のＦＰＣ３１，３２の他端部３１ｄ，３２ｄ（図１参照）に形成されているパッド（不図示）とリジット基板２上のバッドとを電気的に接続することで、光モジュール１内の送信機能に係わる素子と受信機能に係わる素子の両方の素子を、リジッド回路基板２に電気的に接続することができる。

以上のように、送信用リードピンに接続するランドと受信用リードピンに接続するランドとを別々のＦＰＣ上に設けることで、ランドを設ける間隔を、リードピンを設ける間隔が同じであっても広くすることができる。そのため、光モジュールのパッケージの底部を構成するステムの直径が５.６ｍｍの場合（この場合のステムの実装有効可能領域の直径は３ｍｍ程度になってしまう）であっても、ランドの大きさを直径１.０ｍｍ（貫通孔径０.６０ｍｍ、リードピン直径０.４５ｍｍ）以上とすることができる。

従来の技術を利用して、すなわち、１枚のＦＰＣを用いて、光モジュールとリジッド回路基板とを電気的に接続する場合に、ランドの間隔をリードピンの間隔よりも広くすることで、十分な大きさのランドを形成することができる。が、この場合、ＦＰＣの貫通孔に通すためにリードピンを曲げること（リードフォーミング）が必要になる。これは、特性劣化を招く恐れがあり好ましくない。また、リードフォーミングは、リードピンの形状を変更する作業時にリードピンの根元に力が加わりやすく、狭い間隔で並ぶリードピンのガラス封止部に負荷がかかり、製品性能に異常をきたす恐れもある。

また、上記実施の形態では、受信用リードピン１２ａは第１のＦＰＣ３１にのみ、送信用リードピン１２ｂは第２のＦＰＣ３２にのみ電気的に接続されいてる。しかしながら、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、受信用リードピン１２ａ、あるいは送信用リードピン１２ｂに属する接地用リードピン、電源供給用リードピン等は、双方のＦＰＣに共通に電気的に接続することもできる。グランド電位、電源電位を安定化させるためである。

続いて、本発明の光データリンクの他の例について図４を用いて説明する。ただし、これまでに説明した部分については、同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。
なお、本発明の光データリンクに用いるＦＰＣの枚数は、上述の例の２枚に限られず、３枚以上であってもよく、図４に示すように１枚であってもよい。

図の光データリンクに用いられているＦＰＣ３１’では、受信用リードピン１２ａ（図２参照）が電気的に接続された上で貫通し、送信用リードピン１２ｂが電気的に接続されることなく単に貫通している。これが可能となるように、ＦＰＣ３１’は、図３の第１のＦＰＣ３１と同様に、その一端部３１ａに、リードピン１２ａ，１２ｂ（図２参照）の径とほぼ等しい（または僅かに大きな）孔径の貫通孔が設けられている。そして、貫通孔のうち、光モジュール１の受信用リードピン１２ａに対応する位置の貫通孔の周囲には、当該リードピン１２ａと接続するための半田接続用ランドが形成されている。

本例の光データリンクでは、光モジュール１の受信用リードピン１２ａは、ＦＰＣ３１’の貫通孔に通されランドに接続される。このような接続を行い、さらに、ＦＰＣ３１’の他端部３１ｄに形成されているランドとリジット基板２上のパッドとを接続することで、光モジュール１内の受信機能に係わる素子とリジッド回路基板２とを電気的に接続できる。一方、光モジュール１の送信用リードピン１２ｂは、ＦＰＣ３１’の貫通孔に通され、リジッド基板２上のパッドに直接接続される。これにより光モジュール１内の送信機能に係わる素子とリジッド回路基板２とを電気的に接続できる。

以上のように、受信用リードピンに接続するランドのみ１つのＦＰＣに設け、送信用リードピンについてはリジッド回路基板と直接接続する構成とすることで、ランドを設ける間隔を、リードピンを設ける間隔が同じ場合であっても広くすることができる。これにより、ランドを大きく形成することができるので、接続の信頼性がよい。なお、上述の例に代えて、受信用リードピンをリジッド回路基板に直接接続し、送信用リードピンとリジット回路基板との接続を上述と同様のＦＰＣを用いて行ってもよい。
また、図４の例の場合は、リードピンとＦＰＣ上の信号ラインを電気的に絶縁するために、ＦＰＣ３１’の信号ラインを半田接続用のランド側と反対側の面３１ｆに設け、ランド側の面に接地パターン（ＧＮＤパターン）３１ｇを設けるとよい。

続いて、図５〜図７により、その他の光データリンクの例を説明する。ただし、これまで説明した部分については、同じ符号を付すことにより、その説明を省略する。
図１で説明した光データリンクでは、第２のＦＰＣ３２の第１ＦＰＣ３１に向かい合う面に、図５に示すように、接地パターン３２ｅを形成するとよい。これにより送信／受信間のクロストークを低減させることができる。なお、クロストーク低減用の接地パターンは、第１のＦＰＣ３１の第２のＦＰＣ３２に向かい合う面に形成してもよいし、第１及び第２のＦＰＣ３１，３２双方のそれぞれ向かい合う面に形成してもよい。

さらに、第１のＦＰＣ３１と第２のＦＰＣ３２とは、図１に示すように、リードピン１２との電気的に接続する部分で重なり、他の部分は異なる方向（例えば互いに反対方向）に伸び出すように光モジュール１に取り付けられることが好ましい。これにより、第１のＦＰＣ３１と第２のＦＰＣ３２それぞれの表面上に形成された配線の物理的な距離を広げることができるので、上記クロストークを低減できる。この場合も、クロストーク低減用の接地パターンを、第１及び第２のＦＰＣのいずれか、または両方の、他方と向かい合う面に形成することが好ましい。

また、この例の光データリンクを組立てる場合、第１のＦＰＣ３１と受信用リードピン１２ａを接続した後に第２のＦＰＣ３２と送信用リードピン１２ｂを接続していくことになる。この第２のＦＰＣ３２の接続の作業性を上げるために、図５に示すように、第１のＦＰＣ３１と受信用リードピン１２ａとを接続した後にフィレットＦより厚い絶縁スペーサＳを送信用リードピン１２ｂに貫通させる形態で取り付けておくとよい。

これにより、以下のことを抑えることができる。すなわち、第２のＦＰＣ３２の接続の際、先に第１のＦＰＣ３１と接続されている受信用リードピン１２ａの周りのフィレットＦが邪魔となり第２のＦＰＣ３２の平坦性が得られずに半田接続部に半田ごてを押し当てるときに第２のＦＰＣ３２に歪みが生じることを抑えられる。また、第１のＦＰＣ３１と第２のＦＰＣ３２とが接触することが避けられ、例えば、フィレットＦと接地パターン３２ｅが接触することが避けられ、ランド３１ｃのショートがなくなる。

また、上記スペーサＳを用いる代わりに、図６に示すように、送信用リードピン１２ｂ’の一部を潰して、フィレットＦと接地パターン３２ｅが接触することがないよう第２のＦＰＣ３２を係止するストッパ１２ｃを当該リードピン１２ｂに形成してもよい。
なお、ストッパ１２ｃは、予め（光モジュール１のパッケージ（ステム）への取り付け前に）プレス成形などの容易かつ量産性に優れた方法で部分的にリードピンの形状を変更することで形成しておくことが好ましい。
ただし、この場合、図７に示すように、第１のＦＰＣ３１”は、送信用リードピン１２ｂ’が通る貫通孔３１ｂ’を係止部１２ｃが形成された部分も通るように、当該貫通孔３１ｂ’が例えば楕円形に形成されていることが好ましい。

１…光モジュール、２…リジッド回路基板、３…ＦＰＣ、１１…パッケージ、１２…リードピン、１２ａ…受信用リードピン、１２ｂ…送信用リードピン、１２ｃ…係止部、３１…第１のＦＰＣ、３２…第２のＦＰＣ、３１ｂ…貫通孔、３１ｃ…接続用ランド、３２…ＦＰＣ、３２ｂ…貫通孔、３２ｃ…接続用ランド、３２ｅ…接地パターン。

Claims (7)

1. 信号光を送信する発光素子及び他の信号光を受信する受光素子を搭載し前記発光素子に電気的接続する第１のリードピン群、及び前記受光素子に電気的に接続する第２のリードピン群を有する双方向光モジュールと、
   送信回路及び受信回路を搭載するリジット回路基板と、
   前記第１のリードピン群と前記送信回路を接続する第１のフレキシブル基板と、前記第２のリードピン群と前記受信回路を接続する第２のフレキシブル基板と、
   を備える光データリンクにおいて、
   前記第１のリードピン群及び前記第２のリードピン群はそれぞれ、前記第１のフレキシブル基板及び前記第２のフレキシブル基板の双方を貫通していることを特徴とする光データリンク。
2. 前記第１のリードピン群は前記第２のフレキシブル基板に電気的に接続することなく貫通して前記第１のフレキシブル基板に電気的に接続し、
   前記第２のリードピン群は前記第１のフレキシブル基板に電気的に接続することなく貫通して前記第２のフレキシブル基板に電気的に接続す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. 前記第１のリードピン群もしくは前記第２のリードピン群に属する少なくとも一本のリードピンは前記第１のフレキシブル基板及び前記第２のフレキシブル基板の双方に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光データリンク。
4. 前記第１のフレキシブル回路基板と前記第２のフレキシブル回路基板との間に、前記第１のリードピン群もしくは前記第２のリードピン群に属する少なくとも一本のリードピンが貫通する絶縁スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光データリンク。
5. 前記第１のリードピン群もしくは前記第２のリードピン群のいずれかのリードピンに、前記第１のフレキシブル回路基板と前記第２のフレキシブル回路基板との間に位置して、前記第１のフレキシブル回路基板と前記第２のフレキシブル回路基板とが接触しないようにするストッパが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光データリンク。
6. 前記第１のフレキシブル回路基板及び前記第２のフレキシブル回路基板の少なくとも一方の、互いに向かい合う面に接地パターンが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光データリンク。
7. 前記第１のフレキシブル回路基板と前記第２のフレキシブル回路基板とは、それぞれ前記第１のリードピン群、及び前記第２のリードピン群との電気的に接続する部分で重なり、他の部分は異なる方向に延びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光データリンク。

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