JP2012104660A

JP2012104660A - 電子装置、デバイスの実装方法、および光通信装置

Info

Publication number: JP2012104660A
Application number: JP2010251909A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyoshi; 誠三好; Tsutomu Otsu; 努大津; Akihito Kezuka; 昭仁毛塚
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2453722A3; EP2453722A2; CN102573374A; US20120113596A1

Abstract

【課題】デバイスのリードと基板のランドとの接続を維持することができる。
【解決手段】デバイス１０は、フランジ１１ｂ，１１ｃを有している。基板２０には、デバイス１０が実装される。プレート４０は、基板２０のデバイス１０が実装される面と反対の面において、デバイス１０に対応する位置に配置される。固定部材３１ｂ，３１ｃは、基板２０を通って、デバイス１０のフランジ１１ｂ，１１ｃとプレート４０とを連結し、デバイス１０を基板２０に固定する。
【選択図】図５

Description

本件は、電子装置、デバイスの実装方法、および光通信装置に関する。

光ネットワーク技術の業界標準を規定する団体にＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）がある。ＯＩＦでは、例えば、光通信装置が備える光モジュールの特性や、光デバイスの信号線およびピン配置などのインタフェースを規定している。

光デバイスは、例えば、数ＧＨｚの信号を扱い、基板上の信号を高速で伝送する。そのため、光デバイスのリードは、信号の劣化や損失を抑えるよう、例えば、ストレートの構造となっている。

また、光デバイスのリードは、基板のランドに適切に半田接続するようにする。例えば、光デバイスのリードを、基板のランドからはみ出さないようランド内に収め、半田接続する。

このように、光デバイスのリードと基板のランドとが適切に半田接続されることによって、例えば、ＯＩＦで規定するインタフェースの基準を満たすことができる。
なお、従来、応力の発生にも拘わらずプリント配線基板および電子回路部品の間で接続を維持することができるプリント基板ユニットおよび半導体パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数のボール状端子を配列したベース配線基板に、ＬＤ（Laser Diode），ＰＤ（Photo Diode）等の受発光素子とそれらを作動させるための電子素子とを混載し大容量かつ小型、高信頼に組立可能な光電気配線基板が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００９−１８８０７５号公報特開２００２−２９６４６４号公報

しかし、光デバイスの重量による基板の反りや熱膨張、外部からの衝撃などの応力によって、光デバイスのリードと基板のランドとの半田接続部にクラックや破断が発生し、光デバイスのリードと基板のランドとの接続が維持されない場合があるという問題点があった。

本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、デバイスのリードと基板のランドとの接続を維持することができる電子装置、デバイスの実装方法、および光通信装置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、電子装置が提供される。この電子装置は、フランジを有するデバイスと、前記デバイスが実装される基板と、前記基板の前記デバイスが実装される面と反対の面において、前記デバイスに対応する位置に配置されるプレートと、前記基板を通って前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する固定部材と、を有する。

また、上記課題を解決するために、デバイスの実装方法が提供される。この実装方法は、フランジを有するデバイスとプレートとを基板を挟んで対向させ、前記基板を通る固定部材によって前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する。

さらに、上記課題を解決するために、光通信装置が提供される。この光通信装置は、フランジを有するデバイスと、前記デバイスが実装される基板と、前記基板の前記デバイスが実装される面と反対の面において、前記デバイスに対応する位置に配置されるプレートと、前記基板を通って前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する固定部材と、を備えた電子装置、を有する。

開示の電子装置、デバイスの実装方法、および光通信装置によれば、デバイスのリードと基板のランドとの接続を維持することができる。

電子装置の一例を示す斜視図である。光デバイスが基板に実装される面とは反対の面からの電子装置の一例を示す斜視図である。電子装置を格納した光モジュールの一例を示す斜視図である。電子装置の一例を示す平面図である。電子装置の一例を示す側面図である。電子装置の一例を示す底面図である。光デバイスの一例を示す斜視図である。基板の一例を示す平面図である。プレートの一例を示す平面図である。電子装置を光モジュールに実装した場合の一例を示す側面図である。電子装置の機能ブロックの一例を示した図である。光デバイスをナットで固定した場合の一例を示す斜視図である。プレートを用いた電子装置の衝撃シミュレーション結果を示した図である。

以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、電子装置の一例を示す斜視図である。図１に示すように、電子装置は、光デバイス１０および基板２０を有している。光デバイス１０は、例えば、光信号を受信し、電気信号に変換するＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換器である。光デバイス１０は、基板２０に実装され、半田接続される。なお、光デバイスの代わりに半導体装置や機構部品等の電子部品を用いてもかまわない。光デバイス、電子部品を包括的にデバイスと呼ぶ。基板２０は、例えば、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）である。基板２０には、光デバイス１０以外のその他のデバイスも実装されるが、その図示を省略している。

図２は、光デバイスが基板に実装される面とは反対の面からの電子装置の一例を示す斜視図である。図２において、図１と同じものには同じ符号が付してある。図２に示すように、電子装置は、プレート４０を有している。プレート４０は、基板２０の光デバイス１０が実装される面と反対の面において、光デバイス１０に対応する位置に配置されている。すなわち、プレート４０は、基板２０を挟んで光デバイス１０に対応する位置に配置されている。基板２０とプレート４０は、光デバイス１０の中心部分に対応する部分に、開口を有している。

図３は、電子装置を格納した光モジュールの一例を示す斜視図である。図３に示す光モジュール５０には、図１および図２に示した電子装置が格納されている。電子装置は、例えば、光モジュール５０に示すようにモジュール化して光通信装置に搭載され、所定の通信機能を実現する。なお、電子装置は、光モジュール５０に格納せず（モジュール化せず）、そのまま光通信装置に搭載してもよい。

図４は、電子装置の一例を示す平面図である。図４において、図１および図２と同じものには同じ符号が付してある。図４に示すように、電子装置は、光デバイス１０、基板２０、および固定部材３１ａ〜３１ｄを有している。

光デバイス１０は、四辺形状を有し、周囲にフランジ１１ａ〜１１ｄを有している。フランジ１１ａ〜１１ｄは、リード１２ａ〜１２ｃを挟むように形成されている。例えば、フランジ１１ａ，１１ｄは、リード１２ａを挟み、フランジ１１ａ，１１ｂは、リード１２ｂを挟み、フランジ１１ｂ，１１ｃは、リード１２ｃを挟むように形成されている。

光デバイス１０は、３辺にリード１２ａ〜１２ｃを有している。リード１２ａ〜１２ｃは、基板２０のランドに半田接続される。リード１２ｂは、例えば、リード１２ａ，１２ｃより高速の信号が伝送され、ストレートのリードとなっている。リード１２ａ，１２ｃのピッチは、例えば１．５０ｍｍ程度である。リード１２ｂのピッチは、例えば１．２７ｍｍ程度である。なお、図４では、図示を省略しているが、リード１２ｂと反対側の辺（光デバイス１０のリード１２ａ〜１２ｃが設けられていない辺）から、光信号が入力される。

固定部材３１ａ〜３１ｄは、基板２０を通って、光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄと、図４に図示していない基板２０の反対側に配置されたプレート４０とを連結し、光デバイス１０を基板２０に固定する。固定部材３１ａ〜３１ｄは、例えば、ねじである。ねじの軸は、光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄの穴と、フランジ１１ａ〜１１ｄの穴に対応した位置に設けられた基板２０の穴とを通って、基板２０の反対側の面に配置されたプレート４０と連結される。

図５は、電子装置の一例を示す側面図である。図５において、図１、図２、および図４と同じものには同じ符号が付してある。図５に示すように、プレート４０は、基板２０の光デバイス１０が実装される面と反対の面において、光デバイス１０に対応する位置に配置されている。プレート４０には、例えば、光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄの穴に対応する位置に穴が設けられ、その穴によって固定部材３１ａ〜３１ｄと連結するようになっている。

例えば、固定部材３１ａ〜３１ｄがねじの場合、プレート４０の穴には、ねじ溝が形成される。これにより、ねじの軸を、フランジ１１ａ〜１１ｄの穴と基板２０の穴とに通し、プレート４０で留めることによって、光デバイス１０を基板２０に固定することができる。

プレート４０は、例えば、平面視においてリード１２ａ〜１２ｃと重なる大きさを有し、また、プレート４０は、平面視においてリード１２ａ〜１２ｃと重なる位置に配置される。例えば、図５に示すリード１２ｂの下方には、プレート４０が位置している。図５には示されていないが、リード１２ａ，１２ｃの下方にもプレート４０が位置している。プレート４０の材質は、例えば、ステンレス、アルミニウム、黄銅、銅、および鉄である。また、プレート４０の材質は、例えば、光デバイス１０のパッケージと同じ材質にしてもよい。プレート４０の熱膨張係数は、例えば、１５±５ｐｐｍ／℃である。

図６は、電子装置の一例を示す底面図である。図６において、図１、図２、図４、および図５と同じものには同じ符号が付してある。
図６に示すように基板２０には、四辺形の開口２１が設けられている。開口２１は、基板２０の光デバイス１０が固定される部分の略中央部に設けられている。

プレート４０にも、略四辺形の開口４１が設けられている。開口４１は、プレート４０が基板２０に固定されたときの、開口２１に対応する部分に設けられている。
開口４１が半円部分を有しているのは、電子装置を光モジュール５０の筺体に収めたとき、光モジュール５０の筺体の有するねじが、プレート４０と接触しないようにするためである。よって、光モジュール５０の筺体のねじが、プレート４０と接触する位置になければ、プレート４０の開口４１は、四辺形であってもよい。

電子装置を形成するには、フランジ１１ａ〜１１ｄを有する光デバイス１０と、プレート４０とを基板２０を挟んで対向させる。そして、基板２０を通る固定部材３１ａ〜３１ｄによって、光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄとプレート４０とを連結し、光デバイス１０を基板２０に固定する。

図７は、光デバイスの一例を示す斜視図である。図７において、図１、図２、および図４〜図６と同じものには同じ符号が付してある。
図７に示すように、光デバイス１０のフランジ１１ａ，１１ｂ，１１ｄは、固定部材３１ａ，３１ｂ，３１ｄと連結するための連結部１３ａ〜１３ｃを有している。図７には図示されていないが、光デバイス１０のフランジ１１ｃも同様の連結部を有している。連結部１３ａ〜１３ｃおよび図示していない連結部は、例えば、固定部材３１ａ〜３１ｄがねじの場合、そのねじの軸が通る穴である。

図８は、基板の一例を示す平面図である。図８において、図１、図２、および図４〜図６と同じものには同じ符号が付してある。
図８に示すように、基板２０には、開口２１が形成されている。開口２１は、光デバイス１０が基板２０上に固定されたときの、光デバイス１０の略中心部分に対応する部分に形成される。

図９は、プレートの一例を示す平面図である。図９において、図２、図５、および図６と同じものには同じ符号が付してある。プレート４０の長手方向の長さは、例えば４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、短手方向の長さは、例えば３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。プレート４０の厚さは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。図９に示すように、プレート４０は、固定部材３１ａ〜３１ｄと連結するための連結部４２ａ〜４２ｄを有している。連結部４２ａ〜４２ｄは、例えば、固定部材３１ａ〜３１ｄがねじの場合、そのねじのねじ溝を有した穴である。

図１０は、電子装置を光モジュールに実装した場合の一例を示す側面図である。図１０において図４〜図８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０には、光モジュール５０の筺体５１が一部示してある。基板２０の開口２１およびプレート４０の開口４１には、放熱材６１が挿入されている。放熱材６１は、光デバイス１０と筺体５１とに接触し、光デバイス１０の熱を光モジュール５０の筺体５１に伝導し、放熱する。放熱材６１の材料は、例えば、シリコン、銅、シリコーン樹脂等である。

図１１は、電子装置の機能ブロックの一例を示した図である。図１１に示すように、電子装置７０は、送信部７１、受信部７２、制御部７３、および電力変換部７４を有している。図１１に示す電子装置７０の機能は、基板２０に実装された複数のデバイスによって実現される。

送信部７１は、符号部７１ａ、多重部７１ｂ、および光送信部７１ｃを有している。
符号部７１ａには、信号線７５ａから送信データ（Tx Data：Transmitter Data）が入力される。また、符号部７１ａには、信号線７５ｂから基準クロック（REFCLK：Reference Clock）が入力される。

送信データは、当該電子装置７０を搭載している光通信装置内から出力され、他の光伝送装置に光伝送されるデータである。送信データは、例えば、１１Ｇｂｉｔ／ｓ×１０ｃｈのデータである。符号部７１ａは、基準クロックに同期して動作し、入力される送信データのＦＥＣ（Forward Error Correction）処理および符号化処理を行う。

多重部７１ｂには、符号部７１ａでＦＥＣ処理および符号化処理された送信データが入力される。また、多重部７１ｂからは、信号線７５ｃを介して、送信光波形に同期した１６分周のモニタクロック（TXM CLK：Transmitter Monitor Clock）が出力される。多重部７１ｂは、符号部７１ａから出力される信号を多重化する。

光送信部７１ｃは、多重部７１ｂから出力される多重化された信号（電気信号）を光信号に変換し、光ファイバに出力する。
受信部７２は、光受信部７２ａ、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部７２ｂ、および復号部７２ｃを有している。

光受信部７２ａには、光ファイバから光信号が入力される。光受信部７２ａは、入力された光信号を電気信号に変換する。光受信部７２ａは、図１等に示した光デバイス１０に対応し、光デバイス１０によってその機能が実現される。

Ａ／Ｄ変換部７２ｂは、光受信部７２ａによって電気信号に変換された信号をデジタル信号に変換する。
復号部７２ｃには、信号線７５ｂから基準クロックが入力される。復号部７２ｃは、入力された基準クロックに同期して、デジタル信号に変換された信号の復号化処理およびＦＥＣ処理を行い、受信データ（Rx Data：Receiver Data）を出力する。

受信データは、信号線７６ａを介して出力される。受信データは、例えば、１１Ｇｂｉｔ／ｓ×１０ｃｈのデータであり、当該電子装置７０を搭載している光通信装置内の他の回路に出力される。

制御部７３は、電子装置７０全体を制御する。制御部７３に対応するデバイスは、ＭＤＩＯ／ＭＤＣ（Management Data I/O bidirectional/Management Data Clock）の制御用端子を有している。ＭＤＩＯ端子には、信号線７７ａを介して、データ（Ｉ／Ｏデータ）が入出力され、ＭＤＣ端子には、信号線７７ｂを介して、ＭＤＩＯ端子に入出力されるデータに同期したクロックが入力される。

また、制御部７３に対応するデバイスは、Ｃｏｎｔｒｏｌ／Ａｌａｒｍ端子を有している。Ｃｏｎｔｒｏｌ／Ａｌａｒｍ端子は、信号線７７ｂと接続された制御端子である。
電力変換部７４には、電力線７８を介して、例えば、１２Ｖの直流電圧が入力される。電力変換部７４は、入力された直流電圧を、電子装置７０に実装されている各デバイスの電源電圧に変換して出力する。

図１２は、光デバイスをナットで固定した場合の一例を示す斜視図である。図１２の電子装置では、ねじの軸を光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄおよび基板２０の穴に通し、ナット８１ａ〜８１ｄで留めている。図１２の電子装置では、例えば、光デバイス１０の重量による基板２０の反りや光デバイス１０と基板２０との熱膨張の違い、または、外部からの衝撃などにより、光デバイス１０のリードと基板のランドとの半田接続部にクラックや破断が生じる可能性がある。光デバイス１０では、数ＧＨｚの高速信号を扱うため、例えば、光デバイス１０のリードと基板のランドとの半田接続部にクラックや破断が生じると、所望の特性が得られなくなる場合がある。

これに対し、図４〜図６等で示した電子装置では、フランジ１１ａ〜１１ｄを有する光デバイス１０とプレート４０とを基板２０を挟んで対向させ、固定部材３１ａ〜３１ｄでフランジ１１ａ〜１１ｄとプレート４０とを連結し、光デバイス１０を基板２０に固定する。これにより、半田接続部に加わる熱応力または機械的応力を抑制することができ、光デバイス１０の重量による基板２０の反りや光デバイス１０と基板２０との熱膨張の違い、または、外部からの衝撃などによるクラックや破断を抑制することができる。

すなわち、図４〜図６等で示した電子装置では、基板２０の反りや光デバイス１０と基板２０との熱膨張の違い、または、外部からの衝撃などによっても、光デバイスのリードと基板のランドとの接続を維持することができ、所望の特性を維持ことができる。例えば、ＯＩＦで規定する特性を維持することができる。

図１３は、プレートを用いた電子装置の衝撃シミュレーション結果を示した図である。図１３では、例えば、図９に示したＯ型形状のプレート、Ａ型形状のプレート、およびＨ型形状のプレートのシミュレーション結果が示してある。図１３の（Ａ）は、プレートの厚さが０．８ｍｍの場合のシミュレーション結果を示し、図１３の（Ｂ）は、プレートの厚さが２．０ｍｍの場合のシミュレーション結果を示している。なお、図１３の（Ａ）において、プレートが半円の切り欠きを有していないのは、厚さ０．８ｍｍの場合、電子装置を光モジュール５０の筺体５１に収めたとき、筺体５１の有するねじが、プレート４０と接触しないからである。

図１３の（Ａ），（Ｂ）では、電子装置を図５のように水平にして地面に落下させた場合のシミュレーション結果を示している。図１３では、白黒の濃淡によって、プレートに働く力の強弱を示している。色が黒くなるほど、落下衝撃による力が大きく働いていることを示している。図１３の（Ａ），（Ｂ）に示すように、落下衝撃による力は、固定部材との連結部分で最も強く働いていることが分かる。そしてこの力は、プレートの中心部分に向かって弱くなっている。すなわち、落下衝撃による力は、プレートによって分散されていることが分かる。また、図１３の（Ｂ）に示すように、プレートの厚さが厚い方がプレートに働く落下衝撃が弱められていることが分かる。

このように、電子装置は、プレート４０を基板２０の光デバイス１０が実装される面と反対の面において、光デバイス１０に対応する位置に配置する。そして、電子装置は、固定部材３１ａ〜３１ｄを基板２０に通して、光デバイス１０のフランジ１１ａ〜１１ｄとプレート４０とを連結し、光デバイス１０を基板２０に固定するようにした。これにより、光デバイス１０のリードと基板２０のランドとの半田接続部にクラックや破断が生じることを抑制することができ、光デバイス１０と基板２０のランドとの接続を維持することができる。

また、光デバイス１０では、高速信号を扱うため、クラックや破断が生じると所望の特性を得られなくなるが、電子装置は、クラックや破断を抑制するので、所望の特性を維持することができる。

また、プレート４０を、平面視において光デバイス１０のリードと重なる位置に配置し、固定することによって、半田接続部に加わる熱応力または機械的応力を抑制することができるため、光デバイス１０のリードと基板２０のランドとの半田接続部にクラックや破断が生じることを効果的に抑制することができる。半田接合部のクラックに対する耐力は、リードピッチが小さくなるほど低下する。これは、リードピッチが小さくなるほど半田の接合面積が小さくなるからである。上述の実施形態によれば、例えばリードピッチが１．２７ｍｍ以下であっても応力を低減できるため、上述のクラックの発生の防止を図ることができる。

また、光デバイス１０の熱を放熱する放熱材６１を、基板２０とプレート４０とに設けられた開口２１，４１から光デバイス１０に接触させることにより、光デバイス１０の熱膨張等によって発生するクラックや破断を抑制することができる。

さらに、プレート４０の材質を、光デバイス１０のパッケージの材質と同じにすることによって、プレート４０と光デバイス１０のパッケージの熱膨張係数をほぼ同じにすることができる。これにより、光デバイス１０とプレート４０は、熱膨張で同じように変形し、光デバイス１０の熱膨張による変形を抑制することができる。

なお、プレート４０は、板状であればよく、上記したＯ型、Ａ型、またはＨ型の形状に限られない。例えば、光デバイス１０の放熱が不要であれば、開口のないプレートであってもよい。

１０光デバイス
１１ａ〜１１ｄフランジ
２０基板
３１ａ〜３１ｄ固定部材
４０プレート

Claims

フランジを有するデバイスと、
前記デバイスが実装される基板と、
前記基板の前記デバイスが実装される面と反対の面において、前記デバイスに対応する位置に配置されるプレートと、
前記基板を通って前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する固定部材と、
を有することを特徴とする電子装置。
前記プレートは、平面視においてリードと重なる位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
前記デバイスの熱を放熱する放熱材をさらに有し、
前記放熱材は、前記基板と前記プレートとに設けられた開口から前記デバイスに接触することを特徴とする請求項１記載の電子装置。
フランジを有するデバイスとプレートとを基板を挟んで対向させ、
前記基板を通る固定部材によって前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する、
ことを特徴とするデバイスの実装方法。
フランジを有するデバイスと、前記デバイスが実装される基板と、前記基板の前記デバイスが実装される面と反対の面において、前記デバイスに対応する位置に配置されるプレートと、前記基板を通って前記デバイスの前記フランジと前記プレートとを連結し、前記デバイスを前記基板に固定する固定部材と、を備えた電子装置、
を有することを特徴とする光通信装置。