JP2016015399A - 電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子を搭載する電子部品と、この電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載する回路基板とをフレキシブル基板電気的に接続する際に、フレキシブル基板に上下方向の力が加わっても、フレキシブル基板とプリント基板との接続部の剥離断線を防止することができる電子装置を提供する【解決手段】光サブアセンブリ100と回路基板200とを電気的に接続するフレキシブル基板300は、回路基板200側に設けたスリットにより、それぞれパッドを有する第1の部位Aと第2の部位Bに分割される。第1の部位Aのパッドは回路基板200の一方の面に設けたパッドに接続され、第2の部位Bのパッドは回路基板200の他方の面に設けたパッドに接続されており、第1の部位および第2の部位は、回路基板200の端部において、それぞれ同一方向に折り曲げられている。【選択図】図1
Description
本発明は、電子装置に関し、詳しくは、光トランシーバなどの、電子デバイスと回路基板とをフレキシブル基板で接続した電子装置に関する。
光トランシーバは、LD(Laser Diode)やPD(Photodiode)などの半導体素子を搭載した電子部品の他に、それらを制御する回路が搭載された回路基板で構成され、小型化や伝送レートの高速化が望まれている。また、LDやPDは他の光学部品とともに集積化されたアセンブリ品となっており、このようなアセンブリ品は、光サブアセンブリ(以下、OSA:Optical Sub-Assemblyともいう。)と呼ばれる。OSAは、ガラス封止されたリードピンによりそのOSA内部の信号を外部に伝達している。
図5は、光トランシーバにおける回路基板とOSAとの接続構成例を説明するための図で、光トランシーバ1は、電子部品であるOSA100と、OSA100を制御する回路部品210を搭載した回路基板(以下、PCB:Printed Circuit Boardともいう。)200と、OSA100とPCB200とを接続する、折り曲げ可能なフレキシブル基板(以下、FPC:Flexible Printed Circuitsともいう。)300が、筐体400内に配置されている構成が一般的である。
OSA100とPCB200を接続する伝送線路の信号には、制御信号以外に高周波の伝送信号も含まれており、伝送線路にインピーダンスの相違があると高周波特性の劣化につながる大きな要因となってしまう。そのため、OSA100とPCB200との接続はFPC300によってインピーダンスマッチングを行い、高周波特性を維持することが行われている。
また、近年は、光通信の高速伝送の要求に応える一方で、光トランシーバの小型化への要求も強い。このため、OSA100の内部はインテリジェント化により複雑な構成となり、同時にOSA100の体積が大きくなる傾向がある。また、OSA100を制御する信号数が増加するため、PCB200上に搭載される回路も複雑になり、PCB200の面積を増加させることになる。しかしながら、光トランシーバ1の外寸は標準化されており、搭載機能の高度化に併せて筐体400の外寸を拡大することは許されない。
このため、インテリジェント化のしわ寄せは、OSA100が搭載される側を仮に前方(図5の矢印F方向)とする場合、OSA100の体積増加はOSA100後端の後方側の拡大につながり、PCB200の面積増加はPCB200の前方側の拡大につながる。そのため、OSA100とPCB200の間隔は狭くなり、FPC300はさらにコンパクトに折り畳んで収納することが求められる。
OSA100のリードピン101は、PCB200の面と平行な方向に突出しているため、FPC300のOSA100側の接続部分はリードピン101の配列方向、すなわち、PCB200に対して直角方向に配置され、一方、FPC300のPCB200側の接続部分は、PCB200の表面に設けたパッド(電極)に沿ってPCB200の面と平行に配置される。このため、PCB200の格納方法としては、例えば図6、図7に示すようにPCB200とFPC300の半田接続部20が剥離しない方向に屈曲部を設けて格納することが一般的である。
すなわち、図6に示すようにFPC300がPCB200の表面側の半田接続部20に接続される場合には、FPC300をPCB200の端部220で下方に折り曲げた後、OSA100側で再度上方に折り曲げてOSA100と接続している。他方、図7に示すようにFPC300がPCB200の裏面の半田接続部20に接続される場合には、FPC300をPCB200の端部220で上方に折り曲げた後、OSA100側で下方に折り曲げてOSA100と接続している。前者ではFPC300の断面が正U字状となり、後者は逆U字状となる。これらはいずれもFPC300とPCB200との半田接続部20を保護ないし補強するための構造である。すなわち、前者ではFPC300を下方に引っ張っても半田接続部20に及ぼす応力は緩和され、後者ではFPC300を上方に引っ張っても半田接続部20に及ぼす応力は緩和される。
しかし、FPC300の屈曲部からの応力がパッドを引き剥がす方向に力が加わると、PCB200とFPC300との半田接続部20が断線してしまうことがある。すなわち、図6に示す例では、FPC300を上方に引っ張る、すなわち、U字状断面の底を上方に持ち上げる場合、FPC300とPCB200との半田接続部20には、その接続を剥がす方向に力が作用することになる。また、図7に示す例では、逆U字断面の頂部を下方に押し込む場合に、その接続を剥がす方向に力が作用することになる。
ところで、FPCをPCBに接続する際に、FPCの端子部とPCBの端子部とを強固に固定する方法として、特許文献1、2には、FPCの端部にスリットを設け、スリットによって分割されたFPCの端部をPCBの表裏面のそれぞれに固定することが開示されている。
しかし、FPC300によって接続されたOSA100とPCB200を光トランシーバ1の筐体400内に組み込む際には、FPC300を上下方向に押す力が加わることがある。特許文献1、2に開示された技術では、いずれもFPCの端部を分離して、PCBの表裏面と接続しているため、FPCとPCBとを引き離す方向に引っ張る力に対しては十分抗し切れるものの、FPCを上下方向に押す力に対しては、FPCとPCBとの接続部の保護または補強という面では不十分であった。
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、半導体素子を搭載する電子部品と、この電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載するPCBとをFPCによって電気的に接続する際に、FPCに上下方向の力が加わっても、FPCとPCBとの接続部の剥離断線を防止することができる電子装置を提供することをその目的とする。
上記課題を解決するために、本願の電子装置は、半導体素子を搭載する電子部品と、該電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載するPCBと、前記電子部品と前記PCBとを電気的に接続するFPCを有し、該FPCは前記PCB側に設けたスリットにより、それぞれパッドを有する第1の部位と第2の部位に分割されており、前記第1の部位のパッドは前記PCBの一方の面に設けたパッドに接続され、前記第2の部位のパッドは前記PCBの他方の面に設けたパッドに接続され、前記第1の部位および第2の部位は、前記PCBの端部において、それぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有する電子装置である。
上記発明によれば、FPCに上下方向の力が加わっても、FPCとPCBとの接続部の剥離断線を防止することが可能となる。
(本願発明の実施形態の説明)
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
本願の一態様に係る電子装置は、(1)半導体素子を搭載する電子部品と、該電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載するPCBと、前記電子部品と前記PCBとを電気的に接続するFPCを有し、該FPCは前記PCB側に設けたスリットにより、それぞれパッドを有する第1の部位と第2の部位に分割されており、前記第1の部位のパッドは前記PCBの一方の面に設けたパッドに接続され、前記第2の部位のパッドは前記PCBの他方の面に設けたパッドに接続され、前記第1の部位および第2の部位は、前記PCBの端部において、それぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有する電子装置である。FPCに設けたスリットによって分離された第1の部位と第2の部位とがPCBの両面に接続され、かつ、PCBの端部においてそれぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有しているため、FPCに上下方向の力が加わっても、FPCとPCBとの接続部の剥離断線を防止することができる。
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
本願の一態様に係る電子装置は、(1)半導体素子を搭載する電子部品と、該電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載するPCBと、前記電子部品と前記PCBとを電気的に接続するFPCを有し、該FPCは前記PCB側に設けたスリットにより、それぞれパッドを有する第1の部位と第2の部位に分割されており、前記第1の部位のパッドは前記PCBの一方の面に設けたパッドに接続され、前記第2の部位のパッドは前記PCBの他方の面に設けたパッドに接続され、前記第1の部位および第2の部位は、前記PCBの端部において、それぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有する電子装置である。FPCに設けたスリットによって分離された第1の部位と第2の部位とがPCBの両面に接続され、かつ、PCBの端部においてそれぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有しているため、FPCに上下方向の力が加わっても、FPCとPCBとの接続部の剥離断線を防止することができる。
(2)前記FPCは、少なくとも2つの前記スリットを有し、2つの前記スリットに挟まれた第1の部位と、第1の部位の両側にそれぞれ前記スリットを介して位置する2つの第2の部位を有することが望ましい。少なくとも第1の部位がPCBの一方の面に、第1の部位の両側の2つの第2の部位がPCBの他方の面に接続されるため、FPCに作用する上下方向の力による剥離断線をより確実に防止することが可能になる。
(3)前記第1部位と前記第2の部位の折曲部は、前記PCBの端部において前記PCBの一方および他方の面に対してほぼ直角に折り曲げられていることが望ましい。これにより、FPCの一方の部位はPCBの端部に沿って配置されるため、FPCに作用する上下方向の力による剥離断線をさらに確実に防止することができる。
(4)前記第1部位および前記第2の部位のパッドは、前記第1部位および前記第2の部位の折曲部以外の部分に形成されているとよい。これにより、FPCの第1の部位および第2の部位が折り曲げられ易くなるとともに、折り曲げによるパッドの損傷を防止でき、パッドも小さく形成することができる。
(5)前記FPCの前記第1の部位に、高周波信号を伝送する線路および接地用の線路が形成されていることが好ましい。これにより、FPCによるインピーダンス整合がとり易くなり、リターン電流特性やノイズ耐性を向上させることが可能となる。
(6)前記電子部品は、前記PCBの一方の面に対して平行に伸びるリードピンを有し、前記FPCは前記電子部品側で前記リードピンに接続され、前記PCBと前記電子部晶との間の空間で、断面がU字状に屈曲した屈曲部を有することが望ましい。FPCが電子部品とPCBとの間で、断面がU字状に屈曲した屈曲部を有するため、電子部品やPCBの公差を屈曲部で吸収することができる。
(本願発明の実施形態の詳細)
本発明に係る電子装置の具体例として、光トランシーバを例に以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれる。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
本発明に係る電子装置の具体例として、光トランシーバを例に以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれる。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
図1は、本発明に係る電子装置の代表的な構成例を説明するための図である。電子装置の一例として光トランシーバは、LDやPDなどの半導体素子を搭載した電子部品であるOSA100と、OSA100を制御する図示しない回路部品を搭載したPCB200と、OSA100とPCB200とを接続する折り曲げ可能なFPC300を有している。FPC300のOSA100側は、OSA100のリードピン101に接続されるとともに、FPC300のPCB200側は、PCB200の両面に接続されており、FPC300は、OSA100とPCB200との間の空間で、断面がU字状に屈曲した屈曲部310を有している。この屈曲部310は、OSA100とPCB200の公差を吸収している。
図2、図3は、本発明に係る電子装置のFPCの一例を説明するための図であり、図2はFPCの一方の面(表面)側の配線の一例を、図3は他方の面(裏面)側の配線の一例を示している。
本例の説明で用いるFPCは、光トランシーバに搭載されたTOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)、ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly)の双方を同じPCBに接続する際のFPCである。図2、図3において、FPC300には、TOSA向けに接続される部分(TOSA向け部分300T)とROSA向けに接続される部分(ROSA向け部分300R)との間に大きな分離溝350が設けられている。TOSAの全長はROSAの全長より長いため、FPC300の全長の長い側がROSAに接続され、全長の短い側がTOSAに接続される。
本例の説明で用いるFPCは、光トランシーバに搭載されたTOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)、ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly)の双方を同じPCBに接続する際のFPCである。図2、図3において、FPC300には、TOSA向けに接続される部分(TOSA向け部分300T)とROSA向けに接続される部分(ROSA向け部分300R)との間に大きな分離溝350が設けられている。TOSAの全長はROSAの全長より長いため、FPC300の全長の長い側がROSAに接続され、全長の短い側がTOSAに接続される。
図3に示すFPC300の裏面側には、TOSA、ROSAに搭載されて光/電子変換デバイスに接続される高周波信号を伝送する高速信号伝送線路304とGND(接地)用線路305が形成され、図2に示す表面側には、これら光/電子変換デバイスに電力を供給する複数のバイアス線路(DC/LF)306が形成されている。TOSA、ROSAに接続する端子はそれぞれ5本あり、中央の1孔を取り囲む様に四辺形の角にOSAからのリードピン101を受納する孔320が形成されている。
FPC300のPCB200側では、TOSA向け部分300TとROSA向け部分300Rが一体化され、PCB200のパッド(電極)に接続する複数のパッド(電極)301〜303が表裏面に形成されている。より具体的には、FPC300に形成した各線路の終端用のパッドがPCB200への接続用のパッドとして形成されている。例えば、図3に示すFPC300の裏面側には、TOSA向け部分300TとROSA向け部分300Rのそれぞれの中央に線路の終端用のパッドとして4個のパッド301b、302bが形成されている。
また、図2に示すFPCの表面側には、TOSA向け部分300TとROSA向け部分300Rのそれぞれの両端に線路の終端用として各1個のパッド303aが形成されている。なお、本例では、FPC300は、TOSA向け部分300TとROSA向け部分300RをPCB200側で一体化しているが、TOSA向け部分300Tと、ROSA向け部分300Rとをそれぞれ分離し、それぞれ別のFPC300として構成してもよい。
FPC300には、複数のパッドを分割する複数のスリットS1〜S4が形成されている。図2、図3では、TOSA向け部分300Tの中央4か所の裏面側パッド301b、302bと、これら4か所のパッド301b,302bの両側の表面側パッド303aとが、スリットS1、S2で分割されている。また、ROSA向け部分300Rの中央4か所の裏面側パッド301b,302bと、これら4か所のパッド301b,302bの両側の表面側パッド303aとが、スリットS3、S4で分割されている。これらスリットS1〜S4で分割されたTOSA向け部分300TとROSA向け部分300Rにおける中央部と端部は、それぞれFPC300のPCB200に対する第1の部位Aと第2の部位Bを構成している。
そして、TOSA向け部分300TとROSA向け部分300Rのそれぞれ第1の部位Aの内側のパッド301bには高速信号伝送線路304が接続され、端側のパッド302bにはGND用線路305が接続される。このように、高速信号伝送線路304とGND用線路305が同じ層にあり、かつ、GND用線路305で高速信号伝送線路304を挟むことで、リターン電流特性やノイズ耐性に効果がある。また、図2を参照すると、第2の部位Bの端部の2つのパッド303aには、その他のバイアス線路306がそれぞれ接続される。
そして、中央部の第1の部位Aのパッド301b、302bと端部の第2の部位Bのパッド303aはそれぞれPCB200の表裏面に半田接続される構造となっている。すなわち、FPC300の裏面側を示す図3において、第1の部位Aのパッド301b、302bはPCB200の表面側のパッドに接続される。一方、FPC300の表面側を示す図2において、第2の部位Bのパッド303aはPCB200の裏面側のパッドに接続される。
本例のFPC300の配線とパッドの関係について、より詳細に説明する。図3に示すFPC300の裏面側のROSA向け部分300Rの第1の部位Aの4つのパッドのうち内側の2つのパッド301bがROSAの出力するRF差動信号であるRx+、Rx−の信号線に対応し、端側の2個のパッド302bが5本のリードピンのセンターピンに接続されるGND用線路305に対応する。また、図2に示すFPC300の表面側のROSA向け部分300Rの第2の部位Bの2つのパッド303aは、それぞれROSAに搭載されているプリアンプの電源Vccと、ROSAに搭載されているPDのバイアス電源Vpdに対応する配線のパッドとなる。
また、図3に示すFPC300の裏面側のTOSA向け部分300Tの第1の部位Aの4つのパッドのうち内側の2つのパッド301bが、TOSAに入力する相補的な電気信号Tx+、Tx−の信号線に対応し、端側の2個のパッド302bがGND用線路305に対応する。また、図2に示す表面側のTOSA向け部分300Tの第2の部位Bの2つのパッド303aは、一方がLD−Driverの電源に接続され、他方はLD背面光の強度に対応するモニタ信号をTOSAから取り出すためのパッドとなる。
次に、FPC300のPCB200に対する接続構造について説明する。図4は、図1のFPCとPCBとの接続部を説明するための拡大図である。PCB200にはFPC300を接続するために、表面のパッド201aと裏面のパッド202bが形成されている。そして、PCB200の表面のパッド201aにFPC300の第1の部位Aの裏面側の各パッド301b、302bが接続され、PCB200の裏面のパッド202bにFPC300の第2の部位Bの表面側の各パッド303aが接続される。
PCB200の表面のパッド201aにFPC300の第1の部位Aの裏面側の各パッド301b、302bを接続する場合、FPC300の第1の部位AはスリットS1とS2の奥端を結ぶ仮想線X−X(図2、図3のX−Xで示す線)に沿ってほぼ直角に折り曲げられる。これにより、FPC300の第1の部位Aは、PCB200の端部220において折曲部330を有することになる。そして、FPC300の第1の部位Aの裏面側の各パッド301b、302bは、PCB200の表面のパッド201aに半田10で接続される。
一方、PCB200の裏面のパッド202bにFPC300の第2の部位Bの表側の各パッド303aを接続する場合、第2の部位Bは、第1の部位の仮想線X−XからFPC300の端側にほぼPCB200の厚みW分だけ寄った仮想線Y−Y(図2、図3のY−Yで示す線)に沿って、第1の部位Aと同じ方向にほぼ直角に折り曲げられる。これにより、FPC300の第2の部位Bも、PCB200の端部220において折曲部340を有することになる。
FPC300のこれら2つの仮想線X−X,Y−Y上にはパッドは形成されていない。もっとも、FPCのパッドは、銅上にニッケルメッキが施されており、ニッケルメッキを施した箇所は剛性が高くなり、この箇所で屈曲させるのは困難である。また、場合によってはさらにニッケルメッキ上に金メッキが施されており、多層金属の全厚が厚く形成されるため、鋭角に曲げることはさらに困難になる。一方、パッド以外は銅配線層のみであるため、その金属全厚は比較的薄く、銅の剛性も高くない。さらに、銅配線上にカバ一層(保護層)を施しているので、屈曲耐性は比較的高いものとなる。本例では、FPC300の中央部の第1の部位Aはスリット奥端を結ぶ仮想線X−Xで一様に折り曲げるため、折り曲げ治具を必要とせずに折り曲げることができる。
このように、FPC300の中央部の第1の部位Aおよび端部の第2の部位Bのいずれもが同一方向にパッド以外の箇所でそれぞれほぼ直角に曲げられる。そして、この折曲部330、340の断面構造によって、第1の部位Aと第2の部位Bのそれぞれの接続箇所が効果的に補強される。すなわち、FPC300の断面頂部に下方に押し込む力が作用した場合には、FPC300の第1の部位AとPCB200の上面のパッド201aとの接続が抗力として作用し、一方、FPC300の頂部を持ち上げる力に対してはFPC300の第2の部位BとPCB300の下面のパッド202bとの接続が抗力として作用する。この様に、スリットからPCB200の両面にFPC300が接続されるので、第1の部位Aまたは第2の部位Bが一方向に引っ張られることなく剥離断線も生じない。
以上、本発明の一態様に係る電子装置について説明したが、本発明は係る一態様に限定されるものではない。たとえば、前記態様ではTOSA、ROSAに対する高速信号伝送線路304、GND用線路305がFPC300の裏面に、バイアス線路306がFPC300の表面に形成されていたが、高速信号伝送線路304、GND用線路305をFPC300の表面に、バイアス線路306をFPC300の裏面に形成することもできる。この形態においては、FPC300の第1の部位Aの端部において、高速信号伝送線路304、GND用線路305を裏面側パッド301b、302bに電気的に接続するためのビアホールを形成する。同様に、裏面側のバイアス線路306の端部を表面側に形成されたパッド303aに接続するビアホールを形成する。このため、表面側パッド303a、裏面側パッド301b、302bから直接高速信号伝送線路304、GND用線路305、およびバイアス線路306は引き出されない。
あるいは、上記例では、TOSA側FPC300T、ROSA側FPC300Rのそれぞれの中央部の第1の部位AがPCB200の表面側に、それぞれのFPCの端部の第2の部位BがPCB200の裏面側に接続される形態であったが、FPC300T、300Rの端部の第2の部位BがPCB200の表面側に、中央の第1の部位AがPCB200の裏面側に接続される形態であってもより。いずれの形態であっても、PCBの折り曲げ部300に対する押圧力、引っ張り力は、 PCB200の両面に対する半田接続により効果的に相殺される。
1…光トランシーバ、10…半田、20…半田接続部、100…OSA(光サブアセンブリ)、101…リードピン、200…PCB(回路基板)、201a、202b…パッド、210…回路部品、220…端部、300…FPC(フレキシブル基板)、303a…表面側パッド、301b〜302b…裏面側パッド、304…高速信号伝送線路、305…GND(接地)用線路、306…バイアス線路、310…屈曲部、320…孔、330、340…折曲部、350…分離溝、400…筐体。
Claims (6)
- 半導体素子を搭載する電子部品と、
該電子部品と電気的に結合する電子回路を搭載する回路基板と、
前記電子部品と前記回路基板とを電気的に接続するフレキシブル基板を有し、
該フレキシブル基板は前記回路基板側に設けたスリットにより、それぞれパッドを有する第1の部位と第2の部位に分割されており、
前記第1の部位のパッドは前記回路基板の一方の面に設けたパッドに接続され、
前記第2の部位のパッドは前記回路基板の他方の面に設けたパッドに接続され、
前記第1の部位および第2の部位は、前記回路基板の端部において、それぞれ同一方向に折り曲げられた折曲部を有する、電子装置。 - 前記フレキシブル基板は、少なくとも2つの前記スリットを有し、2つの前記スリットに挟まれた前記第1の部位と、該第1の部位の両側にそれぞれ前記スリットを介して位置する2つの前記第2の部位を有する、請求項1に記載の電子装置。
- 前記第1部位と前記第2の部位の折曲部は、前記回路基板の端部において前記回路基板の一方および他方の面に対してほぼ直角に折り曲げられている、請求項1または2に記載の電子装置。
- 前記第1部位および前記第2の部位のパッドは、前記第1部位および前記第2の部位の折曲部以外に形成されている、請求項1から3のいずれか1に記載の電子装置。
- 前記フレキシブル基板の前記第1の部位に、高周波信号を伝送する線路および接地用の線路が形成されている、請求項1から4のいずれか1に記載の電子装置。
- 前記電子部品は、前記回路基板の面に対して平行に伸びるリードピンを有し、
前記フレキシブル基板は前記電子部品側で前記リードピンに接続され、前記回路基板と前記電子部品との間の空間で、断面がU字状に屈曲した屈曲部を有する、請求項1から5のいずれか1に記載の電子装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017212661A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 株式会社フジクラ | 光電変換ユニット、光電変換ユニット付きケーブル及びコネクタ付きケーブル |
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2014
- 2014-07-02 JP JP2014136579A patent/JP2016015399A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017212661A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 株式会社フジクラ | 光電変換ユニット、光電変換ユニット付きケーブル及びコネクタ付きケーブル |
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