JP2017016019A - レンズホルダ及びそれを用いた通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】基板に搭載された際に該基板に設けられている信号配線上を伝搬する電気信号を劣化させることのないレンズホルダ及びこのレンズホルダを用いた通信モジュールを提供する。【解決手段】通信モジュールは、光素子及び電子部品が実装された実装面５ａを備えるモジュール基板５と、実装面５ａに搭載され、光素子及び電子部品を収容する収容空間を備えるレンズホルダ４０と、レンズホルダ４０によって保持され、光素子と光ファイバ３とを光結合させるレンズブロック３０と、を有する。レンズホルダ４０の収容空間は、実装面５ａから立ち上がる複数の側壁部４１，４２，４３，４４と、実装面５ａと対向する天井部４５と、によって形成され、少なくとも側壁部４１には、収容空間内の電子部品に接続される実装面５ａ上の信号配線５０を跨ぐ凹部４６が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、レンズホルダ及びレンズホルダが搭載された基板を備える通信モジュールに関する。

一般的な通信モジュールは、コネクタを備えた基板と該基板を収容する筐体とを有する。通信モジュールに内蔵される基板は、一般的に“モジュール基板”と呼ばれ、通信モジュールが接続される基板（一般的に“ホストボード”と呼ばれる。）と区別される。以下の説明では、上記区別に従って、通信モジュールに内蔵される基板を“モジュール基板”と呼び、通信モジュールが接続される基板を“ホストボード”と呼ぶ場合がある。

モジュール基板には、光素子（発光素子や受光素子）や電子部品等が実装される。例えば、モジュール基板には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の発光素子と該発光素子を駆動するための駆動用ＩＣ(Integrated Circuit)とが実装され、また、ＰＤ（Photodiode）等の受光素子と該受光素子から出力される電気信号を増幅する増幅用ＩＣ(Integrated Circuit)とが実装される。さらに、モジュール基板には、上記のような光素子と光ファイバとを光結合させるレンズも実装される。

光素子と光ファイバとを光結合させるレンズは、一般的に“レンズホルダ”と呼ばれる保持部材によって保持され、モジュール基板上の所定位置に配置される。

特開２０１５−１８１５３号公報

レンズホルダが搭載されるモジュール基板の表面には信号配線が形成されている。例えば、モジュール基板の表面には、駆動用ＩＣや増幅用ＩＣとコネクタとを電気的に接続する信号配線が形成されており、コネクタに入力された電気信号は信号配線を介して駆動用ＩＣに伝えられ、増幅用ＩＣから出力された電気信号は信号配線を介してコネクタに伝えられる。

ここで、モジュール基板表面に形成されている信号配線に誘電体であるレンズホルダが重なっていると、信号配線上を伝搬する電気信号が劣化する虞がある。特に、通信速度の高速化に伴って信号配線上を伝搬する電気信号の速度も高速化しており、信号配線と重複する誘電体（レンズホルダ）の存在に起因する信号劣化が無視できないレベルに達する虞がある。

本発明の目的は、基板に搭載された際に該基板に設けられている信号配線上を伝搬する電気信号を劣化させることのないレンズホルダ及びこのレンズホルダを用いた通信モジュールを提供することである。

本発明のレンズホルダは、光素子と光ファイバとを光結合させるレンズを保持するレンズホルダである。このレンズホルダは、基板の実装面に搭載されたときに該実装面に実装されている前記光素子及び電子部品を収容する収容空間を有する。前記収容空間は、前記実装面から立ち上がる２つ以上の側壁部と、前記実装面と対向する天井部と、によって形成される。前記２つ以上の側壁部の少なくとも１つには、前記収容空間内の前記電子部品に接続される前記実装面上の信号配線を跨ぐ凹部が設けられる。

本発明の一形態では、前記側壁部の底面が前記実装面に固定され、前記天井部に前記レンズが固定される。

本発明の通信モジュールは、光素子及び電子部品が実装された実装面を備える基板と、前記実装面に搭載され、前記光素子及び前記電子部品を収容する収容空間を備えるレンズホルダと、前記レンズホルダによって保持され、前記光素子と光ファイバとを光結合させるレンズと、を有する。前記レンズホルダの前記収容空間は、前記実装面から立ち上がる２つ以上の側壁部と、前記実装面と対向する天井部と、によって形成される。前記２つ以上の側壁部の少なくとも１つには、前記収容空間内の前記電子部品に接続される前記実装面上の信号配線を跨ぐ凹部が設けられる。

本発明の一形態では、前記レンズホルダの前記側壁部の底面が前記実装面に固定され、前記レンズホルダの前記天井部に前記レンズが固定される。

本発明の他の形態では、前記信号配線を介して前記電子部品と接続されたコネクタが設けられ、前記２つ以上の側壁部のうち前記コネクタに最も近接している側壁部に、前記凹部が設けられる。

本発明によれば、基板に搭載された際に該基板に設けられている信号配線上を伝搬する電気信号を劣化させることのないレンズホルダ及びこのレンズホルダを用いた通信モジュールが実現される。

本発明が適用された通信モジュールの一例を示す斜視図である。 （ａ）はモジュール基板上に設けられている光電変換部の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 レンズホルダの形状を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。図１に示される通信モジュール１は、不図示のＩＴ（Information Technology）装置等が備える不図示のホストボードに接続され、光信号を電気信号に変換したり、電気信号を光信号に変換したりする。通信モジュール１の先端にはコネクタ（プラグコネクタ２）が設けられており、このプラグコネクタ２がホストボードに設けられているコネクタ（レセプタクルコネクタ）に接続される。すなわち、本実施形態に係る通信モジュール１は、ホストボードに設けられているレセプタクルコネクタに挿抜可能なプラグコネクタ２を備えており、プラグコネクタ２がレセプタクルコネクタに挿入されると、通信モジュール１がホストボードに接続される。

上記のようにして通信モジュール１が接続されるホストボードには通信用半導体チップが実装されており、ホストボードに接続された通信モジュール１は、ホストボードに形成されている信号配線を介して通信用半導体チップと接続される。また、ホストボード上には複数のレセプタクルコネクタが配置されており、それぞれのレセプタクルコネクタを介して複数の通信モジュール１が通信用半導体チップと接続される。

通信モジュール１は、テープ状の光ファイバ（ファイバリボン）３の一端側が引き入れられた筐体４と該筐体４に収容された基板５とを有し、この基板上には光電変換部６が設けられている。本実施形態における基板５は多層基板であり、以下の説明では、基板５を“モジュール基板５”と呼ぶ。尚、筐体４は、図示されている下側ケース４ａと不図示の上側ケースとから構成されている。下側ケース４ａと上側ケースとは互いに突き合わされてモジュール基板５を収容可能な空間を備える筐体４を構成する。

図１では省略されているが、モジュール基板５に設けられている光電変換部６は、モジュール基板５の実装面５ａに設けられた光素子，電子部品，レンズホルダ及びレンズホルダによって保持されるレンズ等によって構成されている。図２（ａ）に示されるように、光電変換部６は、光素子の一つである発光素子１０と、電子部品の一つであって、発光素子１０を駆動する駆動用ＩＣ１１と、を含んでいる。また、光電変換部６は、光素子の他の一つである受光素子２０と、電子部品の他の一つであって、受光素子２０から出力される信号を増幅するＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）等の増幅用ＩＣ２１と、を含んでいる。さらに、図２（ｂ）に示されるように、光電変換部６は、発光素子１０及び受光素子２０（図２（ａ））と光ファイバ３とを光結合させるレンズ３０を含んでいる。本実施形態おけるレンズ３０は、複数のレンズエレメント３０ａと不図示の反射面とを備えるレンズブロックであり、モジュール基板５に搭載された樹脂製のレンズホルダ４０によって保持されている。

図２（ａ）に示されるように、モジュール基板５の実装面５ａには複数の信号配線５０が設けられている。具体的には、実装面５ａには、駆動用ＩＣ１１とプラグコネクタ２（図１）とを電気的に接続する信号配線５１、増幅用ＩＣ２１とプラグコネクタ２（図１）とを電気的に接続する信号配線５２、駆動用ＩＣ１１と発光素子１０とを電気的に接続する信号配線５３、増幅用ＩＣ２１と受光素子２０とを電気的に接続する信号配線５４が設けられている。図１に示されるプラグコネクタ２に入力された電気信号は、図２（ａ）に示される信号配線５１を介して駆動用ＩＣ１１に伝えられ、駆動用ＩＣ１１から出力された電気信号は、信号配線５３を介して発光素子１０に伝えられる。電気信号が入力された発光素子１０は、該電気信号に応じた光信号を出力する。発光素子１０から出力された光信号は、レンズブロック３０によって進行方向が変えられて光ファイバ３に入射する。

本実施形態では、駆動用ＩＣ１１と各信号配線５１とはボンディングワイヤを介して接続されており、駆動用ＩＣ１１と各信号配線５３とはボンディングワイヤを介して接続されている。また、増幅用ＩＣ２１と各信号配線５２とはボンディングワイヤを介して接続されており、増幅用ＩＣ２１と各信号配線５４とはボンディングワイヤを介して接続されている。

光ファイバ３から出射された光信号は、レンズブロック３０によって進行方向が変えられて受光素子２０に入射する。光信号が入力された受光素子２０は、該光信号に応じた電気信号を出力する。受光素子２０から出力された電気信号は、信号配線５４を介して増幅用ＩＣ２１に伝えられ、増幅用ＩＣ２１から出力された電気信号は、信号配線５２を介してプラグコネクタ２（図１）に伝えられる。

尚、ここで説明した信号配線は、モジュール基板５に設けられている信号配線の一部である。モジュール基板５の実装面５ａには、必要に応じて上記信号配線以外の信号配線が設けられ、また、モジュール基板５の内層にも必要に応じて信号配線が設けられる。

図２，図３に示されるように、レンズブロック３０を保持するレンズホルダ４０は、２つ以上の側壁部と天井部とから形成され、発光素子１０，駆動用ＩＣ１１，受光素子２０及び増幅用ＩＣ２１を収容する収容空間４０ａを有する。具体的には、レンズホルダ４０は、第１側壁部４１，第２側壁部４２，第３側壁部４３，第４側壁部４４と、これら側壁部の上に設けられた天井部４５と、を有する。もっとも、第１側壁部４１，第２側壁部４２，第３側壁部４３，第４側壁部４４及び天井部４５は、樹脂によって一体成形されている。すなわち、レンズホルダ４０は誘電体の一種である樹脂によって一体成形されている。

発光素子１０及び受光素子２０と光ファイバ３とを光結合させるレンズブロック３０は、図２，図３に示されるように、レンズホルダ４０の天井部４５によって保持されている。具体的には、天井部４５には略矩形の取付け穴４５ａが形成されており、この取付け穴４５ａにレンズブロック３０が嵌め込まれている。図示は省略されているが、光ファイバ３の一端は、ＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタを介してレンズブロック３０に接続（光接続）されている。具体的には、レンズブロック３０の突き当て面にＭＴコネクタの先端面が突き当てられている。さらに、レンズブロック３０の突き当て面からは一対のガイドピンが突出しており、このガイドピンがＭＴコネクタの先端面に形成されているガイド穴に挿入されている。もっとも、レンズブロック３０と光ファイバ３との接続構造は上記構造に限定されるものではなく、公知又は新規の他の接続構造を任意に採用することができる。また、本実施形態では、図２（ａ）に示される発光素子１０にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が用いられ、同図に示される受光素子２０にＰＤ（Photodiode）が用いられているが、発光素子１０及び受光素子２０は、特定の発光素子や受光素子に限定されない。

レンズホルダ４０の第１側壁部４１，第２側壁部４２，第３側壁部４３及び第４側壁部４４の底面は、モジュール基板５の実装面５ａに接着剤によって固定されており、これら側壁部は実装面５ａから立ち上がっている。一方、レンズホルダ４０の天井部４５は、各側壁部４１，４２，４３及び４４の上に設けられており、実装面５ａと対向している。換言すれば、各側壁部４１，４２，４３及び４４は実装面５ａに対して垂直であり、天井部４５は実装面５ａに対して平行である。

図３に示されるように、レンズホルダ４０の第１側壁部４１には、モジュール基板５の実装面５ａから離反し、駆動用ＩＣ１１（図２（ａ））に接続されている信号配線５１及び増幅用ＩＣ２１（図２（ａ））に接続されている信号配線５２を跨ぐ凹部４６が形成されている。換言すれば、信号配線５１は、第１側壁部４１に形成されている凹部４６を通じて収容空間４０ａ（図２（ｂ））の内外に延びている。また、信号配線５２は、第１側壁部４１に設けられている凹部４６を通じて収容空間４０ａ（図２（ｂ））の内外に延びている。

上記のように信号配線５１，５２を跨いでいる凹部４６の内面４６ａは、これら信号配線５１，５２が形成されている実装面５ａと対向しており、かつ、実装面５ａから離反している。すなわち、凹部４６の内面４６ａと実装面５ａとの間には隙間があり、内面４６ａは実装面５ａ及び実装面５ａに形成されている信号配線５１，５２に接していない。ここで、凹部４６の内面４６ａと信号配線５１，５２とは、信号配線５１，５２を伝搬する電気信号によって信号配線５１，５２の周囲の発生する電界が誘電体であるレンズホルダ４０によって影響を受けない程度に離れている。

以上のように、本実施形態では、発光素子１０，駆動用ＩＣ１１，受光素子２０及び増幅用ＩＣ２１がレンズホルダ４０の収容空間４０ａに収容されている。換言すれば、駆動用ＩＣ１１，受光素子２０及び増幅用ＩＣ２１がレンズホルダ４０によって覆われて保護されている。また、駆動用ＩＣ１１と信号配線５１との接続部や増幅用ＩＣ２１と信号配線５２との接続部もレンズホルダ４０によって覆われて保護されている。一方、誘電体であるレンズホルダ４０は、該レンズホルダ４０の内外に延びる信号配線５１，５２に接していない。よって、信号配線５１，５２を伝搬する電気信号の劣化が抑制される。また、本実施形態では、レンズホルダ４０の４つの側壁部のうち、図１に示されているプラグコネクタ２に最も近接している第１側壁部４１に凹部４６が設けられている。よって、この凹部４６を通して信号配線５１，５２をプラグコネクタ２に接続させることにより、信号配線５１，５２が短くなり、信号劣化がより一層抑制される。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記本質的特徴を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、レンズホルダには２つ以上の凹部を設けることもできる。また、１つの側壁部に２つ以上の凹部を設けることもできる。レンズホルダに２つ以上の凹部を設けたり、１つの側壁部に２つ以上の凹部を設けたりすることにより、信号配線のレイアウトの自由度が向上する。

本発明は、光通信用の通信モジュールやこれに用いられるレンズホルダのみでなく、電気通信用の通信モジュールやこれに用いられるレンズホルダにも適用できる。

１ 通信モジュール
２ プラグコネクタ
３ 光ファイバ
４ 筐体
５ 基板（モジュール基板）
５ａ 実装面
６ 光電変換部
１０ 発光素子
１１ 駆動用ＩＣ
２０ 受光素子
２１ 増幅用ＩＣ
３０ レンズ（レンズブロック）
３０ａ レンズエレメント
４０ レンズホルダ
４０ａ 収容空間
４１ 第１側壁部
４２ 第２側壁部
４３ 第３側壁部
４４ 第４側壁部
４５ 天井部
４５ａ 取付け穴
４６ 凹部
４６ａ 内面
５０，５１，５２，５３，５４ 信号配線

Claims (5)

1. 光素子と光ファイバとを光結合させるレンズを保持するレンズホルダであって、
   基板の実装面に搭載されたときに該実装面に実装されている前記光素子及び電子部品を収容する収容空間を有し、
   前記収容空間は、前記実装面から立ち上がる２つ以上の側壁部と、前記実装面と対向する天井部と、によって形成され、
   前記２つ以上の側壁部の少なくとも１つには、前記収容空間内の前記電子部品に接続される前記実装面上の信号配線を跨ぐ凹部が設けられている、
   レンズホルダ。
2. 請求項１に記載のレンズホルダにおいて、
   前記側壁部の底面が前記実装面に固定され、前記天井部に前記レンズが固定される、レンズホルダ。
3. 光素子及び電子部品が実装された実装面を備える基板と、
   前記実装面に搭載され、前記光素子及び前記電子部品を収容する収容空間を備えるレンズホルダと、
   前記レンズホルダによって保持され、前記光素子と光ファイバとを光結合させるレンズと、を有し、
   前記レンズホルダの前記収容空間は、前記実装面から立ち上がる２つ以上の側壁部と、前記実装面と対向する天井部と、によって形成され、
   前記２つ以上の側壁部の少なくとも１つには、前記収容空間内の前記電子部品に接続される前記実装面上の信号配線を跨ぐ凹部が設けられている、
   通信モジュール。
4. 請求項３に記載の通信モジュールにおいて、
   前記レンズホルダの前記側壁部の底面が前記実装面に固定され、
   前記レンズホルダの前記天井部に前記レンズが固定されている、
   通信モジュール。
5. 請求項３又は４に記載の通信モジュールにおいて、
   前記信号配線を介して前記電子部品と接続されたコネクタを有し、
   前記２つ以上の側壁部のうち前記コネクタに最も近接している側壁部に、前記凹部が設けられている、
   通信モジュール。

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