JP4175288B2

JP4175288B2 - 光コネクタの製造方法

Info

Publication number: JP4175288B2
Application number: JP2004130350A
Authority: JP
Inventors: 直哉松尾; 勉下村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP2005315911A

Description

本発明は、光通信分野などにおいて用いられ、光伝送媒体と電気回路の間で信号の授受を行う光コネクタの製造方法に関する。

従来の光コネクタを図１４に示し、その製造手順を図１５に示す。光コネクタには、光信号を受信して電気信号に変換する受光用光コネクタと、電気信号を光信号に変換して光ファイバなどの光伝送媒体に送り出す送光用光コネクタがある。図１４に示す光コネクタは受光用光コネクタであり、シールド部材により形成されたハウジング５に、光電素子ブロック９９を収納するとともに封止樹脂５２により封止して構成されている。ハウジング５は、光信号の授受を行うため、光ファイバ末端のフェルール（不図示）を挿入する円筒状のスリーブ５１が突出して設けられている。

上述の光コネクタの製造手順を説明する。まず、図１５（ａ）に示すように、ＭＩＤ基板９を製造する。ＭＩＤ基板９は、立体回路成型品（ＭＩＤ；ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄＤｅｖｉｃｅ）であり、前方（図の右方向）に突出す円筒状の突台に設けられた凹所９１と、後方に設けられた凹所９２を備えて、電極端子３１とともに一体成型されている。ＭＩＤ基板９の表面には、電磁シールド用の導体膜の他、凹所９１，９２及び電極端子３１を電気接続する所定の導体パターンが設けられている。

続いて、図１５（ｂ）に示すように、凹所９２の底面に光電素子１２の入力信号を信号処理する信号処理用チップＩＣ１やノイズカット用コンデンサ３２，３３を実装してこれらを封止樹脂９５により封止し、凹所９１の底面にフォトダイオード（ＰＤ）を受信用光電素子１２として実装する。続いて、図１５（ｃ）に示すように、凹所９１にレンズ形成用透明樹脂を充填して光電素子１２を封止するとともレンズ１３を形成して、光電素子ブロック９９が完成する。

上述の光電素子ブロック９９を、図１５（ｄ）に示すように、光軸Ｌの方向にレンズ１３の光軸を位置決めしてハウジング５に収納する。最後に、図１５（ｅ）に示すように、光電素子ブロック９９の後方に形成された空間５２ａに、上述の封止樹脂５２を充填することにより光電素子ブロック９９をハウジング５内に固定して、図１４に示した光コネクタが完成する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６４６３８号公報

しかしながら、上述した図１４、図１５や特許文献１に示されるような光コネクタ及びその製造方法においては、次のような問題がある。すなわち、光コネクタ製造工程が、ＭＩＤ基板の製造、信号処理用チップの実装と樹脂封止、光電素子の実装、そして、レンズ形成という順番で行われ、長い製造工程の最後に、レンズ形成という難しい工程が行われる。従って、工程中の製品検査の結果、レンズが不良となった場合、高価な信号処理用チップ（ＩＣチップ）や光学素子を、本来良品であるにも関わらず廃棄せざるを得なくなる。また、ＭＩＤ基板の製造費用が割高であるという問題もある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、本来良品のＩＣチップや光電素子を廃棄する事態の回避とともに製造コストの低減を実現できる光コネクタの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、前面にレンズを有する光電素子と、前記光電素子と外部との電気接続を行う電極端子を有した回路基板と、前記光電素子及び回路基板を収納するとともに前記光電素子との間で光信号の授受を行う光伝送媒体が接続されるハウジングと、を備える光コネクタの製造方法であって、光軸方向に略平行に設けられたリードフレームの先端部に光入射面又は光出射面を光軸に垂直にして光電素子を実装し、光電素子の前面に位置するレンズと光電素子及びその周辺のリードフレームを含む部分を透明樹脂により一体成形してレンズブロックを形成する工程と、前記工程により形成されたレンズブロックのリードフレームを回路基板に電気接続し、前記回路基板の電極端子をハウジングの外部に突出させた状態で、前記レンズブロックと回路基板を前記ハウジングに位置決め収納して、これらのレンズブロックと回路基板を樹脂封止する工程と、を備えるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光コネクタの製造方法において、前記レンズブロックは、前記レンズとは別部材からなる前記ハウジング内における当該レンズの光軸方向位置決め用鍔部を備え、その鍔部の前面をハウジング内に形成した位置決め突部に突き当てて位置決めするものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の光コネクタの製造方法において、前記レンズブロックは、前記レンズとともに一体成形した前記ハウジング内における当該レンズの光軸方向位置決め用鍔部を備え、その鍔部の前面をハウジング内に形成した位置決め突部に突き当てて位置決めするものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の光コネクタの製造方法において、前記レンズブロックは、前記光電素子を実装したリードフレームをレンズ形成樹脂を注入したキャスティングケースに挿入し、樹脂硬化の後、離型して、光電素子の前方に位置するレンズと、光電素子及びその周辺のリードフレームを含む部分と、ハウジング内におけるレンズの光軸方向の位置を決める鍔部と、を一体成形して形成され、前記リードフレームを前記キャスティングケースに挿入する際に、前記リードフレームに設けた光軸方向に直交して突出するリブを前記キャスティングケースに設けた位置決め部に突き当てて前記リードフレームの位置決めを行い、前記リブの前面と鍔部の前面とを略同一面とするものである。

請求項１の発明によれば、リードフレーム、光電素子、及びレンズからなるレンズブロックを、他の電気信号処理用の電子素子等の搭載される回路基板とは独立した別個の部品として製造するので、従来の電子素子と光電素子を実装した状態でレンズを形成する場合とは異なり、レンズの成型不良が原因で本来良品の電子素子を廃棄するなどという事態を回避できる。

請求項２、又は請求項３の発明によれば、レンズの光軸方向位置決め用鍔部とハウジング内に形成した位置決め突部を用いて、容易にレンズの光軸方向の位置決めが正確に行えるので、実装時間を短縮できる。また、請求項３の発明によれば、位置決め用鍔部をレンズとともに形成できるので、さらに製造効率が上がる。

請求項４の発明によれば、リブの前面と鍔部の前面とを共通の基準面として用いることができるので、リードフレームのリブをキャスティングケースの位置決め部に突き当てるだけでレンズブロックの鍔部と光電素子の位置、従って光電素子とレンズの位置を位置精度良く、また作業効率良く、レンズブロックを製造でき、また寸法検査も容易である。

以下、本発明の一実施形態に係る光コネクタの製造方法及び光コネクタについて、図面を参照して説明する。図１、図２は、光コネクタ１０の概観を示す。光コネクタ１０は、受光コネクタ部５Ａと、送光コネクタ部５Ｂと、を封止樹脂５２による封止状態でハウジング５に収納して備えている。ハウジング５は、金属、導電性樹脂、あるいは鍍金された成型品により形成され、電磁シールド機能を有している。ハウジング５は、光信号の授受を行うため、光伝送媒体、例えば光ファイバの末端に設けられたフェルール（不図示）を挿入する円筒状の受光及び送光用のスリーブ５１がそれぞれ突出して設けられている。受光コネクタ部５Ａと送光コネクタ部５Ｂからハウジング５の外部に導出された電極端子３１は、光コネクタ１０を外部電気回路に電気接続及び固定保持するために用いられる。

受光コネクタ部５Ａは、レンズブロック１と、外部との電気接続を行う電極端子３１を有する回路基板３とを備えており、これらのレンズブロック１と回路基板３とは、リードフレーム１１を回路基板３に電気接続し、回路基板３の電極端子３１をハウジング５の外部に突出させた状態でハウジング５内に位置決め収納されている。受光用のレンズブロック１は、光軸方向に略平行に設けられたリードフレーム１１の先端部に光入射面を光軸に垂直にして受光用の光電素子１２（例えば、フォトダイオードＰＤ）を実装し、光電素子１２の前面に位置するレンズ１３と光電素子１２及びその周辺のリードフレーム１１を含む部分を透明樹脂により一体成形されている。受光用の回路基板３は、光電素子１２からの入力信号を信号処理する信号処理用チップＩＣ１やノイズカット用コンデンサ３３などをプリント基板３０に実装している。

送光コネクタ部５Ｂは、レンズブロック２と、外部との電気接続を行う電極端子３１を有する回路基板４とを備えており、これらのレンズブロック２と回路基板４とは、リードフレーム１１を回路基板４に電気接続し、回路基板４の電極端子３１をハウジング５の外部に突出させた状態でハウジング５内に位置決め収納するとともに樹脂封止されている。送光用のレンズブロック２は、光軸方向に略平行に設けられたリードフレーム１１の先端部に光出射面を光軸に垂直にして送光用の光電素子２２（例えば、発光ダイオードＬＥＤ）を実装し、光電素子２２の前面に位置するレンズ２３と光電素子２２及びその周辺のリードフレーム１１を含む部分を透明樹脂により一体成形されている。送光用の回路基板４は、外部からの電気信号をもとに光電素子２２を駆動する駆動処理用チップＩＣ２などをプリント基板４０に実装している。

受光コネクタ部５Ａは、矢印ＩＮで示す方向から光信号を受けて、その信号を電気信号に変換し、電極端子３１を介して、光コネクタ１０の外部電気回路（不図示）に電気信号を送出する。

送光コネクタ部５Ｂは、送光用のレンズブロック２と信号処理用の回路基板４からなり、光コネクタ１０の外部電気回路（不図示）からの電気信号を電極端子３１を介して受け取り、電気信号を光信号に変換して、矢印ＯＵＴで示す方向に光信号を送出する。

図３乃至図６は、光コネクタ１０の製造工程の概要手順を示す。以下に、この製造工程を説明する。主として、受光用の部材の製造工程について説明を行い、送光用については受光用と同様であり適宜省略する。まず、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す受光用のレンズブロック１が製造される。レンズブロック１の製造は、複数の対となったリードフレーム１１を備えた板材を用いて、光電素子１２の実装、及びレンズ１３を含む樹脂成形等を一括して行い、その後に各レンズブロックを切り離して製造することで、効率的に製造できる。レンズ１３を含む樹脂成形は、後述の図１１に示すような、キャスティングケースを用いたキャスティング工法により行うことができる。

続いて、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、電極端子３１を備えた回路基板３，４にレンズブロック１，２を電気接続して実装する。回路基板３，４は、通常のプリント基板形成工程、及び電子素子実装工程により容易に形成される。レンズブロック１，２は、そのリードフレーム１１を回路基板３，４に設けた所定の実装用スルーホールに挿入し、ハンダ付けにより固定される。これにより、図５（ａ）（ｂ）に示すように、光素子と電気素子が一体と成った光電子ブロック７が形成される。

光電子ブロック７は、ハウジング５における、各収納空間５ａ，５ｂに、レンズ１３，２３の光軸とハウジング５の光軸Ｌとを位置決めして収納され（図５）、図６（ａ）（ｂ）に示す状態とされる。図６（ａ）（ｂ）に示す状態において、ハウジング５内に形成された樹脂充填用の空間５２ａに、前述の図１，図２に示すように、封止樹脂５２を充填して、光コネクタ１０が完成する。

次に、ハウジング５内における光軸方向のレンズブロック１，２の位置決めを容易とする光コネクタの製造方法及びその光コネクタ１について説明する。図７に示す光コネクタ１は、前述の図１〜図６に示したものと異なり、レンズブロック１，２が、レンズ１３，２３とともに一体成形したレンズの光軸方向位置決め用鍔部１６を備えている。また、ハウジング５は、レンズブロック収納空間内に位置決め突部（ＦｏｒｗａｒｄＳｔｏｐ）６を備えている。そして、鍔部１６の前面Ｆ２を位置決め突部６に突き当てて、光軸方向の位置決めをすることができる。

図８（ａ）（ｂ）は、鍔部１６を有するレンズブロック１を示す。レンズブロック１のリードフレーム１１は、光軸方向に直交して外方向に突出するリブ１５を備えており、その前面Ｆ１と鍔部１６の前面Ｆ２とは面一とされている。

図９，図１０は、上述の鍔部１６を有するレンズブロック１，２を、前述同様に回路基板３，４に電気接続した光電子ブロック７として、ハウジング５内に収納する様子を示す。光電子ブロック７をハウジング５に挿入位置決めするとき、レンズブロック１，２の鍔部１６の前面Ｆ２が、ハウジング５内の位置決め突部６に突き当たるまで挿入する。このとき、挿入方向を下向きとなるようにハウジング５を配置して、ハウジング５の上方から光電子ブロック７を挿入すると自動的に光軸方向の位置決めがなされる。

図１１は、鍔部１６を有するレンズブロック１の製造方法を示す。レンズブロック１のレンズ１３、鍔部１６を含む樹脂成形は、図１１（ａ）に示すように、キャスティングケース２０を用いたキャスティングと呼ばれる工法により行われる。キャスティングケース２０には、底面にレンズ１３の表面形状と略同じ表面形状に形成された凹部が形成され、段差を有する開口部はレンズブロック１の鍔部１６を形成する型形状になっている。

そして、樹脂成形に際して、先ずキャスティングケース２０内にエポキシ樹脂などの透光性及び熱硬化性を有する液状のレンズ樹脂１３ａを注入した後、キャスティングケース２０内に、光電素子１２を実装したリードフレーム１１を挿入する。このとき、リードフレーム１１のリブ１５の前面Ｆ１を、キャスティングケース２０の開口段差部の上面からなる位置決め部Ｆ３に突き当ててリードフレーム１１の位置決めを行う。

その後、図１１（ｂ）に示すように、レンズ樹脂１３ａの樹脂硬化温度まで加熱し、レンズ樹脂１３ａを硬化させた後、図１１（ｃ）に示すように、キャスティングケース２０から離型させると、光電素子１２の前方に位置するレンズ１３と、光電素子１２及びその周辺のリードフレーム１１を含む部分と、ハウジング内におけるレンズ１３の光軸方向の位置を決める鍔部１６と、を一体成形したレンズブロック１が得られる。このとき、リブ１５の前面Ｆ１と鍔部１６の前面Ｆ２とは、自動的に略同一面となっている。

次に、上述のレンズブロック１，２の位置決め用の鍔部１６をレンズ１３，２３とは別部材により形成した鍔部１７を有する光コネクタ１０を図１２（ａ）（ｂ）に示し、そのレンズブロック１を図１３（ａ）（ｂ）に示す。鍔部１７を用いたレンズブロック１，２のハウジング５内への位置決め収納は前述と同様であり、説明を省略する。このレンズブロック１は、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、リードフレームに設けた光軸方向に直交して外方向に突出するリブ１５の後面Ｂ１と鍔部１７のを後面Ｂ２とが面一になっているが、これらの面の位置関係は、特にこれに限られるものではない。

この鍔部１７は、光電素子１２をリードフレーム１１に実装する前に形成することで、対となっているリードフレーム１１の位置関係を保持する保持具として用いることができる。この鍔部１７は、別途形成した部品をリードフレーム１１にはめ込むようにしてもよく、また、リードフレーム１１とともにインサート成形して形成してもよい。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る光コネクタの部分破断平面図、（ｂ）は同光コネクタの部分破断側面図。同上光コネクタの背面平面図。（ａ）は同上光コネクタのレンズブロックの平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図。（ａ）（ｂ）は同上光コネクタの回路基板にレンズブロックを接続する様子を示す一部破断面を含む平面図、（ｃ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタの回路基板とレンズブロックをハウジングに収納する様子を示す一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタの回路基板とレンズブロックをハウジングに収納した状態の一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は本発明の一実施形態に係る光コネクタの他の例の一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタのレンズブロックの一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタの回路基板とレンズブロックをハウジングに収納する様子を示す一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタの回路基板とレンズブロックをハウジングに収納した状態の一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタのレンズブロック形成前の製造工程を示す断面図を含む側面図、（ｂ）は同レンズブロック形成中の製造工程を示す断面図を含む側面図、（ｃ）は同レンズブロック形成後の製造工程を示す断面図を含む側面図。（ａ）は本発明の一実施形態に係る光コネクタのさらに他の例の一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。（ａ）は同上光コネクタのレンズブロックの一部破断面を含む平面図、（ｂ）は同一部破断面を含む側面図。従来の光コネクタの一部破断面を含む側面図。（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上従来の光コネクタの光電回路ブロックの製造工程を示す断面図、（ｄ）は同光電回路ブロックをハウジングに収納する様子を示す断面図、（ｅ）は同光電回路ブロックをハウジングに収納した状態を示す断面図。

符号の説明

１，２レンズブロック
３，４回路基板
５ハウジング
６位置決め突部
１０光コネクタ
１１リードフレーム
１２，２２光電素子
１３，２３レンズ
１３ａレンズ形成樹脂
１５リブ
１６，１７鍔部
２０キャスティングケース
３１電極端子
Ｆ１，Ｆ２前面
Ｆ３位置決め部
Ｌ光軸

Claims

前面にレンズを有する光電素子と、前記光電素子と外部との電気接続を行う電極端子を有した回路基板と、前記光電素子及び回路基板を収納するとともに前記光電素子との間で光信号の授受を行う光伝送媒体が接続されるハウジングと、を備える光コネクタの製造方法であって、
光軸方向に略平行に設けられたリードフレームの先端部に光入射面又は光出射面を光軸に垂直にして光電素子を実装し、光電素子の前面に位置するレンズと光電素子及びその周辺のリードフレームを含む部分を透明樹脂により一体成形してレンズブロックを形成する工程と、
前記工程により形成されたレンズブロックのリードフレームを回路基板に電気接続し、前記回路基板の電極端子をハウジングの外部に突出させた状態で、前記レンズブロックと回路基板を前記ハウジングに位置決め収納して、これらのレンズブロックと回路基板を樹脂封止する工程と、を備えることを特徴とする光コネクタの製造方法。
前記レンズブロックは、前記レンズとは別部材からなる前記ハウジング内における当該レンズの光軸方向位置決め用鍔部を備え、その鍔部の前面をハウジング内に形成した位置決め突部に突き当てて位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の光コネクタの製造方法。
前記レンズブロックは、前記レンズとともに一体成形した前記ハウジング内における当該レンズの光軸方向位置決め用鍔部を備え、その鍔部の前面をハウジング内に形成した位置決め突部に突き当てて位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の光コネクタの製造方法。
前記レンズブロックは、前記光電素子を実装したリードフレームをレンズ形成樹脂を注入したキャスティングケースに挿入し、樹脂硬化の後、離型して、光電素子の前方に位置するレンズと、光電素子及びその周辺のリードフレームを含む部分と、ハウジング内におけるレンズの光軸方向の位置を決める鍔部と、を一体成形して形成され、
前記リードフレームを前記キャスティングケースに挿入する際に、前記リードフレームに設けた光軸方向に直交して突出するリブを前記キャスティングケースに設けた位置決め部に突き当てて前記リードフレームの位置決めを行い、前記リブの前面と鍔部の前面とを略同一面とすることを特徴とする請求項３に記載の光コネクタの製造方法。