JP4307344B2 - 表面実装型モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、携帯用通信機器、各種センサ用等に使用される表面実装型モジュールに関する。
電子機器の小型化薄型化に伴い、そこに実装される各種電子部品の小型化薄型化も進められてきた。そこで、電子部品は実装に際して回路基板の片面になるべく低い高さで実装できる表面実装型のものが多く採用されている。また、その実装に当たっては鉛フリーの半田か、半田レスの実装技術が求められている。このような事情は光伝送システムに採用される各種モジュールにも及んでいる。ヨーロッパを中心としてＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport）と云われる車内ネットワーク規格が採用されている。これによってナビゲーションシステムをはじめ、オーディオ・電話等のインテリジェンス機能を繋いで相互に利用しあう環境を提供している。そこではＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）を２本使用してデータ通信する２芯双方向型の光ファイバモジュールが用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。
従来のこのような車内ＬＡＮ等に用いられている光ファイバモジュールの一例について説明する。図８は従来の双方向光ファイバモジュールである光ミニジャックモジュールの発光側の側断面図であり、図９は同じく受光側の側断面図である。
まず、発光側の光ファイバモジュールの構成を説明する。図８において、６０は双方向光伝送型の光ミニジャックモジュールであり、８０は１芯片方向の伝送路である光ファイバである。光ファイバ８０は光ファイバジャック型プラグにより保持されて光ミニジャックモジュール６０に連結される。６１は光ミニジャックモジュール６０のハウジングであり、前面に光ファイバ８０の先端部を保持する開口を有する隔壁６１ａがあって、その背後に収納部６１ｂである凹部が形成されている。６２は光ファイバ８０端面に対向するように収納部６１ｂ内に配設された発光デバイスである。このように光デバイスをハウジングに収納したものを光モジュールと呼ぶことにする。
６３は発光デバイス６２の配線基板であるリードフレームである。６４はロジックレベルの電気信号を発光素子駆動用信号に変換する発光ＩＣであり、６５は変調された電気信号を光信号に変換する発光素子であるＬＥＤであり、共にリードフレーム６３上に搭載され、ワイヤ配線されている。６７は発光ＩＣ６４及びＬＥＤ６５を一体化して封止している可視光線を透過する封止樹脂である。光ファイバ８０の端面に対向する封止樹脂６７面の一部は陥没しており、その陥没面に凸レンズ部６７ａが樹脂６７と一体成形されている。リードフレーム６３の一部であるリード端子６３ａはハウジング６１の下面外壁から突出して入出力用の接続端子となっている。９０は光ファイバモジュールを実装する基板であり、光ミニジャックモジュール６０を実装する際には基板９０の穴へ挿入され、裏側で半田接合６９される。
次に、図９により受光側の光ファイバモジュールの構成を説明する。発光側と異なるところは７２の受光デバイスのみである。そして受光デバイス７２が発光デバイス６２と異なるところは実装されている光素子である。７４は、光信号を電気信号に変換する受光素子であるＰＤｉ（フォトダイオード）と、更にロジックレベルに増幅する受光ＩＣとが一体となったＩＣである。その他の構成は発光側と同様であるから、同一構成要素には同じ名称と符号とを付して詳細な説明を省略する。
次に、光ミニジャックモジュール６０の作用について説明する。発光デバイス６２のリード端子６３ａから入力された電気信号は、ＩＣ６４及びＬＥＤ６５を経て光に変換される。ＬＥＤ６５から発した光は封止樹脂６７を通過して凸レンズ部６７ａで集光されて光ファイバ８０に入り、そこを伝送路として通信相手側に送り出される。一方、通信相手側から光ファイバ８０を伝わって来た光信号は、受光デバイス７２の凸レンズ部６７ａにより集光され、封止樹脂６７を通過してＩＣ７４に入力されて電気信号に変換され、リード端子６３ａに出力される。
ＭＯＳＴ概要、日経エレクトロニクス、１９９９年４月１９日、Ｎｏ．７４１、ｐ１０８−１２２
しかしながら、従来のこのような光ファイバモジュールはリードフレーム（ＳＩＰ）タイプのものであるから、リードフレームから延長した複数の接続端子を実装基板の穴に挿入し基板の裏側で半田付けするので、実装基板の穴明けや半田付けに多くの工数が掛かっていた。また、光ファイバモジュール自体は鉛フリーに対応しているが、光ファイバモジュールを実装基板に実装する場合には鉛フリー半田を用いてリフロー炉による半田付けができるようにはなっていない。また、ＬＥＤと発光ＩＣまたはＰＤｉと受光ＩＣとを同じ透光性樹脂によって１パッケージ化しているため、車内の過酷な温湿度環境の中では特に温度サイクルなどの信頼性が不十分である。このような事情は、他のモジュール、例えば磁気・温度・湿度・超音波・圧力センサ等の表面実装型モジュールにおいても同様である。
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、実装基板への実装に際してリード端子を鉛フリーのリフローが可能な表面実装タイプに改良した信頼性の高い表面実装型モジュールを提供することである。
前述した目的を達成するための本発明の手段は、電子要素を配線基板上に搭載した電子デバイスをハウジングの収納凹部に収納した表面実装型モジュールにおいて、前記電子要素は樹脂封止されており、前記配線基板は前記樹脂より四方に張り出すように形成され、前記配線基板の裏面には前記電子要素と導通する配線パターンを設けるとともに、前記収納凹部は上方と前方に開口しており、この収納凹部の側壁に沿って前記配線基板が前方から挿入保持される溝部が形成され、前記ハウジングに一部が埋設されたリードフレームの前記ハウジングの内側の一端にはバネ性のある接点部を形成して、この接点部を前記収納凹部に露出させ、前記ハウジングに設けた溝部に前記配線基板を挿入保持することによって前記配線パターンに当接させたことを特徴とする。
また、前記ハウジングの外側へ突出した全てのリードフレームを前記配線基板面に対して直角に曲げたことを特徴とする。
また、前記ハウジングの外側へ突出した全てのリードフレームを前記配線基板面に対して平行二段に曲げたことを特徴とする。
また、前記ハウジングの外側へ突出した前記リードフレームの端部にバネ性のある接点部を形成したことを特徴とする。
また、前記電子デバイスが光デバイスであることを特徴とする。
また、前記光デバイスのハウジングに光ファイバのコネクタ部を設けたことを特徴とする。
電子要素を配線基板上に搭載した電子デバイスをハウジングの収納凹部に収納した表面実装型モジュールにおいて、前記電子要素は樹脂封止されており、前記配線基板は前記樹脂より四方に張り出すように形成され、前記配線基板の裏面には前記電子要素と導通する配線パターンを設けるとともに、前記収納凹部は上方と前方に開口しており、この収納凹部の側壁に沿って前記配線基板が前方から挿入保持される溝部が形成され、前記ハウジングに一部が埋設されたリードフレームの前記ハウジングの内側の一端にはバネ性のある接点部を形成して、この接点部を前記収納凹部に露出させ、前記ハウジングに設けた溝部に前記配線基板を挿入保持することによって前記配線パターンに当接させたので、基板タイプの電子デバイスを用いてリードフレームタイプの表面実装型モジュールとすることができた。したがって、モジュールの実装に際しては、鉛フリーのリフローが可能となった。また、リードフレームを直角に、あるいは平行二段に曲げることによって、実装基板に対して平行に、あるいは垂直に実装することができた。更に、バネ性のある接点部にフォーミングすることによって半田レス実装が可能となった。
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の表面実装型モジュールの第一の実施の形態であるフォトリフレクタの斜視図である。図２は図１のハウジングの斜視図である。図３は図１の受発光デバイスを裏面側から見た斜視図である。図４及び図５はこのフォトリフレクタの実装形態を示す断面図である。
まず、本発明の第一の実施の形態であるフォトリフレクタの構成を説明する。図１において、１はフォトリフレクタであり、２は樹脂成形品であるフォトリフレクタ１のハウジングであり、３はハウジング２に収納された受発光デバイスである。４は受発光デバイス３を構成するガラエポ樹脂等より成る配線基板である。５は配線基板４に搭載された電子要素である発光素子であり、６は同じく受光素子である。７は発光素子５と受光素子６とをそれぞれ封止している透光性樹脂であり、８は発光素子５と受光素子６との中間に配設されている遮光樹脂である。
図２において、ハウジング２には上方と前方に開口する受発光デバイス３を収納する収納凹部２ａが形成されている。ハウジング２の側壁には配線基板４が挿入保持される溝部２ｂが形成されている。９はハウジング２の底部に一部が埋設された複数のリードフレームであり、ハウジング２の内側のリードフレーム９の一端に形成されたバネ性を有する接点部９ａが、底部に形成された開口部２ｃから上方へ突出して収納凹部２ａ内に露出しており、棒状部９ｂがハウジング２の前面から突出している。溝部２ｂに挿入保持された受光デバイス３は接点部９ａにより回路接続されリードフレーム９と導通する。
図３において、配線基板４には金メッキされた配線パターン４ａが形成され、配線基板４表面に搭載された受光素子５及び発光素子６から配線基板４側面を経由して裏面まで配設されている。受発光デバイス３がハウジング２に収納されたときに、接点部４ａが配線パターン４ａに当接して受発光デバイス３とリードフレーム９とが導通する。フォトリフレクタ１のリードフレーム９に電流が印加されて発光素子５から出射され対象物に反射して戻ってきた光が受光素子６に当たると、光電変換されてリードフレーム９から信号電流が出力することによって対象物の有無を判別することができる。
次に、本発明の第一の実施の形態の効果について説明する。図４に示すように、フォトリフレクタ１は受発光デバイス３をハウジング２の溝部２ｂに挿入し、リードフレーム９の接点部９ａにより回路接続する構成のために、受発光デバイス３のような基板タイプの表面実装型モジュールとリードフレーム９とを組み合わせることが可能となった。したがって、実装面１０へフォトリフレクタ１を実装する際に、鉛フリー対応のリフローが可能な表面実装型モジュールとすることができる。また、リードフレーム９の棒状部９ｂを図４に示すように曲げ部９ｃにおいて直角に曲げることによって、フォトリフレクタ１の受発光方向を実装面１０に平行に実装できる。また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム９の棒状部９ａを曲げ部９ｃにおいて平行二段に曲げることによって、フォトリフレクタ１の受発光方向が実装面１０に対して垂直方向になるように実装することができる。また、棒状部９ｂの先端部をフォーミングし、バネ性のある接点部とすることにより半田レス実装ができる。なお、リードフレーム９の棒状部９ｂを曲げないで従来と同じ実装方法をとることも可能なことは勿論である。また、フォトリフレクタ１が上記の構成であるため、受光デバイス３はハウジング２と着脱可能であり後工程での調整交換等が容易である。
次に、本発明の表面実装型モジュールの第二の実施の形態である光ファイバモジュールの構成について説明する。図６は本発明の第二の実施の形態である光ファイバモジュールを受発光モジュールのセットとしたものを示す斜視図である。図６において、１７は光ファイバであり、１１は受光側の、２１は発光側の光ファイバモジュールである。１２、２２は各々のハウジングであり、１３、２３は受光デバイス、発光デバイスである。光ファイバモジュール１１又は２１が第一の実施の形態のフォトリフレクタ１と異なるのはハウジング１２又は２２の上方の開口部が塞がれていて、そこに光ファイバ７を装着するコネクタ部１２ｄ、２２ｄが形成されているところである。その他の構成は第一の実施の形態と同様であるから詳細な説明を省略する。
図７は光ファイバモジュール１１を実装基板に実装したところを示す側面図である。図７において、光ファイバモジュール１１のリードフレーム９の棒状部９ｂ端部にはバネ性を有する接点部であるバネ接点９ｄが形成されている。３０は電極３０ａを有する実装基板であり、４０は筐体の押さえ部材である。次に、本発明の第二の実施の形態の効果について説明する。ハウジング１２、２２にコネクタ部１２ｄ、２２ｄを配設したので、光ファイバ１７の装着が確実に行えるようになった。また、リードフレーム９にバネ接点９ｄを形成し、実装基板３０の配線パターン３０ａに押さえ部材４０によって光ファイバモジュールを当接させることによって半田レスの実装ができた。その他第一の実施の形態の効果と同様な効果がある。
なお、本発明の実施の形態はフォトリフレクタや光ファイバモジュールに限らず、ＩｒＤＡやフォトインタラプタ等の他の光モジュールや、その他のモジュール、例えば磁気・温度・湿度・超音波・圧力センサ等の表面実装型モジュールにおいても同様に適用することができるものである。
本発明の第一の実施の形態であるフォトリフレクタの斜視図である。 図１のハウジングの斜視図である。 図１の光デバイスを裏面側から見た斜視図である。 フォトリフレクタの実装状態を示す断面図である。 フォトリフレクタの他の実装状態を示す断面図である。 フォトリフレクタの他の実装状態を示す断面図である。 本発明の第二の実施の形態である光ファイバモジュールの斜視図である。 他の実施の形態である表面実装型光ファイバモジュールの断面図である。 従来の双方向光ファイバモジュールである光ミニジャックモジュールの発光側の側断面図である。 従来の双方向光ファイバモジュールである光ミニジャックモジュールの受光側の側断面図である。
符号の説明
１ フォトリフレクタ
２、１２、２２ ハウジング
２ａ 収納凹部
２ｂ 溝部
３ 受発光デバイス
４ 配線基板
４ａ 配線パターン
９ リードフレーム
９ｄ バネ接点
１１、２１ 光ファイバモジュール
１２ｄ、２２ｄ コネクタ部
１７ 光ファイバ

Claims (6)

  1. 電子要素を配線基板上に搭載した電子デバイスをハウジングの収納凹部に収納した表面実装型モジュールにおいて、前記電子要素は樹脂封止されており、前記配線基板は前記樹脂より四方に張り出すように形成され、前記配線基板の裏面には前記電子要素と導通する配線パターンを設けるとともに、前記収納凹部は上方と前方に開口しており、この収納凹部の側壁に沿って前記配線基板が前方から挿入保持される溝部が形成され、前記ハウジングに一部が埋設されたリードフレームの前記ハウジングの内側の一端にはバネ性のある接点部を形成して、この接点部を前記収納凹部に露出させ、前記ハウジングに設けた溝部に前記配線基板を挿入保持することによって前記配線パターンに当接させたことを特徴とする表面実装型モジュール。
  2. 前記ハウジングの外側へ突出した全てのリードフレームを前記配線基板面に対して直角に曲げたことを特徴とする請求項１記載の表面実装型モジュール。
  3. 前記ハウジングの外側へ突出した全てのリードフレームを前記配線基板面に対して平行二段に曲げたことを特徴とする請求項１記載の表面実装型モジュール。
  4. 前記ハウジングの外側へ突出した前記リードフレームの端部にバネ性のある接点部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面実装型モジュール。
  5. 前記電子デバイスが光デバイスであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の表面実装型モジュール。
  6. 前記光デバイスのハウジングに光ファイバのコネクタ部を設けたことを特徴とする請求項５記載の表面実装型モジュール。
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