JP4569376B2

JP4569376B2 - 光トランシーバ

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Publication number: JP4569376B2
Application number: JP2005139631A
Authority: JP
Inventors: 良明石神; 憲文小林; 龍太高橋; 昭浩蛭田; 義則須永
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: US20060257081A1; JP2006319097A; US7290944B2

Description

本発明は、異なる対象物に取り付けられた双方のリジッド基板がフレキ基板でつながっている光トランシーバに係り、フレキ基板に生じる応力を緩和することができる光トランシーバに関する。

光伝送路とその光伝送信号の電気的処理を行う通信機器とをインタフェースするために光トランシーバが用いられる。この目的のため光トランシーバは、光モジュールと電気回路基板とを内蔵する。光モジュールは、光伝送路に結合する光ファイバ、その光ファイバから光を集光するレンズ、集光された光を受光（あるいは逆に送光）する光素子を一体のモジュールにしたものである。光素子からの電気を導くリードは、一般に光伝送路に向いた端の反対側の端から突き出して設けられる。一方、電気回路基板は光素子との距離を短くするべく、リードの近くに設置される。

ひとつの通信機器に数多くの光伝送路を接続するためには、光トランシーバを集約配置する必要があり、その要請から光トランシーバは光モジュールの長手方向に電気回路基板を収容し、縦横の幅が狭くもっぱら奥行き方向に長いハウジングを有する。このハウジングに収容する電気回路基板も当然、細長くなり、光モジュールから出ているリードを電気回路基板の端部に直接、はんだ固定すると、このはんだ部分やリードあるいは光素子に応力が掛かりやすく、また、光モジュールの光軸がずれやすくなる。

そこで、従来は、図５に示されるように、光モジュール５１のリード５２をはんだ付けするリジッド基板５３と電気回路が搭載されるリジッド基板５５とを別々に形成し、双方のリジッド基板５３，５５をフレキ基板５４でつないだもの（基板アセンブリという）が用いられる。リジッド基板５３のほうにも一部の電気回路を搭載することができる。ハウジング（図示せず）には光モジュール５１を嵌め込む光モジュールステー部と電気回路が搭載されるリジッド基板５５を固定するリブが形成されており、光モジュールステー部に光モジュール５１を嵌め込んだ後、基板アセンブリをハウジングに搬入し、電気回路が搭載されるリジッド基板５５を対象物であるハウジングのリブにネジ止めし、リード５２をはんだ付けすることによりリジッド基板５３を対象物である光モジュール５１に固定する。その後、ハウジングに蓋をして光モジュール５１を光モジュールステー部に押さえ込む。

このように双方のリジッド基板５３，５５をフレキ基板５４でつないだ基板アセンブリを形成することにより、一方のリジッド基板５３と他方のリジッド基板５５に異なる力が働いたり位置がずれたりしても、フレキ基板５４が変形することで応力を吸収し、リード５２の歪みや光モジュール５１の光軸ずれを緩和することができる。

図示した例では、一方のリジッド基板５５が光モジュール５１の光軸に対してほぼ平行な姿勢で対象物であるハウジングに取り付けられ、他方のリジッド基板５３が光モジュール５１の光軸に対して直角な姿勢で対象物である光モジュール５１に取り付けられているので、フレキ基板５４は双方のリジッド基板の延長面が交差するあたりで所定の曲げアールで折り曲げられ、大きく見ると直角に曲げられている。

特開平８−１３６７６５号公報

しかしながら、一方のリジッド基板５５と他方のリジッド基板５３とが互いに異なる姿勢で各々対象物に取り付けられることにより、フレキ基板５４には応力が加わることになる。フレキ基板５４は弾性を有するので、曲げ部分を元の平面に戻そうとする反発力が働く。この反発力を光モジュール５１が受けるので、リード５２の歪みや光軸ずれのおそれが全くなくなったことにはならない。

また、基板アセンブリをハウジングに搬入しながらフレキ基板５４に曲げを加えていくのは煩雑な作業であり、その際に光モジュール５１や各リジッド基板５３，５５に不要な力が加わってしまうことが避けられない。

さらに、フレキ基板には、信号配線パターンを設けるための信号層と呼ばれる導体層とは別にグランド層と呼ばれる導体層を有するものがある。すなわちこの種のフレキ基板では、図６に示されるように、絶縁膜を挟んで信号層とグランド層が存在する。グランド層は、フレキ基板の全面かそれに近い大部分を占める、いわゆるベタグランドであり、グランドインピーダンスを下げる、シールド性を高めるなどの効果を有するものである。しかしながら、導体層が一層増えたことでフレキ基板は硬さが増すので、曲げ部分を元の平面に戻そうとする反発力が強くなる。従って、グランド層を有するフレキ基板を用いると、前述したリードの歪みや光軸ずれの問題が大きくなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、フレキ基板に生じる応力を緩和することができる光トランシーバを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の光トランシーバは、レーザダイオードを有する光モジュールと、前記光モジュールが固定され、前記光モジュールの光軸に対して直角に配置された光モジュール基板と、前記レーザダイオードを駆動するＬＤドライバＩＣを搭載した第１の電気回路基板と、通信機器の信号コネクタと接続するためのエッジ端子が一端に形成された第２の電気回路基板と、前記光モジュール基板の一端と前記第１の電気回路基板の一端とを接続する第１のフレキ基板と、前記第１の電気回路基板の他端と前記第２の電気回路基板の他端とを接続する第２のフレキ基板と、前記光モジュール、前記光モジュール基板、前記第１の電気回路基板、前記第２の電気回路基板、前記第１のフレキ基板、及び前記第２のフレキ基板を内蔵するハウジングと、を備え、前記第２の電気回路基板は、一端から他端に沿って前記光モジュールの光軸に対して平行に、かつ前記第２の電気回路基板の一端の長辺が前記光モジュール基板の一端の長辺と平行となるように、かつ前記光モジュールの光軸から所定の距離離れて、配置され、前記第１の電気回路基板は、前記第１の電気回路基板の一端の長辺が前記光モジュール基板の一端の長辺と平行となるように、かつ一端が他端よりも前記光モジュールの光軸から離れるように前記光モジュールの光軸に対して所定の角度傾斜して、配置され、前記第１のフレキ基板は、前記第１の電気回路基板の一端より前記光モジュールの光軸から離れる方向へいったん曲げられ、その曲げの方向が反転され、その反転された曲げの曲率が徐々に大きくなって湾曲部を形成してから徐々に曲率が小さくなって前記光モジュール基板の一端の辺に接続するようにあらかじめフォーミングされているものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）フレキ基板に生じる応力を緩和することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に関係する基板アセンブリ１は、フレキ基板２を介して接続された一方のリジッド基板３と他方のリジッド基板４とが互いに異なる姿勢で各々対象物（図示せず）に取り付けられるようにしたものであって、フレキ基板２があらかじめ図示の形状にフォーミングされているものである。フレキ基板２は信号層とは別途にグランド層を有するフレキ基板２である。なお、リジッド基板３，４の区別をつけるために、以下では、光トランシーバへの応用を踏まえ、電気回路基板３、光モジュール基板４と呼ぶことにする。

図１は、フォーミングをしている様子を示している。このフォーミングは、フレキ基板２を介して電気回路基板３と光モジュール基板４とが接続された基板アセンブリ１を電気回路基板３と光モジュール基板４とが互いに異なる姿勢となるよう各々対象物に取り付ける際にあらかじめ行うフォーミングである。

まず、準備として、電気回路基板３の延長面より光モジュール基板４の無い側に、所望の曲率変化とほぼ同じ曲率変化を有する曲面を形成した曲げ型５を配置すると共に、電気回路基板３の延長面より光モジュール基板４の有る側に、双方のリジッド基板３，４が各々対象物に取り付けられたときなす所定の内角とほぼ同じ角度のエッジを形成した留め具６を配置しておく。

曲げ型５は、電気回路基板３の端部より所定の距離隔てた位置に曲面５ａがくるように配置しておく。曲面５ａは、光モジュール基板４から遠ざかる方向に向かい、単調に膨らむ形状である。曲面５ａは、曲率及び曲率中心が徐々に変化するもので、図示例では、電気回路基板３に近い側から曲率が徐々に大きくなり、曲率が極大（この近傍を湾曲部という）に達してから徐々に曲率が小さくなる曲面５ａとなっている。図示例では、フレキ基板２に与えようとする曲率変化と全く同じ曲率変化を有する曲面５ａを用いているが、フォーミング後に曲げ型５からフレキ基板２を取り出すと、スプリングバックという現象で曲げがやや広がる傾向があるので、曲面５ａの曲率を所望する曲率よりもやや大きくしてもよい。

図示した留め具６は、電気回路基板３と光モジュール基板４とが互いに８２°をなす姿勢で最終的に取り付けられることを想定したもので、８２°かそれよりやや鋭角なエッジを形成してある。つまり、光モジュール基板４を装着する面６ａは、電気回路基板３と平行な面６ｂの垂直面６ｃに対し８度の傾斜を有する。これにより、電気回路基板３及び光モジュール基板４を光トランシーバに取り付けたときの電気回路基板３と光モジュール基板４の内角８２°と同程度となるエッジ６ｄが形成される。

上記準備の後、フレキ基板２を曲げ型５の曲面５ａに沿わせ、光モジュール基板４を留め具６に装着する。このとき、光モジュール基板４は図１のような留め具６への装着位置よりも高い位置から下へ降ろして装着位置に近づける。すると、光モジュール基板４の延長方向の力がフレキ基板２に働くが、フレキ基板２はその力に対して座屈することなく、曲面５ａに沿って曲がっていく。こうしてフレキ基板２が曲げ型５にぴったり嵌った状態でフレキ基板２を加熱することによりフォーミングする。このとき、フレキ基板２を加熱する温度は、はんだの溶融温度未満、すなわち１００℃〜１５０℃であるのが好ましい。これは、熱が電気回路基板３や光モジュール基板４のはんだ（予備はんだ、既に電気部品を固定したはんだなど）に影響を与えないようにするためである。

曲げ型５が電気回路基板３の延長面より光モジュール基板４のない側に配置されていること、及び曲面５ａが電気回路基板３の端部より所定の距離隔てた位置にあることから、フレキ基板２の曲げの形状は、電気回路基板３の延長面に沿ってほぼ真っ直ぐ延びてから光モジュール基板４のない側にいったん曲げられて曲げ型５に入り、曲げ型５に入ることによっその曲げの方向が反転され、その反転された曲げの曲率が徐々に小さくなって湾曲部を形成してから徐々に曲率が大きくなって、曲げ型５を出て、そのままほぼ真っ直ぐ延びて光モジュール基板４の延長面に合わさるという形状となっている。

この曲げの形状は、電気回路基板３の延長面より光モジュール基板４のある側にフレキ基板２の湾曲部が存在しないことに一つの特徴がある。図３を参照すると、光モジュールの光軸と平行な仮想線を光モジュール基板４の端部及び電気回路基板３の端部から延ばしたとき、両仮想線で挟まれる領域Ａに湾曲部Ｐが存在しない。

このようにして加熱フォーミングし、冷却した後、このフォーミング済みの基板アセンブリ１を取り出すと、フレキ基板２はこのまま曲げ形状を維持する。この基板アセンブリ１を取り付け箇所に搬入し、双方のリジッド基板３，４を各々対象物に取り付けることになる。

次に、本発明に関係する基板アセンブリを応用した本発明の光トランシーバについて説明する。

図２（ａ）に示されるように、本発明に係る光トランシーバ１０は、ハウジング１１の中に光モジュール１２と電気回路基板１３，１４，１５とを内蔵したものである。ハウジング１１は、光伝送路である光ファイバ１６の光コネクタ１７を挿入するためのコネクタ口１８を一端に形成し、反対端側の大部分が通信機器（図示せず）内のケージ（図示せず）に挿入されるようになっている。コネクタ口１８のある端部は通信機器に設けた窓２０から露出することになる。そして、ケージに入る方の端部には、電気回路基板１５のエッジ端子１９がハウジング１１から露出して通信機器内の信号コネクタ２１に挿入されるようになっている。

窓２０や信号コネクタ２１は通信機器の部材であって、光トランシーバ１０とは別途に製造される。通信機器も光トランシーバ１０も複数のメーカによる種々の機種が存在することから、それらの互換性を持たせるために、ハウジング１１の外形寸法と、窓２０や信号コネクタ２１の位置に対する光モジュール１２及びエッジ端子１９の位置が規格により規定されている。例えば、図２（ｃ）の光軸とエッジ線の落差ｈは規定値におさめなくてはならない。

図２（ｂ）に示されるように、光モジュール１２には、送信用と受信用の２種類があり、光軸を平行にして並べて配置される。２つの光モジュール１２は長さが異なるので、光モジュール基板１３も送信用と受信用に形成されており、これら２つの光モジュール基板１３はそれぞれフレキ基板２２を介して電気回路基板１４と接続されている。さらに、電気回路基板１４はフレキ基板２３を介して電気回路基板１５と接続されている。

図２（ｃ）に示されるように、光モジュール１２の光軸を基準に考えると、光モジュール基板１３は直角な姿勢で配置されている。光モジュール１２の端面からはリード２４が光軸に並行に突き出ており、このリード２４を光モジュール基板１３のスルーホールに通し、光モジュール基板１３が光モジュール１２の端面に正対するようにしてはんだ付けをすることで光モジュール基板１３が光モジュール１２に固定されている。

電気回路基板１５は光軸に平行な姿勢で配置されている。しかも、電気回路基板１５はエッジ線の高さ位置に配置されている。これは、先に説明したように、規格に適合させるためである。

電気回路基板１４は光モジュール１２のうちのレーザダイオードを駆動するＬＤドライバＩＣ２５を搭載したものである。その他の回路部品は、ＬＤドライバＩＣ２５を搭載した面の余白あるいは裏側面に搭載するとよい。

電気回路基板１４は光軸に対して傾斜させて配置されている。ここで、電気回路基板１４の傾斜の理由を説明すると、レーザダイオードとＬＤドライバＩＣ２５間の伝送距離を短くするためであり、単に電気回路基板１５を光モジュール基板１３の方へ延ばして電気回路基板１５にＬＤドライバＩＣ２５を搭載すると、電気回路基板１５と光モジュール基板１３とをつなぐフレキ基板がＵ字状に膨らんで、結果的に伝送距離が長くなるので、ＬＤドライバＩＣ２５を搭載した電気回路基板１４と電気回路基板１５を分離し、電気回路基板１４の端部が光モジュール基板１３の端部より下に位置しているように、電気回路基板１４を傾斜させたのである。

図３に示されるように、本発明に係る光トランシーバは、光モジュール基板４と電気回路基板３と第二電気基板５とがフレキ基板２によって一体につながった基板アセンブリ１を使用する。

光モジュール基板４は、光モジュール６の端部から光軸に平行な方向に突き出たリード７を挿入するスルーホールを有し、このスルーホールにリード７をはんだ付けすることにより、光モジュール６の端部に面して固定される。すなわち光モジュール基板４は、光モジュール６の光軸に対して垂直な姿勢で光モジュール６に取り付けられる。光モジュール６が光軸をハウジング（図示せず）の底面に平行にしてハウジングに収容されるので、光モジュール基板４は、ハウジングの底面に対して垂直な姿勢をとることになる。

電気回路基板３は、その面をハウジングの底面に対して傾斜してハウジングに収容される。よって、電気回路基板３と光モジュール基板４は互いに垂直より狭い内角をなす姿勢をとることになる。第二電気基板５は、先に説明したエッジ線に一致するようその面をハウジングの底面に対して平行にしてハウジングに収容される。電気回路基板３がハウジングに対して傾斜し、第二電気基板５がハウジングに対して平行なので、電気回路基板３と第二電気基板５がフレキ基板２で繋がれている。また、フレキ基板２は、第二電気基板５に加わる力が電気回路基板３に及ばないようにする効果もある。

図３のように光トランシーバを組み立てる過程において、基板アセンブリ１は図１のようにしてフォーミングされる。その結果、フレキ基板２は双方のリジッド基板３，４が内角をなすようフォーミングされているので、基板アセンブリ１をハウジングに搬入すると、フレキ基板２及びリジッド基板３，４がそのままの形で所定の位置に落ち着く。

基板アセンブリ１をハウジングに搬入した後、電気回路基板３をハウジングのリブにネジ止めで固定すると共に、光モジュール基板４は光モジュールのリードにはんだ付けして取り付ける。このとき光モジュール基板４は光モジュールの光軸に対し垂直にして取り付けるので、フレキ基板２は若干付勢されるが、応力が問題になる程度ではない。従って、リードの歪みや光軸ずれの問題は解消される。

なお、以上の実施の形態では、フレキ基板２を介して接続された一方のリジッド基板３と他方のリジッド基板４とが８２°をなす姿勢としたが、これに限らず様々の角度の姿勢をとるものについて、その姿勢に合わせたフォーミングをすることで、所期の効果を得ることができる。

図４に具体例を示す。この基板アセンブリでは、一方のリジッド基板３から他方のリジッド基板４までのフレキ基板２の長さが２．５ｍｍ、湾曲部におけるＲが０．３８ｍｍである。

本発明において基板アセンブリのフォーミングをしている様子を示した側面図である。本発明に係る光トランシーバの分解斜視図である。図２の光トランシーバに基板アセンブリを組み込む様子を示した要部側面図である。図２の光トランシーバの基板アセンブリの側面図である。従来の光トランシーバの部分斜視図である。フレキ基板の断面図である。

符号の説明

１基板アセンブリ
２フレキ基板
３電気回路基板（リジッド基板）
４光モジュール基板（リジッド基板）
５曲げ型
６留め具

Claims

レーザダイオードを有する光モジュールと、
前記光モジュールが固定され、前記光モジュールの光軸に対して直角に配置された光モジュール基板と、
前記レーザダイオードを駆動するＬＤドライバＩＣを搭載した第１の電気回路基板と、
通信機器の信号コネクタと接続するためのエッジ端子が一端に形成された第２の電気回路基板と、
前記光モジュール基板の一端と前記第１の電気回路基板の一端とを接続する第１のフレキ基板と、
前記第１の電気回路基板の他端と前記第２の電気回路基板の他端とを接続する第２のフレキ基板と、
前記光モジュール、前記光モジュール基板、前記第１の電気回路基板、前記第２の電気回路基板、前記第１のフレキ基板、及び前記第２のフレキ基板を内蔵するハウジングと、
を備え、
前記第２の電気回路基板は、一端から他端に沿って前記光モジュールの光軸に対して平行に、かつ前記第２の電気回路基板の一端の長辺が前記光モジュール基板の一端の長辺と平行となるように、かつ前記光モジュールの光軸から所定の距離離れて、配置され、
前記第１の電気回路基板は、前記第１の電気回路基板の一端の長辺が前記光モジュール基板の一端の長辺と平行となるように、かつ一端が他端よりも前記光モジュールの光軸から離れるように前記光モジュールの光軸に対して所定の角度傾斜して、配置され、
前記第１のフレキ基板は、前記第１の電気回路基板の一端より前記光モジュールの光軸から離れる方向へいったん曲げられ、その曲げの方向が反転され、その反転された曲げの曲率が徐々に大きくなって湾曲部を形成してから徐々に曲率が小さくなって前記光モジュール基板の一端の辺に接続するようにあらかじめフォーミングされている、
光トランシーバ。