JP4659816B2 - 光電子装置用リード・フレーム・コネクタ及びそのリード・フレーム・コネクタを含む光送受信装置モジュールの製造方法並びにそのリード・フレーム・コネクタを用いた光学モジュール - Google Patents

Description

本発明は、概して、光送受信装置モジュールに関する。より詳細には、本発明は、光学サブ・アセンブリを光送受信装置モジュール内のプリント回路基板に接続するために用いられるデュアル・セグメント成形リード・フレーム・コネクタに関する。

光送受信装置は、光ネットワークからの光信号を送受信することを目的として、また電気ネットワーク構成部品が光ネットワークと接続して機能して光ネットワーク上で通信することを可能にすることを目的として、用いられる。多くの光送受信装置は、モジュール方式であり、そのデザインは、送受信装置の機械的特徴、形状因子、光学的および電気的要求、ならびに送受信装置の他の特性および要求を規定する業界標準に従ってなされる。たとえばスモール・フォーム・ファクタ・モジュール・マルチ・ソース・アグリーメント（ＳＦＦＭＳＡ）、スモール・フォーム・ファクタ・プラガブル・モジュール・マルチ・ソース・アグリーメント（ＳＦＰＭＳＡ）、および１０ギガビット・スモール・フォーム・ファクタ・プラガブル・モジュール・マルチ・ソース・アグリーメント（ＸＦＰＭＳＡ）改訂３．１では、このような標準が規定されている。これらの文献はそれぞれ、本明細書において参照により全体として取り入れられている。

従来、送受信装置の基本的な光学部品には、送信機光学サブ・アセンブリ（ＴＯＳＡ）および受信機光学サブ・アセンブリ（ＲＯＳＡ）が含まれる。ＴＯＳＡは、ホスト装置から、送受信装置モジュールの回路を介して電気信号を受け取り、対応する光信号を生成する。この光信号は、光ネットワーク内の遠隔ノードに送信される。逆に、ＲＯＳＡは、到着する光信号を受け取って、対応する電気信号を出力する。この電気信号は、ホスト装置によって使用されるか処理される。また、ほとんどの送受信装置にはリジッド・プリント回路基板（ＰＣＢ）が含まれており、ＰＣＢには、とりわけＴＯＳＡおよびＲＯＳＡに対する制御回路が含まれている。

光学サブ・アセンブリと送受信装置モジュール内のＰＣＢとの間の接続に対しては、種々の電気的および機械的な要求がなされている。従来の光送受信装置モジュール内で用いられるもっとも一般的な電気的接続構成部品の１つは、モジュールのリジッド・プリント回路基板を、ＴＯＳＡまたはＲＯＳＡに付随するリードに接続するフレキシブル・プリント回路基板または「フレックス回路」である。フレックス回路には、複数の優位性がある。たとえば、良好な電気的性能および無線周波数応答である。また好都合なことに、フレックス回路は、モジュール内の許容誤差を増加させることができ、またモジュールの製造および動作中に生じる応力に耐えることができる。

近年、フレックス回路は光送受信装置モジュール内で広く用いられているが、フレックス回路は、送受信装置モジュールの製造に必要なコストおよび労力のかなりの部分を占めている。送受信装置モジュールの価格が下がるにつれて、送受信装置モジュールの全体コストに対して、フレックス回路に付随するコストが占める割合は、増加し続けている。フレックス回路の性質に起因して、フレックス回路の製造コストは一般的に、同じ機能を行なうＰＣＢのコストよりも高い。

光学サブ・アセンブリをプリント回路基板に接続する他のアプローチも、近年、導入されている。たとえば、ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡから突き出ているリードを曲げて、リードを直接ハンダ付けできるかそうでなければプリント回路基板に接続できる構成にすることができる。この技術は、フレックス回路を用いる場合よりも安価であることが多いが、インピーダンスを慎重に制御することができないため無線周波数（ＲＦ）応答が好ましくなくなる可能性がある。加えて、ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡのリードを曲げると、レーザおよび光検出器をそれぞれ囲むＴＯＳＡおよびＲＯＳＡ内のヘッダ・アセンブリのガラス・シールまたは他の脆弱な部分に損傷を与える可能性があるために、信頼性リスクが持ち込まれる。

ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡに損傷を与える可能性があり、また電気的性能が不十分であるために、ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡのリードを曲げて、リードをプリント回路基板に直接接続できるようにすることは、多くの送受信装置モジュールに対して適切ではない。このアプローチは、比較的高速度の送受信装置モジュール（導体のＲＦ応答がより重要である）の場合に、特に不適切である。

本発明の実施形態は、光学サブ・アセンブリを光送受信装置モジュール内のプリント回路基板に電気的かつ機械的に接続するために用いられるリード・フレーム・コネクタに関する。そのリード・フレーム・コネクタによって、光送受信装置モジュールの所望の無線周波数（ＲＦ）応答を維持する一方で、光学サブ・アセンブリを光送受信装置モジュール内のプリント回路基板に接続することが、信頼性が高く安価な仕方で可能である。このようなリード・フレーム・コネクタを用いることで、従来、送受信装置モジュール内で用いられてきたフレキシブル・プリント回路基板を用いる必要がなくなる。

一実施形態によれば、リード・フレーム・コネクタには、ケーシング内に入れることができる型打ちされおよび曲げられた導電性リード構造が含まれている。ケーシングによって、リード・フレーム内の導体に対する電気絶縁とともに、完成後の構成部品に対する機械的支持が得られる。一実施形態においては、ケーシングは、挿入射出成型されたプラスチック・ケーシングとすることができる。リード・フレーム・コネクタは、光学サブ・アセンブリに付随するリードに接続されている。またリード・フレーム・コネクタを、プリント回路基板上に表面実装して、光学サブ・アセンブリとプリント回路基板との間の接続性を確立することができる。リード・フレーム・コネクタは、送信機光学サブ・アセンブリおよび受信機光学サブ・アセンブリとともに用いるように構成することができ、また必要な任意の数のリードを有することができる。

本発明の代替的な実施形態には、２つのケーシング内に入れることができる型打ちされかつ曲げられた導電性リード構造が含まれる。導電性リード構造および２つのケーシングは、成形プロセス中に同一平面上にあるようにすることができる。この結果、リード・フレーム・コネクタを生成するために必要な工具が、従来のデザインの場合よりもはるかに簡単に形成される。一実施形態においては、ケーシングは、挿入射出成型されたプラスチック・ケーシングとすることができる。ケーシングによって、リード・フレーム内の導体に対する電気絶縁とともに、完成後の構成部品に対する機械的支持が得られる。リード・フレーム・コネクタの導電性リード構造は、光学サブ・アセンブリに付随するリードに接続されている。この実施形態では、２つのケーシングによって、導電性リードを、成形プロセス後に曲げることができる。この結果、プリント回路基板上に簡単に表面実装して、光学サブ・アセンブリとプリント回路基板との間の接続性を確立することが助長される。リード・フレーム・コネクタは、送信機光学サブ・アセンブリおよび受信機光学サブ・アセンブリとともに用いるように構成することができ、また必要な任意の数のリードを有することができる。

本発明のリード・フレーム・コネクタの実施形態の優位性の１つは、リード・フレーム・コネクタのデザインを、望ましい電気的性能およびＲＦ応答が得られるものにできることにある。このような結果が得られる理由は、導体の幅および形状と導体間のギャップとを制御することによって、インピーダンスを制御することができるからである。加えて、ケーシングにおいて用いられる材料の電気特性を、モジュールの電気回路をデザインするときに、考慮することができる。また本発明のリード・フレーム・コネクタの典型的な実施形態は、現在入手可能なリード・フレーム・コネクタよりも製造が簡単である。さらに、本発明のリード・フレーム・コネクタの構成部品は、対応するフレックス回路の構成部品よりも安価である。

本発明のこのような目的および他の目的ならびに特徴は、以下の説明および添付の請求項から明瞭になるか、または以下に述べるように本発明の実施によって習得することができる。

本発明の前述のおよび他の優位性および特徴がどのようにして得られるのかを理解するために、簡単に前述している本発明の詳しい説明を、添付の図面に例示される本発明の特定の実施形態を参照して与える。これらの図面は、本発明の典型的な実施形態のみを表わしており、したがってその範囲を抑制するものと考えてはならないと理解した上で、本発明の記述および説明を、さらに特定的かつ詳細に、添付の図面を用いて行なう。

本発明は、光学サブ・アセンブリを光送受信装置モジュール内のプリント回路基板に電気的および機械的に接続するために用いられるリード・フレーム・コネクタに関する。一実施形態によれば、リード・フレーム・コネクタは、ケーシングまたはハウジングが配置される予備形成されたリード・フレームを含むことができる。コネクタは、リード・フレームの周囲にケーシングを成形することによって作製することができる。代替的な実施形態では、リード・フレーム・コネクタには、リード・フレームまたはアセンブリの周囲の２ピースのケーシングが含まれる。リード・フレームまたはアセンブリに、ケーシングまたはハウジングを載置または配置することが、リード・フレームまたはアセンブリが単一の平面内にある間に可能である。その結果、必要な工具を形成することおよびリード・フレーム・コネクタを作製することが容易になる。本発明のリード・フレーム・コネクタは、光学サブ・アセンブリに付随するリードに接続される。またリード・フレーム・コネクタを、プリント回路基板上に表面実装して、光学サブ・アセンブリとプリント回路基板との間の接続性を確立することができる。

本発明のリード・フレーム・コネクタによって、フレックス回路または他の従来技術を用いることと較べて、優位な点が複数得られる。フレックス回路と比較すると、リード・フレーム・コネクタ構成部品は、著しく安価である。加えて、リード・フレーム・コネクタを用いる送受信装置モジュールの製造プロセスは、自動化を進めることで、必要な労力を減らすことができる。光学サブ・アセンブリのリードを単純に曲げてＰＣＢへの直接接続を可能にすることと比べて、リード・フレーム・コネクタの電気的性能およびＲＦ応答は、著しく良好である。さらに、光学サブ・アセンブリをＰＣＢに接続するプロセス中に光学サブ・アセンブリの脆弱な部分に損傷が加わるような著しく高い危険性は、なくすことができる。

１．リード・フレーム・コネクタ構造
図１Ａに例示するのは、本発明の実施形態により構築することができるＲＯＳＡ１０および対応するリード・フレーム・コネクタ１２である。ＲＯＳＡは通常、５つのリード１４を有し、図１Ａのリード・フレーム・コネクタ１２は、５つの対応する電気接点１６を有する。これらの電気接点は、５つの対応する導体またはリード１８に電気的に結合されている。図１Ｂに例示するのは、本発明の実施形態により構築することができるＴＯＳＡ２０および対応するリード・フレーム・コネクタ２２である。ＴＯＳＡは通常、４つのリード２４を有し、図１Ｂのリード・フレーム・コネクタ２２は、対応する４つの電気接点２６を有する。図１Ａのリード・フレーム・コネクタ１２と同様に、電気接点２６は、５つの対応する導体またはリード２８に電気的に結合されている。図１Ａおよび１Ｂのリード・フレーム・コネクタは、４つおよび５つの電気接点およびリードとともにそれぞれ示されているが、本明細書で開示される本発明の原理は、実質的に任意の数の電気接点および／またはリードを有するリード・フレーム・コネクタを形成するために適用することができる。

図２Ａおよび２Ｃ〜２Ｆに示すのは、図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタ１２の種々の図である。図２Ｂに例示するのは、リード・フレーム３０の周囲に配置することができるケーシング３２がない状態のリード・フレーム３０である。ケーシング３２によって、リード・フレーム３０の導体またはリード１８の部分に対する電気絶縁とともに、完成後の構成部品に対する機械的支持が得られる。図２Ｂに例示するのは、後に詳しく説明するプロセスにおいて５つのリードが互いに電気的に分離される（図１Ａおよび１Ｂに例示される）前の状態のリード・フレーム３０である。図３Ａ〜３Ｆに例示するのは、図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタ２２の対応する図である。

図２Ａ〜２Ｆおよび図３Ａ〜３Ｆにおいて、電気絶縁性のケーシング３２は、平面を規定する表面３６を有している。例示した実施形態において、複数の電気接点１６は、ケーシング３２が規定する平面に実質的に平行な構成で配列されている。また例示するように、導体またはリード１８は、電気接点１６から延びており、また３次元的に曲げることができる。この曲げは、例示した実施形態において、複数のリード１８の少なくとも一部が、ケーシング３２から出て、ケーシング３２が規定する平面とは平行ではない方向に延びるように、行なうことができる。当然のことながら、任意の特定の光送受信装置モジュール内の光学サブ・アセンブリおよびプリント回路基板の位置に応じて、導体またはリード１８は、任意の必要な方位に曲げることができる。

図１Ａおよび１Ｂのリード・フレーム・コネクタ１２および２２によって、望ましい電気的性能およびＲＦ応答が得られる。このような結果が得られる理由は、導体またはリード１８の幅および形状と導体またはリード１８間のギャップとを慎重に制御できることに基づいて、インピーダンスを制御できるからである。リード・フレーム・コネクタ１２および２２内の導体またはリード１８の形状、位置、および寸法は、任意の特定の用途において実現すべき電気的条件およびＲＦ条件に基づいて選択することができる。リード・フレーム・コネクタ１２および２２に対する製造プロセスを開始する前に、種々のデザインのコンピュータ・シミュレーションを行なって、許容できるＲＦ応答を生成するデザインを確認することができる。リード・フレーム・コネクタ１２および２２を成形するために使用する材料を、このシミュレーション・プロセスによって決定される適切な誘電率を有するように選択することもできるし、または代替案において、誘電率を、シミュレーション・プロセスへの入力として用いることもできる。たとえば、ケーシング１２および２２を形成する材料は、ポリマーとすることができ、たとえば（しかしこれらに限定されないが）、熱可塑性および熱硬化性の材料、合成材料、または誘電体もしくは絶縁体として機能することができる他の材料である。リード・フレーム・コネクタ１２および２２の電気的性能は、比較的高い周波数の送受信装置モジュールに対して、特に重要である。このようなモジュールは、たとえば１、２、４、もしくは１０ギガビット／秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）程度、またはそれ以上で動作するものである。本発明のリード・フレーム・コネクタの典型的な実施形態は、このようなモジュールのどれと一緒に用いても、許容できるＲＦ応答を示すことができる。

図４Ａおよび４Ｂに例示するのは、本発明の代替的な典型的な実施形態により構築することができるＲＯＳＡ１００および対応するリード・フレーム・コネクタ１０２である。図４Ａに示すのは、組み立て前のＲＯＳＡ１００およびリード・フレーム・コネクタ１０２である。図４Ｂに示すのは、１つの典型的な動作構成に組み立てられた２つのピースである。この典型的な実施形態の優位性の１つは、リード・フレーム・コネクタ１０２を操作してその動作構成にすることが、導体またはリードをケーシング内に配置するプロセス中にまたはその一部としてではなく、導体またはリードをケーシング内に配置するために用いられるプロセスの後の組立プロセスの一部として、可能であることにある。

図１ＡのＲＯＳＡ１０と同様に、ＲＯＳＡ１００は５つのリード１０４を有し、これらは一方の端部１０６から延びている。リード・フレーム・コネクタ１０２は、対応する５つの電気接点１０８を、導体またはリード１１０の個々の第１の端部１０９において有している。電気接点１０８は、ＲＯＳＡ１００のリード１０４とアライメントすることができる。リード・フレーム・コネクタ１０２は、第１のケーシング１１２および第２のケーシング１１４（それぞれ導体１１０の一部を支持することができる）を含むことができる。例示するように、５つの導体１１０の第１の端部１０９は、第１のケーシング１１２内に含まれている。導体１１０の第２の端部１２０は、第２のケーシング１１４を通って延びている。代替的な実施形態では、電気接点１０８を、第１のケーシング１１２によって固定位置に保持することが、全体がその中に含まれることなく可能である。

リード・フレーム１０２の１つの典型的な使用方法では、第２のケーシング１１４から延びる５つの導体１１０の端部１２０は、たとえばＰＣＢに接続されるような寸法および構成を有する接点として、作用または機能する。このバージョンのリード・フレーム・コネクタ１０２の優位性の１つは、ケーシング１１２およびケーシング１１４を、製造プロセス中に同一平面上にあるようにできることにある。２つのケーシング１１２、１１４、および導体１１０は概ね、平行面内で、任意的に同一平面上で、製造プロセス中にアライメントすることができ、また第２のケーシング１１４は、組立プロセス中に、第１のケーシング１１２に対して配向することができる。そして５つの導体１１０を操作するかまたは曲げて所望の構成にすることを、第１のケーシング１１２と第２のケーシング１１４との間の箇所において、および／または第２のケーシング１１４に隣接する箇所において、組立プロセスの一部として行なうことができる。これについては後に詳しく説明する。

図５Ａおよび５Ｂに例示するのは、本発明の代替的な実施形態により構築することができるＴＯＳＡ１３０および対応するリード・フレーム・コネクタ１３２である。図５Ａに示すのは、組み立て前のＴＯＳＡ１３０およびリード・フレーム・コネクタ１３２である。図５Ｂに示すのは、１つの典型的な動作構成に組み立てられた２つのピースである。この典型的な実施形態の優位性の１つは、リード・フレーム・コネクタ１３２をその動作構成に形成することが、導体またはリードをケーシング内に配置するために用いられるプロセスの後の組立プロセスの一部として、ＲＯＳＡ１００に関して説明したものと同様のプロセスで、可能であることにある。

図１ＢのＴＯＳＡ２０と同様に、ＴＯＳＡ１３０は４つのリード１３４を有し、これらは一方の端部１３６から延びている。リード・フレーム・コネクタ１３２は、対応する４つの電気接点１３８を、導体１４０の第１の端部１３９において有する。電気接点１３８は、ＴＯＳＡ１３０のリード１３４とアライメントすることができる。リード・フレーム・コネクタ１３２は、第１のケーシング１４２および第２のケーシング１４４（それぞれ導体１４０の一部を支持することができる）を含むことができる。例示するように、４つの導体１４０の第１の端部１３９は、第１のケーシング１４２内に含まれている。代替的な実施形態では、電気接点１３８を、第１のケーシング１４２によって固定位置に保持することが、全体がその中に含まれることなく可能である。導体１４０の第２の端部１５０が、第２のケーシング１４４を通って延びている。

リード・フレーム１３２の１つの典型的な使用方法では、４つの導体１４０の端部１５０は、たとえばＰＣＢに接続されるような寸法および構成を有する。リード・フレーム・コネクタ１０２と同様に、２つのケーシング１４２、１４４、および導体１４０は概ね、製造プロセス中に平行面内でアライメントされる。いくつかの実施形態では、それらは同一平面上にあるようにすることができる。そして４つの導体１４０およびケーシング１４４を操作することを、第２の端部１５０が所望の箇所にくるまで行なうことができる。図示したように、導体１４０は、第１のケーシング１４２と第２のケーシング１４４との間の箇所において、組立プロセスの一部として曲げられる。これについては後に詳しく説明する。

図４Ａおよび５Ａのリード・フレーム・コネクタ１０２および１３２によって、望ましい電気的性能およびＲＦ応答が得られる。このような結果が得られるのは、インピーダンスを制御することができるからである。リード・フレーム・コネクタ１０２の導体１１０およびリード・フレーム・コネクタ１３２の導体１４０の幅および形状と、導体１１０間および導体１４０間のギャップとを、慎重に制御することができる。インピーダンスの制御を、リード・フレーム・コネクタ１０２、１３２内の導体１１０、１４０の形状、位置、および寸法を、任意の特定の用途において実現するべき電気的条件およびＲＦ条件に基づいて調整することによって、行なうことができる。リード・フレーム・コネクタ１０２および１３２に対する製造プロセスを開始する前に、種々のデザインのコンピュータ・シミュレーションを行なって、許容できるＲＦ応答を生成するデザインを確認することができる。

典型的な実施形態では、リード・フレーム・コネクタ１０２の第１および第２のケーシング１１２、１１４と、リード・フレーム・コネクタ１３２の第１および第２のケーシング１４２、１４４との作製は、射出成形プロセス、トランスファ成形プロセス、または当業者に知られている他の成形プロセスを用いて行なうことができる。ケーシング１１２、１１４、１４２、および１４４は一般的に、ポリマー、合成材料、または誘電体もしくは絶縁体として機能することができる他の材料から、形成することができる。種々のタイプのプラスチック、たとえば（しかしこれらに限定されないが）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）およびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を、本出願において用いることができる。ＬＣＰの一例は、ベクトラ（Ｖｅｃｔｒａ）（登録商標）（ティコナ・エンジニアリング・ポリマー（Ticona Engineering Polymers ）製）である。ＰＥＩの一例は、ウルテム（登録商標）ＰＥＩ樹脂（ゼネラル・エレクトリック（General Electric）（ＧＥ）プラスチック）である。一般的に、曲げプロセスに耐える十分な機械的強度があれば、どんなポリマーも使用することができる。いくつかの実施形態では、アンダーライターズ・ラボラトリーズ（ＵＬ）９４Ｖ０可燃性定格が最小の材料を用いることが望ましい場合がある。さらに他の実施形態では、欧州連合の有害物質削減（ＲＯＨＳ）指令２００２／９５／ＥＣを満足する材料を利用することが望ましい場合がある。なおＲＯＨＳ指令は、本明細書において参照により全体として取り入れられている。とりわけ、ＲＯＨＳ指令では、環境を保護する目的で、ハロゲン化物難燃剤の使用およびいくつかの重金属（たとえば鉛およびカドミウム）の使用を排除している。前述したＬＣＰ材料は、これらの望ましい特性の両方とも示している。

プラスチックのリード・フレーム・コネクタ１０２および１３２を成形するために使用する材料は、後述するシミュレーション・プロセスによって決定される適切な誘電率を有するように選択することができる。代替的に、誘電率を、シミュレーション・プロセスへの入力として用いることができる。リード・フレーム・コネクタ１０２および１３２の電気的性能は、比較的高い周波数の送受信装置モジュールに対して、特に重要である。このようなモジュールは、たとえば１、２、４、もしくは１０ギガビット／秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）程度、またはそれ以上で動作するものである。本発明のリード・フレーム・コネクタは、このようなモジュールのどれと一緒に用いても、許容できるＲＦ応答を示すことができる。所望の電気的性能を得るのに有用であり、また他の性能基準を満足するリード・フレーム・コネクタのデザインのいくつかの特定の態様について、以下に説明する。

光学サブ・アセンブリをプリント回路基板に接続するリード・フレーム・コネクタのデザインに成功することを目的とした場合、種々の要因を考慮することができる。これらの要因は、主に物理的なデザインに影響する要因と主に電気的なデザインに影響する要因とに分解することができる場合がある。物理的なデザイン要因には、リード・フレーム・コネクタのレイアウト、ＯＳＡおよびプリント回路基板の両方に対するコネクタの接続方法、ならびに最終製品が通常の取り扱いに耐える程度などが含まれ得る。電気的なデザイン要因には、リードに対する材料を選択すること、完成後のアセンブリが動作する所望の周波数範囲に基づいてリードの正確な寸法を決定すること、ＰＣＢ上の回路のサイズおよび間隔を決定することなどが含まれ得る。

前述したすべての要因のバランスを取るデザインを作成する方法の１つは、種々のソフトウェアを用いて物理的および電気的な要因をモデリングすることである。たとえば、一実施形態においては、ソリッドワークス（登録商標）３Ｄプロダクト・デザイン・ソフトウェア（SolidWorks（登録商標） 3D Product Design software ）（ソリッドワークス社（SolidWorks Corporation））を用いて、リード・フレーム・コネクタ、ＯＳＡ、およびＰＣＢで用いられる物理的な部品をモデリングすることができる。単純な電気回路の場合は、良く知られた技術を用いてモデリングすることができるが、より複雑な３Ｄ形状の性能を計算する場合には、高性能な３ＤＥＭフィールド・ソルバが必要である。一実施形態においては、高周波数シミュレーション・ソフトウェア、たとえばＨＦＳＳ（アンソフト（Ansoft）社）を用いて、リード・フレーム・コネクタ、ＯＳＡおよびＰＣＢのより複雑な電気特性をモデリングすることができる。種々のソフトウェア・パッケージを用いる必要なく物理的構造の変化および電気的構造の変化の両方をシミュレートできる単一のソフトウェアを使用できることも、理解される。

方法の一実施形態では、物理特性を、ソリッドワークスを用いてモデリングして、このモデルをＨＦＳＳプログラムにエクスポートする。次に、電気特性に影響する特定のデザイン要素を、ＨＦＳＳを用いてモデリングする。特定の試験結果が示すどんな変化も、適切なソフトウェアを用いて実施することができる。たとえば、実施する必要がある接続をより容易にできるように、物理的変化をリード・フレーム・デザインに実施する必要がある場合、このような変化を、ソリッドワークスにおいて実施し、ＨＦＳＳに逆にインポートすることができる。同様に、電気的性能に影響する特定の構成部品に対する変化をＨＦＳＳにおいて直接実施することが可能であり、また新しいシミュレーションを行なって変化の効果を決定することができる。

本明細書で開示される実施形態では、前述のプロセスを用いて、一例としておよび限定ではなく、リードの幅、間隔、および断面厚み、リード・フレームが接続されるＰＣＢ上のパッドの幅、間隔、および厚み、ならびにＰＣＢ上の一部の構成部品および／または他の構造の間隔および／または箇所を決定することができる。いくつかの実施形態では、ＴＯＳＡ１３０に対するリード・フレーム１３２を、２５オームのシングル・エンド・インピーダンスまたは５０オームの差動インピーダンスを用いるように、デザインすることができる。代替的に、ＲＯＳＡ１００のリード・フレーム１０２を、５０オームのシングル・エンド・インピーダンスまたは１００オームの差動インピーダンスを用いるように、デザインすることができる。差動インピーダンスによって、１８０°逆相の２つの信号が得られる。信号は、最も近い経路に沿って送信されるため、位相シフトによって、信号間の潜在的なクロス・トークおよび干渉を緩和または取り除くことさえ助長される。

さらに他の実施形態では、前述したプロセスを用いて、リードが、リード・フレーム・コネクタ１０２、１３２の両方において、金属厚みがほぼ０．２ｍｍ、幅がほぼ０．５ｍｍ、および分離距離がほぼ０．３ｍｍであり得ることを決定することができる。リードおよびケーシングに対して用いられる材料に応じて、さらにリード・フレーム／光学サブ・アセンブリの組み合わせがデザインされる特定の周波数に応じて、異なる寸法も可能であり、本明細書で説明する実施形態の範囲に含まれる。前述の寸法は、厳密に、リードに対する１つの可能な寸法の組の一例として、提供される。

前述したＲＯＨＳ標準に準拠して、いくつかの特定の材料を選択およびテストして、リード・フレーム・コネクタおよびモジュール全体に対する許容できる電気的性能およびＲＦ性能を保証することができる。一実施形態においては、リードは、銅鉄合金（Ｃ１９４−スプリング・ハード）から作ることができる。この合金は、半導体パッケージ・リード・フレームにおいて広く用いられている。この材料を選択できるのは、とりわけ、その優れた機械的特性およびメッキ性からである。たとえば材料は、熱膨張および収縮がモジュール内で起きてもリード・フレームの電気特性に影響がないように、十分に柔軟性のあるものとすることができる。さらにこの柔軟性によって、リード・フレームを光学サブ・アセンブリおよびＰＣＢに機械的に接続することを、構成部品内に不要な応力を誘起することなく、行なうことができる。ＰＣＢ上のパッドを、接続すべき実際のリードよりもある程度大きく作ることによって、ＰＣＢ上のリードの物理的な配置を調整することで、ＯＳＡ、リード・フレーム、およびＰＣＢの機械的なアライメントを、電気的性能を犠牲にすることなく行なえるようにすることができる。当業者であれば分かるように、多種多様の他の金属および／または金属合金も、本発明のリード・フレームにおいて用いることができる。

一実施形態においては、型打ちされたリード・フレームを、ニッケル、パラジウム、および金の連続層によってメッキすることを、プラスチック成形プロセスを施す前に行なうことができる。このメッキ方式は、優れたハンダ性を示し、その選択理由は、無鉛であること（ＲＯＨＳ要求事項）および純粋なスズ・メッキ方式に付随するスズ・ウィスカ問題を示さないことである。他のメッキ材料を用いることもできる。

２．リード・フレーム・コネクタ作製プロセス
本発明のリード・フレーム・コネクタの典型的な実施形態の優位性の１つは、光送受信装置モジュール内で使用されている従来のフレックス回路よりも、はるかに低いコストで製造できることにある。本発明の実施形態は、リード・フレーム・コネクタそれ自体に加えて、リード・フレーム・コネクタの製造方法にも及ぶ。

一実施形態によれば、リード・フレーム・コネクタ１２および２２の１つの典型的な製造方法は、リール・ツー・リール挿入射出成形プロセスを用いて行なわれる。リール・ツー・リール挿入射出成形プロセスは、当該技術分野において一般的に知られているが、これまで、光学サブ・アセンブリを光送受信装置モジュールのプリント回路基板に接続するために使用可能なコネクタの製造には適用されていない。

リード・フレーム・コネクタ１２および２２を製造する典型的なプロセスには、導電性材料のリボン内で適切な導体構造および構成を型打ちするステップを含むことができる。たとえば、図２Ｂおよび３Ｂに示す一般的な導体構成１８は、銅リボンを型打ちすることによって形成することができる。導体構成は、前述したように、許容できる電気的性能を有していると判断された導体デザインに適合するように、容易に選択することができる。

型打ちされたリボンは、挿入射出成形プロセスに通す間に、１つのリールから他のリールに巻くことができる。この典型的なプロセスの間、型打ちされたリボンの導体を、たとえば図２Ｂおよび３Ｂに示すように、必要に応じて３次元的に曲げるかまたは操作して、必要な３次元の導体構成を実現する。次に、挿入射出成形プロセスによって、リード・フレームの周囲にケーシングを形成することができる。ケーシングによって、導体に対する機械的支持および電気的分離が得られる。リール・ツー・リール処理は、最もコストが低いプロセスであるが、複雑な工具が必要であり、通常は、非常に大量生産の用途に対してのみ用いられる。少量の場合は、個々のストリップに１つまたは複数のリード・フレームを含ませることで作製することができ、リード・フレームは次に、成形装置内にロードされる。同様に、型打ちも別の大量生産プロセスであるが、リード・フレーム導体は、光化学技術を用いて少量でエッチングすることもできる。特定の製造プロセスを選択することは、工具コストと部品コストと容量との間での最適なトレードオフを、部品のデザインを著しく変えることなく行なうことによって、進めることができる。

ケーシング３２を形成した後、リード・フレーム・アセンブリを、シンギュレーション・ダイに通すことができる。シンギュレーション・ダイでは、成形されたケーシングを有するリボンをダイスカットして、別個のリード・フレーム・アセンブリにする。先行する挿入射出成形プロセスの間、リード・フレーム内の個々の導体を、リード・フレームの一部を用いて全体的に保持することができる。一般的に、リード・フレーム製造プロセスでは、リード・フレーム構造の一部を用いて、型打ちおよび成形プロセスの間、個々の導体を機械的に安定させる。従来のリード・フレーム製造プロセスでは通常、外部安定化を用いている。すなわち、個々の導体を通常、安定させて外部の支持構造に接続し、この支持構造を、シンギュレーション段階の間にせん断する。このような安定化およびシンギュレーションに付随する問題の１つは、導電性のスタブが、このステップの後に、リードと電気接触したままの状態であることが多いことである。スタブはかなり大きくなると、アンテナとして働いて、リード・フレーム構造のＲＦ応答を低下させる可能性がある。

本発明の１つの典型的な実施形態によれば、スタブが比較的大きくなっても、図２Ｂ、２Ｄ、３Ｂ、および３Ｄにおいて参照数字４０によって例示される内部スタビライザを用いて、回避される。スタビライザ４０は一般的に、ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡコネクタ１２および２２の両方に対して同様とすることができ、その詳細について、本明細書では、図２Ｂおよび２ＤのＲＯＳＡコネクタ１２を参照して説明する。詳細には、図２Ｂの５つの別個の導体は、「星形の」導電性スタビライザまたは構造４０を用いて、中心部で互いに接続されていて、成形プロセス中に機械的に安定するようになっている。このスタビライザ４０は、リード・フレーム成形プロセスで通常用いられている外部の安定化構造とは対照的である。成形プロセスが完了した後、導電性スタビライザ４０は、たとえば打ち抜きなどによって、図２Ｄに示す中央の（または隔離用）孔４２を通して、取り除くことができる。この打ち抜き操作は、導体を安定させていた導電性材料をほとんど取り除くとともに、導体を互いに電気的に分離する働きをする。またこの操作で残るのは、極わずかなスタブだけであるため、ＲＦ応答は、高い周波数（たとえば１、２、４、または１０Ｇｂｉｔｓ／秒もしくはそれ以上）においてさえもそれほど低下しない。

リード・フレーム・コネクタ１０２および１３２を製造する方法の代替的な典型的な実施形態を、図４Ｃ、４Ｄ、５Ｃ、および５Ｄに関して説明することができる。従来の方法と同様に、ＲＯＳＡ１００に対するリード・フレーム・コネクタ１０２を作製するステップは、ＴＯＳＡ１３０に対するリード・フレーム・コネクタ１３２を作製するステップと、本質的に同じである。以下の説明は、リード・フレーム・コネクタ１０２の形成に向けられている。しかしリード・フレーム・コネクタ１３２に関して、同様のステップを取ることができることが理解される。

リード・フレーム・コネクタ１０２を形成する方法には、導電性材料のリボン内で適切な導体構造および構成を型打ちするステップを含むことができる。たとえば、図４Ｃに示す導体１１０に対する一般的な導体構成を、銅リボンを型打ちすることによって形成することができる。導体構成は、前述したように、許容できる電気的性能を有していると判断された導体デザインに適合するように、容易に選択することができる。次に導体を、個々の導体１１０に分離する。

この典型的な方法では、個々の導体１１０を、外部の安定化装置（図示せず）によって、第２の端部１２０において保持することができる。いくつかの典型的な実施形態では、さらなるアライメント・ピンを用いて導体１１０を安定させることを、射出成形プロセス前に行なうことができる。成形プロセスによって、２つの別個のケーシング１１２、１１４が生成されるため、１つの典型的な実施形態では、さらなるアライメント・ピンを、ケーシング間に、図４Ａの点１１８に配置することができる。その結果、点１１８は、連続的な段における曲がり点になる。

一旦導体１１０が安定したら、ケーシング１１２、１１４の両方を、適切な誘電率を有するプラスチックを用いて射出成型することができる。次に導体１１０の端部１２０を、任意の所望の角度まで曲げて、ＰＣＢ１５０（図７Ａ）上のパッド１５２とはまり合う接点を形成することができる。図４Ａ〜４Ｄに示したように、１つの典型的な実施形態では、第２の端部１２０に、２回の９０°の曲がりを反対方向に与えて、第２の端部１２０に接点を形成する。具体的な用途に応じて、他の角度も可能である。代替的な実施形態では、導体１１０の第２の端部１２０を曲げることを、成形プロセス前に行なうことができる。

また図３Ａ〜３Ｆおよび図４Ａ〜４Ｄを参照して前述した本発明の方法のこの典型的な実施形態には、図１Ａ〜１Ｂおよび図２Ａ〜２Ｆを参照して前述した従来システムに対する優位性の多くが存在する。しかし、この典型的な実施形態には、さらなる優位性もいくつかある。第１および第２のケーシングは、製造中に同一平面上にあるようにすることができるため、射出成型された部品を生成するために必要な工具の製造がはるかに簡単である。また、打ち抜きステップは無くすことができるため、さらに製造コストを節約することができる。最後に、リード・フレーム・コネクタ１０２、１３２を、それらの端部において保持することができるため、製造プロセス中にコネクタを掴むことが簡単になる。外部のタブ、突出部、またはスタブが必要でないため、このようなタブ、突出部、またはスタブを、組立プロセスの一部として取り除く必要もない。さらに、平坦化構成であるために、リード・フレームをＯＳＡに取り付けるときに。邪魔されずにハンダ接合にアクセスすることができる。

３．リード・フレーム・コネクタを用いた送受信装置の製造プロセス
図６Ａおよび６Ｂに例示するのは、リード・フレーム・コネクタ１２および２２が取り付けられたプリント回路基板５０の対向する側である。本明細書で開示される本発明の典型的な実施形態は、リード・フレーム・コネクタ１２および２２を用いて光送受信装置モジュールを製造または組み立てる方法にも及んでいる。一実施形態によれば、送受信装置モジュールの製造方法には、リード・フレーム１２および２２を、対応する光学サブ・アセンブリ１０および２０に接続するステップが含まれる。プロセスは、ＲＯＳＡおよびＴＯＳＡに対して実質的に同じであり得るため、以下、ＲＯＳＡ１０のみの処理について詳細に説明する。

ＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタ１２を、ＲＯＳＡの後端から突出するリード１４とアライメントすることができる。リード１４は、ＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタ１２内の対応する孔４４を通ることができ、またリード１４は、リード・フレーム・アセンブリ１２の導体にハンダ付けすることができる。リード１４を、対応する電気接点１６内の孔４４に通すことによって、リード・フレーム・コネクタ１２の、光学サブ・アセンブリ１０との実質的なセルフ・アライメントを実現することができる。図１Ａに示したように、ＲＯＳＡ１０のリード１４には、リード・フレーム・コネクタ１２の反対側４６からアクセスできるため、このハンダ付けプロセスが容易になり、好都合である。一旦ハンダ付けが行なわれると、組み合わされたＲＯＳＡ１０およびリード・フレーム・コネクタ１２は表面実装デバイスになり、このデバイスを次に、ＰＣＢ５０に載置することができる。

組み合わされたＲＯＳＡ１０およびリード・フレーム・コネクタ１２をＰＣＢ５０に表面実装するプロセスは、種々の方法のどれで行なっても良い。図６Ｂに示すように、リード・フレーム・コネクタ１２は、曲げられたリード１８のアレイを有することができる。リード１８は、ＰＣＢ５０上の対応するパッド５２のアレイに接触できるように曲げられている。リード・フレーム・コネクタ１２のリード１８は、パッド５２に接触する状態で配置されるため、物理的な接続を、手作業のハンダ付け、ＰＣＢ５０上に形成されるハンダ・ペーストのリフロー、ホット・バー・プロセス、または他の任意の好適な技術によって、行なうことができる。他の選択肢としては、取り付け具を用いて、リード・フレーム・コネクタ１２をＰＣＢ５０と接触する状態で配置してそこにハンダ付けするプロセスを容易にするものとすることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、組み合わされたＲＯＳＡ１０およびリード・フレーム・コネクタ１２をＰＣＢ５０に接続するプロセスにおいて、エポキシ補強を行なう必要はなく、たとえばフレックス回路を用いて光学サブ・アセンブリをＰＣＢに接続する従来の方法において起こっているアライメント操作の問題が回避されることに、注意されたい。

図７Ａおよび７Ｂに例示するのは、リード・フレーム・コネクタ１０２および１３２が取り付けられているプリント回路基板１５０の対向する面である。本発明のこの代替的な典型的な実施形態によれば、送受信装置モジュールの製造方法には、リード・フレーム１０２および１３２を、対応する光学サブ・アセンブリ１００および１３０に接続するステップを含むことができる。このプロセスは、図６Ａおよび６Ｂを参照して前述したように、この実施形態のＲＯＳＡおよびＴＯＳＡに対して実質的に同じであり得るため、リード・フレーム・コネクタ１０２、１３２をＲＯＳＡ１００およびＴＯＳＡ１３０に取り付けることに伴う特定のステップについての説明は、ここでは繰り返さない。

組み合わされたＲＯＳＡ１００およびリード・フレーム・コネクタ１０２をＰＣＢ１５０に表面実装するプロセスは、種々の方法のどれで行なっても良い。１つの典型的な実施形態では、第２のケーシング１１４を点１１８において、第２の端部１２０の接点がＰＣＢ１５０に容易に接続できるように、任意の所望の角度まで曲げることができる。図７Ａおよび７Ｂに示す典型的な実施形態では、第２のケーシング１１４は、ほぼ９０度まで曲げられている。図７Ｂに示すように、リード・フレーム・コネクタ１０２には複数の曲げられた導体１１０があり、これらは、接点がＰＣＢ１５０上の個々の対応するパッド１５２のアレイに接触できるように曲げられている。リード・フレーム・コネクタ１０２の接点は、パッド１５２に接触する状態で配置されるため、物理的な接続を、手作業のハンダ付け、ＰＣＢ１５０上に形成されるハンダ・ペーストのリフロー、ホット・バー・プロセス、または他の任意の好適な技術によって、行なうことができる。他の選択肢としては、取り付け具を用いて、リード・フレーム・コネクタをＰＣＢ１５０と接触する状態で配置してそこにハンダ付けするプロセスを容易にするものとすることができる。

代替的な実施形態では、リード・フレーム・コネクタ１０２、１３２を、まっすぐで平坦な構成で、ＯＳＡに接続することができる。そしてリード・フレーム・コネクタ１０２、１３２を、適切な角度まで曲げることができ、次にリードの接点を、ＰＣＢ１５０上のパッド１５２に接続することができる。いくつかの実施形態では、パッド１５２を、ＰＣＢ１５０上でわずかに大きくして、リード・フレームのＰＣＢに対するアライメントにおいてある程度のシフトを可能にすることができる。このような機械的なアライメントによって、ＯＳＡ／リード・フレーム／ＰＣＢパッケージをハウジング（図示せず）内で固定して、送受信装置モジュールに接続される光ファイバを収容するフェルールを正しくアライメントできるようにすることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、組み合わされたＲＯＳＡ１００およびリード・フレーム・コネクタ１０２をＰＣＢ１５０に接続するプロセスにおいて、エポキシ補強を行なう必要はなく、たとえばフレックス回路を用いて光学サブ・アセンブリをＰＣＢに接続する従来の方法において起こっているアライメント操作の問題が回避されることに、注意されたい。

本発明は、その趣旨または本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形状で具体化しても良い。説明した実施形態は、すべての点において、例示的なものに過ぎず限定的なものではないと考えるべきである。

本発明の１つの典型的な実施形態により構築されるＲＯＳＡおよび対応するリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 本発明の代替的な実施形態により構築されるＴＯＳＡおよび対応するリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の平面図。 図１Ａのリード・フレーム内の導電性リードの例示の斜視図。 図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＡのＲＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の平面図。 図１Ｂのリード・フレーム内の導電性リードの例示の斜視図。 図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 図１ＢのＴＯＳＡリード・フレーム・コネクタの例示の図。 本発明の代替的な典型的な実施形態により構築することができるＲＯＳＡおよび対応するリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 組み立て後の構成における図４ＡのＲＯＳＡおよびリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 成形前の曲がっていない構成における図４Ａおよび４Ｂのリード・フレーム内の導電性リードの例示の斜視図。 図４Ｂの組み立て後のリード・フレーム・コネクタの例示の側面図。 本発明の代替的な典型的な実施形態により構築することができるＴＯＳＡおよび対応するリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 実装の準備ができている組み立て後の構成における図５ＡのＲＯＳＡおよびリード・フレーム・コネクタの例示の斜視図。 成形前の曲がっていない構成における図５Ａおよび５Ｂのリード・フレーム内の導電性リードの例示の斜視図。 図５Ｂの組み立て後のリード・フレーム・コネクタの例示の側面図。 図１Ａ〜１Ｂおよび図２Ａ〜２Ｆのリード・フレーム・コネクタが取り付けられたプリント回路基板の対向する面を示す斜視図。 図１Ａ〜１Ｂおよび図２Ａ〜２Ｆのリード・フレーム・コネクタが取り付けられたプリント回路基板の対向する面を示す斜視図。 図３Ａ〜３Ｆおよび図４Ａ〜４Ｄのリード・フレーム・コネクタが取り付けられたプリント回路基板の対向する面を示す斜視図。 図３Ａ〜３Ｆおよび図４Ａ〜４Ｄのリード・フレーム・コネクタが取り付けられたプリント回路基板の対向する面を示す斜視図。

Claims (7)

1. 光電子装置をプリント回路基板に接続するためのリード・フレーム・コネクタであって、
   第２の部分から分離された第１の部分を有する電気絶縁性ケーシングと、
   前記電気絶縁性ケーシングによって互いに電気的に絶縁される複数の導体であって、該複数の導体のそれぞれは、前記第１の部分によって固定位置に制限される電気接点と、前記第２の部分から延びる接点とを形成する、複数の導体と、を備え、
   前記電気接点の各々が、前記光電子装置の対応するリードに物理的および電気的に接続されるように形成され、かつ前記電気接点の各々が、前記光電子装置の対応するリードの一部を受容するように形成された孔を有する、リード・フレーム・コネクタ。
2. 請求項１に記載のリード・フレーム・コネクタにおいて、前記電気絶縁性ケーシングには互いに分離した孔が形成され、前記複数の導体は前記分離した孔において露出する、リード・フレーム・コネクタ。
3. 請求項１に記載のリード・フレーム・コネクタを含む光送受信装置モジュールを製造する方法であって、
   前記リード・フレーム・コネクタを、前記光送受信装置モジュールの光学サブ・アセンブリに取り付けられるように位置合わせする工程と、
   前記リード・フレーム・コネクタと前記光学サブ・アセンブリとを含む組み合わせ構造を得るために、前記複数の電気接点を前記光学サブ・アセンブリの対応するリードに接続する工程と、
   前記光学サブ・アセンブリを前記プリント回路基板に電気的に接続するために、前記第２の部分から延びる前記接点の各々を前記光送受信装置モジュールのプリント回路基板上の対応する導電性構造に接続する工程と、を備える方法。
4. 光学モジュールであって、
   プリント回路基板と、
   光学サブ・アセンブリと、
   請求項１に記載のリード・フレーム・コネクタとを備え、
   前記光学サブ・アセンブリが前記リード・フレーム・コネクタによって前記プリント回路基板に接続される、光学モジュール。
5. 請求項４に記載の光学モジュールにおいて、前記光学サブ・アセンブリは、送信機光学サブ・アセンブリ（ＴＯＳＡ）又は受信機光学サブ・アセンブリ（ＲＯＳＡ）を含む、光学モジュール。
6. 請求項４に記載の光学モジュールにおいてさらに、
   追加の光学サブ・アセンブリと、
   追加の前記リード・フレーム・コネクタとを備え、
   前記追加の光学サブ・アセンブリが前記追加のリード・フレーム・コネクタによって前記プリント回路基板に接続される、光学モジュール。
7. 請求項４に記載の光学モジュールにおいて、前記光学サブ・アセンブリは、送信機光学サブ・アセンブリ（ＴＯＳＡ）及び受信機光学サブ・アセンブリ（ＲＯＳＡ）を含む、光学モジュール。

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