JP4805738B2

JP4805738B2 - 光電変換モジュール及び高速伝送用コネクタ

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Publication number: JP4805738B2
Application number: JP2006186885A
Authority: JP
Inventors: 治大工原; 裕子大瀬; 茂幸滝沢; 利雄橋
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: JP2008015265A

Description

本発明は光電変換モジュール及び高速伝送用コネクタに係り、特に、電気通信路と光通信路とを結合する光電変換モジュール及び高速伝送用コネクタに関する。

従来、１０ＧＦＣ、１０ＧＢＡＳＥ−ＣＸ４などの規格に世界標準インタフェースとして採用されている伝送路は、伝送距離が２０ｍ程度と短距離であるなどの制約があった。

そこで、これらのインタフェースを用いた高速伝送路と光伝送路とを組み合わせることによって、伝送距離を長くする手法が提案されている。

しなしながら、従来の光通信用のトランシーバなどに搭載される光電変換手段は、大型で、また、高価であった。このため、光電変換手段をモジュール化して、小型化することが望まれていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型化が可能な光電変換モジュール及び高速伝送用コネクタを提供することを目的とする。

本発明は、回路基板と、発光素子と、発光素子を駆動するドライブＩＣと、受光素子と、受光素子からの信号を受信するレシーバＩＣと、発光素子及び受光素子に光学的に結合する導波路部材とを有する光電変換モジュールにおいて、発光素子、ドライブＩＣ、受光素子、及び、レシーバＩＣは、ベアチップから構成され、ベアチップのまま回路基板に搭載され、導波路部材は、回路基板に接する側の面を開口部とする略凹状の形状であり、開口部の周縁部に複数の凸部を有し、導波路部材は、発光素子、ドライブＩＣ、受光素子、及び、レシーバＩＣを覆うように、凸部と回路基板とを当接し、凸部と回路基板との当接によって導波路部材と回路基板との間に生じる間隙を樹脂により封止することにより、発光素子、ドライブＩＣ、受光素子、及び、レシーバＩＣを導波路部材及び樹脂により封止されたことを特徴とする。

導波路部材は、導波路が形成された導波路本体と、導波路本体から回路基板に平行に延出した鍔部とを有し、発光素子及び受光素子は回路基板上に導波路の端面に対向して配置され、ドライブＩＣは鍔部の下部に配置され、レシーバＩＣは導波路本体の下部に配置され、導波路本体、及び、鍔部の周囲を樹脂封止したことを特徴とする。

導波路部材は底面に複数箇所にわたって凸部を有し、導波路部材は凸部により回路基板との間に所定の間隙をもって固定されることを特徴とする。

また、本発明は、上記光電変換モジュールが搭載された高速伝送用コネクタである。

本発明によれば、発光素子、及び、ドライブＩＣ、及び、受光素子、並びに、レシーバＩＣをベアチップから構成し、ベアチップのまま回路基板に搭載し、導波路部材を発光素子、及び、ドライブＩＣ、及び、受光素子、並びに、レシーバＩＣを覆うように配置して、導波路部材の周囲を樹脂により封止することにより発光素子、及び、ドライブＩＣ、及び、受光素子、並びに、レシーバＩＣを導波路部材及び樹脂により封止することにより、発光素子、及び、ドライブＩＣ、及び、受光素子、並びに、レシーバＩＣのパッケージをなくすことができるため、これにより製造される光学変換モジュール及び高速伝送用コネクタを小型化することが可能となる。

〔概略構成〕
図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は本発明の一実施例の構成図、図３は本発明の一実施例の分解斜視図、図４は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。

本実施例の高速伝送用コネクタ１００は、電気コネクタ１１１、回路基板１１２、導波路アレイ１１３、光ソケットコネクタ１１４をケース１１５及びカバー１１６より構成される筐体１１７内に収納した構成とされている。なお、筐体１１７はシールドケースであり、内蔵される回路をシールドする。

〔電気コネクタ１１１〕
電気コネクタ１１１は、例えば、高速平衡伝送用ソケットコネクタであり、回路基板１１２の一端の一面側に半田付けされ、表面実装される。電気コネクタ１１１には、高速平衡伝送用ケーブルに装着されたプラグコネクタが装着される。電気コネクタ１１１は、高速伝送用ケーブルから供給された電気信号を回路基板１１２に供給するとともに、回路基板１１２からの電気信号を高速平衡伝送用ケーブルに供給する。

〔回路基板１１２〕
図５は回路基板１１２の構成図を示す。

回路基板１１２は、例えば、一枚の多層プリント配線板から構成されており、一面に電気コネクタ１１１及びドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４、導波路１１３が表面実装され、他面にマイコン１２５、電源回路１２６を構成する各種ＩＣ、チップ部品が表面実装されている。

電気コネクタ１１１は、回路基板１１２の矢印Ｘ１方向の端部に形成されたパッドＰに半田付けされる。パッドＰは平衡伝送路パターンＬを介してドライバＩＣ１２１、レシーバＩＣ１２４、並びに、マイコン１２５、電源回路１２６などに接続されている。なお、このとき、平衡伝送路パターンＬは、スルーホールＨを通して回路基板１１２の中間層を通ってドライバＩＣ１２１、レシーバＩＣ１２４、並びに、マイコン１２５、電源回路１２６などに接続される。

なお、平衡伝送路パターンＬは、回路基板１１２の中間層で経路が調整されている。経路の調整は、例えば、パッドＰからドライバＩＣ１２１までの配線距離及びパッドＰからレシーバＩＣ１２４までの配線距離が略同じになるように調整される。これによって、送信用の複数の平衡伝送路及び受信用の複数の平衡伝送路との間の伝送特性を均一できる。これによって、回路基板１１２で平衡伝送路間の伝送特性を合わせるために調整を行う必要がなくなり、そのための部品点数を削減でき、よって、回路基板１１２を小型化することが可能となる。

図６は回路基板１１２の要部の構成図を示す。

ドライバＩＣ１２１、レシーバＩＣ１２４は、ベアチップから構成されており、回路基板１１２に形成されたパターン１３１に直接ワイヤボンディングされている。

ドライバＩＣ１２１は、発光素子１２２に接続されており、電気コネクタ１１１から供給された信号に応じて発光素子１２２を駆動する。発光素子１２２は、面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ）から構成されており、複数の発光部１３２を有し、この複数の発光部１３２が直線状に配列された構成とされている。発光素子１２２は、複数の発光部１３２が回路基板１１２の所定の軸Ｉ上に配列するように配置される。

また、受光素子１２３は、ＰＤなどであり、複数の受光部１３３を有し、この複数の受光部１３３が直線状に配列され、導波路アレイ１１３から供給された光を電気信号に変換して、レシーバＩＣ１２４に供給する。なお、受光素子１２３は、複数の受光部１３３が回路基板１１２の所定の軸Ｉ上に配列するように配置される。

レシーバＩＣ１２４は、受光素子１２３から供給される電気信号を増幅して、平衡伝送路パターンＬを通して電気コネクタ１１１に供給する。

ドライバＩＣ１２１は、発光素子１２２に近接して配置されており、所定の軸Ｉの矢印Ｘ１方向側に配置される。レシーバＩＣ１２４は、受光素子１２３に近接して配置されており、所定の軸Ｉの発光ドライバＩＣ１２１が配置される側とは反対側の矢印Ｘ２方向側に配置される。

なお、このとき、回路基板１１２には、これらのドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４に近接して、ドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４並びに、導波路アレイ１１３を位置決めするための複数の位置決め用マークＭ１、Ｍ２がパターニングされている。

発光素子１２２は、このマークＭ１、Ｍ２及び発光素子１２２を撮像装置によって認識し、マークＭ１、Ｍ２を基準として位置決めされ、回路基板１１２に固定される。また、受光素子１２３及び導波路アレイ１１３は、発光素子１２２の複数の発光部１３２を撮像装置によって認識し、発光素子１２２の複数の発光部１３２を基準として位置決めされる。

これによって、発光素子１２２の複数の発光部１３２及び受光素子１２３の複数の受光部１３３と導波路アレイ１１３の導波路の端面とが互いに対向するように配置することができる。

また、ドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４は、導波路アレイ１１３の下部に配置されており、導波路アレイ１１３の周囲は、封止樹脂によって、封止される。これによって、ドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４は、外部から遮蔽されて、ベアチップであっても外部から保護される。

また、電源回路１２６は、他面側のドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４に対応する位置に配置されている。これによって、ドライバＩＣ１２１、及び、レシーバＩＣ１２４、並びに、マイコン１２５のいずれに対しても近接した距離に配置できる。

なお、マイコン１２５は、ドライバＩＣ１２１、レシーバＩＣ１２４を制御して、通信状態やレーザ出力を調整し、通信の安定化を計っている。

〔導波路アレイ１１３〕
次に、導波路アレイ１１３について説明する。

図７は導波路アレイ１１３の斜視図、図８は導波路アレイ１１３の構成図を示す。

導波路アレイ１１３は、透明樹脂をモールド成形したものであり、主に、導波路本体１４１、鍔部１４２から構成されている。

導波路本体１４１は、底面側、矢印Ｚ１方向側が開口部とされた略凹状の形状とされており、その上面側、矢印Ｚ２方向側が曲面形状に形成されている。導波路本体１４１の上面側曲面には、送信用の複数の導波路１５１及び受信用の複数の導波路１５２が形成されている。曲面形状は、略円柱面上とされており、その曲率は導波路部１５１、１５２から光が外部に漏れない曲率に設定されている。

導波路部１５１、１５２は、複数本の導波路から構成されている。導波路部１５１、１５２を構成する導波路は、各々一端面が回路基板１１２に直交する方向、矢印Ｚ１方向側を向くように形成されており、他端面が回路基板１１２に平行な方向、矢印Ｘ２方向に向くように形成されている。なお、導波路部１５１，１５２を構成する導波路は断面形状が略５０μｍ角程度の正方形状に形成されている。

導波路本体１４１の底面の周縁部には、凸部１５３が３点にわたって形成されている。なお、凸部１５３は、半球状に形成されている。導波路アレイ１１３を回路基板１１２に搭載するときには、回路基板１１２に３つの凸部１５３が当接する。導波路アレイ１１３は３つの半球状の凸部１５３によって回路基板１１２に当接することによって、導波路アレイ１１３と回路基板１１２との接触面積を最小限に留めることができる。これによって、導波路アレイ１１３を回路基板１１２に対して摺動させることができる。したがって、位置決めなどを容易に行える。

また、凸部１５３によって、導波路アレイ１１３を回路基板１１２に搭載した際に、回路基板１１２と導波路アレイ１１３の底面との間に所定の間隙が生じる。この間隙に封止樹脂が封入される。このとき、ドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４などが封止される。

また、導波路本体１４１の底面の導波路部１５１、１５２の延長上にはレンズ部１５４、１５５が形成されている。レンズ部１５４、１５５は、各々複数のレンズから構成されている。レンズ部１５４のレンズは、その表面形状が球面状をなし、発光素子１２２の発光部１３２から発光した光を集光して、導波路部１５１の導波路の端面に入射させる。また、レンズ部１５５のレンズは、その表面形状が球面状をなし、導波路部１５２を構成する導波路の端面から出射された光を受光素子１２３の受光部１３３に集光させる。

レンズ部１５４は、発光素子１２２の発光部１３２及び受光素子１２３の受光部１３３に対向するように配置される。なお、凸部１５３により導波路アレイ１１３のレンズ部１５４、１５５と発光素子１２２、受光素子１２３との距離を正確に設定できる。

鍔部１４２は、導波路本体１４１の矢印Ｘ１方向の端部の底面部分から矢印Ｘ１方向に突出して設けられている。鍔部１４２の下部にドライバＩＣ１２１が配置される。

さらに、導波路本体１４１の矢印Ｘ２方向側の側面の導波路１５１、１５２の延長上にレンズ部１５６、１５７が形成されている。レンズ部１５６、１５７は各々複数のレンズから構成されている。

なお、導波路本体１４１の矢印Ｘ２方向側の側面には、レンズ部１５６，１５７の側部に孔部１５８が形成されている。孔部１５８には光通信路の端部に設けられた光コネクタが係合して、光通信路の導波路とレンズ部１５６，１５７の各レンズとが対向するように位置決めが行われる。光通信路の端部に形成された光コネクタは、光コネクタ部１１４に装着されて、筐体１１７に保持される。

レンズ部１５６を構成するレンズは、その表面形状が球面状をなし、導波路部１５１の端面から出射した光を光通信路の端面に集光させる。レンズ部１５７を構成するレンズは、その表面形状が球面状をなし、光通信路の端面から出射した光を導波路部１５２の端面に集光させる。

上記レンズ部１５４、１５５、１５６、１５７によって光の拡散、減衰を防止でき、効率よく通信を行うことができる。

以上、導波路アレイ１１３によって光通信路からの光を回路基板１１２に導入するとともに、回路基板１１２からの光を光通信路に導入することができる。

なお、本実施例では、導波路本体１４１の下部にレシーバＩＣ１２４を配置し、鍔部１４２の下部にドライバＩＣ１２１を配置したが、導波路本体１４１の下部にドライバＩＣ１２１を配置し、鍔部１４２の下部にレシーバＩＣ１２４を配置するようにしてもよい。

また、ドライバＩＣ１２１及びレシーバＩＣ１２４を隣接して配置し、ともに導波路本体１４１又は鍔部１４２の下部に配置するようにしてもよい。

〔実装方法〕
図９は実装システムのブロック構成図を示す。

実装システム２００は、制御装置２１１、撮像装置２１２、実装装置２１３、ステージ２１４から構成されている。

制御装置２１１は、上位装置と通信可能とされており、上位装置からのコマンドによって撮像装置２１２から画像を取得し、取得した画像に基づいて実装装置２１３を駆動して、ステージ２１４上に搭載された回路基板１１２に発光用ドライブＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、受光用ドライブＩＣ１２４、導波路アレイ１２５を搭載する。

図１０は制御装置２１１の処理フローチャートを示す。

制御装置２１１は、ステージ２１４に回路基板１１２が搭載された状態で、ステップＳ１−１で上位装置から実装指示を受信すると、ステップＳ１−２で撮像装置２１３により回路基板１１２を撮像し、撮像した画像に基づいてマークＭ１、Ｍ２を認識する。制御装置２１１は、撮像した画像に対して２値化などの処理を施し、２値化した画像から画像解析を行いマークＭ１、Ｍ２を認識する。

次に制御装置２１１は、認識したマークＭ１、Ｍ２を基準座標として発光素子１２２の搭載位置を認識し、ステップＳ１−３で実装装置２１２を制御して、発光素子１２２をハンドリングし、ステップＳ１−４、Ｓ１−５で所定の位置に位置決めされるまで発光素子１２２の位置制御を行う。このとき、制御装置２１１は、撮像装置２１３で撮像されている画像を解析して発光素子１２２の形状から発光素子１２２の位置を認識する。

次に制御装置２１１は、ステップＳ１−６で撮像装置２１３により回路基板１１２を撮像し、撮像した画像に基づいて発光素子１２２の複数の発光部１３２を認識する。このとき、制御装置２１１は、撮像装置２１３で撮像されている画像を解析して発光素子１２２の形状及び複数の発光部１３２の形状から発光素子１２２の複数の発光部１３２の位置を認識する。制御装置２１１はステップＳ１−７で実装装置２１２を制御して、受光素子１２３をハンドリングし、ステップＳ１−８、Ｓ１−９で所定の位置に位置決めされるまで受光素子１２３の位置制御を行う。

次に制御装置２１１は、ステップＳ１−１０で撮像装置２１３により回路基板１１２を撮像し、撮像した画像に基づいて発光素子１２２の複数の発光部１３２を認識する。このとき、制御装置２１１は、撮像装置２１３で撮像されている画像を解析して発光素子１２２の形状及び複数の発光部１３２の形状から発光素子１２２の複数の発光部１３２の位置を認識する。制御装置２１１はステップＳ１−１１で実装装置２１２を制御して、受光素子１２３をハンドリングし、ステップＳ１−１２、Ｓ１−１３で所定の位置に位置決めされるまで受光素子１２３の位置制御を行う。

本実施例によれば、撮像装置２１３の撮像画像を解析し、形状からマークＭ１、Ｍ２を認識するとともに、発光素子１２２を認識し、認識したマークＭ１、Ｍ２を基準として発光素子１２２をこの位置決めすることにより、発光素子１２２を回路基板１１２に対して正確に位置決めすることができる。また、回路基板１１２に対して正確に位置決めされた発光素子１２２を撮像装置２１３により撮像し、その撮像画像から発光点である複数の発光部１３２を認識し、認識した複数の発光部１３２を基準として受光素子１２３を位置決めすることにより、発光素子１２３の複数の発光部１３２に対して受光素子１２３を正確に位置決めできる。このため、複数の発光部１３２と受光素子１２３の複数の受光部１３３との位置をより正確に位置決めすることができるようになる。

さらに、回路基板１１２に対して正確に位置決めされた発光素子１２２を撮像装置２１３により撮像し、その撮像画像から発光点である複数の発光部１３２を認識し、認識した複数の発光部１３２を基準として導波路アレイ１１３を位置決めすることにより、発光素子１２３の複数の発光部１３２に対して導波路アレイ１１３の底面に形成されたレンズ部１５４、１５５を正確に位置決めできる。このため、複数の発光部１３２とレンズ部１５４、１５５との位置をより正確に位置決めすることができるようになる。

よって、発光素子１２２の複数の発光部１３２及び受光素子１２３の複数の受光部１３３並びに導波路アレイ１１３の底面に形成されたレンズ部１５４，１５５との位置を正確に位置決めできる。

また、本実施例の実装方法によれば、位置決めの誤差が小さく、比較的精度よく位置決めを行うことができるため、画像認識によって位置決めし、実装を行うことができるため、安価に生産することが可能となる。

なお、導波路アレイ１１３の実装後には、導波路アレイ１１３の周囲を封止樹脂により封止することによりベアチップであるドライバＩＣ１２１、発光素子１２２、受光素子１２３、レシーバＩＣ１２４を導波路アレイ１１３の下部に封止でき、これらの素子、ＩＣを保護できる。

なお、本実施例では、伝送路は送信用４系統、受信用４系統の光電変換モジュールを例に説明を行ったが、これに限定されるものではなく、伝送路１系統、あるいは、それ以上であってもよく、伝送路の系統数には何ら制約を受けるものではない。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の一実施例の斜視図である。本発明の一実施例の構成図である。本発明の一実施例の分解斜視図である。本発明の一実施例のブロック構成図である。回路基板１１２の構成図である。回路基板１１２の要部の構成図である。導波路アレイ１１３の斜視図である。導波路アレイ１１３の構成図である。実装システムのブロック構成図である。制御装置２１１の処理フローチャートである。

符号の説明

１００高速伝送用コネクタ
１１１電気コネクタ、１１２回路基板、１１３導波路アレイ
１２１発光用ドライブＩＣ、１２２発光素子、１２３受光素子
１２４受光用ドライブＩＣ、１２５マイコン、１２６電源回路
１３１パターン、１３２発光部、１３３受光部
１４１導波路本体、１４２鍔部
１５１、１５２導波路、１５３凸部、１５４、１５５、１５６、１５７レンズ部
２００実装システム
２１１制御装置、２１２撮像装置、２１３実装装置、２１４ステージ

Claims

回路基板と、発光素子と、該発光素子を駆動するドライブＩＣと、受光素子と、該受光素子からの信号を受信するレシーバＩＣと、該発光素子及び該受光素子に光学的に結合する導波路部材とを有する光電変換モジュールにおいて、
前記発光素子、前記ドライブＩＣ、前記受光素子、及び、前記レシーバＩＣは、ベアチップから構成され、ベアチップのまま前記回路基板に搭載され、
前記導波路部材は、前記回路基板に接する側の面を開口部とする略凹状の形状であり、前記開口部の周縁部に複数の凸部を有し、
前記導波路部材は、前記発光素子、前記ドライブＩＣ、前記受光素子、及び、前記レシーバＩＣを覆うように、前記凸部と前記回路基板とを当接し、
前記凸部と前記回路基板との当接によって前記導波路部材と前記回路基板との間に生じる間隙を樹脂により封止することにより、前記発光素子、前記ドライブＩＣ、前記受光素子、及び、前記レシーバＩＣを前記導波路部材及び前記樹脂により封止されたことを特徴とする光電変換モジュール。
前記導波路部材は、導波路が形成された導波路本体と、該導波路本体から前記回路基板に平行に延出した鍔部とを有し、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記回路基板上に前記導波路の端面に対向して配置
され、
前記ドライブＩＣ又は前記レシーバＩＣは、前記鍔部の下部に配置され、
前記レシーバＩＣ又は前記ドライブＩＣは、前記導波路本体の下部に配置され、
前記導波路本体、及び、前記鍔部の周囲を樹脂封止したことを特徴とする請求項１記載
の光電変換モジュール。
前記導波路部材は、底面に複数箇所にわたって前記凸部を有し、
前記導波路部材は、前記凸部により前記回路基板との間に所定の間隙をもって固定されることを特徴とする請求項１記載の光電変換モジュール。
請求項１乃至３に記載の光電変換モジュールが搭載されたことを特徴とする高速伝送用コネクタ。