JP4882335B2 - 回路モジュールおよび回路モジュールの検査方法 - Google Patents

回路モジュールおよび回路モジュールの検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、回路モジュールおよび回路モジュールの検査方法に関し、特に、光送受信モジュールとして用いられる回路モジュールと、該光送受信モジュールを備えた光送受信装置に好適に用いられ、光送受信装置への組付前に光送受信モジュールの検査および調整が容易に行えると共に、光送受信装置に組み付けた状態で完全にシールドできるようにするものである。
従来より、光送受信モジュールからなる光送受信器は、外部からのノイズによる性能の悪化や周囲へのノイズの流出を防ぐため、全体を金属ケースなどのシールド材で覆うことが好ましいとされている。また、光送受信器に内蔵する光送受信デバイス(以下、光デバイスと略称する)は温度特性が大きいため、全体をケースで覆って、その温度を安定させることが必要となる。
例えば、図7に示す光送受信器50では、光デバイス51、該光デバイスと接続されたIC52および他の電子部品53を両面に実装した基板54を、上下一対のロック結合されるシールドケース55、56の内部に収容し、該基板54とケース56とをピン57を介して半田固定している。該光送受信器50は光送受信装置のプリント基板60上に実装され、前記基板54の回路から突設した端子ピン58をプリント基板60の回路と接続させている。
また、特開2002−359486号公報(特許文献1)では、図8に示すように、光デバイスが実装される側の基板70全体を完全にシールドケース71で覆う構成が開示されている。
前記光送受信器を光受信装置のプリント配線板上へ実装した実環境と合わせるために、光送受信器はシールドケースを取り付けた状態で検査装置に接続して、その特性を検査している。光送受信器内には検査装置との電気的な通信によって検査装置からの調整情報を受け取って、光送受信器の各特性を電気的に調整するための特性調整回路が形成されている。
特開2002−359486号公報
前記検査対象となる光送受信器の内部には、取り付けられるはずの電子部品が取り付けられていなかったり、電子部品の取り付け方向が逆であるなどの実装不良がある場合は、前記電気的な特性検査や特性調整が行えなず、ハードウェア的な調整が必要となる。このような場合には、光送受信器のシールドケースを取り外して、その外観の目視検査を行って確認や修理を行う必要がある。
しかしながら、前記図7及び図8に示す従来例では、ケース同士が強固にロック結合されていたり、基板にシールドケースが半田固定或いはかしめ固定されている。
このため、実装不良などの不具合が発生している場合、シールドケースから基板を取り出したり、基板とシールドケースとの固定解除に時間がかかり、確認や修理が容易に行えない問題がある。さらに、図7に示す例では、シールドケース55を取り外しても、実装されている電子部品が基板54の裏面側である場合には、シールドケース56と半田付けされている基板53を一旦外して裏面側の実装不良をチェックする必要があり、多大の手間がかかるという問題がある。
また、光デバイスをドライブするための回路の中には、その動作に伴って発熱するICもあり、該ICで発生する熱が光デバイスに伝達すると、その動作に影響を与える問題もある。
本発明は前記した問題に鑑みてなされたもので、光送受信器等の回路モジュールの検査および調整が簡単確実に行えるようにしながら、回路モジュールをプリント配線上に搭載する実使用時にはシールド性を確保できるようにすることを主たる課題としている。さらに、回路の動作に伴う発熱の影響を受けにくく、動作を常に安定させることを従たる課題としてる。
前記課題を解決するため、本発明は、プリント配線板上のシールドパターン上に搭載され、該プリント配線板側の回路と電気接続される回路モジュールであって、
光送信あるいは/および光受信用の光デバイスと、光送受信用回路の配線パターンを備えると共に該光送受信用回路と接続されている前記光デバイスを搭載している回路基板と、該回路基板の一面に実装されている前記光送受信用回路の電子部品と、前記プリント配線板上に搭載した状態で前記光デバイスおよび電子部品を含めて前記回路基板の全体を覆うシールドカバーとを備え
該シールドカバーは前記光送受信用回路の検査時に外観検査が必要となる前記光デバイスおよび前記電子部品からなる外観検査対象物品に面した開口部分を有し、該外観検査対象物品を開口部分を通して外部から視認可能とし、該開口部分が前記プリント配線板に向けて搭載され、前記シールドカバーが前記シールドパターンと電気接続されて前記回路基板がシールドされる構成としていることを特徴とする回路モジュールを提供している。
本発明の前記回路モジュールは、光送信あるいは/および光受信用の光デバイスを回路基板の一面に搭載していると共に該回路基板上に前記光デバイスに接続される回路が設けられた光送受信用の回路モジュールとして好適に用いられる。該光デバイスを搭載した一面側は開口すると共にそれ以外の他面および側面は、例えば金属製の前記シールドカバーで覆っておき、該回路モジュールを光送受信装置のプリント配線板上に搭載する際に、シールドカバーをプリント配線板のシールドパターンと電気的に導通させると、光デバイスを搭載した回路基板をシールドすることができる。その結果、外部からのノイズによる性能の悪化や周囲へのノイズの流出を防ぐことができる。
具体的には、前記シールドカバーの壁の開口側の周縁には適所に足部を突設し、光送受信装置のプリント配線板上のシールドパターンの形成部分に挿入孔(スルーホール)を設け、該挿入孔に前記足部を挿入して半田付けで電気接続と固定とを行うことが好ましい。
前記のように、本発明の回路モジュールにおいて、前記開口部から視認可能とされる回路基板上には、外観検査対象物品が前記回路基板に実装され、前記シールドカバーの開口部を通して前記外観検査対象物品が外観検査可能とされている。
前記構成とすれば、回路基板に搭載した光デバイスをシールドカバーの開口側に位置させて、外部から視認できるようにするため、シールドカバーを回路基板から取り外すことなく、開口を通して光デバイスや、該光デバイスとパターンを介して接続するIC等の回路基板に半田付けされる光送受信用の周辺部品を外観検査することができる。このように、外観検査対象品を基板の開口側の面に配置することにより、シールドカバーを取り外すことなく、外観検査対象品を漏れなく確実に検査することができる。
前記光送受信用の回路モジュールでは、回路基板の一面に光デバイスと発熱部品を搭載し、該回路基板の他面側に前記発熱部品と接続される放熱用金属板を搭載し、該放熱用金属材と前記シールドカバーとの間に熱伝導部材を介在させていることが好ましい。
詳細には、回路基板上に搭載する発熱部品と接触する位置の基板にスルーホールを設け、裏面側の放熱用金属材と接触させている。より効率良く発熱させるため、ICと接する基板上に金属板を設けたり、該スルーホールに半田を充填するのも良い。該放熱用金属材は回路基板に形成する幅広面のパターンで形成しても良いし、基板に半田付けする金属板で形成してもよい。
前記構成によれば、発熱部品から生じる熱は、まず、回路基板の裏面側の放熱用金属パターンに伝導され、さらに、該放熱用金属材の熱を熱伝導部材を介して、金属製で熱伝導性が良く放熱性に優れたシールドカバーに効率よく伝導させることができる。その結果、発熱部品の発熱をシールドカバーの広い表面積を用いて放熱することができる。
前記回路基板の裏面側とシールドカバーとの間に介在させる熱伝導部材は、光デバイスを実装した部分の基板の裏面側には配置しないことで、シールドカバーと光デバイスとは空気絶縁して、光デバイスがシールドカバーに伝導される熱の影響を受けないようにすることができる。
また、前記したように、基板の一面側にのみ電子部品を実装すると、該基板の他面側とシールドカバーとの間に介在させる熱伝導部材は、前記光デバイスの配置面の裏面側を除く広い領域に介在させることができる。該構成とすると、発熱部品から生じる熱を十分に広い面積をもってシールドカバーに伝導させ、放熱効率を更に高めて、光デバイスの動作が安定させることができる。
前記熱伝導部材としては、熱伝導性に優れており、望ましくは導電率の低い材料、たとえばシリコーンゴムなどの放熱性に優れた樹脂を用いて形成することが好ましい。
なお、熱伝導部材の配置側に発熱部品を実装している場合には、該発熱部品とシールドカバーとの間に直接的に前記熱伝導部材を介在させることが好ましい。
さらに、本発明は、第二の発明として、前記回路モジュールの検査方法であって、
シールド面を備えた検査板上に前記回路モジュールを搭載し、該回路モジュールのシールドカバーを前記検査板のシールド面に電気的に接続して、前記光デバイスを含めた電気特性の検査を行い、それが不良の場合、前記検査板から前記回路モジュールを外して前記外観検査対象物品の外観検査を行うことを特徴とする回路モジュールの検査方法を提供している。
前記検査時には、例えば、光送受信装置のプリント配線板と同等の構成として検査板を備えた検査装置を設けておき、該検査板上に本発明の光送受信用の回路モジュールを搭載することで、使用時の実環境と同じ状態で検査を行うことができる。
即ち、前記検査板には、プリント配線板に形成されたシールドパターンと同等のシールドパターンを形成し、且つ前記シールドカバーの足部を着脱自在に嵌合する嵌合孔を備え、さらに、前記シールドパターンと電気接続される接続端子を設けている。
前記検査板上に検査対象の光送受信用の回路モジュールを搭載すると、光送受信装置のプリント配線板上に前記回路モジュールを搭載した時と同様に、光デバイスを実装した基板の全面をシールドした状態とすることができ、実環境と同じ状態を検査板上で容易に再現することができる。
前記検査装置での検査後に光受信装置等のプリント配線板上に搭載する時には、シールドカバーをプリント配線板に形成されているシールドパターン上に乗せて、該シールドカバーの周壁の開口側周縁をシールドパターンと電気的に導通させることにより、シールドカバーとシールドパターンで、光デバイス等を実装した回路モジュールの回路基板全体をシールドすることができる。
前述したように、まず、本発明の光送受信用等に好適に用いられる回路モジュールでは、光デバイスの取付部分などの実装不良が生じかねない部分をシールドカバーの開口部から外観検査することができるので、より信頼性が高い回路モジュールを提供することができる。
また、外観検査用の開口以外はシールドカバーで覆われているので、開口側を光送受信装置等のプリント配線板上に形成されたシールドパターンとの対向側に配置して、シールドカバーの開口周縁の周壁をシールドパターンと電気的に導通させることにより、光デバイスおよびその周辺回路を全てシールドで覆うことができ、ノイズの影響を確実に排除することができる。
また、前記本発明の回路モジュールの動作確認用の検査装置として、光送受信装置等のプリント配線板と同様なシールドパターンを備えた検査板を設け、該検査板上に検査対象と回路モジュールを搭載すると、光送受信装置のプリント配線板に取り付けられた場合と同じ状態にすることができるので、実使用環境と同等な環境で検査を行うことができ、回路の調整も正確に行うことができる。
また、回路モジュールの回路基板上に搭載した発熱部品から発生する熱をシールドカバーまで伝達するように熱伝導部材を設けた場合には、発熱部品の熱が光デバイス等の熱影響を排除したい部品側に伝達する代わりに、シールドカバーに熱伝達されるので、回路の動作に伴う発熱の影響を受けにくくでき、動作が常に安定させることができる。
以下、本発明の実施形態を図1乃至図6を参照して説明する。
図1乃至図3は光送受信用の回路モジュール1を示す。
回路モジュール1は、配線パターンが形成された回路基板3の一面3aに、光デバイス2、該光デバイス動作用のIC4aおよび他の周辺電子部品4bからなる電子部品4を実装している。該回路基板3には、図1〜3中、上面となる回路基板3の一面3a側は開口部7aとすると共に下面となる他面3bと側面3cを閉鎖壁7bと側壁7cで囲むシールドカバー7を取り付けた構成としている。即ち、シールドカバー7は一面開口のボックス形状とし、該ボックス内に回路基板3を収容して、光デバイス2および電子部品4の実装面を開口側に配置した構成としている。該シールドカバー7は鉄等からなる熱伝導性に優れた導電性金属材より形成している。
前記光デバイス2、電子部品4および、これらと接続する配線パターン5(図中、部分的に示す)とで光送受信用回路6を構成している。回路基板3の長尺側の周辺に沿って配線パターン5と導通した外部回路接続用の接続ピン8をシールドカバー7の開口部7a側に向けて突設している。
また、光デバイス2に接続する光ファイバーケーブル9をシールドカバー7の側壁7cに穿設した穴7dを介してシールドカバー7から外方に引き出している。
前記光デバイス2は光ファイバケーブル9の延伸方向に光送信部2aと該延伸方向に直交する方向、即ち、光デバイス2の側面側に光受信部2bを備えている。光送信部2aは例えば、レーザダイオードなどの発光素子、光受信部2bはフォトダイオード等の受光素子を備えている。また、光デバイス2の内部には結合レンズを用いて光送信部2aからの光が光ファイバケーブル9内に入射し、光ファイバケーブル9を介して送られてきた光を光受信部2bに導入する構成としている。
前記回路基板3にはシールドカバー7の開口部7a側に露出する一面3aのみに、外観検査対象となる全ての電子部品4を実装して、開口部7aを通して目視できるようにし、かつ、一面3aに光デバイス2と電子部品4とを接続する配線パターンを形成している。
一方、シールドカバー7の閉鎖壁7bと対向する回路基板3の他面3bには、目視検査対象となる電子部品は実装していない。なお、他面3b側にも部品が実装される場合もあるが、他面3bには部品を実装しない構成とすることが好ましい。
前記回路基板3の一面3aに実装する電子部品4aは光デバイス2の光送信部2aに電流を供給するドライブ回路などを備え、動作に伴って発熱する発熱部品となる。一方、電子部品4bは温度上昇を伴うような大きな発熱を起こさない部品である。これらの電子部品4a,4bは小型軽量化が達成できる表面実装タイプのチップ部品である。
本実施例では発熱部品となる電子部品4aを光デバイス2に比較的近い位置に配置してノイズの発生を抑えているが、該電子部品4aに発生する熱を回路基板3の他面3b側へ伝導して放熱する構成としている。
即ち、電子部品4aの実装領域の回路基板3にスルーホール3dを穿設すると共に、該スルーホール3dを囲む回路基板3の他面3bに放熱用金属板10を載置し、電子部品4aと放熱用金属板10とをスルーホール3dの銅メッキで接続している。該放熱用金属板10の配置位置は、光デバイス2の実装部の裏面側を除くと共に光デバイス2から離れる方向(図2中の右方向)に広い面積で配置している。
なお、本実施形態ではアルミニウム等の薄い金属板を用いているが、金属板を取り付ける代わりに、放熱用パターンを回路基板3の他面3bに形成してもよい。
また、放熱用金属板10とシールドカバー7の閉鎖壁7bとの間には、熱伝導性に優れると共に絶縁性を備えたシリコーンゴムからなる熱伝導部材11を挟み込むように介在させている。該構成として、発熱部品となる電子部品4aで発生する熱をスルーホール3d→放熱用金属板10→熱伝導部材11→金属製シールドカバー7の閉鎖壁7bへと伝導して、外部に放熱している。
かつ、放熱用金属板10および熱伝導部材11は光デバイス2の実装領域から離して、回路基板3とシールドカバー7との間は空気絶縁としているため、光デバイス2とシールドカバー7との間は熱的に絶縁されている。
本実施例のように、電子部品4a、4bを回路基板3の一面3aに集中して実装し、回路基板3の他面3bに重要な電子部品4a,4bを配置させないことにより、放熱用金属板10および熱伝導部材11を十分に広い面積をもって配置して、シールドカバー7と熱交換するように構成とでき、発熱部品となる電子部品4aから生じる熱をより非常に効率良く放熱できる構成としている。
前記回路基板3の対向する周辺に突設した前記接続ピン8は、各配線パターン5の終端位置に穿設したスルーホールに挿入して半田付けし、シールドカバー7の側壁7cの先端より突出させている。これら接続ピン8は、図5及び図6に示す後述の光送受信装置20のプリント配線板21の配線パターンと半田接続するものである。
前記シールドカバー7と回路基板3との組みつけは、光デバイス2や電子部品4を実装した回路基板3を開口部7aを通して収容し、シールドカバー7の閉鎖壁7bの内面側の四隅に立設している支柱7dを回路基板3の四隅に穿設した穴を通して半田付けして支持している。かつ、回路基板3の一面3aには、支柱7dとの半田づけ位置にグランドパターンGを設けており、該グランドパターンGをシールドカバー7と電気接続している。
シールドカバー7の周壁7cの開口部7a周縁には、前記光送受信装置20のプリント配線板21及び検査時には図4に示す検査板のシールドパターンに接触固定する足7eを適宜の間隔をあけて突設している。
図4は、図1〜図3に示す光送受信用の回路モジュール1の特性を確認すると共に調整するための検査装置30の構成を示す図である。
図4に示すように、検査装置30は検査台31および演算用のパソコン40を備え、通信線41で接続しており、検査台31の上面に配置した検査板33の上面に光送受信モジュール1を着脱自在に搭載する構成としている。
検査板33は、図5、6に示す光送受信装置20のプリント配線板21と略同様な構成とし、検査板33の上面に導電性に優れた金属パターンからなるシールド面34を形成していると共に、シールドカバー7に設けた前記足7eを着脱自在に挿入する差込口35を形成している。また、回路モジュール1の回路基板3から突設した接続ピン8を挿入する差込口36を形成している。
前記検査台31の側面には操作レバー37を設け、回路モジュール1は図1〜3と天地逆転した状態で、前記差込口35、36に光送受信モジュール1の足7e、接続ピン8を挿入した状態で、操作レバー37を図中一点鎖線で示すように操作し、接続ピン8および足7eを抜止め及び電気的に確実に接続させるように回路モジュール1を保持できる構成としている。
前記通信線41はパソコン40と検査台31との間を接続するシリアル通信の規格に準拠するものであり、パソコン40を通信線41を介して検査台31に接続することで、パソコン40に記録しているプログラムに基づいて、検査動作を行う構成としている。
即ち、検査台31上の光送受信モジュール1に所定の条件の信号を印加したり、回路モジュール1の各端子の状態を監視し、外部から調節可能な設定値を回路モジュール1内の設定部に書き込みできるようにしている。
前記構成からなる本発明の回路モジュール1は、従来のように全面がシールド材によって覆われている構成としているのではなく、回路基板3の一面3a側に開口部7aを備えたシールドカバー7で覆っている。しかしながら、検査時には、シールドカバー7の開口部7dを、図4に示す検査板33上に形成されたシールド面34に対面させるようにして、検査板33に設置することにより、回路モジュール1の光送受信用回路6(図4には図示せず)を設けた回路基板3をシールドカバー7とシールド面34によって略完全に覆うことができる。
このように、前記検査装置30を用いて検査すると、検査時の回路モジュール1の回路の状態を実環境に近いものとして、その性能を検査したり、必要な調整を行うことができる。
なお、回路モジュール1に外部からの通信によって設定値を調整可能とする調整手段が設けられていることが好ましく、その場合、パソコン40は光送受信モジュール1の調整手段を用いて回路モジュール1の特性を調整することができる。
前記検査台31上において十分に調整できなかった回路モジュール1は、その光送受信用回路6のハードウェア的な調整を行う必要がある。その場合、実装されるべき電子部品4a,4bが未実装であったり、逆向きに実装されていたり、半田不良や信号回路の短絡などが発生していることが考えられる。そこで、検査台31上で調整不能であった不良の光送受信モジュール1については、これを一旦検査台31から外して裏返すことにより、シールドカバー7の開口部7aを通して回路基板3の外観検査を行うことができる。
その際、外観検査対象部品となる光デバイス2,電子部品4a,4bがシールドカバー7の開口部7aから目視可能であるように、回路基板3の一面3a側に集中して配置しているため、前記外観検査を極めて迅速かつ容易に行うことができる。
なお、光デバイス2の一部は回路基板3に形成され開口7f上にも配置されるが、この部分も目視する角度を変えることにより開口部7fを通して確認することができる。
図5,6は図1〜3に示す光送受信用の回路モジュール1を実装する光送受信装置20を示す。
図4に示す検査装置30上で検査すると共に調整した回路モジュール1は、光送受信装置20のプリント配線板21上に実装している。
前記プリント配線板21の回路モジュール1を実装する領域の略全面に導電性材料からなり導電性に優れた金属からなる面状のシールドパターン23を形成している。該シールドパターン23は光送受信装置20側のグランドラインと接続されている。
なお、前記検査台30のシールド面34は前記シールドパターン23と同じ形状、同じ材料、同じ厚さに形成されていることが好ましい。
また、前記プリント配線板21には回路モジュール1の前記接続ピン8を挿入するスルーホール21bを備え、該スルーホール21bに接続ピン8を挿入して、プリント配線板21側の回路に対して半田付けして、電気接続している。さらに、プリント配線板21にシールドカバー7の足7eを挿入するスルーホール21cを穿設し、該スルーホール21cに足7eを挿入し、プリント配線板21に設けたシールドパターン23と半田接続すると共に回路モジュール1をプリント配線板21上に固定している。
前記のように、光送受信装置20のプリント配線板21に対して回路モジュール1を実装した態で、図6の断面図に示すように、光送受信用回路6を備えた回路基板3の全面がシールドカバー7およびプリント配線板21のシールドパターン23によって覆うことができ、外部からの電気的なノイズの侵入や外部へのノイズの漏洩を防止することができる。
また、発熱部品となる電子部品4aから生じる熱は回路基板3の裏面3b側の放熱用金属板10、熱伝導部材11を介してシールドカバー7に熱伝導され、外部に放熱することができる。このように、シールドカバー7の広い表面積を用いて効率的に放熱することができるので、熱変動の大きい光デバイス2を用いた光送受信モジュール1を実装しても、極めて安定した動作を得ることができ、信頼性を高めることができる。
本発明の実施形態の光送受信用の回路モジュールの構成を示す平面図である。 図1のA−A断面図である。 図1のB−B断面図である。 本発明の光送受信用の回路モジュールの検査装置および検査方法を説明する図である。 本発明の光送受信用の回路モジュールを組みつけた光送受信装置の一部構成を示す図である。 前記光送受信装置の断面図である。 従来例を示す断面図である。 他の従来例を示す断面図である。
符号の説明
1 光送受信用の回路モジュール
2 光デバイス
4 電子部品
5 配線パターン
6 光送受信用回路
7 シールドカバー
7a 開口部
20 光送受信装置
21 プリント配線板
23 シールドパターン
30 検査装置

Claims (6)

  1. プリント配線板上のシールドパターン上に搭載され、該プリント配線板側の回路と電気接続される回路モジュールであって、
    光送信あるいは/および光受信用の光デバイスと、光送受信用回路の配線パターンを備えると共に該光送受信用回路と接続されている前記光デバイスを搭載している回路基板と、該回路基板の一面に実装されている前記光送受信用回路の電子部品と、前記プリント配線板上に搭載した状態で前記光デバイスおよび電子部品を含めて前記回路基板の全体を覆うシールドカバーとを備え
    該シールドカバーは前記光送受信用回路の検査時に外観検査が必要となる前記光デバイスおよび前記電子部品からなる外観検査対象物品に面した開口部分を有し、該外観検査対象物品を開口部分を通して外部から視認可能とし、該開口部分が前記プリント配線板に向けて搭載され、前記シールドカバーが前記シールドパターンと電気接続されて前記回路基板がシールドされる構成としていることを特徴とする回路モジュール。
  2. 前記シールドカバーは一面が前記開口部分であり、導電性材からなる閉鎖壁と前記開口部分を囲む側壁を有するボックス形状で、前記シールドカバーの側壁の開口側先端が前記プリント配線板上に搭載されるものである請求項1に記載の回路モジュール。
  3. 前記シールドカバーは、前記側壁の先端から突設した足部を前記プリント配線板に設けたスルーホールに挿入して前記シールドパターンと半田付けで固定し、かつ、前記閉鎖壁から突設する支柱で前記回路基板を支持している請求項2に記載の回路モジュール。
  4. 前記外観検査対象物品の実装側の前記回路基板の一面に前記光デバイスと発熱部品が搭載され、該回路基板の他面側に前記発熱部品と接続される放熱用金属板が搭載され、該放熱用金属板と前記シールドカバーの間に熱伝導部材を介在させている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回路モジュール。
  5. 前記光デバイスと前記シールドカバーとの間に熱的に絶縁する空気層を介在させている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回路モジュール。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の回路モジュールの検査方法であって、
    シールド面を備えた検査板上に、前記シールドカバーの開口部分を検査板に向けて搭載し、該シールドカバーを前記検査板のシールド面に電気的に接続して、前記光デバイスを含めた電気特性の検査を行い、それが不良の場合、前記検査板から前記回路モジュールを外して前記外観検査対象物品の外観検査を行うことを特徴とする回路モジュールの検査方法
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