JP5007715B2

JP5007715B2 - 光電気変換モジュール

Info

Publication number: JP5007715B2
Application number: JP2008286580A
Authority: JP
Inventors: 昭浩蛭田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: JP2010113207A

Description

本発明は、光ファイバと電線を内蔵した光電気複合線を外部電気機器に接続するための光電気変換モジュールに関するものである。

インターネットやマルチメディアの急速な普及に伴う情報量の増大に対応するため、処理装置のデバイス間の信号伝送に光信号を用いる光インタコネクション技術の開発が進められている。

従来の光電気変換モジュールとしては、例えば、コネクタ端部に光素子を横一列に並べ、これら光素子に光ファイバを接続すると共に、各光素子からの電気信号を出力するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、光インタコネクションを用いた場合でも、光によって信号を伝送するだけではなく、低速信号や電源供給、接地など電気的な接続も残されており、電気配線と光ファイバを複合した光電気複合線が用いられている。

このような光電気複合線を外部電気機器に接続する際には、従来、図３に示すように、表面に電気配線が形成されたガラスエポキシ基板３２を用意し、このガラスエポキシ基板３２上に実装された光素子３３と対向するように光電気複合線３８の光ファイバ３４を配置すると共に、電気配線の入力端子Ｐｉに光電気複合線３８の電線３５を電気的に接続する。そして、このガラスエポキシ基板３２の出力端子Ｐｏに、ケーブル３６を介してコネクタ３７を電気的に接続する。

光ファイバ３４からの光信号は、光素子３３または光素子３３と光素子制御用ＩＣ（図示せず）とで電気信号に変換され、出力端子Ｐｏに接続されたケーブル３６を通ってコネクタ３７に出力される。同様に、入力端子Ｐｉに入力された電線３５からの電気信号は、出力端子Ｐｏに電気的に接続されたケーブル３６を通ってコネクタ３７に出力される。

光電気変換モジュール３１では、このコネクタ３７を外部電気機器に接続することにより、光電気複合線３８を外部電気機器に接続している。図３では、図の簡略化のために光ファイバ３４が１本、電線３５が１本である場合を説明したが、光ファイバ３４および電線３５が複数本の場合も同様である。

特開２００３−１４９５１２号公報特開２００６−２４５０２５号公報

ところで、光電気変換モジュール３１では、ガラスエポキシ基板３２とコネクタ３７を一体化し、かつ光ファイバ３４や光素子３３を保護するため、コネクタ３７の後端部から光電気複合線３８の先端部までを覆うように樹脂をモールドして保護カバーを設ける。

しかしながら、光電気変換モジュール３１を樹脂からなる保護カバーで覆ってしまうと、光素子３３や光素子制御用ＩＣなどで発生する熱を効果的に放熱することが難しくなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、光素子やＩＣなどで発生する熱を効果的に放熱可能なコネクタ一体型の光電気変換モジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、光ファイバと電線を内蔵した光電気複合線を、外部電気機器のレセプタクルに接続するための光電気変換モジュールであって、基板と、該基板上にＦＰＣ用コネクタを介して実装されるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の前記ＦＰＣ用コネクタとは反対側の端部を支えるための支え板と、前記フレキシブル基板の一方の面上に形成され前記光ファイバのコアと光結合する光路変換手段と、前記フレキシブル基板の他方の面上に設けられ前記光路変換手段を介して前記光ファイバの前記コアと光結合する光素子と、前記基板の一端に設けられ前記外部電気機器の前記レセプタクルに挿入接続され前記外部電気機器と電気的に接続されると共に、前記光素子および前記電線と電気的に接続される電気コネクタと、前記外部電気機器側の前記電気コネクタの挿入接続部が露出するように前記基板と前記フレキシブル基板と前記電気コネクタとを覆うケースとを備え、前記光素子が搭載された前記フレキシブル基板を支持する前記基板と前記ケースとの間に放熱板が配設されており、前記放熱板は前記ケース及び前記基板と熱的に接続している光電気変換モジュールである。

前記電線は、前記基板とは異なる第２の基板を介して前記電気コネクタと電気的に接続され、前記第２の基板の前記フレキシブル基板側の面に金属板が配設されていてもよい。

前記基板と前記フレキシブル基板との間、および前記第２の基板と前記ケースとの間に、金属からなるスペーサを設けてもよい。

前記電気コネクタは、前記レセプタクルの接続端子と電気的に接続される上下一対の金属端子を備え、一方の金属端子は前記基板を介して前記光素子と電気的に接続され、他方の金属端子は、前記第２の基板を介して前記電線と電気的に接続されてもよい。

前記放熱板が前記ケースに接触しているとよい。

前記ケースが金属からなるとよい。

本発明によれば、金属からなるケースと基板との間に放熱部材を配設することで、光素子、電子部品で発生した熱を、基板からケースに効率よく放熱することができるため、光素子、電子部品の発熱による特性劣化を防止できる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施形態に係る光電気変換モジュールの長手方向の断面図である。

図１に示すように、光電気変換モジュール１は、光ファイバ２と電線３を内蔵した光電気複合線４を、外部電気機器５に接続するためのものである。

また、この光電気変換モジュール１は、外部電気機器５からの電気信号を光信号に変換して光電気複合線４の光ファイバ２に出力する、あるいは光ファイバ２からの光信号を電気信号に変換して外部電気機器５に出力するものである。

光電気変換モジュール１は、第１の基板（基板）９ａと、第１の基板９ａにＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）用コネクタ１９を介して実装されるフレキシブルプリント基板（フレキシブル基板）１２と、フレキシブルプリント基板１２のＦＰＣ用コネクタ１９とは反対側の端部を支えるための支え板２０ａと、フレキシブルプリント基板１２の一方の面上（図示下側）に設けられ光ファイバ２のコアと光結合する光路変換手段としての光導波路１０と、フレキシブルプリント基板１２の他方の面上（図示上側）に形成され光導波路１０を介して光ファイバ２のコアと光結合する光素子１１と、光素子１１を制御する制御用ＩＣ１８と、第１の基板９ａの一端（図示左側）に設けられ外部電気機器５のレセプタクル６に挿入接続され外部電気機器５と電気的に接続されると共に、光素子１１および電線３と電気的に接続される電気コネクタ７と、外部電気機器５側の電気コネクタ７の挿入接続部が露出するように第１の基板９ａとフレキシブルプリント基板１２と電気コネクタ７とを覆う金属からなるケース２３と、第１の基板９ａとケース２３との間に配設された放熱板２５とを主に備える。

また、光電気変換モジュール１は、第１の基板９ａとは異なる第２の基板９ｂを備え、光電気複合線４の電線３は、第２の基板９ｂを介して電気コネクタ７と電気的に接続される。

第１の基板９ａおよび第２の基板９ｂは、例えば、ガラスエポキシなどからなるリジッド基板であり、その表裏面には電気配線１３が形成されている。

電気コネクタ７は、レセプタクル６に挿入されるコネクタカバー１５と、そのコネクタカバー１５の後端面（図示右側）より突出する上下一対の金属端子８とからなる。電気コネクタ７の先端面には、レセプタクル６に設けられた凸部１６を挿入接続するための凹部（挿入接続部）１７が形成される。金属端子８は、その先端がコネクタカバー１５の先端と略一致するように、凹部１７内に延出される。

この電気コネクタ７の一方の金属端子８（図示上側）に第１の基板９ａの一端を接続すると共に、他方の金属端子８（図示下側）に第２の基板９ｂの一端を接続し、金属端子８と基板９ａ，９ｂの電気配線１３とを半田などでそれぞれ電気的に接続する。

本実施形態では、第１の基板９ａの裏面側（図示下側）に光電気複合線４の光ファイバ２を接続し、第１の基板９ａの表面側（図示上側）に放熱板２５を配設する。光ファイバ２は、フレキシブルプリント基板１２の裏面（図示下側）に形成された光導波路１０に光学的に接続され、そのフレキシブルプリント基板１２がＦＰＣ用コネクタ１９を介して第１の基板９ａの裏面に実装される。

このフレキシブルプリント基板１２を図２により詳細に説明する。

図２に示すように、フレキシブルプリント基板１２の裏面（図示下側）には、光導波路１０が形成され、その表面（図示上側）には、光素子１１とその光素子１１を制御する制御用ＩＣ１８が搭載される。フレキシブルプリント基板１２は、例えば、光信号に対して透明（低損失）な材料であるポリイミドからなる。

光素子１１は、ＰＤ（フォトダイオード）などの受光素子か、あるいはＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子からなる。光素子１１と制御用ＩＣ１８は、フレキシブルプリント基板１２の表面に形成された電気配線１２ａにそれぞれ電気的に接続される。

光導波路１０は、コア２８とクラッド２９とからなり、その端部には、光ファイバ２を実装すると共に、光ファイバ２のコアと光導波路１０のコア２８とを結合するための実装溝（図示せず）がフレキシブルプリント基板１２上に設けられる。

光導波路１０のコア２８には、光導波路１０とフレキシブルプリント基板１２上に搭載した光素子１１とを光学的に接続するためのミラー３０が形成される。

ミラー３０は、コア２８を伝搬する光の光軸に対して４５度となるように傾いて設けられ、光ファイバ２側からコア２８中を伝搬してきた光を光素子１１側に反射する。または光素子１１からの出射光をミラー３０の傾斜面で反射して、光ファイバ２側のコア２８に入射する。

フレキシブルプリント基板１２は、光素子１１および制御用ＩＣ１８を搭載した側の面を第１の基板９ａ側として、その一端がＦＰＣ用コネクタ１９を介して第１の基板９ａ上に実装される。

なお、本実施例では、フレキシブルプリント基板１２と光導波路１０を別部品として構成した例を示しているが、フレキシブルプリント基板１２内に光導波路１０を一体形成することもできる。

フレキシブルプリント基板１２の他端は、第１の基板９ａの裏面に設けられた支え板２０ａにより支持される。支え板２０ａは、フレキシブルプリント基板１２およびその表面に形成された光導波路１０を支持する。フレキシブルプリント基板１２は、光素子１１と第１の基板９ａとが離れる（空間が形成される）ように、ＦＰＣ用コネクタ１９および支え板２０ａにより支持される。光導波路１０と光ファイバ２の接続部下方には、ガラスカバー２１が設けられる。また、その接続部後方の第１の基板２ａには、光ファイバ２を支持するための支え板２０ｂが設けられる。

第２の基板９ｂの裏面（図示下側）には、外部電気機器５側から供給される電圧を光素子１１が動作する電圧に変換するための電圧変換用ＩＣ２２が設けられ、第２の基板９ｂのフレキシブルプリント基板１２側（図示上側）の面には、電圧変換用ＩＣ２２で発生するノイズを遮蔽するための金属板２６が配設される。

光電気複合線４の電線３は、第２の基板９ｂの裏面に形成された電気配線１３に接続され、第２の基板９ｂに形成された図示しないスルーホールを介して金属端子８に電気的に接続される。金属板２６と支え板２０ｂとの間には、両基板９ａ，９ｂの後端部を支持するための支え板２０ｃが設けられる。

また、図示しないが、第１の基板９ａと第２の基板９ｂとを電気的に接続するためのケーブルを適宜設けてもよい。

光電気変換モジュール１では、光ファイバ２や光素子１１、制御用ＩＣ１８、電圧変換用ＩＣ２２を保護するため、電気コネクタ７の後端部から光電気複合配線４の先端部まで、両基板９ａ，９ｂを覆うように金属からなるケース２３が設けられる。ケース２３としては、例えば、銅合金など熱伝導性の高い材料を用いるとよい。ケース２３の幅は、基板９ａ，９ｂの幅とほぼ同じとなるように形成することで、コンパクトにすることができる。

ケース２３は、例えば、電気コネクタ７の後端部から両基板９ａ，９ｂの途中まで覆うように形成してもよく、ケース２３が、少なくともＩＣなどの電子部品（発熱部材）を覆って、この電子部品とケース２３とが熱的に接続されるように形成されていれば放熱の効果は得られる。

ケース２３と第１の基板９ａとの間には、金属、シリコン、炭素材料などからなる放熱板２５が設けられる。放熱板２５は第１の基板９ａ表面の略全面にわたって設けられ、ケース２３に接触するように配設される。

また、第１の基板９ａの裏面とフレキシブルプリント基板１２との間には第１のスペーサ２４ａが介設され、第２の基板９ｂとケース２３との間には第２のスペーサ２４ｂが介設される。これらスペーサ２４ａ，２４ｂとしては、熱伝導性の高い材料からなるものを用いるとよく、第１の基板９ａおよび第２の基板９ｂに形成した電気配線１３に半田で固定できるため、金属からなるものを用いるのが望ましい。

第１のスペーサ２４ａをフレキシブルプリント基板１２と接続する際、あるいは第２のスペーサ２４ｂをケース２３と接続する際には、熱伝導性シリコーンゴムなどからなる熱伝導シート、またはエポキシ系熱伝導性接着剤などからなる熱伝導性の接着剤を介して接続することが望ましい。同様に、放熱板２５をケース２３と接続する際には、熱伝導シートまたは熱伝導性の接着剤を介して接続することが望ましい。

外部電気機器５に設けられるレセプタクル６は、コネクタカバー１５の先端部を収容する電気コネクタ挿入穴２７と、電気コネクタ７の凹部１７に嵌合する凸部１６とからなる。凸部１６の上下面には、凹部１７と嵌合した際に金属端子８と接触し、電気的に接続する接続端子１６ａがそれぞれ設けられる。

本実施形態の作用を説明する。

光電気変換モジュール１では、電気コネクタ７の金属端子８に第１の基板９ａを接続し、電気コネクタ７と第１の基板９ａを覆うようにケース２３を設け、そのケース２３と第１の基板９ａとの間に放熱板２５を配設している。

ケース２３と第１の基板９ａとの間に放熱板２５を配設し、スペーサ２４，２５を金属材料で形成することにより、光素子１１、および制御用ＩＣ１８などの電子部品から発生する熱を、スペーサ２４を介して第１の基板９ａに伝熱し、さらに、第１の基板９ａの表面に配設された放熱板２５を介して金属ケース２３に放熱することができ、光素子１１、及び制御用ＩＣ１８などの電子部品から発生する熱を効率的に廃熱（放熱）することが可能となる。

また、光電気変換モジュール１では、実装溝を有するフレキシブルプリント基板１２に光ファイバ２を実装している。さらに、この光ファイバ２が接続されたフレキシブルプリント基板１２はＦＰＣ用コネクタ１９を介して第１の基板９ａ上に実装されており、光ファイバ２を容易に第１の基板９ａに実装することができる。

また、上記実装溝に実装された光ファイバ２と光導波路１０の光軸が一致するように、光導波路１０はフレキシブルプリント基板１２に位置決めされて設けられている。そのため、光ファイバ２と光素子１１の光軸も容易に一致させることができる。

また、本実施形態では、第１の基板９ａとは異なる第２の基板９ｂに電線３を接続しており、第２の基板９ｂの表面側（フレキシブルプリント基板１２側）に金属板２６を配設している。これにより、電圧変換用ＩＣ２２から発生するノイズが光素子１１を駆動する制御用ＩＣ１８に影響することを防止できる。

このように、第１の基板９ａに光ファイバ２を実装すると共に、第２の基板９ｂに電線３を実装し、第２の基板９ｂの表面側（フレキシブルプリント基板１２側）に金属板２６を配設することで、信号劣化の少ない光電気変換モジュール１を実現することができる。

また、光電気変換モジュール１では、第１のスペーサ２４でフレキシブルプリント基板１２を支持するように構成しているため、フレキシブルプリント基板１２を安定して保持することができる。

上記実施形態では、第２の基板９ｂの表面側（図示上側）を金属端子８と接続するようにしたが、第２の基板９ｂを上下の金属端子８間に挿入し、第２の基板９ｂの裏面（図示下側）を下側の金属端子８と接続するようにしてもよい。これにより、第２の基板９ｂにスルーホールを形成する必要がなくなるので、製造コストを削減することができる。

また、上記実施形態では、ケース２３を光素子１１やＩＣ１８，２２を保護するための保護カバーとして用いたが、ケース２３の外周を覆うように樹脂をモールドして、別途保護カバーを設けるようにしてもよい。この場合、ケース２３を電気コネクタ７の先端部まで延出し、ケース２３の先端部を樹脂で覆われないようにすることで、ケース２３の先端部から放熱するように構成するとよい。

本発明の光電気変換モジュールの断面構造図である。本発明の光電気変換モジュールに用いるフレキシブルプリント基板の断面構造図である。従来の光電気変換モジュールの平面構造図である。

符号の説明

１光電気変換モジュール
２光ファイバ
３電線
４光電気複合線
５外部電気機器
６レセプタクル
７電気コネクタ
９ａ第１の基板（基板）
９ｂ第２の基板
１０光導波路（光路変換手段）
１１光素子
１２フレキシブルプリント基板（フレキシブル基板）
１９ＦＰＣ用コネクタ
２５放熱板

Claims

光ファイバと電線を内蔵した光電気複合線を、外部電気機器のレセプタクルに接続するための光電気変換モジュールであって、
基板と、該基板上にＦＰＣ用コネクタを介して実装されるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の前記ＦＰＣ用コネクタとは反対側の端部を支えるための支え板と、前記フレキシブル基板の一方の面上に形成され前記光ファイバのコアと光結合する光路変換手段と、前記フレキシブル基板の他方の面上に設けられ前記光路変換手段を介して前記光ファイバの前記コアと光結合する光素子と、前記基板の一端に設けられ前記外部電気機器の前記レセプタクルに挿入接続され前記外部電気機器と電気的に接続されると共に、前記光素子および前記電線と電気的に接続される電気コネクタと、前記外部電気機器側の前記電気コネクタの挿入接続部が露出するように前記基板と前記フレキシブル基板と前記電気コネクタとを覆うケースとを備え、前記光素子が搭載された前記フレキシブル基板を支持する前記基板と前記ケースとの間に放熱板が配設されており、前記放熱板は前記ケース及び前記基板と熱的に接続していることを特徴とする光電気変換モジュール。
前記電線は、前記基板とは異なる第２の基板を介して前記電気コネクタと電気的に接続され、前記第２の基板の前記フレキシブル基板側の面に金属板が配設されている請求項１記載の光電気変換モジュール。
前記基板と前記フレキシブル基板との間、および前記第２の基板と前記ケースとの間に、金属からなるスペーサを設けた請求項２記載の光電気変換モジュール。
前記電気コネクタは、前記レセプタクルの接続端子と電気的に接続される上下一対の金属端子を備え、一方の金属端子は前記基板を介して前記光素子と電気的に接続され、他方の金属端子は、前記第２の基板を介して前記電線と電気的に接続される請求項２または３記載の光電気変換モジュール。
前記放熱板が前記ケースに接触している請求項１〜４いずれかに記載の光電気変換モジュール。
前記ケースが金属からなる請求項１〜５いずれかに記載の光電気変換モジュール。