JP2010113331A

JP2010113331A - 光電気アセンブリ

Info

Publication number: JP2010113331A
Application number: JP2009056587A
Authority: JP
Inventors: Shugen Ryu; 主鉉柳; Mitsuki Hirano; 光樹平野; Takemasa Ushiwatari; 剛真牛渡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】部品点数が少なく、構成が簡素で、組み立てが容易で、小型の光電気アセンブリを提供する。
【解決手段】切欠部２を有するリジッド基板３と、切欠部２を覆うようにリジッド基板３に積層されたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４の切欠部２内の面に実装された光電気素子５と、光電気素子５に臨み光電気素子５の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子６と、光反射素子６に臨みフレキシブル基板４の裏面に沿わせて設けられた光伝送路７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品点数が少なく、構成が簡素で、組み立てが容易で、小型の光電気アセンブリに関する。

電気的な信号処理を行う情報機器に対して光伝送路を接続し、外部機器との情報交換を光信号で行う場合、情報機器と光伝送路との間に、電気と光の相互信号変換を行うインタフェースが必要となる。また、情報機器の内部において、複数の電気回路基板間を光伝送路で接続して光通信するためには、電気回路基板に信号変換インタフェースを接続する必要がある。

図９に示した従来の信号変換インタフェースに用いる光電気アセンブリ１０１は、リジッド基板１０２にフレキシブル基板用コネクタ１０３が実装され、そのフレキシブル基板用コネクタ１０３にフレキシブル基板１０４が挿入され、フレキシブル基板１０４には光ＩＣ等の光電気素子１０５が実装され、この光電気素子１０５に光伝送路１０６からの光を導くために、リジッド基板１０２とフレキシブル基板１０４との隙間に光伝送路１０６が挿入され、その光伝送路１０６が接着剤１０７でリジッド基板に固定されている。光電気素子１０５は、発光面又は受光面がフレキシブル基板面を向いているため、フレキシブル基板１０４の裏面側にミラー１０８が設けられ、光電気素子１０５からの光が光伝送路１０６に反射され、光伝送路１０６からの光が光電気素子１０５に反射される。リジッド基板１０２は、図示しない情報機器のリジッド基板用コネクタに挿入される。光電気素子１０５は密閉樹脂層１０９で周囲を覆われて封止される。

特開２００２−１１６３２６号公報

図９に示した光電気アセンブリ１０１は、部品点数が多く、構成が複雑で、組み立ても容易でないため、コストが高い。

この光電気アセンブリ１０１は、リジッド基板１０２が情報機器のリジッド基板用コネクタに挿入され、リジッド基板１０２上のフレキシブル基板用コネクタ１０３にフレキシブル基板１０４が挿入されるという構造のため、長さ（図示左右方向）が長い。また、この光電気アセンブリ１０１は、リジッド基板１０２、接着剤１０７、光伝送路１０６、フレキシブル基板１０４、密閉樹脂層１０９が積み上げられた構造のため、高さが高い。このように、従来の光電気アセンブリ１０１は、長さが長く、高さが高いため、情報機器内のスペースを大きく占める。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、部品点数が少なく、構成が簡素で、組み立てが容易で、小型の光電気アセンブリ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は、切欠部を有するリジッド基板と、上記切欠部を覆うように上記リジッド基板に積層されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の上記切欠部内の面に実装された光電気素子と、該光電気素子に臨み該光電気素子の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子と、該光反射素子に臨み上記フレキシブル基板の裏面に沿わせて設けられた光伝送路とを備えたものである。

上記フレキシブル基板は、上記光電気素子が表面実装される電気配線用銅層と、該電気配線用銅層を支持する基台樹脂層と、上記光伝送路となるポリマ層とを有してもよい。

上記フレキシブル基板は、上記光電気素子が表面実装される電気配線用銅層と、該電気配線用銅層を支持する基台樹脂層と、上記光伝送路となる光ファイバを位置決めする光ファイバ位置決め用銅層とを有してもよい。

上記切欠部内に、上記光電気素子を密閉する密閉樹脂層を備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）部品点数が少ない。

（２）構成が簡素である。

（３）組み立てが容易である。

（４）小型である。

本発明の一実施形態を示す光電気アセンブリの図である。（ａ）は部分透視側面図、（ｂ）は上面図である。（ａ）は本発明の一実施形態を示す図１のフレキシブル基板の側断面図、（ｂ）は本発明の他の実施形態を示す図１のフレキシブル基板の側断面図である。本発明の他の実施形態を示す光電気アセンブリの透視斜視図である。図３の光電気アセンブリに用いられるフレキシブル基板の下面側から見た斜視図である。（ａ）は、図３の光電気アセンブリにおけるフレキシブル基板と光ファイバの部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）と同じ部分の下面図である。図３の光電気アセンブリにおけるフレキシブル基板と光ファイバとプリズムの部分拡大側断面図である。本発明の他の実施形態を示す光電気アセンブリの部分拡大側断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示す光電気アセンブリの部分透視側面図である。従来の光電気アセンブリの側面図である。本発明の他の実施形態を示す光電気アセンブリの図である。（ａ）は部分透視側面図、（ｂ）は上面図である。

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（ａ）は、本発明に係る光電気アセンブリの側面図であり、一部が透視して描かれている。図１（ｂ）は、光電気アセンブリの上面図である。

本発明に係る光電気アセンブリ１は、切欠部２を有するリジッド基板３と、切欠部２を覆うようにリジッド基板３に積層されたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４の切欠部２内の面に実装された光電気素子５と、光電気素子５に臨み光電気素子５の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子６と、光反射素子６に臨みフレキシブル基板４の裏面に沿わせて設けられた光伝送路７とを備えたものである。

リジッド基板３は、図９に示したリジッド基板１０２と同様に情報機器のリジッド基板用コネクタに挿入されるエッジ（図示せず）を備えている。切欠部２は、リジッド基板３の一端から上面視矩形状に形成されている。このため、リジッド基板３は、上面視コ字状を呈する。

フレキシブル基板４は、切欠部２を含みリジッド基板３の全面を覆うように設けられている。フレキシブル基板４の上面は配線パターン（図示せず）となる電気配線用銅層である。リジッド基板３の配線パターン（図示せず）とフレキシブル基板４の配線パターンは、相互にスルホールを圧着することにより導通されている。切欠部２内には、フレキシブル基板４に光電気素子５を実装するための配線パターン（図示せず）が形成されている。

光電気素子５は、表面実装型の光電気素子５であり、発光面又は受光面がフレキシブル基板面を向いている。フレキシブル基板４は、光電気素子５が使用する光波長において透明である。

フレキシブル基板４には、構造の異なる以下の２種類がある。

図２（ａ）に示したフレキシブル基板４ａは、光電気素子５が表面実装される電気配線用銅層２１と、電気配線用銅層２１を支持する基台樹脂層２２と、光伝送路７となるポリマ層２３とを有する。ポリマ層２３は、クラッド層とコア層を有することによって光導波路を形成するものである。このポリマ層２３に４５°斜面を有するＶ溝が形成され、その４５°斜面が光反射素子６となっている。基台樹脂層２２は、例えば、ポリイミドからなる。

図２（ｂ）に示したフレキシブル基板４ｂは、光電気素子５が表面実装される電気配線用銅層２１と、電気配線用銅層２１を支持する基台樹脂層２２と、光伝送路７となる光ファイバ２４を位置決めする光ファイバ位置決め用銅層２５とを有する。また、フレキシブル基板４ｂを用いる光電気アセンブリ１は、光反射素子６としてプリズム２６を備え、フレキシブル基板４ｂにはプリズム位置決め用銅層が形成されるとよい。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本発明に係る光電気アセンブリ１は、切欠部２内に、光電気素子５を密閉する密閉樹脂層８を備える。

本発明に係る光電気アセンブリ１は、従来の光電気アセンブリに比べて次のような効果を奏する。

光電気アセンブリ１は、フレキシブル基板４がリジッド基板３に積層され、リジッド基板３の配線パターンとフレキシブル基板４の配線パターンがスルホールの圧着により導通されている。このため、リジッド基板上にフレキシブル基板用コネクタが必要なくなり、部品点数が少なく、構成が簡素で、組み立てが容易となる。また、フレキシブル基板用コネクタが無いことで、長さが短くなると共に高さが低くなって小型となる。

光電気アセンブリ１は、リジッド基板３が切欠部２を有し、フレキシブル基板４が切欠部２を覆うようにリジッド基板３に積層され、光電気素子５がフレキシブル基板４の切欠部２内の面に実装されるので、光電気素子５の高さがリジッド基板３の高さ（厚さ）より低ければ、光電気素子５がリジッド基板３の高さ方向に突き出さない。さらに、光電気素子５を封止する密閉樹脂層８がリジッド基板３の高さ方向に突き出さない。光電気素子５の高さがリジッド基板３の高さ（厚さ）より高い場合でも、光電気素子５がリジッド基板３の高さ方向に突き出る量が少なくできる。よって、光電気アセンブリ１は、従来より高さが低くなって小型となる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図３に示されるように、リジッド基板３にはＩＣ９が実装されている。リジッド基板３に積層されたフレキシブル基板４には、切欠部２内の面に光電気素子５が実装されている。リジッド基板３の配線パターンとフレキシブル基板４の配線パターンが導通されているので、光電気素子５とＩＣ９との間で電気信号を伝送することができる。

光電気素子５の裏側（フレキシブル基板４の下面）にはプリズム２６が取り付けられている。光電気素子５の下面には、複数個の発光面又は受光面Ｓが一列に形成されている。プリズム２６の反射面（光反射素子６）はこれら発光面又は受光面Ｓに対して４５°の傾斜角で臨んでいる。フレキシブル基板４の下面には、光反射素子６に端面を臨ませた複数本の光ファイバ２４が取り付けられている。

図４に示されるように、フレキシブル基板４の下面には、光ファイバ２４を位置決めする光ファイバ位置決め用銅層２５と、プリズム２６を位置決めするプリズム位置決め用銅層２７と、フレキシブル基板４の上面と下面のパターン合わせに用いる基点２８とが設けられる。なお、図３との対応関係を明確にするため、切欠部２の輪郭が破線で示されている。

基点２８は、フレキシブル基板４の下面においては、光ファイバ位置決め用銅層２５、プリズム位置決め用銅層２７を配置する基準となり、フレキシブル基板４の上面においては、電気配線用銅層２１のパターン、例えば、光電気素子５の端子との接合部パターンを配置する基準となる。基点２８は、光ファイバ位置決め用銅層２５やプリズム位置決め用銅層２７と一括して印刷するとよい。

図５（ａ）に示されるように、フレキシブル基板４に印刷することにより形成される光ファイバ位置決め用銅層２５は、所定の層厚を有することにより、段差を形成することができる。光ファイバ位置決め用銅層２５により２本の平行な直線パターン２５ａ，２５ｂを形成し、これら直線パターン２５ａ，２５ｂ間に光ファイバ２４を配置すると、光ファイバ２４は、前述の段差の間に入ることになり、フレキシブル基板４と直線パターン２５ａ，２５ｂに対して３箇所の点Ｐで接触し、いわゆる３点支持により位置が安定して決定される。光ファイバ位置決め用銅層２５により複数（３本以上）の直線パターンを形成すると、複数の光ファイバ２４をそれぞれ平行に、かつ、個々の光ファイバ２４の中心を目標とする中心位置に位置合わせすることができる。光ファイバ２４の位置合わせは、光ファイバ２４が光ファイバ位置決め用銅層２５の段差に当たるようにするだけでできるので、容易である。

図６に示されるように、フレキシブル基板４に印刷することにより形成されるプリズム位置決め用銅層２７は、所定の層厚を有することにより、段差を形成することができる。フレキシブル基板４の上面に実装される光電気素子５に入出射する光と光ファイバ２４に入出射する光の光路Ｃを正しく形成するためには、プリズム２６の位置（光ファイバに対する長手方向位置、光ファイバに対する角度、発光面又は受光面Ｓの並び方向に対する角度など）を正確に決める必要がある。プリズム位置決め用銅層２７は、プリズム２６の上面（長方形とする）が嵌り込むように、下面視長方形で、光ファイバ位置決め用銅層２５から所定の距離に光ファイバ位置決め用銅層２５に対して直角となるよう形成される。これにより、プリズム２６の位置合わせは、プリズム２６がプリズム位置決め用銅層２７の段差に当たるようにするだけでできるので、容易である。

図５（ｂ）に示されるように、光ファイバ位置決め用銅層２５及びプリズム位置決め用銅層２７が光電気素子５の位置、光電気素子５の端子５ａの位置に対して精度よく配置されているため、光ファイバ２４、プリズム２６（図５では省略してある）が精度よく位置決めできる。また、光ファイバ位置決め用銅層２５は、光ファイバ２４の長手方向に対して直角な部分を有することにより、光ファイバ２４の端面の位置決めにも使用される。

銅層２１，２５，２７のパターンは、寸法公差を±０．０１ｍｍ程度、好ましくは±０．００５ｍｍ程度で製造することができる。よって、図３〜図６で説明した位置決めは、簡単にできるだけでなく、大変精度の良いものとなる。

光ファイバ２４は、フレキシブル基板４に対して、パッシブ実装した後、透明接着剤でポッティングして実装してもよい。光電気素子５は、フレキシブル基板４に対して、画像認識で実装した後、透明接着剤でポッティングして実装してもよい。

図７に示されるように、光反射素子６は、光ファイバ２４を４５°カットして形成することができる。フレキシブル基板４ｂは、図２（ｂ）に示したものと同じフレキシブル基板４ｂである。ただし、光ファイバ２４が１本のみの場合は、光ファイバ２４に対して４５°に形成した光反射素子６をフレキシブル基板４ｂに対して４５°に取り付けるのは難しい。なぜなら、図５（ａ）のような光ファイバ２４の位置決めができても、光ファイバ２４が軸回転することによる光反射素子６のずれを防げないからである。しかし、光ファイバ２４が複数本の場合は、複数本の光ファイバ２４を一体化したリボン光ファイバを用いることにより、軸回転することによる光反射素子６のずれをなくすことができる。

図８（ａ）に示した光電気アセンブリ１は、切欠部２を有するリジッド基板３と、切欠部２を覆うようにリジッド基板３に積層されたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４の切欠部２内の面に実装された光電気素子５と、光電気素子５に臨み光電気素子５の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子６と、光反射素子６に臨みフレキシブル基板４の裏面に沿わせて設けられた光伝送路７とを備えたものである。光伝送路７はポリマ層２３又は光ファイバ２４からなり、光反射素子６はポリマ層２３のＶ溝、プリズム２６、光ファイバ２４の４５°カットなどからなる。

図８（ｂ）に示した光電気アセンブリ１は、図８（ａ）に示した光電気アセンブリ１のフレキシブル基板４の下面に切欠部２を有するリジッド基板３を設けたものである。２枚のリジッド基板３でフレキシブル基板４を挟む構造となるため、熱膨張や応力のバランスが上下面で均等になり、反りを防止することができる。さらに、上下両面の切欠部２に密閉樹脂層８を形成することで、フレキシブル基板４と光伝送路７との接合部が強化される。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示した光電気アセンブリ１では、密閉樹脂層８が切欠部２全体を埋めている。

図１０に示されるように、本発明に係る光電気アセンブリ３１は、周囲が閉じた切欠部３２を有するリジッド基板３と、切欠部３２を覆うようにリジッド基板３に積層されたフレキシブル基板４と、フレキシブル基板４の切欠部３２内の面に実装された光電気素子５と、光電気素子５に臨み光電気素子５の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子６と、光反射素子６に臨みフレキシブル基板４の裏面に沿わせて設けられた光伝送路７とを備えたものである。

切欠部３２は、図１の切欠部２とは異なり、周囲が閉じている。このため、切欠部３２は、フレキシブル基板４上の全周にわたり、リジッド基板３の厚さ分の壁を形成している。

切欠部３２内に、光電気素子５を密閉する密閉樹脂層８を形成するために、流動性のある充填材を光電気素子５の周囲に流し込んだとき、切欠部３２がフレキシブル基板４上の全周にわたり、リジッド基板３の厚さ分の壁となっているので、充填材が外に流れ出さない。これにより、光電気アセンブリ３１の組み立てがいっそう容易になると共に、充填材の流出による外観不具合の発生が防止される。

１光電気アセンブリ
２切欠部
３リジッド基板
４フレキシブル基板
５光電気素子
６光反射素子
７光伝送路
８密閉樹脂層
２１電気配線用銅層
２２基台樹脂層
２３ポリマ層
２４光ファイバ
２５光ファイバ位置決め用銅層
２６プリズム
２７プリズム位置決め用銅層
２８基点

Claims

切欠部を有するリジッド基板と、上記切欠部を覆うように上記リジッド基板に積層されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の上記切欠部内の面に実装された光電気素子と、該光電気素子に臨み該光電気素子の実装箇所の裏面に設けられた光反射素子と、該光反射素子に臨み上記フレキシブル基板の裏面に沿わせて設けられた光伝送路とを備えたことを特徴とする光電気アセンブリ。
上記フレキシブル基板は、上記光電気素子が表面実装される電気配線用銅層と、該電気配線用銅層を支持する基台樹脂層と、上記光伝送路となるポリマ層とを有することを特徴とする請求項１記載の光電気アセンブリ。
上記フレキシブル基板は、上記光電気素子が表面実装される電気配線用銅層と、該電気配線用銅層を支持する基台樹脂層と、上記光伝送路となる光ファイバを位置決めする光ファイバ位置決め用銅層とを有することを特徴とする請求項１記載の光電気アセンブリ。
上記切欠部内に、上記光電気素子を密閉する密閉樹脂層を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光電気アセンブリ。