JP2013228423A - 立体回路基板および光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバに対する光軸合わせを確実に行える立体回路基板および光通信モジュールを提供する。
【解決手段】立体回路基板１２において、回路基板１４に面接触可能な底面１５と、底面１５に隣り合うとともに底面１５に対して直交する第１側面１６と、底面１５に隣り合うとともに第１側面１６とは反対側の第２側面１７とを有する本体１３と、第１側面１６に形成され、光素子１１を実装可能な実装パターンと、第１側面１６において実装パターンに接続された第１配線パターンと、第２側面１７において第１配線パターンに導通する第２配線パターンと、底面１５において第２配線パターンに接続され、回路基板１４に対して導通可能であるとともに本体１３を回路基板１４に対して固定可能な固定用パターンと、第１側面１６に設けられ、本体１３に接続可能なコネクタ１８に対して、コネクタ１８の接続方向に沿って凹凸係合する係合部１９と、を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体回路基板および光通信モジュールに関する。

情報機器で伝送される情報量の増加により、大容量伝達の可能な光通信が必要になってきている。これに伴い、電気信号と光信号とを相互変換する製造容易で安価な光通信モジュールが必要とされている（例えば特許文献１参照）。図７に示す従来の光通信モジュール１００は、筐体１０１に、実装基板１０２が固定される。実装基板１０２には、レーザダイオードやフォトダイオード等の光素子１０３が実装される。また、実装基板１０２にはレンズ１０４を保持するレンズホルダ１０５が設けられる。このように構成される光通信モジュール１００は、回路基板１０６に固定される。光素子１０３に接続された実装基板１０２の配線は、ＦＰＣ等の接続用回路体１０７によって導出されて回路基板１０６の回路と接続される。回路基板１０６に固定された光通信モジュール１００の筐体１０１には、光ファイバ１０８の端部に設けられたコネクタ１０９が結合される。コネクタ１０９と筐体１０１とは、結合面でのコネクタハウジング１１０と筐体１０１との嵌合構造等によって位置決めされる。これにより、光素子１０３と光ファイバ１０８とが光軸合わせされ、送信光、受信光の送受が行われる。

特開２０１１−１２８５７６号公報（請求項１、図１、段落００１４）

しかしながら、従来の光通信モジュール１００は、光素子１０３と実装基板１０２との位置決め、実装基板１０２と筐体１０１との位置決め、筐体１０１とコネクタ１０９との位置決めをする所謂、光軸合わせ（光軸調整）が必要であった。これらの位置決めには共通の基準位置がなく、個々の部品成形や部品組立の際の誤差が積み上げられるため、高い位置決め精度、即ち、光軸合わせの実現が困難であった。また、回路基板１０６と、光素子１０３を実装する実装基板１０２は、垂直の位置関係であるため、電気的な接続と垂直の精度を確保するために生産性やコスト面に課題があった。さらに、接続用回路体１０７が長いことは、電磁ノイズの影響を増大させ、高速通信の障害となった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、光ファイバに対する光軸合わせを確実に行える立体回路基板および光通信モジュールを提供することにある。

本発明の立体回路基板は、回路基板に面接触可能な底面と、前記底面に隣り合うとともに前記底面に対して直交する第１側面と、前記底面に隣り合うとともに前記第１側面とは反対側を向く第２側面とを有する本体と、前記第１側面に形成され、光素子を実装可能な実装パターンと、前記第１側面において前記実装パターンに接続された第１配線パターンと、前記第２側面において前記第１配線パターンに導通する第２配線パターンと、前記底面において前記第２配線パターンに接続され、前記回路基板に対して導通可能であるとともに前記本体を前記回路基板に対して固定可能な固定用パターンと、前記第１側面に設けられ、前記本体に接続可能なコネクタに対して、前記コネクタの接続方向に沿って凹凸係合する係合部と、を備えるものである。

また、本発明の光通信モジュールは、回路基板に面接触可能な底面と、前記底面に隣り合うとともに前記底面に対して直交する第１側面と、前記底面に隣り合うとともに前記第１側面とは反対側を向く第２側面とを有する本体と、前記第１側面に形成された実装パターンに実装される光素子と、前記第１側面において前記実装パターンに接続された第１配線パターンと、前記第２側面において前記第１配線パターンに導通する第２配線パターンと、前記底面において前記第２配線パターンに接続され、前記回路基板に対して導通可能であるとともに前記本体を前記回路基板に対して固定可能な固定用パターンと、前記第１側面に設けられ、前記本体に接続可能なコネクタに対して、前記コネクタの接続方向に沿って凹凸係合する係合部と、を備えるものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記本体に制御用ＩＣが実装されているものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記第２側面に前記制御用ＩＣが実装されているものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記係合部が、前記第１側面に設けられた凹部であるものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記係合部が、前記第１側面および前記第２側面の間を連通する貫通孔であるものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記第１配線パターンおよび前記第２配線パターンが、前記貫通孔の内面に形成された連結回路パターンにより連結されているものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記実装パターンが略矩形状であるとともに、それぞれのパターン縁部の中央部に面方向に沿って突出する突部が設けられているものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記回路基板に設けられた固定孔に挿通可能な挿通ピンが前記底面に設けられているものである。

さらに、本発明の光通信モジュールは、前記第１側面の周縁に沿って凹状の段差部が設けられているものである。

本発明に係る立体回路基板および光通信モジュールによれば、光ファイバに対する光軸合わせを確実に行うことができる。

本発明に係る第１実施形態の光通信モジュールが回路基板に固定されコネクタに結合された状態を表す要部を階段状に切り欠いた断面図 図１に示したコネクタの結合面側を見た斜視図 光通信モジュールを第１側面の方向から見た斜視図 光通信モジュールを第２側面の方向から見た斜視図 本体成形時のひけを説明する模式図 第２実施形態の光通信モジュールを第２側面の方向から見た斜視図 従来の光通信モジュールの断面図

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。

図１は本発明に係る第１実施形態の光通信モジュールが回路基板に固定されコネクタに結合された状態を表す要部を階段状に切り欠いた断面図、図２は図１に示したコネクタの結合面側を見た斜視図、図３は光通信モジュールを第１側面の方向から見た斜視図、図４は光通信モジュールを第２側面の方向から見た斜視図、図５は本体成形時のひけを説明する模式図である。

第１実施形態に係る光通信モジュール１０は、レーザダイオードやフォトダイオード等の光素子１１が、立体回路基板１２に実装されて成る。立体回路基板１２は、本体１３が樹脂材料を射出成形することにより形成される。本体１３は、回路基板１４に面接触可能な底面１５と、底面１５に隣り合うとともに底面１５に対して直交する第１側面１６と、底面１５に隣り合うとともに第１側面１６とは反対側を向く第２側面１７とを有する。このような本体形状の一例としては、図例のように第１側面１６と第２側面１７とが厚み方向に離間する薄厚扁平な六面体形状が挙げられる。

第１側面１６には、本体１３に接続可能なコネクタ１８に対して、コネクタ１８の接続方向に沿って凹凸係合する係合部１９が形成される。係合部１９は、第１側面１６に設けられた例えば凹部にできる。凹部は一箇所でよいが、一対設けられることが好ましい。

係合部１９が、凹凸係合のうち凹部となることで、この凹凸係合の係合相手となるコネクタ１８には凸部が設けられる。凸部は、位置決めピン２０として形成されることが好適となる。本発明において、位置決めピン２０は、特に小径、高精度、高強度でなければならない。この位置決めピン２０がコネクタ側となり、本体側が凹部となることで、本体１３は成形時の制約が少なくなり、生産性が高められる。

第１実施形態において、係合部１９は、第１側面１６および第２側面１７の間を連通する凹部である貫通孔２１として形成される。

本体１３に貫通孔２１が形成されることで、第１側面１６と第２側面１７とに挟まれる本体１３の外周面以外に、第１側面１６と第２側面１７とを連続させる新たな面、即ち、貫通孔２１の内面２２が設けられる。この内面２２は、包囲されるので、他部材の接触等の緩衝を受けにくくできる。本構成では、この貫通孔２１が共通の基準位置である位置決め孔となる。また、本体１３は、貫通孔２１が形成されることで、第１側面１６と第２側面１７とが最短距離で連続可能となる。

第１実施形態では、係合部１９が、貫通孔２１と、長円貫通孔２３とからなる。長円貫通孔２３は、孔同士の中心を通る線に沿う長孔であり、短径側が位置決めピン２０と遊びなく嵌合され、長径側が位置決めピン２０に対してクリアランス２４を有している。本体１３は、貫通孔２１と長円貫通孔２３とに、コネクタ１８に設けられる一対の位置決めピン２０が挿入される。クリアランス２４は、本体１３の成形時に、伸縮により生じる寸法のバラツキを許容可能としている。

第１側面１６の中央部には、光素子１１を実装可能な実装パターン２５が形成される。また、実装パターン２５の周りの第１側面１６には、光素子１１に接続される第１配線パターン２６が形成される。

なお、第１配線パターン２６と実装パターン２５は接続されていても良いが、少なくとも接続されていないものが一箇所以上存在する。

一方、第２側面１７には、第１配線パターン２６に導通する第２配線パターン２７が形
成される。また、第２側面１７の中央部には、第２配線パターン２７に囲まれるようにしてＩＣ用実装パターン２８が形成される。本体１３の底面１５には、第２配線パターン２７に接続され、回路基板１４に対して導通可能であるとともに、本体１３を回路基板１４に対して固定可能な固定用パターン２９が形成される。固定用パターン２９は、図例のように、底面１５と第２側面１７とに連続するＬ字形状に形成され、はんだとの接触面積が広く確保され、直交二方向となることで、回路基板１４に対し高い固定強度が得られるようになされている。

立体回路基板１２は、第１配線パターン２６および第２配線パターン２７が、貫通孔２１の内面２２に形成された連結回路パターン３０により連結されている。この連結回路パターン３０は、射出成形品の表面に立体的な電気回路を直接的に形成するＭＩＤ（Molded
Interconnected Device）技術によって形成される。ＭＩＤ技術は、従来の二次元回路とは異なり、傾斜面、垂直面、曲面、成形体内部の貫通孔２１等にも回路を付加する。ＭＩＤには、特に特開２００８−１５９９４２号公報（段落０００２〜０００３）、特開２０１１−１３４７７７号公報（段落０００３）に開示される微細複合加工技術であるＭＩＰＴＥＣ（登録商標）（Microscopic Integrated Processing Technology）を用いることができる。ＭＩＰＴＥＣは、射出成形品の表面に電気回路を形成するＭＩＤ技術に、成形表面活性化処理技術とレーザパターニング工法等を用いることで、微細パターニング、かつ、ベアチップ実装が可能な３Ｄ実装デバイスを実現できる。

ここで、例えば、１ショットレーザ輪郭除去法を用いた場合の立体回路基板１２の製造プロセスの概要を説明する。１ショットレーザ輪郭除去法は、１度の射出成形を行い、射出成形された本体１３における、目的の電気回路が実装される回路パターンの周囲の輪郭をレーザ光で照射し、所望の金属の層または膜を形成させて立体回路基板１２を製造する。成形のプロセスでは、射出成形機において、貫通孔２１、長円貫通孔２３を有する本体１３の形状に合わせた金型（図示せず）が設置され、金型の空間にめっき可能な樹脂材料が注入される。これにより、立体回路基板１２の下地が成形される。金型は、第１側面１６、第２側面１７、貫通孔２１、長円貫通孔２３に対応する面が予め平坦な面に研磨される。

一次成形品としての本体１３に対しては、プラズマ処理されることが好ましい。これにより、本体１３の表面が活性化することになる。次に、本体１３の全面に、スパッタリングにより例えばＣｕ薄膜（銅薄膜）が形成される。次に、レーザパターニングのプロセスで、Ｃｕ薄膜に対し、目的のパターンを形成する輪郭部分がレーザ光により除去される。レーザパターニングの次の電解めっきのプロセスでは、目的のパターンに電解（銅）めっきが行われる。この電解めっきにより、Ｃｕめっき層が厚付け、即ち、所定の厚さを有するＣｕめっき層が形成される。

電解めっきの次のエッチングのプロセスでは、１つ前の電解めっきのＣｕめっき層が形成された本体１３に対して、等方性または異方性のエッチングが行われる。このエッチングにより、Ｃｕめっき層の表面は、滑らかになる。最後に、エッチングのプロセスの次の電解Ｎｉ−Ａｕめっきのプロセスでは、電解めっきにより、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層が形成され、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層の上に、金（Ａｕ）のめっき層がさらに形成される。これにより、実装パターン２５、第１配線パターン２６、第２配線パターン２７、ＩＣ用実装パターン２８、固定用パターン２９が形成される。

ＭＩＤにより形成される実装パターン２５は、略矩形状に形成され、それぞれのパターン縁部３２の中央部には面方向に沿って突出する突部３３が設けられている。この突部３３は、認識用マークとして利用される。突部３３は、実装パターン２５と同時に形成されるものであれば、形状は限定されない。

光通信モジュール１０では、コネクタ１８が位置決めピン２０によって本体１３に位置決めされる。本体１３は、この位置決めピン２０の挿入される貫通孔２１を基準に実装パターン２５が配置される。実装パターン２５は、四角形のそれぞれのパターン縁部３２の中央部に設けられた突部３３が画像処理されることで、高精度なセンター認識が可能となる。この認識センター３４に、素子センターを一致させて光素子１１が実装されることで、実装された光素子１１と光ファイバ３５との光軸が高精度に一致する。

このようにして有られた立体回路基板１２の第１側面１６に形成された実装パターン２５には光素子１１が実装される。また、本体１３には、制御用ＩＣ３６が実装されている。そして、制御用ＩＣ３６は、第２側面１７に設けられたＩＣ用実装パターン２８に実装される。これにより、光通信モジュール１０が構成される。

光通信モジュール１０は、本体１３の底面１５には、回路基板１４に設けられた固定孔３７に挿通可能な挿通ピン３８が設けられている。
（請求項９の効果）
本体１３を実装するための回路基板１４に対し、はんだ付けにより、電気的な接続が行われる。挿通ピン３８は、コネクタ１８の抜き差しによる応力で、はんだにクラックが生じるのを防ぐため、貫通孔２１の直下に配置される。本体１３は、挿通ピン３８が回路基板１４の固定孔３７に嵌合されることにより、はんだ部に応力が集中しなくなり、かつ、回路基板１４との高精度な位置決めが可能となる。

また、本体１３には、第１側面１６の周縁に沿って凹状の段差部３９が設けられている。この段差部３９には、コネクタハウジング４０の結合側面に形成されるコネクタ側段差部４１が嵌合される。

第１側面１６の周縁、即ち、コネクタ１８のハウジングと本体１３とが嵌合される周囲には、段差部３９が設けられる。段差部３９により外乱光の侵入が阻止され、誤動作が防止される。これにより、光通信モジュール１０は、屋外でも使用が可能になる等、使用周囲環境の自由度が増す。

上記構成を有する立体回路基板１２および光通信モジュール１０の作用を説明する。

光通信モジュール１０では、本体１３の第１側面１６に、共通の基準位置となる係合部１９が設けられる。本体１３は、この係合部１９を共通の基準位置に実装パターン２５が形成され、実装パターン２５に対して光素子１１が位置決めされる。また、コネクタ１８は、この係合部１９によって位置決めされて結合される。これにより、光軸合わせの際に生じる誤差が、従来の部品成形や部品組立の際の積み上げ誤差でなく、三次元成形回路を微細パターニングにて形成する際の微小誤差に抑制される。従って、係合部１９によって、コネクタ１８が本体１３に位置決めされると、実装パターン２５に実装された光素子１１に、コネクタ１８に接続された光ファイバ３５の中心が一致する高精度な光軸合わせが実現される。

このように、光通信モジュール１０では、レンズ３１と、光ファイバ３５とが一体化したコネクタ１８のコネクタハウジング４０に位置決めピン２０を配置する。また、光学デバイスを実装する本体１３にＭＩＤを用い、その貫通孔２１と前者の位置決めピン２０が嵌合される。これにより、高精度で容易な光軸の位置決めおよび回路基板１４と光通信モジュール１０との垂直精度を実現している。

また、光通信モジュール１０では、従来、本体１３が実装される回路基板１４に設けられていた制御用ＩＣ３６が、本体１３に直接設けられ、別体二部品が一体一部品構成とな
って、部品点数が少なくなる。

また、本体１３の表裏である第１側面１６と第２側面１７とのそれぞれに光素子１１と制御用ＩＣ３６とが分けられて配置され、第１側面１６と第２側面１７との実装面積が小さくて済む。これにより、本体外形の小型化が可能となっている。

さらに、貫通孔２１の内面２２に形成された連結回路パターン３０によって、第１配線パターン２６と第２配線パターン２７とが接続され、第１配線パターン２６に実装される光素子１１と、第２配線パターン２７に実装される制御用ＩＣ３６とが、最短距離で接続される。接続距離が最短となることで、高周波信号のロスが最小限に抑止される。位置決め孔と、連結回路パターン３０を形成するための孔とが一つの貫通孔２１で兼用され、さらなるコンパクト化が実現されている。

次に、本発明に係る光通信モジュール１０の第２実施形態を説明する。

図６は第２実施形態の光通信モジュール４２を第２側面１７の方向から見た斜視図である。なお、図１〜図５に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この第２実施形態に係る光通信モジュール４２は、挿通ピン３８を有していない。光通信モジュール４２は、回路基板１４と固定用パターン２９とのはんだ部に、応力の集中が懸念されない場合には、底面１５に設けられる上記の挿通ピン３８が省略されてもよい。この場合、本体１３は、固定用パターン２９が回路基板１４のランドにはんだのみによって固定される。ランドには例えばクリームはんだが塗布された後、固定用パターン２９が装着され、クリームはんだによる溶融接合によって、固定用パターン２９とランドとが接合され、本体１３が回路基板１４に固定される。

この光通信モジュール４２によれば、本体構造が簡素となり、製造コストがさらに安価となる。

従って、前述した各実施形態に係る立体回路基板１２および光通信モジュール１０、光通信モジュール４２によれば、光ファイバ３５に対する光軸合わせを確実に行うことができる。

本発明は、立体回路基板および光通信モジュールへの適用に好適である。

１０、４２ 光通信モジュール
１１ 光素子
１２ 立体回路基板
１３ 本体
１４ 回路基板
１５ 底面
１６ 第１側面
１７ 第２側面
１８ コネクタ
１９ 係合部
２１ 貫通孔（凹部）
２２ 内面
２５ 実装パターン
２６ 第１配線パターン
２７ 第２配線パターン
２９ 固定用パターン
３０ 連結回路パターン
３２ パターン縁部
３３ 突部
３６ 制御用ＩＣ
３７ 固定孔
３８ 挿通ピン
３９ 段差部

Claims (10)

1. 回路基板に面接触可能な底面と、前記底面に隣り合うとともに前記底面に対して直交する第１側面と、前記底面に隣り合うとともに前記第１側面とは反対側を向く第２側面とを有する本体と、
   前記第１側面に形成され、光素子を実装可能な実装パターンと、
   前記第１側面において前記実装パターンに接続された第１配線パターンと、
   前記第２側面において前記第１配線パターンに導通する第２配線パターンと、
   前記底面において前記第２配線パターンに接続され、前記回路基板に対して導通可能であるとともに前記本体を前記回路基板に対して固定可能な固定用パターンと、
   前記第１側面に設けられ、前記本体に接続可能なコネクタに対して、前記コネクタの接続方向に沿って凹凸係合する係合部と、
   を備える立体回路基板。
2. 回路基板に面接触可能な底面と、前記底面に隣り合うとともに前記底面に対して直交する第１側面と、前記底面に隣り合うとともに前記第１側面とは反対側を向く第２側面とを有する本体と、
   前記第１側面に形成された実装パターンに実装される光素子と、
   前記第１側面において前記実装パターンに接続された第１配線パターンと、
   前記第２側面において前記第１配線パターンに導通する第２配線パターンと、
   前記底面において前記第２配線パターンに接続され、前記回路基板に対して導通可能であるとともに前記本体を前記回路基板に対して固定可能な固定用パターンと、
   前記第１側面に設けられ、前記本体に接続可能なコネクタに対して、前記コネクタの接続方向に沿って凹凸係合する係合部と、
   を備える光通信モジュール。
3. 請求項２に記載の光通信モジュールであって、
   前記本体に制御用ＩＣが実装されている光通信モジュール。
4. 請求項３に記載の光通信モジュールであって、
   前記第２側面に前記制御用ＩＣが実装されている光通信モジュール。
5. 請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の光通信モジュールであって、
   前記係合部が、前記第１側面に設けられた凹部である光通信モジュール。
6. 請求項５に記載の光通信モジュールであって、
   前記係合部が、前記第１側面および前記第２側面の間を連通する貫通孔である光通信モジュール。
7. 請求項６に記載の光通信モジュールであって、
   前記第１配線パターンおよび前記第２配線パターンが、前記貫通孔の内面に形成された連結回路パターンにより連結されている光通信モジュール。
8. 請求項２ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の光通信モジュールであって、
   前記実装パターンが略矩形状であるとともに、それぞれのパターン縁部の中央部に面方向に沿って突出する突部が設けられている光通信モジュール。
9. 請求項２ないし請求項８のうちのいずれか１項に記載の光通信モジュールであって、
   前記回路基板に設けられた固定孔に挿通可能な挿通ピンが前記底面に設けられている光通信モジュール。
10. 請求項２ないし請求項９のうちのいずれか１項に記載の光通信モジュールであって、
    前記第１側面の周縁に沿って凹状の段差部が設けられている光通信モジュール。

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