JP2007317901A

JP2007317901A - 光トランシーバ

Info

Publication number: JP2007317901A
Application number: JP2006146217A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Sone; 秀己曽根
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US7699618B2; US20070286553A1

Abstract

【課題】光サブアセンブリと回路基板とをＦＰＣで接続する際に、高精度に位置決め可能で、更にそのＦＰＣを簡便に且つ安価に製造することが可能な光トランシーバを提供する。
【解決手段】光トランシーバ１は、光サブアセンブリ（ＯＳＡ）２１，２２と、回路基板２３と、ＯＳＡ２１，２２及び回路基板２３を電気的に接続するＦＰＣ１０とを備える。ＦＰＣ１０は、回路基板２３との接続用のパッド（図示せず）と、そのパッドの近傍に１つ以上の位置決め用の穴１４ａ〜１４ｃとを有する。位置決め用の穴１４ａ〜１４ｃは、回路基板２３上に配置された所定の実装部品２４ａ〜２４ｃに嵌め合うような形状及び配置で形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光トランシーバに関し、より詳細には、光サブアセンブリ、回路基板、及び両者を電気的に接続するフレキシブル基板を備える光トランシーバに関する。

光トランシーバには、回路基板と光電変換素子を搭載する光サブアセンブリ（Optical Sub-Assembly：ＯＳＡ）を備え、両者を電気的に接続する構造をもつものがある。光トランシーバにおけるＯＳＡは、光レセプタクルに挿入された光コネクタに付随する光ファイバとの間で光信号の送受を行い、この光信号と電気信号との間を変換する。

サブアセンブリとしては、発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）及びこのＬＤの出力光強度を検知する受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等が組み込まれたＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）、ＰＤ及びこのＰＤにより変換された電気信号を増幅するプリアンプ等が組み込まれたＲＯＳＡ（Receiver Optical Sub-Assembly）などがある。回路基板は、これらのＯＳＡに対し電気的に結合し、電気信号の処理を行う電子回路を搭載したものである。光トランシーバは、このようなＯＳＡ、回路基板、そして、このＯＳＡと回路基板とを搭載するシャーシ、並びにこれら回路基板、ＯＳＡ、及びシャーシを保護するカバーで構成される。そして、上述したＯＳＡと回路基板との電気的な接続には、一般にフレキシブル基板（フレキシブルプリント基板：ＦＰＣ）が用いられている。

図７は、従来技術による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣを示す図で、図７（Ａ）が斜視図、図７（Ｂ）が下面図である。また、図８は、図７のＦＰＣを用いたＯＳＡ−回路基板間の接続形態を示す斜視図である。

ＦＰＣ７０は、光トランシーバにおけるＴＯＳＡ８１，ＲＯＳＡ８２と回路基板８３とを電気的に接続する為の部品であり、製造時には図７に示すようにフラットな形状となっており、折り曲げた状態でＴＯＳＡ８１，ＲＯＳＡ８２と回路基板８３とを接続する。ＦＰＣ７０には、ＴＯＳＡ８１の端子ピン８１ａと嵌合する穴７１ａ、ＲＯＳＡ８２の端子ピン８２ａと嵌合する穴７２ａ、回路基板８３のパッド（図示せず）と接続するパッド７３ｃ，７３ｄ（それぞれ穴７３ａ，７３ｂが穿ってある）、ＴＯＳＡ８１に対する位置決め用穴７４ａ、ＲＯＳＡ８２に対する位置決め用穴７４ｃ、及び回路基板８３上の位置決めピン８４を差し込む位置決め用穴７４ｂが穿たれている。端子ピン８１ａ，８２ａと嵌合する穴７１ａ，７２ａの裏面にもパッドが設けられ、回路基板側のパッドと電気的に接続するようになっている。また、ここで例示したＦＰＣ７０は、ＴＯＳＡ８１側の基板７１とＲＯＳＡ８２側の基板７２が中間部７３により一体となっている。

このようなＦＰＣ７０によるＴＯＳＡ８１，ＲＯＳＡ８２と回路基板８３との接続方式においては、回路基板８３及びＦＰＣ７０のパッド幅とピッチ間隔が狭い為、高い位置決め精度が要求される。例えば、図７（Ｂ）に例示したように、回路基板８３側パッドに対し、ＦＰＣ７０側のパッド７３ｃ，７３ｄの幅は０.４ｍｍ程度であり、そのパッド間の間隔Ｄは０.４ｍｍ程度である。回路基板８３上のパッドとＦＰＣ７０のパッド７３ｃ，７３ｄとを精度良く位置決めする為には、通常位置決め用の治具を用い、回路基板８３とＦＰＣ７０の外形を使って治具にセットする。但し、一般的には回路基板８３の外形寸法公差が＋／−０.１ｍｍ、ＦＰＣ７０の外形（又は位置決め用の穴）の位置精度は＋／−０.２ｍｍである。

更に、位置決めとなる基準面（若しくは基準穴）の配置次第で更に悪くなるケースもある。例えば、位置決めが必要なパッド近傍に基準面を配置できれば精度が良く実装できるが、通常パッド近傍は半田付け用のスペースが必要な為、位置決め用の構造を形成し難く、パッドから遠いところに構造を設けてこれを基準とすることが多い。その結果、ＦＰＣを配置する時の傾きの影響を受けることになり、パッド付近では大きくずれてしまう。

そこで上述のような位置ズレ精度を満たす為には高精度の治具及び目視による位置合わせが必要となる。例えば、ＦＰＣの外形の寸法精度は＋／−０.２ｍｍ、基板外形の寸法精度は＋／−０.１ｍｍ、更に、ＦＰＣと基板との姿勢のズレを考慮すると、治具に求められる位置決め精度はかなり高いものが要求される上、姿勢のズレを解消する為の目視による位置合わせも必要となる。

また、図９は、従来技術による他の光トランシーバを示す図で、図９（Ａ）が全体斜視図、図９（Ｂ）が接続部分の拡大図である。図９で例示する光トランシーバ９は、図７及び図８で例示した構造において、回路基板８３の裏面にパッドをもち、そのパッドとＦＰＣ７０側のパッドとを電気的に接続する為にＦＰＣ７０の上面にパッドをもつ構造となっている。光トランシーバ９の組立方法としては、ＦＰＣ７０と回路基板８３とを接続した後に図示しない筐体に組み込む方法が一般的に採用されている。

特許文献１には、光トランシーバにおいて、上述したような回路基板と光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ，ＲＯＳＡ）とをＦＰＣ基板で接続したものが開示されている。
米国特許第５２９５２１４号明細書

しかしながら、上述のごとき高精度の治具及び目視による位置合わせを行う方式における問題として、次のような点が挙げられる。まず、ＦＰＣのセット及び目視による調整に手間がかかり、実装コストに影響するＦＰＣを用いた部品の実装時間が長くなる。また、生産能力を上げる為には高精度の治具を多数準備しなければならず、設備投資が膨らむこととなる。更に、基板外形、ＦＰＣ外形を基準に治具を製作することから、異なる外形寸法の基板とＦＰＣには対応できない。また、基板毎に治具が必要となることで、管理・運用が複雑にもなる。

また、高精度の治具及び目視による位置合わせを行う方式では、作業時間が増加するなどの問題以外に、半田付けした後にも問題がある。すなわち、光トランシーバの場合、ＦＰＣと回路基板とを接続した後に筐体に組み込む組立方法が一般的であり、図９（Ｂ）で例示したように、組立工程におけるハンドリングに注意しないと、半田付けした後のハンドリングでＦＰＣと基板とを接続している半田部分に取り回しによる力が発生し、ＦＰＣとの半田接続部にストレスが加わり、断線等の問題を引き起こす。

その為、半田接続部にストレスを与えないように補強用の樹脂を塗布したり、パッドの近傍にストレスを吸収するダミーパッド（剥離しても機能に影響しない）を設けて補強したりすることが多い。また、組立し易いようにＦＰＣに予め曲げ癖をつけるケースもあるが、その場合は前述したようにＦＰＣを実装する時の位置合わせが難しくなり、ＦＰＣの接続作業性が悪くなる。

樹脂を塗布する場合の問題として、次のような点が挙げられる。まず、樹脂を塗布（及び固化）する為の加工時間が必要となり、実装コストが高くなる。また、ダミーパッドの配置スペース分、必要なパッド配置がずれる為、回路基板側の実装領域が減少する。更に、ＦＰＣに曲げ癖をつけると実装作業が悪くなるので、曲げ癖をつけることはできないが、その場合には、ハンドリング性が悪くなる。なお、これらの問題を解決する手段として一般的なものが硬質基板と軟質基板とを組み合わせたリジッドフレックス基板であるが、基板コストが安くならず、高密度配線ができない、などの問題がある。

また、特許文献１に記載の光トランシーバでは、回路基板とＦＰＣの位置決め精度が、回路基板外形、ＦＰＣ外形（若しくは穴）、及び治具の３つで決まる構造となっているだけでなく、ＯＳＡと回路基板とを接続した後、半田接続部にストレスが発生し得る構造となっている。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、光サブアセンブリと回路基板とをＦＰＣで接続する際に、高精度に位置決め可能で、更にそのＦＰＣを簡便に且つ安価に製造することが可能な光トランシーバを提供することをその目的とする。

本発明による光トランシーバは、光サブアセンブリと、回路基板と、前記光サブアセンブリ及び回路基板を電気的に接続するフレキシブル基板とを備え、フレキシブル基板は、その回路基板に接続する際の１つ以上の位置決め用の穴を有し、その位置決め用の穴は、回路基板上に搭載された所定の電子回路部品に嵌め合うような形状及び配置で形成されていることを特徴としている。また、フレキシブル基板は、回路基板との接続用のパッドを有し、上記位置決め用の穴はそのパッドに隣接して設けてもよい。更に、このフレキシブル基板は、上記パッドの隣接箇所以外の場所で回路基板上に搭載された他の電子回路部品との接続用の穴を１つ以上有し、その接続用の穴は、フレキシブル基板が湾曲した状態で上記他の電子回路部品に嵌め合うような形状及び配置で形成されているようにしてもよい。

本発明によれば、光トランシーバにおいて、光サブアセンブリと回路基板とをＦＰＣで接続する際に、高精度に位置決め可能で、更にそのＦＰＣを簡便に且つ安価に製造することが可能となる。

図１は、本発明による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣの一例を示す斜視図、図２は、図１におけるＦＰＣの適用対象となるＯＳＡ及び回路基板の一例をシャーシ付きで示す斜視図、図３は、図２のＯＳＡ及び回路基板を図１のＦＰＣで接続した状態を示す図で、図３（Ａ）が斜視図、図３（Ｂ）が上面図である。

光トランシーバ１は、ＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２と、ＩＣ等を含む回路基板２３と、ＴＯＳＡ２１，及び回路基板２３並びにＲＯＳＡ２２及び回路基板２３を電気的に接続するＦＰＣ１０とを備える。シャーシ２０は、これらの接続後に取り付けられる。ＦＰＣ１０は、製造時にはフラットな形状となっており、図１のようにＬ字状に折り曲げた状態でＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２と回路基板２３とを接続する。

ＦＰＣ１０は、ＴＯＳＡ２１の端子ピン２１ａと嵌合する穴１１ａをＴＯＳＡ接続用基板１１に有し、ＲＯＳＡ２２の端子ピン２２ａと嵌合する穴１２ａをＲＯＳＡ接続用基板１２に有し、これによりＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２とＦＰＣ１０との間で電気的接続が可能となる。

ＦＰＣ１０は、回路基板２３との接続用のパッドを領域１３に有する。ここで、この接続用パッドは、下面側に設けられ図示されないが、図７で例示した従来構成（パッド用穴７３ａ，７３ｂ）と同様な形状で領域１３の裏面に形成される。この接続用パッドと回路基板２３の上面側のパッド２５により、回路基板２３とＦＰＣ１０との間で電気的接続が可能となる。

そして、本例では、ＦＰＣ１０に、そのパッドの近傍（すなわちパッド２５の近傍でもある）に位置決め用穴１４ａ〜１４ｃを有する。なお、ここでは３つの位置決め用穴で例示するが１以上であればよい。位置決め用穴１４ａ〜１４ｃは、回路基板２３上に配置された所定の実装部品２４ａ〜２４ｃに嵌め合うような形状及び配置で形成されている。すなわち、位置決め用穴１４ａ〜１４ｃの形状及び配置は、回路基板２３上の配置された位置決め用の実装部品２４ａ〜２４ｃに合わせており、従ってこの光トランシーバ１は、両者が互いに嵌め合うことが可能な接続構造をもつ。

このように、ＦＰＣ１０に、回路基板２３との接続用のパッド近傍において、回路基板２３の実装部品（例えば方形状を有するチップ部品）の外形に合わせた形状の半田接続位置決め用穴１４ａ〜１４ｃを配置することで、実装用の治具を使わないで精度良く実装することが可能となり、安価で光トランシーバを製造することができる。すなわち、このＦＰＣ１０は、セルフアライメントでの接続を可能とする。具体的にはＦＰＣの形状を工夫することで高精度に位置決めでき且つ組立における作業性を向上させる。

以上、本例によれば、回路基板とＦＰＣとの位置決めにおいて、回路基板上のパッド近傍の実装部品にＦＰＣ側の半田接続位置決め用の穴を嵌めこみ、互いに位置決めすることが可能となる。ここで、実装部品の実装精度は＋／−０.０５ｍｍと基板外形よりも精度良く位置決めできる。なお、最近では実装部品の配置をＣＣＤカメラでチェックしており、実装部品を位置決めとして使うことは十分可能である。更に、パッド近傍に位置決めを配置することが可能となり、ＦＰＣの傾きの影響が殆どなくなる。すなわち、位置決めが半田付け近傍にあるので、曲げ癖がついたＦＰＣでも半田作業性が悪くならない。また、位置決め専用の部品ではなく、通常の実装部品を利用する為、追加コストが不要となる。更に、治具にセットする必要がない為、治具を使った場合の寸法バラつきを考慮しなくてもよいし、作業性の向上も計れ、また組立後にＦＰＣ補強として半田付けすることも可能となる。

図４は、本発明による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣの他の例を示す斜視図、図５は、ＯＳＡ及び回路基板を図４のＦＰＣで接続した状態を示す図、図６は、図５の接続箇所を拡大した図である。ここで、図５（Ａ）はシャーシ無しの状態の斜視図、図５（Ｂ）がシャーシ付きの状態の斜視図を示している。

光トランシーバ１は、図１乃至図３で例示したＦＰＣ１０の代わりにＦＰＣ３０を用いて、ＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２と回路基板２３との間を電気的に接続する。この例では、シャーシ２０は、これらの接続後に取り付けられる。ＦＰＣ３０は、製造時にはフラットな形状となっており、図４のように複数箇所がＬ字状に折り曲げた状態でＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２と回路基板２３とを接続する。

ＦＰＣ３０には、ＴＯＳＡ２１の端子ピン２１ａと嵌合する穴３１ａをＴＯＳＡ接続用基板３１に有し、及びＲＯＳＡ２２の端子ピン２２ａと嵌合する穴３２ａをＲＯＳＡ接続用基板３２に有し、これによりＴＯＳＡ２１，ＲＯＳＡ２２とＦＰＣ３０との間で電気的接続が可能となる。

ＦＰＣ３０は、回路基板２３との接続用のパッド３４が領域３３に形成されている。但し、ＦＰＣ３０は、図９で例示したものと同様に、回路基板２３の裏面に形成されたパッドにパッド３４が接合するように、回路基板２３の裏面に接続する構造となっている。このように、この接続用パッド３４と回路基板２３の下面側のパッドにより、回路基板２３とＦＰＣ３０との間で電気的接続が可能となる。

そして、本例では、ＦＰＣ３０は、上記パッド３４の近傍以外の場所で回路基板２３上に配置された他の実装部品２６ａ，２６ｂとの接続用の穴３６ａ，３６ｂを有する。

その接続用穴３６ａ，３６ｂは、ＦＰＣ３０が曲げられた状態（湾曲した状態）で実装部品２６ａ，２６ｂに嵌め合うような形状及び配置で形成されている。すなわち、接続用穴３６ａ，３６ｂの配置は、ＦＰＣ３０が曲げられた状態で嵌めあう場所に位置している。従って、ストレスを回避するため、実装部品２６ａ，２６ｂはダミー部品とする。接続用穴３６ａ，３６ｂは、それぞれ、図４のごとくＴＯＳＡ接続用基板３１から伸びた延伸部３５ａ、ＲＯＳＡ接続用基板３２から伸びた延伸部３５ｂに穿つとよい。なお、この例では、位置決め用穴を実装部品２６ａ，２６ｂに嵌合させるが、その位置は図１乃至図３で例示したような回路基板２３との接続用パッドの近傍ではない。

このように、本例でのＦＰＣ３０には、接続用パッドから離れた所に、ＦＰＣの曲げ姿勢を保持する固定用の穴（穴３６ａ，３６ｂ等）を１つ以上設けている。これにより、本例での光トランシーバ１は、ＦＰＣ３０と回路基板２３とが接続し、且つパッド領域３３で回路基板２３の裏面と電気的に接続している。本例では、ＦＰＣ３０が曲げられた状態を保持する為、樹脂等による補強が不要となり、且つ筐体（シャーシ２０等）への取り付けの際の作業性が良くなる。

また、本例では、組立時のＦＰＣ３０のハンドリングにおいて、ＦＰＣ３０の固定用の穴３６ａ，３６ｂを使ってＦＰＣ３０と回路基板２３、又はＦＰＣ３０とシャーシ２０等の筐体とを位置決めしており、これにより、半田接続部にストレスが働かないようにすることができる。このように、ＦＰＣ３０は、セルフアライメント及びストレスフリー接続を可能とする。

例えば、通常の組立において、ＦＰＣの取り回しはＯＳＡと回路基板との位置関係からＳの字のように上下に大きく曲げるような取り回しになることが多い。この場合、回路基板の裏面から表面に一旦ＦＰＣを曲げた後、固定用の穴を表面にある実装部品に嵌め込み外れないようにする。この穴はＳの字の取り回しには影響しないようにある程度のたるみを持たせている。また、この固定用の穴は基板だけでなく、筐体部品の一部形状（例えばボス）に嵌め込むことも可能である。

以上、本例によれば、ＦＰＣに接続されているＯＳＡが上下左右に動いても、その際に発生するストレスは半田接続部に伝わる前に、固定用の穴に吸収され、半田接続部にダメージを与えることがなくなる。その結果、組立作業においてＦＰＣの取り回しに注意することがなくなり、作業性が向上する。また、回路基板との半田付けを組立後に行う際、筐体部品のボスに固定穴を嵌めこむことで、ＦＰＣの曲げ形状がある程度固定されることから、半田付け作業がし易くなる。更に、補強用の樹脂固定が不要となり、実装コストが安く抑えられる。また、補強用パッドが不要となることから、回路基板の部品実装領域を増やすことができる。

本発明による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣの一例を示す斜視図である。図１におけるＦＰＣの適用対象となるＯＳＡ及び回路基板の一例をシャーシ付きで示す斜視図である。図２のＯＳＡ及び回路基板を図１のＦＰＣで接続した状態を示す図である。本発明による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣの他の例を示す斜視図である。ＯＳＡ及び回路基板を図４のＦＰＣで接続した状態を示す図である。図５の接続箇所を拡大した図である。従来技術による光トランシーバにおけるＯＳＡ−回路基板間の接続に用いるＦＰＣを示す図である。図７のＦＰＣを用いたＯＳＡ−回路基板間の接続形態を示す斜視図である。従来技術による他の光トランシーバを示す図である。

符号の説明

１…光トランシーバ、１０，３０…ＦＰＣ、１１，３１…ＴＯＳＡ接続用基板、１２，３２…ＲＯＳＡ接続用基板、１１ａ，１２ａ，３１ａ，３２ａ…嵌合穴、１３，３３…パッド領域、１４ａ〜１４ｃ…位置決め用穴、２０…シャーシ、２１…ＴＯＳＡ、２１ａ…ＴＯＳＡの端子ピン、２２…ＲＯＳＡ、２２ａ…ＲＯＳＡの端子ピン、２３…回路基板、２４ａ〜２４ｃ…実装部品、２５…回路基板側パッド、２６ａ，２６ｂ…他の実装部品（ダミー部品）、３４…ＦＰＣ側パッド、３５ａ，３５ｂ…延伸部、３６ａ，３６ｂ…接続用穴（固定用穴）。

Claims

光サブアセンブリと、回路基板と、前記光サブアセンブリ及び回路基板を電気的に接続するフレキシブル基板とを備える光トランシーバであって、
前記フレキシブル基板は、前記回路基板上に搭載された電子回路部品の形状に係合する一つ以上の位置決め穴を有していることを特徴とする光トランシーバ。
前記フレキシブル基板は、前記位置決め穴に隣接して前記回路基板に対する接続用のパッドを有していることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
前記フレキシブル基板は、前記回路基板との接続用のパッドに隣接した場所以外の場所で前記回路基板上に搭載された他の電子回路部品に、前記フレキシブル基板が湾曲した状態で係合する穴を１つ以上有していることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
前記電子回路部品は方形のチップ部品であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光トランシーバ。