JP2017521723A - 光電気コネクタモジュール - Google Patents

Abstract

本開示は、第１の領域及び第２の領域を有するフレキシブル回路基板（１０）と、フレキシブル回路基板の第１の領域に取り付けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）（２０）と、フレキシブル回路基板の第２の領域に取り付けられる光モジュール（３０）とを備える光電気にコネクタモジュールに関する。光モジュールは、光信号を送出し及び／又は受け取るように構成される。光電気コネクタモジュールは、さらに、規定された角度を囲む第１の表面と第２の表面とを有する剛性支持構造体（４０）を備える。それによって、剛性支持構造体の第１の表面は、ＰＣＢに平行に配置され、剛性支持構造体の第２の表面は、第２の領域の反対側でフレキシブル回路基板に接続される。

Description

[0001]本開示は、０°及び９０°とは異なる角度で光信号線をプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続できるようにする光電気コネクタモジュールに関する。

[0002]多くの電子用途において、光信号線をプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続することが必要である。この目的のために、ＰＣＢに配置された光モジュールを用意することが必要である。これらの光モジュールは、一般に、光信号を光ファイバケーブルからフォトニックデバイスに又はその逆に移送するために、好適な光コネクタインタフェースをさらに別々に備える。光モジュールは、例えば、電気信号に由来する光信号を送り、及び／又は電気信号に変換される光信号を受け取るように構成されたデータ通信用途及び電気通信用途のための受信器、送信器、トランシーバ、及びトランスポンダである。

[0003]Ｆｉｎｉｓａｒ（登録商標）ＢＯＡ（Ｂｏａｒｄ−Ｍｏｕｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）などの当技術分野で知られている光モジュールは、ＰＣＢに装着され、ＰＣＢの面に垂直な光を受け取るか又は送出する。しかしながら、この状況での主要な問題は、この場合の接続角度（ＰＣＢの面に垂直な）が９０°であるので、光ケーブルの案内に起因して空間消費量が高くなることである。それに関して、接続角度は、受取／送出光とＰＣＢの面とによって囲まれる角度として定義される。

[0004]ＰＣＢの面に平行な（接続角度：０°、別々に１８０°）光を受け取るか又は送出するシステムが、米国特許第６，８６７，３７７（Ｂ２）号から知られており、ここでは、フレキシブルプリント回路基板が光送信器モジュールとの関係で使用されている。光送信器は、フレキシブルプリント回路基板の第１の領域においてフレキシブルプリント回路基板に取り付けられる。第２の領域において、フレキシブル回路基板はＰＣＢにはんだ付けされる。ＰＣＢに平行な面に光信号を放出するために、切石形状要素が、フレキシブル回路基板の第２の領域に置かれ、第１の領域は上方に曲げられ、切石形状要素に取り付けられる。しかしながら、これらのシステムは、コネクタの第１の列がコネクタの第２の列が接続されるのを阻止するので、単一のＰＣＢ上に光電気コネクタアレイを設計するには不適当である。

[0005]ＷＯ２０１２／０９７９７９Ａ１から、多数のコネクタが１つのＰＣＢにアレイとして配置され得るように、ＰＣＢの面に対する規定された角度で光を受け取るか又は送出する光モジュールが知られている。この目的のために、第１の光結合ポート及び第２の光結合ポートを有する光カプラが、放出及び／又は受取光信号のビーム経路を曲げるために使用される。この光カプラは、ＰＣＢに置かれている既知の光モジュールに接続される。第１の光結合ポートと第２の光結合ポートとを接続する光カプラの内側の導光部材は、光が所望の角度の下で光カプラを通過するように光の方向を変化させる。しかし、光信号の前記方向変化に起因してかなり大きい曲げ損失が生じるとともに、少なくとも２つの光コネクタが必要であるので結合損失が生じる。

[0006]それゆえに、高さが低いコンパクトな設計を保持しながら多くの光電気コネクタシステムが並列に又はコネクタアレイの形態で使用され得るように、ＰＣＢの面に対して０°及び９０°とは異なる規定された角度（すなわち、例えば３０°のように０°と９０°との間）で、既知のコネクタ（ＭＴフェルールなどの）を光モジュールに接続するための改善した方法を提示する光電気コネクタモジュールを提供することが１つの目的である。好ましくは、光電気コネクタモジュールは、簡単で費用効果的に製造することができ、最も好ましくは、光信号の曲げ損失及び結合損失を低減すべきである。さらに、光電気コネクタモジュールは、改善された冷却機構を備えるべきである。以下の説明を読む際に明らかになるこれら及び他の目的は、請求項１に記載の光電気コネクタモジュールによって解決される。

[0007]１つの実施形態によれば、少なくとも第１及び第２の領域を有するフレキシブル回路基板を備える光電気コネクタモジュールが提案される。フレキシブル回路基板は、例えば、基板を所望の形状と一致させることができるポリイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＴ、又は透明導電性ポリエステルフィルムなどの可撓性プラスチック基板で製作され得る。

[0008]フレキシブル回路基板は、１つ又は複数の導電層を備える単層又は多層フレキシブル回路基板とすることができる。高い可撓性と小さい曲げ半径を備えるために、フレキシブルプリント回路基板は、好ましくは１ｍｍよりも薄く、より好ましくは０．５ｍｍよりも薄く、最も好ましくは０．２ｍｍよりも薄い。フレキシブル回路基板の曲げ半径は、３ｍｍ未満、好ましくは１．５ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満とすべきである。

[0009]フレキシブル回路基板の第１の領域及び第２の領域は、フレキシブル回路基板の表面に２つの別個の区域を画定する。それらは、フレキシブル回路基板の同じ側又は反対側のいずれにあってもよく、しかし、平行な面になくてもよい。第１の領域と第２の領域とは、曲げ区域によって分離される。

[0010]光電気コネクタモジュールは、さらに、光電気コネクタモジュールの電子構成要素を機械的に支持し電気的に接続するために、標準のプリント回路基板（ＰＣＢ）、すなわち、フレキシブル回路基板ではなく剛体の回路基板を備える。ＰＣＢは、２ｍｍを超える、より好ましくは３ｍｍを超える厚さを有することが一般に好ましい。ＰＣＢは、はんだ付け、接合、及び／又は（導電性）接着などの好適な電気的及び／又は機械的接続技法によってフレキシブル回路基板の第１の領域に取り付けられる。

[0011]光電気コネクタモジュールは、さらに、電気信号に由来する光信号を送出し、及び／又は電気信号に変換される光信号を受け取る光モジュール（３０）を備える。

[0012]光モジュールは、はんだ付け、接合、及び／又は（導電性）接着などの好適な電気的及び／又は機械的接続技法によってフレキシブル回路基板の第２の領域に取り付けられる。前記第２の領域は、ＰＣＢが取り付けられるフレキシブル回路基板の第１の領域と同じ側又は反対側のいずれにあってもよいが、いずれの場合も平行な面にはない。

[0013]光は、フレキシブル回路基板の前記第２の領域に垂直又は平行な方向で光モジュールによって受け取られ、及び／又は送出され、その結果、望ましくない曲げ損失は著しく低減される。

[0014]フレキシブル回路基板を所望の形状と一致させるために、光電気コネクタモジュールは、少なくとも第１及び第２の表面を有する剛性支持構造体をさらに備える。剛性支持構造体は、顕著な変形なしに光電気コネクタのプラグ接続中に生じる接続力に耐えるように設計される。それゆえに、剛性支持構造体は、好ましくは、セラミックで、ＰＥＥＫ、ポリアミド、もしくはポリイミドなどの好適な熱可塑性材料で、又はより好ましくはアルミニウム、銅、もしくは合金、もしくはそれらの組合せなどの金属材料で製作される。

[0015]剛性支持構造体は、０°及び／又は９０°とは異なる角度を囲む少なくとも２つの平面を有する。言い換えれば、剛性支持構造体の第１の表面及び第２の表面は、同じ面にあるのでもなく、互いに平行でもなく（角度が０°と異なる）、互いに対して垂直でもない（角度が９０°と異なる）。

[0016]剛性支持構造体の第１の表面は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の面に平行に配置される。第１の表面は、ＰＣＢに直接又は間接に取り付けられ得る。さらに、剛性支持構造体の第１の表面を、ＰＣＢに隣接して光電気コネクタモジュールのハウジングなどの実装構造体に、又は部分的にＰＣＢに配置することも可能である。

[0017]剛性支持構造体の第１の表面の取付けは、接着、ねじ込み、スナップ接合、もしくは任意の他の好適な接続技法などの純粋に機械的な接続技法、又ははんだ付けなどの電気機械的な接続技法によって行われ得る。接続技法の組合せも可能である。

[0018]剛性支持構造体の第２の表面は、フレキシブル回路基板の第２の領域の反対側でフレキシブル回路基板に接続される。言い換えれば、光モジュールと剛性支持構造体の第２の表面とは、互いに反対側に位置づけられ、フレキシブル回路基板の両側に接続され取り付けられる。

[0019]フレキシブル回路基板への剛性支持構造体の第２の表面の接続は、接着、ねじ込み、スナップ接合、もしくは任意の他の好適な接続技法などの純粋に機械的な接続技法によって、又ははんだ付けなどの電気機械的な接続技法によって行われ得る。接続技法の組合せも可能である。

[0020]一方ではＰＣＢ及び光モジュールをフレキシブル回路基板に取り付け、他方ではフレキシブル回路基板を剛性支持構造体に接続することにより、光電気コネクタモジュールを０°及び９０°とは異なる所望の角度に一致させる。

[0021]それゆえに、光信号は、光信号の望ましくない方向変化なしに、ＰＣＢの面に対して０°及び／又は９０°とは異なる角度で受け取られ、及び／又は送出され得る。有利には、追加の曲げ損失及び結合損失は避けられ得る。さらに、光ケーブル及びコネクタアレイの空間消費量は、可変の接続角度のために単一のＰＣＢにおいて減少され得る。

[0022]以下では、以下の図が参照される。

[0023]第１の実施形態による光電気コネクタモジュールの概略図。 [0024]第２の実施形態による光電気コネクタモジュールの概略図。 [0025]第３の実施形態による光電気コネクタモジュールの概略図。 [0026]第４の実施形態による光電気コネクタモジュールの概略図。 [0027]第５の実施形態による光電気コネクタモジュールの概略図。

[0028]図１は、フレキシブル回路基板１０と、ＰＣＢ２０と、光モジュール３０と、剛性支持構造体４０とを備える光電気コネクタモジュールの概略図を示す。ＰＣＢ２０は、フレキシブル回路基板１０の第１の領域１１に取り付けられ、光モジュール３０は、フレキシブル回路基板１０の第２の領域１２に取り付けられる。

[0029]剛性支持構造体４０の第１の表面４１は、ＰＣＢ２０の面に平行である。剛性支持構造体４０の第２の表面４２は、フレキシブル回路基板１０の第２の領域１２の反対側でフレキシブル回路基板に接続される。見て分かるように、剛性支持構造体４０の第１の表面及び第２の表面は、０°及び９０°とは異なる角度α、すなわち、約５０°を囲む。角度αは、５°と８５°との間、より好ましくは５°と７０°との間、さらにより好ましくは８°と６０°との間、さらに最も好ましくは１０°と４０°との間にあることが一般に好ましい。当業者なら理解するように、この角度の選択は、光モジュールの向きによって決まる（これは、図４の参照の下で以下でより詳細に説明される）。その目的は、ＰＣＢの面に対する光モジュールによって受け取られるか又は送出される光の方向が、５°と８５°との間、より好ましくは５°と７０°との間、さらにより好ましくは８°と６０°との間、さらに最も好ましくは１０°と４０°との間の角度にあることである。そのような構成により、高さが低い非常にコンパクトな設計が可能になる。

[0030]光モジュール３０は、フレキシブル回路基板１０から受け取った電気信号を光信号３３に、及びその逆に、変換する送出及び／又は受取部分３１を備えることができる。次いで、光信号３３は光ポート３２及びコネクタ６０によって光導波路６１に案内される。光ポート３２は、導光のためのレンズ又は他の好適な光ガイドを備えることができるが、光を曲げないことが好ましい。

[0031]有利な実施形態では、ＰＣＢ２０は、ＰＣＢ２０を外部環境に接続することができる電気接触部２１を有する。外部環境は、さらなるＰＣＢ、基板のプラグ、又は制御キャビネット、又は任意の他の電気回路とすることができる。電気接触部２１を介して、ＰＣＢ２０は、プラグ接続、はんだ付け、接合、及び／又は導電性接着、又は任意の他の好適な技法によって電気的に接続され得る。電気接触部２１の向きは、ＰＣＢの面に平行であっても、又はＰＣＢの面に垂直（例えば図３を参照）であってもよい。

[0032]さらなる実施形態では、ＰＣＢ２０は、少なくとも１つのマイクロコントローラ２２及び／又は少なくとも１つのセンサ２３などの追加の電気構成要素を備え付けることができる。さらに、少なくともマイクロコントローラ及び／又はセンサ（図示せず）などの電気構成要素をフレキシブル回路基板１０に設けることも可能である。センサ２３は、温度センサ（例えば、ＮＴＣ）などとすることができる。

[0033]さらなる実施形態では、支持構造体４０は金属ヒートシンクである。ヒートシンクは、冷却性能を最適化するために冷却フィン４５を備えることができる。熱は光モジュール３０で発生され、それゆえに、ヒートシンク４０は光モジュール３０に熱的に結合される。好ましい実施形態では、フレキシブル回路基板は、ヒートシンク４０と光モジュール３０との直接の接触を可能にするために第２の領域１２の区域にオリフィスを備える。

[0034]別の実施形態では、熱結合は、フレキシブル回路基板１０により達成される。熱結合は、伝熱ペースト、熱伝導接着剤などを使用することによって改善され得る。

[0035]好ましい実施形態では、光電気コネクタモジュールは、少なくとも１つの光導波路６１を備える対応する相手方コネクタ６０を備える。相手方コネクタ６０は、好ましくは、メカニカルトランスファフェルール（ＭＴフェルール）である。

[0036]図２は、フレキシブル回路基板１０と、ＰＣＢ２０と、光モジュール３０と、剛性支持構造体４０とをさらに備える光電気コネクタモジュールのさらなる実施形態の概略図を示す。図２（ならびに図３、図４、及び図５）の実施形態は、異なる幾何学的構成をもつ同じ部分を本質的に利用しており、その結果、以下では、同じ参照番号が、同様又は本質的に同一の要素を示すために使用される。

[0037]図２のＰＣＢ２０はフレキシブル回路基板１０の第１の領域１１に取り付けられ、光モジュール３０はフレキシブル回路基板１０の第２の領域１２に取り付けられる。剛性支持構造体４０の第１の表面４１は、ＰＣＢ２０に直接取り付けられ、ＰＣＢの面に平行である。剛性支持構造体４０の第２の表面４２は、フレキシブル回路基板１０の第２の領域１２の反対側でフレキシブル回路基板に接続され、第１の表面４１に対して（したがって、さらにＰＣＢ２０の面に対して）約６０°の角度で配置される。図２の実施形態において、フレキシブル回路基板は、剛性支持構造体４０の第３の表面４３に取り付けられる第３の領域１３を有し、それにより、熱結合の改善が可能になる。さらに、機械的強度が、剛性支持構造体の１つを超える表面にフレキシブル回路基板を取り付けることによって増加され得る。ＰＣＢ２０へのフレキシブル回路基板１０の取付けの機械的強度をさらに改善するために、フレキシブル回路基板１０は、追加として、第１の領域と異なる領域でＰＣＢ２０に取り付けられてもよい。

[0038]図３は、フレキシブル回路基板１０と、ＰＣＢ２０と、光モジュール３０と、剛性支持構造体４０とを備える光電気コネクタモジュールのさらなる実施形態の概略図を示す。剛性支持構造体４０の伝熱能力を改善するために、剛性支持構造体４０は、光電気コネクタモジュールのハウジング５０に熱的に結合され得る。熱結合は、接着、はんだ付け、ねじ込み、スナップ接合、又は任意の他の好適な技法により剛性支持構造体４０をハウジング５０に機械的に取り付けることによって達成される。熱結合は、伝熱ペースト、熱伝導接着剤などを使用することによって改善され得る。

[0039]図４は、フレキシブル回路基板１０と、ＰＣＢ２０と、光モジュール３０’と、剛性支持構造体４０とを備える光電気コネクタモジュールのさらなる実施形態の概略図を示す。モジュール３０’とモジュール３０との間の差は、特に、相手方コネクタ６０がモジュールに結合される向き、したがって、ＰＣＢの面に対するモジュールによって放出されるか又は受け取られる光の方向である。図４の構造物は約２５°の比較的小さい角度αを有し、ＰＣＢの面に対する光の方向の角度は同一である。光モジュールが支持構造体の第２の表面に垂直な方向で（図１のように）又は平行な方向で（図４のように）光を受け取り及び／又は送出するかどうかに関係なく、支持構造体の第１の表面と第２の表面は、ＰＣＢの面に対する光モジュールによって送出され及び／又は受け取られる光の方向が、５°と８５°との間に、より好ましくは５°と７０°との間に、さらにより好ましくは８°と６０°との間に、さらに最も好ましくは１０°と４０°との間にあるように、角度αを囲むことが一般に好ましい。剛性支持構造体４０の伝熱能力を改善するために、剛性支持構造体４０はハウジング５０の一部とする。それゆえに、剛性支持構造体に伝導された熱は、環境に直接放散され得る。

[0040]図５は、フレキシブル回路基板１０と、ＰＣＢ２０と、光モジュール３０と、剛性支持構造体４０とを備える光電気コネクタモジュールのさらなる実施形態の概略図を示す。フレキシブル回路基板１０及び剛性支持構造体４０は、ハウジング５０によって完全に覆われる。ハウジングは、さらに、光モジュール３０からの光信号が光電気コネクタモジュールから出る／光モジュール３０への光信号が光電気コネクタモジュールに入るのを可能にするオリフィス５１を有する。オリフィス５１は、コネクタシステムのコネクタ６０を少なくとも部分的に受け入れる。ＰＣＢ２０は、ハウジングによって少なくとも部分的に覆われる。図示の実施形態では、ハウジングの下部壁は、ＰＣＢ２０によって形成されている。

[0041]好ましい実施形態では、光電気コネクタモジュールは追加のヒートシンク７０をさらに備える。ヒートシンク７０は、冷却性能を改善するために冷却フィン７１などの表面構造体を有することができる。ヒートシンク７０は、接着剤、はんだ、ねじ、スナップ接合、又は任意の他の好適な取付け機構によってハウジング５０の外面に取り付けられる。熱結合は、伝熱ペースト、熱伝導接着剤などを使用することによって改善され得る。

[0042]さらなる実施形態では、ヒートシンク７０は、ハウジング５０と一体化して形成されてもよく、又はハウジング５０の少なくとも１つの部分としてもよい。

[0043]本明細書で説明された実施形態は、例として提示されており、それゆえに、本発明は、開示された実施形態に限定されることは意図されない。それに加えて、上述で説明された実施形態の各々の構造及び特徴は、特に指示しない限り、本明細書で説明された他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、例えば添付の特許請求の範囲によって記載されるような本発明の趣旨及び範囲内に含まれるすべての変更及び代替構成を包含するように意図されることを当業者なら理解するであろう。

Claims (15)

1. 第１の領域（１１）及び第２の領域（１２）を有するフレキシブル回路基板（１０）と、
   前記フレキシブル回路基板の前記第１の領域に取り付けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）（２０）と、
   前記フレキシブル回路基板の前記第２の領域に取り付けられる光モジュール（３０、３０’）と
   を備える光電気コネクタモジュールであって、
   第１の表面（４１）及び第２の表面（４２）を有する剛性支持構造体（４０）をさらに備え、ここにおいて、前記第１の表面（４１）が、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）（２０）の面に平行に配置され、前記第２の表面（４２）が、前記フレキシブル回路基板の前記第２の領域（１２）の反対側で前記フレキシブル回路基板に接続されるものであり、
   前記剛性支持構造体の前記第１の表面と前記第２の表面とが、０°及び９０°とは異なる角度（α）を囲むことを特徴とする光電気コネクタモジュール。
2. 前記支持構造体（４０）の前記第１の表面（４１）と前記第２の表面（４２）とが、好ましくは５°と８５°との間、より好ましくは５°と７０°との間、さらにより好ましくは８°と６０°との間、さらに最も好ましくは１０°と４０°との間にある角度（α）を囲む、請求項１に記載の光電気コネクタモジュール。
3. 前記光モジュール（３０、３０’）が、前記支持構造体（４０）の前記第２の表面（４２）に垂直又は平行な方向で光（３３）を受け取り及び／又は送出し、前記支持構造体（４０）の前記第１の表面（４１）と前記第２の表面（４２）とは、前記ＰＣＢの前記面に対する前記光モジュールによって送出され及び／又は受け取られる光の方向が、５°と８５°との間、より好ましくは５°と７０°との間、さらにより好ましくは８°と６０°との間、さらに最も好ましくは１０°と４０°との間であるような角度（α）を囲む、請求項１又は２に記載の光電気コネクタモジュール。
4. 前記光モジュール（３０、３０’）が、
   少なくとも光送出及び／又は受取部分（３１）と、ここにおいて、前記送出及び／又は受取部分の各々が電気部分及び／又は光部分を備えるものであり、
   光学レンズを備える光ポート（３２）と、を備える、請求項１から３のいずれかに記載の光電気コネクタモジュール。
5. 前記支持構造体（４０）が、前記光モジュールとの熱結合をもたらす金属ヒートシンクである、請求項１に記載の光電気コネクタモジュール。
6. ハウジング（５０）をさらに備え、前記支持構造体（４０）が前記ハウジング（５０）に熱的に結合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
7. 前記ＰＣＢ（２０）が、前記ＰＣＢ（２０）を外部環境に接続することができる電気接触部（２１）をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
8. 前記ＰＣＢ（２０）が、少なくとも１つのマイクロコントローラ（２２）又は少なくとも１つのセンサ（２３）をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
9. 相手方光コネクタ（６０）、特に、メカニカルトランスファフェルール（ＭＴフェルール）コネクタを受け入れるように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
10. 前記剛性支持構造体（４０）に加えて追加のヒートシンク（７０）をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
11. ハウジング（５０）をさらに備え、前記追加のヒートシンク（７０）が冷却フィン（７１）を有し、前記追加のヒートシンク（７０）が、前記光電気コネクタモジュールの前記ハウジング（５０）に取り付けられるか、又は前記光電気コネクタモジュールの前記ハウジング（５０）の少なくとも１つの部分と一体化して形成される、請求項１０に記載の光電気コネクタモジュール。
12. 前記支持構造体（４０）が、前記フレキシブル回路基板（１０）に接続されていない前記支持構造体（４０）の少なくとも１つの表面に冷却フィン（４５）を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
13. ハウジング（５０）をさらに備え、前記ハウジング（５０）が、前記フレキシブル回路基板（１０）及び前記剛性支持構造体（４０）を完全に覆い、対応する相手方コネクタ（６０）を受け入れるためのオリフィス（５１）を備え、前記ＰＣＢ（２０）が前記ハウジング（５０）の壁（５２）を形成する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
14. 前記フレキシブル回路基板（１０）が少なくとも第３の領域（１３）を有し、
    前記剛性支持構造体（４０）が少なくとも第３の表面（４３）を有し、
    前記第３の表面（４３）が、前記フレキシブル回路基板の前記第３の領域（１３）の反対側で前記フレキシブル回路基板（１０）に接続されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。
15. 前記フレキシブル回路基板（１０）が、１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満、より好ましくは０．２ｍｍ未満の厚さを有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光電気コネクタモジュール。

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