(57)【要約】【課題】レンズ付きスリーブ内の結露発生を防止できる光アセンブリを提供する。【解決手段】一面に光電変換素子を実装すると共に該光電変換素子を覆うレンズ付きスリーブを固定した回路基板と、該回路基板の他面に配置する発熱素子を実装した放熱用金属板と、該放熱用金属板と前記レンズ付きスリーブとに接触させた金属製のリードフレームを設け、前記発熱素子が発生する熱をレンズ付きフレームに伝えて結露を発生させない温度に昇温する構成としている。【選択図】図２
2014041304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が一面に実装される回路基板と、
前記回路基板の一面に固定され、前記光電変換素子を覆うカバー部、前記光電変換素子で送受信する光信号を透過する導光部、光ファイバの先端に取り付けられるフェルールが挿入されるスリーブ部、および前記光ファイバと前記光電変換素子とを結ぶ前記導光部の光路上に設けたレンズ部からなり、光透過材で一体成形したレンズ付きスリーブと、
前記回路基板の他面側に配置されると共に発熱素子が固定される放熱用金属板と、
前記放熱用金属板と前記レンズ付きスリーブに接触させた金属製のリードフレームと、  を備え、
前記発熱素子から発せられた熱を前記放熱用金属板から前記リードフレームを通して前記レンズ付きスリーブに伝え、該レンズ付きスリーブを結露が発生しない温度に昇温する構成としていることを特徴とする光アセンブリ。
【請求項２】
前記回路基板の上面に前記光電変換素子を実装すると共に前記レンズ付きスリーブを固定し、該回路基板の下面に絶縁材を介して前記放熱用金属板を配置し、
前記放熱用金属板に固定する発熱素子は前記光電変換素子とワイヤボンドで接続したアンプ素子およびドライバ素子からなり、該発熱素子を前記放熱用金属板の上面に実装すると共に前記回路基板に設けた開口内に位置させ、該発熱素子を封止する樹脂を前記開口内で充填し、
前記リードフレームは前記光電変換素子および発熱素子を覆うように配置される矩形状の上板部および側板部と、該側板部より突出する脚部を備え、前記上板部を前記カバー部の内面に接触させてインサート成形しており、かつ、
前記リードフレームの脚部を前記回路基板および放熱用金属板に設けた貫通穴に通して半田または導電性接着剤からなる熱伝導材料により該回路基板および放熱用金属板と固着している請求項１に記載の光アセンブリ。
【請求項３】
前記光電変換素子を前記回路基板に導電性接着材または半田で接続していると共に、前記発熱素子を前記放熱用金属板と接着剤または半田で接続し、かつ、前記発熱素子を前記回路基板とワイヤボンドで接続し、
前記半田としてＰｂフリー半田であるＡｕ−ＳｎまたはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いている請求項１または請求項２に記載の光アセンブリ。
【請求項４】
前記放熱用金属板の端縁より端子を突出させて他の電気部品と接続可能としていると共に、前記回路基板に接続した端子あるいは／および前記放熱用金属板より突出させた端子を前記レンズ付きスリーブと接触させている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光アセンブリ。
【請求項５】
車両に搭載している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光アセンブリに関し、詳しくは、レンズ付きスリーブ内の結露発生を防止して光アセンブリの信頼性を高めると共に、樹脂封止を必要とするアンプやドライバ等の発熱素子の実装面積の増大を抑えて光アセンブリの小型化を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバの端末に取り付けたフェルールを嵌合させて、光ファイバと光電変換素子とを光学的に結合する光アセンブリが多用されている。例えば、特開２０１２−１３７５３７号公報（特許文献１）には、図４に示すように、光電変換素子１０２が実装された回路基板１０１と、該光電変換素子１０２を覆うように回路基板１０１に取り付けられるレンズ付きスリーブ１０３を備えた光アセンブリ１００が開示されている。
前記レンズ付きスリーブ１０３には、光電変換素子１０２で送受信する光信号を透過するレンズ面を有する導光部１０５が設けられている。また、光ファイバ（図示せず）の先端に取り付けられるフェルール（図示せず）が内嵌される筒状のスリーブ１０６を導光部１０５の一端側から突出させている。さらに、光電変換素子１０２を覆い回路基板１０１に取り付けられるカバー部１０４を導光部１０５の他端側から突出させている。前記カバー部１０４、導光部１０５およびスリーブ１０６からなるレンズ付きスリーブ１０３は光透過性材で一体的に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３７５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記構成の光アセンブリ１００では、回路基板１０１と該回路基板１０１に取り付けられるレンズ付きスリーブ１０３との間が気密封止されていないため、隙間から水分を含んだ空気がレンズ付きスリーブ１０３内に入った場合にはレンズ付きスリーブ１０３内に結露が発生するおそれがある。特に、自動車等の車両に搭載する場合、水分を含む空気が流入しやすい場所に配置される可能性がある。前記のように、レンズ付きスリーブ内に結露が生じると水滴の界面で通信光の反射、屈折が起こり所望の光結合が得られなくなり、光アセンブリの信頼性が低下する。
【０００５】
一方、図５に示すように、前記構成の光アセンブリ１００の回路基板１０１（１０１ａ、１０１ｂ）には、光電変換素子１０２（受光素子１０２ａ、発光素子１０２ｂ）と発熱素子１０７となるアンプ素子１０７ａ、ドライバ素子１０７ｂとが隣接して実装され、光電変換素子１０２と前記発熱素子１０７はワイヤボンド１０８で接続されている。光電変換素子１０２のワイヤボンド用電極は通常金めっきされているため湿度に対して耐性があるが、発熱素子１０７のワイヤボンド用電極はコスト等の関係から通常アルミめっきされているため、湿度により腐食する可能性がある。そこで、図６に示すように、光電変換素子１０２とワイヤボンド１０８で接続された発熱素子１０７を樹脂１０９で封止し、ワイヤボンド用電極を腐食等から保護している。
【０００６】
しかし、前記樹脂封止により発熱素子１０７の周囲に樹脂１０９が流れ、発熱素子１０７の実装面積が増大するという問題がある。その結果、光アセンブリ１００の小型化がしにくくなると共に、広がった樹脂１０９が光電変換素子１０２に付着して受発光を阻害するおそれもある。
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、レンズ付きスリーブ内の結露発生を防止して光結合の信頼性を高めることを主たる課題としている。かつ、樹脂封止を必要とするアンプやドライバ等の発熱素子を封止する樹脂の流れを抑制できる構成とし、光アセンブリの小型化を図ることをも課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、
光電変換素子が一面に実装される回路基板と、
前記回路基板の一面に固定され、前記光電変換素子を覆うカバー部、前記光電変換素子で送受信する光信号を透過する導光部、光ファイバの先端に取り付けられるフェルールが挿入されるスリーブ部、および前記光ファイバと前記光電変換素子とを結ぶ前記導光部の光路上に設けたレンズ部からなり、光透過材で一体成形したレンズ付きスリーブと、
前記回路基板の他面側に配置されると共に発熱素子が固定される放熱用金属板と、
前記放熱用金属板と前記レンズ付きスリーブに接触させた金属製のリードフレームと、  を備え、
前記発熱素子から発せられた熱を前記放熱用金属板から前記リードフレームを通して前記レンズ付きスリーブに伝え、該レンズ付きスリーブを結露が発生しない温度に昇温する構成としていることを特徴とする光アセンブリを提供している。
【０００９】
前記のように、本発明では、結露が発生する可能性がある前記レンズ付きスリーブに発熱素子での発生熱を伝えることにより、結露が発生しない温度に昇温して、光ファイバのフェルールと光電変換素子とを結ぶ光路上に水滴が付着することを防止し、光結合損失をなくし、設計どおりの光結合が実現でき、光アセンブリの信頼性を高めることができる。かつ、従来は回路基板上に実装していた発熱素子を放熱用金属板上に実装することで回路基板の加熱を防止し、回路基板の耐久性を改善することもできる。
【００１０】
前記回路基板の上面に前記光電変換素子を実装すると共に前記レンズ付きスリーブを固定し、該回路基板の下面に絶縁材を介して前記放熱用金属板を配置し、
前記放熱用金属板に固定する発熱素子は前記光電変換素子とワイヤボンドで接続したアンプ素子およびドライバ素子からなり、該発熱素子を前記放熱用金属板の上面に実装すると共に前記回路基板に設けた開口内に位置させ、該発熱素子を封止する樹脂を前記開口内で充填し、
前記リードフレームは前記光電変換素子および発熱素子を覆うように配置される矩形状の上板部および側板部と、該側板部より突出する脚部を備え、前記上板部を前記カバー部の内面に接触させてインサート成形しており、かつ、
前記リードフレームの脚部を前記回路基板および放熱用金属板に設けた貫通穴に通して半田または導電性接着剤からなる熱伝導材料により該回路基板および放熱用金属板と固着していることが好ましい。
【００１１】
前記のように、回路基板に開口を設け、下面側の放熱用金属板に実装する発熱素子を該開口内に配置すると共に、該発熱素子を封止する樹脂を前記開口より流出しないように保持させている。このように、封止樹脂の広がりを前記開口の壁面で阻止しているため、樹脂の使用量を低減できると共に樹脂の付着面積が制限されるため発熱素子の実装面積を小さく抑えることができる。さらに、回路基板に実装する光電変換素子や他の電子部品も、封止樹脂の付着を懸念することなく発熱素子に近接した位置に実装することができるため、光アセンブリの小型化を図ることができる。
【００１２】
前記発熱素子として用いる前記アンプ素子は受光用光電変換素子からの電気信号を増幅して取り出すものであり、前記発熱素子として用いる前記ドライバ素子は発光用光電変換素子を駆動するものであり、レンズ付きスリーブに結露を発生させない程度の発熱が生じるものである。
【００１３】
前記構成とすると、アンプ素子およびドライバ素子からなる発熱素子より発生する熱を放熱用金属板、該放熱用金属板から熱伝導の良い前記半田または導電性接着剤からなる熱伝導材料を介してリードフレームの脚部に伝え、該リードフレームを通ってレンズ付きスリーブへと確実かつ効率的に熱伝導でき、レンズ付きスリーブを昇温して、レンズ付きスリーブ内の結露発生を確実に防止できる。
【００１４】
前記放熱用金属板は、例えば、熱伝導率の高い銅系金属板や銀系金属板、アルミニウム系金属板等が挙げられるが、放熱性能やコスト等を考慮して銅系金属板を用いることが好ましい。
【００１５】
前記光透過材で一体成形するレンズ付きスリーブは、光電変換素子と対向して導光部を設け、該導光部の一端側から光ファイバ先端に装着するフェルールを内嵌する前記スリーブ部を突出し、他端から前記インサート成形するリードフレームと接触させるカバー部が突出している。
【００１６】
前記レンズ付きスリーブを一体成形する光透過性材としては、光通信用の波長４００〜２０００ｎｍ、好ましくは８００〜９００ｎｍの光を透過する材料であればよく、例えば、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ガラス材料等が挙げられる。
【００１７】
前記カバー部にインサート成型で固定されるリードフレームは、例えば銅系や鉄系の金属材をプレス加工して形成することが好ましい。該リードフレームの上板部には、光電変換素子と導光部との間に光路が形成されるように開口部を設けている。
【００１８】
前記光電変換素子を前記回路基板に導電性接着材または半田で接続していると共に、前記発熱素子を前記放熱用金属板と接着剤または半田で接続し、かつ、前記発熱素子を前記回路基板とワイヤボンドで接続し、
前記半田としてＰｂフリー半田であるＡｕ−ＳｎまたはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いていることが好ましい。
【００１９】
また、前記放熱用金属板の端縁より端子を突出させて他の電気部品と接続可能としていると共に、前記回路基板に接続した端子あるいは／および前記放熱用金属板より突出させた端子を前記レンズ付きスリーブと接触させていることが好ましい。
【００２０】
前記のように、回路基板に接続した端子あるいは／および放熱用金属板より突出させた端子を前記レンズ付きスリーブと接触させておくことで、レンズ付きスリーブを一層効果的に温めてレンズ付きスリーブ内の結露発生を防止することができる。
【００２１】
本発明の前記光アセンブリは自動車等の車両に搭載する場合、特に好適に用いられる。これは車両に搭載すると、水分を含む空気が流入しやすい場所に配置される可能性もあるため、結露対策を施した本発明の光アセンブリが有効となる。
【発明の効果】
【００２２】
前述したように、本発明によれば、回路基板の一面に光電変換素子およびレンズ付きスリーブを固定する一方、該光電変換素子の制御素子であるアンプ素子、ドライバ素子等は発熱素子となるため、該発熱素子を回路基板に実装せず、回路基板の他面に放熱用金属板を配置し、該放熱用金属板上に実装し、該放熱用金属板と接触させた金属製のリードフレームをレンズ付きスリーブと接触させ、発熱素子から発せられた熱を放熱用金属板、リードフレームを通ってレンズ付きスリーブへとスムーズに伝導し、レンズ付きスリーブを昇温することで、レンズ付きスリーブ内の結露発生を効果的に防止している。よって、設計どおりの光結合が実現でき、光アセンブリの信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、前記回路基板に開口を設け、前記放熱用金属板に実装する発熱素子を前記開口内に配置すると共に、前記発熱素子を封止する樹脂を前記開口内で充填して外部に流出しないように保持している。よって、封止樹脂の広がりを前記開口の壁面で阻止することで樹脂の使用量を低減できると共に樹脂の付着面積が制限されるため発熱素子の実装面積を小さく抑えることができる。さらに、回路基板に実装する光電変換素子や他の電子部品も、封止樹脂の付着を懸念することなく発熱素子に近接した位置に実装することができるため、光アセンブリの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の光アセンブリを示す概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の下面図である。
【図４】従来例を示す図である。
【図５】従来例を示す図である。
【図６】従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に本発明の光アセンブリの実施形態を示す。
光アセンブリ１は、受光用光電変換素子３Ａ（以下、受光素子３Ａと略称する）と発光用光電変換素子３Ｂ（以下、発光素子３Ｂと略称する）からなる光電変換素子を実装した回路基板２と、アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂからなる発熱素子を実装した放熱用金属板５Ａ、５Ｂと、金属製のリードフレーム１１をインサート成型で内面に固定したレンズ付きスリーブ７とから構成している。
【００２６】
回路基板２に実装する前記受光素子３Ａとして、光ファイバ２２からの光信号を電気信号に変換してアンプ素子６Ａに出力するフォトダイオードを用いている。また、発光素子３Ｂとしてドライバ素子６Ｂからの電気信号を受けて光信号に変換して光ファイバ２２に出力する半導体レーザーを用いている。本実施形態では、受光素子３Ａおよび発光素子３Ｂからなる光電変換素子を銀ペーストで回路基板２に接続しているが、半田で接続してもよい。なお図示しないが、回路基板２には、前記アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂからなる発熱素子を除く他の電子部品（抵抗、コンデンサ等）も実装している。また、回路基板２には他の回路基板（図示せず）と接続される３本の端子１３を半田で接続している。  前記光ファイバ２２は光ケーブル２０の端末側で樹脂被覆層を剥離して露出させ、該光ファイバ２２の先端部分にフェルール２１を外嵌固着し、フェルール２１の先端面の中心に光ファイバ２２の先端を露出させている。
【００２７】
前記回路基板２の下面側に、銅系金属板からなる放熱用金属板５Ａ、５Ｂを絶縁樹脂からなる絶縁シート４を介して積層し、接着剤で固着している。一方の放熱用金属板５Ａには受光素子３Ａとワイヤボンド１４で接続されるアンプ素子６Ａを、他方の放熱用金属板５Ｂには発光素子３Ｂとワイヤボンド１４で接続されるドライバ素子６Ｂをそれぞれ接着剤または半田で実装している。また、放熱用金属板５Ａ、５Ｂの端縁より他の回路基板（図示せず）と接続される端子５Ｔを突出させている。
前記半田として、Ｐｂフリー半田であるＡｕ−ＳｎまたはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いている。
【００２８】
回路基板２には、下面側に積層する放熱用金属板５Ａ、５Ｂに実装したアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂをそれぞれ収容する開口２Ａ、２Ｂを設けている。放熱用金属板５Ａ、５Ｂに実装され開口２Ａ、２Ｂ内に収容するアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂを回路基板２上の受光素子３Ａ、発光素子３Ｂとワイヤボンド１４でそれぞれ接続した後、該開口２Ａ、２Ｂ内に封止樹脂１５（本実施形態ではシリカを含有するエポキシ樹脂）を注入してアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂを樹脂封止している。
また、発熱素子となるアンプ素子６Ａおよびドライバ素子６Ｂと回路基板２の他の実装部品（図示せず）との間もワイヤボンドで接続している。
【００２９】
リードフレーム１１は、受光素子３Ａ、発光素子３Ｂ、アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂ）の上面側および側面側を覆う矩形状の上板部１１ａおよび側板部１１ｂと、側板部１１ｂの４隅の角部下端より突出させた脚部１１ｃとからなり、銅系金属材をプレス加工して形成している。前記脚部１１ｃを回路基板２の貫通穴２ｈと放熱用金属板５Ａ、５Ｂの貫通穴５ｈに通し、半田１６で接続している。リードフレーム１１の上板部１１ａには、受光素子３Ａ、発光素子３Ｂと後述するレンズ付きスリーブ７の導光部９Ａ、９Ｂとの間に光路が形成されるように開口部１２Ａ、１２Ｂを設けている。
【００３０】
レンズ付きスリーブ７は、前記リードフレーム１１をインサート成型で内面に接触固定するカバー部８と、受光素子３Ａおよび発光素子３Ｂに対向して設けられるレンズ面９Ａ−１、９Ｂ−１を有する導光部９Ａと９Ｂと、フェルール嵌合用の筒状のスリーブ部１０Ａ、１０Ｂを一体的に樹脂成形している。該スリーブ部１０Ａ、１０Ｂに光ファイバ２２の先端に取り付けられたフェルール２１を挿入すると、受光素子３Ａ、発光素子３Ｂと導光部９Ａ、９Ｂを介在させて同一線上に位置するように設定している。
【００３１】
レンズ付きスリーブ７はポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等の光透過材で形成している。前記導光部９Ａ、９Ｂの一端側外周からカバー部８を突出させてカバー部８の下端を回路基板２に固定していると共に、導光部９Ａ、９Ｂの他端側外周からスリーブ部１０Ａ、１０Ｂを突設している。
また、本実施形態では回路基板２に接続した３本の端子１３をレンズ付きスリーブ７のカバー部８に接触させている。
【００３２】
導光部９Ａ、９Ｂのレンズ面９Ａ−１、９Ｂ−１は受光素子３Ａ、発光素子３Ｂに向けて膨出した形状とし、レンズ面９Ａ−１を設けた導光部９Ａにより、スリーブ部１０Ａに内嵌したフェルール２１の先端の光ファイバ２２から発せられた光信号が受光素子３Ａに集光される。また、レンズ面９Ｂ−１を設けた導光部９Ｂにより、発光素子３Ｂから発せられた光信号がスリーブ部１０Ｂに内嵌したフェルール２１の先端の光ファイバ２２に集光される。
【００３３】
前記のように、受光素子３Ａ、発光素子３Ｂからなる光電変換素子を回路基板２の上面に実装する一方、該受光素子３Ａ、発光素子３Ｂとワイヤボンド１４で接続するアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂは回路基板２の下面側に配置する放熱用金属板５Ａ、５Ｂに実装している。さらに、レンズ付きスリーブ７のカバー部８の下側内面にインサート成型で固定したリードフレーム１１の脚部１１ｃを、回路基板２と放熱用金属板５Ａ、５Ｂの貫通穴２ｈ、５ｈに通して半田１６で接続している。
【００３４】
したがって、発熱素子となるアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂから発せられた熱は放熱用金属板５Ａ、５Ｂ、リードフレーム１１の脚部１１ｃを通って側板部１１ｂ、上板部１１ａからレンズ付きスリーブ７のカバー部８へ伝導される。このように、アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂからリードフレーム１１に放熱される熱がレンズ付きスリーブ７に伝わることで、レンズ付きスリーブ７が温められ、レンズ付きスリーブ７内の結露発生を防止することができる。この結露発生防止で設計どおりの光結合が実現でき、光アセンブリ１の信頼性を高めることができる。また、本実施形態では、回路基板２に接続した３本の端子１３もレンズ付きスリーブ７のカバー部８に接触させているため、レンズ付きスリーブ７がさらに温められ、レンズ付きスリーブ７内の結露発生を一層効果的に防止することができる。
【００３５】
また、前記のように、回路基板２に開口２Ａ、２Ｂを設けて下面側の放熱用金属板５Ａ、５Ｂに実装するアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂが開口２Ａ、２Ｂ内に配置されると共に、アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂを封止する樹脂１５を開口２Ａ、２Ｂ内に保持している。よって、封止樹脂１５の広がりを開口２Ａ、２Ｂの壁面で阻止することで樹脂１５の使用量を低減できると共に樹脂１５の付着面積が制限されるため、アンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂの実装面積を小さく抑えることができる。さらに、回路基板２に実装する受光素子３Ａ、発光素子３Ｂからなる光電変換素子や他の電子部品（図示せず）も、封止樹脂１５の付着を懸念することなくアンプ素子６Ａ、ドライバ素子６Ｂに近接した位置に実装することができるため、光アセンブリの小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  光アセンブリ
２  回路基板
２Ａ、２Ｂ  開口
２ｈ  貫通穴
３  光電変換素子
３Ａ  受光素子
３Ｂ  発光素子
４  絶縁シート
５Ａ、５Ｂ  放熱用金属板
５ｈ  貫通穴
５Ｔ  端子
６  発熱素子
６Ａ  アンプ素子
６Ｂ  ドライバ素子
７  レンズ付きスリーブ
８  カバー部
９Ａ、９Ｂ  導光部
１０Ａ、１０Ｂ  スリーブ部
１１  リードフレーム
１１ｃ  脚部
１３  端子
１４  ワイヤボンド
１５  樹脂
１６  半田
２０  光ケーブル
２１  フェルール
２２  光ファイバ
【図１】
2014041304.tif 000003
【図２】
2014041304.tif 000004
【図３】
2014041304.tif 000005
【図４】
2014041304.tif 000006
【図５】
2014041304.tif 000007
【図６】
2014041304.tif 000008