(57)【要約】【課題】屈曲部分の屈曲による電磁輻射が少なく、反射特性及び吸収特性の劣化を少なくし、帯域減少のないフレキシブル回路基板を用いた光モジュールを提供する。【解決手段】光サブアッセンブリと電子回路が搭載された回路基板とを有する光モジュールで、光サブアセンブリと回路基板とは屈曲して用いられるフレキシブル回路基板１０により電気的に接続される。フレキシブル回路基板１０は、コア材上に接着剤層、導電層及びレジスト層を備え、導電層は信号導体１３ａ，１３ｂと接地導体１４からなる配線路とで形成されるマイクロストリップラインであり、信号導体の屈曲部分Ｓは非屈曲部分ｄ１に対して導体幅ｄ２が広く形成される。フレキシブル回路基板１０の屈曲部分Ｓの曲率半径Ｒが０.３ｍｍ〜０.７ｍｍであり、広く形成されている導体幅ｄ２は、それ以外の導体幅ｄ１より０.０５ｍｍ〜０.２５ｍｍ幅広で形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光サブアッセンブリと、電子回路が搭載された回路基板とを有する光モジュールにおいて、前記光サブアセンブリと前記回路基板とは屈曲して用いられるフレキシブル回路基板により電気的に接続され、前記フレキシブル回路基板は、コア材上に接着剤層、導電層及びレジスト層を備え、前記導電層は信号導体と接地導体からなる配線路とで形成されるマイクロストリップラインであり、前記信号導体の屈曲部分は非屈曲部分に対して導体幅が広く形成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記フレキシブル回路基板の屈曲部分の曲率半径が０.３ｍｍ〜０.７ｍｍであり、広く形成されている前記導体幅は、それ以外の導体幅より０.０５ｍｍ〜０.２５ｍｍ幅広で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光サブアッセンブリと電子回路が搭載された回路基板とを、屈曲して使用されるフレキシブル回路基板により電気的に接続してなる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号の伝送等に用いられるフレキシブル回路基板は、湾曲ないし屈曲させて使用されることが前提とされているが、その屈曲に対する要求仕様は、その使用周波数や使用形態によって異なる。例えば、高周波信号の伝送を扱う使用形態においては、屈曲による特性インピーダンスの変動や信号線からの電磁輻射（ＥＭＩ）に対しても考慮を払う必要がある。しかし、プリント回路基板を用いた回路装置で、高周波信号におけるインピーダンスは、回路基板の比誘電率、基板の厚さ、回路基板上に形成された信号導体の幅、厚さ、長さ、接地導体との距離等を決めれば、一意的に定まる。
【０００３】
図６は、例えば、光送受信用の光サブアッセンブリと回路装置間を電気的に接続するフレキシブル回路基板（以下、ＦＰＣという）の一例を示す図で、図中、１はフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）、２は絶縁基板、３は信号導体、４ａ，４ｂは端子パッド、５ａ，５ｂは接続ランド、６は接地導体を示す。ＦＰＣ１は、例えば、可撓性で電気絶縁性のある絶縁基板２の一方の面に信号導体３を形成し、信号導体３の端部には、矩形状の端子パッド４ａ，４ｂ、或いは、円形状の接続ランド５ａ，５ｂ等が形成される。絶縁基板２の反対側の面には、例えば、接地導体６が全面（この場合、ベタグランド導体ともいう）に形成される。
【０００４】
図６のように形成されたＦＰＣは、例えば、図５に示すような後述する光送受信モジュール等の光サブアッセンブリＭと電子回路が搭載された回路基板Ｄとの間の信号伝送に用いられる。ＦＰＣ１の信号導体３は、高周波電気信号を伝送する役割を担い、光サブアッセンブリＭから高周波信号を受取って回路基板Ｄに出力し、或いは、回路基板Ｄからの高周波信号を光サブアッセンブリＭに送出する。そして、ＦＰＣ１は、屈曲部分Ｓで屈曲可能とされ、光サブアッセンブリＭと回路基板Ｄ間の物理的距離の不均一を吸収して、信号伝送が確実に行なえるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、携帯電話のように液晶表示部と装置本体部間の配線で、屈曲を頻繁に繰り返すような使用形態では、ＦＰＣの屈曲部の柔軟性や屈曲耐久性も要求される。このため、屈曲部の信号導体の近傍にスリットを設けて屈曲性を高めるとともに、これに伴うＥＭＩの発生に対して接地導体を千鳥状にすることでカバーしている（例えば、特許文献２参照）。また、回路基板の樹脂材料の弾性による屈曲部のスプリングバックを抑えるために、屈曲部分の信号導体の幅を他の部分より幅広にする例も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許出願公開２００３／００６３８７２号明細書（Ｆｉｇ．２）
【特許文献２】特開２００４−８８０２０号公報（図１〜図４）
【特許文献３】特開２０００−１９６２０５号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＰＣは、本来、湾曲ないし屈曲させて使用されることが前提とされているが、高周波信号を扱う分野では、信号導体が所定の特性インピーダンスに整合するように設計され製造されている。なお、高周波電気信号における信号導体の特性インピーダンスは、次の式で定義される。なお、Ｒ及びＬは、それぞれ単位長当たりの抵抗及びインダクタンス、Ｇ及びＣは、線間の単位長当たりのコンダクタンス及びキャパシタンスを表す。また、ω（＝２πｆ）は角周波数を意味する。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
上式において、高周波領域ではωが大きくなるので、Ｌ，Ｃが特性インピーダンスにおいて支配的となる。従来は、信号導体の特性インピーダンスをフラットな使用状況で整合するように設計され、信号導体の幅を一様な同一幅としていた。しかし、ＦＰＣが屈曲されるとその屈曲領域では、信号導体の高周波電気信号のキャパシタンス結合が低下し、信号導体から高周波電気信号のエネルギーが漏れ、ＥＭＩが生じる。また、信号導体のインピーダンスが乱れて信号の反射が生じ、Ｓパラメータの反射特性（Ｓ１１）が劣化する。さらに、信号導体からエネルギーが漏れることにより高周波電気信号が減衰し、Ｓパラメータの透過特性（Ｓ２１）が劣化する。透過特性は高周波になるほど劣化が大きくなり、このため透過帯域が制限されることになる。
【０００９】
しかし、上記の特許文献１には上述した点についての開示がなく、特許文献２には特性インピーダンスの整合についての考慮が払われておらず、屈曲性とＥＭＩに対する物理的な形状を開示しているにすぎない。このため、高周波電気信号の反射及び透過特性が劣化し、使用帯域が制限される。また、特許文献３では、回路導体の屈曲部の幅を他の部分より大きくする構成の開示はあるが、単に屈曲部の導体量を増やし、スプリングバックを抑制しようとするものである。このため、接地導体を有せず、特性インピーダンスの整合やＥＭＩにたいしても無関係の技術である。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、屈曲部の屈曲による電磁輻射が少なく、反射特性及び吸収特性の劣化を少なくし、帯域減少のないフレキシブル回路基板を用いた光モジュールの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光モジュールは、光サブアッセンブリと電子回路が搭載された回路基板とを有する光モジュールにおいて、光サブアッセンブリと回路基板とは屈曲して用いられるフレキシブル回路基板により電気的に接続される。フレキシブル回路基板は、コア材上に接着剤層、導電層及びレジスト層を備え、導電層は信号導体と接地導体からなる配線路とで形成されるマイクロストリップラインであり、信号導体の屈曲部分は非屈曲部分に対して導体幅が広く形成される。フレキシブル回路基板の屈曲部分の曲率半径が０.３ｍｍ〜０.７ｍｍであり、広く形成されている導体幅は、それ以外の導体幅より０.０５ｍｍ〜０.２５ｍｍ幅広で形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フレキシブル回路基板の屈曲領域における信号導体からの高周波電気信号のエネルギーの漏れを抑制し、ＥＭＩの発生を低減させることができる。また、特性インピーダンスの変動を抑制し、反射特性及び吸収特性並びに透過帯域が劣化するのを効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は光モジュールにおいて、光サブアッセンブリと電子回路が搭載された回路基板とを接続するフレキシブル回路基板の部分断面を示す図、図２は本発明によるフレキシブル回路基板の一例を示す図、図３はフレキシブル回路基板の屈曲状態を示す図である。図中、１０はフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）、１１はコア材、１２ａ，１２ｂは接着剤層、１３は信号導体、１３ａは通常幅の導体部、１３ｂは幅広の導体部、１４は接地導体、１５ａ，１５ｂはレジスト層、１６ａ，１６ｂ，１８ａは端子パッド、１７ａ，１７ｂ，１８ｂは接続ランド、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂはスルーホールを示す。
【００１４】
フレキシブル回路基板１０（以下、ＦＰＣという）は、例えば、ポリイミド樹脂等からなる厚さ２５μｍ程度のコア材１１の一方の面に、厚さ１８μｍ程度の信号導体１３を厚さ２０μｍ程度の接着剤層１２ａを介して積層し、反対側の面には、厚さ１８μｍ程度の接地導体１４をほぼ全面に、厚さ２０μｍ程度の接着剤層１２ｂを介して積層して形成される。信号導体１３及び接地導体１４の表面は、例えば、電気接続部分を残してレジスト層１５ａ及び１５ｂにより保護される。
【００１５】
図２は、上記のＦＰＣ１０の具体例を示す図で、図２（Ａ）はレジスト層１５ａの表面から見た図、図２（Ｂ）はレジスト層１５ａを除去した状態の信号導体１３の形成例を示す図、図２（Ｃ）は反対側のレジスト層１５ｂを除去した接地導体１４の形成例を示す図、図２（Ｄ）はレジスト層１５ｂの表面から見た図を示す。信号導体１３の一方の端部には、例えば、矩形状の端子パッド１６ａ，１６ｂを形成し、他方の端部に円形の接続ランド１７ａ，１７ｂを形成する。なお、これらの形状は任意であって、外部回路装置との接続に適した形態で形成することができる。
【００１６】
また、これらの端子パッド１６ａ，１６ｂ或いは接続ランド１７ａ，１７ｂには、基板の両面を電気的に導通させるためのスルーホール１９ａ，１９ｂ或いは２０ａ，２０ｂが形成されている。また、反対側の面に形成した接地導体１４は、信号導体１３の端子パッド１６ａと導通される端子パッド１８ａ、及び、信号導体１３の接続ランド１７ａと導通される接続ランド１８ｂが、電気的に絶縁されて形成されている。レジスト層１５ａ、１５ｂは、端子パッド１６ａ，１６ｂ，１８ａ或いは接続ランド１７ａ，１７ｂ，１８ｂがスルーホールと共に部分的に露出する程度の開口を設けて、回路装置間の電気接続に供せられる。
【００１７】
本発明は、図２（Ｂ）に示すように、信号導体１３は、コア材１１、接着剤層１２ａ，１２ｂの誘電率並びに接地導体１４との間隔等により、キャパシタンス及びインダクタンスを設定することにより、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）となるように導体長や間隔等が設計される。また、信号導体１３は、導体幅を広くした幅広の導体部１３ｂと通常幅の導体部１３ａで形成している。
【００１８】
この幅広の導体部１３ｂは、図３に示すように、ＦＰＣ１０を回路装置ＥとＦ間の高周波電気信号の伝送で、曲率半径Ｒで曲げられる屈曲部分Ｓに形成される。曲げを伴わない通常幅の導体部１３ａは、その導体幅をｄ１とし、屈曲部分Ｓの領域における幅広の導体部１３ｂの導体幅をｄ２とする。ここで、例えば、屈曲部分Ｓの曲率半径Ｒを０.３ｍｍ〜０.７ｍｍ程度とすると、導体幅ｄ２は導体幅ｄ１（０.１７ｍｍ前後）より０.１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度幅広とし、すなわち、２倍程度の幅広差で形成する。なお、幅広の導体部１３ｂは通常幅の導体部１３ａに対して、急激な段差で変化する例で示したが、指数関数、対数関数等の滑らかなラインで導体幅が変化するようにしてもよい。
【００１９】
図４は、ＦＰＣ１０の屈曲部分の導体部１３ｂを幅広とした場合の作用を説明する図である。図４（Ａ）は、横軸に導体幅差（ｄ２−ｄ１）をとり、縦軸に屈曲部分から３.０ｍｍ離間した地点で測定したＥＭＩを目盛ったものである。また、屈曲部分の曲率半径Ｒを、０.３ｍｍ，０.５ｍｍ，０.７ｍｍと異ならせて測定した。
【００２０】
導体幅差がゼロの場合は、通常幅の導体部１３ａと幅広の導体部１３ｂが同じで、従来の信号導体１３の全長を均一な導体幅で形成した場合である。この図４（Ａ）から明らかなように、導体幅差がゼロの場合、屈曲部分Ｓの曲率半径Ｒが０.３ｍｍとした例では、ＥＭＩが極端に増加し、０.５ｍｍ，０.７ｍｍでは、ＥＭＩはあまり増加はしていない。すなわち、曲率半径Ｒが小さくなる（曲率が大きくなる）と、ＥＭＩが増加する。しかし、屈曲部分Ｓの導体部の幅を大きくし、導体幅差をつけることにより、ＥＭＩは次第に低減する。導体幅差が０.２ｍｍ程度となると、曲率半径が０.５ｍｍ，０.７ｍｍの場合と同程度となって、ＥＭＩの発生は少なくなり、ほぼ一定となる。なお、これ以上に導体幅差を大きくしても、ＥＭＩは、ほぼ一定であまり変化はなかった。
【００２１】
図４（Ｂ）は、横軸に導体幅差（ｄ２−ｄ１）をとり、縦軸にＦＰＣの一方端から信号を入力して透過特性（Ｓ２１）を測定した場合の帯域特性を目盛ったものである。なお、帯域特性は、低周波側の透過特性が３ｄＢ低下するときの高周波側の周波数で示してある。なお、この場合も、屈曲部分の曲率半径Ｒを、０.３ｍｍ，０.５ｍｍ，０.７ｍｍと変化させて測定した。
【００２２】
インピーダンス整合がとれているＦＰＣ上の信号導体であっても、基板自体の誘電損失、信号導体の表皮効果等により、使用帯域は無限には広がらない。そして、ＦＰＣに屈曲部分を有し、導体幅差がゼロの場合では、その帯域がほぼ１４ＧＨｚに制約される。しかし、屈曲部分の導体部を幅広とし、他の導体部との間で、導体幅差を与えることにより、帯域幅を２０ＧＨｚを超える程度まで増加させることができる。この場合、導体幅差が０.０５ｍｍで最大値を示し、これ以上導体幅差を大きくしても帯域は増加せず、むしろ多少低下する傾向となる。また、この帯域特性は、曲げ半径Ｒにはさほど依存しないことも判明した。
【００２３】
図４の測定結果から、ＦＰＣ１０を曲げ半径０.７ｍｍ以下に屈曲して使用する場合であっても、信号導体１３の屈曲部分Ｓの導体幅ｄ２を、屈曲されない他の部分の導体幅ｄ１より、０.０５ｍｍ以上広く形成することにより、透過特性の低下を抑制し、帯域特性を確保することができる。また、ＥＭＩに対しては、屈曲半径Ｒは大きい方が好ましいが、屈曲半径Ｒが０.３ｍｍ程度で屈曲される場合であっても、導体幅差を０.１ｍｍ以上で形成することにより、ＥＭＩを問題ない程度に抑制することが可能である。以上のことから、ＦＰＣの屈曲部分の曲率半径が０.３ｍｍ〜０.７ｍｍである場合、屈曲部分の導体幅ｄ２を他の部分の導体幅ｄ１より０.０５〜０.２５ｍｍ、さらに望ましくは０.１ｍｍ〜０.２ｍｍ幅広となるように形成されていることが好ましい。
【００２４】
図５は、ＦＰＣ１０の好ましい使用形態を示す図で、光送受信モジュールにおいて、光素子（受光素子、発光素子）が搭載された光サブアッセンブリと電子回路が搭載された回路基板Ｄとの間の高周波電気信号の伝送に用いる例を示す図である。光送信器又は光受信器等の光サブアッセンブリＭと回路基板Ｄとの間を上述したＦＰＣ１０で接続する。ＦＰＣ１０の信号導体は、高周波電気信号を伝送する役割を担い、光サブアッセンブリＭから高周波信号を受取り回路基板Ｄに出力し、或いは、回路基板Ｄからの高周波信号を光サブアッセンブリＭに送出する。そして、ＦＰＣ１０は、屈曲部分Ｓで屈曲可能とされ、光サブアッセンブリＭと回路基板Ｄ間の物理的距離の不均一を吸収して、信号伝送が確実に行なえるようにしている。屈曲部分Ｓの領域においては、信号導体の導体幅を他の部分より広くされ、これにより、上述したようにＥＭＩの発生を抑制し、反射特性及び吸収特性並びに帯域の劣化が効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光モジュールの回路接続に用いられるフレキシブル回路基板の部分断面を示す図である。
【図２】本発明によるフレキシブル回路基板の一例を示す図である。
【図３】本発明によるフレキシブル回路基板の屈曲状態を示す図である。
【図４】本発明によるフレキシブル回路基板の作用を説明する図である。
【図５】本発明によるＦＰＣの好ましい使用形態を示す図である。
【図６】従来のフレキシブル回路基板の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）、１１…コア材、１２ａ，１２ｂ…接着剤層、１３…信号導体、１３ａ…通常幅の導体部、１３ｂ…幅広の導体部、１４…接地導体、１５ａ，１５ｂ…レジスト層、１６ａ，１６ｂ，１８ａ…端子パッド、１７ａ，１７ｂ，１８ｂ…接続ランド、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ…スルーホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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