(57)【要約】【課題】長手方向における小型化が可能な光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は、光素子５２が搭載された回路基板２４と、回路基板２４と接続される電気コネクタ２２と、光ファイバ７を保持する光ケーブル３と、回路基板２４上に固定され、光素子５２と光ファイバ７とを光学的に接続する光結合部材５５と、光素子５２と電気的に接続される制御用半導体５０と、を備えている。制御用半導体５０は、光結合部材５５の外部に配置される波形整形用素子５０ｂを含み、回路基板２４の第１の面２４ａに光結合部材５５が搭載されるとともに、第１の面２４ａとは反対側の第２の面２４ｂに波形整形用素子５０ｂが搭載されている。【選択図】図４
2015004860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板と接続される電気コネクタと、
光ファイバを保持する光ケーブルと、
前記回路基板上に固定され、前記光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する光結合部材と、
前記光素子と電気的に接続される制御用半導体と、を備え、
前記制御用半導体は、前記光結合部材の外部に配置される波形整形用素子を含み、
前記回路基板の第１の面に前記光結合部材が搭載されているとともに、前記第１の面とは反対側の第２の面に前記波形整形用素子が搭載されている、光モジュール。
【請求項２】
前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域は、前記第１の面において前記光結合部材が搭載されている領域の裏側に設けられている、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光結合部材は、前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域と前記回路基板の厚さ方向において異なる領域に配置されている、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光ケーブルから露出された前記光ファイバを保持し、前記光結合部材と連結される光ファイバ保持部材をさらに備え、
前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域は、前記第１の面において前記光ファイバ保持部材が配置されている領域の裏側に設けられている、請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記回路基板の前記波形整形用素子が搭載されている領域には、前記第１の面と前記第２の面との間を前記回路基板の厚さ方向の一部のみ貫通する貫通ビアホールが設けられている、請求項１から請求項４のいずれか一項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、光素子が搭載された回路基板を有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ネットワーク機器に用いられる光モジュールにおいて、多チャンネル化、高速化、小型化が進んでいる。多チャンネル化、高速化、小型化に対応した光モジュールの一例として、回路基板に設けられ、受光素子と発光素子とからなる光素子と、その光素子に光学的に接続される光ファイバとを備える光モジュールがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される光モジュールでは、回路基板上において、制御用半導体と光素子および当該光素子を覆うレンズ部材とが同一面上に配置されている。また、光素子に光学的に接続される光ファイバの断線を防ぐために、光モジュール内に収容される光ファイバにある程度の余長をもたせる必要がある。そのため、光モジュールを長手方向において小型化することが困難である。
【０００５】
本発明は、長手方向における小型化が可能な光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の光モジュールは、
光素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板と接続される電気コネクタと、
光ファイバを保持する光ケーブルと、
前記回路基板上に固定され、前記光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する光結合部材と、
前記光素子と電気的に接続される制御用半導体と、を備え、
前記制御用半導体は、前記光結合部材の外部に配置される波形整形用素子を含み、
前記回路基板の第１の面に前記光結合部材が搭載されているとともに、前記第１の面とは反対側の第２の面に前記波形整形用素子が搭載されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光モジュールの長手方向における小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る光モジュールを示す斜視図である。
【図２】樹脂ハウジングを外した状態を示す斜視図である。
【図３】金属ハウジングを外した状態を示す図であって、図３（ａ）は基板を上から見た図であり、図３（ｂ）は基板を下から見た図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示す基板を横から見た図であり、図４（ｂ）は、従来例に係る基板を横から見た図である。
【図５】変形例１の基板を横から見た図である。
【図６】変形例２の基板を横から見た図である。
【図７】変形例３の基板の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係る光モジュールは、
（１）光素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板と接続される電気コネクタと、
光ファイバを保持する光ケーブルと、
前記回路基板上に固定され、前記光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する光結合部材と、
前記光素子と電気的に接続される制御用半導体と、を備え、
前記制御用半導体は、前記光結合部材の外部に配置される波形整形用素子を含み、
前記回路基板の第１の面に前記光結合部材が搭載されているとともに、前記第１の面とは反対側の第２の面に前記波形整形用素子が搭載されている。
この構成によれば、回路基板の長さを短くすることができ、光モジュールの長手方向における小型化を実現することができる。
【００１０】
（２）前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域は、前記第１の面において前記光結合部材が搭載されている領域の裏側に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、回路基板の長さをさらに短くすることができる。
【００１１】
（３）前記光結合部材は、前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域と前記回路基板の厚さ方向において異なる領域に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、波形整形用素子からの熱の影響による光結合部材および光素子の特性低下や寿命低下を抑制することができる。
【００１２】
（４）前記光ケーブルから露出された前記光ファイバを保持し、前記光結合部材と連結される光ファイバ保持部材をさらに備え、
前記第２の面において前記波形整形用素子が搭載されている領域は、前記第１の面において前記光ファイバ保持部材が配置されている領域の裏側に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、波形整形用素子からの熱の影響による光結合部材および光素子の特性低下や寿命低下を抑制しつつ、回路基板の長さを短くすることができる。
【００１３】
（５）前記回路基板の前記波形整形用素子が搭載されている領域には、前記第１の面と前記第２の面との間を前記回路基板の厚さ方向の一部のみ貫通する貫通ビアホールが設けられていることが好ましい。
この構成によれば、波形整形用素子からの熱の影響による光結合部材および光素子の特性低下や寿命低下を確実に抑制することができる。
【００１４】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１に示す光モジュール１は、光通信技術などにおいて信号（データ）の伝送に用いられるものであり、接続先のパソコンなどといった電子機器に電気的に接続され、入出力される電気信号を光信号に変換して光信号を伝送するものである。
【００１６】
図１に示すように、光モジュール１は、光ケーブル３と、コネクタモジュール５とを備えている。光モジュール１では、単芯或いは多芯の光ケーブル３の末端がコネクタモジュール５に取り付けられて構成されている。以下、必要に応じて、電気コネクタ２２側を光モジュール１の前方側とし、光ケーブル３側を後方側として説明する。
【００１７】
光ケーブル３は、図１および図２に示されるように、複数本（ここでは４本）の光ファイバ心線（光ファイバの一例）７と、この光ファイバ心線７を被覆する樹脂製の外被９と、光ファイバ心線７と外被９との間に介在された極細径の抗張力繊維１１と、外被９と抗張力繊維１１との間に介在された金属編組１３とを有している。光ケーブル３では、光ファイバ心線７、抗張力繊維１１、金属編組１３及び外被９が、その中心から径方向の外側に向けてこの順に配置されている。
【００１８】
光ファイバ心線７は、コアとクラッドが石英ガラスである光ファイバ（ＡＧＦ：All Glass Fiber）、クラッドが硬質プラスチックからなる光ファイバ（ＨＰＣＦ：Hard Plastic Clad Fiber）等を用いることができる。ガラスのコア径が８０μｍの細径ＨＰＣＦを用いると、光ファイバ心線７が小径に曲げられても破断しにくい。外被９は、ノンハロゲン難燃性樹脂である例えばＰＶＣ（polyvinylchloride）から形成されている。外被９の外径は、４．２ｍｍ程度である。抗張力繊維１１は、例えばアラミド繊維であり、束状に集合された状態で光ケーブル３に内蔵されている。
【００１９】
金属編組１３は、例えば平角線の錫めっき導線から形成されており、編組密度が７０％以上、編み角度が４５°〜６０°である。金属編組１３の外径は、０．０５ｍｍ程度である。
【００２０】
コネクタモジュール５は、ハウジング２０と、ハウジング２０の前端（先端）側に設けられる電気コネクタ２２と、ハウジング２０に収容される回路基板２４（図３参照）とを備えている。
【００２１】
ハウジング２０は、金属ハウジング（ハウジングの一例）２６と、樹脂ハウジング２８とから構成されている。金属ハウジング２６は、収容部材３０と、収容部材３０の後端部に連結され、光ケーブル３を固定する固定部材３２（ケーブル固定部の一例）とから構成されている。
【００２２】
収容部材３０は、断面が略矩形形状を呈する筒状の中空部材であり、その内部に回路基板２４等が収容されている。収容部材３０の前端側には、電気コネクタ２２が設けられ、収容部材３０の後端側には、固定部材３２が連結される。外被９を剥いだ後、光ケーブル３の光ファイバ心線７を収容部材３０の内部に挿通させるとともに、固定部材３２と金属編組１３とがはんだにより接合されることにより、収容部材３０に光ケーブル３が保持固定される。
【００２３】
樹脂ハウジング２８は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料から形成されており、金属ハウジング２６を覆っている。樹脂ハウジング２８は、外装ハウジング４４と、外装ハウジング４４と連結するブーツ４６とを有している。外装ハウジング４４は、収容部材３０の外面を覆うように設けられている。ブーツ４６は、外装ハウジング４４の後端部に連結され、金属ハウジング２６の固定部材３２を覆っている。
【００２４】
電気コネクタ２２は、接続対象（パソコンなど）に挿入され、接続対象と電気的に接続される部分である。電気コネクタ２２は、ハウジング２０の前端側に配置されており、ハウジング２０から前方に突出している。電気コネクタ２２は、接触子２２ａにより回路基板２４に電気的に接続されている。
【００２５】
回路基板２４は、金属ハウジング２６（収容部材３０）の内部に収容されている。図３に示すように、回路基板２４は、平面視で略矩形形状を呈しており、所定の厚みを有している。回路基板２４は、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミック基板などの絶縁基板であり、その表面又は内部には、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）などにより回路配線が形成されている。回路基板２４の上面２４ａ（第２の面の一例）および下面２４ｂ（第１の面の一例）には、制御用半導体５０と、受発光素子５２（光素子の一例）とがそれぞれ搭載されている。回路基板２４は、制御用半導体５０と受発光素子５２とを電気的に接続している。
【００２６】
制御用半導体５０は、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０ａや波形整形器であるＣＤＲ（Clock Data Recovery）装置５０ｂ（波形整形用素子の一例）などを含んでいる。図３（ｂ）に示すように、駆動ＩＣ５０ａは、回路基板２４の下面２４ｂに配置され、電気コネクタ２２と電気的に接続されている。一方、ＣＤＲ装置５０ｂは、図３（ａ）に示すように、回路基板２４の上面２４ａに配置され、電気コネクタ２２と電気的に接続されている。
【００２７】
受発光素子５２は、複数（ここでは２つ）の発光素子５２ａと、複数（ここでは２つ）の受光素子５２ｂとを含んで構成されている。図４（ａ）に示すように、発光素子５２ａ及び受光素子５２ｂは、回路基板２４の下面２４ｂにおいて駆動ＩＣ５０ａの後端側に配置されている。また、本例においては、駆動ＩＣ５０ａおよび受発光素子５２は、回路基板２４上において、ＣＤＲ装置５０ｂが配置された位置の裏側に配置されている。発光素子５２ａとしては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）などを用いることができる。受光素子５２ｂとしては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）などを用いることができる。
【００２８】
受発光素子５２は、光ケーブル３の光ファイバ心線７と光学的に接続されている。図３（ｂ）に示すように、回路基板２４の下面２４ｂには、受発光素子５２及び駆動ＩＣ５０ａを覆うようにレンズアレイ部品５５（光結合部材の一例）が配置されている。すなわち、図４（ａ）に示すように、駆動ＩＣ５０ａおよび受発光素子５２と同様に、レンズアレイ部品５５も、回路基板２４上において、ＣＤＲ装置５０ｂが配置された位置の裏側に配置されている。レンズアレイ部品５５には、発光素子５２ａから出射された光、又は、光ファイバ心線７から出射された光を反射させる反射部５５ａが設けられている。レンズアレイ部品５５は、光の入射部および出射部に、入射光を平行光とし、平行光を集光して出射するコリメートレンズを備えることが好ましい。このようなレンズアレイ部品５５は、樹脂の射出成形により、一体に構成することができる。
【００２９】
光ファイバ心線７の末端（前端側）にはコネクタ部品５４（光ファイバ保持部材の一例）が取り付けられており、このコネクタ部品５４がレンズアレイ部品５５の後端側に結合されている。これにより、光ファイバ心線７と受発光素子５２とが光学的に接続される。
【００３０】
図４（ｂ）は、従来例に係る回路基板１２４を示す。従来例に係る回路基板１２４においては、受発光素子５２、駆動ＩＣ５０ａおよびＣＤＲ装置５０ｂは、すべて上面１２４ａ側に並列されている。そのため、このような従来例に係る回路基板１２４の長手方向の長さＬ２は、図４（ａ）に示す本実施形態に係る回路基板２４の長手方向の長さＬ１よりも長く設定する必要がある。
【００３１】
上記構成を有する光モジュール１では、電気コネクタ２２から電気信号を入力し、回路基板２４の配線を介して制御用半導体５０に電気信号が入力される。制御用半導体５０に入力された電気信号は、レベルの調整やＣＤＲ装置５０ｂにより波形整形などが行われた後に、制御用半導体５０から回路基板２４の配線を介して受発光素子５２に出力される。電気信号を入力した受発光素子５２では、電気信号を光信号に変換し、発光素子５２ａから光ファイバ心線７に光信号を出射する。
【００３２】
また、光ケーブル３で伝送された光信号は、受光素子５２ｂに入射される。受光素子５２ｂでは、入射された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を回路基板２４の配線を介して制御用半導体５０に出力する。制御用半導体５０では、電気信号に所定の処理を施した後、電気コネクタ２２にその電気信号を出力する。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、回路基板２４の下面２４ｂにレンズアレイ部品５５および受発光素子５２が搭載されるとともに、下面２４ｂとは反対側の上面２４ａにＣＤＲ装置５０ｂが搭載されている。このようにレンズアレイ部品５５とＣＤＲ装置５０ｂとが回路基板２４の異なる面上に搭載されることで回路基板２４上のスペースを有効利用でき、従来例の回路基板１２４に比べて回路基板２４の長さを短くすることができる。そのため、回路基板２４が収容されるハウジング２０が短尺化され、光モジュール１の長手方向における小型化を実現することができる。
【００３４】
また、回路基板２４の上面２４ａにおいてＣＤＲ装置５０ｂが搭載されている領域は、下面２４ｂにおいてレンズアレイ部品５５が搭載されている領域の裏側に設けられている。これにより、回路基板２４をさらに短尺化することができる。
【００３５】
図５は、変形例１の回路基板２２４を横から見た図である。この変形例１では、回路基板２２４の下面２２４ｂにおいてレンズアレイ部品５５および受発光素子５２が搭載されている領域が、上面２２４ａにおいてＣＤＲ装置５０ｂが搭載されている領域に対して、回路基板２２４の長手方向（図５の左右方向）において、例えば回路基板２２４の後端側にずれている。すなわち、レンズアレイ部品５５および受発光素子５２は、回路基板２２４の上面２２４ａにおいてＣＤＲ装置５０ｂが搭載されている領域と回路基板２２４の厚さ方向において異なる領域に配置されている。この場合も、回路基板２２４の長手方向の長さＬ３は、図４（ｂ）に示す従来例に係る回路基板１２４の長手方向の長さＬ２よりも短くなる。
【００３６】
一般に、駆動ＩＣ５０ａと比べて、ＣＤＲ装置５０ｂは動作時の発熱量が大きい。そのため、変形例１においては、図５のように、回路基板２２４において、ＣＤＲ装置５０ｂが配置された領域の裏側にはレンズアレイ部品５５および受発光素子５２を配置しないようにしている。これにより、ＣＤＲ装置５０ｂから排出される熱が回路基板２２４を介してレンズアレイ部品５５および受発光素子５２へ伝わることを抑制できる。そのため、従来の回路基板１２４よりも回路基板２２４の長さを短くして光モジュール１を小型化させつつ、ＣＤＲ装置５０ｂからの熱の影響によるレンズアレイ部品５５および受発光素子５２の特性低下や寿命低下を防止することができる。
【００３７】
図６は、変形例２の回路基板３２４を横から見た図である。この変形例２では、回路基板３２４の上面３２４ａに搭載されているＣＤＲ装置５０ｂは、下面３２４ｂにおいてレンズアレイ部品５５と接続されるコネクタ部品５４が配置される領域の裏側に設けられている。この場合も、回路基板３２４の長手方向の長さＬ４は、図４（ｂ）に示す従来例に係る回路基板１２４の長手方向の長さＬ２よりも短くなる。
【００３８】
コネクタ部品５４は光ファイバ心線７を保持してレンズアレイ部品５５と連結される部材であるが、レンズアレイ部品５５や受発光素子５２と比べて、ＣＤＲ装置５０ｂからの熱の影響をそれほど考慮する必要はない。そのため、図６の構成によれば、変形例１と同様にＣＤＲ装置５０ｂからの熱の影響によるレンズアレイ部品５５および受発光素子５２の特性低下や寿命低下を抑制しながら、従来例の回路基板１２４や変形例１の回路基板２２４よりも回路基板３２４の長さを短くして光モジュール１をさらに小型化させることができる。
【００３９】
図７は、変形例３の回路基板４２４の一部拡大断面図である。図７に示すように、回路基板４２４は、例えば８層の多層状に形成されている。この回路基板４２４には、層間接続のための複数の貫通ビアホール２５ａ，２５ｂが設けられている。貫通ビアホール２５ａは、ＣＤＲ装置５０ｂが配置される領域以外の領域に設けられており、回路基板４２４の上面４２４ａから下面４２４ｂにかけて全層を貫通している。一方、貫通ビアホール２５ｂは、ＣＤＲ装置５０ｂが配置される領域の回路基板４２４に設けられている。この貫通ビアホール２５ｂは、回路基板４２４の上面４２４ａ側の例えば４層を貫通するものと下面４２４ｂ側の例えば４層を貫通するものとが交互に設けられている。すなわち、回路基板４２４のＣＤＲ装置５０ｂが搭載されている領域には、上面４２４ａと下面４２４ｂとの間を回路基板４２４の厚さ方向の一部のみ貫通する貫通ビアホール２５ｂが設けられている。
【００４０】
ＣＤＲ装置５０ｂで生じた熱は、貫通ビアホール２５ｂを介して回路基板４２４の下面４２４ｂ側に伝わることとなる。しかし、貫通ビアホール２５ｂは上面４２４ａから下面４２４ｂにかけて全層を貫通しているものではないため、レンズアレイ部品５５および受発光素子５２が配置された下面４２４ｂ側には熱が直接伝わらないような構造となっている。
【００４１】
この構成によれば、回路基板４２４を一定長以下に維持しながらも、ＣＤＲ装置５０ｂからの熱の影響によるレンズアレイ部品５５および受発光素子５２の特性低下や寿命低下を確実に抑制することができる。
【００４２】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１：光モジュール
３：光ケーブル
５：コネクタモジュール
７：光ファイバ心線（光ファイバの一例）
９：外被
１１：抗張力繊維
１３：金属編組
２０：ハウジング
２２：電気コネクタ
２４：回路基板
２６：金属ハウジング
２８：樹脂ハウジング
３０：収容部材
３２：固定部材
５０：制御用半導体
５０ａ：駆動ＩＣ
５０ｂ：ＣＤＲ装置（波形整形用素子の一例）
５２：受発光素子（光素子の一例）
５４：コネクタ部品（光ファイバ保持部材の一例）
５５：レンズアレイ部品（光結合部材の一例）
Ｌ１〜Ｌ４：回路基板の長さ
【図１】
2015004860.tif 000003
【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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【図７】
2015004860.tif 000009