(57)【要約】【課題】追加ベースを用いることなく、回路基板、受光モジュール、光送信モジュールを直接筐体に固定することにより、放熱効果を高めると共に、部品数を減らして、小型で安値な構造とした光伝送モジュールを提供すること。【解決手段】受光モジュール２及び光送信モジュール１４と、これらを接続した回路基板３と、前記受光モジュール２と光送信モジュール１４及び回路基板３を内蔵する筐体とからなる光伝送モジュールにおいて、前記筐体１の内部における受光モジュール２の電気的接続端子９の近くに、部品を直接筐体に接触固定する専用のスペース部１３を設け、この専用のスペース部１３にて、前記受光モジュール２及び回路基板３を固定部材４１、３１を用いて直接に筐体１に接触固定し、前記受光モジュール２の端子９を半田付けにより回路基板３と接続した構成とする。【選択図】      図１
2005197569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受信する受光モジュールと、光信号を送信する光送信モジュールと、前記受光モジュールと前記光送信モジュールを接続した回路基板と、前記受光モジュールと前記光送信モジュール及び前記回路基板を内蔵する筐体とからなる光伝送モジュールにおいて、
前記筐体内部における前記受光モジュールの電気的接続端子の近くに、部品を直接筐体に接触固定する専用のスペース部を設け、この専用のスペース部にて、前記受光モジュール及び回路基板を固定部材を用いて直接に筐体に接触固定し、前記受光モジュールの端子を半田付けにより回路基板と接続したことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項２】
前記回路基板と筐体とを固定する位置、及び前記受光モジュールと筐体とを固定する位置を、下記（式１）（式２）（式３）により決定したことを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
【数１】
2005197569.tif 000005
ここに、λs：半田の伸び量、Ｗs：せん断力、Ｗf：端子のフォーミングなどにより緩和される力、τ：せん断応力、εc：線膨張量の差、εe：回路基板の線膨張量（１５ｅ-6ｍ／℃）、εa：筐体の線膨張量（２５ｅ-6ｍ／℃）、Ａ：せん断面の面積（１mm2）、εp：受光モジュールの線膨張量（７ｅ-6ｍ／℃）、Ｇ：半田の横弾性係数（７．７ＧＰａ）、ｌ：端子の半田付け部の全長さ（１mm）、τh：半田のせん断降伏応力（１．４ＭＰａ）、σh：半田の引張降伏応力（２３．１ＭＰａ）。
【請求項３】
前記回路基板における前記受光モジュールの存する側とは反対側の端部に、回路基板を貫通する穴または凹み部を設けると共に、前記筐体の一部に突起を設け、前記回路基板の貫通穴または凹み部と前記筐体の突起を嵌合させて概略位置決めするように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記回路基板における前記受光モジュールの存する側とは反対側の端部で、前記回路基板と筐体とを固定部材を用いて固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送モジュールに係わり、特に受光モジュール、光送信モジュール及び回路基板と筐体との実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ通信の適用分野が拡大しており、キーデバイスである光伝送モジュールの小型化、高信頼化に対する要求が高まっている。そして、これらを満足するような受光モジュール及び光送信モジュールと回路基板とを実装した光伝送モジュールの実装構造の開発が急ピッチで進められている。
【０００３】
この種の光伝送モジュールとしては、従来、受光素子と該素子の出力を増幅する前置増幅回路を構成する回路部品とをパッケージのケース内に実装し、且つレンズ、スリーブ、フェルール、ファイバ等の光伝送系構成部品を結合して気密封止を施した受光素子モジュール（受光モジュール）と、前記前置増幅回路からの出力信号をさらに増幅する増幅回路、及び、信号を制御する制御回路を構成する回路部品を搭載した回路基板とを実装した光伝送モジュールの実装構造において、前記受光素子モジュールと前記回路基板とを同一ベース上に固定して、外力によるリード接続部への応力の加担を抑える実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、この特許文献１においては、回路基板と受光モジュールの接続部及び光送信モジュールと回路基板の接続部に、受光モジュール端子の材質または回路基板の材質とほぼ同等の線膨張率を有する追加ベース（例えば、圧延鋼板）を用いて固定し、熱ストレスによる応力が加わることを防止している。
【特許文献１】特開平７−１６８０６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように追加ベースを用いる構造では、次のような課題がある。
【０００６】
光伝送モジュールは、その高速化及び小型化に伴い、電子部品または受光モジュール、光送信モジュールからの発熱が大きくなっている。
【０００７】
図９に従来の受光モジュール及び回路基板と筐体との実装構造を示す。ここでは、回路基板３に搭載した電気コネクタ６の近くを、固定部材たるネジ７を用いて、筐体１に固定した構造となっている。
【０００８】
しかし、この構造では線膨張の基準がネジ７による固定部分に設定され、特に発熱が大きい受光モジュール２、光送信モジュール１４（図２参照）、電子部品などが集約している部分に線膨張による変形が集中するため、回路基板３を筐体１に直接固定すると、回路基板３に接続した受光モジュール２または光送信モジュール１４（図２参照）の接続端子９が破壊されてしまう問題がある。
【０００９】
そこで、図９にみられるように、線膨張による端子部９の破壊を防ぐため、回路基板３及び受光モジュール２と筐体１との間に、回路基板３または受光モジュール２に近い線膨張率を持つ追加ベース１２を使用することで線膨張の影響を小さくしている。
【００１０】
しかし、回路基板３及び受光モジュール２を連結した追加ベース１２と筐体１の間は高さ方向の機械的な寸法誤差が生じるため、追加ベース１２と筐体１は直接接触固定することが出来ず、熱伝導シート１１などを介して追加ベース１２と筐体１を接触させていたので、放熱が悪く、回路基板３及び受光モジュール２に熱がこもる原因になっていた。また、追加ベース１２を使用しているため、組立工程が複雑で、必要な部品数が増えていた。更に、追加ベース１２を設置するスペースを必要とするので、光伝送モジュールの小型化が困難であるという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、追加ベースを用いることなく、回路基板、受光モジュール、光送信モジュールを直接筐体に固定することにより、放熱効果を高めると共に、部品数を減らして、小型で安値な構造とした光伝送モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る光伝送モジュールは、光信号を受信する受光モジュールと、光信号を送信する光送信モジュールと、前記受光モジュールと前記光送信モジュールを接続した回路基板と、前記受光モジュールと前記光送信モジュール及び前記回路基板を内蔵する筐体とからなる光伝送モジュールにおいて、前記筐体内部における前記受光モジュールの電気的接続端子の近くに、部品を直接筐体に接触固定する専用のスペース部を設け、この専用のスペース部にて、前記受光モジュール及び回路基板を固定部材を用いて直接に筐体に接触固定し、前記受光モジュールの端子を半田付けにより回路基板と接続したことを特徴とする。
【００１４】
この請求項１には、受光モジュールと光送信モジュール及び回路基板を、固定部材を用いて筐体に直接固定する、次の形態が含まれる。すなわち、光信号を受信する受光モジュールと、光信号を送信する光送信モジュールと、前記受光モジュールと前記光送信モジュールを接続した回路基板と、前記受光モジュールと前記光送信モジュール及び前記回路基板を内蔵する筐体とからなる光伝送モジュールにおいて、前記筐体内部における前記受光モジュール及び前記光送信モジュールの電気的接続端子の近くに、それぞれ部品を直接筐体に接触固定する専用のスペース部を設け、この専用のスペース部にて、前記受光モジュール及び回路基板、又は前記光送信モジュール及び回路基板を、固定部材を用いて直接に筐体に接触固定し、前記受光モジュール及び前記光送信モジュールの各端子を半田付けにより回路基板と接続したことを特徴とする光伝送モジュールの形態である。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光伝送モジュールにおいて、前記回路基板と筐体とを固定する位置、及び前記受光モジュールと筐体とを固定する位置を、下記（式１）（式２）（式３）により決定したことを特徴とする。
【数１】
2005197569.tif 000003
ここに、λs：半田の伸び量、Ｗs：せん断力、Ｗf：端子のフォーミングなどにより緩和される力、τ：せん断応力、εc：線膨張量の差、εe：回路基板の線膨張量（１５ｅ-6ｍ／℃）、εa：筐体の線膨張量（２５ｅ-6ｍ／℃）、Ａ：せん断面の面積（１mm2）、εp：受光モジュールの線膨張量（７ｅ-6ｍ／℃）、Ｇ：半田の横弾性係数（７．７ＧＰａ）、ｌ：端子の半田付け部の全長さ（１mm）、τh：半田のせん断降伏応力（１．４ＭＰａ）、σh：半田の引張降伏応力（２３．１ＭＰａ）。
【００１６】
この請求項２には、前記回路基板と筐体とを固定する位置、また前記受光モジュールと筐体とを固定する位置及び前記光送信モジュールと筐体とを固定する位置を、上記（式１）（式２）（式３）により決定する形態が含まれる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の光伝送モジュールにおいて、前記回路基板における前記受光モジュールの存する側とは反対側の端部に、回路基板を貫通する穴または凹み部を設けると共に、前記筐体の一部に突起を設け、前記回路基板の貫通穴または凹み部と前記筐体の突起を嵌合させて概略位置決めするように構成したことを特徴とする。
【００１８】
この請求項３には、前記回路基板における前記受光モジュール又は光送信モジュールの存する側とは反対側の端部に、回路基板を貫通する穴または凹み部を設けると共に、前記筐体の一部に突起を設け、前記回路基板の貫通穴または凹み部と前記筐体の突起を嵌合させて概略位置決めするように構成する形態が含まれる。
【００１９】
上記請求項３において、回路基板に電気コネクタが設けられている場合は、その回路基板に搭載する電気コネクタの近傍に前記回路基板を貫通する穴または凹み部を設けると共に、前記筐体の一部に突起を設け、前記回路基板の貫通穴または凹み部と前記筐体の突起を嵌合させて概略位置決めする形態となる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の光伝送モジュールにおいて、前記回路基板における前記受光モジュールの存する側とは反対側の端部で、前記回路基板と筐体とを固定部材を用いて固定したことを特徴とする。
【００２１】
この請求項４には、前記回路基板における前記受光モジュール又は光送信モジュールの存する側とは反対側の端部で、前記回路基板と筐体とを固定部材を用いて固定した形態が含まれる。
【００２２】
上記請求項４において、回路基板に電気コネクタが設けられている場合は、その回路基板に搭載する前記電気コネクタの近傍で、前記回路基板と前記筐体とを固定部材を用いて固定する形態となる。
【００２３】
＜発明の要点＞
本発明においては、特に発熱が大きく、線膨張の影響を受けやすい部品の近くに直接筐体に接触固定する専用のスペースを設ける。この専用スペースに受光モジュール、光送信モジュール、回路基板などの各部品を固定部材などを用い、直接筐体に接触固定させる。その後、各端子部などの連結部を半田付けにより接続する。この時、受光モジュール、光送信モジュール、回路基板の固定位置は、上記（式１）による半田の伸び量λs、上記（式２）によるせん断応力τ（半田のせん断降伏応力τh（１．４ＭＰａ）より小さい）、及び上記（式３）による線膨張の差εcを用いて定め、線膨張による端子部の破壊などを防ぐ構造を決定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、追加ベースを用いることなく、回路基板、受光モジュールを直接筐体に固定するようにしたので、これにより放熱効果を高めると共に、部品数を減らして、小型で安値な光伝送モジュールを実現することが可能となる。
【００２５】
また、回路基板における受光モジュールの存する側とは反対側の端部で、回路基板の貫通穴または凹み部と筐体の突起を嵌合させて概略位置決めした構成の下では、この嵌合部分において、線膨張による変形を逃がすことができ、線膨張により受光モジュールの接続端子が破壊される不都合を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
光伝送モジュールの全体構成を図２に示す。更に受光モジュール２及び回路基板３と筐体１との実装構造部分を拡大した断面図を図１に示す。光伝送モジュールは、光信号を受信する受光モジュール２と、光信号を送信する光送信モジュール１４と、受光モジュール２と光送信モジュール１４とを接続した回路基板３と、受光モジュール２と光送信モジュール１４及び回路基板３を内蔵する筐体１とから構成されている。受光モジュール２と光送信モジュール１４及び回路基板３はネジなどの固定部材を用いて筐体１に直接固定されている。
【００２８】
受光モジュール２や光送信モジュール１４は発熱が大きく、線膨張の影響を受けやすい部品である。特にその接続端子９は線膨張の影響を受けやすい。そこで、筐体１の内部において、この受光モジュール２や光送信モジュール１４の電気的接続端子９の近くに、部品を直接筐体に接触固定する専用のスペース部１３（図３参照）を設け、この専用のスペース部１３にて、上記受光モジュール２や光送信モジュール１４及び回路基板３を、ネジ３１、４１による固定部材を用いて、直接に筐体１に接触固定する。図１の実施形態では、筐体１の底面に設けた凹部１５により、凹部１５の両側に同じ高さの台座部１６、１７が形成され、その一方の台座部１７の上面が上記専用のスペース部１３として機能するように構成されている。
【００２９】
この専用のスペース部１３には、受光モジュール２や光送信モジュール１４が固定部材たるネジ４１により固定される。また回路基板３の一端が固定部材たるネジ３１により固定される。
【００３０】
受光モジュール２は、図４に示すように、その両側の取付部２１に設けた穴２２にネジ４１を挿通し、筐体１に設けたネジ穴１ａにねじ込むことで、直接に筐体１に接触固定される。また、回路基板３の上記一端は、回路基板３に設けた穴３Ａにネジ３１を挿通させ、筐体１に設けたネジ穴１Ａにねじ込むことで、直接に筐体１に接触固定される。一方、回路基板３における上記受光モジュール２の存する側とは反対側の端部には、図１に示すように、回路基板に搭載した電気コネクタ６の近傍において、回路基板３を貫通する穴（または凹み部）３Ｂが設けられている。この回路基板３の貫通穴３Ｂには、筐体１の台座部１６の上面に突設したピンから成る突起８がゆるく嵌合されており、これにより回路基板３の概略の位置決めがなされるように構成されている。そして、受光モジュール２の接続端子９は、半田付けにより図５に示すように回路基板３の配線パターンと接続される。図４に、この部品の接続端子９と回路基板３の配線パターンの半田付け部１０の形状を示す。
【００３１】
ここで、受光モジュール２や回路基板３等の線膨張により受光モジュール２の接続端子９が破壊されないようにする必要がある。これは回路基板３と受光モジュール２を連結する際の回路基板３と筐体１とを固定する位置、また受光モジュール２と筐体１とを固定する位置及び回路基板３と光送信モジュールを連結する際の回路基板３と筐体１とを固定する位置、また光送信モジュールと筐体１とを固定する位置を、下記式により決定することで、実現することができる。
【数２】
2005197569.tif 000004
ここに、λs：半田の伸び量、Ｗs：せん断力、Ｗf：端子のフォーミングなどにより緩和される力、τ：せん断応力、εc：線膨張量の差、εe：回路基板の線膨張量（１５ｅ-6ｍ／℃）、εa：筐体の線膨張量（２５ｅ-6ｍ／℃）、Ａ：せん断面の面積（１mm2）、εp：受光モジュールの線膨張量（７ｅ-6ｍ／℃）、Ｇ：半田の横弾性係数（７．７ＧＰａ）、ｌ：端子の半田付け部の全長さ（１mm）、τh：半田のせん断降伏応力（１．４ＭＰａ）、σh：半田の引張降伏応力（２３．１ＭＰａ）。
【００３２】
一例として、固定部材をネジ４１、各部品の端子９はフォーミングしてないと考えて一つのネジ穴２２を計算の基準となる固定位置４とすると、もう一つのネジ穴の位置を上記（式２）で求めることが出来るので、線膨張量の差εcを（式３）に代入し、満足する値（回路基板の線膨張量εe、受光モジュールの線膨張量εp、筐体の線膨張量εa）を決めることが出来る。
【００３３】
計算結果を図４に示す。楕円５の点線で囲まれた領域が、放熱による線膨張の影響を最小限に抑え、端子９が破壊されることの無い固定範囲を示すものである。このように楕円５で描かれる理由は、部品の端子９と回路基板３との接続面積の縦の長さと横の長さに差があると、（式２）で示されている半田付け部１０の全長さに対して、発生するせん断応力の大きさが反比例することにより、その差によって固定範囲が変わるためである。
【００３４】
一方、各部品の端子９をフォーミングした場合はその形状がフォーミングしてない場合と比べ、発生せん断応力がどの程度小さくなるかを、有限要素法などを用いて求めた上で、（式１）〜（式３）に代入する。
【００３５】
半田の引張降伏応力は半田のせん断降伏応力より１５倍以上も大きいため、半田の破壊を起こさせるのはせん断応力によるものであることが推測できる。このような考えから上記の計算を用い、特に図４に楕円５で開示されている制限された範囲内に固定位置を決め、部品を固定することで、線膨張の差による端子部９などの破壊を防ぐことができる。
【００３６】
また、上記したように、回路基板３の電気コネクタ６の近傍に、回路基板３を貫通する穴３Ｂ（または凹み部）を設けると共に、筐体１の一部に突起８を設け、回路基板３の貫通穴３Ｂ（または凹み部）と筐体１の突起８を嵌合させて概略位置決めするか、回路基板３と筐体１を全く固定しないようにする。また、特に発熱が大きく、線膨張の影響を受けやすい部品の近くに、直接筐体１に接触固定する専用のスペース１３を設ける。この専用スペース１３に受光モジュール２、光送信モジュール１４、回路基板３などの各部品を、ネジ４１、３１などの固定部材を用い、直接筐体１に接触固定させる。その後、各端子９などの連結部を半田付けにより接続する。このことにより発熱が大きい回路基板３と受光モジュール２及び光送信モジュール１４近傍の線膨張の影響を小さくすることが出来るようになる。
【００３７】
更に、線膨張に弱い端子９などが存在しない場合や各部品の熱膨張の差が小さく、その影響を無視できる場合は、回路基板３の電気コネクタ６の近傍で回路基板３と筐体１とをネジ（図示せず）などの固定部材を用い、固定することで、振動や衝撃などの外乱に強い構造にすることが出来る。
【００３８】
＜最適条件についての根拠＞
図６は、（式１）〜（式３）により求めた線膨張の差を強制変位とし、周囲温度を０〜７０℃に変化させたときに、受光モジュールと回路基板とに半田付けされたフォーミング端子に発生する歪をシミュレーションしたものである。端子９と回路基板３の間に大きな歪６１が発生している。
また、図７は上述した歪にヤング率を掛けて、発生する応力をシミュレーションにより求めたものである。端子９が曲がった方向に大きな応力７１が発生していることがわかる。
以上のシミュレーションより強制変位と発生応力の関係を求めた。結果を図９に示す。このように強制変位と発生応力の関係を求めれば、各部品の材質により異なる線膨張率の差を計算し、剪断降伏応力未満の固定位置を求めることにより、線膨張による破壊を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光伝送モジュールにおける受光モジュールと回路基板と筐体との実装構造を示した図である。
【図２】本発明の光伝送モジュールの全体構成を示す図である。
【図３】本発明の光伝送モジュールにおける筐体に部品を置く専用スペースを設けた構造を示した図である。
【図４】本発明の光伝送モジュールにおける固定位置を示した図である。
【図５】本発明の光伝送モジュールにおける筐体、受光モジュールと回路基板の実装状態を示した部分斜視図である。
【図６】端子における発生ひずみのシミュレーション結果を示した図である。
【図７】端子における発生応力のシミュレーション結果を示した図である。
【図８】端子における強制変位（線膨張量）と発生応力の関係を示した図である。
【図９】従来の光伝送モジュールの追加ベースを使用する構造を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  筐体
２  受光モジュール
３  回路基板
４  固定位置（計算の基準となる固定位置）
５  楕円（固定範囲を示す）
６  電気コネクタ
８  突起
９  端子
１０  半田付け部
１３  スペース部
１４  光送信モジュール
【図１】
2005197569.tif 000006
【図２】
2005197569.tif 000007
【図３】
2005197569.tif 000008
【図４】
2005197569.tif 000009
【図５】
2005197569.tif 000010
【図８】
2005197569.tif 000011
【図９】
2005197569.tif 000012
【図６】
2005197569.tif 000013
【図７】
2005197569.tif 000014