特許 7188205 光電気混載コネクタ、および光電気混載コネクタの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】光電気混載コネクタ、および光電気混載コネクタの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20221206BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20221206BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20221206BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20221206BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

H01L33/64

H01L31/02 D

H01L31/02 B

H01S5/022

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019050841

(22)【出願日】2019-03-19

(65)【公開番号】P2020154070

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】日高 直哉

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０６００９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２７４３２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００２３７５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２５２１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７６８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７１９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０２３５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００５／０７１８０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】松岡 康信他，高放熱ビアおよびレンズ集積光コネクタを用いた25Gbit/s高密度アクティブ光ケーブル，エレクトロニクス実装学会講演大会講演論文集，Vol. 30, 24C2-3，日本，2016年03月22日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

６／２６－６／２７

６／３０－６／３４

６／４２－６／４３

Ｈ０１Ｌ ３３／００

３３／４８－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面部と前記平面部から延長する延長部を有し、光信号を伝送するコアが内部に形成される光伝送部材と、
前記平面部の第１の実装面に搭載されたコネクタ筐体と、
前記第１の実装面と略平行に対向して光電気変換素子とＩＣとが搭載された、第２の実装面を有して前記コネクタ筐体の内部に配置されるコネクタ内基板と、
前記ＩＣのパッケージの前記第２の実装面の側とは反対側の面と、前記第１の実装面との間に接合される放熱板とを備え、
前記延長部は前記コネクタ筐体の外側を迂回して湾曲し、その端部が前記コネクタ内基板に設けられた孔を通して前記光電気変換素子に接続固定されることで、前記コアと前記光電気変換素子とが光学的に接続されることを特徴とする光電気混載コネクタ。

【請求項2】

前記コアと前記放熱板の、前記第１の実装面に対するそれぞれの垂直投影が重ならないことを特徴とする請求項１に記載の光電気混載コネクタ。

【請求項3】

前記光電気混載コネクタは、前記平面部の前記第１の実装面と反対の面に補強板をさらに備え、前記補強板と前記放熱板とは、前記光伝送部材に形成される少なくとも１つ以上のビアによって接続され、前記ビアは前記コアとは接触しないことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光電気混載コネクタ。

【請求項4】

前記コアと前記補強板の、前記第１の実装面に対するそれぞれの垂直投影が重ならないことを特徴とする請求項３に記載の光電気混載コネクタ。

【請求項5】

平面部と前記平面部から延長する延長部を有し、光信号を伝送するコアが内部に形成される光伝送部材の、前記平面部の第１の実装面にコネクタ筐体を搭載し、
前記第１の実装面と略平行に対向する、第２の実装面を有する前記コネクタ筐体の内部に配置されるコネクタ内基板の、前記第２の実装面に光電気変換素子とＩＣとを搭載し、
前記ＩＣのパッケージの前記第２の実装面の側とは反対側の面と、前記第１の実装面との間に放熱板を接合し、
前記延長部を前記コネクタ筐体の外側を迂回して湾曲させて、前記延長部の端部を前記コネクタ内基板に設けられた孔を通して前記光電気変換素子に接続固定することで、
前記コアと前記光電気変換素子とを光学的に接続する光電気混載コネクタの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電気混載コネクタ、および光電気混載コネクタの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、データ転送における通信容量が増大し、電気信号ではなく光信号を用いる高速伝送が求められている。光信号を用いた高速伝送を実現する製品の一つとして、ＡＯＣ(Active Optical Cable)が挙げられる。

【0003】

ＡＯＣは光電気変換素子、光伝送部材、コネクタ（connector）が一体化されたケーブル状の製品である。ＡＯＣのコネクタを電子回路基板に装着することで、電子回路基板からの電気信号は、コネクタ内の光電気変換素子で光信号に変換され、光信号は光伝送部材を伝搬する。そして、光伝送部材を伝搬した光信号は、反対側のコネクタによって、光信号から電気信号へと変換され、相手側の電子回路基板に電気信号を伝えることができる。

【0004】

特許文献1には、ＡＯＣの例が提示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－１６２８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献1に示される構成では、コネクタ筐体内に内蔵された光電気変換素子を制御するＩＣが発する熱を、電子回路基板から放熱する構造であるため、電子回路基板に放熱構造を設ける必要がある。この放熱構造は、電子回路基板の小型化を妨げていた。

【0007】

そこで、電子回路の小型化を可能とする放熱構造の実願が課題となっていた。

【0008】

本発明の目的は、上述した課題を鑑み、電子回路基板に放熱構造を設けなくても、ＩＣから発せられる熱を充分に放熱する、光電気混載コネクタ、および光電気混載コネクタの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明の光電気混載コネクタは、平面部と前記平面部から延長する延長部を有し、光信号を伝送するコアが内部に形成される光伝送部材と、前記平面部の第１の実装面に搭載されたコネクタ筐体と、前記第１の実装面と略平行に対向して光電気変換素子とＩＣとが搭載された、第２の実装面を有して前記コネクタ筐体の内部に配置されるコネクタ内基板と、前記ＩＣのパッケージの前記第２の実装面の側とは反対側の面と、前記第１の実装面との間に接合される放熱板とを備え、前記延長部は前記コネクタ筐体の外側を迂回して湾曲し、その端部が前記コネクタ内基板に設けられた孔を通して前記光電気変換素子に接続固定されることで、前記コアと前記光電気変換素子とが光学的に接続される。

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明の光電気混載コネクタの製造方法は、平面部と前記平面部から延長する延長部を有し、光信号を伝送するコアが内部に形成される光伝送部材の、前記平面部の第１の実装面にコネクタ筐体を搭載し、前記第１の実装面と略平行に対向する、第２の実装面を有する前記コネクタ筐体の内部に配置されるコネクタ内基板の、前記第２の実装面に光電気変換素子とＩＣとを搭載し、前記ＩＣのパッケージの前記第２の実装面の側とは反対側の面と、前記第１の実装面との間に放熱板を接合し、前記延長部を前記コネクタ筐体の外側を迂回して湾曲させて、前記延長部の端部を前記コネクタ内基板に設けられた孔を通して前記光電気変換素子に接続固定することで、前記コアと前記光電気変換素子とを光学的に接続する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の光電気混載コネクタ、および光電気混載コネクタによれば、電子回路基板に放熱構造を設けなくても、ＩＣが発する熱を充分に放熱することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態の光電気混載コネクタの構造例の俯瞰図である。

【図2】図１のＡ－Ａ’断面を示した図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ’断面を示した図である。

【図4】第２の実施形態の光電気混載コネクタの構造例の俯瞰図である。

【図5】図４のＡ－Ａ’断面を示した図である。

【図6】図４のＢ－Ｂ’断面を示した図である。

【図7】コネクタ内基板３００の表面の例を示した図である。

【図8】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図9】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図10】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図11】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図12】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図13】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図14】第２の実施形態の光電気混載コネクタの製造方法を説明する図である。

【図15】図１４のＣ－Ｃ’断面を示した図である。

【図16】図１４のＤ－Ｄ’断面を示した図である。

【図17】第２の実施形態の光電気混載コネクタの変形例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［第１の実施形態］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

本実施形態の光電気混載コネクタ１０００は、光伝送部材１１１０、コネクタ筐体１１２０、コネクタ内基板１１３０、および放熱板１１４０を備える。

【0015】

光伝送部材１１１０は、平面部１１１１と、平面部１１１１から延長する延長部１１１２を有し、光伝送部材の内部には光信号を伝送するコア（core）１１１３が形成される。

【0016】

コネクタ筐体１１２０は、平面部１１１１の第１の実装面１１１４に搭載される。

【0017】

また、コネクタ内基板１１３０は、第１の実装面１１１４と略平行に対向して光電気変換素子１１３１とＩＣ１１３２とが搭載された、第２の実装面１１１５を有してコネクタ筐体１１２０の内部に配置される。

【0018】

さらに、放熱板１１４０は、ＩＣ１１３２のパッケージの第２の実装面１１１５の側とは反対側の面１１１６と、第１の実装面１１１４との間に接合される。

【0019】

そして、延長部１１１２はコネクタ筐体１１２０の外側を迂回して湾曲し、その端部１１１７がコネクタ内基板１１３０に設けられた孔１１３３を通して光電気変換素子１１３１に接続固定される。そして、コア１１１３と光電気変換素子１１３１とが光学的に接続される。

【0020】

この様な構成とすることで、光電気混載コネクタ１０００は、孔１１３３から出た延長部１１１２が湾曲していることによって、コネクタ内基板１１３０に搭載されたＩＣ１１３２の反対側の面１１１６と、放熱板１１４０が接合可能となる。

【0021】

その結果、光電気混載コネクタ１０００は、電子回路基板に放熱構造を設けなくても、光電気混載コネクタ１０００だけの構成で、ＩＣ１１３２が発する熱を充分に放熱することが可能になる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図４乃至図１０を参照して説明する。
［構成の説明］
図４乃至図７に、第２の実施形態の構成を示す。

【0022】

本実施形態の光電気混載コネクタ１０は、図６および図７に示すように、光伝送部材1００の平面部分（平面部ともいう）の表面（第１の実装面ともいう）に、光伝送部材電極１０１と、放熱板１０２、裏面に補強板１０４を備える。

【0023】

光伝送部材１００は、コア１０５とクラッド１０６から構成される。そして、光伝送部材１００はフィルム上のフレキシブル（flexible）光導波路であることが好ましい。コア１０５としては、エポキシ（epoxy resin）系やアクリル（acrylic resin）系などの紫外線硬化樹脂が使用可能である。また、クラッド（clad）１０６として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、およびポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できる。

【0024】

光伝送部材電極１０１は、銅や金などの金属が使用可能である。

【0025】

放熱板１０２は銅や銀などの金属が使用できる。また、補強板１０４はアルミニウム（aluminum）などの金属が使用できる。

【0026】

放熱板１０２と補強板１０４はビア（via）１０９を介して接続されている。

【0027】

光伝送部材電極１０１、およびビア１０９はコア１０５を避けるように配置される。また、放熱板１０２と補強板１０４は、コア１０５の上下を避ける位置に配置される。

【0028】

ここで、補強板１０４は、放熱板１０２の放熱効果を向上させるためのものであり、補強板１０４を備えなくても、一定の放熱効果を呈する。

【0029】

また、放熱板１０２、および補強板１０４はコア１０５の上下を避けるように配置されていなくても、一定の放熱効果を呈する。

【0030】

しかし、放熱板１０２、および補強板１０４が、コア１０５の上下に存在すると、放熱のための構造物がコア１０５を覆うことになり、コア１０５の温度が上昇しやすくなる。コア１０５の温度が上昇すると、コアの中を伝搬する光の伝搬損失が大きくなるなど、光の伝送悪影響を与える可能性がある。そのため、放熱板１０２、および補強板１０４はコア１０５の上下を避けるように配置されることが好ましい。

【0031】

コネクタ筐体２００のコネクタ電極２０１と、光伝送部材電極１０１は、接続材１０８を介して接続されている。コネクタ筐体２００は、光伝送部材１００の平面状の部分（平面部ともいう）に実装される。ここでコネクタ筐体２００は、ポリカーボネート（polycarbonate）、液晶ポリマー（polymer）、ポリエーテルイミド（polyetherimide）などの樹脂が使用できる。コネクタ電極２０１は、銅や金などの金属が使用できる。ここで接続材１０８は、はんだや導電性接合材などが使用できる。コネクタ筐体２００の内部の凸部２０２とコネクタ内基板３００裏面の電極３０７は、接合材２０３を介して接続されている。ここで、接合材２０３は、はんだや導電性接合材などを使用することができる。電極３０７は、銅や金などの金属が使用できる。

【0032】

コネクタ内基板３００の裏面（第２の実装面ともいう）の基板電極３０６上には、光電気変換素子３０３、ＩＣ３０４がバンプ３０５を介して実装されている。また、コネクタ内基板３００は、光電気変換素子３０３の発光／受光部３０８と対向する位置に、孔３０２を有する。ここで、発光／受光部３０８とは、発光部または受光部のことである。

【0033】

ＩＣ３０４の実装面にはアンダーフィル（underfill）樹脂３０９が充填されている。ここで基板電極３０６は銅や金などの金属が使用できる。アンダーフィル樹脂３０９は熱硬化性樹脂が使用可能である。ＩＣ３０４の裏面は、ＩＣ接着剤１０７を介して放熱板１０２に接続されている。ＩＣ接着剤１０７はペースト（paste）状のものや、シート（sheet）状のものを使用することができ、放熱性の観点から銅や銀フィラー（filler）を含んだ接着剤を使用することが好ましい。

【0034】

光伝送部材１００は、ケーブル（cable）１１０の反対側に延長部１０３を有し、延長部１０３がコネクタ筐体２００の実装部（前述の平面部）から、コネクタ筐体の外側を迂回して湾曲し、コネクタ内基板３００の表面から孔３０２に差し込まれる。さらに、コア１０５と発光／受光部３０８が位置合わせされた状態で、接着剤３０１により固定されている。接着剤３０１は組立性の観点から、光硬化型接着剤または大気中または被着体表面の水分に反応し、短時間で硬化する瞬間接着剤を使用してもよい。
［製造方法の説明］
次に、本実施形態の光電気混載コネクタ１０の製造方法について、図８乃至図１６を参照して説明する。

【0035】

まず、図８に示す様に、光伝送部材１００の上の光伝送部材電極１０１と、コネクタ筐体２００に具備されているコネクタ電極２０１とを、接続材１０８を使用して実装する。実装方法としては、リフロー（reflow）炉を使用する方法や、コネクタ筐体２００に荷重を加え、光伝送部材１００の下部からホットプレート（hot plate）などで加熱する方法が使用可能である。

【0036】

次に、図９に示す様に光伝送部材１００の上の放熱板１０２の上に、ＩＣ接着剤１０７を供給する。ＩＣ接着剤１０７を供給する方法として、ディスペンサ（dispenser）による塗布や、シート状の接着剤を貼り付けるなどの様々な方法を用いることができる。

【0037】

一方、図１０に示す様に、コネクタ内基板３００上に光電気変換素子３０３と、ＩＣ３０４がフェイスダウン（face down）で実装され、ＩＣ３０４の下部にアンダーフィル樹脂３０９が充填されたのち硬化したものを準備する。ここで、光電気変換素子３０３及びＩＣ３０４の実装方法は、はんだによる実装、金属バンプ（bump）を用いた実装など様々な方法を用いることができる。また、ＩＣ３０４の下部に、アンダーフィル樹脂３０９を充填する方法として、ディスペンサによる充填などを用いることができ、硬化させる方法としては熱硬化などが使用できる。

【0038】

次に、図１１に示す様に、延長部１０３の端部にあるコア１０５と、発光／受光部３０８の位置合わせを行う。ここで、コア１０５と、発光／受光部３０８の位置合わせの方法は、コア１０５及び発光／受光部３０８に対し、カメラを使用して互いの位置を確認するといった方法を用いることができる。

【0039】

続いて、図１２に示す様に、延長部１０３とコネクタ内基板３００を、接着剤３０１にて固定する。接着剤３０１は、光硬化樹脂であってもよく、光硬化樹脂をディスペンサなどで塗布後、硬化する波長のＵＶ（ultraviolet）光４０１をＵＶ光源４００から照射して硬化させてもよい。また、大気中または被着体表面の水分に反応し、短時間で硬化する瞬間接着剤を使用する場合は、塗布後硬化するまで位置を保持するなど様々な方法を使用することができる。

【0040】

次に、図１３に示す様に、コネクタ筐体２００の内部の凸部２０２に接合材２０３を供給後、延長部１０３をコネクタ筐体２００の外側を迂回して湾曲させて、コネクタ内基板３００をコネクタ筐体２００に入れる。ここで、接合材２０３を供給する方法として、ディスペンサによる供給などが使用できる。

【0041】

最後に、図１４乃至図１６に示す様に、コネクタ内基板３００の裏面の電極３０７とコネクタ筐体２００の上のコネクタ電極２０１を、接合材２０３で電気的に接続する。そして、放熱板１０２とＩＣ３０４をＩＣ接着剤１０７で固定する。ＩＣ接着剤１０７は、常温放置、または加熱をして硬化させ、放熱板１０２と、ＩＣ３０４を固定する。

【0042】

ＩＣ接着剤１０７を常温放置により硬化させる場合は、先にコネクタ筐体２００とコネクタ内基板３００を実装した後に、ＩＣ３０４と放熱板１０２を固定する。

【0043】

ＩＣ接着剤１０７を加熱硬化する場合は、放熱板１０２とＩＣ３０４をＩＣ接着剤１０７で固定した後に、コネクタ内基板３００上の電極３０７とコネクタ筐体２００の上のコネクタ電極２０１を接合材２０３で電気的に接続しても良い。或いは、放熱板１０２とＩＣ３０４、コネクタ筐体２００とコネクタ内基板３００の実装を同時に行っても良い。

【0044】

ここで、コネクタ電極２０１と電極３０７を接続する接合材２０３は、はんだ、導電性接合材などを使用することができる。また接続方法は熱圧着治具４０２を使用した方法などを使用することができる。

【0045】

以上説明した構成と製造方法によって、本実施形態の光電気混載コネクタ１０は、孔３０２から出た延長部１０３が湾曲している。そのことによって、コネクタ内基板３００に搭載されたＩＣ３０４のパッケージの搭載面とは反対側の面と、放熱板１０２が接合可能となる。

【0046】

その結果、光電気混載コネクタ１０は、電子回路基板に放熱構造を設けなくても、光電気混載コネクタ１０だけの構成で、ＩＣ３０４が発生する熱を充分に放熱することが可能になる。

【0047】

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように拡張または変形できる。

【0048】

第２の実施形態において、コネクタ内基板３００の上の光電気変換素子３０３及びＩＣ３０４の配置は、図７に記載した配置または数量に限らない。例えば、光電気変換素子３０３の個数は４個ではなく、少なくとも１個の他の数であってもよい。またＩＣ３０４のも４個ではなく、少なくとも１個の他の個数であってもよい。

【0049】

ビア１０９の数量も図７に記載した配置または数量に限らない。例えばビア１０９の個数は少なくとも１個の他の数であってもよい。

【0050】

或いは、ビア１０９内部に、例えば銅や銀などの熱伝導率の良い金属を充填させるようにしても良い。その結果、ＩＣ３０４の放熱効果を向上させることができる。

【0051】

また、コア１０５は数量も図６に記載した配置または数量に限らない。例えばコア１０５の個数は、少なくとも１個の他の個数であってもよい。

【0052】

更に、孔３０２に延長部１０３を差し込む工程において、図１７に示す様に、延長部１０３の端部に補強板１０４を備える様にしてもよい。この様にすることで、延長部１０３の端部が曲りにくくなり、孔３０２への差込みを容易に行うことができる。

【符号の説明】

【0053】

１０ 光電気混載コネクタ
１００ 光伝送部材
１０１ 光伝送部材電極
１０２ 放熱板
１０３ 延長部
１０４ 補強板
１０５ コア
１０６ クラッド
１０７ ＩＣ接着剤
１０８ 接続材
１０９ ビア
１１０ ケーブル
２００ コネクタ筐体
２０１ コネクタ電極
２０２ 凸部
２０３ 接合材
３００ コネクタ内基板
３０１ 接着剤
３０２ 孔
３０３ 光電気変換素子
３０５ バンプ
３０６ 基板電極
３０７ 電極
３０８ 発光／受光部
３０９ アンダーフィル樹脂
４００ ＵＶ光源
４０１ ＵＶ光
４０２ 熱圧着治具
１０００ 光電気混載コネクタ
１１１０ 光伝送部材
１１１１ 平面部
１１１２ 延長部
１１１３ コア
１１１４ 第１の実装面
１１１５ 第２の実装面
１１１６ 面
１１１７ 端部
１１２０ コネクタ筐体
１１３０ コネクタ内基板
１１３１ 光電気変換素子
１１３３ 孔
１１４０ 放熱板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】