JP2013138066A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】基板上の複数の発熱素子間の伝熱を抑制し、素子の動作品質を良好に維持することのできる光モジュールを提供する。
【解決手段】第1の発熱素子50aと、第1の発熱素子50aより発熱量が小さい第2の発熱素子52と、が回路基板24上に搭載され、回路基板24における、第1の発熱素子50aが搭載された第1搭載部71と第2の発熱素子52が搭載された第2搭載部73との間に、厚さ方向に凹んだ凹部74が形成されていることを特徴とする光モジュール1により上記課題が解決される。
【選択図】図5
【解決手段】第1の発熱素子50aと、第1の発熱素子50aより発熱量が小さい第2の発熱素子52と、が回路基板24上に搭載され、回路基板24における、第1の発熱素子50aが搭載された第1搭載部71と第2の発熱素子52が搭載された第2搭載部73との間に、厚さ方向に凹んだ凹部74が形成されていることを特徴とする光モジュール1により上記課題が解決される。
【選択図】図5
Description
本発明は、基板上に搭載された素子を用いて光信号の送受信を行う光モジュールに関する。
光モジュールの一例として、受光素子または発光素子とからなる光素子や、光素子制御用のICなどが基板上に設けられ、基板が放熱シートを介して金属ケース内に支持された光電気変換モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。この光電気変換モジュールでは、光素子やICなどで発生する熱を、基板を介して金属ケースに伝えている。
光モジュール内では、基板上に発熱する素子が複数搭載されており、比較的に発熱量の多い素子から少ない素子に、基板を介して熱が伝わる。そのような場合、発熱量の少ない素子が高温になりやすく、素子の動作性能が低下するおそれがある。
本発明の目的は、基板上の複数の発熱素子間の伝熱を抑制し、素子の動作品質を良好に維持することのできる光モジュールを提供することにある。
上記課題を解決することのできる本発明の光モジュールは、第1の発熱素子と、前記第1の発熱素子より発熱量が小さい第2の発熱素子と、が基板上に搭載され、
前記基板における、前記第1の発熱素子が搭載された第1搭載部と前記第2の発熱素子が搭載された第2搭載部との間に、厚さ方向に凹んだ凹部が形成されていることを特徴とする。
前記基板における、前記第1の発熱素子が搭載された第1搭載部と前記第2の発熱素子が搭載された第2搭載部との間に、厚さ方向に凹んだ凹部が形成されていることを特徴とする。
本発明の光モジュールにおいて、前記第2の発熱素子は、光素子であり、前記第1の発熱素子は、前記光素子を駆動する駆動ICであることが好ましい。その場合、前記光素子と前記駆動ICとが、前記凹部を跨いでワイヤボンディングされていることがより好ましい。
本発明の光モジュールにおいて、前記凹部は前記基板の厚さ方向の全域にわたって貫通していてもよい。
本発明の光モジュールにおいて、前記第2の発熱素子は、光素子であり、前記基板上に、前記基板との間に収容室を形成するとともに前記光素子と他の光学部材とを光結合させる光結合部材が搭載され、前記第1の発熱素子と前記光素子とが前記収容室内に収容されていることが好ましい。
本発明の光モジュールにおいて、前記基板における前記第1搭載部の裏面領域と前記第2搭載部の裏面領域に、放熱部材が設けられていることが好ましい。その場合、前記放熱部材は、前記第1搭載部の裏面領域への接触面積が、前記第2搭載部の裏面領域への接触面積より大きいことがより好ましい。
本発明の光モジュールによれば、基板における、第1の発熱素子が搭載された第1搭載部と第2の発熱素子が搭載された第2搭載部との間に、厚さ方向に凹んだ凹部が形成されている。そのため、第1搭載部と第2搭載部との間で基板を伝わって熱が伝わることが抑制される。すなわち、比較的に発熱量の大きい第1の発熱素子から発熱量が小さい第2の発熱素子へ熱が伝わることを抑制でき、第2の発熱素子が高温になることを防止できる。したがって、第2の発熱素子の動作品質を良好に維持することができ、高品質な光モジュールを提供することができる。
以下、本発明に係る光モジュールの実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光モジュールは、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。
本実施形態に係る光モジュールは、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。
図1から図3に示すように、光モジュール1は、光ケーブル3の端部に取り付けられている。この光ケーブル3は、単芯或いは多芯の光ケーブルである。
光ケーブル3は、複数本(ここでは4本)の光ファイバ心線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(ケブラー)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。つまり、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。
光ケーブル3は、複数本(ここでは4本)の光ファイバ心線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(ケブラー)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。つまり、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。
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(poly vinyl chloride)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。
金属編組13は、例えば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。
光モジュール1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とを備えている。
ハウジング20は、金属ハウジング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とから構成されている。
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る。収容部材30は、回路基板24などを収容する収容空間を画成している。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。
固定部材32は、板状の基部34と、光ケーブル3側へ突出する筒部(図示略)と、基部34の両側から前方に張り出す一対の第1張出片38と、基部34の両側から後方に張り出す一対の第2張出片40とを有している。一対の第1張出片38は、収容部材30の後部からそれぞれ挿入され、収容部材30に当接して連結される。一対の第2張出片40は、後述する樹脂ハウジング28のブーツ46に連結される。なお、固定部材32は、基部34、筒部、第1張出片38及び第2張出片40が板金により一体に形成されている。
筒部は、略円筒形状をなしており、基部34から後方に突出するように設けられている。筒部は、カシメリング(図示略)との協働により光ケーブル3を保持する。具体的には、外被9を剥いだ後、光ケーブル3の光ファイバ心線7を筒部の内部に挿通させると共に、抗張力繊維11を筒部の外周面に沿って配置する。そして、筒部の外周面に配置された抗張力繊維11上にカシメリングを配置して、カシメリングをかしめる。これにより、抗張力繊維11が筒部とカシメリングとの間に挟持されて固定され、固定部材32に光ケーブル3が保持固定される。
基部34には、光ケーブル3の金属編組13の端部がはんだにより接合されている。具体的には、金属編組13は、固定部材32においてカシメリング(筒部)の外周を覆うように配置されており、その端部が基部34の一面(後面)にまで延ばされてはんだにより接合されている。これにより、固定部材32と金属編組13とは、熱的に接続されている。さらに、収容部材30の後端部に固定部材32が結合することにより、収容部材30と固定部材32とが物理的且つ熱的に接続される。つまり、収容部材30と光ケーブル3の金属編組13とが熱的に接続される。
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。ブーツ46の後端部と光ケーブル3の外被9とは、接着剤(図示しない)により接着される。
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。
回路基板24は、金属ハウジング26(収容部材30)の収容空間に収容されている。図4および図5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。
図4および図5に示すように、回路基板24の表面上には、前方側にCDR搭載部72と、後方側に光素子搭載部73と、CDR搭載部72と光素子搭載部73との間にIC搭載部71とが設けられている。これらCDR搭載部72、光素子搭載部73およびIC搭載部71には、電極パッドが形成されている。CDR搭載部72には、制御用半導体50としてのCDR装置50bが搭載されている。光素子搭載部73には、受発光素子52が搭載されている。IC搭載部71には、制御用半導体50としての駆動IC50aが搭載されている。制御用半導体50と受発光素子52とは、光電変換部を構成している。
また、回路基板24の表面上には、IC搭載部71と光素子搭載部73との間に、厚さ方向に凹んだ凹部74が形成されている。さらに回路基板24にはIC搭載部71とCDR搭載部72との間に、厚さ方向の全域にわたって貫通する貫通穴75が形成されている。このような凹部74や貫通穴75は、回路基板24の作成時のマスキングやエッチング、あるいは機械加工によって作成することができる。
また、回路基板24の裏面と金属ハウジング26との間には、伝熱性に優れる放熱シート80が設けられている。この放熱シート80は、前方側に位置するCDR搭載部72の裏面全域から、IC搭載部71の裏面を含み、後方側に位置する光素子搭載部73の裏面全域と接するように設けられている。これにより、制御用半導体50および受発光素子52から生じた熱は、放熱シート80を介して金属ハウジング26に伝えられる。
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などを含んでいる。CDR装置50bは、回路基板24の表面上に形成された配線を介して電気コネクタ22と電気的に接続されている。また、CDR装置50bは、貫通穴75の上方を跨ぐように設けられたボンディングワイヤ76(図5参照)を介して、駆動IC50aと電気的に接続されている。
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。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。この受発光素子52は、凹部74の上方を跨ぐように設けられたボンディングワイヤ77(図5参照)を介して、駆動IC50aと電気的に接続されている。
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。具体的には、図5に示すように、回路基板24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(光結合部材)55が配置されている。このレンズアレイ部品55は回路基板24側の面に凹部が設けられており、回路基板24との間に収容室S1を形成している。駆動IC50aと受発光素子52はこの収容室S1の内部に収容されている。
レンズアレイ部品55は、光ファイバ心線7の末端に取り付けられたコネクタ部品54が結合されている。レンズアレイ部品55は、発光素子52aから出射された光を光ファイバ心線7へ入力し、また、光ファイバ心線7を伝送された光を受光素子52bに入力する。これにより、光ファイバ心線7と受発光素子52とを光結合する。
上記構成を有する光モジュール1は、電気コネクタ22から回路基板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は、電気信号を光信号に変換し、発光素子52aからレンズアレイ部品55を介して光ファイバ心線7に光信号を出射する。
また、光ケーブル3で伝送された光信号は、レンズアレイ部品55を介して受光素子52bにより入射される。受発光素子52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。
以上のように構成される光モジュール1において、駆動IC50aは受発光素子52よりも入力電力が大きく、発熱量が大きい。例えば、一般的に受発光素子52の発熱量は大きくても数十mWであるのに対して、駆動IC50aの発熱量は300mWになることがある。このため、駆動IC50aから回路基板24を介して受発光素子52へ熱が伝わってしまう虞がある。特に、駆動IC50aと受発光素子52はレンズアレイ部品55と回路基板24との間に形成された収容室S1の内部に収容されている。つまり、駆動IC50aと受発光素子52は小さな空間の内部に配置されており、熱がこもりやすく、受発光素子52は駆動IC50aで生じた熱の影響を受けやすい。
ところが、回路基板24において、IC搭載部71と光素子搭載部73との間に凹部74が設けられている。つまり、IC搭載部71と光素子搭載部73との間で回路基板24の断面積が小さくされている。伝熱量は断面積に比例するから、回路基板24を介してIC搭載部71から光素子搭載部73へ向かう熱の伝導が抑制される。したがって、駆動IC50aで生じた熱によって受発光素子52の動作品質が低下することなく、受発光素子52の動作品質を良好に維持することができる。
つまり、第1の発熱素子としての駆動IC50aと、駆動IC50aより発熱量が小さい第2の発熱素子としての受発光素子52とが、第1搭載部としてのIC搭載部71と第2搭載部としての光素子搭載部73との間に設けられた凹部74によって互いの熱伝導が抑制されている。
また、回路基板24においてIC搭載部71とCDR搭載部72との間にも貫通穴75が設けられている。このため、駆動IC50aとCDR装置50bとの間の回路基板24の断面積が小さくされており、駆動IC50aとCDR装置50bとの間の熱伝導が抑制されている。これにより、CDR装置50bで生じた熱が駆動IC50aへ伝わりにくく、駆動IC50aの動作品質を良好に維持することができる。逆に、駆動IC50aから生じた熱もCDR装置50bへ伝わりにくく、CDR装置50bの動作品質も良好に維持することができる。
つまり、駆動IC50aよりもCDR装置50bの方が発熱量が大きい場合は、第1の発熱素子としてのCDR装置50bと、CDR装置50bより発熱量が小さい第2の発熱素子としての駆動IC50aとが、第1搭載部としてのCDR搭載部72と第2搭載部としてのIC搭載部71との間に設けられた貫通穴75によって互いの熱伝導が抑制されている。
また、これとは逆に、駆動IC50aよりもCDR装置50bの方が発熱量が小さい場合は、第1の発熱素子としての駆動IC50aと、駆動IC50aより発熱量が小さい第2の発熱素子としてのCDR装置50bが、第1搭載部としてのIC搭載部71と第2搭載部としてのCDR搭載部72との間に設けられた貫通穴75によって互いの熱伝導が抑制されている。
また、IC搭載部71、CDR搭載部72および光素子搭載部73の裏面領域には放熱シート80が設けられている。この放熱シート80のIC搭載部71の裏面領域との接触面積は、図5に示したように、光素子搭載部73の裏面領域との接触面積よりも大きく設定されている。このため、駆動IC50aで生じた熱は、受発光素子52で生じた熱よりも、より効率よく放熱シート80に伝わり、金属ハウジング26に伝えられる。このため、駆動IC50aで生じた熱が受発光素子52に伝わることがより効果的に抑制され、受発光素子52の動作品質をより一層良好に維持することができる。
なお、上述の実施形態においては、受発光素子52、駆動IC50aおよびCDR装置50bとの間の回路基板24を介した熱伝導を抑制するために、回路基板24に凹部74や貫通穴75を回路基板24に形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれらの例に限られない。例えば、受発光素子52、駆動IC50aおよびCDR装置50bをそれぞれ別体の回路基板上に搭載し、それぞれの回路基板を離間させて(すなわち凹部が形成された状態で)金属ハウジング26の収容空間に配置してもよい。このような構成によっても、相互の回路基板の間での熱伝導が抑制され、受発光素子52、駆動IC50aおよびCDR装置50bとの間の熱伝導が抑制される。
上述の実施形態においては、光素子搭載部73とIC搭載部71との間に凹部74を設け、IC搭載部71とCDR搭載部72との間に貫通穴75を設けた例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。光素子搭載部73とIC搭載部71との間に凹部74の替わりに貫通穴を設けたり、IC搭載部71とCDR搭載部72との間に凹部を設けたりしてもよい。
また、上述の実施形態においては、回路基板24に凹部74と貫通穴75の両方を設けて、受発光素子52、駆動IC50aおよびCDR装置50bの相互の熱伝導を抑制する構成を例に挙げて説明したが、凹部74と貫通穴75のいずれか一方のみを回路基板24に設けてもよい。この場合、特に熱のこもりやすく熱によって信号特性が影響を受けやすい受発光素子の動作特性を良好に維持するために、凹部74のみを回路基板24に設けることが好ましい。
また、凹部74の寸法については、抑制したい伝熱量に応じてその寸法を設定することができる。例えば、抑制したい伝熱量を大きく確保したい場合には、凹部74を回路基板24の幅(図4の上下方向寸法)全域に亘って設けることが好ましい。これとは逆に、回路基板24の長手方向に凹部74の寸法を大きく設定すると、その分、受発光素子52と駆動IC50aの離間距離が大きくなってしまい、回路基板24全体が大型化してしまう。しかし、凹部74を回路基板24の幅方向の全域に亘って形成すると、回路基板24の小型化と受発光素子52の良好な動作特性を両立させることができる。
上述の実施形態では、凹部74で隔てられた受発光素子52と駆動IC50aとの間をボンディングワイヤ77によって電気的に接続する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。複数の絶縁層と複数の導電層とを有する積層構造の回路基板24を採用し、回路基板24の内部に埋め込まれた凹部74の下側を通過する導電層を介して受発光素子52と駆動IC50aとを電気的に接続するように構成してもよい。
また、上述の例ではCDR搭載部72の裏面から光素子搭載部73の裏面にかけて延在する一枚の放熱シート80を配置する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、CDR搭載部72の裏面、IC搭載部71の裏面および光素子搭載部73の裏面にそれぞれ別個の放熱シート80を設けても良い。
また、上記実施形態の例では、レンズアレイ部品55を用いて光ファイバ心線7と受発光素子52とを光結合させた例を挙げて説明したが、本発明は、レンズアレイ部品55を用いなくてもよい。例えば、レンズアレイ部品55を用いずに光ファイバ心線7を受発光素子52に接着するなどして、光ファイバ心線7と受発光素子52とを光結合させても良い。
1:光モジュール、26:金属ハウジング、50:制御用半導体、50a:駆動IC、50b:CDR装置、52:受発光素子、55:レンズアレイ部品、71:IC搭載部、72:CDR搭載部、73:光素子搭載部、74:凹部、75:貫通穴、76,77:ボンディングワイヤ
Claims (7)
- 第1の発熱素子と、前記第1の発熱素子より発熱量が小さい第2の発熱素子と、が基板上に搭載され、
前記基板における、前記第1の発熱素子が搭載された第1搭載部と前記第2の発熱素子が搭載された第2搭載部との間に、厚さ方向に凹んだ凹部が形成されていることを特徴とする光モジュール。 - 請求項1に記載された光モジュールであって、
前記第2の発熱素子は、光素子であり、
前記第1の発熱素子は、前記光素子を駆動する駆動ICであることを特徴とする光モジュール。 - 請求項2に記載された光モジュールであって、
前記光素子と前記駆動ICとが、前記凹部を跨いでワイヤボンディングされていることを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から3の何れか一項に記載された光モジュールであって、
前記凹部は前記基板の厚さ方向の全域にわたって貫通していることを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から4の何れか一項に記載された光モジュールであって、
前記第2の発熱素子は、光素子であり、
前記基板上に、前記基板との間に収容室を形成するとともに前記光素子と他の光学部材とを光結合させる光結合部材が搭載され、
前記第1の発熱素子と前記光素子とが前記収容室内に収容されていることを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から5の何れか一項に記載された光モジュールであって、
前記基板における前記第1搭載部の裏面領域と前記第2搭載部の裏面領域に、放熱部材が設けられていることを特徴とする光モジュール。 - 請求項6に記載された光モジュールであって、
前記放熱部材は、前記第1搭載部の裏面領域との接触面積が、前記第2搭載部の裏面領域との接触面積より大きいことを特徴とする光モジュール。
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