JP4867046B2 - Optical module - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。   The present invention relates to an optical module.

光を情報伝送媒体とする光通信分野においては、光ファイバ等により伝送される光信号を受信または送信するため、光信号と電気信号とを相互に変換する光素子を備えた光モジュールが用いられている。電気信号から光信号への変換には、垂直共振器表面発光レーザ（Vertical cavity surface-emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）に代表される面発光素子が用いられ、光信号から電気信号への変換には、ＰＩＮフォトダイオードに代表される面受光素子が用いられており、これらの光素子は基板に対して電気的に接続され、光ファイバ等は光素子に対して光学的に接続される。   In the field of optical communication using light as an information transmission medium, an optical module including an optical element that mutually converts an optical signal and an electrical signal is used to receive or transmit an optical signal transmitted through an optical fiber or the like. ing. A surface emitting element typified by a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) is used for the conversion from an electrical signal to an optical signal, and a PIN is used for the conversion from an optical signal to an electrical signal. A surface light receiving element typified by a photodiode is used. These optical elements are electrically connected to the substrate, and optical fibers and the like are optically connected to the optical elements.

このような光モジュールは、配線基板（プリント配線板あるいはボード）上において光ファイバ等の光配線をする際の作業性や、保守交換の容易性などの点から、光ファイバ等の光伝送体がコネクタを介して着脱可能であることが望ましい。   Such an optical module has an optical transmission body such as an optical fiber from the viewpoint of workability when optical wiring such as an optical fiber is performed on a wiring board (printed wiring board or board), and ease of maintenance and replacement. It is desirable to be detachable via a connector.

また、光素子に光ファイバ等を着脱する場合、配線基板に対して水平方向に着脱する構造にすると、光素子を搭載した部品の周辺に光ファイバ等を着脱する作業用のスペースを設けざるを得ないことから、そのスペースには他の部品を実装できず、実装密度を上げられないという問題がある。したがって、光ファイバ等の着脱は配線基板に対して垂直方向に行うことができることが望ましい。   In addition, when an optical fiber or the like is attached to or detached from the optical element, a structure for attaching or detaching the optical fiber or the like around the component on which the optical element is mounted should be provided if it is configured to be attached to and detached from the wiring board in the horizontal direction. Since it cannot be obtained, there is a problem that other parts cannot be mounted in the space, and the mounting density cannot be increased. Therefore, it is desirable that attachment / detachment of an optical fiber or the like can be performed in a direction perpendicular to the wiring board.

従来、このような要求に対応するものとして、光素子をその受発光面が配線基板に対して水平になるように搭載すると共に、光ファイバ等の端面に反射ミラー等を設けて光軸を垂直に変換したコネクタを用いることで、光ファイバ等と光素子とを垂直方向へ着脱自在に光学的に接続する光モジュールが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−６５３５８号公報 Conventionally, in order to meet such demands, an optical element is mounted so that its light emitting / receiving surface is horizontal with respect to the wiring board, and a reflection mirror is provided on the end face of an optical fiber or the like to vertically align the optical axis. There has been proposed an optical module that optically connects an optical fiber or the like and an optical element so as to be detachable in a vertical direction by using a connector converted into (see Patent Document 1).
JP 2006-65358 A

光素子は、たとえば、ドライバ集積回路装置などを共に搭載した基板あるいはパッケージ等の部品全体として配線基板上に実装される。このような部品を配線基板上のパッドに対して電気的に接続する形態として一般的なものとしては、ＢＧＡ（Ball Grid Array）などのはんだボールのリフローによる接続などがあるが、このようなはんだ接続による方法では、多くの他の部品が実装されている配線基板上において光素子を搭載した部品に修理交換が必要となったときに、当該部品の交換が困難であり、あるいは交換作業が煩雑になるという問題があった。   The optical element is mounted on the wiring board as a whole component such as a substrate or a package on which a driver integrated circuit device or the like is mounted, for example. As a general form of electrically connecting such components to pads on a wiring board, there is connection by reflow of solder balls such as BGA (Ball Grid Array). In the connection method, when it is necessary to repair and replace a component on which an optical element is mounted on a wiring board on which many other components are mounted, it is difficult to replace the component or the replacement work is complicated. There was a problem of becoming.

このように、保守交換等の作業性および配線基板上の実装密度の確保の点から、光接続のみならず電気接続も配線基板に対して垂直に着脱でき、しかも容易に着脱できる構造が望まれていた。さらに、実装密度の向上等の点から光モジュール自体のさらなる小型化も望まれており、これらの要求を満足する製品を低コストで製造することも望まれている。   Thus, from the viewpoints of workability for maintenance and replacement and securing of mounting density on the wiring board, not only optical connection but also electrical connection can be attached to and detached from the wiring board vertically, and a structure that can be easily attached and detached is desired. It was. Furthermore, further miniaturization of the optical module itself is desired from the viewpoint of improving the mounting density, and it is also desired to produce a product that satisfies these requirements at a low cost.

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、大幅に小型化され、光接続と電気接続の両方を配線基板面に対して垂直に着脱することが可能であり、しかも低コストで製造可能な光モジュールを提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is greatly reduced in size, and both optical connection and electrical connection can be attached to and detached from the surface of the wiring board perpendicularly. It is an object to provide an optical module that can be manufactured at low cost.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。   The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.

第１に、本発明の光モジュールは、光信号を伝送する光伝送路と、光信号を電気信号に変換し、または電気信号を光信号に変換する光素子とを光学的に接続する光モジュールであって、
ａ）外部側の光軸と光素子側の光軸とが互いに略垂直である様に、光伝送路を湾曲させて保持する保持部材を備えた上部構造体と、
ｂ）配線基板上に、垂直方向に着脱自在に配置され、底面に裏面電極を備える光素子搭載基板と、
ｃ）配線基板上の光素子搭載基板の周囲に設けられており、上部構造体を光素子搭載基板の上に重ねる様に嵌め込んで装着すると、上部構造体を弾発力で押し下げて保持し、上部構造体の光伝送路と、光素子搭載基板の光素子とが光学的に接続され、且つ、上部構造体を介して押し下げられる光素子搭載基板は、配線基板に押し付けられて配線基板と電気的に接続される様に構成された嵌合部材とを備えることを特徴とする。 1stly, the optical module of this invention optically connects the optical transmission line which transmits an optical signal, and the optical element which converts an optical signal into an electrical signal, or converts an electrical signal into an optical signal. Because
a) an upper structure including a holding member that holds the optical transmission path in a curved manner so that the optical axis on the external side and the optical axis on the optical element side are substantially perpendicular to each other;
b) An optical element mounting substrate that is detachably arranged in the vertical direction on the wiring substrate and has a back electrode on the bottom surface ;
c) It is provided around the optical element mounting board on the wiring board, and when the upper structure is fitted and mounted so as to overlap the optical element mounting board , the upper structure is pushed down and held by elasticity. The optical element mounting substrate that is optically connected to the optical transmission path of the upper structure and the optical element of the optical element mounting substrate and is pushed down through the upper structure is pressed against the wiring substrate to be connected to the wiring substrate. And a fitting member configured to be electrically connected .

第２に、上記第１の光モジュールにおいて、光素子搭載基板に複数の位置決めピンが立設されており、上部構造体には、当該位置決めピンが挿入される複数の位置決め穴が設けられており、他方、嵌合部材の側面部には、上部構造体を装着したとき外周部に当接して上部構造体を水平方向に位置決めし、併せて、上部構造体にピン挿入する光素子搭載基板を配線基板に対して位置決めする側板部が設けられていることを特徴とする。 Second, in the first optical module, a plurality of positioning pins are erected on the optical element mounting substrate, and the upper structure is provided with a plurality of positioning holes into which the positioning pins are inserted. On the other hand, on the side surface portion of the fitting member, there is provided an optical element mounting substrate that abuts the outer peripheral portion when the upper structure is mounted, positions the upper structure in the horizontal direction, and pins are inserted into the upper structure. A side plate portion for positioning with respect to the wiring board is provided .

第３に、上記第２の光モジュールにおいて、嵌合部材の下面部に、配線基板に当接する突起部が設けられていることを特徴とする。 Third, the second optical module is characterized in that a protrusion that contacts the wiring board is provided on the lower surface of the fitting member .

第４に、上記第１ないし第３のいずれかの光モジュールにおいて、配線基板は、表面にはんだバンプを備えることを特徴とする。 Fourth, in any one of the first to third optical modules, the wiring board includes solder bumps on the surface .

第５に、上記第１から第４のいずれかの光モジュールにおいて、光素子搭載基板と配線基板との間に配置される異方導電性シートを備えることを特徴とする。   Fifthly, any one of the first to fourth optical modules includes an anisotropic conductive sheet disposed between the optical element mounting substrate and the wiring substrate.

上記第１の発明によれば、上部構造体の光伝送路の光軸を外部側の水平方向から光素子側の垂直下向き方向に変換し、配線基板上の装着部材に対して垂直方向に着脱自在とすると共に、配線基板上に光素子搭載基板を載置する構造としており、上部構造体を装着部材に装着することにより、配線基板上に載置された光素子搭載基板に対して上部構造体が位置決めされて上部構造体の光伝送路と光素子搭載基板の光素子とが光学的に接続される。   According to the first aspect of the invention, the optical axis of the optical transmission line of the upper structure is converted from the horizontal direction on the outer side to the vertical downward direction on the optical element side, and is attached to and detached from the mounting member on the wiring board in the vertical direction. The optical device mounting substrate is mounted on the wiring board, and the upper structure is mounted on the mounting member so that the upper structure is placed on the optical device mounting substrate mounted on the wiring substrate. The body is positioned and the optical transmission path of the upper structure and the optical element of the optical element mounting substrate are optically connected.

したがって、光接続と電気接続の両方が配線基板面に対して垂直に着脱することができ、保守交換等の際に光学的にも電気的にも切り離しが可能であるため、保守交換等が容易であり、さらに、光素子搭載基板が配置される周囲に着脱のための作業用のスペースを設ける必要がなく、配線基板上の実装密度を上げることができると共に、高密度に部品が実装されている中で、ユーザが配線基板上に光モジュールを配置する場所の選択性、拡張性を高めることができる。しかも、上記の構造とすることで光モジュールを全体として大幅に小型化することができ、低コストで光モジュールを製造することができる。   Therefore, both optical connection and electrical connection can be attached and detached perpendicular to the wiring board surface, and can be disconnected both optically and electrically during maintenance replacement, etc., so that maintenance replacement is easy. Furthermore, it is not necessary to provide a work space for attachment / detachment around the optical element mounting board, and the mounting density on the wiring board can be increased, and the components are mounted at a high density. The user can improve the selectivity and expandability of the place where the user places the optical module on the wiring board. Moreover, with the above structure, the optical module can be significantly reduced as a whole, and the optical module can be manufactured at low cost.

上記第２の発明によれば、上部構造体を配線基板上に固定された嵌合部材に対して上方から嵌め込むことにより、上部構造体を嵌合部材の弾性による下方への押圧力で保持するようにしたので、上記第１の発明の効果に加え、上部構造体が光素子搭載基板に対して光学的に接続されるように適切に上下方向の位置決めがなされる形態で装着できると共に、上部構造体を介して光素子搭載基板を配線基板に対して押圧することで、光素子搭載基板と配線基板とを電気的に接続することができる。さらに、嵌合部材から上部構造体を上方へ抜き出すことで容易に光学的な切り離しが可能であり、次いでその下から光素子搭載基板を上方へ取り出すことで容易に電気的な切り離しが可能である。   According to the second aspect of the invention, the upper structure is held by the downward pressing force due to the elasticity of the fitting member by fitting the upper structure into the fitting member fixed on the wiring board from above. In addition to the effects of the first invention, the upper structure can be mounted in a form that is appropriately positioned in the vertical direction so as to be optically connected to the optical element mounting substrate. By pressing the optical element mounting substrate against the wiring substrate via the upper structure, the optical element mounting substrate and the wiring substrate can be electrically connected. Further, the optical structure can be easily separated by pulling the upper structure upward from the fitting member, and then the electrical element can be easily separated by taking the optical element mounting substrate upward from below. .

上記第３の発明によれば、上記第２の発明の効果に加え、光素子搭載基板の上に立設された位置決めピンを上部構造体の下面に設けられた位置決め穴に挿入することで、上部構造体の光伝送路と光素子搭載基板の光素子とが水平方向に適切な精度で位置合わせされてこれらを光学的に接続でき、さらに、上部構造体の保持部材の外周部を嵌合部材の側板部に当接させて上部構造体の水平方向の位置を規制することで、間接的に光素子搭載基板が配線基板に対して水平方向に位置決めされるので、電気的な接続の水平方向の位置決めも適切な精度で行うことができる。   According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, by inserting the positioning pin erected on the optical element mounting substrate into the positioning hole provided on the lower surface of the upper structure, The optical transmission path of the upper structure and the optical element of the optical element mounting substrate are aligned with appropriate accuracy in the horizontal direction, and these can be optically connected, and the outer periphery of the holding member of the upper structure is fitted. By restricting the horizontal position of the upper structure by abutting against the side plate portion of the member, the optical element mounting board is indirectly positioned in the horizontal direction with respect to the wiring board. Directional positioning can also be performed with appropriate accuracy.

上記第４の発明によれば、嵌合部材の下面部に突起部を設けて、配線基板に対して突起部で当接することにより嵌合部材の下面と配線基板面とを離間させるようにしたので、上記第２および第３の発明の効果に加え、金属などの導電性材料で形成された嵌合部材による、電気的な反射やノイズなどの配線基板上の信号伝送への影響を抑制することができ、光モジュールの動作性能を向上させることができる。   According to the fourth aspect of the invention, the protrusion is provided on the lower surface portion of the fitting member, and the lower surface of the fitting member and the wiring board surface are separated from each other by contacting the wiring board with the protrusion portion. Therefore, in addition to the effects of the second and third inventions, the influence of signal reflection on the wiring board such as electrical reflection and noise by the fitting member formed of a conductive material such as metal is suppressed. The operational performance of the optical module can be improved.

上記第５の発明によれば、光素子搭載基板と配線基板との間に異方導電性シートを配置し、これらを異方導電性シートを介して電気的に接続するようにしたので、上記第１から第４の発明の効果に加え、光素子搭載基板を配線基板から容易に切り離すことができ、光モジュールの上下方向の厚みを小さくすることができ、さらに光素子搭載基板の実装密度を上げて光モジュールを小型化することができる。しかも、嵌合部材による下方への押圧によって異方導電性シートを垂直方向に導通する状態とする簡易かつ低コストな構成で良好な電気接続を達成することができる。   According to the fifth invention, the anisotropic conductive sheet is disposed between the optical element mounting substrate and the wiring substrate, and these are electrically connected via the anisotropic conductive sheet. In addition to the effects of the first to fourth inventions, the optical element mounting board can be easily separated from the wiring board, the thickness of the optical module in the vertical direction can be reduced, and the mounting density of the optical element mounting board can be reduced. The optical module can be reduced in size by raising it. Moreover, good electrical connection can be achieved with a simple and low-cost configuration in which the anisotropic conductive sheet is brought into a state of conducting in the vertical direction by downward pressing by the fitting member.

上記第６の発明によれば、光素子搭載基板と配線基板との間に電気コネクタを配置し、これらを電気コネクタを介して電気的に接続するようにしたので、上記第１から第４の発明の効果に加え、光素子搭載基板を配線基板から容易に切り離すことができ、光モジュールの上下方向の厚みを小さくすることができ、さらに光素子搭載基板の実装密度を上げて光モジュールを小型化することができる。   According to the sixth aspect of the invention, the electrical connector is disposed between the optical element mounting substrate and the wiring substrate, and these are electrically connected via the electrical connector. In addition to the effects of the invention, the optical element mounting board can be easily separated from the wiring board, the vertical thickness of the optical module can be reduced, and the mounting density of the optical element mounting board is increased to reduce the size of the optical module. Can be

上記第７の発明によれば、上部構造体の光伝送体を円弧状に曲げた構造とすることで外部側の光軸と光素子側の光軸とを垂直に変換するようにしたので、上記第１から第６の発明の効果に加え、上部構造体をさらに小型化することができ、しかもレンズ等の別途の光学部材を要しないので光モジュールを低コストで製造することができる。   According to the seventh invention, since the optical transmission body of the upper structure is bent in an arc shape, the optical axis on the external side and the optical axis on the optical element side are converted vertically, In addition to the effects of the first to sixth inventions, the upper structure can be further reduced in size, and an optical module can be manufactured at a low cost since no separate optical member such as a lens is required.

上記第８の発明によれば、上部構造体の光伝送体の端面近傍に、光伝送路の光軸を垂直に変換する光反射面が設けたので、上記第１から第６の発明の効果に加え、外部側の光軸と光素子側の光軸とを垂直に適切に変換することができる。   According to the eighth aspect of the invention, since the light reflecting surface for converting the optical axis of the optical transmission line to be perpendicular is provided in the vicinity of the end face of the optical transmission member of the upper structure, the effects of the first to sixth aspects of the invention are provided. In addition, the optical axis on the external side and the optical axis on the optical element side can be appropriately converted vertically.

本明細書において、「光伝送体」には、ガラス製、樹脂製等の光ファイバ、樹脂製等の光導波路などが含まれる。以下の実施形態では光ファイバを用いた例を説明するが、本発明において適用される光伝送体はこれに限定されるものではなく、光導波路等のように、光伝送路を構成する各種のものを適用することができる。   In this specification, the “optical transmission body” includes an optical fiber made of glass or resin, an optical waveguide made of resin, or the like. In the following embodiment, an example using an optical fiber will be described. However, the optical transmission body applied in the present invention is not limited to this, and various types of optical transmission lines such as an optical waveguide can be configured. Things can be applied.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態における光モジュールを示す斜視図であり、図１は光接続および電気接続を切り離した状態、図２は光接続および電気接続をした状態を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are perspective views showing an optical module according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which the optical connection and the electrical connection are disconnected, and FIG. 2 shows a state in which the optical connection and the electrical connection are made. Yes.

図１に示すように、本実施形態の光モジュール１は、光ファイバ７が保持部材６により保持された上部構造体５と、光素子４０を搭載した光素子搭載基板３０と、異方導電性シート６０と、配線基板７０（プリント配線板あるいはボード）上に固定された嵌合部材５０とを備えている。   As shown in FIG. 1, the optical module 1 of this embodiment includes an upper structure 5 in which an optical fiber 7 is held by a holding member 6, an optical element mounting substrate 30 on which an optical element 40 is mounted, and anisotropic conductivity. A sheet 60 and a fitting member 50 fixed on a wiring board 70 (printed wiring board or board) are provided.

この光モジュール１は、配線基板７０上の嵌合部材５０内の開口部５１に異方導電性シート６０を配置し、その上に光素子搭載基板３０を配置し、さらにその上から上部構造体５を垂直に嵌めこんで図２に示すように装着することにより、上部構造体５の光ファイバ７と光素子搭載基板３０の光素子４０が光学的に接続し、光素子搭載基板３０と配線基板７０が異方導電性シート６０を介して電気的に接続されるようになっている。図２に示す装着状態の光モジュール１は、全体として、たとえば幅１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ６．４ｍｍのコンパクトなサイズのモジュールを構成している。   In this optical module 1, an anisotropic conductive sheet 60 is disposed in an opening 51 in a fitting member 50 on a wiring substrate 70, an optical element mounting substrate 30 is disposed thereon, and an upper structure is further formed thereon. 2 is fitted vertically as shown in FIG. 2, and the optical fiber 7 of the upper structure 5 and the optical element 40 of the optical element mounting substrate 30 are optically connected, and the optical element mounting substrate 30 and the wiring are connected. The substrate 70 is electrically connected via the anisotropic conductive sheet 60. The mounted optical module 1 shown in FIG. 2 constitutes a compact module having a width of 10 mm × 10 mm and a thickness of 6.4 mm, for example.

図３（ａ）は上部構造体５の上面図、図３（ｂ）は下面図、図３（ｃ）は側面図である。上部構造体５は、樹脂製の保持部材６の背面から、複数本（本実施形態では１２本）の光ファイバ７が並列したテープファイバ８が保持部材６内に水平に入り込み、保持部材６内で光ファイバ７が円弧状に曲げられて図３（ｂ）に示すように光ファイバ７の端面７ａが保持部材６の下面から垂直に露出した構造を有している。   3A is a top view of the upper structure 5, FIG. 3B is a bottom view, and FIG. 3C is a side view. In the upper structure 5, a tape fiber 8 in which a plurality of (in this embodiment, 12) optical fibers 7 are arranged in parallel enters the holding member 6 from the back surface of the resin-made holding member 6. Thus, the optical fiber 7 is bent into an arc shape, and the end surface 7a of the optical fiber 7 is vertically exposed from the lower surface of the holding member 6 as shown in FIG.

保持部材６の上面における光ファイバ７と平行な両側周縁部には、当該周縁部に沿ってテーパ面を成す一対の肩部１２が設けられており、図１の嵌合部材５０内に嵌め込んで装着したときに嵌合部材５０の上部に設けられた一対の突条部５２が保持部材６の肩部１２に当接して下方に押圧するようになっている。   A pair of shoulder portions 12 forming a tapered surface along the peripheral edge portion are provided on both peripheral edge portions parallel to the optical fiber 7 on the upper surface of the holding member 6, and are fitted into the fitting member 50 of FIG. 1. The pair of protrusions 52 provided on the upper portion of the fitting member 50 abuts against the shoulder 12 of the holding member 6 and presses downward.

また、図３（ｂ）に示すように、保持部材６の下面における前方側には、保持部材６の両側面側の対称位置に２つの位置決め穴１１が設けられており、図１の嵌合部材５０内に嵌め込んで装着したときに、光素子搭載基板３０に立設された位置決めピン４２が保持部材６の位置決め穴１１に挿入されて上部構造体５と光素子搭載基板３０とが水平方向に位置決めされるようになっている。   Further, as shown in FIG. 3B, two positioning holes 11 are provided on the front side of the lower surface of the holding member 6 at symmetrical positions on both side surfaces of the holding member 6. When the optical element mounting substrate 30 is fitted and fitted into the member 50, the positioning pins 42 erected on the optical element mounting substrate 30 are inserted into the positioning holes 11 of the holding member 6 so that the upper structure 5 and the optical element mounting substrate 30 are horizontal. It is positioned in the direction.

保持部材６は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように上側部材１０と下側部材２０とから構成されており、上側部材１０と下側部材２０によって光ファイバ７を挟み込んで保持するようになっている。図４（ｂ）に示すように、上側部材１０の下面側には光ファイバ７の円弧形状に対応した曲面上に、たとえば断面Ｖ字状などのガイド溝１４が平行に設けられており、これらのガイド溝１４のそれぞれに光ファイバ７が１本ずつ配置され案内されるようになっている。   The holding member 6 includes an upper member 10 and a lower member 20 as shown in FIGS. 4A and 4B, and the optical fiber 7 is sandwiched between the upper member 10 and the lower member 20. It comes to hold. As shown in FIG. 4B, guide grooves 14 having a V-shaped cross section, for example, are provided in parallel on the curved surface corresponding to the arc shape of the optical fiber 7 on the lower surface side of the upper member 10. One optical fiber 7 is arranged and guided in each of the guide grooves 14.

一方、図４（ａ）に示すように、下側部材２０の上面側には光ファイバ７の円弧形状に対応した曲面を成す光ファイバ保持面２２が設けられており、上側部材１０と下側部材２０によって光ファイバ７を挟み込むことにより、上側部材１０のガイド溝１４と下側部材２０の光ファイバ保持面２２との間で光ファイバ７を円弧状に曲げられた状態で保持するようになっている。   On the other hand, as shown in FIG. 4A, an optical fiber holding surface 22 having a curved surface corresponding to the arc shape of the optical fiber 7 is provided on the upper surface side of the lower member 20, and the upper member 10 and the lower side By sandwiching the optical fiber 7 by the member 20, the optical fiber 7 is held in a state of being bent in an arc shape between the guide groove 14 of the upper member 10 and the optical fiber holding surface 22 of the lower member 20. ing.

上部構造体５を組み立てる際には、上側部材１０の両側面部に設けられた２つの係合穴１３に下側部材２０の両側面部に設けられた２つの係合爪２１を係合させることにより上側部材１０と下側部材２０を互いに固定した後、光ファイバ７のテープファイバ８から露出して１本ずつに分かれた先端側部分を、上側部材１０のガイド溝１４に沿って挿入し、複数の光ファイバ７の端面７ａを治具等を用いて揃え、接着剤により固定する。このようにして作製された上部構造体５の上側部材１０、光ファイバ７、および下側部材２０の配置状態を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。   When assembling the upper structure 5, two engaging claws 21 provided on both side surfaces of the lower member 20 are engaged with two engaging holes 13 provided on both side surfaces of the upper member 10. After the upper member 10 and the lower member 20 are fixed to each other, the tip end portion exposed from the tape fiber 8 of the optical fiber 7 and separated into one piece is inserted along the guide groove 14 of the upper member 10. The end face 7a of the optical fiber 7 is aligned using a jig or the like and fixed with an adhesive. FIGS. 5A and 5B show the arrangement of the upper member 10, the optical fiber 7, and the lower member 20 of the upper structure 5 thus manufactured.

図５（ｂ）に示すように、保持部材６に保持された光ファイバ７は、円弧状に曲げられることにより、水平な外部側光軸６５ａから下方へ向かう光素子側光軸６５ｂへ光軸方向が変換されている。円弧部分の曲率半径Ｒは、たとえば１〜３ｍｍと小さく、上部構造体５の上下方向が低背化され、かつ、水平方向も小型化されている。   As shown in FIG. 5 (b), the optical fiber 7 held by the holding member 6 is bent into an arc shape, so that the optical axis moves from the horizontal external optical axis 65a downward to the optical element side optical axis 65b. The direction has been changed. The radius of curvature R of the arc portion is as small as, for example, 1 to 3 mm, the vertical direction of the upper structure 5 is reduced in height, and the horizontal direction is also reduced in size.

このように光ファイバ７の円弧部分の曲率半径Ｒを小さくするために、光ファイバ７として直径８０μｍのガラスファイバを用いている。一般的に多く用いられているガラスファイバの直径は１２５μｍであるが、このような細径のガラスファイバを用いることで、信号光の外部への漏れを抑制することができる。また、光ファイバ７の強度を確保し、一ずれを抑制するために、ガラスファイバの外周部に厚さ２２．５μｍの樹脂被覆を設けている。   Thus, in order to reduce the radius of curvature R of the arc portion of the optical fiber 7, a glass fiber having a diameter of 80 μm is used as the optical fiber 7. The diameter of a glass fiber that is generally used is 125 μm, but leakage of signal light to the outside can be suppressed by using such a thin glass fiber. Further, in order to ensure the strength of the optical fiber 7 and suppress the deviation, a resin coating having a thickness of 22.5 μm is provided on the outer peripheral portion of the glass fiber.

図６は、光素子搭載基板３０の上面側斜視図である。同図に示す光素子搭載基板３０は、外周部に沿って壁部３２が立設された箱状のセラミック基板３１を備えており、セラミック基板３１上の前方側の位置には光ファイバ７と同数の光素子４０が並んで搭載されている。これらの複数の光素子４０は、面発光素子のＶＣＳＥＬと面受光素子のＰＩＮフォトダイオードから構成されている。壁部３２の上面３２ａは光学的基準面を構成しており、上部構造体５の下面に当接することにより、光ファイバ７の端面７ａと光素子４０とが垂直方向に位置決めされる。   FIG. 6 is a top perspective view of the optical element mounting substrate 30. The optical element mounting substrate 30 shown in the figure includes a box-shaped ceramic substrate 31 having a wall portion 32 erected along the outer periphery, and the optical fiber 7 and the optical fiber 7 are positioned on the front side of the ceramic substrate 31. The same number of optical elements 40 are mounted side by side. The plurality of optical elements 40 includes a VCSEL as a surface light emitting element and a PIN photodiode as a surface light receiving element. The upper surface 32a of the wall portion 32 forms an optical reference surface, and the end surface 7a of the optical fiber 7 and the optical element 40 are positioned in the vertical direction by contacting the lower surface of the upper structure 5.

セラミック基板３１上における光素子４０の後方には、光素子４０のドライバ集積回路装置４１が搭載されており、光素子４０とドライバ集積回路装置４１はボンディングワイヤによって接続されている。その他、セラミック基板３１上には他の電子部品が搭載されていると共に、セラミック基板３１上の電子部品は、プリント配線３３等から、図示はしないが、セラミック基板３１を貫通するスルーホールを介して、セラミック基板３１の裏面に設けられたピッチ５００μｍ、直径３００〜３５０μｍ、高さ１０μｍのパッド電極に電気的に接続されている。   A driver integrated circuit device 41 of the optical element 40 is mounted behind the optical element 40 on the ceramic substrate 31, and the optical element 40 and the driver integrated circuit device 41 are connected by a bonding wire. In addition, other electronic components are mounted on the ceramic substrate 31, and the electronic components on the ceramic substrate 31 are connected to the printed wiring 33 and the like through a through hole that passes through the ceramic substrate 31 (not shown). The electrode is electrically connected to a pad electrode having a pitch of 500 μm, a diameter of 300 to 350 μm, and a height of 10 μm provided on the back surface of the ceramic substrate 31.

セラミック基板３１上における光素子４０の両側の位置には、突出高さ２ｍｍ、突出部分の直径０．７ｍｍの一対の位置決めピン４２が立設されており、これらの位置決めピン４２が上部構造体５の位置決め穴１３に挿入されることにより光素子搭載基板３０と上部構造体５が水平方向に位置決めされるようになっている。   A pair of positioning pins 42 having a protruding height of 2 mm and a protruding portion diameter of 0.7 mm are erected at positions on both sides of the optical element 40 on the ceramic substrate 31, and these positioning pins 42 serve as the upper structure 5. The optical element mounting substrate 30 and the upper structure 5 are positioned in the horizontal direction by being inserted into the positioning holes 13.

図７（ａ）は、嵌合部材５０を上方側から見た斜視図、図７（ｂ）は下方側から見た斜視図、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は下面図である。嵌合部材５０は、金属等の剛性および弾性を有する材料から形成されており、その底部には略正方形の開口部５１が設けられている。開口部５１の左右の辺は垂直に折り曲げられて上方に延び、その上端部には内方に突出した突条部５２が形成されている。   7A is a perspective view of the fitting member 50 as viewed from above, FIG. 7B is a perspective view as viewed from below, FIG. 8A is a top view, and FIG. 8B is a bottom surface. FIG. The fitting member 50 is made of a material having rigidity and elasticity such as metal, and a substantially square opening 51 is provided at the bottom thereof. The left and right sides of the opening 51 are bent vertically and extend upward, and a protrusion 52 projecting inward is formed at the upper end of the opening 51.

嵌合部材５０の側面部には、開口部５１の４辺それぞれの中央部から垂直に折り曲げられて上方に延びる側板部５３が立設されている。これらの側板部５３は、上部構造体５を装着したときに保持部材６の外周部が当接して上部構造体５の水平方向の位置を規制し、これにより、光素子搭載基板３０の位置決めピン４２が上部構造体５の位置決め穴１１に挿入されることで上部構造体５に対して位置決めされた光素子搭載基板３０を、間接的に、配線基板７０に対して水平方向に、光素子搭載基板３０の裏面電極と配線基板７０のパッドが重なる適切な精度、たとえば５０〜１００μｍ以下の精度で位置決めされる。   On the side surface portion of the fitting member 50, a side plate portion 53 that is bent vertically from the central portion of each of the four sides of the opening 51 and extends upward is provided. These side plate parts 53 abut against the outer peripheral part of the holding member 6 when the upper structure 5 is mounted, thereby restricting the horizontal position of the upper structure 5, and thereby the positioning pins of the optical element mounting substrate 30. 42 is inserted into the positioning hole 11 of the upper structure 5 so that the optical element mounting substrate 30 positioned relative to the upper structure 5 is indirectly mounted in the horizontal direction with respect to the wiring substrate 70. Positioning is performed with an appropriate accuracy in which the back electrode of the substrate 30 and the pad of the wiring substrate 70 overlap, for example, an accuracy of 50 to 100 μm or less.

嵌合部材５０の下面には、４隅の近傍の対称位置に突起部５４が設けられており、嵌合部材５０は配線基板７０に対して突起部５４で当接して絶縁性接着剤などを用いて固定されている。これにより、嵌合部材５０の下面と配線基板７０の上面とが所定間隔、たとえば１５０μｍ程度もしくはそれ以上の間隔をおいて離間するようになっている。金属などの導電性材料で形成された嵌合部材５０を配線基板７０に対して面接触で固定した場合、電気的な反射やノイズなどにより配線基板７０上の信号伝送に影響し、それにより光モジュール１の動作性能に影響する場合があるが、突起部５４を設けて嵌合部材５０の下面と配線基板７０の上面とを離間させることにより、これらの影響を回避することができる。   Protrusions 54 are provided on the lower surface of the fitting member 50 at symmetrical positions in the vicinity of the four corners. The fitting member 50 abuts against the wiring board 70 at the projections 54 to apply an insulating adhesive or the like. It is fixed using. Thereby, the lower surface of the fitting member 50 and the upper surface of the wiring board 70 are separated by a predetermined interval, for example, about 150 μm or more. When the fitting member 50 formed of a conductive material such as metal is fixed to the wiring board 70 by surface contact, the signal transmission on the wiring board 70 is affected by electrical reflection, noise, etc. Although the operation performance of the module 1 may be affected, it is possible to avoid these influences by providing the protrusion 54 and separating the lower surface of the fitting member 50 from the upper surface of the wiring board 70.

図１の異方導電性シート６０は、加圧によって垂直方向への導通が確保されるものであり、特に制限なく各種のものを用いることができるが、たとえばシリコーンゴムなどの弾性をもつ絶縁性基材に、金属等の導電性粒子が分散されたもの、あるいは導電性の線材を埋設したものなどを用いることができる。絶縁性基材上に導電性のパッドが設けられたものを用いるようにしてもよい。異方導電性シート６０の厚さは、たとえば０．１〜１ｍｍである。   The anisotropic conductive sheet 60 shown in FIG. 1 ensures electrical conduction in the vertical direction by pressurization, and various types can be used without particular limitation. For example, an insulating material having elasticity such as silicone rubber can be used. A substrate in which conductive particles such as metal are dispersed or a conductive wire is embedded can be used. You may make it use what provided the electroconductive pad on the insulating base material. The thickness of the anisotropic conductive sheet 60 is, for example, 0.1 to 1 mm.

以上の構成を備えた光モジュール１を図１のように光接続および電気接続が切り離された状態から図２のように光接続および電気接続をした状態に組み立てる際には、まず図１の配線基板７０上に固定された嵌合部材５０の開口部５１内に異方導電性シート６０を配置する。次いでその上に光素子搭載基板３０を配置し、さらにその上から上部構造体５を嵌合部材５０に垂直に嵌め込む。   When assembling the optical module 1 having the above configuration from the state where the optical connection and the electrical connection are disconnected as shown in FIG. 1 to the state where the optical connection and the electrical connection are made as shown in FIG. An anisotropic conductive sheet 60 is disposed in the opening 51 of the fitting member 50 fixed on the substrate 70. Next, the optical element mounting substrate 30 is disposed thereon, and the upper structure 5 is vertically fitted into the fitting member 50 from above.

このとき、光素子搭載基板３０の位置決めピン４２が上部構造体５の位置決め穴１１に挿入されて、光素子搭載基板３０に対して上部構造体５が水平方向に所定の精度、たとえば３〜５μｍの精度で位置決めされると共に、保持部材６の側面が側板部５３に規制されて、光素子搭載基板３０が配線基板７０に対して間接的に水平方向に位置決めされる。配線基板７０上には、ピッチ５００μｍ、直径３００〜３５０μｍ、高さ１００μｍのはんだバンプが形成されており、これらのはんだバンプに対して、光素子搭載基板３０の下面に設けられたピッチ５００μｍ、直径３００〜３５０μｍ、高さ１０μｍの裏面電極が位置合わせされる。   At this time, the positioning pins 42 of the optical element mounting substrate 30 are inserted into the positioning holes 11 of the upper structure 5, and the upper structure 5 is in a horizontal direction with respect to the optical element mounting substrate 30 with a predetermined accuracy, for example, 3 to 5 μm. In addition, the side surface of the holding member 6 is regulated by the side plate portion 53, and the optical element mounting substrate 30 is indirectly positioned in the horizontal direction with respect to the wiring substrate 70. Solder bumps having a pitch of 500 μm, a diameter of 300 to 350 μm, and a height of 100 μm are formed on the wiring board 70. A pitch of 500 μm and a diameter of the solder bumps provided on the lower surface of the optical element mounting substrate 30 are formed. A back electrode having a thickness of 300 to 350 μm and a height of 10 μm is aligned.

そして、嵌合部材５０の弾性により上部構造体５は下方に押圧され、これにより異方導電性シート６０が加圧されて導通状態となる。これにより、異方導電性シート６０を介して光素子搭載基板３０の裏面電極と配線基板７０上のはんだバンプとが電気的に接続される。   Then, the upper structure 5 is pressed downward by the elasticity of the fitting member 50, whereby the anisotropic conductive sheet 60 is pressurized and becomes conductive. Thereby, the back electrode of the optical element mounting substrate 30 and the solder bump on the wiring substrate 70 are electrically connected via the anisotropic conductive sheet 60.

また、光素子搭載基板３０の位置決めピン４２が上部構造体５の位置決め穴１１に挿入されることにより、図９の断面図に示すように光ファイバ７の端面７ａと、光素子４０との水平方向の位置決めがされると共に、保持部材６の下面６ａと光素子搭載基板３０の壁部３２の上面３２ａとが当接することにより、光ファイバ７の端面７ａと、光素子４０との垂直方向の位置決めがされて、これらが光学的に接続される。   Further, when the positioning pins 42 of the optical element mounting substrate 30 are inserted into the positioning holes 11 of the upper structure 5, the end surface 7 a of the optical fiber 7 and the optical element 40 are horizontally aligned as shown in the sectional view of FIG. 9. In addition to the positioning of the direction, the lower surface 6a of the holding member 6 and the upper surface 32a of the wall portion 32 of the optical element mounting substrate 30 come into contact with each other, whereby the end surface 7a of the optical fiber 7 and the optical element 40 are perpendicular to each other. Once positioned, they are optically connected.

このようにして、光モジュール１は図２に示す状態で垂直方向へ電気的および光学的に接続され、光ファイバ７を通じて外部との間で伝送される光信号の送受信が可能な状態とされる。   In this way, the optical module 1 is electrically and optically connected in the vertical direction in the state shown in FIG. 2 and is capable of transmitting and receiving optical signals transmitted to the outside through the optical fiber 7. .

そして、たとえば保守交換時などにおいては、上部構造体５を嵌合部材５０から垂直に抜き出すことで光接続を容易に切り離すことができ、次いで光素子搭載基板３０を異方導電性シート６０上から垂直に取り出すことで電気接続を容易に切り離すことができる。   For example, during maintenance replacement, the optical connection can be easily disconnected by pulling out the upper structure 5 vertically from the fitting member 50, and then the optical element mounting substrate 30 is removed from the anisotropic conductive sheet 60. Electrical connection can be easily disconnected by taking out vertically.

以上に、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。たとえば、上記の実施形態では、嵌合部材５０を用いて上部構造体５を垂直方向へ着脱自在に装着し、光素子搭載基板３０の光素子４０に対して上部構造体５の光伝送路を光学的に接続するようにしたが、このような機能を有する装着体として、たとえば配線基板７０に嵌合穴を設けると共に、上部構造体５にラッチ構造を設けて、上部構造体５のラッチ構造を、装着体である配線基板７０の嵌合穴に嵌合させて装着するようにしてもよい。   The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, the upper structure 5 is detachably mounted in the vertical direction using the fitting member 50, and the optical transmission path of the upper structure 5 is connected to the optical element 40 of the optical element mounting substrate 30. As a mounting body having such a function, for example, a fitting hole is provided in the wiring board 70 and a latch structure is provided in the upper structure 5 so that the latch structure of the upper structure 5 is provided. May be fitted into a fitting hole of the wiring board 70 which is a mounting body.

上部構造体５において光伝送路の光軸を垂直に変換した構造としては、図１０に示すように、水平に保持した光ファイバ７の端面７ａに４５度の角度をもつ光反射面７１を配置して、信号光を光反射面７１で反射させることで外部側光軸６５ａと光素子側光軸６５ｂとを垂直に変換するものであってもよい。   In the upper structure 5, the optical axis of the optical transmission path is converted into a vertical structure. As shown in FIG. 10, a light reflecting surface 71 having an angle of 45 degrees is disposed on the end surface 7 a of the optical fiber 7 held horizontally. Then, the external optical axis 65a and the optical element side optical axis 65b may be converted vertically by reflecting the signal light on the light reflecting surface 71.

光素子４０として、レーザダイオードなどのＶＣＳＥＬ以外の面発光素子を用いてもよく、ＰＩＮフォトダイオード以外の面受光素子を用いるようにしてもよい。   As the optical element 40, a surface light emitting element other than a VCSEL such as a laser diode may be used, or a surface light receiving element other than a PIN photodiode may be used.

図１は、本発明の一実施形態における光モジュールを示す斜視図であり、光接続および電気接続を切り離した状態を示す。FIG. 1 is a perspective view showing an optical module according to an embodiment of the present invention, and shows a state where an optical connection and an electrical connection are disconnected. 図２は、図１の光モジュールにおける光接続および電気接続をした状態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a state where optical connection and electrical connection are made in the optical module of FIG. 図３は、上部構造体を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図である。3A and 3B are views showing the upper structure, in which FIG. 3A is a top view, FIG. 3B is a bottom view, and FIG. 3C is a side view. 図４は、保持部材の上側部材および下側部材を示した図であり、（ａ）は上面側の斜視図、（ｂ）は下面側の斜視図である。4A and 4B are diagrams showing an upper member and a lower member of the holding member, wherein FIG. 4A is a perspective view of the upper surface side, and FIG. 4B is a perspective view of the lower surface side. 図５は、上部構造体の上側部材、光ファイバ、および下側部材の配置状態を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。5A and 5B are views showing the arrangement of the upper member, the optical fiber, and the lower member of the upper structure, in which FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a cross-sectional view. 図６は、光素子搭載基板の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of the optical element mounting substrate. 図７は、嵌合部材を示した図であり、（ａ）は上方側から見た斜視図、（ｂ）は下方側から見た斜視図である。7A and 7B are views showing the fitting member, in which FIG. 7A is a perspective view seen from the upper side, and FIG. 7B is a perspective view seen from the lower side. 図８は、嵌合部材を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。8A and 8B are diagrams showing the fitting member, where FIG. 8A is a top view and FIG. 8B is a bottom view. 図９は、上部構造体と光素子搭載基板とが光接続された状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where the upper structure and the optical element mounting substrate are optically connected. 図１０は、本発明における上部構造体の他の実施形態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another embodiment of the upper structure according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 光モジュール
５ 上部構造体
６ 保持部材
６ａ 下面
７ 光ファイバ
７ａ 端面
８ テープファイバ
１０ 上側部材
１１ 位置決め穴
１２ 肩部
１３ 係合穴
１４ ガイド溝
２０ 下側部材
２１ 係合爪
２２ 光ファイバ保持面
３０ 光素子搭載基板
３１ セラミック基板
３２ 壁部
３２ａ 上面
３３ プリント配線
４０ 光素子
４１ ドライバ集積回路
４２ 位置決めピン
５０ 嵌合部材
５１ 開口部
５２ 突条部
５３ 側板部
５４ 突起部
６０ 異方導電性シート
６５ａ 外部側光軸
６５ｂ 光素子側光軸
７０ 配線基板
７１ 光反射面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical module 5 Superstructure 6 Holding member 6a Lower surface 7 Optical fiber 7a End surface 8 Tape fiber 10 Upper member 11 Positioning hole 12 Shoulder part 13 Engaging hole 14 Guide groove 20 Lower member 21 Engaging claw 22 Optical fiber holding surface 30 Optical device mounting substrate 31 Ceramic substrate 32 Wall portion 32a Upper surface 33 Printed wiring 40 Optical device 41 Driver integrated circuit 42 Positioning pin 50 Fitting member 51 Opening portion 52 Projection portion 53 Side plate portion 54 Protrusion portion 60 Anisotropic conductive sheet 65a External Side optical axis 65b Optical element side optical axis 70 Wiring board 71 Light reflecting surface

Claims (5)

光信号を伝送する光伝送路と、光信号を電気信号に変換し、または電気信号を光信号に変換する光素子とを光学的に接続する光モジュールであって、
ａ）外部側の光軸と光素子側の光軸とが互いに略垂直である様に、光伝送路を湾曲させて保持する保持部材を備えた上部構造体と、
ｂ）配線基板上に、垂直方向に着脱自在に配置され、底面に裏面電極を備える光素子搭載基板と、
ｃ）配線基板上の光素子搭載基板の周囲に設けられており、上部構造体を光素子搭載基板の上に重ねる様に嵌め込んで装着すると、上部構造体を弾発力で押し下げて保持し、上部構造体の光伝送路と、光素子搭載基板の光素子とが光学的に接続され、且つ、上部構造体を介して押し下げられる光素子搭載基板は、配線基板に押し付けられて配線基板と電気的に接続される様に構成された嵌合部材とを備えることを特徴とする光モジュール。 An optical module that optically connects an optical transmission path that transmits an optical signal and an optical element that converts the optical signal into an electrical signal or converts the electrical signal into an optical signal,
a) an upper structure including a holding member that holds the optical transmission path in a curved manner so that the optical axis on the external side and the optical axis on the optical element side are substantially perpendicular to each other;
b) An optical element mounting substrate that is detachably arranged in the vertical direction on the wiring substrate and has a back electrode on the bottom surface ;
c) It is provided around the optical element mounting board on the wiring board, and when the upper structure is fitted and mounted so as to overlap the optical element mounting board , the upper structure is pushed down and held by elasticity. The optical element mounting substrate that is optically connected to the optical transmission path of the upper structure and the optical element of the optical element mounting substrate and is pushed down through the upper structure is pressed against the wiring substrate to be connected to the wiring substrate. And a fitting member configured to be electrically connected to the optical module. 光素子搭載基板に複数の位置決めピンが立設されており、上部構造体には、当該位置決めピンが挿入される複数の位置決め穴が設けられており、他方、嵌合部材の側面部には、上部構造体を装着したとき外周部に当接して上部構造体を水平方向に位置決めし、併せて、上部構造体にピン挿入する光素子搭載基板を配線基板に対して位置決めする側板部が設けら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。 A plurality of positioning pins are erected on the optical element mounting substrate, and the upper structure is provided with a plurality of positioning holes into which the positioning pins are inserted. When the upper structure is mounted, a side plate portion is provided that contacts the outer peripheral portion to position the upper structure in the horizontal direction and positions the optical element mounting board to be inserted into the upper structure with respect to the wiring board. the light module of claim 1, wherein the are. 嵌合部材の下面部に、配線基板に当接する突起部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。 The optical module according to claim 2, wherein a protrusion that abuts the wiring board is provided on a lower surface portion of the fitting member . 配線基板は、表面にはんだバンプを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光モジュール。 4. The optical module according to claim 1, wherein the wiring board has solder bumps on the surface . 光素子搭載基板と配線基板との間に配置される異方導電性シートを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光モジュール。   The optical module according to claim 1, further comprising an anisotropic conductive sheet disposed between the optical element mounting substrate and the wiring substrate.

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