JP6264921B2 - 光電変換ユニットおよび光電変換ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換ユニットおよびその製造方法に関する。

下記特許文献１には、基板が内蔵された光電変換コネクタが記載されている。かかる特許文献１に記載のコネクタでは、内蔵される基板（２３）と端子（２４）がはんだ付けにより物理的かつ電気的に接続される。

特開２０１２−１３７５３７号公報

このようなはんだ付けによって基板と端子を接続する方法では、専用設備が必要となる。また、製造にかかる時間（タクトタイム）も長い。

本発明は、基板が内蔵された光電変換コネクタを用いた光電変換ユニットの製造を容易にすることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明にかかる光電変換ユニットは、外部基板と、ハウジングと、前記ハウジングに固定され、前記外部基板にはんだ付けされたリード部を有するリード端子と、前記ハウジング内に収容され、前記リード端子に電気的に接続される導電パターンが形成された内部基板と、前記ハウジング内に収容され、前記内部基板に形成された導電パターンに電気的に接続された光電変換素子と、前記ハウジング内に収容され、前記光電変換素子と光学的に接続される相手方光学部材が係合する、光透過性材料で形成された部分を有するコネクタ側光学部材と、を備え、前記リード端子が前記導電パターンの基板側接点部に接触することで前記リード端子と前記導電パターンが電気的に接続されるとともに、前記基板側接点部に接触する前記リード端子の弾性により、前記内部基板が前記リード端子と前記ハウジングに形成された基板支持面との間に挟まれて保持された保持状態にあり、前記リード端子は、前記基板側接点部に接触する端子側接点部、および前記端子側接点部から先端に向かって前記基板支持面から離れるように延びる誘導部を有し、前記ハウジングに固定された前記リード端子のリード部が前記外部基板にはんだ付けされた状態にあっても、前記基板支持面と前記誘導部との間の隙間に前記内部基板を挿入して前記リード端子を弾性変形させることで、前記内部基板を前記保持状態とすることが可能であることを特徴とする。

前記基板側接点部の幅方向両側には、当該基板側接点部よりも突出した端子規制部が形成されているとよい。

前記リード端子は、前記ハウジングに圧入される圧入部を有するとよい。

前記リード端子のリード部は、前記ハウジングの下端面に沿う方向に延びるように形成されているとよい。

上記課題を解決するために本発明にかかる光電変換ユニットの製造方法は、前記ハウジングに固定された前記リード端子のリード部を前記外部基板にはんだ付けし、ハウジング・端子・外部基板組を得る工程と、前記内部基板、前記光電変換素子、および前記コネクタ側光学部材を一体化した内部基板・光電変換素子・光学部材組を得る工程と、前記ハウジング・端子・外部基板組における前記リード端子と前記基板支持面の間に、前記内部基板・光電変換素子・光学部材組における前記内部基板を挿入し、当該内部基板を固定する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる光電変換ユニットは、リード端子とハウジングが一体化されたものを外部基板にはんだ付けした後、リード端子と基板支持面の間に内部基板を挿入することで、内部基板およびそれと一体化されたコネクタ側光学部材をハウジングに組み付けることができる。つまり、リード端子と外部基板と接続するはんだ付けの熱がコネクタ側光学部材に及んでしまうことがないため、コネクタ側光学部材を耐熱性に乏しい材料で形成しても問題がない。すなわち、安価な材料を選択する等、材料の選択幅が広がり、製造が容易になる。
また、リード端子とハウジングに形成された基板支持面との間に内部基板が挟み込まれて保持される。つまり、リード端子と基板支持面との間に内部基板を挿入するだけで、リード端子と内部基板の電気的な接続が実現されるとともに、ハウジングを利用した物理的な接続（内部基板がハウジング内で動かないように固定された状態とすること）も実現される。
また、リード端子が端子側接点部から先端に向かって基板支持面から離れるように延びる誘導部を有するものであれば、リード端子と基板支持面の間の内部基板を挿入する入口となる部分が広がった構造となるから、両者の間に内部基板を挿入する作業が容易になる。
また、基板側接点部の幅方向両側に基板側接点部よりも突出した端子規制部が形成されていれば、基板側接点部とリード端子が非接触の状態となってしまうこと（リード端子が外れてしまうこと）を防止できる。かかる機能は、振動環境下で使用される車載用コネクタに特に有効である。
また、リード端子がハウジングに圧入される圧入部を有していれば、リード端子とハウジングの位置ずれを防止することができる。

リード端子のリード部がハウジングの下端面に沿う方向に延びるように形成されていれば、ハウジングとリード端子が一体化されたものを、外部基板の表面に実装することができる（外部基板の表面にはんだ付けすることができる）。つまり、その他の素子等とともに、ハウジングとリード端子が一体化されたものを外部基板に実装することができ、工程が簡略化される。

本発明の一実施形態にかかる光電変換コネクタ（基板内蔵コネクタ）の外観図である。 本発明の一実施形態にかかる基板実装型の光電変換コネクタの断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）である。 ハウジングとリード端子が一体化されたもの（ハウジング・端子組）の外観図である。 ハウジングとリード端子が一体化されたものの断面図（図３のＢ−Ｂ線断面図）である。 リード端子（端子側接点部）と内部基板（基板側接点部）の接触部分の幅方向断面を模式図であって、内部基板の各基板側接点部の幅方向両側に形成された端子規制部を示した図である。 本発明の一実施形態にかかる光電変換ユニットの製造工程を説明するための断面図であって、（ａ）はハウジングとリード端子が一体化されたものを外部基板にはんだ付けする前の状態を、（ｂ）はハウジングとリード端子が一体化されたものが外部基板にはんだ付けされたハウジング・端子・外部基板組を、（ｃ）はハウジング・端子・外部基板組に対し内部基板・光電変換素子・光学部材組を組み付けた光電変換ユニットを示す。 リード端子に形成された圧入部がハウジングに形成された凹部に圧入されることによって、ハウジングとリード端子が一体化される構造を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、特に明示した場合を除き、以下の説明では、相手方コネクタが嵌合する側を前とし、その反対側を後とする。図１および図２に示す本発明の一実施形態にかかる光電変換コネクタ１（基板内蔵コネクタ）は、基板実装型の車載用光電変換コネクタであって、ハウジング１０、リード端子２０、内部基板３０、光電変換素子４０、光学部材（相手方コネクタに搭載された光学部材と区別するため、コネクタ側光学部材５０と称する）を備える。

ハウジング１０は、非導電性材料で形成されている。本実施形態におけるハウジング１０は、嵌合部１１、光学部材収容部１２、基板収容部１３を有する。嵌合部１１は図示されない相手方コネクタが嵌合する部分である。当該嵌合構造は周知の構造が適用できるから説明を省略する。光学部材収容部１２は、嵌合部１１の後方に形成された、コネクタ側光学部材５０が収容される空間である。基板収容部１３は、光学部材収容部１２の後方に形成された、内部基板３０が収容される空間である。本実施形態では、ハウジング１０における光学部材収容部１２と基板収容部１３が形成された箇所は、上方が開口している。当該開口は最終的に図示されない蓋部材（アッパーハウジング）に覆われる。

ハウジング１０には、基板支持面１３１が形成されている。基板支持面１３１は、基板収容部１３に面する。具体的には、ハウジング１０内の最奥の空間である基板収容部１３は、その他の空間に比べて高さ（上下方向の大きさ）が小さくなっており、空間を狭めるように形成された凸状部１３１ａの上面が基板支持面１３１となっている。基板支持面１３１の大きさは、内部基板３０の大きさと略同じかそれよりも大きい。

リード端子２０は、導電性材料で形成された線状の部材であって、弾性を有する。ハウジング１０には、複数のリード端子２０が固定されている。本実施形態では、インサート成形によってハウジング１０と複数のリード端子２０が一体化されている（図３および図４参照）。各リード端子２０は、ハウジング１０に埋設された上下方向に延びる部分２０ａと、この上下方向に延びる部分２０ａの上端から前方に向かって延びる部分２０ｂと、上下方向に延びる部分２０ａの下端から後方に向かって延びる部分２０ｃとを有する。前方に向かって延びる部分２０ｂは、ハウジング１０に埋設された上下方向に延びる部分２０ａの上端を支点として片持ち状に設けられている。

前方に向かって延びる部分２０ｂには、端子側接点部２１および誘導部２２が設けられる。端子側接点部２１は、前方に向かって延びる部分２０ｂの最も下端に位置し、後述する基板側接点部３１に接触する箇所である。誘導部２２は、端子側接点部２１から先端に向かって基板支持面１３１から離れるように延びる箇所である。つまり、基板支持面１３１とリード端子２０との距離は、端子側接点部２１が最も小さく、そこから先端に向かうに従い大きくなっていく。端子側接点部２１と基板支持面１３１の距離は、内部基板３０の厚みより小さく設定される。誘導部２２（前方に向かって延びる部分２０ｂ）の先端と基板支持面１３１の距離は、内部基板３０の厚みより大きく設定されていることが好ましい。

後方に向かって延びる部分２０ｃは、外部基板８０にはんだ付けされるリード部２３となっている。リード部２３は、ハウジング１０の下端面に沿う方向に延びる。より具体的には、リード部２３の下端面とハウジング１０の下端面は略面一である。

内部基板３０は、ハウジング１０内に収容される基板である。内部基板３０には、所定の導電パターンが形成されている。この導電パターンの一部が、リード端子２０が接触する基板側接点部３１（いわゆるランド）となっている。図１に示すように、内部基板３０には、幅方向に並ぶ、端子ピンと同数の基板側接点部３１が形成されている（端子側接点部２１以外の導電パターンは図示省略）。各基板側接点部３１は、前後方向に長い長方形状である。各基板側接点部３１の幅は、端子ピンの幅よりも大きい。各基板側接点部３１の幅方向両側には、基板側接点部３１（導電面）よりも突出した端子規制部３２が設けられている（図５参照）。

本実施形態ではハウジング１０内に支持基板７０が設けられる。支持基板７０は上下方向に沿うようにハウジング１０内に設置され、互いに直交するように位置する内部基板３０と支持基板７０はフレキシブル基板６０を介して接続されている（図１および図２参照）。本実施形態では、二つのコネクタ側光学部材５０のそれぞれを支持する支持基板７０が二つ設けられている。内部基板３０に形成された導電パターンと支持基板７０に形成された導電パターンは、フレキシブル基板６０に形成された導電パターンを介して電気的に接続されている。

各支持基板７０には光電変換素子４０が実装されている（図２参照）。本実施形態では、一方の支持基板７０に光信号を電気信号に変換する受光素子（例えばフォトダイオード）が、他方の支持基板７０に電気信号を光信号に変換する発光素子（例えばレーザダイオード）が実装されている。内部基板３０および支持基板７０の少なくともいずれか一方には、光信号から変換された電気信号、または光信号に変換させる電気信号を処理する回路（導電パターン）が構築されている。つまり、内部基板３０に形成された導電パターン（基板側接点部３１）は、光電変換素子４０に電気的に接続されている。

各支持基板７０にはコネクタ側光学部材５０が固定されている（図１および図２参照）。本実施形態におけるコネクタ側光学部材５０は、相手方コネクタに搭載された光学部材（例えば、光ファイバが固定されたフェルール）が嵌まり込む嵌合部を有する筒状の部材（スリーブなどとも称される）である。一方の支持基板７０に固定されたコネクタ側光学部材５０は、相手方コネクタの光学部材から送られた光を受光素子に集光させる機能を有する。他方の支持基板７０に固定されたコネクタ側光学部材５０は、発光素子から出射された光を相手方コネクタの光学部材に集光させる機能を有する。

このような構成を有する光電変換コネクタ１は、次のように組み付けることができる。ハウジング１０と端子ピンが一体化されたユニットと、内部基板３０、フレキシブル基板６０、支持基板７０、光電変換素子４０、コネクタ側光学部材５０が一体化されたユニットを得る。その後、ハウジング１０の上方に形成された開口を通じて、内部基板３０をリード端子２０と基板支持面１３１の間に挿入する。端子側接点部２１と基板支持面１３１の距離は内部基板３０の厚みより小さく設定されているため、内部基板３０を挿入することにより、リード端子２０の前方に向かって延びる部分２０ｂがハウジング１０に埋設された上下方向に延びる部分２０ａの上端を支点として弾性変形する（図２および図４参照）。この弾性により、内部基板３０はリード端子２０（端子側接点部２１）と基板支持面１３１との間に挟まれて保持される。つまり、内部基板３０が物理的にハウジング１０に固定される。リード端子２０の端子側接点部２１が内部基板３０の基板側接点部３１に接触するまで内部基板３０を挿入することで、リード端子２０と内部基板３０の導電パターンが電気的に接続される。このように、本実施形態では、内部基板３０の導電パターンに電気的に接続される対象であるリード端子２０の弾性を利用して、内部基板３０をリード端子２０とハウジング１０（基板支持面１３１）との間に物理的に固定する。

また、リード端子２０には、端子側接点部２１から先端に向かって基板支持面１３１から離れるように延びる誘導部２２が設けられている（図２および図４参照）。したがって、リード端子２０と基板支持面１３１の間の内部基板３０を挿入する入口となる部分（リード端子２０の先端と基板支持面１３１の間）が広がった構造となるから、両者の間に内部基板３０を挿入する作業が容易である。

また、リード端子２０の端子側接点部２１が接触する基板側接点部３１の幅方向両側には、基板側接点部３１（導電面）よりも突出した端子規制部３２（図５参照）が設けられているため、振動等によって基板側接点部３１に接触する端子側接点部２１が幅方向にずれてしまいそうになっても、基板側接点部３１が端子規制部３２に接触するため、当該ずれは阻止される。つまり、両接点部が非接触状態になってしまうのが阻止される。なお、端子規制部３２は基板側接点部３１の幅方向両側に設けられている（基板側接点部３１の後側には設けられていない）ため、端子規制部３２が内部基板３０をリード端子２０と基板支持面１３１の間に挿入する際の抵抗になることはない。また、内部基板３０の製造を容易にするため、端子規制部３２は、基板側接点部３１を内部基板３０の表面よりも低くすること（基板側接点部３１を溝（凹部）とすること）により構築されることが好ましい。ただし、内部基板３０における基板側接点部３１の幅方向両側に別途突起を形成することで構築されるものであってもよい。

支持基板７０およびそれに固定されたコネクタ側光学部材５０の固定方法等は、特定の方法に限定されるものではないため説明を省略する。

このように、本実施形態にかかる光電変換コネクタ１は、リード端子２０とハウジング１０に形成された基板支持面１３１との間に内部基板３０が挟み込まれて保持される。つまり、リード端子２０と基板支持面１３１との間に内部基板３０を挿入するだけで、リード端子２０と内部基板３０の電気的な接続が実現されるとともに、ハウジング１０を利用した物理的な接続（内部基板３０がハウジング１０内で動かないように固定された状態とすること）も実現される。

かかる技術思想は、ハウジング１０内に基板が内蔵される基板内蔵コネクタ全てに適用することができる。例えば、光学的な要素が設けられていない基板内蔵型の電気コネクタに適用することもできる。

以下、上記光電変換コネクタ１を用いた本発明の一実施形態にかかる光電変換ユニット１ｕについて説明する。本実施形態にかかる光電変換ユニット１ｕ（図６（ｃ）参照）は、上記光電変換コネクタ１が外部基板８０に実装されたものである。

上述したように、光電変換コネクタ１のリード端子２０はリード部２３を有する。このリード部２３が外部基板８０にはんだ付けされることにより、光電変換ユニット１ｕが構築される。外部基板８０に実装されるその他の部品（素子等）は、特定のものに限定されない。リード端子２０のリード部２３は、ハウジング１０の下端面に沿う方向に延びるように形成されている。つまり、リード部２３は外部基板８０の表面にはんだ付けされる。換言すれば、光電変換コネクタ１は、外部基板８０に対し表面実装可能な基板実装型コネクタであるということとなる。

本実施形態にかかる光電変換ユニット１ｕの製造工程は、以下の第一工程〜第三工程を含むものとすることが好ましい。
・第一工程
ハウジング１０とリード端子２０が一体化されたもの（図６（ａ）参照）におけるリード端子２０のリード部２３を外部基板８０にはんだ付け（表面実装）し、ハウジング・端子・外部基板組を得る（図６（ｂ）参照）。この際、他の部品（素子等）を外部基板８０にはんだ付けしてもよい。上述したように、リード部２３はハウジング１０の下端面に沿う形状であるため、いわゆるリフロー方式によってハウジング・端子組を他の部品とともに外部基板８０にはんだ付けすることができる。
・第二工程
内部基板、光電変換素子４０、およびコネクタ側光学部材５０を一体化した内部基板・光電変換素子・光学部材組を得る。本実施形態では、光電変換素子４０およびコネクタ側光学部材５０は支持基板７０に固定されているため、これらが固定された支持基板７０と内部基板３０を、フレキシブル基板６０を介して一体化する。
・第三工程
ハウジング・端子・外部基板組におけるリード端子２０と基板支持面１３１の間に、内部基板・光電変換素子・光学部材組における内部基板３０を挿入し、当該内部基板３０を固定する。

これらの工程を経た後、支持基板７０やコネクタ側光学部材５０をハウジング１０に固定したり、蓋部材（アッパーハウジング）をハウジング１０に固定したりして、光電変換ユニット１ｕを得る（図６（ｃ）参照。ただし図６（ｃ）では蓋部材を省略している）。なお、上記第一工程と第二工程はどちらを先に行ってもよい。つまり、ハウジング・端子・外部基板組と、内部基板・光電変換素子・光学部材組を別々に作成した後、リード端子２０の弾性を利用してハウジング１０に内部基板３０を固定する第三工程を行うものであればよい。

このように、本実施形態にかかる光電変換ユニット１ｕは、リード端子２０とハウジング１０が一体化されたものを外部基板８０にはんだ付けした後、リード端子２０と基板支持面１３１の間に内部基板３０を挿入することで、内部基板３０およびそれに一体化されたコネクタ側光学部材５０をハウジング１０に組み付けることができる。つまり、リード端子２０と外部基板８０とを接続するためのはんだ付けの熱がコネクタ側光学部材５０に及んでしまうことがないため、コネクタ側光学部材５０を耐熱性に乏しい材料で形成しても問題がない。すなわち、安価な材料を選択する等、材料の選択幅が広がり、製造が容易になる。

また、リード端子２０のリード部２３は、ハウジング１０の下端面に沿う方向に延びるように形成されているため、ハウジング１０とリード端子２０が一体化されたものを、外部基板８０の表面に実装することができる。つまり、いわゆるリフロー方式により、その他の素子等とともに、ハウジング１０とリード端子２０が一体化されたものを外部基板８０に実装することができ、工程が簡略化される。

なお、外部基板８０のレイアウトや工程の設計上、外部基板８０の裏面にリード端子２０をはんだ付けする方が好ましい場合には、リード端子２０のリード部２３は上下方向に延びる形状としてもよい。つまり、リード部２３が外部基板８０に形成されたスルーホールを貫き、外部基板８０の裏面にはんだ付けされる構成としてもよい。この場合であっても、リード端子２０とハウジング１０が一体化されたものを外部基板８０にはんだ付けした後、内部基板３０およびそれに一体化されたコネクタ側光学部材５０をハウジング１０に組み付けることができるため、はんだ付けの熱がコネクタ側光学部材５０に及んでしまうことがない。なお、このようなリード部２３の形状とした方が好ましいケースとしては、いわゆるフロー方式によって外部基板８０の裏面に各種素子等の端子をはんだ付けする設計としたものが例示できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

上記実施形態では、インサート成形によりリード端子２０とハウジング１０が一体化されていることを説明したが、ハウジング１０に対するリード端子２０の固定手法はこれに限られるものではない。ハウジング１０内に内部基板３０を物理的に固定するのに十分なリード端子２０の弾性が発現される態様であれば、その手法はどのようなものであってもよい。
固定構造の一例としては、図７に示すような構造が挙げられる。リード端子２０には、その上下方向に延びる部分２０ａから前方に延びる圧入部２４が形成される。ハウジング１０には、各リード端子２０を挿入する溝が形成される。各溝内には、前方に向かって窪む凹部１４が形成される。各リード端子２０は、ハウジング１０の後方から各溝内に挿入されるとともに、その圧入部２４が凹部１４に圧入される。圧入部２４と凹部１４と係合しているから、リード端子２０は上下方向に移動することができない。つまり、内部基板３０をリード端子２０と基板支持面１３１との間に挿入すると、リード端子２０が上方に引っ張られる方向の力を受けることとなるが、その力は凹部１４に圧入された圧入部２４によって受け止められる。したがって、リード端子２０が弾性変形し、その弾性によって内部基板３０がリード端子２０と基板支持面１３１との間に挟まれて保持される。

１ 光電変換コネクタ
１ｕ 光電変換ユニット
１０ ハウジング
１３１ 基板支持面
１４ 凹部
２０ リード端子
２１ 端子側接点部
２２ 誘導部
２３ リード部
２４ 圧入部
３０ 内部基板
３１ 基板側接点部
３２ 端子規制部
４０ 光電変換素子
５０ コネクタ側光学部材
８０ 外部基板

Claims (5)

1. 外部基板と、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに固定され、前記外部基板にはんだ付けされたリード部を有するリード端子と、
   前記ハウジング内に収容され、前記リード端子に電気的に接続される導電パターンが形成された内部基板と、
   前記ハウジング内に収容され、前記内部基板に形成された導電パターンに電気的に接続された光電変換素子と、
   前記ハウジング内に収容され、前記光電変換素子と光学的に接続される相手方光学部材が係合する、光透過性材料で形成された部分を有するコネクタ側光学部材と、
   を備え、
   前記リード端子が前記導電パターンの基板側接点部に接触することで前記リード端子と前記導電パターンが電気的に接続されるとともに、前記基板側接点部に接触する前記リード端子の弾性により、前記内部基板が前記リード端子と前記ハウジングに形成された基板支持面との間に挟まれて保持された保持状態にあり、
   前記リード端子は、前記基板側接点部に接触する端子側接点部、および前記端子側接点部から先端に向かって前記基板支持面から離れるように延びる誘導部を有し、前記ハウジングに固定された前記リード端子のリード部が前記外部基板にはんだ付けされた状態にあっても、前記基板支持面と前記誘導部との間の隙間に前記内部基板を挿入して前記リード端子を弾性変形させることで、前記内部基板を前記保持状態とすることが可能であることを特徴とする光電変換ユニット。
2. 前記基板側接点部の幅方向両側には、当該基板側接点部よりも突出した端子規制部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換ユニット。
3. 前記リード端子は、前記ハウジングに圧入される圧入部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電変換ユニット。
4. 前記リード端子のリード部は、前記ハウジングの下端面に沿う方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光電変換ユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光電変換ユニットの製造方法であって、
   前記ハウジングに固定された前記リード端子のリード部を前記外部基板にはんだ付けし、ハウジング・端子・外部基板組を得る工程と、
   前記内部基板、前記光電変換素子、および前記コネクタ側光学部材を一体化した内部基板・光電変換素子・光学部材組を得る工程と、
   前記ハウジング・端子・外部基板組における前記リード端子と前記基板支持面の間に、前記内部基板・光電変換素子・光学部材組における前記内部基板を挿入し、当該内部基板を固定する工程と、
   を含むことを特徴とする光電変換ユニットの製造方法。

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