(57)【要約】【課題】  熱変動による接続部の位置ずれを緩和し、特性変動のない平面光波回路モジュールを提供する。【解決手段】  基板上に光導波路が形成された平面光波回路基板１１、１２と、平面光波回路基板１１、１２を固定するためのマウント１４とを備えた平面光波回路モジュールにおいて、平面光波回路基板１１、１２はそれぞれの導波路端面を介して接続されており、マウント１４上に固定された１つの固定平面光波回路基板１１と、マウント１４上で可動である残りの可動平面光波回路基板１２とからなる。ＰＬＣ−ＰＬＣ接続基板のうち一方をマウントに固定し、他方を緩やかに保持することにより応力フリーとし、信頼性の向上を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光導波路が形成された少なくとも２つの平面光波回路基板と、前記平面光波回路基板を固定するためのマウントとを備えた平面光波回路モジュールにおいて、前記平面光波回路基板はそれぞれの導波路端面を介して接続されており、前記マウント上に固定された１つの固定平面光波回路基板と、前記マウント上で可動である残りの可動平面光波回路基板とからなることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記固定平面光波回路基板は前記マウント上に接着剤で固定されていることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項３】
請求項１または２記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記可動平面光波回路基板を設置する前記マウント上の領域に段差が設けられており、該領域において前記可動平面光波回路基板と前記マウントとの間に空隙を有することを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記可動平面光波回路基板と前記マウントとの間に流動性を有する部材が充填されていることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記可動平面光波回路基板の一部は弾性接着剤で前記マウントに固定されており、可動量が制限されていることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記マウントは、前記固定平面光波回路基板が固定されたサブマウントと、前記サブマウントに固定されたべースとから構成されたことを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項７】
請求項３記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記マウント上の段差が設けられた領域のエッジに面取り加工が施されていることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【請求項８】
請求項６記載の平面光波回路モジュールにおいて、前記サブマウントのエッジに面取り加工が施されていることを特徴とする平面光波回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面光波回路モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重通信技術の進展に伴い、高密度波長多重分割が可能な平面光波回路技術を用いて作製されるアレイ導波路回折格子に対し、更なる波長多重化に加え、多機能化が要求されるようになってきている。このような要求を満たす平面光波回路（ＰＬＣ）モジュールを、１枚の基板上に形成した平面光波回路素子のみで構成しようとした場合、素子が大型化する、製造工程が複雑化するなどの間題がある。この間題を解決する１つの手法として、複数の平面光波回路基板をカスケード接続したモジュールが製造されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来、この種のモジュールをパッケージ内に実装する際には、既存の平面光波回路デバイスと同等の実装方法、すなわち、全ての平面光波回路基板を直接マウント上に接着固定する方法が踏襲されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６７０４１号公報
【非特許文献１】S.Kamei et.al., Electronics Letters, Vol.39, No.1, pp.81, 2003年
【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、上記述べた従来の実装方法によって複数枚の平面光波回路基板をカスケード接続したモジュールの全ての基板をマウント上に固定すると、特性変動が生じるという問題があった。具体的には、従来のように実装されたモジュールは、熱サイクル試験などの環境試験においてマウントとの熱膨張係数の相違等により接続部に過大な応力が印加され、接続部の位置ずれが生じる。このような位置ずれが、結果として特性変動をもたらす。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、熱変動による接続部の位置ずれを緩和し、特性変動のない平面光波回路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】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明に係る平面光波回路モジュールは、基板上に光導波路が形成された少なくとも２つの平面光波回路基板と、前記平面光波回路基板を固定するためのマウントとを備えた平面光波回路モジュールにおいて、前記平面光波回路基板はそれぞれの導波路端面を介して接続されており、前記マウント上に固定された１つの固定平面光波回路基板と、前記マウント上で可動である残りの可動平面光波回路基板とからなる。
【０００８】
ここで、前記固定平面光波回路基板は前記マウント上に接着剤で固定されたものとすることができる。
【０００９】
また、前記可動平面光波回路基板を設置する前記マウント上の領域に段差が設けられており、該領域において前記可動平面光波回路基板と前記マウントとの間に空隙を有するものとすることができる。
【００１０】
また、前記可動平面光波回路基板と前記マウントとの間に流動性を有する部材が充填されたものとすることができる。
【００１１】
また、前記可動平面光波回路基板の一部は弾性接着剤で前記マウントに固定されており、可動量が制限されたものとすることができる。
【００１２】
また、前記マウントは、前記固定平面光波回路基板が固定されたサブマウントと、前記サブマウントに固定されたべースとから構成されたものとすることができる。
【００１３】
また、前記マウント上の段差が設けられた領域のエッジに面取り加工が施されたものとすることができる。
【００１４】
また、前記サブマウントのエッジに面取り加工が施されたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平面光波回路基板のうちの１つのみをマウント上に固定し、残りの平面光波回路基板についてはマウント上で可動とすることにより、熱変動などの環境変動に対する安定性が極めて高く、また耐衝撃性に優れ設計自由度の高い平面光波回路モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、基板上に光導波路が形成された平面光波回路基板１１、平面光波回路基板１２、固定治具１３、マウント１４、およびファイバアレイ１５から構成されている。平面光波回路基板１１および平面光波回路基板１２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板１１は固定治具１３によってマウント１４にねじ止め固定されている。従ってこの構成では、平面光波回路基板１１が固定基板に相当し、平面光波回路基板１２が可動基板に相当する。
【００１７】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、ＰＬＣ−ＰＬＣ接続基板のうち一方をマウントに固定し、他方を緩やかに保持する。このように構成することにより応力フリーとし、信頼性の向上を図ることができる。
【００１８】
この平面光波回路モジュールに、−４０℃の低温と７０℃の高温を交互に１００サイクル課す熱サイクル試験を行った。その後、挿入損失の変動を調べたところ、その変動は０．３ｄＢ以下であった。一方、平面光波回路基板１１、１２ともにマウント１４に固定した平面光波回路モジュールを製造し、上記と同様の試験を行ったところ、損失変動が１ｄＢに達した。
【００１９】
この結果から明らかなように、本実施形態に係る平面光波回路モジュールでは損失変動が極めて小さく、この平面光波回路モジュールの信頼性が高いことが確認された。このように平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、極めて信頼性の高い平面光波回路モジュールを提供することができる。
【００２０】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板２１、平面光波回路基板２２、接着剤層２３、マウント２４、およびファイバアレイ２５から構成される。
【００２２】
平面光波回路基板２１および平面光波回路甚板２２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板２１は接着剤２３によってマウント２４に固定されている。従ってこの構成では、平面光波回路基板２１は固定基板に相当し、平面光波回路基板２２は可動基板に相当する。
【００２３】
このように、接着剤層２３を用いることにより、表面上にメタル配線等が配置され、表面側からの治具固定が困難な平面光波回路基板であっても容易にマウント上に固定することができるという利点が生じる。また、本実施形態に係る固定法では、平面光波回路基板にソリがある場合にもソリに合わせた形態で接着剤層を塗布できるので、固定することによってソリを平坦化し、基板内に不要な応力を発生させることがないという利点もある。実際、ソリの大きい平面光波回路基板を第１実施形態に示した治具で固定すると、偏波依存損失（ＰＤＬ）が増大する場合があるが、本実施形態に係る構成ではマウント上への固定前後で偏波依存損失の増大は殆ど認められない。
【００２４】
本実施形態に示した構成の平面光波回路モジュールについて、マウント前後での偏波依存損失の変動を調べたところ、ＰＤＬの変動値は０.０１ｄＢ以下と測定誤差範囲内の数値を示し、マウント前後での特性変動が殆ど認められないことが確認された。また、−４０℃の低温と７０℃の高温を交互に１００サイクル課す熱サイクル試験を課して、挿入損失の変動を調べたところ、その変動は０.３ｄＢ以下と極めて小さく、この平面光波回路モジュールの信頼性が高いことが確認された。このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、極めて信頼性の高い平面光波回路モジュールを提供することができる。
【００２５】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態について図３を用いて説明する。
【００２６】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板３１、平面光波回路基板３２、接着剤層３３、マウント３４、およびファイバアレイ３５から構成される。
【００２７】
平面光波回路基板３１および平面光波回路基板３２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板３１は接着剤３３によってマウント３４に固定されている。従ってこの構成では、平面光波回路基板３１は固定基板に相当し、平面光波回路基板３２は可動基板に相当する。マウント３４の可動基板の設置部、即ち平面光波回路基板３２の設置部直下の領域には、座グリ加工等により段差が設けられており、この領域において平面光波回路基板３２とマウント３４との間に空隙を有する。
可動基板の設置部直下のマウント３４に段差を設け、可動基板とマウント３４との間に空隙を設けることにより、固定基板をマウント３４上に固定した際に可動基板がマウント３４に接触して干渉することを防止できる。このように構成することにより、平面光波回路モジュールを構成する各部品の寸法誤差や平面光波回路甚板のソリなどによって可動部がマウントと干渉する確率が減るので、平面光波回路モジュールを大量生産した際の歩留まりが大幅に向上し、平面光波回路モジュールのコスト削減に有効である。
【００２８】
通常よりソリの大きい平面光波回路基板を用いて、本実施形態に示した可動基板直下に段差を有するマウントを用いた構成の平面光波回路モジュールと、本発明の構成を用いず可動基板直下に段差を有しないマウントを用いた構成の平面光波回路モジュールとを製造し、それぞれの歩留まりを調査した。本実施形態の構成では１００％の歩留まりが得られたのに対し、本発明を用いない構成では７５％の歩留まりに留まった。このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、歩留まりよく信頼性の高い平面光波回路モジュールを提供することができる。
【００２９】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施形態について図４を用いて説明する。
【００３０】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板４１、平面光波回路基板４２、接着剤層４３、充填剤層４４、マウント４５、およびファイバアレイ４６から構成される。平面光波回路基板４１および平面光波回路基板４２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板４１は接着剤層４３によってマウント４５に固定されている。一方、マウント４５の可動基板の設置部、即ち平面光波回路基板４２の設置部直下の領域には、座グリ加工等により段差が設けられている。平面光波回路基板４２とマウント４５との間には充填剤層４４が設けられている。従ってこの構成では、平面光波回路基板４１は固定基板に相当し、平面光波回路基板４２は可動基板に相当する。充填剤層４４を構成するための部材は、例えば軟膏状の熱伝導性樹脂とすることができる（特許文献１参照）。
【００３１】
本構成では可動基板である平面光波回路基板４２直下に流動性を有する充填剤層４４が設けられ、可動基板の移動を制限する構成となっている。従って、充填剤層４４が流動し変形することにより、可動基板の移動が可能である。
【００３２】
例えば平面光波回路モジュールが加熱され、マウント４５が平面光波回路基板４１、４２よりも伸張した場合、マウント４５の伸張による引っ張り応力は充填剤４４を介し可動基板に伝達され、マウント４５の伸張と共に基板を引き伸ばそうとする力が働くが、充填剤に流動性があるため、充填剤の流動変形によりマウント４５から平面光波回路基板４１、４２に伝達される応力は直ちに緩和される。これにより、平面光波回路基板４１、４２はマウントと共に伸張することなく本来の位置に留まる、即ちマウント４５に対して可動である。
【００３３】
このように、充填剤層４４は、熱膨張などの比較的緩やかな変位に対して可動部の移動を妨げるものではないが、一方で平面光波回路モジュールの落下などによって加わる衝撃などの急激な変位に対してはマウント４５に対する可動基板の位置変動を抑制する効果を有する。このため、充填剤層４４を設けることにより衝撃耐性の高い平面光波回路モジュールが実現できる。衝撃力は一般に可動基板の基板サイズが大きいほど大きくなるため、衝撃耐性の向上はより大きなサイズの平面光波回路モジュールを信頼性を低下させることなく製造できることを示している。
【００３４】
本発明の充填剤層を用いた平面光波回路モジュールと、本発明によらず充填剤を用いない構成の平面光波回路モジュールに対し、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸それぞれの方向に５００Ｇの衝繋力を印加する試験を実施し、同一の故障率を確保しうる基板サイズについて調査した。本発明の構成による平面光波回路モジュールでは、本発明によらず充填剤を用いない構成の平面光波回路モジュールに対し、１０倍の大きさに達することを確認した。このことは同時に、同一サイズで比較した場合、本発明の構成による平面光波回路モジュールでは耐衝撃性信頼性が向上していることを意味している。
【００３５】
このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、信頼性を低下させることなく、より大きなサイズの平面光波回路基板を用いた平面光波回路モジュールを実現できる。また、同一サイズの平面光波回路モジュールを製造した場合、耐衝撃性が高くより信頼性の高い平面光波回路モジュールを実現することができる。
【００３６】
（第５実施形態）
本発明の第５の実施形態について図５を用いて説明する。
【００３７】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板５１、平面光波回路基板５２、接着剤層５３、充填剤層５４、弾性接着剤５５、マウント５６、およびファイバアレイ５７から構成される。
【００３８】
平面光波回路基板５１および平面光波回路基板５２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されいる。さらに、平面光波回路基板５１は接着剤層５３によってマウント５６に固定されている。一方、マウント５６の可動基板の設置部、即ち平面光波回路基板５２の設置部直下の領域には、座グリ加工等により段差が設けられている。平面光波回路基板５２とマウント５６との間には充填剤層５４が設けられ、さらに平面光波回路基板５２の４隅は弾性を有する弾性接着剤５５でマウント５６に固定されている。従ってこの構成では、平面光波回路基板５１は固定基板に相当し、平面光波回路基板５２は可動基板に相当する。
【００３９】
本構成では可動基板である平面光波回路基板５２直下に充填剤層５４が設けられ、さらに４隅を弾性接着剤５５で固定し、可動量を制限している。このため、可動基板の移動を制限する構成となっているが、弾性接着剤５５は弾性を有し弾性変形を維持する範囲内での変形が可能であるため、限定された範囲内での可動基板の移動は可能である。従って、熱膨張によって生じる平面光波回路基板５２とマウント５６との間の変移差が弾性接着剤５５の弾性変形が可能な変移量内に設計して平面光波回路モジュールを構成すれば、マウント５６の伸張によって可動基板に印加される応力を緩和することができる。
【００４０】
一方でモジュールの落下などによって加わる衝撃などの急激な変位に対しては第４実施形態で示した充填剤のみ用いる方法と比較して更に高い位置変動の抑制効果を有する。このため、弾性接着剤を用いて接着することによって、更に衝撃耐性の高いモジュールが実現できる。
【００４１】
本発明の弾性接着剤を用いた平面光波回路モジュールと、本発明によらず弾性接着剤を用いない構成のモジュールに対し、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸それぞれの方向に５００Ｇの衝撃力を印加する試験を実施し、故障率を調査したところ、本発明の構成によるモジュールでは、本発明によらず弾性接着剤を用いない構成のモジュールに対し、故障率が１桁低下することを確認した。
【００４２】
このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、耐衝撃性が高くより信頼性の高いモジュールを実現することができる。
【００４３】
（第６実施形態）
本発明の第６の実施形態について図６を用いて説明する。
【００４４】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板６１、平面光波回路基板６２、接着剤層６３、充填剤層６４、弾性接着剤６５、サブマウント６６、べース６７、およびファイバアレイ６８から構成される。
【００４５】
平面光波回路基板６１および平面光波回路基板６２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続され、さらに平面光波回路基板６１は接着剤層６３によってサブマウント６６に固定されている。このサブマウント６６はべース６７にねじ止め固定され、平面光波回路基板６２とべース６７との間には充填剤層６４が設けられ、さらに平面光波回路基板６２の４隅は弾性接着剤６５でべース６７に固定されている。
本構成で、マウントをサブマウント６６とべース６７に分割したことにより、平面光波回路基板６１のマウント上への固定工程と、最終組み立て工程を分離することができ作業性とを大幅に向上できることとなった。また、サブマウント６６とベース６７はそれぞれ別種の材質、別種の部品を選択して構成できるので、例えばべース材としてＳｉと熱膨張係数の近いＣｕタングステン、べースとして価格の安いアルミを用いることにより、マウントの低コスト化が可能である。また、サブマウントとしてヒータ付セラミクス板などの加熱部品を用いることによってアレイ導波路回折格子など熱制御が可能となる。
【００４６】
このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、組立工程が簡便で且つ設計自由度の高い平面光波回路モジュールを実現することができる。
【００４７】
（第７実施形態）
本発明の第７の実施形態について図７を用いて説明する。
【００４８】
本実施形態に係る平面光波回路モジュールは、平面光波回路基板７１、平面光波回路基板７２、接着剤層７３、マウント７４、およびファイバアレイ７５から構成される。
【００４９】
平面光波回路基板７１および平面光波回路基板７２は、光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板７１は接着剤７３によってマウント７４に固定されている。従ってこの構成では、平面光波回路基板７１は固定基板に相当し、平面光波回路基板７２は可動基板に相当する。マウント７４の可動基板設置部、即ち、平面光波回路基板７２設置部直下には座グリ加工等により段差が設けられている。この段差部のエッジは図中拡大図Ａに示すように面取り加工が施されている。
【００５０】
このように、段差部エッジを面取り加工することにより、平面光波回路基板７１、７２をマウント７４上に設置する際、エッジ部との接触などにより平面光波回路基板にマイクロクラックなどのダメージを発生させることがなくなるため、衝撃に対する信頼性が向上する。
【００５１】
実際に本発明の構成の平面光波回路モジュールを製造した際の製造歩留まりを調査したところ、本発明の方法によらない構成の平面光波回路モジュールと比較して高い歩留まりを示すことが確認された。
【００５２】
このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、振動衝撃耐性が高くかつ製造歩留まりの高いモジュールを実現することができる。
【００５３】
（第８実施形態）
本発明の第８の実施形態について図８を用いて説明する。
【００５４】
本実施形態に係る光波回路モジュールは、平面光波回路基板８１、平面光波回路基板８２、接着剤層８３、充填剤層８４、弾性接着剤８５、サブマウント８６、べース８７、およびファイバアレイ８８から構成される。
【００５５】
平面光波回路基板８１および平面光波回路基板８２は光学接着剤を用いて導波路端面で接続されている。さらに、平面光波回路基板８１は接着剤層８３によってサブマウント８６に固定されている。このサブマウント８６はベース８７にねじ止め固定され、平面光波回路基板８２とべース８７との間には充填剤層８４が設けられ、さらに平面光波回路基板８２の４隅は弾性接着剤８５でベース８７に固定されている。図中拡大図Ｂに示すようにサブマウント８６のエッジ部には面取り加工が施されている。
【００５６】
このように、サブマウント８６のエッジを面取り加工することにより、平面光波回路基板をサブマウント８６上に設置する際、エッジ部との接触などにより平面光波回路基板にマイクロクラックなどのダメージを発生させることがなくなるため、衝撃に対する信頼性が向上する。
【００５７】
実際に本発明の構成のモジュールを製造した際の製造歩留まりを調査したところ、本発明の方法によらない構成のモジュールと比較して高い歩留まりを示すことが確認された。
【００５８】
このように、平面光波回路モジュールを本実施形態の構成とすることにより、振動衝撃耐性が高くかつ製造歩留まりの高いモジュールを実現することができる。
【００５９】
なお、上述した実施形態では２つの平面光波回路基板をマウントに固定した例について説明したが、３つ以上の平面光波回路基板がそれぞれ導波路端面を介して接続されたものをマウントに固定した平面光波回路モジュールに本発明を適用することも可能である。この場合、接続された平面光波回路基板のうちの１つはマウント上に固定され、残りの平面光波回路基板はマウント上で可動とすることにより、本発明の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る平面光波回路モジュールを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、４２、５１、５２、６１、６２、７１、７２、８１、８２  平面光波回路基板
１３  固定治具
１４、２４、３４、４５、５６、７４  マウント
１５、２５、３５、４６、５７、６８、７５、８８  ファイバアレイ
２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３  接着剤層
４４、５４、６４、８４  充填剤層
５５  弾性接着剤
６５  弾性接着剤
６６、８６  サブマウント
６７、８７  べース
８５  弾性接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006243391.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006243391.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006243391.tif 000009
【図８】
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