JP7421151B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信で用いられる平面光波路型光デバイスを含む光モジュールに関する。

従来、光通信ネットワークの拡大や柔軟性向上に向け、例えば非特許文献１に開示されているような大規模マトリックス光スイッチが注目されている。このような大規模光スイッチを実現するためには、低伝搬損失である等の光学特性面、及びアレイ化集積が容易である等の作製面において、石英系の平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下、ＰＬＣとする）が適している。

ＰＬＣによる光スイッチは、熱光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計を１つの光スイッチ要素として、これを複数個アレイ状に並設することでマトリックス光スイッチを構成することができる。このようなマッハツェンダ干渉計を含むマトリックス光スイッチに関連する技術は、例えば非特許文献２や非特許文献３に開示されている。以下は、従来のＰＬＣを用いた光スイッチモジュールの基本構成について説明する。

図１は、周知のＰＬＣ１３を用いた光スイッチモジュール１０の基本構成を示した図である。図１（ａ）は、光スイッチモジュール１０の上面図である。図１（ｂ）は、光スイッチモジュール１０の断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すれば、この光スイッチモジュール１０では、デバイス固定用であって、放熱性を有する実装基板１１の一方の主面（上面）に制御基板１２とＰＬＣ１３とが隣接して設けられている。そして、この光スイッチモジュール１０は、制御基板１２の一方の主面（上面）に備えられた複数の電極パッド１２ａとＰＬＣ１３の一方の主面（上面）に備えられた複数の電極パッド１３ａとの対向する組みがボンディングワイヤ１４でそれぞれ接続されて構成される。

このうち、ＰＬＣ１３は、内部にマッハツェンダ干渉計がアレイ状に配置されており、光ファイバ１５と接続可能なチップが用いられている。尚、図１（ａ）に示す光ファイバ１５は、ＰＬＣ１３に対する入出力用のものである。ボンディングワイヤ１４は、導電性を有する金属材料であれば良く、例えば金線を用いる場合を例示できる。制御基板１２は、ＰＬＣ１３に含まれる多数の光スイッチを駆動するための電源やセレクタスイッチ等を含むものであり、ガラスエポキシ樹脂を用いたものが一般的である。この制御基板は電子基板と呼ばれても良い。

図２は、図１（ａ）中のＰＬＣ１３の部分領域Ｅにおける電気配線のレイアウトを示した模式図である。

図２を参照すれば、ＰＬＣ１３の部分領域Ｅには、複数のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の光スイッチ要素１７を含む光導波路と、光スイッチ要素１７の近傍に配置されるヒータ１８に電力供給する電気配線１６と、が含まれている。即ち、ヒータ１８は、マッハツェンダ干渉計の少なくとも１つの光導波路アームに接近する位置の電気配線１６に介在接続されている。このヒータ１８に電力供給することにより、熱光学効果によってマッハツェンダ干渉計の光導波路アームの屈折率が変化し、光の干渉状態が変わる。この結果、光導波路を伝搬する光のＯＮ・ＯＦＦが制御される。マッハツェンダ干渉計は、領域Ｅ２に示されるように、ヒータ１８と共にアレイ状に複数配置されており、ヒータ１８からＰＬＣ１３のチップの端部に並設された電極パッド１３ａまでそれぞれ電気配線１６で接続されている。尚、図２では、電極パッド１３ａに近い電気配線１６の束を領域Ｅ１として示している。

従来では、ＰＬＣ１３の上面の電極パッド１３ａと制御基板１２の上面の電極パッド１２ａとを一対一でボンディングワイヤ１４により接続する必要があるため、電極パッド１３ａをＰＬＣ１３のチップの端部に配置する必要があった。アレイ状に集積する光スイッチ要素１７が増えると、電気配線１６の数も増加し、また電気配線１６のレイアウトも複雑化する。このため、各光スイッチ要素１７のヒータ１８からＰＬＣ１３のチップの端部の電極パッド１３ａまでの電気配線１６を複雑に取り回す必要があり、この電気配線１６がＰＬＣ１３のチップ上で占める面積が増大してしまう。

光スイッチモジュール１０では、大規模化に伴い、特にＰＬＣ１３のチップ内に集積する光スイッチ要素１７の数が増大すると、取り回しする電気配線１６の占有面積が顕著に拡大するため、ＰＬＣ１３のチップの小型化が困難となる。これにより、光スイッチモジュール１０においては、高密度集積化が難しく、高密度集積の構成による光スイッチ要素１７の大規模化が実現し難いという問題がある。また、電気配線１６を複雑に取り回すため、各電気配線１６の長さが光スイッチ要素１７毎に異なる。電気配線１６の長さが異なると、各光スイッチ要素１７の配線抵抗値がばらつく。こうした影響で各光スイッチ要素１７に供給する電力を個別に変える必要があり、制御基板１２の駆動制御が複雑になってしまう。更に、制御基板１２には、各光スイッチ要素１７を個別に駆動するための電源を光スイッチ１７の個数分、搭載する必要があり、制御基板１２が大きくなってしまうという問題もあった。

要するに、大規模な光スイッチモジュール１０を実現するための主要な課題は、ＰＬＣ１３のチップ面内に収容される電気配線１６の領域を削減することである。ところが、集積する光スイッチ要素１７の数が増大すると、上述したように、ＰＬＣ１３のチップ面内に収容して取り回しする電気配線１６の占有面積が顕著に拡大し、係る電気配線１６が光スイッチ要素１７の高密度集積での律速となる。また、電気配線１６によりＰＬＣ１３のチップのサイズが大きくなると、ウエハ１枚から作製可能な光スイッチ要素１７の個数が減り、大規模な光スイッチモジュール１０を実現するための量産性が低減するだけでなく、ＰＬＣ１３のチップがコスト高になる。

そこで、ＰＬＣ１３のチップ内の光スイッチの大規模化を実現するためには、チップの面内に収容される電気配線１６の領域を極力削減し、光スイッチ要素１７を高密度に集積することが重要になる。また、大規模な光スイッチモジュール１０の量産性の向上を図るためには、ＰＬＣ１３のチップ内の電気配線１６の占有面積を削減してＰＬＣ１３のチップを小型化することも重要になる。

ところが、周知の光スイッチモジュール１０では、ＰＬＣ１３のチップ内の電気配線１６の領域を効果的に削減し、チップを小型化するための有効な技術的提案がなされていないのが実情である。

Ｋｅｎ Ｔａｎｉｚａｗａ，Ｋｅｉｊｉｒｏ Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍｕｎｅｈｉｒｏ Ｔｏｙａｍａ，Ｍｉｎｏｒｕ Ｏｈｔｓｕｋａ，Ｎｏｂｕｙｕｋｉ Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｋａｚｕｙｕｋｉ Ｍａｔｓｕｍａｒｏ，Ｍｉｙｏｓｈｉ Ｓｅｋｉ，Ｋｅｉｊｉ Ｋｏｓｈｉｎｏ，Ｔｏｓｈｉｏ Ｓｕｇａｙａ，Ｓａｔｏｓｈｉ Ｓｕｄａ，Ｇｕａｎｇｗｅｉ Ｃｏｎｇ，Ｔｏｓｈｉｏ Ｋｉｍｕｒａ，Ｋａｚｕｈｉｒｏ Ｉｋｅｄａ，Ｓｈｕ Ｎａｍｉｋｉ，ａｎｄ Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｋａｗａｓｈｉｍａ"Ｕｌｔｒａ－ｃｏｍｐａｃｔ ３２×３２ ｓｔｒｉｃｔｌｙ－ｎｏｎ－ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｓｉ－ｗｉｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ ｆａｎ‐ｏｕｔ ＬＧＡ ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ"２０１５，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ.１３,ｐｐ.１７５９９－１７６０６ Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｍ．Ｏｋｕｎｏ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｔ．Ｇｏｈ，Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．Ｙａｓｕ，Ｍ．Ｉｔｏｈ，Ｍ．Ｉｓｈｉｉ，Ｙ．Ｈｉｂｉｎｏ，Ａ．Ｓｕｇｉｔａ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，ａｎｄ Ａ．Ｈｉｍｅｎｏ"Ｓｉｌｉｃａ－Ｂａｓｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－Ｔｙｐｅ １６×１６ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｍｏｄｕｌｅ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ"ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ ２００３，ＶＯＬ．１５，ＮＯ．９ Ｔｏｓｈｉｏ Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｋｅｎｙａ Ｓｕｚｕｋｉ，Ｔａｋａｓｈｉ Ｇｏｈ，Ｋｕｎｉｎｏｒｉ Ｈａｔｔｏｒｉ，Ａｔｓｕｓｈｉ Ｍｏｒｉ，Ｔｅｔｓｕｏ Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｔａｄａｓｈｉ Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｋｅｉｉｃｈｉ Ｍｏｒｉｔａ，Ｓｈｕｎｉｃｈｉ Ｓｏｈｍａ，ａｎｄ Ｓｈｉｎ Ｋａｍｅｉ"Ｃｏｍｐａｃｔ ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｏｒ ｆｏｒ Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ ＲＯＡＤＭ"２０１１，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１１，Ｐａｐｅｒ ＯＴｕＤ３．

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、ＰＬＣのチップ内の電気配線の領域を効果的に削減し、チップを高密度集積が可能な小型化を具現でき、大規模化を有効に図り得る光モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、光モジュールであって、実装基板と、実装基板の一方の主面の上面に実装されると共に、複数の電極パッドを有する少なくとも１つのＰＬＣと、少なくとも１つのＰＬＣを駆動し、少なくとも１つのＰＬＣの上面側と垂直方向で少なくとも一部分が接近して配置されるように実装基板に実装されると共に、当該少なくとも１つのＰＬＣの上面にある複数の電極パッドとそれぞれ一対の組みで接続される複数の電極パッドを有する少なくとも１つの制御基板と、少なくとも１つのＰＬＣの上面にある複数の電極パッドと少なくとも１つの制御基板の上面にある複数の電極パッドとをそれぞれ一対の組みで電気的に接続した複数のボンディングワイヤと、を備えたことを特徴とする。

上記一態様の構成によれば、実装基板の上面に実装されたＰＬＣの上面側と垂直方向で接近して少なくとも一部分が配置される制御基板を実装基板に設けた３次元立体構造としている。これにより、従来のＰＬＣのチップの面内に収容される電気配線をチップ外に取り出し、制御基板との間でワイヤボンディングを適用しての接続が可能となる。この３次元立体構造では、ＰＬＣのチップに制御基板を橋渡すように固定し、ＰＬＣの上面の電極パッドと制御基板の上面の電極パッドとをボンディングワイヤで接続することができる。ＰＬＣの上面方向に接近するように制御基板を固定する際、ＰＬＣの光スイッチ要素の箇所の上部に制御基板が存在しても良い。この結果、ＰＬＣのチップ内の電気配線の領域を効果的に削減し、チップ内の複数の光スイッチ要素を高密度に集積できると共に、チップ面積を削減して小型化を具現でき、光モジュールの大規模化を実現できるため、光通信分野でのデータ通信容量の増大需要に貢献できるようになる。

周知のＰＬＣを用いた光スイッチモジュールの基本構成を示した図である。（ａ）は、光スイッチモジュールの上面図である。（ｂ）は、光スイッチモジュールの断面図である。 図１（ａ）中のＰＬＣの部分領域における電気配線のレイアウトを示した模式図である。 本発明の実施形態１に係るＰＬＣを用いた光スイッチモジュールの基本構成を示した図である。（ａ）は、光スイッチモジュールの上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ方向（ｘ方向）における部分断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ方向（ｙ方向）における側面断面図である。 図３（ａ）中のＰＬＣの部分領域における光回路及び電気回路のレイアウトを示した模式図である。 本発明の実施形態２に係るＰＬＣを用いた光スイッチモジュールの基本構成を図３（ｃ）の場合と同様なｙ方向から示した側面断面図である。（ａ）～（ｃ）は、実施形態１で説明した実装基板へのＰＬＣと制御基板との固定方法をそれぞれ個別に示したものである。 本発明の実施形態３に係るＰＬＣを用いた光スイッチモジュールの基本構成を図３（ａ）の場合と同様な上面方向から示した図である。（ａ）～（ｃ）は、実施形態１で説明したＰＬＣと制御基板との個数及び形状と組み合わせ方とをそれぞれ個別に示したものである。

以下、本発明の幾つかの実施形態に係る光モジュールについて、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図３は、本発明の実施形態１に係るＰＬＣ１３Ａを用いた光スイッチモジュール１０Ａの基本構成を示した図である。図３（ａ）は、光スイッチモジュール１０ａの上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ方向（ｘ方向）における部分断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＩＩＩｃ－ＩＩＩｃ方向（ｙ方向）における側面断面図である。

各図を参照すれば、この光スイッチモジュール１０Ａでは、デバイス固定用であって、放熱性の実装基板１１Ａの一方の主面（以下、上面とする）に平面光波路型光デバイスのＰＬＣ１３Ａが実装されている。このＰＬＣ１３Ａは、チップ化されており、内部にマッハツェンダ干渉計の光スイッチ要素１７を有し、チップには光ファイバ１５が接続されている。ＰＬＣ１３Ａの上面には、複数の電極パッド１３ａが備えられる。光ファイバ１５は、ＰＬＣ１３Ａに対する入出力用のものである。また、この光スイッチモジュール１０Ａでは、ＰＬＣ１３Ａの上面側と垂直方向で接近して少なくとも一部分が配置されるように、略櫛板状の形状の制御基板１２Ａが実装基板１１Ａの上面に実装固定されている。この制御基板１２Ａは、点破線部で示す複数（ここでは総計４つ）の電気配線部１９ａと駆動制御回路部１９ｂとから構成され、各電気配線部１９ａがＰＬＣ１３Ａの上面側と垂直方向で接近される部分となっている。尚、各電気配線部１９ａには、ガラスエポキシ基板を適用するのが好ましい。

即ち、制御基板１２Ａは、同一平面上で各電気配線部１９ａの領域が駆動制御回路部１９ｂの長手方向の一辺側から駆動制御回路部１９ｂの延在方向と垂直な方向へ突出される形状となっている。そして、駆動制御回路部１９ｂが実装基板１１Ａの上面に実装固定される。各電気配線部１９ａは、ＰＬＣ１３Ａ及び駆動制御回路部１９ｂを電気的に接続する役割を担っている。このため、制御基板１２Ａの上面、ここでは各電気配線部１９ａの領域の上面には、複数の電極パッド１２ａが備えられる。そして、光スイッチモジュール１０Ａは、制御基板１２Ａの複数の電極パッド１２ａとＰＬＣ１３Ａの複数の電極パッド１３ａとの対向する組みがボンディングワイヤ１４でそれぞれ接続されて構成される。この制御基板１２Ａの電気配線部１９ａは、複数領域に分かれ、駆動制御回路部１９ｂから突出した形状となっており、それぞれがＰＬＣ１３Ａの上面に近接する形態となっている。尚、制御基板１２Ａとしては、各電気配線部１９ａを囲む複数の端面部の少なくとも一辺近傍に複数の電極パッド１２ａが配列されていれば良いものである。

係る光スイッチモジュール１０Ａでは、実装基板１１Ａの上面に実装されたＰＬＣ１３Ａの上面側と垂直方向で接近して少なくとも一部分が配置されるように制御基板１２Ａを実装基板１１Ａに設けた３次元立体構造としている。これにより、従来のＰＬＣ１３のチップの面内に収容される電気配線をＰＬＣ１３Ａではチップ外に取り出し、制御基板１２Ａとの間でワイヤボンディングを適用しての接続が可能となっている。ここでの３次元立体構造は、ＰＬＣ１３Ａのチップに制御基板１２Ａを橋渡すように固定し、ＰＬＣ１３Ａの上面の電極パッド１３ａと制御基板１２Ａの上面の電極パッド１２ａとをボンディングワイヤ１４で接続するものである。尚、これらの電極パッド１２ａ及び電極パッド１３ａとボンディングワイヤ１４とに関して、接続後の結合部分を全て樹脂２０等で覆うようにし、絶縁及び保護を図ることが好ましい。

即ち、この３次元立体構造では、実装基板１１Ａの上面の端側に段差状の凹部となる座繰り部１１ａが形成されている。そして、制御基板１２Ａの電気配線部１９ａが実装基板１１Ａの座繰り部１１ａの上面（凹部の底面）の方向において、ＰＬＣ１３Ａの表面から離間されるように実装基板１１Ａに実装固定されている。尚、同等な機能の働きを持つ座繰り部は、実装基板１１Ａの上面側の代わりに、制御基板１２Ａの下面側に形成されるようにしても良い。尚、実装基板１１Ａの上面への制御基板１２Ａの固定については、制御基板１２Ａの底面における複数箇所が固定されていれば良いものである。

係る光スイッチモジュール１０Ａを作製する場合、実装基板１１Ａの上面に設けたＰＬＣ１３Ａのチップの上面に対して、制御基板１２Ａを橋渡し、固定する。この後、ＰＬＣ１３Ａの上面の電極パッド１３ａと制御基板１２Ａの上面の電極パッド１２ａとをボンディングワイヤ１４で一対一の組みで接続する。これにより、面型電気接続構造のＰＬＣモジュールを作製することができる。

具体的に云えば、実装基板１１Ａの座繰り部１１ａの上面（凹部の底面）に樹脂や接着剤により接着層２１ｂを形成し、この接着層２１ｂに対してＰＬＣ１３Ａの下面（裏面）側を接着して固定する。接着層２１ｂは、ＰＬＣ１３Ａの下面側に形成しておいても良いし、これらの面の双方に形成しておいても良い。この後、同様に樹脂や接着剤を用いて実装基板１１Ａにおける座繰り部１１ａ周囲の壁部の頂面に接着層２１ａを形成する。そして、制御基板１２Ａの各電気配線部１９ａがＰＬＣ１３Ａの上面側に接近して座繰り部１１ａに橋渡しされるように、制御基板１２Ａの駆動制御回路部１９ｂを実装基板１１Ａの頂面の接着層２１ａに接着して固定する。ここでも、接着層２１ａは、制御基板１２Ａの駆動制御回路部１９ｂの下面側に形成しておいても良いし、これらの面の双方に形成しておいても良い。何れにしても、図３（ａ）に示される接着層２１ａ、２１ｂは、接着後に形状安定した状態を示している。

ここでは、実装基板１１Ａの座繰り部１１ａの深さは、ＰＬＣ１３Ａの厚さよりも深くし、制御基板１２Ａの各電気配線部１９ａの下面（裏面）とＰＬＣ１３Ａの上面（表面）の配線領域とが互いに接触しないようにすることが好ましい。更に、ＰＬＣ１３Ａの上面の電極パッド１３ａと制御基板１２Ａの上面の電極パッド１２ａとをボンディングワイヤ１４で接続する。また、ボンディングワイヤ１４を保護する目的で、ボンディングワイヤ１４の接続部分を含めて樹脂２０で覆っても良い。最後にＰＬＣ１３Ａの端面の入出力部に対し、入力用、出力用の光ファイバ１５を接続し、光スイッチモジュール１０Ａを作製する。

図４は、図３（ａ）中のＰＬＣ１３Ａの部分領域における光回路及び電気回路のレイアウトを示した模式図である。

図４を参照すれば、ＰＬＣ１３Ａの部分領域では、図２の部分領域Ｅと比べると、電気配線１６の占める領域が格段に削減されている。また、電極パッド１３ａがマッハツェンダ干渉計の光スイッチ要素１７の近くに配置され、電気配線１６の取り回しレイアウトが単純化され、各電気配線１６の長さも格段に短くなっている。即ち、ＰＬＣ１３Ａの部分領域では、図２の部分領域Ｅと比べると、電極パッド１３ａをマッハツェンダ干渉計の近くに配置できる。また、ＰＬＣ１３Ａの部分領域では、電気配線１６の長さが部分領域Ｅの場合と比べ、大幅に短くなっており、しかも電気配線１６の長さが光スイッチ要素１７の全部について等しくなっている。これにより、ＰＬＣ１３Ａのチップ面内の電気配線１６を削減でき、チップを小型化することが可能である。また、実装基板１１Ａのサイズについても、小さくすることができる。更に、実施形態１に係る光スイッチモジュール１０Ａは、上述した非特許文献１～３に記載されている一般的な方法を適用して作製することができる。

尚、実施形態１に係る光スイッチモジュール１０Ａでは、制御基板１２Ａの突出した電気配線部１９ａの片側一辺にＰＬＣ１３Ａの電極パッド１３ａが並設された構成を示した。これに代えて、コの字型になっている複数の辺に電極パッド１３ａを並設させても良い。また、橋渡しにする制御基板１２Ａの電気配線部１９ａの個数や制御基板１２Ａの個数、更にＰＬＣ１３Ａのチップの個数も、複数に分割する等、別の構成にすることもできる。即ち、制御基板１２Ａ及びＰＬＣ１３Ａにおける個数と実装基板１１Ａへの固定位置とは、分割して配置される構造を含むものであるが、構成上で応用する具体例については、以下の各実施形態で説明する。

このようにして、作製した光スイッチモジュール１０Ａについて、電気特性を評価したところ、全端子が導通することを確認でき、従来よりも抵抗値のばらつきを抑制できることが判った。抵抗値のばらつきを抑制できた理由は、ワイヤボンディング方式よりも、実施形態１の３次元立体構造を適用した方がＰＬＣ１３Ａのチップ上の電気配線１６の長さのばらつきを抑制できたためである。

また、光スイッチモジュール１０Ａの光学特性を評価したところ、従来のワイヤボンディング方式の光スイッチモジュール１０の場合と同等の透過損失、消光比等が得られることを確認できた。これにより、従来よりもＰＬＣ１３Ａの光スイッチを小型化しても、同等な光学特性が維持されることを確認できた。

以上に説明した光スイッチモジュール１０Ａによれば、上述した３次元立体構造を採用したことにより、ＰＬＣ１３Ａの電気配線をチップ外に取り出し、制御基板１２Ａとの間でボンディングワイヤ１４による接続が可能となる。この結果、ＰＬＣ１３Ａのチップ内の電気配線１６の領域を効果的に削減し、チップ内の複数の光スイッチ要素１７を高密度に集積できると共に、チップ面積を削減して小型化を具現できる。これにより、大規模な光スイッチモジュール１０Ａを実現するための量産性が維持され、ＰＬＣ１３Ａのチップが低コストで得られるようになる。従って、光スイッチモジュール１０Ａの大規模化を有効に実現できるため、光通信分野でのデータ通信容量の増大需要に貢献できる。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係るＰＬＣ１３Ｂを用いた光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３の基本構成を図３（ｃ）の場合と同様なｙ方向から示した側面断面図である。尚、図５（ａ）～図５（ｃ）は、実施形態１で説明した実装基板１１ＡへのＰＬＣ１３Ａと制御基板１２Ａとの固定方法をそれぞれ個別に示したものである。

上述の光スイッチモジュール１０Ａでは、図３（ｃ）に示したように、実装基板１１Ａに座繰り部１１ａを形成し、制御基板１２Ａの片側（駆動制御回路部１９ｂの底面のみ）を座繰り部１１ａ周辺の実装基板１１Ａの頂面に接着させた。図５（ａ）に示される光スイッチモジュール１０Ｂ－１の場合には、制御基板１２Ｂ－１の両方（駆動制御回路部１９ｂ及び電気配線部１９ａ）の下面（底面）側も実装基板１１Ｂ－１に接着するように接着層２１ａで固定したものである。尚、ここでも、実装基板１１Ｂ－１には、座繰り部１１ｂが設けられ、座繰り部１１ｂの上面（凹部の底面）とＰＬＣ１３Ｂの下面（裏面）とが接着層２１ｂにより接着固定されている。

制御基板１２Ｂ－１と実装基板１１Ｂ－１との固定方法は任意であるが、接着剤や樹脂を用いて接着層２１ａで固定した上、ネジ２２を用いて固定する構造を例示できる。また、実装基板１１Ｂ－１に設ける座繰り部１１ｂは、機械加工で形成しても良いし、土台となる平板上にスペーサとしての平板を重ねることによって構成しても良い。尚、ＰＬＣ１３Ｂの上面と制御基板１２Ｂ－１との底面は触れ合っても構わないが、ＰＬＣ１３Ｂの上面の破損や放熱の観点からは、触れ合わないことが望ましい。

このように、制御基板１２Ｂ－１の複数箇所を（各電気配線部１９ａにより）接地するように固定すれば、制御基板１２Ｂ－１の浮きを安定させることができる。これにより、ボンディングワイヤ１４に加えられる上下方向の応力の影響が抑えられ、ボンディングワイヤ１４の機械強度を高められる。

また、図５（ｂ）に示される光スイッチモジュール１０Ｂ－２の場合、実装基板１１Ｂ－２側でなく、制御基板１２Ｂ－２の側に座繰り部１２ｂを形成したものである。ここでは、図５（ａ）の場合のようにＰＬＣ１３Ｂの厚さ方向の片面が実装基板１１Ｂ－１の座繰り部１１ｂの壁面に接触する構成でなく、ＰＬＣ１３Ｂの厚さ方向の両端面が制御基板１２Ｂ－２の座繰り部１２ｂの壁面と離間して配置されている。このため、実装基板１１Ｂ－２及び制御基板１２Ｂ－２を接着する接着層２１ａと実装基板１１Ｂ－２及びＰＬＣ１３Ｂを接着する接着層２１ｂとが同一平面上で区別されるようになっている。その他の構成は、ネジ２２に幾分長尺なタイプを使用している以外、図５（ａ）に示される構成と同じである。

更に、図５（ｃ）に示される光スイッチモジュール１０Ｂ－３の場合、図３（ｃ）に示される構成を基本とし、図５（ｂ）の場合と同様な接着方法、及びネジ２２による固定を座繰り部１１ｃと離間された側のみに適用したものである。尚、ここでの座繰り部１１ｃは、実装基板１１Ｂ－３側でなく、制御基板１２Ｂ－３側に設けられている。ここでも、実装基板１１Ｂ－３及びＰＬＣ１３Ｂを接着する接着層２１ｂとこれに対して同一平面上で区別される実装基板１１Ｂ－３及び制御基板１２Ｂ－３を接着する接着層２１ａとが存在する。

このように、実装基板１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３に対するＰＬＣ１３Ｂ及び制御基板１２Ｂ－１、１２Ｂ－２、１２Ｂ－３の固定は任意に行うことができる。何れにしても、上記のように固定された制御基板１２Ｂ－１、１２Ｂ－２、１２Ｂ－３の上面の電極パッド１２ａとＰＬＣ１３Ｂの上面の電極パッド１３ａとをそれぞれボンディングワイヤ１４で電気的に接続する。これにより、３次元立体構造の光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３を構成できる。ＰＬＣ１３Ｂの光スイッチ素子１７の構成や電気配線１６のレイアウト等、その他の細部構成は、実施形態１で説明した場合と同様である。即ち、実施形態２の光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３においても、ＰＬＣ１３Ｂのマッハツェンダ干渉計の近傍に電極パッド１３ａを配置することができるので、電気配線１６の領域を削減することができ、ＰＬＣ１３Ｂのチップサイズの小型化が可能になる。

この結果、光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３においても、実施形態１で図４を参照して説明したように、電気配線１６の領域の削減、ＰＬＣ１３Ｂのチップ面積を削減しての小型化や光スイッチ要素１７の高密度集積化が可能になる。これにより、大規模な光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３を実現するための量産性が維持され、ＰＬＣ１３Ｂのチップが低コストで得られるようになる。従って、光スイッチモジュール１０Ｂ－１、１０Ｂ－２、１０Ｂ－３の大規模化を有効に実現できるため、光通信分野でのデータ通信容量の増大需要に貢献できる。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係るＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２を用いた光スイッチモジュール１０Ｃ－１、１０Ｃ－２、１０Ｃ－３の基本構成を図３（ａ）の場合と同様な上面方向から示した図である。図６（ａ）～図６（ｃ）は、実施形態１で説明したＰＬＣ１３Ａと制御基板１２Ａとの個数及び形状と組み合わせ方とをそれぞれ個別に示したものである。

実施形態１に係る光スイッチモジュール１０Ａにおいて、ＰＬＣ１３Ａのチップは、１チップに限らず、複数枚含まれた構成にしても良い。同様に制御基板１２Ａについても、複数に分かれていても良い。突出した形状の電気配線部１９ａの個数及び寸法と形状とは任意に設定できる。駆動制御回路部１９ｂの個数も任意にできる。また、１モジュール内に異なる形状のＰＬＣ１３Ａや制御基板１２Ａが含まれていても良い。更に、ＰＬＣ１３Ａは、複数設けられる場合、異なる機能を有するものを含んでいても良い。

図６（ａ）に示される光スイッチモジュール１０Ｃ－１の場合、実装基板１１Ｃ－１の上面に一対のＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２が並行して実装されている。そして、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面に制御基板１２Ｃの駆動制御回路部１９ｂから同一平面上で垂直方向に延在する一対の電気配線部１９ａを橋渡すように固定している。図６（ａ）では、制御基板１２ＣのＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面に橋渡されない領域が駆動制御回路部１９ｂとなっている。

図６（ｂ）に示される光スイッチモジュール１０Ｃ－２の場合、実装基板１１Ｃ－２の上面に一対のＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２が並行して実装されている点は、図６（ａ）の場合と同じである。ここでは、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面の左側領域について、略コの字状の一対の制御基板１２Ｃ－１、１２Ｃ－２の一対の腕部の電気配線部１９ａを橋渡すように固定している。また、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面の右側領域について、一つの別の長板状の制御基板１２Ｃ－３の左側領域の電気配線部１９ａを橋渡すように固定している。図６（ｂ）では、制御基板１２Ｃ－１、１２Ｃ－２、１２Ｃ－３の橋渡されていない領域がそれぞれ駆動制御回路部１９ｂとなっている。尚、一対の制御基板１２Ｃ－１、１２Ｃ－２の形状については、略中央部分から外周部一辺側にかけて切り抜かれた略コの字状の形状とみなせる。

図６（ｃ）に示される光スイッチモジュール１０Ｃ－３の場合、実装基板１１Ｃ－３の上面に一対のＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２が並行して実装されている点は、図６（ａ）の場合と同じである。ここでは、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面の略中央部分の略コの字状領域について、枠板状の制御基板１２Ｃ－４の上側領域の大部分の電気配線部１９ａを橋渡すように固定している。図６（ｃ）では、制御基板１２Ｃ－４の橋渡されていない領域が駆動制御回路部１９ｂとなっている。尚、制御基板１２Ｃ－４の形状は、中央部分が切り抜かれた枠板状の形状とみなせる。

実施形態３に係る光スイッチモジュール１０Ｃ－１、１０Ｃ－２、１０Ｃ－３では、その他の細部構成が実施形態１の光スイッチモジュール１０Ａと同様になっている。即ち、実施形態３の光スイッチモジュール１０Ｃ－１、１０Ｃ－２、１０Ｃ－３の何れの構成においても、制御基板１２Ｃ、１２Ｃ－１、１２Ｃ－２、１２Ｃ－３、１２Ｃ－４の電気配線部１９ａの複数の端面部に電極パッド１２ａを配置することができる。そして、電極パッド１２ａとＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２の上面の電極パッド１３ａとをボンディングワイヤ１４により電気的に接続する。これにより、３次元立体構造の光スイッチモジュール１０Ｃ－１、１０Ｃ－２、１０Ｃ－３を構成できる。ここでも、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２のマッハツェンダ干渉計の近傍に電極パッド１３ａを配置できるので、電気配線１６の領域を削減することができ、ＰＬＣ１３Ｃ－１、１３Ｃ－２のチップサイズの小型化が可能になる。

この結果、光スイッチモジュール１０Ｃ－１、１０Ｃ－２、１０Ｃ－３においても、実施形態１で図４を参照して説明したように、電気配線１６の領域の削減、ＰＬＣ１３Ａ－１、１３Ａ－２のチップ面積を削減しての小型化や光スイッチ要素１７の高密度集積化が可能になる。これにより、大規模な光スイッチモジュール１０Ｃを実現するための量産性が維持され、ＰＬＣ１３Ａ－１、１３Ａ－２のチップが低コストで得られるようになる。従って、光スイッチモジュール１０Ｃの大規模化を有効に実現できるため、光通信分野でのデータ通信容量の増大需要に貢献できる。

尚、以上に説明した各実施形態について、制御基板には、一般的なプリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）を用いる場合を例示できる。プリント回路基板の材料は、紙、フェルール、及びガラスエポキシ等を任意に選定できる他、フレキシブル配線板を用いることも可能である。フレキシブル配線板を用いた場合には、加工自由度が高く、切り抜き構造を作成し易いため、特に光スイッチモジュール１０Ｃ－２、１０Ｃ－３の構成には好適である。プリント回路基板は、ワイヤボンディングでの熱膨張時のＰＬＣと制御基板との位置ずれや応力を緩和できるため、ＰＬＣと制御基板との熱膨張係数が異なっていても良い。また、ＰＬＣは、石英に限らず、ＳｉＰｈ（シリコンフォトニクス）等を適用しても良い。更に、制御基板とＰＬＣとにおける個数、及び形状と実装基板への固定位置とは、任意に設定することができる。

何れにしても、各実施形態で説明した光スイッチモジュールの構成を採用すれば、電極パッドの配置の自由度が増し、取り回し電極配線を削減することができるため、光スイッチ要素の集積度が増して大規模光スイッチモジュールを実現できる。また、ＰＬＣのチップサイズも小さくなり、低コスト化が可能となる。尚、各実施形態で説明した光スイッチモジュールにおける電気実装方式は、光スイッチ要素のみに限らず、電気駆動を必要とする光モジュールへ応用することが可能である。換言すれば、各実施形態で説明した光スイッチモジュールは、ＰＬＣが光スイッチ要素の構造を有するが、少なくとも１つのＰＣＬをＰＣＬ型光デバイスとみなして電気実装方式を適用した構成では、光モジュールとみなすことができる。

尚、その他の事項として、ＰＬＣの電気配線の領域を極力削減し、ＰＬＣのチップを小型化した利点は、幾つか挙げることができる。第１の利点は、大規模な光スイッチ要素を構成できることである。第２の利点は、ＰＬＣのチップ小型化が可能であれば、１枚のウエハから作製できるチップ数が増えるため、チップを低コストにできると共に、量産性が向上することである。第３の利点は、各光スイッチ要素に接続されている電気配線の長さを揃えることができるため、配線抵抗値のばらつきを減らすことができることである。例えば、図４を参照して説明したように、上下方向に電気接続すると、電気配線の長さが短くなると共に、電極パッドの配置の自由度が増すため、各配線の長さを揃えることが可能である。これにより、位相シフタ駆動時の抵抗値がほぼ等しくなり、全位相シフタを定電圧で駆動することが可能となる。この結果、光スイッチ要素の制御が簡易化され、電源制御基板の簡易化及び小型化が可能となる。

Claims (7)

1. 光モジュールであって、
   実装基板と、
   前記実装基板の一方の主面の上面に実装されると共に、複数の電極パッドを有する少なくとも１つの平面光波回路と、
   前記少なくとも１つの平面光波回路を駆動し、前記少なくとも１つの平面光波回路の上面側と垂直方向で接近して少なくとも一部分が配置されるように前記実装基板に実装されると共に、当該少なくとも１つの平面光波回路の上面にある前記複数の電極パッドとそれぞれ一対の組みで接続される複数の電極パッドを有する少なくとも１つの制御基板あって、前記少なくとも１つの制御基板は、
   前記実装基板に実装されて前記少なくとも１つの平面光波回路を駆動するための駆動制御回路部と、前記少なくとも１つの制御基板の前記少なくとも一部分に対応し、前記少なくとも１つの平面光波回路及び前記駆動制御回路部を電気的に接続する電気配線部と、を備えて構成されており、
   前記電気配線部は、複数領域に分かれ、前記駆動制御回路部から突出した形状となっており、且つ前記少なくとも１つの平面光波回路の上面に近接し、
   前記少なくとも１つの平面光波回路の上面にある前記複数の電極パッドと前記少なくとも１つの制御基板の上面にある前記複数の電極パッドとをそれぞれ一対の組みで電気的に接続した複数のボンディングワイヤと、を備えた
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記少なくとも１つの制御基板は、前記電気配線部を囲む複数の端面部の少なくとも一辺近傍に前記複数の電極パッドが配列されている
   ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記少なくとも１つの制御基板の前記電気配線部は、前記実装基板の上面の方向において、前記少なくとも１つの平面光波回路の上面から離間されるように当該実装基板に対して実装固定されている
   ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
4. 前記実装基板の上面側又は前記少なくとも１つの制御基板の下面側には、前記少なくとも１つの平面光波回路の表面から当該制御基板が離間されるように少なくとも１つの座繰り部が形成されている
   ことを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
5. 前記実装基板の上面への前記少なくとも１つの制御基板の固定を当該制御基板の底面における複数箇所で行っている
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 前記少なくとも１つの制御基板は、中央部分及び外周部の少なくとも一方が切り抜かれた形状を有し、前記少なくとも１つの平面光波回路と上面方向に隣接する部分の少なくとも一辺の端部には、複数の電極パッドが設けられた
   ことを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記少なくとも１つの平面光波回路は、並列に配置された２以上の平面光波回路であり、
   前記少なくとも１つの制御基板の形状は、前記少なくとも１つの平面光波回路の形状と同一でなく、
   前記少なくとも１つの制御基板は、前記少なくとも１つの制御基板の延伸方向に垂直に延伸する部分を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。

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