WO2021250760A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2021250760A1
WO2021250760A1 PCT/JP2020/022591 JP2020022591W WO2021250760A1 WO 2021250760 A1 WO2021250760 A1 WO 2021250760A1 JP 2020022591 W JP2020022591 W JP 2020022591W WO 2021250760 A1 WO2021250760 A1 WO 2021250760A1
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WO
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control board
plc
optical switch
light wave
planar light
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Application number
PCT/JP2020/022591
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English (en)
French (fr)
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藍 柳原
賢哉 鈴木
隆司 郷
慶太 山口
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2020/022591 priority patent/WO2021250760A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to an optical module including a planar optical waveguide type optical device used in optical communication.
  • Non-Patent Document 1 a large-scale matrix optical switch as disclosed in Non-Patent Document 1 has been attracting attention in order to expand the optical communication network and improve its flexibility.
  • a quartz-based planar lightwave circuit (Planar Lightwave Circuit) is used in terms of optical characteristics such as low propagation loss and manufacturing surface such as easy array integration.
  • PLC Planar Lightwave Circuit
  • the optical switch by PLC can be configured as a matrix optical switch by arranging a plurality of Machzenda interferometers using thermo-optical effect as one optical switch element in an array.
  • Techniques related to matrix optical switches including such a Mach-Zehnder interferometer are disclosed in, for example, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3. The following describes the basic configuration of the optical switch module using the conventional PLC.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical switch module 10 using a well-known PLC13.
  • FIG. 1A is a top view of the optical switch module 10.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the optical switch module 10.
  • the control board 12 is attached to one main surface (upper surface) of the mounting board 11 which is for fixing a device and has heat dissipation. It is provided adjacent to the PLC 13.
  • the optical switch module 10 includes a plurality of electrode pads 12a provided on one main surface (upper surface) of the control board 12 and a plurality of electrode pads 13a provided on one main surface (upper surface) of the PLC 13. The opposing sets are connected by bonding wires 14 to each other.
  • the PLC13 has Mach-Zehnder interferometers arranged in an array inside, and a chip that can be connected to the optical fiber 15 is used.
  • the optical fiber 15 shown in FIG. 1A is for input / output to the PLC 13.
  • the bonding wire 14 may be any metal material having conductivity, and for example, a case where a gold wire is used can be exemplified.
  • the control board 12 includes a power supply, a selector switch, and the like for driving a large number of optical switches included in the PLC 13, and is generally made of a glass epoxy resin. This control board may be called an electronic board.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the layout of the electrical wiring in the partial region E of the PLC 13 in FIG. 1 (a).
  • the partial region E of the PLC 13 supplies power to the optical waveguide including the optical switch elements 17 of the plurality of Mach-Zehnder interferometers (MZI) and the heater 18 arranged in the vicinity of the optical switch elements 17.
  • the electrical wiring 16 and the like are included. That is, the heater 18 is intervened and connected to the electrical wiring 16 at a position close to at least one optical waveguide arm of the Mach-Zehnder interferometer.
  • the refractive index of the optical waveguide arm of the Mach-Zehnder interferometer changes due to the thermo-optical effect, and the interference state of light changes. As a result, ON / OFF of the light propagating through the optical waveguide is controlled.
  • a plurality of Mach-Zehnder interferometers are arranged in an array together with the heater 18, and are connected by electric wiring 16 from the heater 18 to the electrode pads 13a arranged side by side at the end of the chip of the PLC 13. ing.
  • the bundle of the electric wiring 16 close to the electrode pad 13a is shown as the region E1.
  • the occupied area of the electrical wiring 16 to be routed increases remarkably, so that the chip of the PLC 13 becomes smaller. It becomes difficult to convert.
  • the electric wiring 16 is handled in a complicated manner, the length of each electric wiring 16 is different for each optical switch element 17. If the length of the electric wiring 16 is different, the wiring resistance value of each optical switch element 17 varies.
  • control board 12 Due to these effects, it is necessary to individually change the electric power supplied to each optical switch element 17, and the drive control of the control board 12 becomes complicated. Further, the control board 12 needs to mount as many power supplies as the number of optical switches 17 for individually driving each optical switch element 17, and there is a problem that the control board 12 becomes large.
  • the main task for realizing a large-scale optical switch module 10 is to reduce the area of the electrical wiring 16 accommodated in the chip surface of the PLC 13.
  • the number of the optical switch elements 17 to be integrated increases, as described above, the occupied area of the electric wiring 16 accommodated and handled in the chip surface of the PLC 13 is remarkably increased, and the electric wiring 16 is the optical switch element. It is the rate-determining factor in the high-density accumulation of 17.
  • the size of the chip of the PLC 13 is increased by the electric wiring 16, the number of optical switch elements 17 that can be manufactured from one wafer is reduced, and the mass productivity for realizing the large-scale optical switch module 10 is only reduced.
  • the cost of the PLC13 chip is high.
  • An object of the embodiment according to the present invention is an optical module that can effectively reduce the area of electrical wiring in a PLC chip, realize miniaturization that enables high-density integration of chips, and can effectively increase the scale. Is to provide.
  • one aspect of the present invention is an optical module, the mounting substrate and at least one PLC mounted on the upper surface of one main surface of the mounting substrate and having a plurality of electrode pads.
  • a plurality of PLCs mounted on a mounting board such that at least one PLC is driven and at least a part thereof is arranged in close proximity to the upper surface side of the at least one PLC in a direction perpendicular to the upper surface side of the at least one PLC.
  • At least one control board having a plurality of electrode pads connected to the electrode pads in a pair, a plurality of electrode pads on the upper surface of the at least one PLC, and a plurality of electrode pads on the upper surface of the at least one control board. It is characterized in that it is provided with a plurality of bonding wires, each of which is electrically connected in a pair.
  • the mounting board has a three-dimensional structure in which a control board is provided on the mounting board so as to be vertically close to the upper surface side of the PLC mounted on the upper surface of the mounting board and at least a part thereof is arranged.
  • the electrical wiring housed in the plane of the conventional PLC chip can be taken out of the chip and connected to the control board by applying wire bonding.
  • the control substrate is fixed to the PLC chip so as to bridge it, and the electrode pad on the upper surface of the PLC and the electrode pad on the upper surface of the control substrate can be connected by a bonding wire.
  • the control board When fixing the control board so as to approach the upper surface of the PLC, the control board may be present above the position of the optical switch element of the PLC.
  • the area of electrical wiring in the chip of the PLC can be effectively reduced, multiple optical switch elements in the chip can be integrated at high density, and the chip area can be reduced to realize miniaturization of the optical module. Since it is possible to realize a large scale, it will be possible to contribute to the increasing demand for data communication capacity in the optical communication field.
  • FIG. 1 It is a figure which showed the basic structure of the optical switch module using a well-known PLC.
  • A is a top view of the optical switch module.
  • B is a cross-sectional view of an optical switch module. It is a schematic diagram which showed the layout of the electric wiring in the part region of PLC in FIG. 1 (a). It is a figure which showed the basic structure of the optical switch module which used the PLC which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • A) is a top view of the optical switch module.
  • (B) is a partial cross-sectional view of (a) in the IIIb-IIIb direction (x direction).
  • C) is a side sectional view of (a) in the IIIc-IIIc direction (y direction).
  • FIG. 3 is a side sectional view showing a basic configuration of an optical switch module using a PLC according to a second embodiment of the present invention from the y direction as in the case of FIG. 3 (c).
  • (A) to (c) individually show the method of fixing the PLC and the control board to the mounting board described in the first embodiment.
  • (A) to (c) individually show the number, shape, and combination method of the PLC and the control board described in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of an optical switch module 10A using the PLC 13A according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a top view of the optical switch module 10a.
  • FIG. 3B is a partial cross-sectional view of FIG. 3A in the IIIb-IIIb direction (x direction).
  • FIG. 3 (c) is a side sectional view of FIG. 3 (a) in the IIIc-IIIc direction (y direction).
  • the planar optical waveguide type optical device PLC13A is mounted on one main surface (hereinafter referred to as the upper surface) of the heat-dissipating mounting substrate 11A for fixing the device.
  • the PLC 13A is chipped, has an optical switch element 17 of a Mach-Zehnder interferometer inside, and an optical fiber 15 is connected to the chip.
  • a plurality of electrode pads 13a are provided on the upper surface of the PLC 13A.
  • the optical fiber 15 is for input / output to the PLC 13A.
  • a control board 12A having a substantially comb plate shape is mounted and fixed on the upper surface of the mounting board 11A so that at least a part of the optical switch module 10A is arranged so as to be vertically close to the upper surface side of the PLC 13A.
  • the control board 12A is composed of a plurality of (here, a total of four) electric wiring units 19a and drive control circuit units 19b indicated by the dotted broken lines, and each electric wiring unit 19a approaches the upper surface side of the PLC 13A in the vertical direction. It is the part to be done. It is preferable to apply a glass epoxy substrate to each electrical wiring portion 19a.
  • control board 12A has a shape in which the region of each electrical wiring unit 19a protrudes from one side in the longitudinal direction of the drive control circuit unit 19b in a direction perpendicular to the extending direction of the drive control circuit unit 19b on the same plane. It has become. Then, the drive control circuit unit 19b is mounted and fixed on the upper surface of the mounting board 11A. Each electrical wiring unit 19a plays a role of electrically connecting the PLC 13A and the drive control circuit unit 19b. Therefore, a plurality of electrode pads 12a are provided on the upper surface of the control board 12A, here, on the upper surface of the region of each electrical wiring portion 19a.
  • the optical switch module 10A is configured by connecting a plurality of electrode pads 12a of the control board 12A and a plurality of electrode pads 13a of the PLC 13A so as to face each other by bonding wires 14.
  • the electrical wiring portion 19a of the control board 12A is divided into a plurality of regions and has a shape protruding from the drive control circuit portion 19b, each of which is in a form close to the upper surface of the PLC 13A.
  • the control board 12A may have a plurality of electrode pads 12a arranged in the vicinity of at least one side of the plurality of end face portions surrounding each electrical wiring portion 19a.
  • the control board 12A is provided on the mounting board 11A as a three-dimensional structure so that at least a part of the control board 12A is arranged vertically close to the upper surface side of the PLC 13A mounted on the upper surface of the mounting board 11A.
  • the electrical wiring housed in the plane of the conventional PLC13 chip can be taken out of the chip in the PLC13A and connected to the control board 12A by applying wire bonding.
  • the three-dimensional structure here is one in which the control board 12A is fixed so as to bridge the chip of the PLC 13A, and the electrode pad 13a on the upper surface of the PLC 13A and the electrode pad 12a on the upper surface of the control board 12A are connected by a bonding wire 14. Is. With respect to these electrode pads 12a, electrode pads 13a, and bonding wires 14, it is preferable to cover all the bonded portions after connection with resin 20 or the like for insulation and protection.
  • a counterbore portion 11a which is a stepped recess, is formed on the end side of the upper surface of the mounting substrate 11A. Then, the electrical wiring portion 19a of the control board 12A is mounted and fixed to the mounting board 11A so as to be separated from the surface of the PLC 13A in the direction of the upper surface (bottom surface of the recess) of the countersunk portion 11a of the mounting board 11A.
  • the counterbore portion having the same function may be formed on the lower surface side of the control board 12A instead of the upper surface side of the mounting board 11A. Regarding the fixing of the control board 12A to the upper surface of the mounting board 11A, it is sufficient that a plurality of points on the bottom surface of the control board 12A are fixed.
  • the control board 12A When manufacturing the optical switch module 10A, the control board 12A is bridged and fixed to the upper surface of the chip of the PLC 13A provided on the upper surface of the mounting board 11A. After that, the electrode pad 13a on the upper surface of the PLC 13A and the electrode pad 12a on the upper surface of the control board 12A are connected by a bonding wire 14 in a one-to-one combination. This makes it possible to manufacture a PLC module having a planar electrical connection structure.
  • an adhesive layer 21b is formed on the upper surface (bottom surface of the recess) of the countersunk portion 11a of the mounting substrate 11A with a resin or an adhesive, and the lower surface (back surface) side of the PLC 13A is bonded to the adhesive layer 21b. And fix it.
  • the adhesive layer 21b may be formed on the lower surface side of the PLC 13A, or may be formed on both of these surfaces.
  • the adhesive layer 21a is similarly formed on the top surface of the wall portion around the countersunk portion 11a in the mounting substrate 11A by using a resin or an adhesive.
  • the drive control circuit portion 19b of the control board 12A is attached to the adhesive layer on the top surface of the mounting board 11A so that each electrical wiring portion 19a of the control board 12A approaches the upper surface side of the PLC 13A and is bridged to the counterbore portion 11a.
  • the adhesive layer 21a may be formed on the lower surface side of the drive control circuit unit 19b of the control board 12A, or may be formed on both of these surfaces. In any case, the adhesive layers 21a and 21b shown in FIG. 3A show a stable shape after adhesion.
  • the depth of the countersunk portion 11a of the mounting board 11A is deeper than the thickness of the PLC13A, and the lower surface (back surface) of each electrical wiring portion 19a of the control board 12A and the wiring region of the upper surface (front surface) of the PLC 13A are formed. It is preferable not to touch each other.
  • the electrode pad 13a on the upper surface of the PLC 13A and the electrode pad 12a on the upper surface of the control board 12A are connected by the bonding wire 14. Further, for the purpose of protecting the bonding wire 14, the bonding portion of the bonding wire 14 may be covered with the resin 20.
  • the optical fiber 15 for input and output is connected to the input / output unit on the end face of the PLC 13A to manufacture the optical switch module 10A.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the layout of an optical circuit and an electric circuit in a partial region of PLC13A in FIG. 3A.
  • the region occupied by the electric wiring 16 is significantly reduced as compared with the partial region E of FIG.
  • the electrode pad 13a is arranged near the optical switch element 17 of the Mach-Zehnder interferometer, the layout of the electrical wiring 16 is simplified, and the length of each electrical wiring 16 is remarkably shortened. That is, in the partial region of the PLC 13A, the electrode pad 13a can be arranged closer to the Mach-Zehnder interferometer than in the partial region E of FIG. Further, in the partial region of the PLC 13A, the length of the electric wiring 16 is significantly shorter than that in the case of the partial region E, and the length of the electric wiring 16 is the same for all of the optical switch elements 17.
  • the optical switch module 10A according to the first embodiment can be manufactured by applying the general method described in the above-mentioned non-patent documents 1 to 3.
  • the electrode pads 13a of the PLC 13A are arranged side by side on one side of the protruding electrical wiring portion 19a of the control board 12A.
  • the electrode pads 13a may be arranged side by side on a plurality of U-shaped sides.
  • the number of electrical wiring portions 19a of the control board 12A to be bridged, the number of control boards 12A, and the number of chips of the PLC 13A can be divided into a plurality of different configurations. That is, the number of the control boards 12A and the PLC 13A and the fixed positions on the mounting board 11A include a structure in which they are arranged separately, but specific examples applied in the configuration will be described in the following embodiments. ..
  • the electrical characteristics of the optical switch module 10A manufactured in this way were evaluated, it was confirmed that all the terminals were conducting, and it was found that the variation in resistance value could be suppressed more than before.
  • the reason why the variation in the resistance value could be suppressed is that the variation in the length of the electric wiring 16 on the chip of the PLC 13A could be suppressed by applying the three-dimensional structure of the first embodiment rather than the wire bonding method.
  • optical switch module 10A when the optical characteristics of the optical switch module 10A were evaluated, it was confirmed that the same transmission loss, extinction ratio, etc. as in the case of the conventional wire bonding type optical switch module 10 could be obtained. As a result, it was confirmed that the same optical characteristics are maintained even if the optical switch of the PLC13A is made smaller than before.
  • the electrical wiring of the PLC 13A can be taken out of the chip and connected to the control board 12A by the bonding wire 14. ..
  • the area of the electric wiring 16 in the chip of the PLC 13A can be effectively reduced, a plurality of optical switch elements 17 in the chip can be integrated at high density, and the chip area can be reduced to realize miniaturization.
  • mass productivity for realizing a large-scale optical switch module 10A is maintained, and a chip of PLC13A can be obtained at low cost. Therefore, since the scale of the optical switch module 10A can be effectively increased, it is possible to contribute to the demand for increasing the data communication capacity in the optical communication field.
  • FIG. 5 shows a side view showing the basic configuration of the optical switch modules 10B-1, 10B-2, and 10B-3 using the PLC 13B according to the second embodiment of the present invention from the same y direction as in the case of FIG. 3C. It is a cross-sectional view. 5 (a) to 5 (c) individually show the method of fixing the PLC 13A and the control board 12A to the mounting board 11A described in the first embodiment.
  • a counterbore portion 11a is formed on the mounting board 11A, and one side of the control board 12A (only the bottom surface of the drive control circuit unit 19b) is a counterbore portion. It was adhered to the top surface of the mounting substrate 11A around 11a.
  • the optical switch module 10B-1 shown in FIG. 5A the lower surface (bottom surface) side of both of the control boards 12B-1 (drive control circuit section 19b and electrical wiring section 19a) is also mounted board 11B-1. It is fixed by the adhesive layer 21a so as to be adhered to.
  • the countersunk portion 11b is provided on the mounting substrate 11B-1, and the upper surface (bottom surface of the recess) of the countersunk portion 11b and the lower surface (back surface) of the PLC 13B are adhesively fixed by the adhesive layer 21b. ..
  • the fixing method of the control board 12B-1 and the mounting board 11B-1 is arbitrary, but a structure in which the control board 12B-1 and the mounting board 11B-1 are fixed by the adhesive layer 21a using an adhesive or a resin and then fixed by a screw 22 can be exemplified.
  • the countersunk portion 11b provided on the mounting substrate 11B-1 may be formed by machining, or may be configured by superimposing a flat plate as a spacer on a flat plate as a base.
  • the upper surface of the PLC 13B and the bottom surface of the control board 12B-1 may touch each other, but it is desirable that the upper surface of the PLC 13B does not touch the bottom surface from the viewpoint of damage and heat dissipation.
  • the counterbore portion 12b is formed not on the mounting board 11B-2 side but on the control board 12B-2 side.
  • one side of the PLC 13B in the thickness direction is not in contact with the wall surface of the countersunk portion 11b of the mounting board 11B-1, but both end surfaces of the PLC 13B in the thickness direction are controlled. It is arranged apart from the wall surface of the counterbore portion 12b of the substrate 12B-2. Therefore, the adhesive layer 21a for adhering the mounting substrate 11B-2 and the control substrate 12B-2 and the adhesive layer 21b for adhering the mounting substrate 11B-2 and the PLC 13B are distinguished on the same plane.
  • Other configurations are the same as those shown in FIG. 5 (a), except that a slightly longer type is used for the screw 22.
  • the configuration shown in FIG. 3 (c) is basically used, the same bonding method as in the case of FIG. 5 (b), and fixing with screws 22. Is applied only to the side separated from the counterbore portion 11c.
  • the counterbore portion 11c here is provided not on the mounting board 11B-3 side but on the control board 12B-3 side.
  • the PLC13B and the control boards 12B-1, 12B-2, 12B-3 can be arbitrarily fixed to the mounting boards 11B-1, 11B-2, 11B-3.
  • the electrode pad 12a on the upper surface of the control boards 12B-1, 12B-2, 12B-3 fixed as described above and the electrode pad 13a on the upper surface of the PLC 13B are electrically connected by the bonding wire 14, respectively. do.
  • Other detailed configurations such as the configuration of the optical switch element 17 of the PLC 13B and the layout of the electrical wiring 16 are the same as those described in the first embodiment.
  • the electrode pad 13a can be arranged in the vicinity of the Mach-Zehnder interferometer of the PLC 13B, so that the area of the electric wiring 16 is reduced. This makes it possible to reduce the chip size of the PLC13B.
  • the area of the electric wiring 16 is reduced and the chip area of the PLC 13B is reduced. It is possible to reduce the size and integrate the optical switch elements 17 at high density. As a result, mass productivity for realizing the large-scale optical switch modules 10B-1, 10B-2, and 10B-3 is maintained, and the PLC13B chip can be obtained at low cost. Therefore, since the optical switch modules 10B-1, 10B-2, and 10B-3 can be effectively scaled up, it is possible to contribute to the demand for increasing the data communication capacity in the optical communication field.
  • FIG. 6 shows the basic configuration of the optical switch modules 10C-1, 10C-2, and 10C-3 using the PLCs 13C-1 and 13C-2 according to the third embodiment of the present invention in the same manner as in the case of FIG. 3A. It is a figure shown from the top surface direction. 6 (a) to 6 (c) individually show the number, shape, and combination method of the PLC 13A and the control board 12A described in the first embodiment.
  • the chip of the PLC 13A is not limited to one chip, and a plurality of chips may be included.
  • the control board 12A may be divided into a plurality of parts.
  • the number, dimensions, and shape of the protruding electric wiring portions 19a can be arbitrarily set.
  • the number of drive control circuit units 19b can be arbitrary.
  • the PLC 13A and the control board 12A having different shapes may be included in one module. Further, when a plurality of PLC13A are provided, those having different functions may be included.
  • a pair of PLCs 13C-1 and 13C-2 are mounted in parallel on the upper surface of the mounting board 11C-1. Then, a pair of electrical wiring portions 19a extending in the vertical direction on the same plane from the drive control circuit portion 19b of the control board 12C are fixed to the upper surfaces of the PLCs 13C-1 and 13C-2 so as to bridge them.
  • the region not bridged over the upper surfaces of the PLCs 13C-1 and 13C-2 of the control board 12C is the drive control circuit unit 19b.
  • FIG. 6A the point that the pair of PLCs 13C-1 and 13C-2 are mounted in parallel on the upper surface of the mounting board 11C-2 is shown in FIG. 6A. It is the same as the case of.
  • the electrical wiring portions 19a of the pair of arms of the pair of control boards 12C-1 and 12C-2 having a substantially U shape are fixed so as to bridge each other. is doing.
  • the right side region of the upper surface of the PLCs 13C-1 and 13C-2 is fixed so as to bridge the electric wiring portion 19a of the left side region of another long plate-shaped control board 12C-3.
  • control boards 12C-1, 12C-2, and 12C-3 are the drive control circuit units 19b, respectively.
  • the shape of the pair of control boards 12C-1 and 12C-2 can be regarded as a substantially U-shaped shape cut out from the substantially central portion to one side of the outer peripheral portion.
  • FIG. 6 (a) the point that a pair of PLCs 13C-1 and 13C-2 are mounted in parallel on the upper surface of the mounting board 11C-3 is shown in FIG. 6 (a). It is the same as the case of.
  • the substantially U-shaped region of the substantially central portion of the upper surface of the PLCs 13C-1 and 13C-2 is bridged with most of the electrical wiring portions 19a of the upper region of the frame plate-shaped control board 12C-4. It is fixed.
  • the non-bridged region of the control board 12C-4 is the drive control circuit unit 19b.
  • the shape of the control board 12C-4 can be regarded as a frame plate shape with the central portion cut out.
  • optical switch modules 10C-1, 10C-2, and 10C-3 are the same as those of the optical switch module 10A of the first embodiment. That is, in any of the configurations of the optical switch modules 10C-1, 10C-2, and 10C-3 of the third embodiment, the electrical wiring portions of the control boards 12C, 12C-1, 12C-2, 12C-3, and 12C-4.
  • the electrode pads 12a can be arranged on the plurality of end faces of the 19a. Then, the electrode pad 12a and the electrode pad 13a on the upper surfaces of the PLCs 13C-1 and 13C-2 are electrically connected by the bonding wire 14.
  • the area of the electric wiring 16 is reduced, and the PLCs 13A-1 and 13A-2 are used. It is possible to reduce the chip area and reduce the size and integrate the optical switch element 17 at high density. As a result, mass productivity for realizing a large-scale optical switch module 10C is maintained, and chips of PLC13A-1 and 13A-2 can be obtained at low cost. Therefore, since the scale of the optical switch module 10C can be effectively increased, it is possible to contribute to the demand for increasing the data communication capacity in the optical communication field.
  • a case where a general printed circuit board (Printed Circuit Board: PCB) is used as the control board can be exemplified.
  • the material of the printed circuit board paper, ferrule, glass epoxy, or the like can be arbitrarily selected, and a flexible wiring board can also be used.
  • a flexible wiring board When a flexible wiring board is used, the degree of freedom in processing is high and it is easy to create a cutout structure, so that it is particularly suitable for the configuration of the optical switch modules 10C-2 and 10C-3.
  • the printed circuit board can alleviate the positional deviation and stress between the PLC and the control board during thermal expansion in wire bonding, the thermal expansion coefficients of the PLC and the control board may be different.
  • the PLC is not limited to quartz, and SiPh (silicon photonics) or the like may be applied. Further, the number of the control board and the PLC, and the shape and the fixing position to the mounting board can be arbitrarily set.
  • the degree of freedom in the arrangement of the electrode pads can be increased, and the wiring of the electrodes can be reduced, so that the degree of integration of the optical switch elements can be increased.
  • a large-scale optical switch module can be realized.
  • the PLC chip size is also reduced, which makes it possible to reduce the cost.
  • the electric mounting method in the optical switch module described in each embodiment is not limited to the optical switch element, and can be applied to an optical module that requires electric drive.
  • the PLC has a structure of an optical switch element, but in a configuration in which at least one PCL is regarded as a PCL type optical device and an electric mounting method is applied, the optical module is referred to as an optical module. Can be regarded.
  • the first advantage is the ability to configure large optical switch elements.
  • the second advantage is that if the PLC chip can be miniaturized, the number of chips that can be manufactured from one wafer increases, so that the chip can be reduced in cost and mass productivity is improved.
  • the third advantage is that the length of the electric wiring connected to each optical switch element can be made uniform, so that the variation in the wiring resistance value can be reduced. For example, as described with reference to FIG. 4, when electrical connection is made in the vertical direction, the length of the electrical wiring is shortened and the degree of freedom in arranging the electrode pads is increased. Therefore, it is possible to make the lengths of the wiring uniform. It is possible.
  • the resistance values at the time of driving the phase shifter become almost equal, and it becomes possible to drive all the phase shifters at a constant voltage.
  • the control of the optical switch element is simplified, and the power supply control board can be simplified and downsized.

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Abstract

ＰＬＣ（１３Ａ）チップ内の電気配線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、チップ面積を削減可能な光スイッチモジュール（１０Ａ）は、実装基板（１１Ａ）の上面に実装されたＰＬＣ（１３Ａ）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（１２Ａ）を実装基板（１１Ａ）に設けた３次元立体構造としている。制御基板（１２Ａ）は、複数の電気配線部（１９ａ）と駆動制御回路部（１９ｂ）とから構成され、各電気配線部（１９ａ）の領域がＰＬＣ（１３Ａ）の上面側に近接して配置される。各電気配線部（１９ａ）がＰＬＣ（１３Ａ）の上面方向と接近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（１２ａ）が配置されている。各電気配線部（１９ａ）の上面の電極パッド（１２ａ）とＰＬＣ（１３Ａ）の上面の電極パッド（１３ａ）とは、ボンディングワイヤ（１４）で接続される。

Description

光モジュール
　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 (8)

  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つの制御基板と、
    　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する
    　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２記載の光モジュール。
  4. 　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３記載の光モジュール。
  5. 　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４記載の光モジュール。
  6. 　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１～５のいずれか１項に記載の光モジュール。
  7. 　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６に記載の光モジュール。
  8. 　前記少なくとも１つの制御基板と前記少なくとも１つの平面光波回路とにおける個数、及び形状と前記実装基板への固定位置とは、任意に設定された
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
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