0 引言

平面光波導(dǎo)（PLC）分路器主要用于終端到用戶點(diǎn)的分支及節(jié)點(diǎn)連接，在以無源光網(wǎng)絡(luò)（ＰＯＮ）技術(shù)為主力的通信市場(chǎng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。相比熔融拉錐型分路器，PLC分路器的技術(shù)成熟，在性能上具有以下特點(diǎn)：損耗對(duì)傳輸光波長(zhǎng)不敏感；分光均勻；結(jié)構(gòu)緊湊、體積小；單只器件分路通道多；多路成本低，且分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢(shì)越明顯。近幾年，國內(nèi)PLC分路器生產(chǎn)廠商呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，但隨著PLC分路器價(jià)格的持續(xù)走低，許多廠商為了降低成本，犧牲了PLC分 路 器 的 品 質(zhì)，使 其 難 以 滿 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波導(dǎo)集成光路器件 第1部分：基于平面光波導(dǎo)（PLC）的光功率分路器》標(biāo)準(zhǔn)要求以及各大運(yùn)營商自行制定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，更別談滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)要求了。特別是PLC分路器產(chǎn)品經(jīng)常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)中失敗。為此，本文重點(diǎn)研究了PLC分路器的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝，以期使生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)中苛刻的高溫高濕環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求。

1 PLC光分路器的結(jié)構(gòu)和性能要求

PLC光分路器主要由芯片、單芯尾纖（以下簡(jiǎn)稱單芯）、多芯光纖陣列（ＦＡ）三部分組成，這三部分通過調(diào)芯精確地對(duì)準(zhǔn)后牢固黏結(jié)成為PLC無殼裸器件，如圖1所示，再根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合加上適合的保護(hù)外殼成為PLC分路器。

圖1 PLC無殼裸器件的結(jié)構(gòu)

在PLC分路器的各種標(biāo)準(zhǔn)的要求中都基本包括了波長(zhǎng)、光學(xué)性能（插入損耗、插損均勻性、回波損耗、方向性）、環(huán)境性能（高低溫、濕熱、水浸泡、鹽霧等）和機(jī)械性能（跌落、震動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、抗拉）等方面。其中除光學(xué)性能涉及到調(diào)芯的效果和原材料的質(zhì)量外，其它各項(xiàng)指標(biāo)要求均與封裝時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度有關(guān)。由于PLC分路器的三個(gè)主要部分之間全部是使用紫外固化膠進(jìn)行黏結(jié)的，而這種膠極易在潮濕的環(huán)境中失效，因此PLC分路器經(jīng)常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)中失效。該高溫高濕存儲(chǔ)環(huán) 境試 驗(yàn) 條 件 為75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ環(huán)境下存儲(chǔ)168ｈ到5　000ｈ不等（通常取2　000ｈ），要求插入損耗變化小于0．5ｄＢ。國內(nèi)廠商通常把該試驗(yàn)稱為雙85試驗(yàn)，也作為檢驗(yàn)PLC性能的常規(guī)試驗(yàn)，但國內(nèi)雙85試驗(yàn)通常持續(xù)時(shí)間僅為168 ｈ，而 極 少 采 用2　000 ｈ。 為 了 達(dá) 到 與Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)相同的試驗(yàn)周期2　000ｈ，我們參照電子行業(yè)的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算將該試驗(yàn)條件等同于121 ℃，2個(gè)大氣壓（0．2ＭＰａ），濕度100％，96ｈ，下文將以此作為PLC光分路器生產(chǎn)工藝改進(jìn)的對(duì)比試驗(yàn)條件。

0 引言

平面光波導(dǎo)（PLC）分路器主要用于終端到用戶點(diǎn)的分支及節(jié)點(diǎn)連接，在以無源光網(wǎng)絡(luò)（ＰＯＮ）技術(shù)為主力的通信市場(chǎng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。相比熔融拉錐型分路器，PLC分路器的技術(shù)成熟，在性能上具有以下特點(diǎn)：損耗對(duì)傳輸光波長(zhǎng)不敏感；分光均勻；結(jié)構(gòu)緊湊、體積小；單只器件分路通道多；多路成本低，且分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢(shì)越明顯。近幾年，國內(nèi)PLC分路器生產(chǎn)廠商呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，但隨著PLC分路器價(jià)格的持續(xù)走低，許多廠商為了降低成本，犧牲了PLC分 路 器 的 品 質(zhì)，使 其 難 以 滿 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波導(dǎo)集成光路器件 第1部分：基于平面光波導(dǎo)（PLC）的光功率分路器》標(biāo)準(zhǔn)要求以及各大運(yùn)營商自行制定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，更別談滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)要求了。特別是PLC分路器產(chǎn)品經(jīng)常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)中失敗。為此，本文重點(diǎn)研究了PLC分路器的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝，以期使生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)中苛刻的高溫高濕環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求。

1 PLC光分路器的結(jié)構(gòu)和性能要求

PLC光分路器主要由芯片、單芯尾纖（以下簡(jiǎn)稱單芯）、多芯光纖陣列（ＦＡ）三部分組成，這三部分通過調(diào)芯精確地對(duì)準(zhǔn)后牢固黏結(jié)成為PLC無殼裸器件，如圖1所示，再根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合加上適合的保護(hù)外殼成為PLC分路器。

圖1 PLC無殼裸器件的結(jié)構(gòu)

在PLC分路器的各種標(biāo)準(zhǔn)的要求中都基本包括了波長(zhǎng)、光學(xué)性能（插入損耗、插損均勻性、回波損耗、方向性）、環(huán)境性能（高低溫、濕熱、水浸泡、鹽霧等）和機(jī)械性能（跌落、震動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、抗拉）等方面。其中除光學(xué)性能涉及到調(diào)芯的效果和原材料的質(zhì)量外，其它各項(xiàng)指標(biāo)要求均與封裝時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度有關(guān)。由于PLC分路器的三個(gè)主要部分之間全部是使用紫外固化膠進(jìn)行黏結(jié)的，而這種膠極易在潮濕的環(huán)境中失效，因此PLC分路器經(jīng)常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)中失效。該高溫高濕存儲(chǔ)環(huán) 境試 驗(yàn) 條 件 為75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ環(huán)境下存儲(chǔ)168ｈ到5　000ｈ不等（通常取2　000ｈ），要求插入損耗變化小于0．5ｄＢ。國內(nèi)廠商通常把該試驗(yàn)稱為雙85試驗(yàn)，也作為檢驗(yàn)PLC性能的常規(guī)試驗(yàn)，但國內(nèi)雙85試驗(yàn)通常持續(xù)時(shí)間僅為168 ｈ，而 極 少 采 用2　000 ｈ。 為 了 達(dá) 到 與Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高溫高濕存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)相同的試驗(yàn)周期2　000ｈ，我們參照電子行業(yè)的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算將該試驗(yàn)條件等同于121 ℃，2個(gè)大氣壓（0．2ＭＰａ），濕度100％，96ｈ，下文將以此作為PLC光分路器生產(chǎn)工藝改進(jìn)的對(duì)比試驗(yàn)條件。

2 PLC光分路器生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

2.1 生產(chǎn)工藝概述

PLC光分路器三部分中單芯尾纖的制作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，目前市場(chǎng)上毛細(xì)管的生產(chǎn)工藝已經(jīng)十分成熟，只需購買合適規(guī)格的毛細(xì)管，將光纖插入毛細(xì)管的中心孔，然后用353熱固化膠固化，再進(jìn)行研磨即可。由于目前國內(nèi)沒有生產(chǎn)晶元的能力，晶元基本是進(jìn)口的，再對(duì)晶元進(jìn)行切割、研磨，因此PLC分路器中使用的芯片都是直接購買的。ＦＡ的制作相對(duì)來說比較復(fù)雜，需購買加工好的各種規(guī)格的Ｖ形槽及蓋板，將光纖按順序排列到相應(yīng)的Ｖ形槽中（如圖2ａ）所示），加蓋，然后點(diǎn)膠固化，最后進(jìn)行端面研磨，應(yīng)保證光纖均落入Ｖ形槽中，蓋板壓平，否則光纖高低不平將會(huì)影響PLC分路器的性能。ＦＡ制作時(shí)使用紫外固化膠固定的有蓋板區(qū)（以下簡(jiǎn)稱前膠區(qū)）、蓋板外光纖（尾膠區(qū)）、尾部帶纖（如圖2ｂ）所示）三個(gè)膠區(qū)部分。

2.2 第一次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)

在第一次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)中我們采用了常規(guī)調(diào)芯固化工藝（即初固化240ｓ，加熱固化2ｈ，深固化12ｈ，加熱老化12ｈ），ＰＬＣ分路器各組成部分使用的固化膠牌號(hào)如表1所示。我們將所制得的試驗(yàn)產(chǎn)品（均為裸器件）送檢，其中1×32產(chǎn)品50只，1×8產(chǎn)品8只，1×16產(chǎn)品20只，對(duì)比高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)，插入損耗變化小于0．5ｄＢ的PLC分路器產(chǎn)品只占30％。我們對(duì)不良的器件端面進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)所有出現(xiàn)較大插入損耗變化的器件在顯微鏡下其光纖端面上會(huì)出現(xiàn)橢圓形或樹枝狀黑色印記，如圖3所示；當(dāng)顯微鏡只打照射光，沒有投射光時(shí)，觀察發(fā)現(xiàn)ＦＡ內(nèi)部有水印，而這種滲水情況基本均出現(xiàn)在ＦＡ端，單芯端未發(fā)現(xiàn)；用手輕扳，ＦＡ與芯片就會(huì)分離。對(duì)此，我們認(rèn)為是器件的黏結(jié)強(qiáng)度大大降低造成的，經(jīng)查造成器件黏結(jié)不良的根本原因可能是ＦＡ光纖未封閉好，水汽沿著光纖滲透到ＦＡ與芯片的連接端面造成調(diào)芯膠失效，從而導(dǎo)致器件插入損耗變化較大甚至失效。

圖2　ＦＡ端面和膠區(qū)分布的示意圖

表1 第一次生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)所用的固化膠

圖3 不良器件端面示意圖

2.3 第二次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)

基于第一次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)結(jié)果的分析，我們?cè)诘诙紊a(chǎn)工藝試驗(yàn)中從兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)，一是通過改變固化條件、膠層厚度等，提高調(diào)芯膠的牢固程度，二是更換ＦＡ前膠及尾膠所用固化膠牌號(hào)，提高其對(duì)水汽的封堵效果。我們將所制得的試驗(yàn)產(chǎn)品（均為裸器件）送檢，共送檢了15種固化膠組合生產(chǎn)的PLC分路器產(chǎn)品，共計(jì)1×8產(chǎn)品150只，對(duì)比高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)，插入損耗變化小于0．5ｄＢ的PLC分路器產(chǎn)品的所占比例略有提高。其中以表

2 所示的兩種固化膠組合生產(chǎn)的

PLC分路器產(chǎn)品高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)通過率較高，約為70％。與第一次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)相比，我們?cè)诘诙紊a(chǎn)工藝試驗(yàn)中采用的調(diào)芯固化工藝并無改變，僅改變了調(diào)芯膠及ＦＡ尾膠的固化膠牌號(hào)，以及在相同牌號(hào)ＦＡ前膠中摻雜適當(dāng)比例的石英粉末，但是觀察端面仍發(fā)現(xiàn)部分器件的光纖端面周圍出現(xiàn)細(xì)微的點(diǎn)狀黑色印記，這說明還是有少量水汽深入端面膠層，只是沒影響到傳輸端面，因此該生產(chǎn)工藝還需進(jìn)一步改進(jìn)。

2.4 第三次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)

基于第二次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)結(jié)果的分析，我們?cè)诘谌紊a(chǎn)工藝試驗(yàn)中在兩種ＦＡ尾膠中摻雜了納米石英粉末，摻雜時(shí)既要保證一定比例的石英粉末添加，也要保證固化膠的流動(dòng)性，否則ＦＡ?xí)霈F(xiàn)空膠、氣泡等現(xiàn)象，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重影響ＦＡ的性能，導(dǎo)致高低溫時(shí)PLC分路器性能劣化。我們將所制得的試驗(yàn)產(chǎn)品（均為裸器件）送檢，共送檢了兩種固化膠組合生產(chǎn)的PLC分路器產(chǎn)品各30只，對(duì)比高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)，100％滿足了插入損耗變化小于0．5ｄＢ試驗(yàn)要求。

3 結(jié)論

通過上述三次生產(chǎn)工藝試驗(yàn)，我們對(duì)PLC分路器的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)的生產(chǎn)工藝并未改變?cè)蠵LC調(diào)芯固化工藝，只對(duì)調(diào)芯和ＦＡ的生產(chǎn)材料及工藝過程進(jìn)行少許改動(dòng)。其中采用的摻雜納米石英粉末增加了黏結(jié)面積，從而使黏結(jié)性能更可靠，提高器件的可靠性，使其通過高溫高濕的嚴(yán)酷考驗(yàn)。改進(jìn)的生產(chǎn)工藝中所改用固化膠的價(jià)格與原固化膠價(jià)格基本一致，且納米石英粉末的價(jià)格也十分低廉，這樣既保證了廠家原有的生產(chǎn)效率，又不增加生產(chǎn)成本，就可以使PLC分路器的耐環(huán)境性能大大提高，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。