0 引言

平面光波導（PLC）分路器主要用于終端到用戶點的分支及節點連接，在以無源光網絡（ＰＯＮ）技術為主力的通信市場得到了極為廣泛的應用。相比熔融拉錐型分路器，PLC分路器的技術成熟，在性能上具有以下特點：損耗對傳輸光波長不敏感；分光均勻；結構緊湊、體積小；單只器件分路通道多；多路成本低，且分路數越多，成本優勢越明顯。近幾年，國內PLC分路器生產廠商呈現爆炸式增長，但隨著PLC分路器價格的持續走低，許多廠商為了降低成本，犧牲了PLC分 路 器 的 品 質，使 其 難 以 滿 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波導集成光路器件 第1部分：基于平面光波導（PLC）的光功率分路器》標準要求以及各大運營商自行制定的各項標準要求，更別談滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ兩個國際標準要求了。特別是PLC分路器產品經常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗中失敗。為此，本文重點研究了PLC分路器的關鍵生產工藝，以期使生產的產品滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準中苛刻的高溫高濕環境實驗要求。

1 PLC光分路器的結構和性能要求

PLC光分路器主要由芯片、單芯尾纖（以下簡稱單芯）、多芯光纖陣列（ＦＡ）三部分組成，這三部分通過調芯精確地對準后牢固黏結成為PLC無殼裸器件，如圖1所示，再根據應用場合加上適合的保護外殼成為PLC分路器。

圖1 PLC無殼裸器件的結構

在PLC分路器的各種標準的要求中都基本包括了波長、光學性能（插入損耗、插損均勻性、回波損耗、方向性）、環境性能（高低溫、濕熱、水浸泡、鹽霧等）和機械性能（跌落、震動、扭轉、抗拉）等方面。其中除光學性能涉及到調芯的效果和原材料的質量外，其它各項指標要求均與封裝時的黏結強度有關。由于PLC分路器的三個主要部分之間全部是使用紫外固化膠進行黏結的，而這種膠極易在潮濕的環境中失效，因此PLC分路器經常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗中失效。該高溫高濕存儲環 境試 驗 條 件 為75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ環境下存儲168ｈ到5　000ｈ不等（通常取2　000ｈ），要求插入損耗變化小于0．5ｄＢ。國內廠商通常把該試驗稱為雙85試驗，也作為檢驗PLC性能的常規試驗，但國內雙85試驗通常持續時間僅為168 ｈ，而 極 少 采 用2　000 ｈ。 為 了 達 到 與Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗相同的試驗周期2　000ｈ，我們參照電子行業的環境試驗標準，通過計算將該試驗條件等同于121 ℃，2個大氣壓（0．2ＭＰａ），濕度100％，96ｈ，下文將以此作為PLC光分路器生產工藝改進的對比試驗條件。

0 引言

平面光波導（PLC）分路器主要用于終端到用戶點的分支及節點連接，在以無源光網絡（ＰＯＮ）技術為主力的通信市場得到了極為廣泛的應用。相比熔融拉錐型分路器，PLC分路器的技術成熟，在性能上具有以下特點：損耗對傳輸光波長不敏感；分光均勻；結構緊湊、體積小；單只器件分路通道多；多路成本低，且分路數越多，成本優勢越明顯。近幾年，國內PLC分路器生產廠商呈現爆炸式增長，但隨著PLC分路器價格的持續走低，許多廠商為了降低成本，犧牲了PLC分 路 器 的 品 質，使 其 難 以 滿 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波導集成光路器件 第1部分：基于平面光波導（PLC）的光功率分路器》標準要求以及各大運營商自行制定的各項標準要求，更別談滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ　ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ兩個國際標準要求了。特別是PLC分路器產品經常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗中失敗。為此，本文重點研究了PLC分路器的關鍵生產工藝，以期使生產的產品滿足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準中苛刻的高溫高濕環境實驗要求。

1 PLC光分路器的結構和性能要求

PLC光分路器主要由芯片、單芯尾纖（以下簡稱單芯）、多芯光纖陣列（ＦＡ）三部分組成，這三部分通過調芯精確地對準后牢固黏結成為PLC無殼裸器件，如圖1所示，再根據應用場合加上適合的保護外殼成為PLC分路器。

圖1 PLC無殼裸器件的結構

在PLC分路器的各種標準的要求中都基本包括了波長、光學性能（插入損耗、插損均勻性、回波損耗、方向性）、環境性能（高低溫、濕熱、水浸泡、鹽霧等）和機械性能（跌落、震動、扭轉、抗拉）等方面。其中除光學性能涉及到調芯的效果和原材料的質量外，其它各項指標要求均與封裝時的黏結強度有關。由于PLC分路器的三個主要部分之間全部是使用紫外固化膠進行黏結的，而這種膠極易在潮濕的環境中失效，因此PLC分路器經常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗中失效。該高溫高濕存儲環 境試 驗 條 件 為75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ環境下存儲168ｈ到5　000ｈ不等（通常取2　000ｈ），要求插入損耗變化小于0．5ｄＢ。國內廠商通常把該試驗稱為雙85試驗，也作為檢驗PLC性能的常規試驗，但國內雙85試驗通常持續時間僅為168 ｈ，而 極 少 采 用2　000 ｈ。 為 了 達 到 與Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ標準規定的高溫高濕存儲環境試驗相同的試驗周期2　000ｈ，我們參照電子行業的環境試驗標準，通過計算將該試驗條件等同于121 ℃，2個大氣壓（0．2ＭＰａ），濕度100％，96ｈ，下文將以此作為PLC光分路器生產工藝改進的對比試驗條件。

2 PLC光分路器生產工藝的改進

2.1 生產工藝概述

PLC光分路器三部分中單芯尾纖的制作相對比較簡單，目前市場上毛細管的生產工藝已經十分成熟，只需購買合適規格的毛細管，將光纖插入毛細管的中心孔，然后用353熱固化膠固化，再進行研磨即可。由于目前國內沒有生產晶元的能力，晶元基本是進口的，再對晶元進行切割、研磨，因此PLC分路器中使用的芯片都是直接購買的。ＦＡ的制作相對來說比較復雜，需購買加工好的各種規格的Ｖ形槽及蓋板，將光纖按順序排列到相應的Ｖ形槽中（如圖2ａ）所示），加蓋，然后點膠固化，最后進行端面研磨，應保證光纖均落入Ｖ形槽中，蓋板壓平，否則光纖高低不平將會影響PLC分路器的性能。ＦＡ制作時使用紫外固化膠固定的有蓋板區（以下簡稱前膠區）、蓋板外光纖（尾膠區）、尾部帶纖（如圖2ｂ）所示）三個膠區部分。

2.2 第一次生產工藝試驗

在第一次生產工藝試驗中我們采用了常規調芯固化工藝（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如表1所示。我們將所制得的試驗產品（均為裸器件）送檢，其中1×32產品50只，1×8產品8只，1×16產品20只，對比高溫高濕環境試驗前后數據，插入損耗變化小于0．5ｄＢ的PLC分路器產品只占30％。我們對不良的器件端面進行了觀察，發現所有出現較大插入損耗變化的器件在顯微鏡下其光纖端面上會出現橢圓形或樹枝狀黑色印記，如圖3所示；當顯微鏡只打照射光，沒有投射光時，觀察發現ＦＡ內部有水印，而這種滲水情況基本均出現在ＦＡ端，單芯端未發現；用手輕扳，ＦＡ與芯片就會分離。對此，我們認為是器件的黏結強度大大降低造成的，經查造成器件黏結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芯膠失效，從而導致器件插入損耗變化較大甚至失效。

圖2　ＦＡ端面和膠區分布的示意圖

表1 第一次生產試驗時所用的固化膠

圖3 不良器件端面示意圖

2.3 第二次生產工藝試驗

基于第一次生產工藝試驗結果的分析，我們在第二次生產工藝試驗中從兩個方面進行了改進，一是通過改變固化條件、膠層厚度等，提高調芯膠的牢固程度，二是更換ＦＡ前膠及尾膠所用固化膠牌號，提高其對水汽的封堵效果。我們將所制得的試驗產品（均為裸器件）送檢，共送檢了15種固化膠組合生產的PLC分路器產品，共計1×8產品150只，對比高溫高濕環境試驗前后數據，插入損耗變化小于0．5ｄＢ的PLC分路器產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的

PLC分路器產品高溫高濕環境試驗通過率較高，約為70％。與第一次生產工藝試驗相比，我們在第二次生產工藝試驗中采用的調芯固化工藝并無改變，僅改變了調芯膠及ＦＡ尾膠的固化膠牌號，以及在相同牌號ＦＡ前膠中摻雜適當比例的石英粉末，但是觀察端面仍發現部分器件的光纖端面周圍出現細微的點狀黑色印記，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，因此該生產工藝還需進一步改進。

2.4 第三次生產工藝試驗

基于第二次生產工藝試驗結果的分析，我們在第三次生產工藝試驗中在兩種ＦＡ尾膠中摻雜了納米石英粉末，摻雜時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性，否則ＦＡ會出現空膠、氣泡等現象，這些缺陷會嚴重影響ＦＡ的性能，導致高低溫時PLC分路器性能劣化。我們將所制得的試驗產品（均為裸器件）送檢，共送檢了兩種固化膠組合生產的PLC分路器產品各30只，對比高溫高濕環境試驗前后數據，100％滿足了插入損耗變化小于0．5ｄＢ試驗要求。

3 結論

通過上述三次生產工藝試驗，我們對PLC分路器的關鍵生產工藝進行了改進，改進的生產工藝并未改變原有PLC調芯固化工藝，只對調芯和ＦＡ的生產材料及工藝過程進行少許改動。其中采用的摻雜納米石英粉末增加了黏結面積，從而使黏結性能更可靠，提高器件的可靠性，使其通過高溫高濕的嚴酷考驗。改進的生產工藝中所改用固化膠的價格與原固化膠價格基本一致，且納米石英粉末的價格也十分低廉，這樣既保證了廠家原有的生產效率，又不增加生產成本，就可以使PLC分路器的耐環境性能大大提高，提高了產品的競爭力。