(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積基板上の所望の位置に光信号を基板面から垂直方向に９０°変換する機構を有する光導波路パターンを簡便に、且つその数を減らした態様で製造する製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも、溝状パターン3に光方向を略９０°変換する光方向変換部品5ａを設置する工程と、前記溝状パターン3にコア材料6を充填する工程と、前記コア材料6を硬化させてコアを形成する工程と、クラッド材料7ａ上に前記光変換部品5ａとコアを転写する工程と、を有する光導波路の製造方法である。【選択図】図１
2010211127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、溝状パターンに光方向を略９０°変換する光方向変換部品を設置する工程と、
前記溝状パターンにコア材料を充填する工程と、
前記コア材料を硬化させてコアを形成する工程と、
クラッド材料上に前記光変換部品とコアを転写する工程と、
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記光方向変換部品が多方向に延びる光導波路からの光を９０°方向変換できる多面体構造であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記光方向変換部品が、平行な複数の光導波路からの光を略９０°方向変換するように設置されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記導波路のコアが前記光方向変換部品と当接する部位の幅は、当該部位における光方向変換部位の幅より狭いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された光導波路を用いたことを特徴とする光電気基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光方向変換構造を有する光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高度情報化の進展に伴い、情報通信に用いられるルータやサーバ等の情報処理装置の高性能化はめざましく進んでおり、これらの機器においては、通信信号の更なる高速化が求められている。従来電子機器には電気配線が広く用いられているが、この高速化においては、電気配線の通信品質向上が大きな課題となっている。
【０００３】
そこで、信号処理の高速化や電気ノイズの低減をはじめとして、高速通信の障害となる課題解決に向けて、従来の電子基板上に光を伝送する光配線を組み込んだ、光基板技術が注目を集めている。光配線においては、発光素子を電子基板上に実装しそこから出射される光信号を光導波路に伝播させ、受光素子で受光して信号伝送を行うものである。光配線を電子基板上へ組み込むには、光導波路、VCSEL（垂直共振器面発光レーザー）などの発光素子、PD（フォトダイオード）などの受光素子、素子のコントロールユニット等を、電子基板上へ搭載する必要がある。
【０００４】
光導波路は、それぞれの機器・用途に合わせて、直線状の光導波路のみでなく、面内に自由にパターンを形成できることが求められる。すなわち、信号を目的の素子に伝送するために適宜光信号の方向を変換できることが望ましい。
【０００５】
また、発光素子としては、小型で高密度実装可能であり安価なVCSELがよく用いられる。VCSELの発光面は実装された電子基板に対し垂直方向となる。そのため、基板と平行方向に光を伝送する導波路へ光を入射させるためには、VCSELから出射した光を略90°方向変換する必要がある。
【０００６】
このような光方向を変換する方法として、例えば特許文献１には光導波路の所定の部分を加熱し曲げ加工を施すことで所定の角度に光方向を変換する方法が示されている。
しかし、特許文献１の工法では、方向変換点ごとに加熱し曲げ加工を行う必要があり、加工を必要とする点が多い場合には加工時間がかかり、量産性が低下する。また、特許文献１の工法に用いることができる導波路材料は限定されてしまう。例えば、電子基板上に光電気モジュールを組み込もうとした場合、リフロー工程に耐えるような耐熱特性が求められるが、特許文献１の工法では熱可塑性の材料しか用いることができないため、電子基板上に組み込んで用いることはできない。
【０００７】
さらに、特許文献２には、光を直線状に導波させる直方体状の導波路ブロックと、底面を反射面とする直角２等辺三角柱状の導波路ブロックを組み合わせることにより、光導波路を形成する方法が示されている。この方法によれば、直角２等辺三角形状の導波路ブロックの直角をなす一つの面から入射された光が前記面との交差角が９０°をなすもう一方の面より出射され、光方向を変換することが可能である。
【０００８】
しかし、特許文献２の工法では、決まった形状の導波路ブロックを接続し光導波路パターンを構成するため、接続点数が多くなり、アライメントに手間がかかり、損失値も大きくなるという問題がある。接続点数を少なくするため、特許文献２の図４のような導波路ブロックを用いると、それぞれのブロックの汎用性が低下し、多品種の導波路ブロックが必要となるためコストが高くなってしまうという問題がある。
【０００９】
さらにまた、光導波路の形成方法としては、従来、特許文献３のようなUV硬化型の材料を露光現像することにより光導波路パターンを形成する工法などが知られているが、この方法では、面内のパターンを自由に設計して作製することが可能だが、光方向を受発光素子方向に略９０°変換する機構については別途設ける必要がある。光方向を変換する機構を形成するには、ダイシングにより導波路端部を略４５°の角度をなすよう切削し、切削面に反射層として金属薄膜を形成しミラーとする方法が知られている。
【００１０】
しかし、ダイシングによりミラーを形成する方法は、導波路パターンが高密度になると、他のパターンを傷付けることなく部分的に切削することが困難であり、導波路パターンが大面積の場合は、大面積基板を加工可能な装置を専用に開発する必要があるため更に困難である。さらに、切削により導波路の一部が薄くなることから、当該部位の機械的強度が弱くなるという問題もある。
【００１１】
特許文献４では導波路のコアパターンをパターニングする際に、ミラーとなる部品を設置するための部品搭載ガイドを同時に形成し、該ガイドに微小部ミラー部品を設置するという方法が示されている。しかし、特許文献４に記載の方法では、導波路コアとミラー部品の間に屈折率の異なるクラッド層が生じてしまい、損失が大きくなってしまう。これを改善するため、さらに微小レンズ部品を集積する構造が示されているが、これらの部品を精度良く実装するのは手間がかかりコストも高くなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２９２７１８号公報
【特許文献２】特開平５−８０２１６号公報
【特許文献３】特許第４１８６４６２号
【特許文献４】特開２００５−１６４８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大面積基板上の所定の位置に光信号を基板面から垂直方向に略９０°変換する機構を有する光導波路パターンを簡便に製造する製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１に係わる発明は、少なくとも、溝状パターンに光方向を略９０°変換する光方向変換部品を設置する工程と、前記溝状パターンにコア材料を充填する工程と、前記コア材料を硬化させてコアを形成する工程と、クラッド材料上に前記光変換部品とコアを転写する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法としたものである。
【００１５】
かかる工法においては導波路のコアと光方向変換部品を同時に所定の位置に形成することが可能である。また、溝状パターン内に光方向変換部品が正確に収容できる開口部を設置することから該部品の位置合わせが容易である。
【００１６】
請求項２に係わる発明は、前記光方向変換部品が多方向に延びる光導波路からの光を９０°方向変換できる多面体構造であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法としたものである。
【００１７】
多面体構造とすることにより、より少ない光方向変換部品点数で光方向転換を行うことができ、コストを下げることができる。また、光方向変換点の設計の自由度が高まる。
【００１８】
請求項３に係わる発明は、前記光方向変換部品が、平行な複数の光導波路からの光を略９０°方向変換するように設置されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法としたものである。
【００１９】
かかる発明も請求項２と同様に、より少ない部品点数で、複数の導波路へ入出射する光を一つの部品で一括して方向変換を行うことができ、工程が簡略化しコストも下げることができる。
【００２０】
請求項４に係わる発明は、前記導波路のコアが前記光方向変換部品と当接する部位の幅は、当該部位における光方向変換部位の幅より狭いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光導波路の製造方法としたものである。
【００２１】
部品幅をコア幅よりも広くすることにより、設置部品の位置ズレによる損失の発生を防ぐことができる。
【００２２】
請求項５に係わる発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された光導波路を用いたことを特徴とする光電気基板としたものである。
【００２３】
かかる発明によると、損失の小さい光電気基板を提供できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、大面積の光導波路の所定の位置に簡便に光信号方向を変換する機構を設けることが可能であり、かつ光損失の小さい光導波路を得ることができる。
同じタイミングで発光する光学素子に連なる複数の導波路を一まとめにして光方向変換部品を設置するので、光方向変換部品の数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態を示す断面視図の一部である。
【図２】（ｅ）は本発明の第１の実施形態を示す断面視図の一部である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態を示す上面図および斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す上面視図である。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す上面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１に本発明の光方向変換構造を有する光導波路製造方法の一例を示す。
【００２８】
まず、基材１上にフォトリソグラフィー等の方法により、コアと光方向変換部品が収容される部位の反転パターンである凸部２を形成し凸版とする（図１（a））。この凸版上にシリコーン樹脂等を塗工し、硬化後凸版より剥離し、コアと光方向を変換するための部品が収容される溝状パターン３を有する凹版４を作製する（図１（b））。コアに対応する溝の幅と光方向変換部品が収容される収容部の幅は異なっても構わないが、該変換部品がきっちりと収容されるようにするのが望ましい。
【００２９】
基材としては平滑性に優れるものが望ましく、例えば、ガラス基板、シリコン基板、アルミナ基板、ガラスセラミック基板が使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
凹版材料としては、シリコーン樹脂以外にコア材料より剥離可能な材料ならばよく、あ
るいはクラッド材料を用いて凹版を形成しても良い。凹版の形成方法としては、上記の方法の他に、金属凹型等にシリコーン樹脂を塗工しシリコーン凸版を作製し、さらにシリコーン凸版上にクラッド材料を塗工し硬化させクラッド凹版を作製する工法がなど考えられる。この時、型版からの離型性を高めるため、離型剤を塗布することもできる。
【００３１】
次に、凹版の溝状パターン３内に光方向変換部品５aを設置し、続いてコア材料６を溝状パターン３内に充填する（図１（ｃ））。あるいは、先にコア材料を充填し、光方向変換部品を後から設置しても良い。この段階でUV照射、加熱など適当な方法によりコア材料を硬化させ、溝状パターン内に光方向変換部品とコア材料を固定する。この時、コア材料を完全硬化させる必要は無く、後工程でクラッド材料上へ転写した後に完全硬化させても良い。
【００３２】
光方向変換部品としては、例えば、４５°にカットしたシリコン部品、断面に金属膜や誘電体多層膜等を形成した樹脂部品が挙げられる。部品の設置は、予め形成された溝状パターンに合わせて突き当てながら収容することで、容易に行うことができる。設置の際のアライメントマークとなるパターンを、溝状パターン形成と同時に凹版に設けてもよい。光方向変換部品を固定する方法としては、導波路のコア材料を充填することにより接着することができる。完全に硬化する前のクラッド材料上に転写しクラッド材料を完全硬化させることでも接着することができる。他に、光導波路接着剤を使用することもできる。この場合に用いる接着剤としては、光損失を小さくするためコア材料と等しい屈折率を有し、リフロー時の耐熱性を有するものが望ましい。材料としては、アクリル材料、イミド材料、シリコーン材料、エポキシ材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
コア材の材質としては、例えば、カーボネート系、エポキシ系、アクリル系、イミド系、ウレタン系、シリコーン系、ポリシラン系、ノルボルネン系等の高分子材料を用いることができる。伝送モードとしては、例えば、シングルモード、マルチモード、シングルマルチ混合配線等が挙げられる。コア材料の充填方法としては、カバーフィルムあるいはクラッドフィルムを載せ上下プレスロール間を通す方法、スキージで埋め込む方法、ディスペンサを用い滴下する方法などがある。
【００３４】
続いて、光方向変換部品を設置しコア材料を充填した凹版とクラッド材料７aを密着させ、クラッド材料上に光方向変換部品が接続されたコアパターンを転写する（図１（ｄ））。このとき、凹版としてクラッド材料を用いた場合には凹版を剥離する必要はなく、貼り合わせによりコア層とコア層の周囲にクラッドフィルムを有する光導波路が得られる。さらに、コア材料充填の際、クラッドフィルムを載せ上下プレスロール間を通過させる方法を選択した場合、コア充填とクラッド材料への転写を同時に行うことができる。
【００３５】
転写したコアパターン上に、クラッドワニスを塗布する、クラッドフィルムをラミネートしコアパターンを埋め込む等の方法で上部クラッド層７bを形成し、本発明の光導波路８を製造することができる（図２（ｅ））。
【００３６】
図２は本発明の光導波路の第２の実施形態の一例を示すもので、光方向変換部品５bが両側２方向からの光を略９０°方向変換できる変換構造である。第１の実施例において本発明の光方向変換部品を用いることにより、光方向変換点の設計の自由度を高めることができる。図３（ｂ）は直角２等辺三角柱のプリズムの底面が光導波路の底面に一致するように載置したものである。
この他、斜辺の傾きが４５°の正四角錐を図２ｂのように底面を下にして光導波路の直交交差点上に置くと、４方向からの光を略９０°方向変換できる。正多面錐についても同様に考えることができる。但し、頂角部分でコアの厚さを超える部分は無くても構わない。
【００３７】
図４は本発明の光導波路の第３の実施形態の一例を示すもので、光方向変換部品５c（図３（ａ）の直角２等辺三角柱のプリズム）の一方の辺に相当する面を下側に、斜辺に対応する面を光導波路に向けて載置した場合である。この場合、溝の埋設される導波路の幅よりも光方向変換部品の導波路に直交する辺の幅が広くなるようにする。かかる構成とすることで位置合わせが容易になる。４５°の斜面を複数有する錐形のプリズムを使用すれば、上記にも述べたように複数の方向からくる光を９０°方向に方向変換できる。本発明により、より少ない部品点数で複数の導波路の光を一括して容易に方向変換を行うことができ、部品設置工程が短縮され、コストも下げることができる。
【００３８】
図５は本発明の光導波路の第４の実施形態の一例を示すもので、平行に並ぶ複数の導波路溝状パターンに対し、光方向変換部品５dを設置するための溝状パターンが一繋がりで形成され、複数の導波路溝状パターンに対し一つの光方向変換部品を設置するものである。
【実施例１】
【００３９】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、下記実施例に限定されるものではない。
【００４０】
ガラス基材上に５０μm厚ドライフィルムレジスト(ニチゴーモートン製：ALPHO411Y50)を貼り合わせ、露光（露光量１２０ｍJ/ｃｍ2）、現像（１％Na2CO3aq、３０℃、スプレー圧１．５Ｋｇ/ｃｍ2、45秒）することにより、レジストパターンとして、断面が５０μｍ角のストライプ状および光方向変換部品設置部状の凸型版を形成した。
【００４１】
次に、凸版上に液状のシリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製）を塗工し室温硬化させた。その後、シリコーン樹脂から凸版を剥離することにより、シリコーン凹版を作製した。
【００４２】
次に、１２５μm厚PET基材（東洋紡製）を準備し、クラッド材料としてのUV硬化型エポキシ樹脂を基材上に塗工した。基材全面に４Ｊ/ｃｍ2のUVを照射することにより、クラッド材料を硬化させ、３０μｍ厚のクラッド層を有するクラッドフィルムを形成した。
【００４３】
次に、ガラス基板上にシリコーン凹版を設置し、シリコーン凹版の所定の位置に対角線上４５°に切断したシリコン部品を設置した。そして、シリコーン凹版上にコア材料としてUV硬化型エポキシ樹脂を滴下した。続いて、予め用意したクラッドフィルムをシリコーン凹版に重ねてロールラミネータに通した。
【００４４】
シリコーン凹版及びクラッドフィルムはロールによってプレスされ、コア材は凹型の窪みに充填された。
【００４５】
この状態でクラッドフィルム側から８Ｊ/ｃｍ2のUVを照射することにより、コア材料が硬化してコアパターンが形成された。
【００４６】
シリコーン凹型を剥離し、上部クラッド層としてUV硬化型エポキシ樹脂を塗布、全面に４Ｊ／ｃｍ2のUVを照射することにより、光方向変換部品を有する導波路が完成した。 
【符号の説明】
【００４７】
１…基材
２…凸パターン
３…溝状パターン
４…凹版
５a、５b、５c、５d…光方向変換部品
６…コア材料
７a…クラッド材料
７b…上部クラッド層
８…光導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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