(57)【要約】光学接続装置は、基板に支持され、ミラー及び光通路とともに上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を備える導波路を有する。コア重合体層は、粒子サイズが光学接続装置の最小関心波長の１０分の１より小さいナノ粒子充填材を含む重合体材料を有する。光学接続装置は、個別的、複数あるいは広範囲に平行なチャネルを単一層又は複数層ネットワークの中に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学接続装置であって、
光学素子および電子素子、および回路を支持可能な基板と、
上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を備える重合体導波路とを有し、前記コア重合体、あるいは前記上部クラッド層および前記下部クラッド層、若しくはその両方はナノ粒子充填材を含む重合体材料を有し、
更に前記光学接続装置は、前記重合体導波路から導かれる光を、前記光学素子および前記電子素子あるいは別の重合体導波路に導くためのミラーと、
前記基板及び層を通じて光伝播を可能にする通路とを有することを特徴とする光学接続装置。
【請求項２】
前記重合体材料はシロキサン重合体であることを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項３】
前記ナノ粒子充填材の寸法、分布及び屈折率は、光伝播を支援するため及び散乱又は吸収による損失を最小化するために組み合わされ、前記寸法は、前記光学接続装置の最小関心波長の１０分の１より小さい寸法であることを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項４】
前記導波路は１００ミクロン以下の厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項５】
前記コア重合体、あるいは前記上部クラッド層及び前記下部クラッド層、若しくはその両方は、１／秒の周波数で測定した場合に、１未満のタンデルタを有することを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項６】
前記コア重合体、あるいは前記上部クラッド層及び前記下部クラッド層、若しくはその両方は、シロキサン／ナノ粒子混成材料を有することを特徴とする請求項２に記載の光学接続装置。
【請求項７】
前記シロキサンは、エポキシ基、ビニルエーテル基、ビニルエステル基、ビニル基、オレフィン基及びアクリレート基からなる群から選択される官能基を備えるシロキサン重合体を有することを特徴とする請求項６に記載の光学接続装置。
【請求項８】
前記シロキサン重合体はＵＶ硬化性であることを特徴とする請求項７に記載の光学接続装置。
【請求項９】
前記シロキサン重合体は、光カチオン硬化性重合体を含むことを特徴とする請求項８に記載の光学接続装置。
【請求項１０】
前記シロキサン重合体は、光分解性酸を含むシロキサン共重合体を有することを特徴とする請求項９に記載の光学接続装置。
【請求項１１】
前記シロキサン重合体は、自由ラディカル光硬化性重合体を含むことを特徴とする請求項８に記載の光学接続装置。
【請求項１２】
前記自由ラディカル光硬化性重合体は、アクリル基、メタアクリル基、硫化物基、ビニルケトン基、ビニルアセテート基及びポリアミド系不飽和重合体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１１に記載の光学接続装置。
【請求項１３】
前記シロキサン重合体は、熱硬化性重合体を含むことを特徴とする請求項７に記載の光学接続装置。
【請求項１４】
前記シロキサン重合体は、少なくとも１つのオルガノポリシロキサンを含み、前記オルガノポリシロキサンは、平均して分子毎に少なくとも２つの反応性官能基を備え、分子量の平均値は８００００以下であり、分子毎に平均０乃至９０ｍｏｌ％のシリコン結合フェニル基を備えることを特徴とする請求項１３に記載の光学接続装置。
【請求項１５】
前記ナノ粒子は、溶融シリカ、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、チタニア、及び酸化ケイ素からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項１６】
前記ナノ粒子充填材はシリカであることを特徴とする請求項１５に記載の光学接続装置。
【請求項１７】
前記導波路は前記導波路の両端部に形成されたミラーを有し、前記ミラーは、前記導波路と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項１８】
前記ミラーは全反射表面を有することを特徴とする請求項１７に記載の光学接続装置。
【請求項１９】
複数の導波路を有することを特徴とする請求項１に記載の光学接続装置。
【請求項２０】
複数の導波路を備える複数層構造を有することを特徴とする請求項１９に記載の光学接続装置。
【請求項２１】
光学接続装置を形成する方法であって、前記方法は、
上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を有する重合体道波路を形成する工程を有し、前記コア重合体、あるいは前記上部クラッド層および前記下部クラッド層、若しくはその両方はナノ粒子充填材を備える重合体材料を含み、前記ナノ粒子充填材の粒子の寸法は、プリント工程に用いる前記光学接続装置の最小関心波長の１０分の１より小さい寸法であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記プリント工程は、スクリーンプリント工程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、
１）プリント配線板に、コネクタ、素子、通路のための穴を形成する工程と、
２）予備形成コネクタピンを前記プリント配線板の電気側面に接着する工程と、
３）前記プリント配線板を適当な薬剤で洗浄し、前記プリント配線板の電気表面および光学表面に、任意に接着促進処理を施す工程と、
４）前記光学表面に保護層を適用する工程と、
５）前記プリント配線板の前記電気表面上の開口通路の中に、重合体クラッド層を適用する工程と、
６）前記プリント配線板の前記電気表面上に、窓、通路又は小型レンズアレイを、微細鋳造及び重合化する工程と、
７）前記電気表面を後続の工程から保護するために、前記プリント配線板に接着フィルム又は半田マスクを適用する工程と、
８）前記プリント配線板の前記光学表面から前記保護フィルムを取り除く工程と、
９）前記光学表面上に下部クラッド層を適用する工程と、
１０）前記下部クラッド層に任意に接着促進処理を施す工程と、
１１）所望のフィルム高さを得るために、コア重合体層を積層させる工程と、
１２）コア重合体パターンを前記通路の位置に対して整列させ、前記導波路を側方に形成し、その後前記コア重合体を硬化させる工程と、
１３）機械的補助溶剤を用いて、前記コア重合体層から必要に応じて硬化していない重合体を取り除く工程と、
１４）残存するコア重合体材料を完全に重合化させるために、前記プリント配線板をＵＶ光にさらす工程と、
１５）前記下部クラッド層及び前記導波路に、任意に接着促進処理を施す工程と、
前記導波路及び前記下部クラッド層の上に充填材を含む上部クラッド層を適用する工程と、
１６）前記ミラー位置付近の領域を硬化させる工程と、
１７）低接着スタイラス又はファイバーチップを用いて、硬化していない上部クラッド層に平面外ミラーを鋳造する工程と、
１８）残存する重合体材料を硬化させるために、ＵＶ露光により前記プリント配線板を硬化させる工程と、
１９）前記ミラー表面を金属被覆する工程と、
２０）下にある層を環境損傷から保護するために、後続の硬化工程で前記プリント配線板の前記光学表面を被覆する工程と、を有することを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記複数層の第１の上部クラッド層を、次のコア層の下部クラッド層として用い、その後工程９から工程２０までを繰り返すことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記上部クラッド層を積層する前に平面外ミラーを鋳造する工程であって、
ａ）４５°に磨かれたファイバーチップに前記コア重合体材料を少量適用する工程と、
ｂ）前記平面外ミラーが成形され、前記重合体が積層される位置の上に前記ファイバーチップを配置する工程と、
ｃ）前記コア重合層と一体的に平面外ミラーを成形するために、積層させた前記重合体を硬化させる工程と、
ｄ）前記ファイバーチップを取り除く工程とを有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
少量の前記コア重合体材料を前記ファイバーチップに適用する前記工程は省略され、前記ファイバーチップは、硬化した前記コア層の上に積層された前記重合体上部クラッド層の硬化していない領域に適用されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ミラー面を重合化する工程は、透過ＵＶ光の送達により局在化され、また、全反射又は反射内表面を用いる鋳造スタイラスにより閉じ込められることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ミラー面を重合化する工程は、透過ＵＶ光の送達により局在化され、また、全反射又は反射内表面を用いる鋳造スタイラスにより閉じ込められることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
１つ又はそれ以上の軸に沿って整列される端部を持つ導波路アレイは、同時に単一又は複数の鋳造表面を備える幅広のスタイラスを用いて、ミラー面が成形されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
１つ又はそれ以上の軸に沿って整列される端部を持つ導波路アレイは、同時に単一又は複数の鋳造表面を備える幅広のタイラスを用いて、ミラー面が成形されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光相互接続構造を製造する方法及び材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
光相互接続装置を含むシステムは、しばしば高速で情報を伝達するのに用いられる。例えば、このようなシステムは、基板−基板、バックプレーン、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）及びそれらに類似の応用に用いられる。光システムは電気的な相互接続システムと比べて有利である。一般的に、光システムは電磁的な干渉に影響されにくく、結果として伝送効率が高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
チップ−チップ及び基板−基板光通信のための短距離（２メートル未満）光相互接続装置が、主に米国国防総省により資金提供されて１０年以上にわたって開発されてきた。次世代（及び未来の）コンピュータ及び遠距離通信システムに求められる、バンド幅、安全性、信頼性、及び寸法により、これらの光相互接続装置への要望が高まっている。内部クロック速度は今日においては３ＧＨｚに達し、次の数年で５ＧＨｚになると予想されており、将来のコンピュータシステムの速度を制限するボトルネックは、ソースコンピュータプロセッサチップから他のコンピュータプロセッサ、ＤＳＰ及びデータ格納装置に、クロック速度と同等又はより高い速度でデータを伝達及び中継する工程である。
【０００４】
この相互接続システムのボトルネックを解決するために、光相互接続装置を含む多くの技術が開発されてきた。典型的な光相互接続システムは一般的に、導波路材料に連結されたレーザー発信器のような発光装置、及びフォトダイオードのような受光装置を含む。使用する製造方法が複雑であるために、光相互接続システムの製造コストは高い。それゆえ、本技術分野においては、光導波路あるいは光学接続装置をコスト効率よく製造する方法が望まれる。このような方法においては、光導波路あるいは光学接続装置は光を発信器から受信器に案内し、発信器および受信器は標準的なプリント配線板（ＰＷＢ）組立工程に組み込まれ、あるいはフレックス回路に組み込まれる。
【０００５】
基板、好ましくはプリント配線板（ＰＷＢ）の表面上の任意の２点を接続できる多モード光接続装置への需要がある。このような光学接続装置は、グラスファイバー樹脂（ＦＲ４）やポリアミドのような、ガラス及び多様な堅固及び可撓性のＰＷＢ基板構成を含む大きな領域の基板に対して、コスト効率よく調整できる多波長重合体導波路の製造工程を必要とする。そこで光学接続装置を生成するために、多波長導波路が平面外ミラーと結合される。重合体導波路中に平面外ミラーを成形するために、レーザーアブレーション、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、微細加工、鋳造及びガラス挿入装置を含むいくつかの異なる技術が過去に用いられてきた。これらの従来技術は全て、実装工程に高価な装置を必要とするか、あるいは、損失の高いミラーを製造するものであり、このような技術は商用に実行可能な方法に適用できなかった。平面外ミラーは、ＰＷＢの製造工程に要求される温度、圧力及び化学的雰囲気に耐え得る程度に十分な強度を備えていなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光学接続装置は、ＰＷＢ又は他の支持基盤上に、上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を備える重合体導波路を有する。光学接続装置は、重合体導波路の一方の端部又は両端部が、基板を光が通過するのを促進する平面外ミラー及び通路により終端している。光学接続装置は単一あるいは複数層ネットワーク中に、個別、複数あるいは大規模並列のチャネルを有する。コア層、クラッド層又はその両方の重合体層は、ナノ粒子充填材を有するシロキサン重合体材料を含むことが好ましく、充填材の粒子サイズは、光学接続装置の最小関心波長の１０分の１より小さい寸法であることが好ましい。
【０００７】
また、以下の工程を有する光学接続装置を製造する方法を開示する。本方法は、上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を有する重合体道波路を形成する工程を有し、コア重合体、あるいは上部クラッド層および下部クラッド層、若しくはその両方はナノ粒子充填材を備える重合体材料を含み、ナノ粒子充填材の粒子の寸法は、プリント工程に用いる光学接続装置の最小関心波長の１０分の１より小さい寸法であることを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、本発明による光学接続装置５が示されている。電気層１５及び光学層２０を備えるプリント配線板（ＰＷＢ）１０が示されている。光源２５及び受光装置３０は、ＰＷＢ１０の上部の電気表面１５に結合されている。光源２５及び受光装置３０は、ＰＷＢ１０の上部の電気層１５上で、高速電子機器に接続されている。光学接続装置５は、光源２５及び受光装置３０に接続されているので、データを光源から受信装置に転送できる。
【０００９】
光学接続装置５は、上部クラッド層４０、コア重合体層４５及びクラッド層５０を含む重合体導波路３５を有する。本発明の好ましい側面として、コア重合体層４５の屈折率は、上部クラッド層４０及び下部クラッド層５０よりも０．５乃至５％大きい。導波路３５は、ＰＷＢ１０内に形成された通路あるいは内部層の伝導路５５を介して、光源２５を受光装置３０に連結する。図１から分かるように、光源２５及び受光装置３０は、導波路３５と連絡する通路５５の上で、ＰＷＢ１０の上部の電気層１５に取り付けられる。
【００１０】
図示されているように、導波路３５は、導波路の光信号をＰＷＢの電気層上の電気素子に連結するための平面外ミラー６０を有する。好ましい側面として、ミラー６０は、約４５°又は導波路３５と比べてより小さい角度を備える全反射（ＴＩＲ）ミラーを含む。ミラー６０は導波路３５の対向する両端部に一体的に形成され、上述した通路５５に連結されている。導波路３５は１００ミクロン以下の厚さであることが好ましく、四角形の断面を備えることが好ましい。しかし、本発明において、他の断面形状及び厚さの導波路３５を用いてもよい。また、導波路３５を接触による損傷とともに外部の磁場発生源から保護するために、導波路３５は、導波路３５の下部表面７０上に形成される重合体保護コーティング層６５を任意的に備えてもよい。
【００１１】
図４を参照すると、複数の光学層２０を備える光学接続装置５の他の実施形態が示されている。本実施形態では、ミラー６０及び通路５５を備える複数の光学層（ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３）２０が、２つのプリント配線板（ＰＷＢ１、ＰＷＢ２）１０に挟まれている。矢印は、基板の両側面に結合された変調光エミッタから光感応性装置に、層の間および層の内部を横切って、光が移動可能な通路を示している。
【００１２】
図５に、本発明による光学接続装置５の更なる実施形態を示す。同図の最前面には、最上位の層上に、Ｘ方向に沿って配列された４つの光学接続装置５が示されている。この３次元アレイの断面は、４番目の光学接続装置のところで切断されており、その下に６つの導波路３５の層が示されている。このアレイの平面外ミラー６０は、Ｚ方向に見たときに２４個の導波路３５の２次元アレイを作成するために、Ｙ方向に沿って互い違いに配列されている。互い違いに配列されたミラー６０及び個別の通路５５を備える他の１２個の導波路３５の束が左上に示されている。同図の右側には、開口通路５５上の平面外ミラーで終端する２４個の導波路３５の高密度直線状アレイが示されている。正確に位置合わせするための穴またはピン８０により、光電子素子を受動的に位置合わせすることができる。本発明によれば、各接続装置は、基板１０あるいは隣接する層に支持されており、導波路３５、通路５５及びミラー６０を備える。
【００１３】
本発明の導波路３５のコア重合体層４５は、有機及び無機重合体を含み、高い熱分解温度及び腐食性溶剤に対する抵抗性を備えている。特に好ましい重合体は、シロキサンを有する無機合成物を含む。さらに好ましい重合体は、シロキサン重合体ナノ粒子混成材料システムである。このような重合体は、ＰＷＢ製造工程に必要とされる温度、圧力及び化学的雰囲気に耐え得る程度に十分な強度を備え、必要な損失削減を提供する。
【００１４】
重合体ナノ粒子混成物は、好ましくは、硬化性であり、またエポキシ基、ビニルエーテル基、ビニルエステル基、ビニル基、オレフィン基及びアクリレート基のような官能基を備えるシロキサン重合体を有する。また、本発明のコア重合体は、本技術分野において一般的に知られている適当な触媒及び架橋剤を含む材料を、追加的に含んでもよい。
【００１５】
本発明のコア重合体は光硬化性であることが好ましい。特に米国特許第５，８６１，４６７号に開示されている光カチオン硬化性重合体であることが好ましい。米国特許第５，８６１，４６７号は参照されることで、これは本明細書に統合される。この光カチオン硬化性重合体は、（Ａ）シロキサン共重合体及び（Ｂ）光解離性酸、を有する硬化性被膜混合物を形成する。本発明のこの混合物のための適当な光解離性酸は、オニオム塩及び特定のニトロベンゼンスルホン酸エステルを含む。この発明のこの混合物は、式Ｒ２Ｉ＋ＭＸｎ−、Ｒ３Ｓ＋ＭＸｎ−、Ｒ３Ｓｅ＋ＭＸｎ−、Ｒ４Ｐ＋ＭＸｎ−及びＲ４Ｎ＋ＭＸｎ−で表されるオニオム塩が好ましい。ここで、Ｒは、１乃至３０個の炭素原子の同じ又は異なる有機ラディカルを示しており、６乃至２０個の炭素原子を有する芳香族系の炭素環式のラディカルを含む。この芳香族系の炭素環式のラディカルは、１乃至８個の炭素原子を有するアルコキシル基、１乃至８個の炭素原子を有するアルキル基、ニトロ基、塩素基、臭素基、シアン基、カルボキシル基、メルカプタン基、及びピリジン、チオフェン、ピラン等の芳香族系複素環式のラディカルから選択される１乃至４個の一価の炭化水素ラディカルで代替可能である。上記式中の記号Ｍは、金属又はメタロイドであり、これらはＳｂ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｓのような遷移金属、例えばＣｄ、Ｐｒ、Ｎｄ等のランタニドのような希土類金属、及び、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等のようなメタロイドを含む。ＭＸｎ−は非塩基性の非求核性のアニオンであり、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＳｂＦ６−、ＳｂＣｌ６−、ＨＳＯ４−、ＣｌＯ４−、ＦｅＣｌ４＝、ＳｎＣｌ６−、ＢｉＣｌ５＝などである。
【００１６】
ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロ砒酸塩及びビス（ドデシルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩のようなビス−ジアリールヨードニウム塩、ジアルキルフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩及びヨードニウムフッ素置換フェニルホウ酸塩が好ましい。
【００１７】
本発明の混合物中の光解離性酸として有用なニトロベンジルスルホン酸エステルは以下の一般式で与えられる。
【式１】
【００１８】
2008506158.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｚは、アルキル基、アリール基、アルキルアリール基、ハロゲン置換アルキ基、ハロゲン置換アリール基、ハロゲン置換アルキルアリール基、窒素置換アリール基、窒素置換アルキルアリール基、窒素及びハロゲン置換基を持つアリール基、窒素及びハロゲン置換基を持つアルキルアリール基、およびＣ６Ｈ４ＳＯ３ＣＨＲ’Ｃ６Ｈ４―ｍＱｍ（ＮＯ）２の式で表される基からなる群から選択される。ここで、Ｒ’は水素、メチル基及び窒素置換アリール基からなる群から選択され、各Ｑは炭化水素基、炭化水素水酸基、ＮＯ２、ハロゲン原子、及びオルガノシリコン混合物からなる群から独立に選択され、ｍはＱが酸性の基でない場合に０、１又は２の値である。
【００２０】
上述の光カチオン硬化性重合体に加えて、米国特許第２，８９２，７１６号に開示されているような自由ラディカル光硬化性重合体を本発明に用いることもできる。米国特許第２，８９２，７１６号は引用されることで本明細書に統合される。本発明の自由ラディカル重合体は、アクリル、メタクリル、硫化物、ビニルケトン、ビニルアセテート及び不飽和ポリアミド系の重合体を含む。
【００２１】
上述の光硬化性重合体に加えて、熱硬化性重合体も本発明に用いることができる。熱硬化システムは、白金触媒を、シリコン水素化物成分、またはシリコン水素化物を含むあるいは含まない過酸化物触媒システムとともに用いる。好ましい熱硬化性重合体は、少なくとも１つのオルガノポリシロキサンを有し、このオルガノポリシロキサンは、分子毎に平均的に少なくとも２つの反応性官能基を備え、分子量の平均は８００００以下であり、分子毎に０乃至９０モル％のシリコン結合フェニル基を備える。オルガノポリシロキサンは、直線あるいは分岐構造を備えることができる。オルガノポリシロキサンは単重合体あるいは共重合体とすることができる。反応性官能基は、典型的には２乃至１０個の炭素原子、代替的には２乃至６個の炭素原子からなるアルケニル基を備える。オルガノポリシロキサン中のアルケニル基は、端部、中間部、あるいはその両方に配位させることができる。アルケニル基の例として、ビニル基、アリル基、ブテニル基及びヘキセニル基が含まれるが、これらに限定されない。代替的に、反応性官能基は、エポキシ基、カルビノール基又はシラノール基を含んでもよい。
【００２２】
オルガノポリシロキサン中の残りのシリコン結合有機基（他の反応性基）は、不飽和脂肪族基を有さないヒドロカルビル基及びハロゲン置換ヒドロカルビル基から独立的に選択される。これらの１価の基は典型的には１乃至２０個の炭素原子、代替的に１乃至１０個の炭素原子、代替的に１乃至６個の炭素原子を持つ。ヒドロカルビル基の例は、メチル基、エチル基、プロピル基、１−メチルエチル基、ブチル基、１−メチルプロピル基、２−メチルプロピル基、１，１−ジメチルエチル基、ペンチル基、１−メチルブチル基、１−エチルプロピル基、２−メチルブチル基、３−メチルブチル基、１，２−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基及びオクタデシル基のようなアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びメチルシクロヘキシル基のようなシクロアルキル基；フェニル基及びナフチル基のようなアリール基；トリル基及びキシリル基のようなアルカリール基；ベンジル基及びフェネチル基のようなアラルキル基を含むがこれらに限定されない。ハロゲン置換ヒドロカルビル基の例は、３，３，３−トリフルオロプロピル基、３−クロロプロピル基、クロロフェニル基及びジクロロフェニル基を含むがこれらに限定されない。側基の配置及びモル量は、生成される重合体の屈折率が、最小の光散乱損失を備えるナノ粒子／重合体合成物を生成できるように選択される。
【００２３】
混成材料のナノ粒子部分は、平均粒子サイズが生成する光学装置の最小関心波長の１０分の１より小さい任意の分散性ナノ粒子で構成することができる。例えば、８００乃至１０００ｎｍ波長を転送するためには、粒子は８０ｎｍより小さな分散サイズを備えなければならない。好ましくは、ナノ粒子は、溶融シリカ、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、チタニア、シリコンあるいは他のナノサイズの材料を含むシリカからなり、これら全ては表面処理が施されていてもよいし、表面処理が施されていなくてもよい。表面処理の例は、重合体／ナノ粒子システムの分散性及び安定性を改善するための、有機及びシリコン系の材料を含む。好ましい側面として、本発明では８０ナノメートルより小さいサイズの熔融シリカを用いる。
【００２４】
上述したように、ナノ粒子と重合体とは、両者が混合されたときに光の散乱を避けるのに適合的でなければならない。重合体とナノ粒子とは、互いに近接した屈折率を備えることが好ましい。重合体の屈折率はナノ粒子の屈折率の０．０３以内であることが好ましい。例えば、熔融シリカのナノ粒子を用いた場合、８５０ナノメートルにおける屈折率は１．４５である。それゆえ、重合体の屈折率は１．４８と１．４２との間の範囲であることが好ましい。
【００２５】
重合体／ナノ粒子混成材料は、以下により詳細に記載する工程で導波路を形成できるように、揺変性を備えることが好ましい。特に、重合体／ナノ粒子合成材料は、１／秒の周波数で測定して、１より小さいタンデルタすなわちＧ’’／Ｇ’を有する。これにより、重合体層を硬化させる前に、導波路間の分離性を保ちつつ隣接する導波路を成形することができる。
【００２６】
本発明の好ましい側面によれば、導波路構造の作成は、プリント配線板業界においてありふれた、大きな領域の応用に容易に縮尺を変更できる。好ましくは、プリント配線板応用に必要なスケーラビリティを満たす製造技術は、重合体材料のスクリーンプリントあるいはテンシルプリントである。スクリーンプリントは、電子部品及びディスプレイ応用において、重合体材料を同時に積層及びパターニングするための成熟した技術である。しかし、この技術は、導波路製造工程で用いるようには発展していない。
【００２７】
図３を参照すると、本発明による好ましい工程の手順が列挙されたブロック図が示されている。手順１において、コネクタ及び通路のための穴をプリント配線板（ＰＷＢ）に形成する。手順２において、予備形成コネクタピンをＰＷＢの電気側に結合することによって、コネクタ穴位置を画定する。手順３は、後続の重合体層の適用を補助するために、ＰＷＢを適当な薬剤で洗浄し、電気表面及び光学表面に対して接着促進処理を施す工程を含む。手順４は、光学表面に保護層を適用する工程を含む。手順５は、ＰＷＢの電気表面上の開口通路内にクラッド層を適用する工程を含む。手順６は、手順２で結合されたコネクタピンを参照位置として、窓、通路又は小型レンズアレイをＰＷＢの電気表面上にミクロ鋳造及び重合化する工程を含む。手順７は、ＰＷＢの電気表面を後続の工程手順から保護するために、ＰＷＢに接着フィルム又は半田マスクを適用する工程を含む。手順８は、ＰＷＢの光学表面から保護フィルムを取り除く工程を含む。手順９は、光学表面上に下部クラッド層を適用する工程を含む。下部クラッド層は、スピンコート法、メニスカスコート法、浸漬コート法、カーテンコート法、スクリーンプリント法で形成される。下部クラッド層は、下部クラッド層の適用の後に平面化され、その後硬化される。下部クラッド層は、裏面接着フィルム上に被覆され、その後、板に積層される。下部クラッド層は、有機材料及び無機材料のような重合体からなり、好ましい材料は、上述した性質を備える重合体由来の無機シロキサンを含む。手順１０は、ＰＷＢ上の導波路の位置に対応する下部クラッド層への接着促進処理の随意的な適用工程を含む。手順１１は、所望のフィルム高さを得るために、コア重合体層を積層させる工程を含む。コア重合体層を、スピンコーティング法、メニスカスコーティング法、カーテンコーティング法又は好ましくはスクリーンプリント法により適用することができる。追加的に、コア重合体層を、スペーサーを備えるパターンマスクの直接的な接触により積層してもよい。手順１２は、コアパターンを通路の位置に整合させることで導波路を側方に画定し、その後、好ましくはＵＶ硬化法により、コア重合体を硬化させる工程を含む。手順１３は、フォトリソグラフィーあるいはスクリーンプリント又はステンシルプリントのための他の代替手段に必要であれば、機械的に補助された溶剤を用いて、コア層から硬化していない重合体を洗い落とす工程を含む。手順１４は、残りのコア重合体材料を完全に硬化させるために、ＰＷＢをＵＶ光にさらす工程を含む。手順１５は、下部クラッド層及び導波路に接着促進処理を施す工程を含む。手順１６は、導波路及び下部クラッド層上に充填材を含む上部クラッド層を適用する工程を含む。上部クラッド層は、メニスカスコート法、カーテンコート法、あるいはキャスティングのようなブランケットコート法により適用することができるが、上部クラッド層は選択的に、スクリーンプリントされることが好ましい。上部クラッド層は有機材料及び無機材料のような重合体を有し、好ましい材料は、上述した特性を備える重合体由来の無機シロキサンを含む。手順１７において、平面外ミラー位置を含まないがその付近の領域は、ＵＶ光の投光露光、マスクを用いたあるいは直接のスポット露光を適用することでＵＶ硬化法により硬化及び重合化される。手順１８は、低接着スタイラスあるいはファイバーチップを用いて、硬化していない上部クラッド層において、平面外ミラーを成形する工程を含む。図２を参照すると、平面外ミラーを成形する手順を図解する線図が記載されている。好ましくは、ミラーは、重合体システムの紫外光硬化法と組み合わせて、マイクロ鋳造工程により成形される。図２から分かるように、平面外ミラーの成形工程は４つの基本手順を含む。手順Ａにおいて、４５°に磨かれたファイバーチップに少量のコア重合体材料が適用される。ファイバーチップは典型的には１００ミクロンか又はそれ以上である。ファイバーチップは、４５°の向きの平面表面を備えることが好ましく、これにより本発明の平面外ミラーを形成する重合体にこの角度を転写することができる。また、ファイバーチップは、ＵＶ硬化光を、平面外ミラーが配置される基板表面上の位置に案内する。好ましい側面として、ファイバーチップは、形成される平面外ミラーの重合体を数ミクロンだけ硬化させ、これにより他の成形される平面外ミラーが手順および繰返し工程で連続的に成形できる。第１の手順Ａにおいて、重合体をスクリーンプリント又はステンシルプリントにより積層し、重合体を手順Ａのファイバーチップ上に運搬する必要を取り除くことができる。手順Ｂにおいて、ファイバーは、平面外ミラーが成形される位置の上に移送され、重合体がコア重合体層に対して堆積される。手順Ｃ及びＤにおいて、重合体は、平面外ミラーをコア重合体層と一体的に成形するために硬化され、その後手順Ｄにおいて、ファイバーは取り除かれ、あるいは引っ込められる。この工程により、ミラー表面において０．１ｄＢ未満の損失を備える平面外ミラーが製造できることが実証されている。
【００２８】
図６に示されている代替実施形態において、手順Ａの搬送手順は省略可能であり、この場合平面外ミラーはコア重合体層と同様に上部クラッド層に形成される。特に、上部クラッド層が適用された後、ファイバーチップを上部クラッド層及びコア層に適用し、手順Ｃ及びＤで上述したように、後にこれを硬化させることができる。
【００２９】
手順１９において、重合体材料の残部を硬化させるために、ＰＷＢはＵＶ光で露光される。手順２０は、平面外ミラーを金属コーティングする工程を含む。金属は、シャドウマスクを用いて適用され、あるいはスパッタコーティングアルミニウムや非電着性金属析出により適用される。手順２１において、下にある層を環境的な損傷から保護するために、後続の硬化工程と共に、ＰＷＢの光学表面にオーバーコートが適用される。ＰＷＢに複数の光相互接続層を備えるならば、後続の硬化工程とともに、オーバーコート層は、上部クラッド層及び金属被覆平面外ミラーに適用される。この詳細は手順２２に記載される。硬化させる前に追加的にオーバーコートを平面化してもよい。代替的に、複数層の第１の上部クラッド層は、次のコア層の下部クラッド層として用いることができる。手順９乃至２０は、次の光相互接続層を生成するために繰り返される。
【００３０】
本発明を例示した手法の中で説明してきたが、用いられている用語は、限定するためのものではなく、説明のためのものであることを理解されたい。
【００３１】
本発明の多くの変更例や変形例は、上述の教示から可能である。従って、添付した特許請求の範囲の射程内で、本発明を特に説明した形態以外でも、実施可能であることが理解せきるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による導波路及びプリント配線板を示す図である。
【図２】本発明に係る導波路の平面外ミラーを成形する工程を示す図である。
【図３】本発明に係る導波路及びプリント配線板を製造する工程を示すブロック図である。
【図４】本発明による、平面内及び隣接平面導波路が交差し、複数の高さにいくつかの光導波路接続装置（１−４）を備える複数層構成の断面を示す図である。
【図５】複数の接続装置が、３次元配列で、高密度に、様々な寸法で、互い違いに配列された、いくつかの光導波路アレイを３次元で示す図である。
【図６】本発明における、基板スタイラスを用いて、１２個の導波路アレイ上に形成された平面外ミラーを示す図である。
【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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月12日(2007.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
光学接続装置であって、
光学素子および電子素子、および回路を支持可能な基板と、
上部クラッド層、コア重合体層及び下部クラッド層を備える重合体導波路とを有し、前記コア重合体、あるいは前記上部クラッド層および前記下部クラッド層、若しくはその両方はナノ粒子充填材を含む重合体材料を有し、前記重合体導波路はプリント工程により形成され、
更に前記光学接続装置は、前記重合体導波路から導かれる光を、前記光学素子および前記電子素子あるいは別の重合体導波路に導くためのミラーと、
前記基板及び層を通じて光伝播を可能にする通路とを有することを特徴とする光学接続装置。
【国際調査報告】
2008506158.tif 000010