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JP2008224938A - Optical control component and manufacturing method of optical control component - Google Patents

Optical control component and manufacturing method of optical control component Download PDF

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JP2008224938A
JP2008224938A JP2007061522A JP2007061522A JP2008224938A JP 2008224938 A JP2008224938 A JP 2008224938A JP 2007061522 A JP2007061522 A JP 2007061522A JP 2007061522 A JP2007061522 A JP 2007061522A JP 2008224938 A JP2008224938 A JP 2008224938A
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optical waveguide
control component
resin material
electro
curable
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Application number
JP2007061522A
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Japanese (ja)
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Kazumasa Saito
和正 齋藤
Tomoyuki Akaboshi
知幸 赤星
Akio Sugama
明夫 菅間
Shigenori Aoki
重憲 青木
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical control component having a high reliability of signal propagation, and a manufacturing method of the same. <P>SOLUTION: The optical control component includes an optical waveguide, an electro-optical element installed in the optical waveguide, and an adhesive connecting the optical waveguide and the electro-optical element together. The adhesive is obtained by hardening a material containing a curable resin material and an organic material which has practically the same main molecular as the curable resin material and suppresses hardening contraction of the curable resin material. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気光学素子を用いて形成される光制御部品およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a light control component formed using an electro-optic element and a method for manufacturing the same.

半導体装置や電子機器の高速度化に伴い、従来の電気配線に換わる技術として光導波路を用いた信号伝播の方法が普及してきている。例えば、光導波路は、信号光を透過する、いわゆるコア材と呼ばれる光導波路の芯となる材料と、コア材の周囲を覆うように形成される、いわゆるクラッド材から構成されている。クラッド材はコア材と信号光の反射率が異なるため、コア材からクラッド材に向かう信号光はクラッド材で実質的にコア材側に全反射される構造になっている。   Along with the increase in the speed of semiconductor devices and electronic equipment, a signal propagation method using an optical waveguide has become widespread as a technique that replaces the conventional electric wiring. For example, the optical waveguide is composed of a so-called core material called a core material that transmits signal light, and a so-called clad material formed so as to cover the periphery of the core material. Since the clad material has a reflectivity different from that of the core material, the signal light directed from the core material to the clad material is substantially totally reflected by the clad material to the core material side.

例えば、上記の光を用いた信号伝搬では、光スイィチに代表される光制御部品が用いられる。上記の光スイッチでは、例えば電気光学効果を有する素子(電気光学素子)によって信号のスイッチングが行われる。電気光学素子と光導波路は、基板上においてサブミクロンオーダーの精度で位置あわせが行われる。また、電気光学素子と光導波路の間(電気光学素子と基板の間)には、ミクロンオーダーの隙間が形成されるため、当該間隙には接着剤などが充填されることが一般的である。例えば、上記の接着剤は、熱や紫外線の作用により硬化反応を起こす硬化性の樹脂材料が用いられる。
WO 03/104868号公報
For example, in signal propagation using the above light, a light control component typified by an optical switch is used. In the above optical switch, for example, signals are switched by an element having an electro-optic effect (electro-optic element). The electro-optic element and the optical waveguide are aligned on the substrate with submicron order accuracy. In addition, since a micron-order gap is formed between the electro-optic element and the optical waveguide (between the electro-optic element and the substrate), the gap is generally filled with an adhesive or the like. For example, a curable resin material that causes a curing reaction by the action of heat or ultraviolet rays is used as the adhesive.
WO 03/104868

しかし、電気光学素子と光導波路とのサブミクロンオーダーでの位置合わせを行った後に上記の接着剤を硬化させると、接着剤の硬化収縮により光導波路に対する電気光学素子の位置にずれを生じる場合があった。上記の硬化収縮を抑える方法として、接着剤中にシリカやカーボン粉末等の無機粉末を充填する方法が用いられる場合がある。   However, if the above-mentioned adhesive is cured after the alignment between the electro-optic element and the optical waveguide in the sub-micron order, the position of the electro-optic element with respect to the optical waveguide may be shifted due to curing shrinkage of the adhesive. there were. As a method for suppressing the curing shrinkage, a method of filling an inorganic powder such as silica or carbon powder in an adhesive may be used.

しかし、光スイッチの場合には構造上、接着剤中を信号を伝搬する媒体である光が通過する場合がある。このため、接着剤中に無機粉末を添加した場合には、光の散乱による光量の減衰を生じたり、または、光路の異常屈折を生じ、光スイッチの信頼性が低下してしまう懸念がある。このため、光スイッチなどの光制御部品では、無機材料が添加された接着剤を用いることは実質的に困難となっていた。   However, in the case of an optical switch, light, which is a medium that propagates a signal, may pass through the adhesive due to its structure. For this reason, when an inorganic powder is added to the adhesive, there is a concern that the light amount may be attenuated due to light scattering or the optical path may be abnormally refracted to reduce the reliability of the optical switch. For this reason, it has been substantially difficult to use an adhesive to which an inorganic material is added in a light control component such as an optical switch.

そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な光制御部品および光制御部品の製造方法を提供することを統括的課題としている。   Therefore, in the present invention, it is a general object to provide a novel and useful light control component and a method for manufacturing the light control component that solve the above-described problems.

本発明の具体的な課題は、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することである。   A specific object of the present invention is to provide a light control component with good signal propagation reliability and a method for manufacturing the same.

本発明の第1の観点では、上記の課題を、光導波路と、前記光導波路に設置された電気光学素子と、前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、前記接着剤は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品により、解決する。   In the first aspect of the present invention, the above-described problem is solved by an optical control including an optical waveguide, an electro-optical element installed in the optical waveguide, and an adhesive that connects the optical waveguide and the electro-optical element. A component, wherein the adhesive includes a curable resin material, and an organic material that has substantially the same molecular structure as the resin material and suppresses the curing shrinkage of the resin material. The problem is solved by a light control component characterized by being cured.

また、本発明の第2の観点では、上記の課題を、光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法により、解決する。   According to a second aspect of the present invention, the above-described problem is solved by installing an electro-optic element in an optical waveguide and filling a gap between the optical waveguide and the electro-optic element with a curable material; A step of curing the material, and the curable material has substantially the same molecular structure as the curable resin material and the resin material, and the organic material suppresses curing shrinkage of the resin material. It solves with the manufacturing method of the light control component characterized by including a material.

本発明によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the optical control component with the reliable signal propagation, and its manufacturing method.

図1(A)は、光制御部品(光スイッチ)10の断面を模式的に示した図であり、図1(B)はその平面図である。   FIG. 1A is a diagram schematically showing a cross section of the light control component (optical switch) 10, and FIG. 1B is a plan view thereof.

図1(A),(B)を参照するに、光制御部品10は、光導波路11に形成された凹部に、電気光学素子12が設置されてなる構造を有している。なお、光導波路11においては、コア部とクラッド部の境界の記載は図示を省略している。   Referring to FIGS. 1A and 1B, the light control component 10 has a structure in which an electro-optical element 12 is installed in a recess formed in the optical waveguide 11. In the optical waveguide 11, the illustration of the boundary between the core part and the clad part is omitted.

上記の構造においては、硬化性の樹脂材料よりなる接着剤13が光導波路11と電気光学素子12の隙間に充填され、当該樹脂材料が加熱または紫外線照射などにより硬化されて電気光学素子12が固定される。しかし、光導波路11と電気光学素子12の位置合わせは、サブミクロンオーダーでの正確性が必要とされるため、従来の接着剤では硬化収縮が問題になる場合があった。例えば、電気光学素子12は、光導波路11を伝搬する光軸14に対して正確に設置されていることが好ましい。   In the above structure, the adhesive 13 made of a curable resin material is filled in the gap between the optical waveguide 11 and the electro-optical element 12, and the resin material is cured by heating or ultraviolet irradiation to fix the electro-optical element 12. Is done. However, the alignment of the optical waveguide 11 and the electro-optical element 12 requires accuracy on the order of submicrons, and thus there is a case where curing shrinkage becomes a problem in the conventional adhesive. For example, it is preferable that the electro-optical element 12 be accurately installed with respect to the optical axis 14 propagating through the optical waveguide 11.

例えば、接着剤(樹脂材料)13の硬化収縮を抑制するためには、接着剤13に無機材料よりなる粉末(例えばシリカなど)を添加する方法が考えられる。   For example, in order to suppress the curing shrinkage of the adhesive (resin material) 13, a method of adding a powder (for example, silica) made of an inorganic material to the adhesive 13 is conceivable.

図2(A)は、硬化性の樹脂を硬化させて形成される構造を模式的に示した図であり、図2(B)は、硬化性の樹脂に、硬化収縮を抑制するための添加剤を添加して硬化させて形成される構造を模式的に示した図である。図2(A)の場合には、硬化性樹脂(母材)の主鎖に加えて母材の官能基によって架橋が形成され、架橋密度が大きくなっている。一方で、添加剤が添加された場合には、架橋の形成が添加剤により阻害されて架橋密度が小さくなっている。このため、図2(B)の場合には、図2(A)の場合に比べて硬化収縮を抑制することができる。   FIG. 2A is a diagram schematically showing a structure formed by curing a curable resin, and FIG. 2B is an addition to the curable resin for suppressing curing shrinkage. It is the figure which showed typically the structure formed by adding and hardening | curing an agent. In the case of FIG. 2A, crosslinks are formed by functional groups of the base material in addition to the main chain of the curable resin (base material), and the crosslink density is increased. On the other hand, when an additive is added, the formation of crosslinks is inhibited by the additive and the crosslink density is reduced. For this reason, in the case of FIG. 2 (B), hardening shrinkage | contraction can be suppressed compared with the case of FIG. 2 (A).

しかし、接着剤13は信号を伝搬する媒体である光が通過するため、無機材料よりなる粉末が添加された場合には、光の散乱による光量の減衰を生じたり、または、光路の異常屈折を生じ、光スイッチの信頼性が低下してしまう懸念があった。   However, since the light that is a medium that propagates the signal passes through the adhesive 13, when powder made of an inorganic material is added, the amount of light is attenuated due to light scattering, or abnormal refraction of the optical path is caused. As a result, there is a concern that the reliability of the optical switch is lowered.

そこで、本発明による光制御部品では、上記の接着剤13が、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなるように構成されていることが特徴となっている。   Therefore, in the light control component according to the present invention, the adhesive 13 includes a curable resin material and an organic material that has substantially the same molecular structure as the resin material and suppresses curing shrinkage of the resin material. Is characterized in that it is configured to be cured.

例えば、添加材料である上記の有機材料は、接着剤を構成する母材である硬化性の樹脂材料と、主たる分子構造が実質的に同じとなっている。このため、光が接着剤中を伝搬した場合、光の散乱・減衰や異常屈折などが抑制される。   For example, the above organic material that is an additive material has substantially the same main molecular structure as a curable resin material that is a base material constituting an adhesive. For this reason, when light propagates through the adhesive, scattering / attenuation of light, abnormal refraction, and the like are suppressed.

また、上記の硬化性の樹脂材料の硬化反応に実質的に寄与しないものを添加剤(上記の有機材料)として選択することで、接着剤の硬化収縮を抑制することが可能となる。例えば、樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有する材料を前記有機材料として選択すればよい。または、硬化性の樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基を有しない材料を、上記の有機材料として選択してもよい。   Further, by selecting a material that does not substantially contribute to the curing reaction of the curable resin material as an additive (the organic material described above), it is possible to suppress the curing shrinkage of the adhesive. For example, a material having a structure in which a functional group contributing to the curing reaction of the resin material is substituted with another functional group may be selected as the organic material. Alternatively, a material that does not have a functional group that contributes to the curing reaction of the curable resin material may be selected as the organic material.

例えば、熱硬化型樹脂あるいは紫外線硬化型樹脂の場合には、熱、あるいは、紫外線により、母材(樹脂)に添加してある開始剤が分解してイオンを生成し母材の硬化反応が起こる。このため、例えば、母材よりも分子量の大きい樹脂材料を添加剤として用いることにより、硬化反応後に反応に寄与しない成分を残存させて、硬化収縮を抑制することができる。   For example, in the case of a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin, the initiator added to the base material (resin) is decomposed by heat or ultraviolet rays to generate ions, and a hardening reaction of the base material occurs. . For this reason, for example, by using a resin material having a molecular weight larger than that of the base material as an additive, components that do not contribute to the reaction after the curing reaction can remain, and curing shrinkage can be suppressed.

また、母材がフタル酸系ポリエステル接着剤の場合には、添加剤としてフタル酸を用いてもよい。また、ビスフェノールA系の加熱硬化型樹脂の場合には、ビスフェノールAを添加剤として用いればよい。   Further, when the base material is a phthalic polyester adhesive, phthalic acid may be used as an additive. In the case of a bisphenol A-based thermosetting resin, bisphenol A may be used as an additive.

例えば、硬化性の樹脂材料としては、熱硬化型、紫外線硬化型、縮合型などの樹脂材料があるが、これらの樹脂材料を「硬化性の樹脂材料(母材)」、「有機材料(添加剤)」として組み合わせてもよい。上記の組み合わせにおいては、例えば添加剤は、母材の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有している
例えば、母材が熱硬化型の樹脂材料の場合、添加剤としては、紫外線硬化型、縮合型のいずれかの樹脂材料を選択すればよい。また、母材が紫外線硬化型の樹脂材料の場合、添加剤としては、熱硬化型または縮合型の樹脂材料を選択すればよい。同様に、母材が縮合型の樹脂材料の場合、添加剤としては、熱硬化型または紫外線硬化型の樹脂材料を選択すればよい。
For example, as curable resin materials, there are resin materials such as thermosetting type, ultraviolet curable type, and condensation type. These resin materials are classified as “curable resin materials (base materials)” and “organic materials (additional). It may be combined as an agent). In the above combination, for example, the additive has a structure in which the functional group contributing to the curing reaction of the base material is replaced with another functional group. For example, when the base material is a thermosetting resin material As the additive, either an ultraviolet curable resin type or a condensation type resin material may be selected. When the base material is an ultraviolet curable resin material, a thermosetting or condensation type resin material may be selected as the additive. Similarly, when the base material is a condensation type resin material, a thermosetting or ultraviolet curable resin material may be selected as the additive.

接着剤が上記の構造とされることで、接着剤13の硬化収縮が抑制されるとともに、光が接着剤13を伝搬する場合の散乱・減衰や異常屈折が抑制され、光制御部品の信頼性が良好となる。   Since the adhesive has the above-described structure, curing shrinkage of the adhesive 13 is suppressed, and scattering / attenuation and anomalous refraction when light propagates through the adhesive 13 are suppressed. Becomes better.

また、母材(添加剤)としては、例えば、エポキシ樹脂系、ポリエステル系、シリコーンゴム系等の樹脂材料を用いることができる。また、硬化性の樹脂は、一液型、二液型があるが、いずれのタイプを用いてもよい。また、二液型の場合、主剤、硬化剤の双方を用いてもよく、これらを別々に用いてもよい。   Moreover, as a base material (additive), resin materials, such as an epoxy resin type, a polyester type, a silicone rubber type, can be used, for example. The curable resin includes a one-pack type and a two-pack type, and any type may be used. In the case of a two-pack type, both the main agent and the curing agent may be used, or these may be used separately.

図3(A)〜(C)は、接着剤の具体的な例を示す図である。図3(A)は、熱硬化型のエポキシ樹脂の構造の一例を示したものである。   3A to 3C are diagrams illustrating specific examples of the adhesive. FIG. 3A shows an example of the structure of a thermosetting epoxy resin.

例えば、図3(A)に示す構造において、nで示される分子量が1未満の場合には、樹脂は液状となる。また、nで示される分子量が1以上の場合には、樹脂は固形(例えば粉末状)となる。   For example, in the structure shown in FIG. 3A, when the molecular weight represented by n is less than 1, the resin becomes liquid. Further, when the molecular weight represented by n is 1 or more, the resin is solid (for example, powder).

例えば、分子量が小さい(nが1未満)液状の硬化性のエポキシ樹脂に、分子量が大きい(nが1以上)粉末状のエポキシ樹脂を添加して用いることで、硬化の反応を遅くすることが可能であり、樹脂の硬化収縮を抑制することができる。   For example, adding a powdery epoxy resin having a large molecular weight (n is 1 or more) to a liquid curable epoxy resin having a small molecular weight (n is less than 1) can slow the curing reaction. It is possible and the cure shrinkage of resin can be suppressed.

また、図3(B)は、二液型の縮合型のシリコーン樹脂の硬化反応を示した図である。図3(B)を参照するに、二液型の縮合型のシリコーン樹脂は、主剤と硬化剤の2種類に分けて扱われ、使用(硬化)される直前に主剤と硬化剤が混合される。この場合の硬化反応は、シラノールと加水分解性基含有ケイ素化合物の縮合反応となり、その架橋剤としてはアルコキシシランがおもに用いられる。また、反応を促進させるために水やその他の触媒が用いられる。   FIG. 3B is a diagram showing a curing reaction of a two-component condensation type silicone resin. Referring to FIG. 3B, the two-pack type condensation type silicone resin is handled in two types, a main agent and a curing agent, and the main agent and the curing agent are mixed immediately before use (curing). . The curing reaction in this case is a condensation reaction of silanol and a hydrolyzable group-containing silicon compound, and alkoxysilane is mainly used as the crosslinking agent. In addition, water or other catalysts are used to promote the reaction.

また、接着剤の硬化反応としては、図3(C)のような反応を用いてもよい。図3(C)に示す場合、ビニル基を含有するポリシロキサンと、Si−H結合を有するポリシロキサンとを付加反応させることにより、シロキサン鎖を架橋させる機構を用いて硬化を生じさせている。   Further, as a curing reaction of the adhesive, a reaction as shown in FIG. 3C may be used. In the case shown in FIG. 3C, curing is caused by a mechanism of crosslinking siloxane chains by addition reaction of a polysiloxane containing a vinyl group and a polysiloxane having a Si—H bond.

この場合、触媒としては、例えば白金化合物が用いられる。また、硬化速度は温度依存性が大きく、温度を上げるほど短時間で硬化するため、触媒の量や種類を換えることで加熱硬化型の接着剤として用いることも可能である。   In this case, for example, a platinum compound is used as the catalyst. Moreover, since the curing rate is highly temperature dependent and cures in a shorter time as the temperature is raised, it can be used as a heat-curing adhesive by changing the amount and type of the catalyst.

例えば、上記の図3(B)の樹脂と図3(C)の樹脂を組み合わせることで、接着剤の硬化収縮を抑制することが可能となる。   For example, by combining the resin shown in FIG. 3B and the resin shown in FIG. 3C, curing shrinkage of the adhesive can be suppressed.

次に、母材に硬化剤を添加して硬化性の材料を構成し、当該材料を硬化させて収縮率と光の透過率を測定した結果について説明する。   Next, the result of adding a curing agent to the base material to form a curable material, curing the material, and measuring the shrinkage rate and the light transmittance will be described.

まず、実験Aとして、母材である二液加熱硬化型液状シリコーン樹脂(主剤および硬化剤)に添加剤として二液性縮合型液状シリコーン樹脂の主材たるシリコーン樹脂を添加し、硬化性材料を構成した。当該硬化性材料を、加熱温度100℃、加熱時間1時間の条件で加熱し、硬化させた。   First, as Experiment A, a silicone resin as a main component of a two-component condensation type liquid silicone resin is added as an additive to a two-component heat-curable liquid silicone resin (main agent and curing agent) as a base material, and a curable material is obtained. Configured. The curable material was heated and cured under the conditions of a heating temperature of 100 ° C. and a heating time of 1 hour.

また、実験Bとして、母材である一液性液状紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として固形タイプエポキシ樹脂(母材よりも分子量が大きい)を添加し、硬化性材料を構成した。このとき、液状樹脂に固形樹脂を均一混合するために、液状樹脂と固形樹脂を所定量の比率で混合した樹脂混合物をアセトンに溶解し、均一混合溶液を調製した。次に、室温で混合溶液を減圧し、溶剤としてのアセトンを蒸発除去した。このようにして、液状エポキシ樹脂と固形エポキシ樹脂を均一混合し、紫外線硬化材料を調製した。当該硬化性材料を、超高圧水銀ランプを、出力1mW/cmとして15分間照射し、硬化させた。 Further, as Experiment B, a solid type epoxy resin (having a molecular weight larger than that of the base material) was added as an additive to the one-component liquid ultraviolet curable epoxy resin that was a base material to constitute a curable material. At this time, in order to uniformly mix the solid resin with the liquid resin, a resin mixture in which the liquid resin and the solid resin were mixed at a predetermined ratio was dissolved in acetone to prepare a uniform mixed solution. Next, the mixed solution was decompressed at room temperature, and acetone as a solvent was removed by evaporation. In this way, a liquid epoxy resin and a solid epoxy resin were uniformly mixed to prepare an ultraviolet curable material. The curable material was cured by irradiating with an ultrahigh pressure mercury lamp at an output of 1 mW / cm 2 for 15 minutes.

また、比較例として、母材である一液性紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として乾式シリカ粉末を添加して硬化性材料を構成した。当該硬化性材料を、超高圧水銀ランプを、出力1mW/cmとして15分間照射し、硬化させた。 Further, as a comparative example, a curable material was configured by adding dry silica powder as an additive to a one-component ultraviolet curable epoxy resin as a base material. The curable material was cured by irradiating with an ultrahigh pressure mercury lamp at an output of 1 mW / cm 2 for 15 minutes.

図4は、上記の実験A,実験B,および比較例について、それぞれ添加剤の添加率(重量%、図中wt%と表記)に対する収縮率を比較したものである。また、図5は、上記の実験A,実験B,および比較例について、それぞれ添加剤の添加率(重量%、図中wt%と表記)に対する光の透過率を比較したものである。   FIG. 4 compares the shrinkage rate with respect to the additive addition rate (weight%, expressed as wt% in the figure) for the above-described Experiment A, Experiment B, and Comparative Example. FIG. 5 compares the light transmittance with respect to the additive addition rate (weight%, expressed as wt% in the figure) for the above-described Experiment A, Experiment B, and Comparative Example.

図4を参照するに、実験A,実験B,および比較例のそれぞれの場合において、添加剤の添加率の増大にしたがって、硬化させた場合の収縮率は小さくなっていることがわかる。また、図5を参照するに、比較例の場合、添加材の添加率の増大にしたがって、透過率が減少し、比較例の場合には、添加剤の添加によって硬化収縮率は抑制されるものの、透過率が低下し、光制御素子に適用することは困難であることがわかる。一方で、実験A,実験Bの場合には、添加剤の添加によって透過率は殆ど変化していないことがわかる。   Referring to FIG. 4, it can be seen that in each of Experiment A, Experiment B, and Comparative Example, the shrinkage ratio when cured is reduced as the additive addition ratio increases. Further, referring to FIG. 5, in the case of the comparative example, the transmittance decreases as the addition rate of the additive is increased, and in the case of the comparative example, the curing shrinkage rate is suppressed by the addition of the additive. It can be seen that the transmittance is lowered and it is difficult to apply to the light control element. On the other hand, in the case of Experiment A and Experiment B, it can be seen that the transmittance is hardly changed by the addition of the additive.

上記の結果より、実験A,実験Bの場合には、硬化性材料の硬化収縮率を抑制しながら、光の透過率を良好とすることが可能となっており、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品を構成することが可能であることが確認された。   From the above results, in Experiments A and B, it is possible to improve the light transmittance while suppressing the curing shrinkage of the curable material, and the signal propagation reliability is good. It was confirmed that it was possible to construct a light control component.

次に、上記の接着剤を用いた光制御部品の製造方法と、光制御部品の構成例について説明する。   Next, a method for manufacturing a light control component using the above adhesive and a configuration example of the light control component will be described.

図6A〜図6Hは、実施例2による光制御部品(光スイッチ)の製造方法を、手順を追って示す図である。ただし、以下の図中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。   6A to 6H are diagrams illustrating a method of manufacturing a light control component (optical switch) according to the second embodiment, following a procedure. However, in the following drawings, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description may be omitted.

まず、図6A〜図6Bに示す工程において、例えば石英よりなる基板101上に、それぞれ反射率が異なるコア部102Aとクラッド部102Bを有するスラブ光導波路102を形成する。光導波路102は、例えばSiOを主成分として構成され、SiOに添加する添加物の種類や割合を変更することによって、コア部102Aとクラッド部102Bを形成する。 6A to 6B, a slab optical waveguide 102 having a core part 102A and a cladding part 102B having different reflectivities is formed on a substrate 101 made of, for example, quartz. The optical waveguide 102 is composed of, for example, SiO 2 as a main component, and the core portion 102A and the clad portion 102B are formed by changing the kind and ratio of the additive added to the SiO 2 .

上記の構成においては、屈折率が大きいコア部102Aが、屈折率が小さいクラッド部102Bに挟まれた構造となっており、光の全反射によってコア部102Aの延伸方向に沿って光波が伝搬される。   In the above configuration, the core portion 102A having a high refractive index is sandwiched between the cladding portions 102B having a low refractive index, and light waves are propagated along the extending direction of the core portion 102A by total reflection of light. The

次に、図6Cに示す工程において、マスクパターン(図示せず)をマスクにしたエッチングによって、光導波路102をエッチングし、さらに必要に応じて基板101の一部をエッチングし、凹部103を形成する。この場合、凹部103の底部からは基板101が露出することになる。   Next, in the step shown in FIG. 6C, the optical waveguide 102 is etched by etching using a mask pattern (not shown) as a mask, and a part of the substrate 101 is etched as necessary to form the recess 103. . In this case, the substrate 101 is exposed from the bottom of the recess 103.

次に、図6Dに示す工程において、例えばスパッタリング法により、Cuよりなる電極104を、凹部103の底部から露出する基板101上に形成する。   Next, in the step shown in FIG. 6D, an electrode 104 made of Cu is formed on the substrate 101 exposed from the bottom of the recess 103, for example, by sputtering.

次に、図6E〜図6Fに示す工程において、電極104上に、例えばCuペーストなどの導電性ペースト104を塗布し、導電性ペースト104上に、例えばPLZTよりなる電気光学素子106を設置する。電気光学素子106は、凹部103に収納されるように設置される。   6E to 6F, a conductive paste 104 such as Cu paste is applied on the electrode 104, and an electro-optic element 106 made of PLZT, for example, is placed on the conductive paste 104. The electro-optical element 106 is installed so as to be housed in the recess 103.

次に、図6Gに示す工程において、母材である一液性液状紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として固形タイプエポキシ樹脂(母材よりも分子量が大きい)を添加して構成された硬化性材料(接着剤)107を、光導波路102と電気光学素子106の隙間(光導波路102と基板101の隙間)に充填する。ここで、光導波路102と電気光学素子106が実質的に接続され、光伝搬のための経路が硬化性材料107によって確保される。また、電極104および導電性ペースト105は、硬化性材料(接着剤)107によって埋設される。   Next, in the step shown in FIG. 6G, the curability is configured by adding a solid type epoxy resin (having a molecular weight larger than that of the base material) as an additive to the one-component liquid ultraviolet curable epoxy resin that is the base material. A material (adhesive) 107 is filled in a gap between the optical waveguide 102 and the electro-optic element 106 (a gap between the optical waveguide 102 and the substrate 101). Here, the optical waveguide 102 and the electro-optical element 106 are substantially connected, and a path for light propagation is secured by the curable material 107. The electrode 104 and the conductive paste 105 are embedded with a curable material (adhesive) 107.

次に、図6Hに示す工程において、硬化性材料107に、超高圧水銀ランプを、出力1mW/cmとして15分間照射し、硬化させた。このようにして、光制御部品(光スイッチ)100を製造することができる。 Next, in the process shown in FIG. 6H, the curable material 107 was irradiated with an ultrahigh pressure mercury lamp at an output of 1 mW / cm 2 for 15 minutes to be cured. In this way, the light control component (optical switch) 100 can be manufactured.

また、図7は、図6Hに示した光制御部品100の平面図を模式的に示した図である。なお、図7では、硬化性材料(接着剤)107の図示は省略している。図6H,図7を参照するに、上記の光制御部品100は、電極104に電圧が印加されることで電気光学素子106に電界が発生し、光のスイッチングが行われる構造になっている。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a plan view of the light control component 100 shown in FIG. 6H. In FIG. 7, illustration of the curable material (adhesive) 107 is omitted. Referring to FIGS. 6H and 7, the light control component 100 has a structure in which an electric field is generated in the electro-optical element 106 when a voltage is applied to the electrode 104, and light is switched.

上記の製造方法によれば、硬化性材料107の硬化収縮が抑制されるため、光導波路102に対する光光学素子106の位置ずれの影響が抑制される。また、光が透過する硬化性材料107の光の透過率が良好となっている。このため、上記の製造方法によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品を製造することが可能となる。   According to the manufacturing method described above, since the curing shrinkage of the curable material 107 is suppressed, the influence of the positional deviation of the optical optical element 106 with respect to the optical waveguide 102 is suppressed. Moreover, the light transmittance of the curable material 107 that transmits light is good. For this reason, according to said manufacturing method, it becomes possible to manufacture the light control component with the reliable signal propagation.

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記1)
光導波路と、
前記光導波路に設置された電気光学素子と、
前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、
前記接着剤は、
硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品。
(付記2)
前記有機材料は、前記樹脂材料よりも分子量が大きいことを特徴とする付記1記載の光制御部品。
(付記3)
前記樹脂材料は液状であり、前記有機材料は固形状の樹脂材料であることを特徴とする付記1または2記載の光制御部品。
(付記4)
前記樹脂材料は、エポキシ系の樹脂材料であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項記載の光制御部品。
(付記5)
前記有機材料は、前記樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有していることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項記載の光制御部品。
(付記6)
前記樹脂材料は熱硬化型樹脂材料であり、前記第2の有機材料は縮合型樹脂材料であることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項記載の光制御部品。
(付記7)
光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、
前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、
前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法。
(付記8)
基板上に前記光導波路を形成する工程と、
前記光導波路をエッチングし、前記電気光学素子を設置する凹部を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする付記7記載の光制御部品の製造方法。
(付記9)
前記凹部の底部に電極を形成する工程を有することを特徴とする付記8記載の光制御部品の製造方法。
(付記10)
前記電気光学素子は、前記電極に接続されることを特徴とする付記9記載の光制御部品の製造方法。
(付記11)
前記硬化性材料は、前記電極を埋設するように前記光導波路と前記電気光学素子の隙間に充填されることを特徴とする付記10記載の光制御部品の製造方法。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
(Appendix 1)
An optical waveguide;
An electro-optic element installed in the optical waveguide;
An optical control component having an adhesive for connecting the optical waveguide and the electro-optic element,
The adhesive is
A light comprising: a curable resin material; and a material including a main molecular structure that is substantially the same as the resin material and an organic material that suppresses curing shrinkage of the resin material. Control part.
(Appendix 2)
The light control component according to appendix 1, wherein the organic material has a molecular weight larger than that of the resin material.
(Appendix 3)
The light control component according to appendix 1 or 2, wherein the resin material is liquid and the organic material is a solid resin material.
(Appendix 4)
The light control component according to any one of appendices 1 to 3, wherein the resin material is an epoxy resin material.
(Appendix 5)
The light control according to any one of appendices 1 to 4, wherein the organic material has a structure in which a functional group contributing to a curing reaction of the resin material is substituted with another functional group. parts.
(Appendix 6)
The light control component according to any one of appendices 1 to 5, wherein the resin material is a thermosetting resin material, and the second organic material is a condensation resin material.
(Appendix 7)
Installing an electro-optic element in the optical waveguide, and filling a gap between the optical waveguide and the electro-optic element with a curable material;
Curing the curable material,
The curable material includes a curable resin material, and an organic material that has substantially the same molecular structure as that of the resin material and suppresses curing shrinkage of the resin material. A manufacturing method for parts.
(Appendix 8)
Forming the optical waveguide on a substrate;
The method for manufacturing a light control component according to claim 7, further comprising: a step of etching the optical waveguide to form a recess for installing the electro-optic element.
(Appendix 9)
The method for manufacturing a light control component according to claim 8, further comprising a step of forming an electrode on the bottom of the recess.
(Appendix 10)
The method of manufacturing a light control component according to appendix 9, wherein the electro-optic element is connected to the electrode.
(Appendix 11)
11. The method for manufacturing a light control component according to claim 10, wherein the curable material is filled in a gap between the optical waveguide and the electro-optic element so as to embed the electrode.

本発明によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the optical control component with the reliable signal propagation, and its manufacturing method.

(A)は光制御部品の断面図であり、(B)はその平面図である。(A) is sectional drawing of a light control component, (B) is the top view. (A)は、架橋密度が大きい場合、(B)は架橋密度が小さい場合の、樹脂の構造を模式的に示した図である。(A) is the figure which showed typically the structure of resin when a crosslinking density is large, and (B) is a case where a crosslinking density is small. (A)〜(C)は、硬化性の樹脂の例である。(A) to (C) are examples of curable resins. 樹脂の硬化収縮を示す図である。It is a figure which shows hardening shrinkage | contraction of resin. 樹脂の光の透過率を示す図である。It is a figure which shows the light transmittance of resin. 光制御部品の製造方法を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その2)である。It is a figure (the 2) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その3)である。It is FIG. (3) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その5)である。It is FIG. (5) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その6)である。It is FIG. (6) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その7)である。It is FIG. (The 7) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の製造方法を示す図(その8)である。It is FIG. (8) which shows the manufacturing method of light control components. 光制御部品の平面図である。It is a top view of a light control component.

符号の説明Explanation of symbols

10,100 光制御部品
101 基板
11,102 光導波路
102A コア部
102B クラッド部
13,107 接着剤
103 凹部
104 電極
105 導電性ペースト
106 電気光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 Light control component 101 Board | substrate 11,102 Optical waveguide 102A Core part 102B Clad part 13,107 Adhesive 103 Recessed part 104 Electrode 105 Conductive paste 106 Electro-optical element

Claims (6)

光導波路と、
前記光導波路に設置された電気光学素子と、
前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、
前記接着剤は、
硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品。
An optical waveguide;
An electro-optic element installed in the optical waveguide;
An optical control component having an adhesive for connecting the optical waveguide and the electro-optic element,
The adhesive is
A light comprising: a curable resin material; and a material including a main molecular structure that is substantially the same as the resin material and an organic material that suppresses curing shrinkage of the resin material. Control part.
前記有機材料は、前記樹脂材料よりも分子量が大きいことを特徴とする請求項1記載の光制御部品。   The light control component according to claim 1, wherein the organic material has a molecular weight larger than that of the resin material. 前記樹脂材料は液状であり、前記有機材料は固形状の樹脂材料であることを特徴とする請求項1または2記載の光制御部品。   3. The light control component according to claim 1, wherein the resin material is liquid and the organic material is a solid resin material. 前記有機材料は、前記樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の光制御部品。   The light according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic material has a structure in which a functional group contributing to a curing reaction of the resin material is substituted with another functional group. Control part. 光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、
前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、
前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法。
Installing an electro-optic element in the optical waveguide, and filling a gap between the optical waveguide and the electro-optic element with a curable material;
Curing the curable material,
The curable material includes a curable resin material, and an organic material having a molecular structure substantially the same as that of the resin material and suppressing cure shrinkage of the resin material. A manufacturing method for parts.
基板上に前記光導波路を形成する工程と、
前記光導波路をエッチングし、前記電気光学素子を設置する凹部を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項5記載の光制御部品の製造方法。
Forming the optical waveguide on a substrate;
The method of manufacturing a light control component according to claim 5, further comprising: a step of etching the optical waveguide to form a recess for installing the electro-optic element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021527839A (en) * 2018-04-04 2021-10-14 ザ リサーチ ファンデーション フォー ザ ステート ユニバーシティ オブ ニューヨーク Heterogeneous structure on an integrated photonics platform

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