JP2011007886A - Method of manufacturing optical waveguide and die used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路の製造方法およびそれに用いる型に関する。 The present invention relates to an optical waveguide manufacturing method and a mold used therefor.
光通信システムの実用化に伴い、その基本構成としての光導波路に関する技術が注目を集めている。光導波路とは、代表的には、屈折率が高いコア層を屈折率が低いクラッド層が取り囲んだ埋め込み型構造をなすか、あるいは、屈折率が低い下部クラッド層の上に屈折率が高いコア層を形成し、上部クラッド層を空気層としたリッジ型構造をなし、光導波路のコア層に入射した光は該コア層と該クラッド層との界面や該コア層と該空気層との界面で反射しながら該コア層中を伝播する。 Along with the practical application of optical communication systems, the technology related to optical waveguides as its basic configuration has attracted attention. An optical waveguide typically has a buried structure in which a core layer having a high refractive index is surrounded by a cladding layer having a low refractive index, or a core having a high refractive index on a lower cladding layer having a low refractive index. Forming a ridge structure with an upper cladding layer as an air layer, and the light incident on the core layer of the optical waveguide is the interface between the core layer and the cladding layer or the interface between the core layer and the air layer And propagates through the core layer while reflecting.
光導波路を製造する方法としては、例えば、基板上にクラッド材料を塗布し、硬化させて下部クラッド層を形成し、次いで、下部クラッド層上にコア材料を塗布し、マスクを被せて硬化させ、未硬化部分を除去することにより、コア層を形成するか、あるいは、下部クラッド層上にコア材料を塗布した後、硬化させてから、パターニングされたレジスト層を形成し、非被覆部分を除去することにより、コア層を形成した後、コア層を埋め込むように下部クラッド層上にクラッド材料を塗布し、硬化させて上部クラッド層を形成する方法が採用されてきた。 As a method of manufacturing an optical waveguide, for example, a clad material is applied on a substrate and cured to form a lower clad layer, then a core material is applied onto the lower clad layer, and a mask is applied and cured. The core layer is formed by removing the uncured portion, or the core material is applied on the lower cladding layer and then cured, and then the patterned resist layer is formed, and the uncovered portion is removed. Thus, after forming the core layer, a method has been adopted in which a clad material is applied on the lower clad layer so as to embed the core layer and cured to form the upper clad layer.
この方法に対し、最近、光導波路を簡便かつ安価に製造する方法として、スタンパ法が検討されている。例えば、特許文献1、2および3には、ガラス基板上にクラッド材料を滴下し、表面にコア層と同じ形状のパターンを有するスタンパ型を押圧してコア溝を形成した後、クラッド材料を硬化させて、コア溝を有する下部クラッド層を形成し、次いで、コア溝にコア材料を注入して充填し、コア材料を硬化させてコア層を形成した後、コア層を埋め込むように、下部クラッド層上にクラッド材料を滴下し、ベース基板を接着してから、クラッド材料を硬化させて上部クラッド層を形成する方法が開示されている。
このスタンパ法では、クラッド材料にスタンパ型を接触させる際に、クラッド材料とスタンパ型との間に気泡が含まれ、この気泡がクラッド材料から排出されないまま下部クラッド層が形成される場合がある。このように下部クラッド層中に気泡が存在すると、下部クラッド層の厚みが減少し光閉じ込め効果が不十分となったり、ひどい場合には、コア溝が断絶されてしまうといった問題がある。 In this stamper method, when the stamper mold is brought into contact with the clad material, bubbles may be included between the clad material and the stamper mold, and the lower clad layer may be formed without the bubbles being discharged from the clad material. When bubbles are present in the lower cladding layer as described above, the thickness of the lower cladding layer is reduced and the light confinement effect becomes insufficient. In a severe case, the core groove is disconnected.
そこで、本発明者らは、クラッド材料にスタンパ型を押し付けた後、減圧下でクラッド材料を形成することで下部クラッド材料中の気泡の除去を試みたが、従来使用されてきたスタンパ型では、かかる脱泡処理を行っても充分にクラッド材料中の泡を除去することができないという問題があった。 Therefore, the present inventors tried to remove bubbles in the lower cladding material by forming the cladding material under reduced pressure after pressing the stamper mold against the cladding material, but in the conventionally used stamper mold, There has been a problem that even if such defoaming treatment is performed, bubbles in the clad material cannot be sufficiently removed.
上述した状況の下、本発明が解決すべき課題は、光導波路において、下部クラッド層中に残留する泡に起因する下部クラッド層およびコア溝の形成不良が生じ難い光導波路の製造方法およびそれに用いる型を提供することにある。 Under the circumstances described above, the problem to be solved by the present invention is a method of manufacturing an optical waveguide in which formation failure of the lower cladding layer and the core groove due to bubbles remaining in the lower cladding layer is unlikely to occur, and the optical waveguide is used for the method. To provide a mold.
本発明者らは、種々検討の結果、コア溝を有する下部クラッド層の形状によって、クラッド材料中の泡の抜け易さに違いがあり、コア溝を含めた下部クラッド層長手方向に垂直な断面形状が台形状であれば、脱泡処理により速やかに下部クラッド材料中の泡が除去されることを見出して、本発明を完成した。 As a result of various studies, the inventors have found that there is a difference in the ease of bubbles in the cladding material depending on the shape of the lower cladding layer having the core groove, and the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the lower cladding layer including the core groove. When the trapezoidal shape was found, it was found that bubbles in the lower cladding material were quickly removed by the defoaming treatment, and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、基板上に、クラッド材料を滴下し、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有する第2の型を用いて、該基板上に、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成する工程;該コア溝にコア材料を注入して充填し、該コア材料を硬化させてコア層を形成する工程;該スペーサ溝にクラッド材料を注入して充填し、かつ、該コア層を埋め込むように該下部クラッド層上にクラッド材料を塗布した後、該クラッド材料を硬化させて上部クラッド層を形成する工程を含み、且つ、
該第2の型として、スペーサ溝対応凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凸部の下端辺がスペーサ溝上端面に対応する凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、少なくともコア溝対応凸部側のスペーサ溝対応凸部の辺が傾斜しているものを用いることを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。
That is, according to the present invention, the second mold having the respective protrusions corresponding to the core groove and the spacer grooves provided substantially in parallel with a space on both sides of the core groove is dropped on the substrate. Forming a lower clad layer on the substrate having a core groove and spacer grooves arranged substantially parallel to each other on both sides of the core groove; and injecting a core material into the core groove Filling the core material and curing the core material; injecting and filling the spacer groove with a clad material, and applying the clad material on the lower clad layer so as to embed the core layer And then curing the cladding material to form an upper cladding layer, and
As the second mold, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted base in which the lower end side of the convex portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper end side of the convex portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. There is provided a method for manufacturing an optical waveguide characterized by using a shape having at least a side of a convex portion corresponding to a spacer groove on a core groove corresponding convex portion side.
本発明による光導波路の製造方法において、前記第2の型は、コア溝対応凸部側のスペーサ溝対応凸部の斜辺と、スペーサ溝上端面に対応するスペーサ溝対応凸部上端辺とのなす角が45°以下であるのが好ましい。また、前記下部クラッド層上端面において、前記コア溝と前記スペーサ溝との間隔(x)が、前記コア溝の幅と同等以下であるのが好ましい。 In the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, the second mold has an angle formed between the oblique side of the spacer groove corresponding convex portion on the core groove corresponding convex portion side and the spacer groove corresponding convex upper end side corresponding to the spacer groove upper end surface. Is preferably 45 ° or less. Moreover, it is preferable that an interval (x) between the core groove and the spacer groove is equal to or less than the width of the core groove on the upper end surface of the lower cladding layer.
また、本発明は、上記のような光導波路の製造方法に用いる型であって、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凹部または各凸部を有し、前記スペーサ溝に対応する凹部または凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凹部または凸部の下端辺が該スペーサ溝上端面に対応する凹部または凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、且つ、少なくともコア溝に対応する凹部または凸部側のスペーサ溝対応凹部または凸部の辺が傾斜していることを特徴とする型を提供する。 Further, the present invention is a mold used in the above-described method for manufacturing an optical waveguide, and each recess or corresponding to a core groove and a spacer groove provided substantially in parallel with a space on both sides of the core groove. A concave portion corresponding to the spacer groove or having a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion, the concave portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove, or the concave portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. Alternatively, a mold having an inverted trapezoidal shape shorter than the upper end side of the convex part, and at least a concave part corresponding to the core groove or a side of the concave part or convex part corresponding to the spacer groove on the convex part side is provided. To do.
さらに、本発明には、上記製造方法により得られた光導波路も含まれる。 Furthermore, the present invention includes an optical waveguide obtained by the above manufacturing method.
本発明による光導波路の製造方法は、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有し、且つ、前記スペーサ溝に対応する凸部の断面形状が、スペーサ溝底面に対応する底辺が上辺よりも短い逆台形状の第2の型(凸型)を用いて、基板上に下部クラッド層を形成するので、下部クラッド材料中に取り込まれた泡に起因する下部クラッド層の厚み減少や、コア溝の形成不良が生じ難く、歩留まり良く光導波路を製造することができる。 The method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention includes a convex portion corresponding to each of the core groove and a spacer groove provided on both sides of the core groove with a space therebetween and arranged substantially in parallel, and corresponding to the spacer groove. Since the lower clad layer is formed on the substrate by using a second mold (convex mold) having an inverted trapezoidal shape in which the base corresponding to the bottom surface of the spacer is shorter than the upper side, the lower clad layer is formed in the lower clad material. An optical waveguide can be manufactured with a high yield, with less thickness reduction of the lower cladding layer and poor formation of the core groove due to the incorporated bubbles.
また、本発明によれば、フィルム基板のような剛性が低い基板を用いても、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層が制御された略均一な厚さを有し、導波損失が非常に小さい光導波路を簡便に製造することができる。 In addition, according to the present invention, even when a low-rigidity substrate such as a film substrate is used, the lower clad layer in the portion located below the core layer has a substantially uniform thickness and is guided. An optical waveguide with a very small loss can be easily manufactured.
本発明による光導波路の製造方法は、基板上に、クラッド材料を滴下し、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有する第2の型を用いて、該基板上に、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成する工程;該コア溝にコア材料を注入して充填し、該コア材料を硬化させてコア層を形成する工程;該スペーサ溝にクラッド材料を注入して充填し、かつ、該コア層を埋め込むように該下部クラッド層上にクラッド材料を塗布した後、該クラッド材料を硬化させて上部クラッド層を形成する工程を含み、且つ、
該第2の型として、スペーサ溝対応凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凸部の下端辺がスペーサ溝上端面に対応する凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、少なくともコア溝対応凸部側のスペーサ溝対応凸部の辺が傾斜しているものを用いることを特徴とする。
The method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention has a convex portion corresponding to a core groove and spacer grooves provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove by dropping a clad material on the substrate. Forming, on the substrate, a lower cladding layer having a core groove and spacer grooves arranged substantially parallel to each other on both sides of the core groove on the substrate using a second mold; Injecting and filling material, and curing the core material to form a core layer; injecting and filling the spacer groove with cladding material and filling the core layer on the lower cladding layer Applying a clad material and then curing the clad material to form an upper clad layer; and
As the second mold, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted base in which the lower end side of the convex portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper end side of the convex portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. It has a shape, and at least the side of the convex portion corresponding to the spacer groove on the convex side corresponding to the core groove is used.
図1に、本発明の第2の型の長手方向に垂直な断面形状の一例を示し、図2には、従来の型の長手方向に垂直な断面形状を示す。なお、本発明に係る第2の型は、図1の態様に限定されるものではない。 FIG. 1 shows an example of a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the second mold of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of a conventional mold. In addition, the 2nd type | mold which concerns on this invention is not limited to the aspect of FIG.
本発明で使用する第2の型は、図1の6に示すように、コア溝に対応する凸部9と、該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する各凸部10を有し、且つ、前記スペーサ溝に対応する凸部10の断面形状が、スペーサ溝底面に対応する底辺14が上辺13よりも短い逆台形状をとなっている。このような第2の型を用いることで、下部クラッド材料中の泡が速やかに除去され、歩留まりよく光導波路を製造することができる。 The second mold used in the present invention corresponds to a convex portion 9 corresponding to the core groove and a spacer groove provided substantially in parallel with a space on both sides of the core groove, as shown in 6 of FIG. The cross-sectional shape of the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is an inverted trapezoid whose bottom side 14 corresponding to the spacer groove bottom surface is shorter than the upper side 13. By using such a second mold, bubbles in the lower clad material are quickly removed, and an optical waveguide can be manufactured with a high yield.
図6(a)に示すように、第2の型6が、基板1上に塗布されたクラッド材料15中に侵入する際に、クラッド材料15内に空気が取り込まれ、気泡18が生じる。第2の型6と基板1とを接触させるまでの間には、第2の型6の侵入に起因して、クラッド材料15内にx方向の力が生じる(図6(b)参照)。すなわち、x方向の力とは、コア溝対応凸部9の侵入により、クラッド材料15に働く力(流れ)である。一方、y方向の力とは、x方向の力の、コア溝対応凸部9側のスペーサ溝対応凸部10の傾斜した辺16に平行な成分であり、また、第2の型の侵入に由来して生じる基板方向の力と、x方向にクラッド材料が排除される力とが合成された合力であるとも考えられる。すなわち、スペーサ溝対応凸部10の断面形状が逆台形状である本発明の第2の型を用いる場合には、第2の型6を基板1に押し付けることによって、気泡18にx方向およびy方向の力が作用し、気泡18は辺16まで移動する。その後、辺16まで到達した気泡18に更にx方向およびy方向の力が働くことで、気泡18は辺16に沿って、図6(b)に矢印で示すように移動し、最終的には、下部クラッド材料外へと速やかに排出されるのである。一方、従来の第2の型6’を用いる場合には、クラッド材料内15’への第2の型6’の侵入により、x、y方向への力は生じるものの(図7)、気泡18にy方向の力が働いても、第2の型6’のスペーサ溝対応凸部10’の断面形状は矩形であり、辺16’は基板1に対して垂直であるため、辺16’に沿って気泡18は移動し難い。すなわち、第2の型6’の侵入に由来する下部クラッド材料がx方向へと排除される力やy方向の力、および、気泡18に働く浮力がバランスして、辺16’に平行な成分は見かけ上0となる。したがって、第2の型6’を用いる場合には、気泡18が第2の型6’の外部に排出され難いものと考えられる。 As shown in FIG. 6A, when the second mold 6 enters the cladding material 15 applied on the substrate 1, air is taken into the cladding material 15 and bubbles 18 are generated. Until the second mold 6 and the substrate 1 are brought into contact with each other, a force in the x direction is generated in the cladding material 15 due to the penetration of the second mold 6 (see FIG. 6B). That is, the force in the x direction is a force (flow) acting on the cladding material 15 due to the penetration of the core groove corresponding convex portion 9. On the other hand, the force in the y direction is a component of the force in the x direction parallel to the inclined side 16 of the spacer groove corresponding convex portion 10 on the core groove corresponding convex portion 9 side. It can also be considered that the resultant force in the substrate direction and the force that eliminates the cladding material in the x direction are combined. That is, when the second mold of the present invention in which the cross-sectional shape of the spacer groove-corresponding convex portion 10 is an inverted trapezoidal shape is used, the second mold 6 is pressed against the substrate 1, so Directional force acts, and the bubble 18 moves to the side 16. Thereafter, the force in the x direction and the y direction further acts on the bubble 18 that has reached the side 16, so that the bubble 18 moves along the side 16 as indicated by the arrow in FIG. Then, it is quickly discharged out of the lower cladding material. On the other hand, when the conventional second mold 6 ′ is used, although the force in the x and y directions is generated by the penetration of the second mold 6 ′ into the cladding material 15 ′ (FIG. 7), the bubbles 18 Even if a force in the y direction is applied to the second portion 6, the cross-sectional shape of the spacer groove corresponding convex portion 10 ′ of the second mold 6 ′ is rectangular and the side 16 ′ is perpendicular to the substrate 1. The bubbles 18 are difficult to move along. That is, a component parallel to the side 16 ′ is balanced by the balance between the force with which the lower cladding material derived from the penetration of the second mold 6 ′ is eliminated in the x direction, the force in the y direction, and the buoyancy acting on the bubbles 18. Appears to be zero. Therefore, when the second mold 6 ′ is used, it is considered that the bubbles 18 are difficult to be discharged outside the second mold 6 ′.
本発明に係る第2の型については、後記≪光導波路の製造方法に用いる型≫において更に詳細に説明する。 The second mold according to the present invention will be described in more detail later in << Mold used in optical waveguide manufacturing method >>.
まず、本発明の製造方法について説明する。 First, the manufacturing method of this invention is demonstrated.
≪光導波路の製造方法≫
本発明による光導波路の製造方法(以下「本発明の製造方法」ということがある。)は、基板上に、クラッド材料を滴下し、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有し、該スペーサ溝に対応する凸部の長手方向に垂直な断面形状が、スペーサ溝底面に対応する底辺が上辺よりも短い逆台形状である第2の型を載置した後、該クラッド材料を硬化させ、該第2の型を取り除いて、該基板上に、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成する工程と;該コア溝にコア材料を注入して充填し、該コア材料を硬化させてコア層を形成する工程と;該スペーサ溝にクラッド材料を注入して充填し、かつ、該コア層を埋め込むように該下部クラッド層上にクラッド材料を塗布した後、該クラッド材料を硬化させて上部クラッド層を形成する工程と;を包含する。
≪Method for manufacturing optical waveguide≫
An optical waveguide manufacturing method according to the present invention (hereinafter also referred to as “the manufacturing method of the present invention”) is obtained by dripping a clad material on a substrate and making the core groove and both sides of the core groove substantially spaced apart in parallel. Each having a convex portion corresponding to the spacer groove, and a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted trapezoid whose base corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper side. After the second mold is placed, the clad material is hardened, the second mold is removed, and the core groove and the core groove are provided in parallel with a space on both sides of the core groove. Forming a lower cladding layer having a spacer groove formed; injecting and filling a core material into the core groove; and curing the core material to form a core layer; and cladding material in the spacer groove To fill and fill the core layer After the clad material is applied to the upper cladding layer, process and forming an upper clad layer by curing the cladding material; including.
本発明の製造方法は、ソフトリソグラフィーを利用し、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有する第2の型(凸型)を用いて、基板上に、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成するものである。なお、ソフトリソグラフィーとは、スタンパ法の一種であり、シリコーン系ゴムやウレタン系ゴムなどの柔らかい材料から形成された第2の型(凸型)を用いて、下部クラッド層を転写する方法である。 The manufacturing method of the present invention uses a soft lithography and has a second mold (convex mold) having convex portions corresponding to the core groove and spacer grooves that are provided in parallel with a space on both sides of the core groove. ) Is used to form a lower clad layer having a core groove and spacer grooves provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove on the substrate. Soft lithography is a kind of stamper method, and is a method of transferring a lower clad layer using a second mold (convex mold) formed of a soft material such as silicone rubber or urethane rubber. .
以下に、図3を参照しながら、本発明の製造方法の代表例について詳しく説明するが、本発明の製造方法は下記の代表例に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, representative examples of the production method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3. However, the production method of the present invention is not limited to the following representative examples, and may be implemented with appropriate modifications. it can.
まず、図3(a)に示すように、例えば、リン青銅などの金属または合金を切削し、コア溝に対応する凹部7、コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する逆台形状の凹部8を形成して、第1の型(凹型)5を作製する。 First, as shown in FIG. 3 (a), for example, a metal or an alloy such as phosphor bronze is cut, and a recess 7 corresponding to the core groove, and a spacer groove provided substantially in parallel with a gap on both sides of the core groove. The first trapezoidal recess 5 is formed by forming the inverted trapezoidal recess 8 corresponding to the above.
次いで、第1の型5に、例えば、二液硬化型の硬化性ポリシロキサンなどの硬化性シリコーン材料を塗布し、硬化させた後、第1の型5を取り外して、図3(b)に示すように、コア溝に対応する凸部9とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10とを有する第2の型(凸型)6を作製する。 Next, for example, a curable silicone material such as a two-component curable polysiloxane is applied to the first mold 5 and cured, and then the first mold 5 is removed, and FIG. As shown, a second mold (convex) having a convex portion 9 corresponding to the core groove and a convex portion (spacer) 10 corresponding to the spacer groove provided on both sides of the core groove with a space therebetween. 6 is produced.
なお、第2の型6を作製する際には、第1の型5から第2の型6が容易に離型するように、第1の型5上に、剥離剤を塗布しておいてもよい。剥離剤としては、従来公知の剥離剤を用いればよく、特に限定されるものではない。 Note that when the second mold 6 is manufactured, a release agent is applied on the first mold 5 so that the second mold 6 can be easily released from the first mold 5. Also good. A known release agent may be used as the release agent, and is not particularly limited.
次いで、図3(b)に示すように、基板1上に、適量のクラッド材料15を滴下した後、例えば、平行度を持たせたステージ上で、スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10が基板1に接触するように、第2の型6を接近させる。このとき、第2の型6のスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10が基板1に接触する前に、第2の型6を一旦停止させ、真空に引いて脱泡処理を施して、クラッド材料15から泡を除去することが好ましい。また、クラッド材料15の一部または全部を滴下せず、基板1上に、スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10が基板1に接触するように第2の型6を載置した後、基板1と第2の型6との間隙にクラッド材料15を注入して充填してもよい。このとき、クラッド材料15の注入は減圧下で行うのが好ましい。いずれの場合も、第2の型6を基板1に押し付けて、図3(c)に示すように、スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10を基板1に密着させることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3B, after a suitable amount of the clad material 15 is dropped on the substrate 1, for example, on a stage having parallelism, a convex portion (spacer) 10 corresponding to the spacer groove is formed. The second mold 6 is brought close to the substrate 1 so as to come into contact with the substrate 1. At this time, before the convex portion (spacer) 10 corresponding to the spacer groove of the second mold 6 comes into contact with the substrate 1, the second mold 6 is temporarily stopped, and the defoaming process is performed by drawing a vacuum. It is preferable to remove bubbles from the cladding material 15. In addition, after the second mold 6 is placed on the substrate 1 so that the convex portions (spacers) 10 corresponding to the spacer grooves are in contact with the substrate 1 without dropping part or all of the cladding material 15, The gap between the substrate 1 and the second mold 6 may be filled by injecting the cladding material 15. At this time, the cladding material 15 is preferably injected under reduced pressure. In any case, it is preferable to press the second mold 6 against the substrate 1 so that the protrusions (spacers) 10 corresponding to the spacer grooves are in close contact with the substrate 1 as shown in FIG.
本発明に係る第2の型6は、上述のように、コア溝対応凸部9側のスペーサー溝対応凸部10の面が傾斜しているので、上記脱泡処理によって、クラッド材料中に巻き込まれた気泡を速やかに除去することができる。 As described above, since the surface of the spacer groove-corresponding protrusion 10 on the core groove-corresponding protrusion 9 side is inclined, the second mold 6 according to the present invention is caught in the cladding material by the defoaming process. The bubbles can be removed quickly.
基板1としては、無機材料、有機材料を問わず、公知の材料はいずれも使用することができるが、例えば、シリコン基板;石英、パイレックス(登録商標)等のガラス基板;Al,Cu等の金属基板;金属酸化物基板;ポリイミド、ポリエーテルケトン等の樹脂基板;有機無機ハイブリッド基板等を使用することが好ましい。中でも、樹脂基板が好ましく、樹脂フィルムからなるフィルム基板がより好ましい。 As the substrate 1, any known material can be used regardless of an inorganic material or an organic material. For example, a silicon substrate; a glass substrate such as quartz or pyrex (registered trademark); a metal such as Al or Cu. It is preferable to use a substrate; a metal oxide substrate; a resin substrate such as polyimide or polyetherketone; an organic-inorganic hybrid substrate. Among these, a resin substrate is preferable, and a film substrate made of a resin film is more preferable.
フィルム基板としては、従来公知の光導波路材料から構成される樹脂フィルムであればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルニトリル系樹脂、オキセタン系樹脂、シラン系樹脂、シリコーン系樹脂などから構成される樹脂フィルムが挙げられる。これらの樹脂フィルムのうち、光電気混載モジュールの製造を考慮すると、耐熱性(特に、半田付けを想定した耐熱性、具体的には200〜250℃の耐熱性)の観点からは、ポリイミド系樹脂から構成されるフィルム、すなわちポリイミドフィルム(ハロゲン化ポリイミドフィルムを含む)が好ましい。また、フィルム基板として、ポリイミドフィルムを用いる場合には、市販品を利用してもよい。ポリイミドフィルムの市販品としては、例えば、東レ・デュポン株式会社の商品名「カプトン(登録商標)」シリーズが挙げられる。 The film substrate is not particularly limited as long as it is a resin film composed of a conventionally known optical waveguide material. Specifically, an epoxy resin, a polyimide resin, an acrylic resin, and a polyester resin are used. Examples of the resin film include resin, polystyrene resin, cycloolefin resin, polyethersulfone resin, polyetherketone resin, polyethernitrile resin, oxetane resin, silane resin, and silicone resin. . Of these resin films, considering the production of the opto-electric hybrid module, from the viewpoint of heat resistance (particularly heat resistance assuming soldering, specifically 200-250 ° C. heat resistance), a polyimide resin That is, a film composed of a polyimide film (including a halogenated polyimide film) is preferable. Moreover, when using a polyimide film as a film substrate, you may utilize a commercial item. As a commercial item of a polyimide film, the brand name "Kapton (trademark)" series of Toray DuPont Co., Ltd. is mentioned, for example.
基板1の厚さは、光導波路の用途や、光電気混載フレキシブルモジュールを製造した場合に使用する光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。基板1の厚さが小さすぎると、基板の強度が低下することがある。逆に、基板1の厚さが大きすぎると、光電気混載モジュールを製造した場合に、基板の透明性が低下することがある。 The thickness of the substrate 1 may be appropriately selected according to the use of the optical waveguide or the wavelength of light used when the opto-electric hybrid module is manufactured, and is not particularly limited, but preferably 5 μm. More preferably, it is 10 μm or more, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thickness of the substrate 1 is too small, the strength of the substrate may decrease. On the other hand, if the thickness of the substrate 1 is too large, the transparency of the substrate may decrease when an opto-electric hybrid module is manufactured.
本発明の製造方法では、第2の型6に、コア溝に対応する凸部9に加えて、コア溝の両側に間隔を空けて平行に併設されるスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10が設けられているので、フィルム基板のような剛性が低い基板を用いても、基板1上に第2の型6を載置した際に、基板1または第2の型6が撓むことがなく、コア溝に対応する凸部9と基板1との間隔が略均一に保持される。しかも、スペーサ溝の深さ、すなわちスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10の高さを適宜設定することにより、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層2の厚さを容易に制御することができる。 In the manufacturing method of the present invention, in addition to the convex portion 9 corresponding to the core groove, the second die 6 has a convex portion (spacer) corresponding to a spacer groove provided in parallel with a gap on both sides of the core groove. 10 is provided, the substrate 1 or the second mold 6 bends when the second mold 6 is placed on the substrate 1 even if a low rigidity substrate such as a film substrate is used. There is not, and the space | interval of the convex part 9 and the board | substrate 1 corresponding to a core groove | channel is hold | maintained substantially uniformly. In addition, by appropriately setting the depth of the spacer groove, that is, the height of the convex portion (spacer) 10 corresponding to the spacer groove, the thickness of the lower clad layer 2 at the lower portion of the core layer can be easily set. Can be controlled.
そして、基板1と第2の型6との間隙に充填されたクラッド材料15を硬化させた後、第2の型6を取り除いて、図3(d)に示すように、基板1上に、コア溝11とコア溝11の両側に間隔を空けて略平行に併設された逆台形状のスペーサ溝12とを有する下部クラッド層2を形成する。下部クラッド層2を構成するクラッド材料15は、従来公知の光導波路材料であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂のうち、紫外線(または光)硬化性樹脂が好適である。 Then, after the clad material 15 filled in the gap between the substrate 1 and the second mold 6 is cured, the second mold 6 is removed and, as shown in FIG. A lower cladding layer 2 having a core groove 11 and inverted trapezoidal spacer grooves 12 provided substantially parallel to each other at both sides of the core groove 11 is formed. The clad material 15 constituting the lower clad layer 2 is not particularly limited as long as it is a conventionally known optical waveguide material. For example, ultraviolet (or light) curable resin, thermosetting resin or the like is cured. Resin and thermoplastic resin. Of these resins, ultraviolet (or light) curable resins are preferred.
下部クラッド層2上端面において、コア溝11とスペーサ溝12との間隔(x)の幅は、コア溝11の幅と同等か、それ以下であるのが好ましい(図3(d))。コア溝11とスペーサ溝12との間隔(x)が広すぎる場合には、コア層の両側に気泡が入り易くなり、また、気泡が排出され難くなる。さらに、第2の型6において、コア溝11に対応する凸部9とスペーサ溝12に対応する凸部10との間隔が広いと、基板1上に第2の型6を載置する際に、第2の型6が撓みやすくなるので、コア層の下側に位置する下部クラッド層2の厚さを略均一に形成できないことがある。一方、間隔(x)の幅の下限は特に限定されないが、狭すぎる場合には光閉じ込め効果が低下する傾向がある。なお、間隔(x)の幅は、間隔(x)に対するスペーサ溝12の深さ(y)が下記関係を満足するものであるのが好ましい。 In the upper end surface of the lower cladding layer 2, the width of the interval (x) between the core groove 11 and the spacer groove 12 is preferably equal to or less than the width of the core groove 11 (FIG. 3D). When the interval (x) between the core groove 11 and the spacer groove 12 is too wide, bubbles easily enter both sides of the core layer, and the bubbles are difficult to be discharged. Further, in the second mold 6, when the distance between the convex portion 9 corresponding to the core groove 11 and the convex portion 10 corresponding to the spacer groove 12 is wide, the second mold 6 is placed on the substrate 1. Since the second mold 6 is easily bent, the thickness of the lower clad layer 2 located below the core layer may not be formed substantially uniformly. On the other hand, the lower limit of the width of the interval (x) is not particularly limited, but if it is too narrow, the light confinement effect tends to decrease. The width of the interval (x) is preferably such that the depth (y) of the spacer groove 12 with respect to the interval (x) satisfies the following relationship.
下部クラッド層2上端面において、コア溝11とスペーサ溝12との間隔(x)に対するスペーサ溝12の深さ(y)の比率(y/x)は、好ましくは1/1以上、より好ましくは2/1以上であり、また、好ましくは20/1以下、より好ましくは10/1以下である。比率(y/x)が小さすぎると、コア層の両側に気泡が入り易くなり、また、気泡が排出され難くなる。また、第2の型6において、コア溝11に対応する凸部9とスペーサ溝12に対応する凸部10との間隔が大きくなり、基板1上に第2の型6を載置する際に、第2の型6が撓みやすいので、コア層の下側に位置する下部クラッド層2の厚さを略均一にできないことがある。逆に、比率(y/x)が大きすぎると、充分な厚さのコア層を形成することができるが、間隔(x)の寸法が小さくなり、第1の型から第2の型を形成し離型する際に、間隔(x)部の強度不足から、離型不良を生じるおそれがある。 The ratio (y / x) of the depth (y) of the spacer groove 12 to the distance (x) between the core groove 11 and the spacer groove 12 on the upper end surface of the lower cladding layer 2 is preferably 1/1 or more, more preferably 2/1 or more, preferably 20/1 or less, more preferably 10/1 or less. If the ratio (y / x) is too small, bubbles easily enter both sides of the core layer, and the bubbles are difficult to be discharged. Further, in the second mold 6, the distance between the convex portion 9 corresponding to the core groove 11 and the convex portion 10 corresponding to the spacer groove 12 becomes large, and when the second die 6 is placed on the substrate 1. Since the second mold 6 is easily bent, the thickness of the lower clad layer 2 located below the core layer may not be made substantially uniform. On the other hand, if the ratio (y / x) is too large, a sufficiently thick core layer can be formed, but the distance (x) is reduced and the second mold is formed from the first mold. At the time of mold release, there is a risk that a mold release failure may occur due to insufficient strength of the interval (x) part.
下部クラッド層2において、スペーサ溝12の深さは、下部クラッド層2の厚さと略等しくなるように設定される。また、スペーサ溝12の幅(z)(図3(d))は、下部クラッド層2の厚さなどに応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、スペーサ溝12の深さを1とすると、これに対して、好ましくは2以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上であり、また、好ましくは50以下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは20以下である。スペーサ溝12の幅がスペーサ溝12の深さに対して小さすぎると、第2の型6におけるスペーサ溝12に対応する凸部(スペーサ)10の幅が小さくなるので、第2の型6を基板1に押し付ける際に、基板1または第2の型6が撓むことがある。逆に、スペーサ溝12の幅がスペーサ溝12の深さに対して大きすぎると、クラッド材料15内に取り込まれた気泡が排出され難くなる虞がある。 In the lower cladding layer 2, the depth of the spacer groove 12 is set to be substantially equal to the thickness of the lower cladding layer 2. The width (z) of the spacer groove 12 (FIG. 3 (d)) may be adjusted as appropriate according to the thickness of the lower cladding layer 2 and the like, and is not particularly limited. When the thickness is 1, it is preferably 2 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 10 or more, and preferably 50 or less, more preferably 30 or less, still more preferably 20 or less. . If the width of the spacer groove 12 is too small with respect to the depth of the spacer groove 12, the width of the convex portion (spacer) 10 corresponding to the spacer groove 12 in the second mold 6 becomes small. When pressing against the substrate 1, the substrate 1 or the second mold 6 may bend. On the contrary, if the width of the spacer groove 12 is too large with respect to the depth of the spacer groove 12, there is a possibility that bubbles taken into the clad material 15 are difficult to be discharged.
また、下部クラッド層2において、スペーサ溝12に面する下部クラッド層2の面17は上方(反基板側)を向いて傾斜している(図3(d))。この下部クラッド層2の斜面17と、下部クラッド層2底面(図1に示す上辺13を含む面)とのなす角θは45°以下であるのが好ましい。θが45°を超えると、下部クラッド層の斜面が起き上がり、辺16に平行なy方向の成分が小さくなるため、下部クラッド材料中の泡の除去効果が得られ難くなる。 In the lower clad layer 2, the surface 17 of the lower clad layer 2 facing the spacer groove 12 is inclined upward (on the side opposite to the substrate) (FIG. 3D). The angle θ formed by the slope 17 of the lower cladding layer 2 and the bottom surface of the lower cladding layer 2 (the surface including the upper side 13 shown in FIG. 1) is preferably 45 ° or less. When θ exceeds 45 °, the slope of the lower cladding layer rises, and the y-direction component parallel to the side 16 becomes small, so that it is difficult to obtain the effect of removing bubbles in the lower cladding material.
下部クラッド層2の厚さは、光導波路の用途や使用する光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、コア溝11の下側を除いて、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下である。下部クラッド層2の厚さが小さすぎると、充分な厚さのコア層3を形成できないことがある。逆に、下部クラッド層2の厚さが大きすぎると、光電気混載モジュールを製造した場合に、下部クラッド層2の透明性が低下することがある。 The thickness of the lower clad layer 2 may be appropriately selected according to the use of the optical waveguide, the wavelength of light to be used, and the like, and is not particularly limited, but preferably excluding the lower side of the core groove 11. It is 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 150 μm or less, more preferably 100 μm or less. If the thickness of the lower cladding layer 2 is too small, the core layer 3 having a sufficient thickness may not be formed. Conversely, if the thickness of the lower clad layer 2 is too large, the transparency of the lower clad layer 2 may be lowered when an opto-electric hybrid module is manufactured.
下部クラッド層2の屈折率は、コア層3の屈折率より低い限り、特に限定されるものではないが、例えば、1.45〜1.65の範囲内で、クラッド材料の種類や組成を選択することにより、任意に調節することができる。 The refractive index of the lower cladding layer 2 is not particularly limited as long as it is lower than the refractive index of the core layer 3. For example, the type and composition of the cladding material are selected within the range of 1.45 to 1.65. By doing so, it can be arbitrarily adjusted.
なお、第2の型6がシリコーン系ゴムで形成され、下部クラッド層2が熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂あるいは紫外線(または光)硬化性樹脂で形成されている場合には、第2の型6を用いて、数十回程度、下部クラッド層2を形成すると、熱や経時変化などにより、第2の型6が劣化してくることがある。また、下部クラッド層2を形成した後、クラッド材料の残滓により汚染されることがある。このような場合には、第1の型5から第2の型6を再度作製して用いればよい。 In the case where the second mold 6 is formed of silicone rubber and the lower cladding layer 2 is formed of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or an ultraviolet (or light) curable resin, the second mold 6 is used. When the lower clad layer 2 is formed several tens of times using 6, the second mold 6 may be deteriorated due to heat, change with time, or the like. Further, after the lower cladding layer 2 is formed, it may be contaminated by the residue of the cladding material. In such a case, the first mold 5 to the second mold 6 may be produced again and used.
下部クラッド層2を形成した後は、図3(e)に示すように、コア溝11にコア材料を注入して充填し、このコア材料を硬化させてコア層3を形成する。なお、図3(e)では、コア層3は、1個しか形成されていないが、光導波路の用途などに応じて、2個またはそれ以上形成されていてもよい。また、コア層3は、紙面に対して垂直方向に伸びる直線状に形成されているが、光導波路の用途などに応じて、所定のパターン状に形成されていてもよい。コア層3を構成するコア材料は、下部クラッド層2を構成するクラッド材料および上部クラッド層4を構成するクラッド材料より屈折率が高い限り、従来公知の光導波路材料であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。これらの樹脂のうち、紫外線(または光)硬化性樹脂が好適である。 After forming the lower cladding layer 2, as shown in FIG. 3E, the core material is injected and filled into the core groove 11, and the core material is cured to form the core layer 3. In FIG. 3E, only one core layer 3 is formed, but two or more core layers 3 may be formed depending on the use of the optical waveguide. The core layer 3 is formed in a straight line extending in a direction perpendicular to the paper surface, but may be formed in a predetermined pattern according to the use of the optical waveguide. The core material constituting the core layer 3 may be any conventionally known optical waveguide material as long as the refractive index is higher than that of the clad material constituting the lower clad layer 2 and the clad material constituting the upper clad layer 4, and is not particularly limited. Although not intended, for example, a curable resin such as an ultraviolet (or light) curable resin or a thermosetting resin may be used. Of these resins, ultraviolet (or light) curable resins are preferred.
コア層3の厚さ(深さ)は、光導波路の用途や使用する光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。コア層3の厚さが小さすぎると、コア層3を伝播する光の量が低下することがある、逆に、コア層3の厚さが大きすぎると、下部クラッド層2の厚さを大きくする必要があり、コア層3の両側に下部クラッド層2の不必要な部分が多くなり、製造コストが上昇することがある。また、光導波路を構成する下部クラッド層2やコア層3の厚さが大きくなるので、基板1上に形成される光導波路フィルムの厚さが大きくなることがある。 The thickness (depth) of the core layer 3 may be appropriately selected according to the use of the optical waveguide, the wavelength of light to be used, and the like, and is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm. Further, it is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thickness of the core layer 3 is too small, the amount of light propagating through the core layer 3 may decrease. Conversely, if the thickness of the core layer 3 is too large, the thickness of the lower cladding layer 2 is increased. In other words, unnecessary portions of the lower clad layer 2 increase on both sides of the core layer 3 and the manufacturing cost may increase. Moreover, since the thickness of the lower clad layer 2 and the core layer 3 constituting the optical waveguide is increased, the thickness of the optical waveguide film formed on the substrate 1 may be increased.
コア層3は、長手方向に対して垂直な断面の形状が矩形であることが好ましく、正方形であることが最も好ましい。すなわち、コア層3のアスペクト比(幅/厚さ)は、好ましくは1/2以上、より好ましくは2/3以上、さらに好ましくは5/6以上であり、また、好ましくは2/1以下、より好ましくは3/2以下、さらに好ましくは6/5以下である。最も好ましくは1/1である。コア層3のアスペクト比が小さすぎるか、あるいは、大きすぎると、コア層3の長手方向に対して垂直な断面の形状が扁平になるので、コア層3に光が入射したり、コア層3から光が出射したりする際に光損失が生じることがある。 The core layer 3 preferably has a rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction, and most preferably has a square shape. That is, the aspect ratio (width / thickness) of the core layer 3 is preferably ½ or more, more preferably 2/3 or more, still more preferably 5/6 or more, and preferably 2/1 or less. More preferably, it is 3/2 or less, more preferably 6/5 or less. Most preferably, it is 1/1. If the aspect ratio of the core layer 3 is too small or too large, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the core layer 3 becomes flat, so that light enters the core layer 3 or the core layer 3 In some cases, light loss may occur when light is emitted from the light source.
コア層3の屈折率は、下部クラッド層2および上部クラッド層4の屈折率より高い限り、特に限定されるものではないが、例えば、1.45〜1.65の範囲内であるのが好ましく、コア材料の種類や組成を選択することにより、任意に調節することができる。 The refractive index of the core layer 3 is not particularly limited as long as it is higher than the refractive indexes of the lower cladding layer 2 and the upper cladding layer 4, but is preferably in the range of 1.45 to 1.65, for example. It can be arbitrarily adjusted by selecting the type and composition of the core material.
次いで、図3(f)に示すように、スペーサ溝12にクラッド材料を注入して充填し、かつ、コア層3を埋め込むように下部クラッド層2およびコア層3上にクラッド材料を塗布した後、このクラッド材料を硬化させて上部クラッド層4を形成する。上部クラッド層4を構成するクラッド材料は、下部クラッド層2を構成するクラッド材料と同一であっても、異なっていてもよく、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂のうち、紫外線(または光)硬化性樹脂が好適である。 Next, as shown in FIG. 3 (f), after the cladding material is injected and filled in the spacer groove 12 and the cladding material is applied on the lower cladding layer 2 and the core layer 3 so as to embed the core layer 3. Then, the clad material is cured to form the upper clad layer 4. The clad material constituting the upper clad layer 4 may be the same as or different from the clad material constituting the lower clad layer 2, and is not particularly limited. For example, ultraviolet (or light) curing is performed. Curable resins such as curable resins and thermosetting resins, and thermoplastic resins. Of these resins, ultraviolet (or light) curable resins are preferred.
コア層上端面から上部クラッド層4上端面までの上部クラッド層4の厚さは、光導波路の用途や使用する光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。上部クラッド層4の厚さが小さすぎると、コアの光の閉じ込め効果が弱くなり、上部クラッドから光が抜け、光損失が増大する虞がある。逆に、上部クラッド層4の厚さが大きすぎると、不必要な部分が多くなり、製造コストが上昇することがある。 The thickness of the upper cladding layer 4 from the upper end surface of the core layer to the upper end surface of the upper cladding layer 4 may be appropriately selected according to the use of the optical waveguide, the wavelength of light to be used, and the like, but is not particularly limited. The thickness is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thickness of the upper clad layer 4 is too small, the light confinement effect of the core is weakened, and light may escape from the upper clad, which may increase optical loss. On the contrary, if the thickness of the upper cladding layer 4 is too large, unnecessary portions increase and the manufacturing cost may increase.
上部クラッド層4の屈折率は、コア層3の屈折率より低い限り、特に限定されるものではないが、例えば、1.45〜1.65の範囲内であるのが好ましく、クラッド材料の種類や組成を選択することにより、任意に調節することができる。 The refractive index of the upper cladding layer 4 is not particularly limited as long as it is lower than the refractive index of the core layer 3, but is preferably in the range of 1.45 to 1.65, for example. It can be arbitrarily adjusted by selecting the composition.
本発明に用いる硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルニトリル系樹脂、オキセタン系樹脂、シラン系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。また、これらの樹脂は、溶剤に溶解した溶液型であっても溶剤を含まない無溶剤型であってもよいが、無溶剤型がより好ましい。さらに、これらの樹脂を硬化性樹脂として用いる場合には、硬化剤や架橋剤などを併用することができる。 Specific examples of the curable resin and the thermoplastic resin used in the present invention include, for example, an epoxy resin, a polyimide resin, an acrylic resin, a polystyrene resin, a cycloolefin resin, a polyethersulfone resin, and a polyetherketone resin. Examples thereof include resins, polyether nitrile resins, oxetane resins, silane resins, and silicone resins. These resins may be used alone or in combination of two or more. These resins may be a solution type dissolved in a solvent or a solventless type containing no solvent, but a solventless type is more preferable. Furthermore, when these resins are used as the curable resin, a curing agent or a crosslinking agent can be used in combination.
クラッド材料やコア材料として、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂のうち、粘度が低い硬化性樹脂を用いる場合は、液状の硬化性樹脂を基板1と第2の型6との間隙や下部クラッド層2に設けられたコア溝11に充填した後、あるいは、下部クラッド層2に設けられたスペーサ溝12に充填し、かつ、下部クラッド層2上に塗布した後、紫外線(または光)や熱により、硬化させて下部クラッド層2やコア層3、上部クラッド層4を形成する。また、熱可塑性樹脂を用いる場合や、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂のうち、粘度が高い樹脂を用いる場合は、加熱して流動状態もしくは融液状態にした樹脂を基板1と第2の型6との間隙や下部クラッド層2に設けられたコア溝11に充填した後、あるいは、下部クラッド層2に設けられたスペーサ溝12に充填し、かつ、下部クラッド層2上に塗布した後、熱可塑性樹脂の場合は冷却することにより、硬化性樹脂の場合は紫外線(または光)や熱により、硬化させて下部クラッド層2やコア層3、上部クラッド層4を形成する。作業効率の観点からは、充填する際の各材料の粘度は、好ましくは0.0001Pa・s以上、より好ましくは0.001Pa・s以上であり、また、好ましくは100Pa・s以下、より好ましくは50Pa・s以下である。充填する際の各材料の粘度が低すぎると、硬化するのに長時間を要するので、作業効率が低下することがある。逆に、充填する際の各材料の粘度が高すぎると、取り扱い性が悪くなるので、作業効率が低下したり、空気が入り込んで欠陥部分が生じたりすることがある。 When a curable resin having a low viscosity is used as the cladding material or the core material among the curable resins such as ultraviolet (or light) curable resin and thermosetting resin, the liquid curable resin is used as the substrate 1 and the second material. After filling the gap with the mold 6 and the core groove 11 provided in the lower clad layer 2, or filling the spacer groove 12 provided in the lower clad layer 2 and coating on the lower clad layer 2. Thereafter, the lower clad layer 2, the core layer 3, and the upper clad layer 4 are formed by curing with ultraviolet rays (or light) or heat. In addition, when using a thermoplastic resin, or when using a resin having a high viscosity among curable resins such as an ultraviolet (or light) curable resin and a thermosetting resin, it is heated to be in a fluid state or a melt state. After filling the resin into the gap between the substrate 1 and the second mold 6 and the core groove 11 provided in the lower cladding layer 2, or after filling the spacer groove 12 provided in the lower cladding layer 2, and After coating on the lower clad layer 2, the thermoplastic resin is cooled by cooling, and the curable resin is cured by ultraviolet rays (or light) or heat to be cured by the lower clad layer 2, the core layer 3, and the upper clad. Layer 4 is formed. From the viewpoint of working efficiency, the viscosity of each material during filling is preferably 0.0001 Pa · s or more, more preferably 0.001 Pa · s or more, and preferably 100 Pa · s or less, more preferably 50 Pa · s or less. If the viscosity of each material at the time of filling is too low, it takes a long time to cure, so the work efficiency may be reduced. On the other hand, if the viscosity of each material during filling is too high, the handleability is deteriorated, so that the working efficiency may be lowered, or air may enter and a defective portion may be generated.
かくして、図3(f)に示すように、基板1上に形成された下部クラッド層2と、下部クラッド層2のコア溝11内に形成されたコア層3と、コア層3を埋め込むように下部クラッド層2およびコア層3上に形成された上部クラッド層4とを有する光導波路が得られる。 Thus, as shown in FIG. 3 (f), the lower cladding layer 2 formed on the substrate 1, the core layer 3 formed in the core groove 11 of the lower cladding layer 2, and the core layer 3 are embedded. An optical waveguide having the lower cladding layer 2 and the upper cladding layer 4 formed on the core layer 3 is obtained.
なお、上記では、図3(a)に示すマスター型(第1の型5)を用いて、1個の光導波路を製造する方法について説明したが、複数個の光導波路に対応するマスター型(第1の型)を用いて、複数個の光導波路を製造することもできる。この場合、基板1上に下部クラッド層2を形成した段階で、例えば、ダイシングすることにより、個々のチップに切り出して、その後は、上記と同様にして、個々の光導波路を製造すればよい。 In the above description, the method of manufacturing one optical waveguide using the master mold (first mold 5) shown in FIG. 3A has been described. However, a master mold (corresponding to a plurality of optical waveguides) A plurality of optical waveguides can also be manufactured using the first mold. In this case, at the stage where the lower clad layer 2 is formed on the substrate 1, for example, by dicing, it is cut into individual chips, and thereafter, individual optical waveguides may be manufactured in the same manner as described above.
本発明の製造方法によれば、下部クラッド材料15中の泡が、速やかに下部クラッド材料15外へと排出されるので、下部クラッド層2やコア溝11の形成不良が生じ難く、歩留まりよく光導波路を製造することができる。また、コア層3の下側に位置する部分の下部クラッド層2が制御された略均一な厚さを有し、導波損失が非常に小さい光導波路を簡便に製造することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, the bubbles in the lower clad material 15 are quickly discharged out of the lower clad material 15, so that poor formation of the lower clad layer 2 and the core groove 11 is unlikely to occur, and light is produced with high yield. Waveguides can be manufactured. In addition, an optical waveguide having a substantially uniform thickness in which the lower clad layer 2 located below the core layer 3 is controlled and having a very small waveguide loss can be easily manufactured.
さらに、図3(b)に示す樹脂製の型(第2の型6)をロール表面に貼り付ければ、凹版印刷の要領で、光導波路を大量生産することもできる。 Furthermore, if a resin mold (second mold 6) shown in FIG. 3B is attached to the roll surface, optical waveguides can be mass-produced in the manner of intaglio printing.
加えて、得られた光導波路は、下部クラッド層2、コア層3および上部クラッド層4が基板1上に形成されているので、基板1として、電気配線付きの基板を用いれば、発光素子および/または受光素子を実装する部分を、例えばダイシングソーでV字状に切断して45°ミラーを形成することにより、光電気混載モジュールを簡便に製造することができる。 In addition, since the obtained optical waveguide has the lower clad layer 2, the core layer 3, and the upper clad layer 4 formed on the substrate 1, if a substrate with electric wiring is used as the substrate 1, the light emitting element and By cutting the portion on which the light receiving element is mounted into a V shape by using, for example, a dicing saw and forming a 45 ° mirror, the opto-electric hybrid module can be easily manufactured.
また、本発明の製造方法において、図3(a)に示すマスター型(第1の型5)に、コア溝に対応する凹部7と直列(紙面に垂直な方向)に光ファイバ固定溝に対応する凹部を設けておけば、光ファイバ固定溝付き光導波路基板が得られる。 Further, in the manufacturing method of the present invention, the master mold (first mold 5) shown in FIG. 3A corresponds to the optical fiber fixing groove in series with the recess 7 corresponding to the core groove (in the direction perpendicular to the paper surface). If the concave portion to be provided is provided, an optical waveguide substrate with an optical fiber fixing groove can be obtained.
なお、光ファイバ固定溝とコア溝との間には、好ましくは堰が設けられるが、堰は下部クラッド層を構成するクラッド材料で形成され、適度な厚さ(光ファイバ固定溝とコア溝との間隔)を有するので、光ファイバ固定溝に装着される光ファイバのコアとコア溝内に形成されたコア層との間における光信号の授受に支障はない。 A weir is preferably provided between the optical fiber fixing groove and the core groove, but the weir is formed of a clad material constituting the lower cladding layer, and has an appropriate thickness (optical fiber fixing groove and core groove). Therefore, there is no problem in the transmission and reception of optical signals between the core of the optical fiber mounted in the optical fiber fixing groove and the core layer formed in the core groove.
堰の厚さは、好ましくは5μm以上、50μm以下である。堰の厚さが小さすぎると、堰に対応する凹部を有する第2の型(凸型)を用いて、下部クラッド層を形成する際に、堰を綺麗に転写できないことがある。逆に、堰の厚さが大きすぎると、光ファイバ固定溝に装着される光ファイバのコアとコア溝内に形成されたコア層との間における光信号の伝送損失が大きくなることがある。なお、堰の高さ(すなわち、コア溝の底面からの高さ)は、光ファイバ固定溝に装着される光ファイバの外径やコア径などに応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。 The thickness of the weir is preferably 5 μm or more and 50 μm or less. If the thickness of the weir is too small, the weir may not be transferred cleanly when forming the lower clad layer using the second mold (convex mold) having a recess corresponding to the weir. Conversely, if the thickness of the weir is too large, the transmission loss of the optical signal between the core of the optical fiber mounted in the optical fiber fixing groove and the core layer formed in the core groove may increase. The height of the weir (that is, the height from the bottom surface of the core groove) may be set as appropriate according to the outer diameter, core diameter, etc. of the optical fiber mounted in the optical fiber fixing groove, and is particularly limited. It is not a thing.
また、光ファイバ固定溝の上端面部に対して、コア溝の上端面部が低くなっていることが好ましい。光ファイバ固定溝の上端面部とコア溝の上端面部との段差は、好ましくは、上部クラッド層の厚さに相当する。 Moreover, it is preferable that the upper end surface part of the core groove is lower than the upper end surface part of the optical fiber fixing groove. The step between the upper end surface portion of the optical fiber fixing groove and the upper end surface portion of the core groove preferably corresponds to the thickness of the upper cladding layer.
<UV硬化型エポキシ樹脂>
本発明の製造方法に用いるクラッド材料およびコア材料としては、上記したような硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のうち、エポキシ系樹脂が好適であり、UV硬化型エポキシ樹脂がより好適である。UV硬化型エポキシ樹脂としては、ポリアルキレングリコール鎖と少なくとも2個のグリシジル基とを有するポリグリシジル化合物を含有するエポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。可撓性を有するフレキシブル光導波路を得たい場合には、ポリアルキレングリコール鎖と少なくとも2個のグリシジル基とを有するポリグリシジル化合物を含有するエポキシ樹脂が特に好適であり、光導波路に可撓性をもたせる必要がない場合には、ビスフェノール型エポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂などが好適である。
<UV curable epoxy resin>
As the clad material and the core material used in the production method of the present invention, among the curable resin and the thermoplastic resin as described above, an epoxy resin is preferable, and a UV curable epoxy resin is more preferable. Examples of the UV curable epoxy resin include an epoxy resin containing a polyglycidyl compound having a polyalkylene glycol chain and at least two glycidyl groups, a bisphenol type epoxy resin, and an alicyclic epoxy resin. When it is desired to obtain a flexible optical waveguide having flexibility, an epoxy resin containing a polyglycidyl compound having a polyalkylene glycol chain and at least two glycidyl groups is particularly suitable. When it is not necessary to provide it, a bisphenol type epoxy resin or an alicyclic epoxy resin is suitable.
ポリアルキレングリコール鎖と少なくとも2個のグリシジル基とを有するポリグリシジル化合物において、ポリアルキレングリコール鎖を構成するオキシアルキレン基は、好ましくは炭素数2以上、より好ましくは炭素数3以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数8以下であり、最も好ましくは炭素数4のオキシアルキレン基である。これらのオキシアルキレン基は、直鎖状または分岐状のいずれであってもよく、また、置換基を有していてもよい。さらに、これらのオキシアルキレン基は、すべて同一のオキシアルキレン基であってもよいし、あるいは、異なる種類のオキシアルキレン基の組合せであってもよい。 In the polyglycidyl compound having a polyalkylene glycol chain and at least two glycidyl groups, the oxyalkylene group constituting the polyalkylene glycol chain is preferably 2 or more carbon atoms, more preferably 3 or more carbon atoms, preferably It is an oxyalkylene group having 12 or less carbon atoms, more preferably 8 or less carbon atoms, and most preferably 4 carbon atoms. These oxyalkylene groups may be either linear or branched, and may have a substituent. Further, these oxyalkylene groups may all be the same oxyalkylene group or may be a combination of different types of oxyalkylene groups.
ポリアルキレングリコール鎖と少なくとも2個のグリシジル基とを有するポリグリシジル化合物としては、具体的には、例えば、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリペンタメチレンエーテルグリコールなどのポリエーテルポリオールのジグリシジルエーテル;コポリ(テトラメチレン・ネオペンチレン)エーテルジオール、コポリ(テトラメチレン・2−メチルブチレン)エーテルジオール、コポリ(テトラメチレン・2,2−ジメチルブチレン)エーテルジオール、コポリ(テトラメチレン・2,3−ジメチルブチレン)エーテルジオールなどのコポリエーテルポリオールのジグリシジルエーテル;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルなどの脂肪族ポリオールのトリグリシジルエーテル;などが挙げられる。これらのポリグリシジル化合物のうち、ポリエーテルポリオールのジグリシジルエーテルが好適であり、ポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルが特に好適である。 Specific examples of the polyglycidyl compound having a polyalkylene glycol chain and at least two glycidyl groups include polyethers such as polyethylene ether glycol, polypropylene ether glycol, polytetramethylene ether glycol, and polypentamethylene ether glycol. Diglycidyl ether of polyol: copoly (tetramethylene · neopentylene) ether diol, copoly (tetramethylene · 2-methylbutylene) ether diol, copoly (tetramethylene · 2,2-dimethylbutylene) ether diol, copoly (tetramethylene · 2) , 3-dimethylbutylene) ether diol and other copolyether polyol diglycidyl ethers; trimethylolpropane triglycidyl ether and the like Triglycidyl ether of aliphatic polyols; and the like. Of these polyglycidyl compounds, diglycidyl ether of polyether polyol is preferred, and diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol is particularly preferred.
上記のようなポリグリシジル化合物は、従来公知の方法により、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオールや、グリセリン、トリメチロールプロパンなどの脂肪族トリオールを、必要に応じて、脱水縮合させた後、末端のヒドロキシ基にエピクロルヒドリンを反応させることにより製造することができる。 The polyglycidyl compound as described above is prepared by a conventionally known method such as diols such as ethylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, and 1,6-hexanediol, and aliphatic triols such as glycerin and trimethylolpropane. Can be produced by subjecting the terminal hydroxy group to epichlorohydrin after dehydration condensation if necessary.
ポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルは、下記式(1): The diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol has the following formula (1):
[式中、nは1以上、30以下の整数である]
で示され、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量は、好ましくは200以上であり、また、好ましくは2,000以下である。このようなポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルは、従来公知の製造方法により得ることができる。より詳しくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールと、エピクロルヒドリンとを、触媒の存在下で反応させてクロルヒドリンエーテル体を得た後、このクロルヒドリンエーテル体を水酸化ナトリウムなどの脱ハロゲン化水素剤と反応させて閉環させる2段階法により得ることができる。このとき、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量が低すぎると、エポキシ系樹脂フィルムの可撓性が低下することがある。逆に、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量が高すぎると、ポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルが固体となり、取り扱い性が悪くなることがある。なお、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により、標準ポリスチレン換算で求めることができる。
[Wherein n is an integer of 1 to 30]
The number average molecular weight of the polytetramethylene ether glycol is preferably 200 or more and preferably 2,000 or less. Such a diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol can be obtained by a conventionally known production method. More specifically, after reacting polytetramethylene ether glycol and epichlorohydrin in the presence of a catalyst to obtain a chlorohydrin ether body, the chlorohydrin ether body is dehydrohalogenated such as sodium hydroxide. It can be obtained by a two-step method in which the reaction is carried out to cause ring closure. At this time, if the number average molecular weight of the polytetramethylene ether glycol is too low, the flexibility of the epoxy resin film may be lowered. On the other hand, when the number average molecular weight of polytetramethylene ether glycol is too high, the diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol becomes a solid, and the handleability may deteriorate. In addition, the number average molecular weight of polytetramethylene ether glycol can be calculated | required in standard polystyrene conversion by the gel permeation chromatography (GPC) method.
ポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルは、上記の製造方法により、合成してもよいが、市販品を利用することもできる。ポリテトラメチレンエーテルグリコールのジグリシジルエーテルの市販品としては、例えば、ジャパンエポキシレジン株式会社製の商品名「jER(登録商標)YL7417」、「jER(登録商標)YL7217」などが挙げられる。 The diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol may be synthesized by the above production method, but a commercially available product can also be used. Examples of commercially available diglycidyl ether of polytetramethylene ether glycol include trade names “jER (registered trademark) YL7417” and “jER (registered trademark) YL7217” manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.
上記ポリグリシジル化合物を含むUV硬化型エポキシ樹脂を用いる場合には、屈折率や粘度調整のために、必要に応じて、ビスフェノール型エポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂やオキセタンなどの反応性希釈剤を配合してもよい。ただし、より低粘度のエポキシ樹脂が取り扱い性に優れるので、好適である。 When using a UV curable epoxy resin containing the polyglycidyl compound, a reactive diluent such as a bisphenol type epoxy resin, an alicyclic epoxy resin, or oxetane is used as necessary for adjusting the refractive index and viscosity. You may mix | blend. However, an epoxy resin having a lower viscosity is preferable because it is excellent in handleability.
ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールA−アルキレンオキシド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールFのアルキレンオキシド付加体のジグリシジルエーテル、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、これらのハロゲン化ビスフェノール型エポキシ樹脂(例えば、フッ素化ビスフェノール型エポキシ樹脂、塩素化ビスフェノール型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール型エポキシ樹脂)などが挙げられる。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂のうち、入手の容易さや取り扱い性の観点から、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールF型エポキシ樹脂が好適である。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば、ジャパンエポキシレジン株式会社製の商品名「jER(登録商標)828EL」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、「jER(登録商標)5050」(臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂)などが挙げられる。 Examples of the bisphenol type epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol A-alkylene oxide adduct, bisphenol F type epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol F alkylene oxide adduct, and bisphenol AD type epoxy resin. Bisphenol S type epoxy resin, tetramethyl bisphenol A type epoxy resin, tetramethyl bisphenol F type epoxy resin, halogenated bisphenol type epoxy resin (for example, fluorinated bisphenol type epoxy resin, chlorinated bisphenol type epoxy resin, brominated Bisphenol type epoxy resin). These bisphenol type epoxy resins may be used alone or in combination of two or more. Of these bisphenol-type epoxy resins, bisphenol A-type epoxy resins, bisphenol F-type epoxy resins, brominated bisphenol A-type epoxy resins, and brominated bisphenol F-type epoxy resins are preferred from the viewpoint of easy availability and handling. . As commercial products of these bisphenol type epoxy resins, for example, trade names “jER (registered trademark) 828EL” (bisphenol A type epoxy resin) and “jER (registered trademark) 5050” (brominated) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd. Bisphenol A type epoxy resin).
ビスフェノール型エポキシ樹脂の配合量は、UV硬化型エポキシ樹脂から得られるエポキシ系樹脂フィルムが所望の屈折率を有するように適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、開始剤を除いたUV硬化型エポキシ樹脂組成物の合計を100質量%とした場合、上述のポリグリシジル化合物と、ビスフェノール型エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂との配合量は、ポリグリシジル化合物0質量%〜70質量%(より好ましくは5質量%〜60質量%)、ビスフェノール型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂との合計を30質量%〜100質量%(より好ましくは40質量%〜95質量%)とするのが好ましい。ポリグリシジル化合物の配合量が70質量%を超えると、フィルムの硬化速度が遅くなったり、得られたフィルムの強度が不足することがある。また、ポリグリシジル化合物の添加量が5質量%以上であれば、強度と可撓性とを備えたフィルムを得ることができる。 The blending amount of the bisphenol type epoxy resin may be appropriately adjusted so that the epoxy resin film obtained from the UV curable epoxy resin has a desired refractive index, and is not particularly limited. When the total of the removed UV curable epoxy resin composition is 100% by mass, the blending amount of the polyglycidyl compound, the bisphenol type epoxy resin, and the alicyclic epoxy resin is 0% by mass to 70% by mass of the polyglycidyl compound. The total of the mass% (more preferably 5 mass% to 60 mass%) and the bisphenol type epoxy resin and the alicyclic epoxy resin is 30 mass% to 100 mass% (more preferably 40 mass% to 95 mass%). Is preferred. When the compounding quantity of a polyglycidyl compound exceeds 70 mass%, the cure rate of a film may become slow or the intensity | strength of the obtained film may be insufficient. Moreover, if the addition amount of a polyglycidyl compound is 5 mass% or more, the film provided with intensity | strength and flexibility can be obtained.
脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートおよびそのε−カプロラクトン変性体(ダイセル化学工業株式会社製、商品名「セロキサイド(登録商標)2081」)、1,2−エポキシ−ビニルシクロヘキセン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、1−エポキシエチル−3,4−エポキシシクロヘキサン、リモネンジエポキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルメタノール、ジシクロペンタジエンジエポキシド、オリゴマー型脂環式エポキシ樹脂(ダイセル化学工業株式会社製、商品名「エポリード(登録商標)GT300」、「エポリード(登録商標)GT400」、「EHPE(登録商標)3150」)などのオレフィンを酸化することにより得られるエポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビフェノール型エポキシ樹脂、水添フェノールノボラック型エポキシ樹脂、水添クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、水添ナフタレン型エポキシ樹脂などの芳香族エポキシを直接水添したエポキシ樹脂または多価フェノール類を水添した後、エピクロルヒドリンと反応させることにより得られるエポキシ樹脂などが挙げられる。これらの脂環式エポキシ樹脂は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの脂環式エポキシ樹脂のうち、入手の容易さや低粘度で作業性に優れることから、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートおよびそのε−カプロラクトン変性体、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂が好適である。 Examples of the alicyclic epoxy resin include 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate and its ε-caprolactone modified product (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name “Celoxide (registered trademark)”. ) 2081 "), 1,2-epoxy-vinylcyclohexene, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1-epoxyethyl-3,4-epoxycyclohexane, limonene diepoxide, 3,4-epoxycyclohexylmethanol, Dicyclopentadiene diepoxide, oligomer-type cycloaliphatic epoxy resin (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade names “Epolide (registered trademark) GT300”, “Epolide (registered trademark) GT400”, “EHPE (registered trademark) 3150”) Such as me Epoxy resin obtained by oxidizing tin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol F type epoxy resin, hydrogenated biphenol type epoxy resin, hydrogenated phenol novolak type epoxy resin, hydrogenated cresol novolak type epoxy resin Examples thereof include an epoxy resin obtained by directly hydrogenating an aromatic epoxy such as a hydrogenated naphthalene type epoxy resin or an epoxy resin obtained by hydrogenating a polyhydric phenol and then reacting with epichlorohydrin. These alicyclic epoxy resins may be used alone or in combination of two or more. Among these alicyclic epoxy resins, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate and its ε-caprolactone modified product, since it is easily available and has low viscosity and excellent workability. Hydrogenated bisphenol A type epoxy resins and hydrogenated bisphenol F type epoxy resins are preferred.
脂環式エポキシ樹脂の配合量は、特に限定されるものではなく、UV硬化型エポキシ樹脂が所望の屈折率を有するように適宜調節すればよい。 The compounding quantity of an alicyclic epoxy resin is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably so that UV curable epoxy resin may have a desired refractive index.
UV硬化型エポキシ樹脂を硬化させるために、このUV硬化型エポキシ樹脂には、光カチオン重合開始剤が配合される。光カチオン重合開始剤としては、例えば、米国特許第3,379,653号に記載されているような金属フルオロホウ素錯塩および三フッ化ホウ素錯化合物;米国特許第3,586,616号に記載されているようなビス(ペルフルオルアルキルスルホニル)メタン金属塩;米国特許第3,708,296号に記載されているようなアリールジアゾニウム化合物;米国特許第4,058,400号に記載されているようなVIa族元素の芳香族オニウム塩;米国特許第4,069,055号に記載されているようなVa族元素の芳香族オニウム塩;米国特許第4,068,091号に記載されているようなIIIa〜Va族元素のジカルボニルキレート;米国特許第4,139,655号に記載されているようなチオピリリウム塩;米国特許第4,161,478号に記載されているようなMF6 −陰イオン(ここで、Mは、リン、アンチモンおよびヒ素から選択される)の形のVIb元素;米国特許第4,231,951号に記載されているようなアリールスルホニウム錯塩;米国特許第4,256,828号に記載されているような芳香族ヨードニウム錯塩および芳香族スルホニウム錯塩;W.R.Wattらによって「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス(Journal of Polymer Science)、ポリマー・ケミストリー(Polymer Chemistry)版」、第22巻、1789頁(1984年)に記載されているようなビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド−ビス−ヘキサフルオロ金属塩(例えば、リン酸塩、ヒ酸塩、アンチモン酸塩など);鉄化合物の混合配位子金属塩;シラノール−アルミニウム錯体;などが挙げられる。これらの光カチオン重合開始剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの光カチオン重合開始剤のうち、アリールスルホニウム錯塩、ハロゲン含有錯イオンの芳香族ヨードニウム錯塩または芳香族スルホニウム錯塩、II族、V族およびVI族元素の芳香族オニウム塩が好適である。これらの塩のいくつかは、例えば、商品名「CPI−6976」、「CPI−6992」(以上、Aceto Chemical社製)、商品名「FX−512」(スリーエム・カンパニー製)、商品名「UVR−6990」、「UVR−6974」(以上、ユニオン・カーバイド・コーポレーション製)、商品名「UVE−1014」、「UVE−1016」(以上、ゼネラル・エレクトリック・カンパニー製)、商品名「KI−85」(デグサ・アクチエンゲゼルシャフト製)、商品名「SP−150」、「SP−170」(以上、株式会社ADEKA製)、商品名「サンエイド(登録商標)SI−60L」、「サンエイド(登録商標)SI−80L」、「サンエイド(登録商標)SI−100L」、「サンエイド(登録商標)SI−110L」、「サンエイド(登録商標)SI−180L」(以上、三新化学工業株式会社製)などの市販品を入手することができる。 In order to cure the UV curable epoxy resin, a photocationic polymerization initiator is blended with the UV curable epoxy resin. Examples of the cationic photopolymerization initiator include metal fluoroboron complex salts and boron trifluoride complex compounds as described in US Pat. No. 3,379,653; described in US Pat. No. 3,586,616. Bis (perfluoroalkylsulfonyl) methane metal salts such as: aryldiazonium compounds as described in US Pat. No. 3,708,296; described in US Pat. No. 4,058,400 Aromatic onium salts of group VIa elements such as: aromatic onium salts of group Va elements as described in US Pat. No. 4,069,055; described in US Pat. No. 4,068,091 Dicarbonyl chelates of group IIIa-Va elements; thiopyrylium salts as described in US Pat. No. 4,139,655; US Pat. MF 6 as described in JP 4,161,478 - anion (wherein, M is phosphorus, are selected from antimony and arsenic) VIb element in the form of; U.S. Pat. No. 4,231,951 Arylsulfonium complex salts as described in US Pat. No. 4,256,828; aromatic iodonium complex salts and aromatic sulfonium complex salts as described in US Pat. R. Bis [4- (Journal of Polymer Science, Polymer Chemistry Edition], Vol. 22, p. 1789 (1984) by Watt et al. Diphenylsulfonio) phenyl] sulfide-bis-hexafluorometal salts (eg, phosphates, arsenates, antimonates, etc.); mixed ligand metal salts of iron compounds; silanol-aluminum complexes; . These photocationic polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. Of these photocationic polymerization initiators, arylsulfonium complex salts, aromatic iodonium complex salts of halogen-containing complex ions or aromatic sulfonium complex salts, and aromatic onium salts of Group II, Group V and Group VI elements are preferred. Some of these salts are, for example, trade names “CPI-6976”, “CPI-6969” (above, manufactured by Aceto Chemical), trade name “FX-512” (manufactured by 3M Company), trade name “UVR”. -6990 "," UVR-6974 "(manufactured by Union Carbide Corporation), trade names" UVE-1014 "," UVE-1016 "(manufactured by General Electric Company), trade names" KI-85 ". "(Degussa Aktiengesellschaft), trade names" SP-150 "," SP-170 "(above, manufactured by ADEKA Corporation), trade names" Sun-Aid (registered trademark) SI-60L "," Sun-Aid (registered trademark) ) SI-80L "," Sun-Aid (registered trademark) SI-100L "," Sun-Aid (registered trademark) SI-11 " Commercial products such as “0L” and “Sun-Aid (registered trademark) SI-180L” (manufactured by Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) can be obtained.
また、これらの光カチオン重合開始剤のうち、取り扱い性に優れ、潜在性と硬化性とのバランスに優れることから、オニウム塩が好適であり、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩が特に好適である。 Of these photocationic polymerization initiators, onium salts are preferred because of their excellent handleability and balance between latency and curability, and diazonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, and phosphonium salts are particularly preferred. Is preferred.
光カチオン重合開始剤の配合量は、硬化するエポキシ樹脂成分の配合量に応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂成分の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。 The blending amount of the cationic photopolymerization initiator may be appropriately adjusted according to the blending amount of the epoxy resin component to be cured, and is not particularly limited, but is preferably based on 100 parts by mass of the total epoxy resin component. Is 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, further preferably 1 part by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass. Or less.
UV硬化型エポキシ樹脂は、原料であるポリアルキレングリコール鎖と少なくとも2個のグリシジル基とを有するポリグリシジル化合物、必要に応じて配合されるビスフェノール型エポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂などの分子量を適宜選択することにより、溶剤を用いることなく、粘度を、温度23℃で、10mPa・s以上、100,000mPa・s以下の範囲内に調整することができる。 The UV curable epoxy resin has an appropriate molecular weight such as a polyglycidyl compound having a polyalkylene glycol chain and at least two glycidyl groups as raw materials, and a bisphenol type epoxy resin or an alicyclic epoxy resin blended as necessary. By selecting, the viscosity can be adjusted within a range of 10 mPa · s or more and 100,000 mPa · s or less at a temperature of 23 ° C. without using a solvent.
UV硬化型エポキシ樹脂は、常温で液状であるので、基板上に第2の型を載置し、その間隙に適量注入して充填した後、あるいは、基板上に適量滴下し、第2の型を載置した後、あるいは、コア溝に注入して充填した後、あるいは、スペーサ溝に注入して充填し、かつ、コア層を埋め込むように下部クラッド層上に塗布した後、例えば、照射積算光量(露光エネルギー)0.01J/cm2以上、10J/cm2以下の紫外線を照射して硬化させることにより、下部クラッド層、コア層または上部クラッド層を構成する硬化したエポキシ系樹脂フィルムが得られる。 Since the UV curable epoxy resin is in a liquid state at room temperature, the second mold is placed on the substrate and injected and filled in an appropriate amount into the gap, or alternatively, an appropriate amount is dropped on the substrate and the second mold is placed. Or after filling and filling the core groove, or after filling the spacer groove and filling the core layer so as to embed the core layer, for example, integration of irradiation amount (exposure energy) 0.01 J / cm 2 or more, is cured by irradiation with 10J / cm 2 or less of ultraviolet, the lower cladding layer, the cured epoxy resin film constituting the core layer or the upper clad layer is obtained It is done.
≪光導波路の製造方法に用いる型≫
本発明による光導波路の製造方法に用いる本発明の型は、コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凹部または各凸部を有し、該スペーサ溝に対応する凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凸部の下端辺がスペーサ溝上端面に対応する凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、少なくともコア溝対応凸部側のスペーサ溝対応凸部の辺が傾斜していることを特徴とする。
≪Mold used for optical waveguide manufacturing process≫
The mold of the present invention used in the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention has a concave portion or a convex portion corresponding to a core groove and a spacer groove provided on both sides of the core groove with a space therebetween. The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted trapezoid whose lower end side of the convex portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper end side of the convex portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. Further, at least a side of the spacer groove corresponding convex portion on the core groove corresponding convex portion side is inclined.
上記したように、本発明の製造方法では、ソフトリソグラフィーを利用して、基板上に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成する。この際に用いるマスター型(第1の型)の代表例を図3(a)の符号5に示し、このマスター型(第1の型)から作製した樹脂製の型(第2の型)の代表例を図1および図3(b)の符号6に示す。 As described above, in the manufacturing method of the present invention, the lower cladding layer having the core groove and the spacer grooves provided on both sides of the core groove with a space therebetween is formed on the substrate using soft lithography. A representative example of the master mold (first mold) used at this time is indicated by reference numeral 5 in FIG. 3A, and a resin mold (second mold) produced from the master mold (first mold) is shown. A typical example is indicated by reference numeral 6 in FIGS. 1 and 3B.
図3(a)に示すように、第1の型5は、コア溝に対応する凹部7とコア溝の両側に間隔をあけて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する凹部8とを有する。第1の型5を構成する材料としては、有機材料(例えば、永久レジスト、ポリメチルメタクリレート、エポキシ系樹脂など)および無機材料(例えば、リン青銅などの金属または合金、石英ガラスなど)が挙げられる。第1の型5を作製する方法としては、有機材料の場合は、例えば、フォトリソグラフィー、切削などが挙げられる。無機材料の場合は、例えば、切削、エッチング、エアーブラスト、貼り合わせなどが挙げられる。これらの材料および作製方法のうち、マスター型(第1の型)としての耐久性を考慮すると、無機材料および切削が特に好適である。 As shown in FIG. 3A, the first die 5 has a recess 7 corresponding to the core groove and a recess 8 corresponding to a spacer groove provided on both sides of the core groove so as to be substantially parallel to each other. . Examples of the material constituting the first mold 5 include organic materials (for example, permanent resist, polymethyl methacrylate, epoxy resin, etc.) and inorganic materials (for example, metal or alloy such as phosphor bronze, quartz glass, etc.). . As a method for producing the first mold 5, in the case of an organic material, for example, photolithography, cutting, and the like can be given. In the case of an inorganic material, for example, cutting, etching, air blasting, bonding and the like can be mentioned. Of these materials and production methods, inorganic materials and cutting are particularly suitable in view of durability as a master mold (first mold).
第1の型5において、スペーサ溝に対応する凹部8の長手方向に垂直な断面の形状は、スペーサ溝底面に対応する凹部の下端辺が該スペーサ溝上端面に対応する凹部8上端辺よりも短い逆台形状であり、且つ、少なくとも、コア溝対応凹部7側のスペーサ溝対応凹部8の辺が傾斜している。したがって、スペーサ溝対応凹部8の長手方向に垂直な断面の形状は、図3(a)に示す逆片台形状であってもよく、また、スペーサー溝対応凹部8の両辺が傾斜した逆等角台形状であっても良い。好ましくは、逆片台形状である。上記コア溝対応凹部7側のスペーサ溝対応凹部8の辺と、スペーサ溝対応凹部8の底辺の延長線とのなす角θは45°以下であるのが好ましい。 In the first mold 5, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave portion 8 corresponding to the spacer groove is such that the lower end side of the concave portion corresponding to the spacer groove bottom surface is shorter than the upper end side of the concave portion 8 corresponding to the spacer groove upper end surface. It has an inverted trapezoidal shape, and at least the side of the spacer groove-corresponding recess 8 on the core groove-corresponding recess 7 side is inclined. Therefore, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the spacer groove-corresponding recess 8 may be an inverted one-sided trapezoidal shape shown in FIG. It may be trapezoidal. Preferably, it is an inverted single trapezoid shape. The angle θ formed by the side of the spacer groove-corresponding recess 8 on the core groove-corresponding recess 7 side and the extended line of the bottom side of the spacer groove-corresponding recess 8 is preferably 45 ° or less.
また、下部クラッド層対応凸部において、コア溝に対応する凹部7とスペーサ溝に対応する凹部8との間隔(x)は、コア溝に対応する凹部7の幅と同等か、それ以下であるのが好ましい。 Further, in the convex portion corresponding to the lower cladding layer, the interval (x) between the concave portion 7 corresponding to the core groove and the concave portion 8 corresponding to the spacer groove is equal to or less than the width of the concave portion 7 corresponding to the core groove. Is preferred.
さらに、コア溝に対応する凹部7とスペーサ溝に対応する凹部8との間隔(x)に対するスペーサ溝に対応する凹部8の深さ(y)の比率(y/x)は、好ましくは1/1以上、より好ましくは2/1以上であり、また、好ましくは20/1以下、より好ましくは10/1以下である。 Furthermore, the ratio (y / x) of the depth (y) of the recess 8 corresponding to the spacer groove to the interval (x) between the recess 7 corresponding to the core groove and the recess 8 corresponding to the spacer groove is preferably 1 / 1 or more, more preferably 2/1 or more, and preferably 20/1 or less, more preferably 10/1 or less.
なお、図3(a)に示す第1の型5において、コア溝に対応する凹部7は、1個しか形成されていないが、光導波路の用途などに応じて、2個またはそれ以上形成されていてもよい。また、コア溝に対応する凹部7は、紙面に対して垂直方向に伸びる直線状に形成されているが、光導波路の用途などに応じて、所定のパターン状に形成されていてもよい。さらに、図3(a)に示す第1の型5は、1個の光導波路を製造するように構成されているが、複数個の光導波路を製造するように構成されていてもよい。 In the first mold 5 shown in FIG. 3A, only one recess 7 corresponding to the core groove is formed, but two or more are formed depending on the use of the optical waveguide. It may be. Moreover, although the recessed part 7 corresponding to a core groove is formed in the linear form extended in the orthogonal | vertical direction with respect to a paper surface, it may be formed in the predetermined pattern shape according to the use etc. of an optical waveguide. Further, the first mold 5 shown in FIG. 3A is configured to manufacture one optical waveguide, but may be configured to manufacture a plurality of optical waveguides.
なお、図3(a)には示されていないが、第1の型5において、光導波路の用途などに応じて、コア溝に対応する凹部7に直列(紙面に垂直な方向)に光ファイバ固定溝に対応する凹部が形成されていてもよい。また、コア溝にコア材料を注入して充填する際に、光ファイバ固定溝にコア材料が侵入しないように、コア溝に対応する凹部7と光ファイバ固定溝に対応する凹部との間には、堰に対応する凸部が形成されていることが好ましい。さらに、光ファイバ固定溝に対応する凹部の上端面部に対して、コア溝に対応する凹部7の上端面部が低くなっていることが好ましい。 Although not shown in FIG. 3A, in the first mold 5, an optical fiber is connected in series (in a direction perpendicular to the paper surface) to the recess 7 corresponding to the core groove depending on the use of the optical waveguide. A recess corresponding to the fixed groove may be formed. Further, when the core material is injected into the core groove and filled, the core material does not enter the optical fiber fixing groove, so that the gap between the concave part 7 corresponding to the core groove and the concave part corresponding to the optical fiber fixing groove is between It is preferable that a convex portion corresponding to the weir is formed. Furthermore, it is preferable that the upper end surface portion of the recess 7 corresponding to the core groove is lower than the upper end surface portion of the recess corresponding to the optical fiber fixing groove.
図1および図3(b)に示すように、第2の型6は、コア溝に対応する凸部9とコア溝の両側に間隔をあけて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)10とを有する。第2の型6を構成する材料としては、第1の型5を用いて、成型することができる限り、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線(または光)硬化性樹脂、熱(または二液)硬化性樹脂などの硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、硬化性樹脂を用いる場合には、硬化性樹脂を第1の型5に形成された凹部が埋まるように流し込み、これを硬化させることにより、第2の型6を作製することができる。また、熱可塑性樹脂を用いる場合には、加熱して流動状態もしくは融液状態にした熱可塑性樹脂を、第1の型5の凹部が形成された側に載置するか、あるいは、第1の型5の凹部が埋まるように流し込み、必要に応じて、加圧しながら、冷却することにより、第2の型6を作製することができる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 3B, the second mold 6 includes a convex portion 9 corresponding to the core groove and a convex portion corresponding to a spacer groove provided substantially parallel to the both sides of the core groove. Part (spacer) 10. The material constituting the second mold 6 is not particularly limited as long as it can be molded using the first mold 5. For example, ultraviolet (or light) curable resin, heat ( Or two-part) curable resins such as curable resins and thermoplastic resins. For example, in the case of using a curable resin, the second mold 6 can be produced by pouring the curable resin into the first mold 5 so that the concave portion formed in the first mold 5 is filled and curing the curable resin. When a thermoplastic resin is used, the thermoplastic resin heated to be in a fluidized or melted state is placed on the side of the first mold 5 where the recess is formed, or the first resin The second mold 6 can be manufactured by pouring the mold 5 so as to fill the concave portion and cooling it while applying pressure as necessary.
第2の型6を構成する材料のうち、形成される下部クラッド層の剥離性が向上することから、シリコーン材料が特に好適である。シリコーン材料のうち、硬化後にシリコーン系ゴムまたはシリコーン系樹脂となる硬化性シリコーン系ゴムオリゴマーもしくはモノマー、または、硬化性シリコーン系樹脂オリゴマーもしくはモノマーなどの硬化性シリコーン材料が好適であり、硬化性ポリシロキサンが特に好適である。硬化性シリコーン材料としては、通常、液状シリコーンと称されるものが用いられるが、形成される下部クラッド層の剥離性に優れ、かつ機械的強度に優れることから、硬化剤と組み合わせて用いる二液混合型が好適である。また、低粘度の硬化性シリコーン材料を用いれば、型の作製時に巻き込む泡の除去などの加工性に優れると共に、転写パターンの精密な型取りをすることができる。さらに、硬化性ポリシロキサンは、一液硬化型または二液硬化型のいずれでもよく、熱硬化型または室温硬化型のいずれでもよい。 Of the materials constituting the second mold 6, a silicone material is particularly suitable because the peelability of the lower clad layer to be formed is improved. Of the silicone materials, a curable silicone rubber oligomer or monomer that becomes a silicone rubber or silicone resin after curing, or a curable silicone material such as a curable silicone resin oligomer or monomer, is preferred, and a curable polysiloxane. Is particularly preferred. As the curable silicone material, what is called liquid silicone is usually used. However, since it is excellent in peelability of the formed lower clad layer and excellent in mechanical strength, it is a two-component used in combination with a curing agent. A mixed type is preferred. If a low-viscosity curable silicone material is used, it is excellent in workability such as removal of bubbles entrained during the production of the mold, and a precise pattern of the transfer pattern can be obtained. Furthermore, the curable polysiloxane may be either a one-component curable type or a two-component curable type, and may be either a thermosetting type or a room temperature curable type.
硬化性シリコーン材料の具体例としては、例えば、アルキルシロキサン、アルケニルシロキサン、アルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキル水素シロキサンなどを含有するものが挙げられる。特に、アルキルアルケニルシロキサンおよびポリアルキル水素シロキサンの二成分混合系であり、低粘度で室温硬化型のものが剥離性および硬化性の観点から好適である。 Specific examples of the curable silicone material include those containing alkyl siloxane, alkenyl siloxane, alkyl alkenyl siloxane, polyalkyl hydrogen siloxane and the like. In particular, a two-component mixed system of an alkyl alkenyl siloxane and a polyalkyl hydrogen siloxane, which has a low viscosity and is room temperature curable, is preferable from the viewpoint of peelability and curability.
第2の型6において、スペーサ溝に対応する凸部10の長さ方向に垂直な断面の形状は、スペーサ溝底面に対応する凸部10の下端辺14が、スペーサ溝凸部10の上端辺13よりも短い逆台形状であり、少なくとも、コア溝対応凸部9側のスペーサ溝対応凸部10の辺16が傾斜している。すなわち、当該凸部10の長さ方向に垂直な断面の形状は、図1などに示すような逆片台形状でもよく、また、当該凸部10において向かい合う辺がいずれも傾斜している逆等角台形状であっても良い。このスペーサ溝凸部10の斜辺16は、当該斜辺16と、図1に点線で示すスペーサ溝対応凸部上端辺13とのなす角θが45°以下であるのが好ましい。スペーサ溝凸部10の斜辺と、スペーサ溝上端辺とのなす角θが45°以下であれば、クラッド材料中の泡がクラッド材料外へと速やかに除去される。 In the second mold 6, the shape of the cross section perpendicular to the length direction of the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is such that the lower end side 14 of the convex portion 10 corresponding to the bottom surface of the spacer groove is the upper end side of the spacer groove convex portion 10. The shape is an inverted trapezoid shorter than 13, and at least the side 16 of the spacer groove corresponding convex portion 10 on the core groove corresponding convex portion 9 side is inclined. In other words, the shape of the cross section perpendicular to the length direction of the convex portion 10 may be an inverted one-sided trapezoidal shape as shown in FIG. A corner trapezoid may be used. The oblique side 16 of the spacer groove convex portion 10 preferably has an angle θ formed by the oblique side 16 and the spacer groove corresponding convex portion upper end side 13 shown by a dotted line in FIG. If the angle θ formed by the oblique side of the spacer groove convex portion 10 and the upper end side of the spacer groove is 45 ° or less, bubbles in the cladding material are quickly removed out of the cladding material.
また、コア溝に対応する凸部9とスペーサ溝に対応する凸部10との間隔(x)は、コア溝に対応する凸部の幅と同等か、それ以下であるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the distance (x) between the convex portion 9 corresponding to the core groove and the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is equal to or less than the width of the convex portion corresponding to the core groove.
さらに、コア溝に対応する凸部9とスペーサ溝に対応する凸部10との間隔(x)に対するスペーサ溝に対応する凸部10の高さ(y)の比率(y/x)は、好ましくは1/1以上、より好ましくは2/1以上であり、また、好ましくは20/1以下、より好ましくは10/1以下である。 Furthermore, the ratio (y / x) of the height (y) of the convex portion 10 corresponding to the spacer groove to the interval (x) between the convex portion 9 corresponding to the core groove and the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is preferably Is 1/1 or more, more preferably 2/1 or more, and is preferably 20/1 or less, more preferably 10/1 or less.
なお、図1および図3(b)に示す第2の型6において、コア溝に対応する凸部9は、1個しか形成されていないが、光導波路の用途などに応じて、2個またはそれ以上形成されていてもよい。また、コア溝に対応する凸部9は、紙面に対して垂直方向に伸びる直線状に形成されているが、光導波路の用途などに応じて、所定のパターン状に形成されていてもよい。さらに、図1および図3(b)に示す第2の型6は、1個の光導波路を製造するように構成されているが、複数個の光導波路を製造するように構成されていてもよい。 In the second mold 6 shown in FIG. 1 and FIG. 3 (b), only one convex portion 9 corresponding to the core groove is formed, but depending on the use of the optical waveguide, etc. More than that may be formed. Moreover, although the convex part 9 corresponding to a core groove | channel is formed in the linear form extended in the orthogonal | vertical direction with respect to the paper surface, it may be formed in the predetermined pattern shape according to the use etc. of an optical waveguide. Further, the second mold 6 shown in FIGS. 1 and 3B is configured to manufacture one optical waveguide, but may be configured to manufacture a plurality of optical waveguides. Good.
なお、図1および図3(b)には示されていないが、第2の型6において、光導波路の用途などに応じて、コア溝に対応する凸部9に直列(紙面に垂直な方向)に光ファイバ固定溝に対応する凸部が形成されていてもよい。また、コア溝にコア材料を注入して充填する際に、光ファイバ固定溝にコア材料が侵入しないように、コア溝に対応する凸部9と光ファイバ固定溝に対応する凸部との間には、堰に対応する凹部が形成されていることが好ましい。さらに、光ファイバ固定溝に対応する凸部の下端面部に対して、コア溝に対応する凸部9の下端面部が低くなっていることが好ましい。 Although not shown in FIGS. 1 and 3 (b), in the second mold 6, depending on the use of the optical waveguide, etc., the projections 9 corresponding to the core grooves are in series (a direction perpendicular to the paper surface). ) May be formed with protrusions corresponding to the optical fiber fixing grooves. Further, when the core material is injected and filled into the core groove, the gap between the convex portion 9 corresponding to the core groove and the convex portion corresponding to the optical fiber fixing groove is prevented so that the core material does not enter the optical fiber fixing groove. It is preferable that a recess corresponding to the weir is formed. Furthermore, it is preferable that the lower end surface portion of the convex portion 9 corresponding to the core groove is lower than the lower end surface portion of the convex portion corresponding to the optical fiber fixing groove.
第1の型から作製した第2の型を用いて、下部クラッド層に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて併設されたスペーサ溝とを形成する理由は、以下の通りである。下部クラッド層に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて併設されたスペーサ溝とを形成する際に、各溝に対応する凸部を有する第1の型(凸型)を用いて、下部クラッド層を形成すると、第1の型(凸型)と下部クラッド層との離型性が悪い場合に、型欠けなどが生じて寸法精度が低下する。また、剥離剤を塗布して、第1の型(凸型)と下部クラッド層との離型性を向上させたとしても、剥離剤の除去が難しいという問題がある。それゆえ、下部クラッド層を形成するためには、マスター型である第1の型(凹型)を用いて、樹脂製の第2の型(凸型)を作製し、これを使用することが有利である。 The reason for forming the core groove and the spacer grooves provided on both sides of the core groove with a gap on the lower clad layer using the second mold manufactured from the first mold is as follows. When forming a core groove and a spacer groove provided on both sides of the core groove with a gap in the lower cladding layer, using a first die (convex shape) having a convex portion corresponding to each groove, When the lower clad layer is formed, when the first mold (convex mold) and the lower clad layer are poorly releasable, a mold chipping or the like occurs and the dimensional accuracy decreases. Further, even if a release agent is applied to improve the releasability between the first mold (convex type) and the lower cladding layer, there is a problem that it is difficult to remove the release agent. Therefore, in order to form the lower clad layer, it is advantageous to produce a second mold (convex mold) made of resin using the first mold (concave mold) which is the master mold and use this. It is.
また、第2の型がシリコーン系ゴムなどの透明で柔軟性のある材料で構成されている場合は、スペーサ溝のように、幅が狭くて深い溝であっても、下部クラッド層を構成するクラッド材料の硬さに依存することなく、綺麗に転写することができる。それゆえ、下部クラッド層を構成するクラッド材料の選択範囲が広く、また、紫外線(または光)硬化性樹脂を用いた場合、紫外線(または光)硬化させる際に紫外線(または光)を透過させるために、下部クラッド層を形成する基板を構成する材料を透明な材料に制限する必要がなくなるなどの利点がある。 When the second mold is made of a transparent and flexible material such as silicone rubber, the lower cladding layer is formed even if the groove is narrow and deep like the spacer groove. Clear transfer is possible without depending on the hardness of the clad material. Therefore, the selection range of the clad material constituting the lower clad layer is wide, and when ultraviolet (or light) curable resin is used, ultraviolet (or light) is transmitted when the ultraviolet (or light) is cured. In addition, there is an advantage that it is not necessary to limit the material constituting the substrate for forming the lower cladding layer to a transparent material.
本発明の型を用いれば、ソフトリソグラフィーを利用して、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層が制御された略均一な厚さを有し、導波損失が非常に小さい光導波路を簡便に製造することができる。 If the mold of the present invention is used, an optical waveguide having a substantially uniform thickness in which the lower cladding layer in the lower part of the core layer is controlled using soft lithography and having a very small waveguide loss. Can be easily produced.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記の実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and appropriate modifications are made within a range that can meet the purpose described above and below. Any of these can be carried out and are included in the technical scope of the present invention.
まず、実施例および比較例においてクラッド材料およびコア材料として用いたUV硬化型エポキシ樹脂の調製について説明する。 First, preparation of a UV curable epoxy resin used as a cladding material and a core material in Examples and Comparative Examples will be described.
≪UV硬化型エポキシ樹脂(1)の調製≫
ポリテトラメチレングリコールのジグリシジルエーテル(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「jER(登録商標)YL7417」;数平均分子量700〜800)48質量部、ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業株式会社製、商品名「セロキサイド(登録商標)2081」)30質量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「jER(登録商標)828EL」)18質量部、光重合開始剤であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩(Aceto Chemical社製、商品名「CPII−6992」)4質量部を、自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎(登録商標)」)を用いて混合し、クラッド材料として用いるUV硬化型エポキシ樹脂(1)を調製した。
<< Preparation of UV curable epoxy resin (1) >>
48 parts by mass of polytetramethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name “jER (registered trademark) YL7417”; number average molecular weight 700 to 800), ε-caprolactone-modified 3,4-epoxycyclohexylmethyl- 30 parts by mass of 3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name “Celoxide (registered trademark) 2081”), bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd., trade name “jER”) (Registered trademark) 828EL ") 18 parts by mass, 4 parts by mass of triarylsulfonium hexafluorophosphate (manufactured by Aceto Chemical, trade name" CPII-6992 ") which is a photopolymerization initiator, Product name Were mixed with Awatori Rentaro (registered trademark) "), was prepared UV-curable epoxy resin (1) used as a cladding material.
≪UV硬化型エポキシ樹脂(2)の調製≫
ポリテトラメチレングリコールのジグリシジルエーテル(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「jER(登録商標)YL7417」;数平均分子量700〜800)9質量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「jER(登録商標)828EL」)43.5質量部、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「jER(登録商標)5050」)43.5質量部、光重合開始剤であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩(Aceto Chemical社製、商品名「CPI−6992」)4質量部を、自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎(登録商標)」)を用いて混合し、コア材料として用いるUV硬化型エポキシ樹脂(2)を調製した。
<< Preparation of UV curable epoxy resin (2) >>
Polytetramethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name “jER (registered trademark) YL7417”; number average molecular weight 700-800) 9 parts by mass, bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) , 43.5 parts by mass of a trade name “jER (registered trademark) 828EL”), 43.5 parts by mass of a brominated bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name “jER (registered trademark) 5050”), A photopolymerization initiator, triarylsulfonium hexafluorophosphate (trade name “CPI-6992”, manufactured by Aceto Chemical Co., Ltd.), 4 parts by mass, a rotating / revolving mixer (Sinky Co., Ltd., trade name “Netaro Awatori” (Registered trademark) ”) and used as a core material A UV curable epoxy resin (2) was prepared.
次に、光導波路を実際に作製した実施例および比較例について説明する。 Next, examples and comparative examples in which optical waveguides are actually manufactured will be described.
≪光導波路の作製≫
<実施例1>
本実施例では、フレキシブル光導波路の下部クラッド層を作製した。
<< Production of optical waveguide >>
<Example 1>
In this example, the lower cladding layer of the flexible optical waveguide was produced.
1−1)リン青銅(厚さ10mm)の表面を切削し、コア溝に対応する幅50μm、深さ50μmの凹部と、この凹部の両側に間隔10μmを空けて略平行に併設される断面逆片台形状のスペーサ溝に対応する凹部を形成して、図3(a)に示すような第1の型(凹型)を作製した。この第1の型は、その長手方向に垂直な断面において、コア溝側に位置するスペーサ溝凹部の辺と、スペーサ溝底面に対応する凹部下端辺の伸長線とのなす角を45°とし、スペーサ溝底面に対応する幅を2mm、深さを75μmとした。なお、図3(a)において、スペーサ溝に対応する凹部8は、紙面の都合により深さに比べて、幅が小さく描かれている。 1-1) The surface of phosphor bronze (thickness 10 mm) is cut, and a recess having a width of 50 μm and a depth of 50 μm corresponding to the core groove, and a reverse cross-section provided side by side with a space of 10 μm on both sides of the recess. A concave portion corresponding to the one-sided spacer groove was formed to produce a first die (concave shape) as shown in FIG. In this first mold, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, the angle formed by the side of the spacer groove recess located on the core groove side and the extension line of the lower end of the recess corresponding to the bottom surface of the spacer groove is 45 °, The width corresponding to the bottom surface of the spacer groove was 2 mm, and the depth was 75 μm. In FIG. 3A, the recess 8 corresponding to the spacer groove is drawn with a width smaller than the depth due to space limitations.
1−2)ガラス基板(厚さ2mm)上に、間隙を空けて、第1の型を載置し、ガラス基板と第1の型との間隙に、気泡を挟み込むことなく、二液硬化型シリコーン系ゴム(東レ・ダウコーニング株式会社製、商品名「SILPOT 184」)を注入して充填し、室温で24時間静置して硬化させて、シリコーン系ゴム製の第2の型(凸型)を作製した。得られた第2の型は、図1および図3(b)に示すように、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設される逆台形状のスペーサ溝とに対応する各凸部を有していた。なお、図1および図3(b)において、スペーサ溝に対応する凸部10は、紙面の都合により、高さに比べて幅が小さく描かれている。 1-2) A two-component curing type in which a first mold is placed on a glass substrate (thickness 2 mm) with a gap therebetween, and air bubbles are not sandwiched between the glass substrate and the first mold. Silicone rubber (made by Toray Dow Corning Co., Ltd., trade name “SILPOT 184”) is injected and filled, and allowed to stand at room temperature for 24 hours to cure, and then a second mold made of silicone rubber (convex type) ) Was produced. As shown in FIGS. 1 and 3B, the obtained second mold corresponds to the core groove and the inverted trapezoidal spacer groove provided on both sides of the core groove so as to be spaced substantially parallel to each other. It had each convex part. In FIG. 1 and FIG. 3B, the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is drawn with a width smaller than the height due to space limitations.
1−3)フィルム基板としてのポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製、商品名「カプトン(登録商標)Hタイプ」;厚さ25μm)上に、クラッド材料として、UV硬化型エポキシ樹脂(1)を適量滴下した後、平行度を持たせたステージ上で、スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)がフィルム基板に接触するように、第2の型を接近させた。第2の型のスペーサがフィルム基板に接触する前に、第2の型を一旦停止させ、真空に引いて脱泡処理を施して、クラッド材料から泡を除去した。 1-3) On a polyimide film as a film substrate (trade name “Kapton (registered trademark) H type” manufactured by Toray DuPont Co., Ltd .; thickness 25 μm), a UV curable epoxy resin (1) is used as a cladding material. After the appropriate amount was dropped, the second mold was brought close to the film substrate so that the convex portions (spacers) corresponding to the spacer grooves contacted the film substrate on a stage having parallelism. Before the second mold spacer contacted the film substrate, the second mold was temporarily stopped and vacuum was applied to perform defoaming to remove bubbles from the cladding material.
次いで、図3(c)に示すように、第2の型のスペーサがフィルム基板に密着するように、第2の型をフィルム基板上に押し付けた。この状態で、第2の型側からUV照射を行って硬化させた後、第2の型を取り除いて、図3(d)に示すように、フィルム基板上に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成した。下部クラッド層の厚さは、スペーサ溝の深さに等しく、75μm(コア溝の下側は厚さ25μm)であった。なお、図3(c)において、スペーサ溝に対応する凸部10は、紙面の都合により、高さに比べて幅が小さく描かれている。また、図3(d)において、スペーサ溝12は、紙面の都合により、深さに比べて幅が小さく描かれている。プリズムカプラ(サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「SPA−4000」)を用いて、下部クラッド層の屈折率を測定したところ、波長830nmにおける屈折率は1.50であった。 Next, as shown in FIG. 3C, the second mold was pressed onto the film substrate so that the spacer of the second mold was in close contact with the film substrate. In this state, after being cured by UV irradiation from the second mold side, the second mold is removed and the core groove and both sides of the core groove are formed on the film substrate as shown in FIG. A lower cladding layer having a spacer groove provided in parallel with a gap therebetween is formed. The thickness of the lower clad layer was equal to the depth of the spacer groove, and was 75 μm (the thickness below the core groove was 25 μm). In FIG. 3C, the convex portion 10 corresponding to the spacer groove is drawn with a width smaller than the height due to space limitations. In FIG. 3D, the spacer groove 12 is drawn with a width smaller than the depth due to space limitations. When the refractive index of the lower clad layer was measured using a prism coupler (product name “SPA-4000”, manufactured by Cylon Technology Inc.), the refractive index at a wavelength of 830 nm was 1.50.
上記工程1−3)において、UV硬化型エポキシ樹脂の硬化は、高圧水銀ランプを光源とする露光機(ミカサ株式会社製、商品名「MA−60F」)を用いて、照度10mW/cm2で15分間、すなわち露光エネルギー9J/cm2の条件で行った。 In the step 1-3), the UV curable epoxy resin is cured at an illuminance of 10 mW / cm 2 using an exposure machine (trade name “MA-60F” manufactured by Mikasa Co., Ltd.) using a high-pressure mercury lamp as a light source. The test was performed for 15 minutes, that is, with an exposure energy of 9 J / cm 2 .
得られた下部クラッド層を顕微鏡(キーエンス社製、「VH−8000」、倍率250倍)にて観察したところ、図4に示すように、基板上には、下部クラッド層長手方向に連続するコア溝と、該コア溝の両側に間隔をあけて該コア溝に略平行なスペーサー溝とが形成されていた。 When the obtained lower clad layer was observed with a microscope ("VH-8000", manufactured by Keyence Corporation, magnification of 250 times), as shown in FIG. 4, a core continuous in the longitudinal direction of the lower clad layer was formed on the substrate. A groove and a spacer groove substantially parallel to the core groove were formed at intervals on both sides of the core groove.
<比較例1>
本比較例では、フレキシブル光導波路の下部クラッド層を作製した。
<Comparative Example 1>
In this comparative example, the lower clad layer of the flexible optical waveguide was produced.
実施例1において、コア溝に対応する凹部を有し、コア溝に対応する凹部の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝に対応する凹部の断面形状が矩形状である図2に示される第2の型(凸型)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、フレキシブル光導波路を作製した。当該第2の型におけるスペーサ溝に対応する幅は1.5mm、深さ75μmであった。なお、図2において、スペーサ溝に対応する凸部10’は、紙面の都合により、厚みに比べて幅が小さく描かれている。 In Example 1, the concave portion corresponding to the core groove has a rectangular shape, and the cross-sectional shape of the concave portion corresponding to the spacer groove provided substantially parallel with a gap on both sides of the concave portion corresponding to the core groove is a rectangular shape. A flexible optical waveguide was produced in the same manner as in Example 1 except that the second mold (convex mold) shown in FIG. The width corresponding to the spacer groove in the second mold was 1.5 mm and the depth was 75 μm. In FIG. 2, the convex portion 10 ′ corresponding to the spacer groove is drawn with a width smaller than the thickness due to space limitations.
得られた下部クラッド層を実施例1と同様にして顕微鏡で観察したところ、図5に示すように、コア溝とスペーサ溝とがつながっており、コア溝の形成不良が生じていた。かかる下部クラッド層から形成される光導波路では、クラッド材料中に残留した気泡により、コア層が断絶してしまうことが予想される。 When the obtained lower cladding layer was observed with a microscope in the same manner as in Example 1, the core groove and the spacer groove were connected as shown in FIG. In an optical waveguide formed from such a lower cladding layer, it is expected that the core layer will be disconnected due to bubbles remaining in the cladding material.
<実施例2>
本実施例では、実施例1で作製した下部クラッド層を用いて光導波路を作製した。
<Example 2>
In this example, an optical waveguide was produced using the lower clad layer produced in Example 1.
2−1)実施例1で得られた下部クラッド層が形成されたフィルム基板をホットプレート上に載置し、下部クラッド層に形成されたコア溝の両端に、コア材料として、UV硬化型エポキシ樹脂(2)を滴下し、毛細管現象を利用して、コア溝全体にコア材料を充填した。コア材料の充填が完了した時点で加熱を止め、UV照射を行って硬化させて、図3(e)に示すように、コア溝内に幅50μm、厚さ50μmのコア層を形成した。なお、図3(e)において、スペーサ溝12は、紙面の都合により、深さに比べて幅が小さく描かれている。プリズムカプラ(サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「SPA−4000」)を用いて、コア層の屈折率を測定したところ、波長830nmにおける屈折率は1.58であった。 2-1) The film substrate on which the lower clad layer obtained in Example 1 was formed was placed on a hot plate, and UV curable epoxy was used as a core material at both ends of the core groove formed in the lower clad layer. Resin (2) was dropped, and the core material was filled in the entire core groove using capillary action. When the filling of the core material was completed, the heating was stopped and UV irradiation was performed to cure, thereby forming a core layer having a width of 50 μm and a thickness of 50 μm in the core groove as shown in FIG. In FIG. 3E, the spacer groove 12 is drawn with a width smaller than the depth due to space limitations. When the refractive index of the core layer was measured using a prism coupler (product name “SPA-4000”, manufactured by Cylon Technology Inc.), the refractive index at a wavelength of 830 nm was 1.58.
2−2)コア層が形成された下部クラッド層上に、クラッド材料として、UV硬化型エポキシ樹脂(1)を適量滴下し、離型処理したガラス基板を載置した。次いで、下部クラッド層とガラス基板との間隔が所望の値になる前に、真空に引いて脱泡処理を施し、完全に泡が存在しなくなった時点で、所望の値になるまでガラス基板を密着させた。この状態で、ガラス基板側からUV照射を行って硬化させて、厚さ25μmの上部クラッド層を形成することにより、図3(f)に示すようなフレキシブル光導波路を得た。なお、図3(f)において、スペーサ溝12を埋めるクラッド材料の硬化物は、紙面の都合により、厚さに比べて幅が小さく描かれている。プリズムカプラ(サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「SPA−4000」)を用いて、上部クラッド層の屈折率を測定したところ、波長830nmにおける屈折率は1.50であった。 2-2) An appropriate amount of UV curable epoxy resin (1) was dropped as a clad material on the lower clad layer on which the core layer was formed, and a glass substrate subjected to a release treatment was placed. Next, before the gap between the lower cladding layer and the glass substrate reaches a desired value, a vacuum is applied to perform defoaming treatment. When bubbles are completely absent, the glass substrate is moved to the desired value. Adhered. In this state, UV irradiation was performed from the glass substrate side and cured to form an upper clad layer having a thickness of 25 μm, thereby obtaining a flexible optical waveguide as shown in FIG. In FIG. 3F, the hardened material of the cladding material filling the spacer groove 12 is drawn smaller in width than the thickness due to space limitations. When the refractive index of the upper cladding layer was measured using a prism coupler (product name “SPA-4000”, manufactured by Cylon Technology Inc.), the refractive index at a wavelength of 830 nm was 1.50.
上記工程2−1)〜2−2)において、UV硬化型エポキシ樹脂の硬化は、高圧水銀ランプを光源とする露光機(ミカサ株式会社製、商品名「MA−60F」)を用いて、照度10mW/cm2で15分間、すなわち露光エネルギー9J/cm2の条件で行った。 In the above steps 2-1) to 2-2), the UV curable epoxy resin is cured using an exposure machine (trade name “MA-60F” manufactured by Mikasa Co., Ltd.) using a high-pressure mercury lamp as a light source. The test was carried out at 10 mW / cm 2 for 15 minutes, that is, with an exposure energy of 9 J / cm 2 .
2−3)得られたフレキシブル光導波路について、他端に波長850nmのLED光源に接続した光ファイバを用いて、コア層の一端に波長850nmの光を入射させると共に、コア層の他端に光量計を接続した光ファイバを接触させることにより、コア層中を伝播した光の強度を測定したところ、導波損失が0.1dB/cmという非常に小さい値であった。 2-3) About the obtained flexible optical waveguide, using an optical fiber connected to an LED light source having a wavelength of 850 nm at the other end, light having a wavelength of 850 nm is incident on one end of the core layer, and the amount of light is incident on the other end of the core layer. When the intensity of light propagating through the core layer was measured by bringing an optical fiber connected to a meter into contact, the waveguide loss was a very small value of 0.1 dB / cm.
上記光導波路を半径1mmで±90度に折り曲げたところ、折り曲げ線やクラックなどは発生せず、良好な外観を示していた。 When the optical waveguide was bent at ± 90 degrees with a radius of 1 mm, no fold lines or cracks were generated, and a good appearance was shown.
また、上記実施例1、2と同様の工程を繰返して10個の光導波路を作製したところ、いずれの光導波路の導波損失も0.1dB/cmであった。 Further, when 10 optical waveguides were produced by repeating the same steps as in Examples 1 and 2, the waveguide loss of any of the optical waveguides was 0.1 dB / cm.
<比較例2>
本比較例では、比較例1で得られた下部クラッド層を用いてフレキシブル光導波路を作製した。
<Comparative Example 2>
In this comparative example, a flexible optical waveguide was produced using the lower cladding layer obtained in Comparative Example 1.
実施例2において、比較例1で得られた下部クラッド層が形成されたフィルム基板を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、フレキシブル光導波路を作製し、コア層中を伝播する光の強度の測定を試みたが、光が導波せず、導波損失を測定することができなかった。 In Example 2, except that the film substrate on which the lower cladding layer obtained in Comparative Example 1 was formed was used, a flexible optical waveguide was produced in the same manner as in Example 2, and the light propagating in the core layer Attempts were made to measure the intensity of light, but light was not guided, and the waveguide loss could not be measured.
また、上記比較例1、2と同様の工程を繰返して10個の光導波路を作製したところ、2個のフレキシブル光導波路については導波損失0.1dB/cmとの結果が得られたが、残りの8個のフレキシブル光導波路では、光が導波せず、導波損失を測定することができなかった。これらのフレキシブル光導波路ではコア溝が断絶しており、下部クラッド層形成時に、下部クラッド材料中の泡が除去されず、下部クラッド層にコア溝形成不良が生じていたものと考えられる。 Further, when 10 optical waveguides were produced by repeating the same steps as in Comparative Examples 1 and 2, a result of a waveguide loss of 0.1 dB / cm was obtained for the 2 flexible optical waveguides. In the remaining eight flexible optical waveguides, light was not guided and the waveguide loss could not be measured. In these flexible optical waveguides, the core groove is disconnected, and bubbles in the lower clad material are not removed when the lower clad layer is formed, and it is considered that a core groove formation defect has occurred in the lower clad layer.
≪評価≫
以上のように、実施例1の下部クラッド層および実施例2のフレキシブル光導波路は、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有し、且つ、前記スペーサ溝に対応する凸部の断面形状が、スペーサ溝底面に対応する底辺が上辺よりも短い逆台形状を有する凸型(第2の型)を用いて、フィルム基板上に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成したので、断面逆台形状のスペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)の存在により、クラッド材料から速やかに泡が排出され、コア溝の成形不良が生じず、歩留まりよく、光導波路を製造できた。また、上記スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)の存在により、フィルム基板または凸型が支持されて撓むことなく、略平行に保持されることにより、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層の厚さを制御することができ、その結果、非常に小さい導波損失を示していた。さらに、実施例2のフレキシブル光導波路は、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層の厚さが均一であるので、半径1mmで±90度に折り曲げても、折り曲げ線やクラックなどが発生せず、良好な外観を示していた。
≪Evaluation≫
As described above, the lower cladding layer of the first embodiment and the flexible optical waveguide of the second embodiment have the convex portions corresponding to the core groove and the spacer grooves provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove. And a convex shape corresponding to the spacer groove has a reverse trapezoidal shape (second die) whose bottom side corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper side. In addition, a lower cladding layer having a core groove and a spacer groove provided in parallel with a gap on both sides of the core groove is formed, so that a convex portion (spacer) corresponding to the spacer groove having an inverted trapezoidal cross section exists. As a result, the bubbles were quickly discharged from the clad material, the core groove was not formed poorly, and the optical waveguide could be manufactured with good yield. In addition, the presence of the convex portion (spacer) corresponding to the spacer groove allows the film substrate or the convex mold to be supported and held substantially in parallel without being bent, so that the portion located below the core layer is The thickness of the lower cladding layer can be controlled, and as a result, the waveguide loss is very small. Furthermore, since the thickness of the lower clad layer, the core layer, and the upper clad layer is uniform in the flexible optical waveguide of Example 2, no fold lines or cracks are generated even when bent at ± 90 degrees with a radius of 1 mm. Showed good appearance.
これに対し、比較例1の下部クラッド層および比較例2のフレキシブル光導波路は、コア溝とコア溝に対応する凸部の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部は有するものの、当該スペーサ溝凸部の長手方向に垂直な断面形状が矩形状であるため、下部クラッド材料中の気泡が排出され難く、コア溝の形成不良を生じ、その結果、コア層の断絶が生じ、歩留まりよく光導波路を製造することができなかった。 On the other hand, the lower clad layer of Comparative Example 1 and the flexible optical waveguide of Comparative Example 2 correspond to the core groove and the spacer groove provided substantially parallel to each other on both sides of the convex portion corresponding to the core groove. Although each convex portion has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the spacer groove convex portion, bubbles in the lower cladding material are difficult to be discharged, resulting in poor formation of the core groove. The layer break occurred, and the optical waveguide could not be manufactured with a high yield.
かくして、光導波路の製造方法において、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有し、且つ、前記スペーサ溝に対応する凸部の断面形状が、スペーサ溝底面に対応する底辺が上辺よりも短い逆台形状である凸型(第2の型)を用いて、基板上に、コア溝とコア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されたスペーサ溝とを有する下部クラッド層を形成すれば、コア溝の断絶につながる下部クラッド材料中の気泡を速やかに排出できるため、歩留まりよく光導波路を製造することができる。また、状基本発明に係る第2の型を用いれば、フィルム基板のような剛性が低い基板を用いても、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層の厚さを容易に制御することができ、導波損失が非常に小さい高性能の光導波路が簡便に得られることがわかる。 Thus, in the method of manufacturing an optical waveguide, each of the protrusions corresponding to the core groove and the spacer groove provided substantially parallel to the both sides of the core groove is provided, and the protrusion corresponds to the spacer groove. Using a convex mold (second mold) whose cross-sectional shape is an inverted trapezoid whose bottom corresponding to the bottom of the spacer groove is shorter than the upper side, the core groove is spaced on both sides of the core groove on the substrate. If a lower cladding layer having spacer grooves arranged substantially parallel to each other is formed, bubbles in the lower cladding material that lead to breakage of the core groove can be quickly discharged, so that an optical waveguide can be manufactured with a high yield. Further, if the second mold according to the basic shape invention is used, the thickness of the lower clad layer in the portion located below the core layer can be easily controlled even when a substrate having low rigidity such as a film substrate is used. It can be seen that a high-performance optical waveguide with very low waveguide loss can be obtained easily.
本発明による光導波路の製造方法およびそれに用いる型は、コア層の断絶につながる下部クラッド材料中の気泡を効率よく排出でき、また、フィルム基板のような剛性が低い基板を用いても、コア層の下側に位置する部分の下部クラッド層が制御された略均一な厚さを有し、導波損失が非常に小さい光導波路を歩留まりよく簡便に製造することを可能にするので、高性能の光導波路を製造する際に、製造コストの大幅な低減を図ることができる。それゆえ、本発明は、導波損失が非常に小さい高性能の光導波路の適用が期待される様々な光学関連分野や電子機器分野で多大の貢献をなすものである。 The method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention and the mold used therefor can efficiently discharge bubbles in the lower cladding material that lead to breakage of the core layer, and even if a substrate having low rigidity such as a film substrate is used, the core layer The lower cladding layer in the lower portion has a controlled and substantially uniform thickness, and enables an optical waveguide with very low waveguide loss to be easily manufactured with a high yield. When manufacturing an optical waveguide, the manufacturing cost can be significantly reduced. Therefore, the present invention makes a great contribution in various optical fields and electronic equipment fields where application of high performance optical waveguides with very small waveguide loss is expected.
1 基板
2 下部クラッド層
3 コア層
4 上部クラッド層
5 第1の型(凹型)
6,6’ 第2の型(凸型)
7 コア溝に対応する凹部
8 スペーサ溝に対応する凹部
9,9’ コア溝に対応する凸部
10,10’ スペーサ溝に対応する凸部(スペーサ)
11 コア溝
12 スペーサ溝
13 スペーサ溝底面に対応する上辺
14 スペーサ溝底面に対応する底辺
15 クラッド材料
16 スペーサ溝対応凸部の斜辺
16’ スペーサ溝対応凸部の辺
17 下部クラッド層の斜面
18 気泡
1 Substrate 2 Lower cladding layer 3 Core layer 4 Upper cladding layer 5 First mold (concave)
6,6 'second mold (convex)
7 Concave part corresponding to the core groove 8 Concave part corresponding to the spacer groove 9, 9 ′ Convex part corresponding to the core groove 10, 10 ′ Convex part corresponding to the spacer groove (spacer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Core groove 12 Spacer groove 13 Upper side corresponding to spacer groove bottom face 14 Base side corresponding to spacer groove bottom face 15 Cladding material 16 Oblique side of spacer groove corresponding convex part 16 'Side of convex part corresponding to spacer groove
17 Slope of lower cladding layer 18 Bubble
Claims (6)
該コア溝にコア材料を注入して充填し、該コア材料を硬化させてコア層を形成する工程;
該スペーサ溝にクラッド材料を注入して充填し、かつ、該コア層を埋め込むように該下部クラッド層上にクラッド材料を塗布した後、該クラッド材料を硬化させて上部クラッド層を形成する工程を含み、且つ、
該第2の型として、スペーサ溝対応凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凸部の下端辺がスペーサ溝上端面に対応する凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、少なくともコア溝対応凸部側のスペーサ溝対応凸部の辺が傾斜しているものを用いることを特徴とする光導波路の製造方法。 On the substrate, a clad material is dropped, and a second mold having respective convex portions corresponding to a core groove and spacer grooves provided substantially parallel to each other at both sides of the core groove is used. Forming a lower clad layer having a core groove and spacer grooves provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove;
Injecting and filling a core material into the core groove and curing the core material to form a core layer;
Injecting and filling the spacer material with the cladding material and applying the cladding material on the lower cladding layer so as to embed the core layer, and then curing the cladding material to form the upper cladding layer Including, and
As the second mold, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted base in which the lower end side of the convex portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper end side of the convex portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. A method of manufacturing an optical waveguide, wherein the optical waveguide has a shape and at least the side of the spacer groove-corresponding convex portion on the core groove-corresponding convex side is inclined.
コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凹部を有し、
前記スペーサ溝に対応する凹部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凹部の下端辺が該スペーサ溝上端面に対応する凹部上端辺よりも短い逆台形状であり、且つ、
少なくともコア溝に対応する凹部側のスペーサ溝対応凹部の辺が傾斜していることを特徴とする型。 A mold used for a method of manufacturing an optical waveguide including a step of forming a lower cladding layer having a core groove and a spacer groove provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove on a substrate,
Each recess corresponding to a core groove and a spacer groove provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove;
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave portion corresponding to the spacer groove is an inverted trapezoid whose lower end side of the concave portion corresponding to the spacer groove bottom surface is shorter than the upper end side of the concave portion corresponding to the spacer groove upper end surface, and
A mold characterized in that at least the side of the concave portion corresponding to the spacer groove on the concave side corresponding to the core groove is inclined.
コア溝と該コア溝の両側に間隔を空けて略平行に併設されるスペーサ溝とに対応する各凸部を有し、
前記スペーサ溝に対応する凸部の長手方向に垂直な断面の形状が、スペーサ溝底面に対応する凸部の下端辺が該スペーサ溝上端面に対応する凸部上端辺よりも短い逆台形状であり、且つ、
少なくともコア溝に対応する凸部側のスペーサ溝対応凸部の辺が傾斜していることを特徴とする型。 A mold used for a method of manufacturing an optical waveguide including a step of forming a lower cladding layer having a core groove and a spacer groove provided substantially parallel to each other on both sides of the core groove on a substrate,
Each of the convex portions corresponding to the core groove and spacer grooves provided substantially parallel to each other with a space on both sides of the core groove,
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the convex portion corresponding to the spacer groove is an inverted trapezoid in which the lower end side of the convex portion corresponding to the bottom surface of the spacer groove is shorter than the upper end side of the convex portion corresponding to the upper end surface of the spacer groove. ,and,
The mold | type characterized by the side of the convex part corresponding to the spacer groove | channel on the convex part side corresponding to a core groove | channel being inclined at least.
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