CN101430401B - 光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够简单且准确地对受发光元件与光波导路的光轴进行对位，能够缩短制造时间的杰出的光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置。在基板(10)上表面形成下敷层(11)，在下敷层(11)上表面形成芯层(16)的同时，在上述基板(10)上形成由与上述芯层(16)相同的材料构成的左右方向对位用导向部(17)，沿着该左右方向对位用导向部(17)在基板(10)上设置发光元件(19)。

Description

光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置
技术领域
本发明涉及一种在光通信、光信息处理、其它一般光学中广泛应用的光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置。
背景技术
通常，光波导路装置通过光波导路传播从发光元件发出的光，相反，使受光元件接收由光波导路传播来的光，从而进行光耦合(optical coupling)，例如图8所示构造。该光波导路装置包括光波导路，该光波导路由在基板1上设置固定的发光元件2、下敷层3、芯层4和上敷层5构成，按照箭头所示传播光。
在上述光波导路装置中，为了降低光耦合损失，需要准确地将发光元件2的光轴和芯层4的光轴的位置对合，在与光轴正交的2个方向(左右方向和上下方向)进行严格的位置调整。但是，在上述位置调整中需要特殊的构件，或者在该位置调整中需要花费很多时间和劳力，因此，存在组装成本变高的问题。
因此，例如，公示有一种包括对位标记的光波导路组件，该对位标记在距离受发光元件的受发光部规定距离的位置反射或者吸收位置调整用光(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2005-134444号公报
采用上述光波导路组件虽然具有在位置调整中不需要使用特殊构件的优点，但是，仍然需要将受发光元件的对位标记作为记号进行位置调整，因此，无法解决对位所需的时间和劳力的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种能够简单且准确地对受发光元件的光轴与光波导路的光轴的位置对合，能够缩短制造时间的优秀的光波导路装置制造方法以及由此获得的光波导路装置。
为了达到上述目的，本发明的第1技术方案在于提供一种光波导路装置的制造方法，包括：在基板上表面形成下敷层的工序；跨越上述下敷层上表面以及基板上表面的受发光元件设置预定部而形成芯形成材料层的工序；使上述芯形成材料层局部固化，通过去除未固化部分形成包括光入射面或光射出面的芯层，同时形成受发光元件设置用的左右方向对位用导向部的工序；沿着上述左右方向对位用导向部，在基板上设置受发光元件的工序。
另外，本发明的第2技术方案特别在于提供一种装置的制造方法，其中包括：用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、芯层的至少光入射面或者光射出面，从而形成光传播层的工序；第3技术方案在于提供一种光波导路装置的制造方法，使用与上述芯形成材料相同的材料进行上述树脂密封。
而且，本发明的第4技术方案在于提供一种通过上述第1技术方案中的制造方法获得的光波导路装置，在基板上表面形成下敷层，在其上表面形成包括光入射面或者光射出面的芯层，并且在上述基板上形成由与上述芯层相同的材料构成的受发光元件设置用的左右方向对位用导向部，沿着该左右方向对位用导向部，在基板上设置受发光元件。
而且，本发明的第5技术方案在于提供一种光波导路装置，其中，特别是用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、和芯层的至少光入射面或光射出面，形成光传播层。
即，本发明人对于不采用特殊构件、简单且准确地进行受发光元件与光波导路对位的方法重复进行了深入研究。其结果是，在形成光波导路中的芯层时，使用其芯形成材料层同时形成用于对受发光元件与光波导路对位的对位用导向部，则能够准确且简单地相对于芯层的光传播用端面确定上述对位用导向部的位置，其结果是，能够不花费任何时间和劳力、准确地对受发光元件进行定位，达到本发明的目的。
若根据本发明的光波导路装置的制造方法，则如上所述，在形成光波导路的芯层时，由于使用其芯形成材料层同时形成用于对受发光元件和光波导路对位的对位用导向部，因此，不需要另外准备对位用构件的时间和劳力。而且，由于在制造光掩模等时，能够准确且简单地将上述对位用导向部相对于芯层的光传播端面定位，因此，具有能够高精度对受发光元件进行定位的优点。
而且，上述制造方法中，特别是包括用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、和芯层的至少光入射面或者光射出面，从而形成光传播层的工序的制造方法，即使上述受发光元件和芯层的入射面或者射出面的定位多少有些偏差，但由于经过上述光传播层传播光，因此对两者定位更加简单。另外，其中，特别是使用与芯形成材料相同的材料进行上述树脂密封，通过上述树脂密封形成的光传播层与芯层具有完全相同的折射率，因此，能够将光的耦合损失降低到最小限度，这是理想的。
进而，本发明的光波导路装置在准确定位光轴的状态下进行光耦合，因此，能够传播高强度的光。
而且，在上述光波导路装置中，特别是用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、和芯层的至少光入射面或光射出面，形成光传播层，很大程度地减少光电耦合损失，能够传播更高强度的光。
附图说明
图1为示意地表示本发明一个实施例的光波导路装置制造工序的说明图。
图2的(a)为示意地表示上述光波导路装置制造工序的说明图，(b)为其俯视图。
图3的(a)为示意地表示上述光波导路装置制造工序的说明图，(b)为其右侧视图，
图4的(a)为示意地表示上述光波导路装置制造工序的说明图，(b)为其右侧视图。
图5为示意地表示上述光波导路装置制造工序的说明图。
图6为示意地表示上述光波导路装置制造工序的说明图。
图7为示意地表示通过本发明所获得的光波导路装置的另一方式的说明图。
图8为示意地表示以往的光波导路装置的剖视图。
具体实施方式
接着，对本发明的最佳实施方式进行说明。
即，作为本发明的一个例子，以制造光耦合发光元件和光波导路而成的光波导路装置为例进行详细说明。
根据该例子，首先如图1所示，准备平板状基板10，在其上表面的规定领域形成下敷层11。
作为形成上述基板10的材料，优选包括低CTE、耐溶剂性的材料，另外，考虑到需要进行处理，优选具有一定厚度且一定刚性的材料。具体有例如：玻璃、石英、硅、树脂、金属等。另外，根据基板10的材质或需求特性适当设定基板10的厚度，例如，当材料为聚酯树脂(PET)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等时，通常优选厚度为50～300μm；当材料为玻璃板或石英板时，通常优选厚度为1～5mm。
另外，作为形成上述下敷层11的材料，使用将感光性树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂等溶解到溶剂中形成的漆(varnish)。而且，通过例如旋转涂敷法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等在基板10上涂敷上述漆，使其固化，从而能够获得下敷层11。
另外，使用感光性树脂作为形成下敷层11的材料时，照射紫外线等，对规定领域进行曝光而使下敷层11固化。紫外线的照射量通常为10～10000mJ/cm2，优选的是为50～3000mJ/cm2。另外，使用聚酰亚胺树脂作为形成下敷层11的材料时，通常通过300～400℃×60～180分钟的加热处理使其固化。
优选的是，将上述下敷层11的厚度设定为25～300μm，通常，考虑到芯层16(参照图7)的高度和发光元件19的高度设定该厚度，使二者的光轴高度相同。但是，在本发明中，如下所述，在上述芯层16的入射面16a和发光元件19之间进行密封树脂，能够形成光传播层(参照图5)。通常考虑到由于通过冲切将晶圆切分成芯片，发光元件19具有±25μm左右的尺寸偏差，因此，在设计上使芯层16与发光元件19的高度一致，则通过密封上述树脂，能够弥补由于尺寸偏差产生的误差。
接着，如图2的(a)所示，在上述下敷层11上表面和基板10上表面的发光元件设置预定部上，通过涂敷芯形成材料形成芯形成材料层12。
作为上述芯形成材料层，通常使用将感光性树脂溶解到溶剂中形成的漆，获得的芯层16的折射率必须大于上述下敷层11以及下述上敷层21(参照图6)。例如，通过选择形成上述下敷层11、芯层16、上敷层21的各种材料的种类、或调整上述各种材料的组成，能够调整上述折射率。
而且，形成上述芯形成材料层12与形成上述下敷层11相同，首先，通过例如旋转涂敷法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等，在上述下敷层11上表面和基板10上表面的发光元件设置预定部上以规定厚度涂敷芯形成材料、即漆。另外，之后，通常进行50～120℃×10～30分钟的加热处理，使上述芯形成材料层12固化。
接着，如图2的(a)的俯视图、即图2的(b)所示，用光掩模15覆盖上述芯形成材料层12，并通过照射线对上述芯形成材料层12进行曝光。该光掩模15设有通过光反应仅使必要部分固化的开口图案13、14(图中，以网纹进行表示)。通过上述开口图案13曝光的部分形成构成光波导路的芯层16，通过上述开口图案14曝光的部分形成左右一对设置发光元件用的左右方向对位用导向部17(参照图3)。将上述开口图案13、14配置在准确位置，从而，从在基板10上表面设置的发光元件19发出的光的光轴通过所形成的芯层16中心。
作为上述曝光用的照射线，使用例如可见光、紫外线、红外线、X射线、α射线、β射线和γ射线等。优选使用紫外线。其原因在于，若使用紫外线，则照射较多能量，能够使固化速度较快，而且，照射装置能够变小且价格便宜，能够降低生产成本。作为紫外线的光源，有例如低压水银灯、高压水银灯、超高压水银灯等，紫外线的照射量通常为10～10000mJ/cm2，优选50～3000mJ/cm2。
然后，在上述曝光后，为了完成光反应，进行加热处理。在80～250℃、优选的是在100～200℃进行该加热处理10秒钟～2小时、优选5分钟～1小时。之后，使用显影液进行显影，从而使上述芯形成材料层12中的未曝光部分(未固化部分)溶解而将其去除，获得与上述开口图案13、14一致的图案固化部分。然后，再通过加热处理，将残留在该固化部分上的显影液去除。从而，如图3的(a)以及作为图3的(a)的右侧视图的图3的(b)所示，能够获得芯层16和左右方向对位用导向部17。
另外，采用例如浸渍法、喷雾法、搅拌法等进行上述显影。另外，显影剂使用例如有机溶剂、含有碱水溶液的有机溶剂等。根据芯形成材料的组成，适当选择上述显影剂以及显影条件。另外，用于去除残留的显影液的加热处理通常在80～120℃×10～30分钟范围内进行。
通常将如上所述获得的芯层16与左右方向对位用导向部17的厚度设定在10～80μm范围内，通常将其左右方向的宽度设定在10～500μm范围内。
接着，如图4的(a)以及作为图4的(a)的右侧视图的图4(b)所示，将搭载到挠性印刷电路基板(FPC基板)18上的发光元件19嵌入上述左右方向对位用导向部17内侧，通过上述左右方向对位用导向部17对左右方向定位，在该状态下将该发光元件19设置到基板10上表面。另外，可以不用粘接剂载置或者使用少量粘接剂临时固定上述发光元件19。也就是说，如下所述在下一个工序中，再用树脂密封上述发光元件19，从而将其固定到基板10上。
作为上述发光元件19，使用例如发光二极管、激光二极管、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直腔面发射激光器)等。
接着，从跨越上述发光元件19向芯层16的入射面16a的整个部分滴下树脂材料，覆盖该部分后，使其固化。从而如图5所示，用树脂密封发光元件19和芯层16的入射面16a，该部分形成光传播层20。
作为上述树脂密封所使用的树脂，基于由于该部分形成光传播层20而产生耦合损失的观点，优选采用与上述芯层16折射率相同的树脂，与上述芯层16使用的树脂材料相同，通常，适当使用将感光性树脂溶解到溶剂中形成的漆。因此，选择使用与上述芯形成材料相同的材料，无论从耦合损失方面还是从工作效率方面来说都是适宜的。但是，若是折射率大于下敷层11以及上敷层21的材料，基本上是可以使用的。
而且，上述树脂密封用树脂材料的固化根据使用的树脂种类、树脂材料的组成等，选择适当的方法，其中，将感光性树脂作为形成树脂材料的树脂成分使用，优选对其采用点状紫外线照射的方法，该点状紫外线照射时间为数秒钟。
另外，上述树脂密封获得的光传播层20的大小被设定成能够将发光元件19和芯层16的入射面16a与空气隔离的程度，通常，将厚度(高度)设定为50～100μm，将直径设定为80～200μm。
接着，如图6所示，在上述光传播层20以及芯层16上形成上敷层21。形成该上敷层21的材料，例如与上述下敷层11的材料相同。而且，形成该上敷层21的材料可以与形成上述下敷层11的材料相同，也可以不同，但从设计光波导路方面来看，优选使用相同材料。
另外，作为形成上述上敷层21的方法，有例如模具填充法、涂膜形成法等，其中，模具填充法在防止气泡混入或形成均匀膜厚方面是优选的。而且，其固化方法也与上述下敷层11相同，省略对其说明，其中，优选通过照射紫外线和后烘烤使其固化。另外，优选的是，通常将上述上敷层21的厚度设定在20～100μm范围内。
另外，形成上述上敷层21时，其下的芯层16以及光传播层20完全由上述上敷层21覆盖，这从防止污染或者防止受损的方面来看是优选的，但是，即使该芯层16以及光导电层20的局部或者整体露出也没有问题，能够地发挥功能。
如上所述，能够在基板10上表面获得耦合了发光元件19和光波导路的光波导路装置(参照图1)。
若根据制造上述光波导路装置的方法，则通过与芯层16同时形成的左右方向对位用导向部17，可简单且准确地确定光耦合位置，因此，能够获得低成本、高品质的光波导路装置。特别是在通过光刻法同时制作许多个光耦合部的触摸面板中优选使用该制造方法。
而且，如上述例子所述，通过上述左右方向对位用导向部17确定左右方向的位置，由于形成上述光传播层20，省去了上下方向的定位，则能够大幅度减少定位所需时间、劳力和成本，是优选的。
另外，上述例子适用于向芯层16入射发光元件19发出的光的形成光耦合的光波导路装置，本发明也适用于向受光元件入射芯层16射出的光的形成光耦合的光波导路装置。
接着，对实施例进行说明。但是，本发明不限于下述实施例。
(形成下敷层和上敷层的材料)
双苯氧乙醇芴基缩水甘油醚(成分A)：35重量份、脂环式环氧树脂，即3′，4′-环氧环己基甲基3，4-环氧己烯羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2021P)(成分B)：40重量份、(3′，4′-环氧环己烷)甲基3′，4′-环氧环己基羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXID E2081)(成分C)：25重量份、和4，4′-双[二(β羟基乙氧基)苯基亚硫酸基]苯基硫酸-双-六氟锑酸盐的50％碳酸丙二酯溶液(光酸发生剂：成分D)：1重量份混合，调制成下敷层和上敷层的形成材料。
(形成芯层以及光传播层的材料)
将70重量份的上述成分A、30重量份的1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷、和0.5重量份的上述成分D，溶解到28重量份的乳酸乙烷28中，调制成芯层以及光传播层的形成材料。
(制作光波导路装置)
首先，通过旋转涂敷法将形成下敷层的材料涂敷到玻璃基板(厚度为1.0mm)上表面之后，照射2000mJ/cm2的紫外线。接着，进行120℃×15分钟的加热处理，从而形成下敷层(厚度为125μm)。
接着，通过旋转涂敷法将形成上述芯层的材料涂敷到上述下敷层上表面之后，进行100℃×15分钟的干燥处理。接着，在其上方形成合成石英系的光掩模，其中，该光掩模形成有形状与芯图案相同的开口图案、和能形成左右方向对位用导向部的开口图案形成，该左右方向对位用导向部能够相对上述芯图案准确确定发光元件在左右方向上的位置。然后，通过接触曝光法从其上方照射3000mJ/cm2的紫外线，进行曝光之后，进行80℃×15分钟的加热处理。接着，使用γ-丁内酯重量占10％的水溶液进行显影，从而溶解去除未曝光部分之后，进行120℃×15分钟的加热处理，形成芯层(截面尺寸：宽度12μm×高度24μm)以及左右方向对位用导向部(截面尺寸与芯层相同)。
接着，沿着左右方向对位用导向部，将搭载到FPC基板上的VCSEL(元件尺寸：长300μm×宽300μm×高200μm，发光点高150μm)定位，同时设置到上述基板上表面的上述左右方向对位用导向部间的空间内，使用少量紫外线固化粘接剂进行临时固定。
而且，向上述下敷层上表面滴下形成上述光传播层的材料之后，点状紫外线照射2000mJ/cm2×2秒钟，从而，覆盖上述VCSEL和上述芯层的入射面。从而，形成密封树脂高70μm、直径130μm的光传播层。
接着，通过模具填充法，在上述下敷层以及芯层、光传播层上填充形成上敷层的材料，照射3000mJ/cm2的紫外线之后，进行120℃×15分钟的加热处理，从而形成上敷层(厚度为50μm)。
如上所述，能够在玻璃基板上制造光波导路装置，其中，该光波导路装置由埋设VCSEL的下敷层、芯层、光传播层和上敷层构成。
可以看出，经过光波导路之后的光量为通过主动对位完全调心后光量的80％，光的耦合损失减少，品质变高。

Claims (5)

1.一种光波导路装置的制造方法，其特征在于，包括：在基板上表面的一部分上形成下敷层的工序；跨越上述下敷层上表面以及位于基板上表面的未形成有下敷层的部分上的受发光元件设置预定部而形成芯形成材料层的工序；使上述芯形成材料层局部固化、通过去除未固化部分形成包括光入射面或光射出面的芯层、同时形成使受发光元件的光轴与光波导路的光轴在左右方向上对准的受发光元件设置用的左右方向对位用导向部的工序；沿着上述左右方向对位用导向部在基板上设置受发光元件的工序。
2.根据权利要求1所述的光波导路装置的制造方法，包括：用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、和芯层的至少光入射面或光射出面，从而形成光传播层的工序。
3.根据权利要求2所述的光波导路装置的制造方法，使用构成上述芯形成材料层的芯形成材料进行上述树脂密封。
4.一种光波导路装置，通过权利要求1所述的制造方法获得，其特征在于，在基板上表面的一部分上形成下敷层，在该下敷层上表面形成包括光入射面或者光射出面的芯层，并且在上述基板上表面的未形成有下敷层的部分上形成由与上述芯层相同的材料构成的受发光元件设置用的左右方向对位用导向部，沿着该左右方向对位用导向部在基板上设置受发光元件。
5.根据权利要求4所述的光波导路装置，用树脂密封在上述基板上设置的受发光元件、和芯层的至少光入射面或光射出面，形成光传播层。
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