CN101526644A - 光波导路装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用切断形成的光入射端面和光射出端面的平滑性优异且生产率高的光波导路装置的制造方法。通过自上述基板(1)侧对层叠体进行冲切,获得在该被冲切的基板(1)上形成有光波导路的光波导路装置,该层叠体由具有1个或多个光波导路的形成预定部(20)的薄膜体(2)和层叠在该薄膜体(2)上的基板(1)构成。上述冲切用刀模具的刀中的用于至少形成上述光入射端面(20a)和光射出端面(20b)的刀(3)是刃面(3a)的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平面刀。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信、光信息处理、其它一般光学中广泛应用的与基板一起获得光波导路的光波导路装置的制造方法。
背景技术
在光波导路中,通常作为光的通路的芯直接或隔着下敷层在基板上形成规定图案,为了覆盖该芯,形成有上敷层。然后,将光波导路组装到光波导路装置(光波导路设备)、光集成电路、光配线基板等的光设备中,作为传播来自光学元件、光纤等的光的介质而使用。在使用时,通常在光波导路的光入射端面和光射出端面上接合有光学元件、光纤等。在此,为了减小该接合带来的光的传播损失(耦合损失),要求光波导路的光入射端面和光射出端面是平滑的。
作为上述光波导路装置的制造方法,提出有如下的方法(参照专利文献1)。首先,在相当大的基板正面的大致整个面上形成下敷层,在下敷层的多个区域分别形成芯,接着,以覆盖上述多个芯的状态在下敷层的整个上表面上形成上敷层。由此,在基板上形成有由下敷层、芯和上敷层构成的薄膜体。而且,形成有上述芯的区域成为光波导路的形成预定部。这与本发明基本相同。接着,用刀片(旋转刀)从该薄膜体连同基板一起切割(切断)成一个个的光波导路形成预定部。由此,分别获得在被切断的基板上形成有光波导路的光波导路装置。
上述切割是用刀片一边研磨切断面一边进行的,因此利用该切割所形成的光入射端面和光射出端面是平滑的。因此,使光学元件、光纤等接合于该平滑的光入射端面和光射出端面时,则能够减小该接合部分的耦合损失,使作为介质的该光波导路高效率地传播光。
专利文献1:日本特开2006-23375号公报
可是,切割是利用旋转刀来进行切断的,所以需要对每个切断面进行切割。而且,根据光波导路的用途,其整体的形状多是复杂的。因此,从形成有多个上述光波导路形成预定部的薄膜体切割成一个个的光波导路形成预定部的生产率低。
因此,本发明人尝试通过用刀模具进行冲切的切断方法。结果,虽然提高了生产率,但是切断面的平滑性比切割的断面差。为此,在该切断面的耦合损失增大。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的,其目的在于提供一种利用切断形成的光入射端面和光射出端面的平滑性优异且生产率高的光波导路装置的制造方法。
为了达到上述目的,本发明的光波导路装置的制造方法是用刀模具对层叠体进行冲切,将上述薄膜体的光波导路形成预定部连同对应于光波导路形成预定部的基板切断成1个或多个,从而与基板一起获得具有光入射端面和光射出端面的光波导路的光波导路装置的制造方法,该层叠体由具有1个或多个光波导路的形成预定部的薄膜体和层叠在该薄膜体上的基板构成,上述冲切用刀模具的刀中的用于至少形成上述光入射端面和光射出端面的刀是刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,且上述冲切的切断自上述基板侧进行。
本发明人基于对上述利用冲切的切断方法的试验,为了获得具有平滑性优异的光入射端面和光射出端面的光波导路,对通过采用刀模具的冲切的切断方法反复进行了研究。在该过程中,查明了切断面的平滑性与刀模具的刀和切断顺序(冲切方向)有关。然后,进一步反复研究的结果,发现了冲切用刀模具的刀是刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,且用该刀模具自基板侧进行冲切,则切断面平滑,能够充分减小所获得的光波导路的光入射端面和光射出端面的耦合损失,从而完成了本发明。
在本发明中,所获得的光波导路的光入射端面和光射出端面的平滑性优异的原因并不明确,但推测如下,即,一般认为通过从基板侧进行冲孔,能够抑制上述薄膜体的裂纹。而且,通过使形成光入射端面和光射出端面的刀为刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,能够缓和冲切时施加于薄膜体的应力。而且,通过使抑制上述薄膜体的裂纹和减弱应力相互作用,使得光入射端面和光射出端面的平滑性优异。
本发明的光波导路装置的制造方法通过采用了刀模具的冲切获得光波导路装置,因此生产率高。而且,上述冲切用刀模具的刀中的用于形成光波导路的至少光入射端面和光射出端面的刀是刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,且上述冲切的切断自上述基板侧进行,所以由此形成的光入射端面和光射出端面的平滑性优异。
构成上述光波导路形成预定部的芯和敷层是由环氧树脂组合物构成时,即使切断速度快也能够使切断面平滑。因此,生产率高。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的光波导路装置的制造方法的一实施方式的说明图。
图2的(a)、(b)是说明上述光波导路装置的制造方法中所使用的冲切用刀模具的刀的说明图。
图3的(a)~(c)是示意性地表示在基板上制作形成有光波导路形成预定部的薄膜体的方法的说明图。
图4是示意性地表示形成在上述基板上的薄膜体的俯视图。
图5示意性地表示在冲切的上述基板上一体地形成有光波导路的光波导路装置的立体图。
具体实施方式
接着,根据附图详细地说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的光波导路装置的制造方法的一实施方式。该实施方式的方法是如下所述的方法:通过从上述基板1侧冲切层叠体,获得1个在被冲切的基板1上一体地形成有具有光入射端面20a和光射出端面20b的俯视呈曲柄状的光波导路A(参照图5)的光波导路装置,该层叠体由形成有1个光波导路的形成预定部(形成有芯22(参照图4)的区域)20的薄膜体2和层叠在该薄膜体2上的基板1构成。此外,在该实施方式中,上述冲切所使用的刀模具(曲柄状)的所有的刀3是刃面3a的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀。
作为上述刀3,例如可列举出如图2的(a)所示那样刀尖形状对称且刀尖角度α为40~50°左右的对称刀(双刃面刀)、如图2的(b)所示那样刀尖形状非对称且刀尖角度α为30~60°左右的单刃面刀等。使用单刃面刀时,在刃面(倾斜面)3a侧的切断面为光波导路侧的端面。
对上述光波导路装置的制造方法的一例进行详细说明。
首先,准备基板1(参照图3的(a))。作为该基板1的形成材料,从容易冲切的方面出发,例如使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)等树脂较佳。此外,从容易冲切的方面出发,基板1的厚度例如设定在20μm~1mm的范围内。
接着,在上述基板1上的规定区域涂敷作为下敷层21(参照图3的(a))的形成材料的、感光性树脂溶解到溶剂中形成的清漆。例如通过旋涂法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等进行该涂敷。而且,根据需要,通过50~120℃×10~30分钟的加热处理使其干燥。由此,将所形成的感光性树脂形成为下敷层21。作为上述感光性树脂,例如,列举有由含有光聚合引发剂的环氧树脂组合物、聚酰亚胺树脂组合物等构成的树脂。
接着,利用照射线对上述感光性树脂层进行曝光。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,能够获得较快的固化速度,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。
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、优选在5分钟~1小时的范围内进行。由此,如图3的(a)所示,将上述感光性树脂层形成为下敷层21。下敷层21的厚度通常设定在1~50μm的范围内,优选设定在5~30μm的范围内。
接着,在上述下敷层21的正面将所形成的感光性树脂层形成为芯22(参照图3的(b))。该感光性树脂层的形成与在图3的(a)中说明的、形成为下敷层21的感光性树脂层的形成方法相同,使用清漆并将清漆涂敷在下敷层21的规定部位来进行。另外,该芯22的形成材料采用折射率比上述下敷层21和后述上敷层23(参照图3的(c))的形成材料的折射率大的材料。例如通过对上述下敷层21、芯22、上敷层23的各形成材料种类进行选择、对该各形成材料的组成比例进行调整,能够调整该折射率。
之后,在与光波导路形成预定部(参照图3的(c))对应的上述感光性树脂层部分上配置形成有与芯22相对应的开口图案的光掩模,隔着该光掩模用照射线使上述感光性树脂层曝光后,进行加热处理。该曝光和加热处理,与下敷层21的形成方法相同地进行。
接着,用显影液进行显影,如图3的(b)所示,使感光性树脂层中的未曝光部分溶解并将其除去,将残存在下敷层21上的感光性树脂层形成为芯22的图案。上述显影例如采用浸渍法、喷射法、搅拌法等。另外,作为显影液例如可采用有机溶剂、含有碱性水溶液的有机溶剂等。根据感光性树脂层的组成适当选择这样的显影液和显影条件。
上述显影后,通过加热处理除去形成为芯22的图案的残存感光性树脂层中的显影液。该加热处理通常是在80~120℃×10~30分钟的范围内进行。由此,使形成为上述芯22的图案的残存感光性树脂层固化,形成芯22。该芯22形成在与光波导路形成预定部20(参照图3)对应的部分。芯22的厚度通常设定在10~150μm的范围内,优选设定在20~100μm的范围内。另外,芯22的宽度通常设定在8~50μm的范围内,优选设定在10~25μm的范围内。
接着,如图3的(c)所示,为了覆盖芯22,在上述下敷层21的正面上将所形成感光性树脂层形成为上敷层23。该感光性树脂层的形成与在图3的(a)中说明的、形成为下敷层21的感光性树脂层的形成方法相同地进行。之后,也与下敷层21的形成方法相同地进行曝光、加热处理等,形成为上敷层23。上敷层23的厚度(距芯22的正面的厚度)通常设定在5~100μm的范围内,优选设定在10~80μm的范围内。
这样一来,获得了在基板1上形成有光波导路形成预定部20的薄膜体2。俯视该薄膜体2,例如成为图4所示那样,在本例中,如上所述,光波导路形成预定部20为曲柄形状。在本例的情况,芯22也形成为沿着上述曲柄形状的光波导路形成预定部20的曲柄形状。通过下面的冲切工序,该光波导路形成预定部20的上述曲柄形状的、轴向的一端侧(在图4的左侧)形成为光入射端面20a,另一端侧(在图4的右侧)形成为光射出端面20b。图4中的附图标记20c是曲柄形状的光波导路形成预定部20的侧端面。另外,上述薄膜体2的芯22的两端部从尺寸精度方面出发优选预先形成为自切断面(光入射端面20a和光射出端面20b)稍微鼓出。此外,在图4中,用虚线表示芯22,虚线的粗细表示芯22的粗细。
即,在该实施方式中,如上说明的那样(参照图1),通过用曲柄形状的规定的刀模具自基板1侧冲切由上述基板1和薄膜体2构成的层叠体的光波导路形成预定部20,获得1个如图5所示的光波导路装置。上述规定的刀模具的刀3是刃面3a的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀。
这样使用上述规定的刀模具自层叠体的基板1侧冲切是本发明最大的特征。通过这样的冲切,成为切断面的光入射端面20a、光射出端面20b和侧端面20c是平滑的,并且能够确保光波导路装置的高生产率。
而且,若在这样获得的光波导路的光入射端面20a和光射出端面20b上接合光学元件、光纤等,以该光波导路作为介质传播光,光入射端面20a和光射出端面20b是平滑的,因此能够减小上述接合带来的光传播损失(耦合损失)。
另外,在上述实施方式中,冲切所使用的刀模具的所有的刀3为刃面3a的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,但也可以将形成光入射端面20a和光射出端面20b的刀3作为上述规定的刀3,作为用于形成除此之外的侧端面20c等的刀,使用刃面的算术平均粗糙度(Ra)为0.02μm以上的汤姆逊刀等。
此外,在上述实施方式中,形成在薄膜体2上的光波导路形成预定部20为1个,但也可以形成为多个。此时,上述刀模具的冲切即可以1个个地进行,也可以多个集中进行。
接着,将实施例与比较例和参考例一起进行说明。但是,本发明并不限定于实施例。
实施例
实施例1~4、比较例1~4
下敷层和上敷层的形成材料
将双苯氧基乙醇芴缩水甘油醚35重量份、作为脂环式环氧树脂的3’,4’-环氧环己基甲基-3,4-环氧己烷羧酸酯(大赛璐化学公司制造、CELLOXIDE2021P)40重量份、(3’,4’-环氧环乙烷)甲基-3’,4’-环氧环己基-羧酸酯(大赛璐化学公司制造、CELLOXIDE2081)25重量份、4,4’-双[二(β羟基乙氧基)苯基锍]苯硫醚-双-六氟锑酸盐的50%碳酸丙二酯溶液2重量份溶解到乳酸乙烷中,调制了下敷层和上敷层的形成材料。
芯的形成材料
通过将双苯氧基乙醇芴缩水甘油醚70重量份、1,1,1-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷基)]丁氧基苯基}乙烷30重量份、4,4’-双[二(β羟基乙氧基)苯基锍]苯硫醚-双-六氟锑酸盐的50%碳酸丙二酯溶液1重量份溶解到乳酸乙烷中,从而调制了芯的形成材料。
由基板和薄膜体构成的层叠体的制作
用棒式涂敷机在由PET薄膜(厚度188μm)构成的基板的正面涂敷上述下敷层的形成材料后,由2000mJ/cm2的紫外线照射进行了曝光。接下来,通过进行100℃×15分钟的加热处理,形成了下敷层。用接触式膜厚计测量该下敷层的厚度为10μm。该下敷层的、波长830nm的折射率为1.542。
接着,用棒式涂敷机在上述下敷层的正面涂敷上述芯的形成材料之后,进行了100℃×15分钟的干燥处理。接着,在其上方配置了形成有直线状的开口图案(宽20μm×长3.5μm)的合成石英系的铬掩模(光掩模)。然后,隔着该光掩模,利用接触曝光法用2500mJ/cm2的紫外线照射进行曝光后,进行了80℃×15分钟的加热处理。接着,使用γ-丁内酯水溶液90%进行显影,溶解除去未曝光部分之后,通过进行100℃×30分钟的加热处理,形成了芯。用测量显微镜测量芯的截面时,截面尺寸为宽20μm×高24μm的方形。另外,该芯的、波长830nm的折射率为1.594。
然后,为了覆盖上述芯,用棒式涂敷机在上述下敷层的正面涂敷上述上敷层的形成材料后,进行了100℃×5分钟的干燥处理。接着,由2000mJ/cm2的紫外线照射进行了曝光后,通过进行120℃×15分钟的加热处理,形成了上敷层。这样一来,在上述基板(PET薄膜)上层叠形成了形成有成为光波导路(折射率3.3%)的部分的薄膜体(厚度100μm)。
光波导路装置的制作
使用具有下述表1中所示的刀的刀模具冲切由上述基板和薄膜体构成的层叠体,获得了光波导路装置(长3cm)。但是,实施例1~4和比较例2是自上述基板侧进行冲切,比较例1、3、4是自薄膜体侧开始进行冲切。该冲切的切断速度为1分钟内进行80次切断(shot:次数)的速度(80spm)。
刃面和切断面的算术平均粗糙度(Ra)的评价
上述刀的刃面和切断面的算术平均粗糙度(Ra)是用激光显微镜(Lasertec公司制、1LM21H)测量而算出的。该测量部分的面积为刃面表面的30μm×40μm部分和芯截面附近的80μm×80μm部分。然后,将其结果一并示于下述表1中。
耦合损失的算出
将多模光纤(芯直径9μm)的前端面与所获得的光波导路装置的芯的一端面(切断面)接合。此外,在该多模光纤的后端面上连接有波长850nm的VCSEL(垂直腔面发射激光器)光源。然后,自该VCSEL光源发射激光,用透镜使自芯的另一端面(切断面)射出的激光聚光,用光检测器检测。由此,算出此时的整个传播损失。然后,算出假定其中的光波导路的传播损失为0.1dB/cm时的上述接合的传播损失(耦合损失)。对芯的一端面(切断面)的10个位置进行该算出。同样地算出芯的另一端面(切断面)的10个位置的耦合损失。然后,算出该合计20个位置的耦合损失的平均值和标准偏差,将它们作为该光波导路装置的耦合损失和标准偏差一并示于下述表1中。但是,在实施例2、4和比较例1~4中,在芯的端面和多模光纤的前端面接合时,在两者之间使用了耦合油,但在实施例1、3中,没有使用耦合油。上述耦合油填埋两者的间隙,用于防止因该间隙所导致的传播损失。
参考例1、2
另外,作为参考例1、2,自薄膜体侧开切割(用旋转刀的切断)由上述基板和薄膜体构成的层叠体而获得了光波导路装置。而且,与上述相同地算出该光波导路装置的耦合损失和标准偏差。其结果一并示于下述表1中。但是,在参考例2中,使用了耦合油,但在参考例1中,没有使用耦合油。
表1
自表1的结果可知,比较实施例1~4和比较例1~4时,如实施例1~4那样,冲切用刀模具的刀是刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,用该刀模具自基板侧冲切使切断面(光入射面和光射出面)的平滑性优异,而且也有效地减小耦合损失。而且,此时,因为也减小了耦合损失的标准偏差,所以偏差也变小。而且,可知实施例1~4中的耦合损失的效果不比参考例1、2差。另外,实施例1~4中的切断由基板和薄膜体构成的层叠体(光波导路装置的制造)所需的时间也比参考例1、2短。
Claims (2)
1.一种光波导路装置的制造方法,其特征在于,
包括以下工序:在基板上形成薄膜体,准备由上述薄膜体和上述基板构成的层叠体的工序,其中,上述薄膜体具有至少1个光波导路形成预定部,上述基板层叠在上述薄膜体上;
用刀模具对上述层叠体进行冲切,与对应于上述至少1个光波导路形成预定部的基板的部分一起获得上述薄膜体的上述至少1个光波导路形成预定部,从而制造由上述基板的部分和具有光入射端面和光射出端面的光波导路构成的光波导路装置的工序;
在此,上述刀模具具有用于形成至少上述光入射端面和光射出端面的刀,上述刀是刃面的算术平均粗糙度(Ra)低于0.02μm的平刀,上述冲切的切断自上述基板侧进行。
2.根据权利要求1所述的光波导路装置的制造方法,构成上述光波导路形成预定部的敷层由环氧树脂组合物构成。
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