CN108780192B - 复合光波导 - Google Patents

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Abstract

一种复合光波导，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，其特征在于，在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为1.5μm以下的区域。

Description

复合光波导
技术领域
本发明涉及使聚合物光波导(POW)与硅(Si)光波导进行绝热耦合(AdiabaticCoupling)而成的复合光波导。
背景技术
在印制基板上形成的刚性的、或者在聚合物制基膜上形成的柔性的多模及单模的聚合物光波导正在普及。聚合物光波导的原理是通过折射率不同的多个聚合物的组合即芯与包层的组合而使芯成为光波导。
另一方面，在硅芯片上形成有光波导的硅光波导也正在普及(参照专利文献1)。
关于聚合物光波导及硅光波导中的任一个，都是为了得到多个波导通道而以多个波导沿着一方向平行地对齐的形式，形成为阵列状。
虽然进行了在聚合物光波导与硅光波导之间使光传播的尝试，但是想要以微观的水平实现使光有效地传播的耦合的话，需要高精度的定位。
如果是多模的光波导，则在光波导彼此或者光波导与多模光纤之间的耦合中，由于芯截面的尺寸大，而且相互的芯截面尺寸或开口数为相同程度，因此在相互接触的截面彼此中，只要能够保证截面彼此的对接的定位精度，就能够实现容许损失的水平。
实际上，通过所谓对接耦合(Butt Coupling)来实现。
然而，在单模的光波导与硅光波导的耦合中，各自的芯截面相当小，而且相互的芯截面尺寸、开口数相差较大，因此对接耦合自身变得困难。
关于这一点，可以期待将沿着阵列的光轴方向上的渗出光(以下，也称为瞬逝光。)遍及光轴方向的规定距离而捕捉并连接这样的绝热耦合作为替代方法。
因此，使聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合的复合光波导最近受到瞩目(参照专利文献1、2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2014-81586号公报
专利文献2：美国专利第8724937号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在使聚合物光波导与硅光波导对接耦合时使用光固化型粘结剂使两者耦合。绝热耦合的情况下也使用光固化型粘结剂使两者耦合。
然而，在进行绝热耦合时，关于将聚合物光波导与硅光波导如何以高可靠性的方法接合，到目前为止还未怎么讨论。本申请发明者们关于这一点进行了仔细研讨。其结果是明白了，在将当前主流的对接耦合中能够实现高可靠性的耦合的光固化型粘结剂使用于绝热耦合的情况下，在可靠性试验时会产生剥离的情况。
本发明用于解决上述的现有技术的问题点，其目的在于提高将聚合物光波导与硅光波导进行了绝热耦合的复合光波导中的绝热耦合部位的可靠性。
用于解决课题的方案
为了实现上述的目的，本发明提供一种复合光波导(1)，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，其特征在于，在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为1.5μm以下的区域。
另外，本发明提供一种复合光波导(2)，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，其特征在于，在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上且固化后的0.1mm厚度下的波长1.3μm的光的透过率为80％以上的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为1.5μm以下的区域。
此外，本发明提供一种复合光波导(3)，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，其特征在于，在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上且在将所述聚合物光波导的包层的折射率设为n1、将固化后的粘结剂的折射率设为nA时满足-0.015<n1-nA<0.05的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为1.5μm以下的区域。
在本发明的复合光波导(1)～(3)中，所述光固化型粘结剂优选在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量减少量为6％以下。
在本发明的复合光波导(1)～(3)中，所述光固化型粘结剂优选在光固化后在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1％以下。
在本发明的复合光波导(1)～(3)中，所述光固化型粘结剂优选25～100℃下的平均热膨胀率小于130×10-6/℃。
在本发明的复合光波导(1)～(3)中，所述聚合物光波导的芯及包层优选由含氟的树脂构成。
这种情况下，所述光固化型粘结剂优选含有氟系材料。
发明效果
本发明的复合光波导将聚合物光波导与硅光波导使用光固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂进行耦合，具有聚合物光波导的芯与硅光波导的间隔t为1.5μm以下的区域，因此在热循环试验时，粘结层与被粘结体(由聚合物光波导及硅光波导构成的结构)不可能剥离，绝热耦合部位的可靠性提高。
另外，粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂由于光固化后的0.1mm厚度下的波长1.3μm的光的透过率为80％以上，或者满足-0.015<n1-nA<0.05，因此在复合光波导中传播的光的传递损失少。
附图说明
图1是表示本发明的复合光波导的一结构例的立体图。
图2是图1的复合光波导10的侧视图。
图3是图1的复合光波导10的绝热耦合部位的横向剖视图。
图4是图3的局部放大图。
图5是图1的复合光波导10的绝热耦合部位周边的局部纵向剖视图。
图6是实施例的粘结试验使用的试验样品的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明进行说明。
图1是表示本发明的复合光波导的一结构例的立体图。图2是图1的复合光波导10的侧视图。图3是图1的复合光波导10的绝热耦合部位的横向剖视图。
在图1～3所示的复合光波导10中，将聚合物光波导20与硅光波导30进行绝热耦合。在图1、2所示的聚合物光波导20中，相对于绝热耦合部位而将其他端侧收容于连接用的连接器40。在图3所示的聚合物光波导20、硅光波导30中，芯22、32以外的部位为包层。
图4是图3的局部放大图，示出绝热耦合部位处的聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的位置关系。在图4所示的聚合物光波导20、硅光波导30中，芯22、32以外的部位为包层21、31。
如图4所示，在绝热耦合部位，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的芯32以相对的状态配置，并利用粘结层50接合。在此，在硅光波导30的粘结层50侧的表面，为了抑制钠等碱金属离子的扩散而形成有阻挡层60。阻挡层60的厚度为例如0.01～0.5μm。阻挡层60的构成材料可以使用例如Si3N4。
图5是图1的复合光波导10的绝热耦合部位70的局部纵向剖视图，示出绝热耦合部位70处的瞬逝光的传播(light propagation)的情况。
在绝热耦合中，将瞬逝光遍及光轴方向的规定距离地捕捉而连接。因此，在绝热耦合部位中，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的芯32如图5所示相对配置，但聚合物光波导20未设置与硅光波导30的芯32相对的一侧的包层，芯22露出。而且，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的芯32以成为适当的位置关系的方式配置，因此在聚合物光波导20设置定位用凸部24，在硅光波导30设置定位用凹部34。
在对接耦合的情况下，如果粘结层的厚度薄，则在高温或高湿的环境下，产生耦合损失的增大，在最差的情况下产生界面处的剥离，因此需要使粘结层的厚度为10μm以上(例如日本专利第4896231号说明书等)。
这是因为，在粘结层的构成材料与光纤或光波导的构成材料之间产生的热膨胀率差等成为原因而产生的应力(热应变)为原因，为了使粘结层自身缓和该产生的应力而需要10μm以上的厚度。
在绝热耦合的情况下，由于利用瞬逝光，因此如果增大粘结层的厚度，则光的传递效率显著下降。
因此，本发明的复合光波导10的绝热耦合部位70具有聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t为1.5μm以下的区域。作为本发明的粘结层50的厚度的方式，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t可以均匀，也可以不均匀。芯22与硅光波导30的间隔t不均匀是指例如图5的a侧的间隔窄，b侧的间隔宽的构造。在芯22与硅光波导30的间隔t不均匀的情况下，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的芯32相对的区域的50％以上优选间隔t为1.5μm以下。通过在50％以上的区域使间隔t为1.5μm以下，光的传播效率高，能够抑制剥离的产生。间隔t为1.5μm以下的区域优选为70％以上，更优选为80％以上，进一步优选为90％以上，特别优选在全部的区域使间隔t为1.5μm以下。需要说明的是，聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t更优选为1.3μm以下，进一步优选为1.0μm以下，最优选为0.8μm以下。
本发明的复合光波导10具有相当于粘结层的厚度的聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t为1.5μm以下的区域，因此无法期待对接耦合时那样的基于粘结层的应力缓和。因此，在粘结界面避免产生应力这样的探讨中，研讨粘结层的形成中使用的光固化型粘结剂的物性，发现了为了提高绝热耦合部位的可靠性所需的物性及其阈值，从而完成了本发明。
根据现有的技术常识，在不得不减薄粘结层的厚度这样的状况下，可考虑优选使用光固化后的玻化点Tg低的光固化型粘结剂。这考虑是因为，在粘结层的内部为了使应力缓和，利用当光固化型粘结剂的温度超过光固化后的玻化点Tg时急剧地变软的性质的情况有效，即使在粘结层的厚度薄的情况下，也容易进行应力缓和。这种情况下，只要光波导复合体的使用时温度比光固化型粘结剂的光固化后的玻化点Tg高的状况即可，因此，优选使用光固化后的玻化点Tg低的光固化型粘结剂。
然而，本次的一连串的研讨的结果是，在相当于粘结层的厚度的聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t为1.5μm以下这样非常小的情况下，即便使用光固化后的玻化点Tg高的光固化型粘结剂也能够得到不会产生剥离这样的结果。而且，从提高绝热耦合的可靠性这样的观点出发可知，反而光固化型粘结剂的光固化后的玻化点Tg高的情况适合于该耦合方式。
为了查明设想实际使用环境而复合光波导能够稳定地持续使用的情况，在进行了热循环试验时，可知优选粘结层的形成中使用的光固化型粘结剂的玻化点高的一方。
在热循环试验中复合光波导成为高温时，以光固化后的玻化点Tg为界而以光固化型粘结剂的热膨胀率较大地变化的情况为起因，光固化型粘结剂(粘结层)的体积变化进一步增加，由此，在粘结层与作为被粘结体的聚合物光波导及硅光波导之间产生应力而容易产生剥离。
通过使用光固化后的玻化点Tg比热循环试验的最高温度高的光固化型粘结剂，在热循环试验的实施时，光固化型粘结剂的热膨胀系数不会显著变大。其结果是，热循环试验实施时的粘结层的体积的增减变小，粘结界面的应力减小。结果是能够防止粘结层与被粘结体的界面剥离。
根据以上所述，为了提高绝热耦合部位的可靠性，在本发明中，为了形成复合光波导的粘结层而使用光固化后的玻化点Tg比热循环试验的上限温度高的光固化型粘结剂。后述的实施例中的热循环试验(-50℃～125℃)的上限温度为125℃。因此，在本发明中，为了形成复合光波导的粘结层而使用光固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂。本说明书中的光固化型粘结剂是通过光照射而固化的粘结剂，紫外线固化型粘结剂、电子射线照射型粘结剂与此相当。
而且，在后述的实施例中，实施了-50～125℃的热循环试验的理由如以下记载那样。
关于热循环试验的试验条件，在通信的世界中通常使用的Telcordia标准以-40℃～85℃为参考，设想在超级计算机或高端服务器等的要求高可靠性的用途下使用的情况，上限/下限都预估容限而在-50℃～125℃下实施试验。
在本发明中，为了形成复合光波导的粘结层而优选使用光固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂，更优选使用玻化点Tg为135℃以上的光固化型粘结剂，进一步优选为140℃以上。
如上所述，在绝热耦合中，将瞬逝光遍及光轴方向的规定距离地捕捉而连接，因此粘结层的形成中使用的光固化型粘结剂要求使在复合光波导中传播的光透过。在本发明中，为了形成复合光波导的粘结层而使用光固化后的0.1mm厚度下的波长1.3μm的光的透过率为80％以上的光透过型粘结剂。其理由是因为，在复合光波导中传播的光通过粘结层时的传递损失变得极低。
为了形成复合光波导的粘结层而优选使用光固化后的0.1mm厚度下的波长1.3μm的光的透过率为85％以上的光固化型粘结剂，更优选使用90％以上的光透过型粘结剂。
在聚合物光波导中，为了使光在芯内传播，以使包层的折射率比芯的折射率降低的方式选择两者的构成材料。
如图4及图5所示，在绝热耦合部位中，聚合物光波导20的芯22露出，在芯22的周围存在粘结层50。
为了抑制复合光波导10的光的传播损失，优选以使粘结层50的折射率成为与聚合物光波导20的包层的折射率相同程度的方式，选择粘结层50的形成所使用的光固化型粘结剂。具体而言，在将聚合物光波导20的包层的折射率设为n1时，粘结层50的形成所使用的光固化型粘结剂的光固化后的折射率nA满足下述式(1)则能抑制复合光波导10中的光的传播损失，因此优选。
-0.015<n1-nA<0.05 (1)
在n1-nA大于上述的范围时，包层的光的封闭效果过大，因此瞬逝光减少，由此聚合物光波导20与硅光波导30之间的能够传播的光的量减少，结果是传播损失变大。另一方面，n1-nA小于上述的范围时，传播到聚合物光波导20之后的光的封闭弱，因此可能会产生传播损失的恶化或与相邻的芯的串扰等问题。根据上述的式子可知，作为光固化后的粘结剂的适当的折射率范围，通过本次的模拟而明确了并不是上下等间隔地存在优选的范围而是下侧的范围窄的情况。
在本发明的复合光波导10中，粘结层50的形成所使用的光固化型粘结剂的光固化后的折射率nA更优选满足下述式(2)。
-0.013<n1-nA<0.03 (2)
进一步优选为-0.01<n1―nA<0.02，最优选为-0.005<n1-nA<0.015。
本发明的复合光波导存在安装于电子电路基板而作为电子复合基板使用的情况。这种情况下，将聚合物光波导20与硅光波导30通过粘结层50进行了绝热耦合之后，向电子电路基板安装，但是有时在安装于电子电路基板之后实施高温工艺。例如，在向电子电路基板安装半导体芯片或器件时，作为一般性的使用了无铅焊料的回流焊工艺，有时实施多次的260℃、几分钟的高温工艺。而且，近年来，在160℃前和后能够安装的低温无铅焊料的开发不断进展。看准这样的安装工序，作为可靠性试验而实施了160℃、1小时的热处理(低温工艺)、260℃热处理(回流焊工艺)。
本次的一连串的研讨的结果是可知，作为粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂的材料物性，加热时的质量减少较少的情况的上述高温工艺实施时的剥离难以产生。
加热时的质量减少由于光固化型粘结剂固化时残留的未交联成分或聚合度小的树脂成分等低温挥发成分、交联后的聚合物的高温耐性低的部位等在高温工艺中进行挥散而产生。在加热时的质量减少较大的光固化型粘结剂中，上述的树脂成分挥散时产生的体积收缩更大，因此在粘结层与作为被粘结体的聚合物光波导及硅光波导之间产生应力，成为引起剥离等问题的主要原因。相对于此，在加热时的质量减少较小的光固化型粘结剂中，高温工艺实施时的体积收缩小，因此绝热耦合部位的可靠性提高。
从上述的观点出发，本发明的复合光波导10的粘结层50的形成所使用的光固化型粘结剂在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量减少量优选为6％以下，更优选为4％以下，进一步优选为2％以下。
本发明的复合光波导根据其用途而存在使用时暴露于高温高湿环境下的情况。这种情况下，要求即使暴露于高温高湿环境下粘结层也不会剥离。关于这一点，在本发明中，以85℃85％RH下的高温高湿试验为指标。
本次的一连串的研讨的结果是可知，作为粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂的材料物性，将光固化后的粘结剂在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1％以下时，即使在85℃85％RH下的高温高湿试验中，在粘结层与作为被粘结体的聚合物光波导及硅光波导被粘结材料之间的界面处也未产生剥离。
在85℃85％RH下的高温高湿试验中，由于吸水而光固化型粘结剂(粘结层)的体积膨胀，由此在粘结层与作为被粘结体的聚合物光波导及硅光波导之间产生应力，从而容易引起剥离。相对于此，如果将光固化后的光固化型粘结剂在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1.0％以下，则光固化后的光固化型粘结剂的吸水率非常小，因此在85℃85％RH下的高温高湿试验中产生的体积变化减小，结果是难以引起剥离。
在粘结层的厚度为10μm以上的对接耦合的情况下，关于聚合物光波导与硅光波导的耦合所使用的光固化型粘结剂的吸水率没有特别提及，关于吸水率比较高的丙烯酸系粘结剂，也设为Telcordia标准(高温高湿)对应，但是在相当于粘结层的厚度的聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t为1.5μm以下非常薄的绝热耦合的情况下，在粘结层内部无法缓和应力，因此要求的吸水率的特性比上述更加严格。
本发明的复合光波导中，作为粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂，将光固化后的粘结剂在水中浸渍24小时前和后的质量增加量更优选为0.5％以下，进一步优选为0.3％以下。
本发明的复合光波导中，粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂的热膨胀率与聚合物光波导或硅光波导的构成材料的热膨胀率接近的情况在热循环试验实施时，能减轻在粘结层与聚合物光波导或硅光波导的界面处产生的应力，结果是难以引起剥离，因此优选。聚合物光波导的构成材料的25～100℃下的平均热膨胀率为80×10-6/℃左右，Si的热膨胀率为3×10-6/℃左右。相对于此，粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂的25～100℃下的平均热膨胀率优选小于130×10-6/℃，更优选小于110×10-6/℃，进一步优选小于100×10-6/℃。
粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂只要满足上述的物性即可，没有特别限定。列举具体例子的话，存在环氧系光固化型粘结剂、含氟环氧系光固化型粘结剂、硅系光固化型粘结剂、丙烯酸系光固化型粘结剂、含氟丙烯酸系光固化型粘结剂、聚氨酯丙烯酸酯系光固化型粘结剂、环氧丙烯酸酯系光固化型粘结剂等。在它们之中，从透明性、耐热性、低固化收缩率等理由出发而优选含氟环氧系光固化型粘结剂。
另外，在聚合物光波导的构成材料含氟的情况下，粘结层的形成所使用的光固化型粘结剂也含氟的情况能提高两者的紧贴性，因此优选。
关于本发明的复合光波导进一步进行记载。
(硅光波导)
硅光波导30是在硅芯片上形成有由Si的芯32和SiO2的包层31构成的芯/包层构造的结构。在图示的硅光波导30中，以多个芯32沿一方向平行地对齐的形式，形成为阵列状。但是，硅光波导的结构没有限定于此。例如，在硅光波导30的粘结层50侧的表面形成阻挡层60，但是阻挡层60为任意的结构，也可以不形成阻挡层60。
(聚合物光波导)
聚合物光波导20由芯22和在其周围配置的包层21形成。聚合物光波导20的芯22及包层21都是其构成材料为聚合物(树脂材料)，但是以包层21的折射率比芯22的折射率降低的方式选择两者的构成材料。为了使光在硅光波导30的芯32中传播，需要使用波长比硅的带隙即1.1μm长的红外光的光，但是为了在该区域抑制在复合光波导10中传播的光的传送损失，优选将聚合物光波导20的芯22及包层21的构成材料设为含氟的树脂。这是因为，在长波长的区域(特别是通信使用的C带周边，O带周边)中与C-H耦合相比C-F耦合能够抑制光的吸收。
在图3所示的聚合物光波导20中，芯22的截面形状为矩形，但是并不局限于此，也可以为例如梯形、圆形、椭圆形。在芯的截面形状为多边形的情况下，其角也可以带有圆角。
聚合物光波导20中的芯22的尺寸没有特别限定，可以考虑与光源或受光元件的耦合效率等而适当设计。耦合效率依赖于芯径和开口数(NA)。例如考虑与硅光波导30的芯32的耦合效率时，芯22的尺寸(如图3所示的芯22那样芯22的截面形状为矩形的情况下，该矩形的宽度及高度)优选为1～10μm，更优选为1.5～8μm，进一步优选为2～7μm。
实施例
以下使用实施例更详细地说明本发明，但是本发明没有限定为上述实施例。需要说明的是，例1、2是实施例，例3、4、5、6是比较例。
在本实施例中，使用图6所示的试验样品实施了粘结试验。试验样品由模拟了聚合物光波导的样品(a)200和模拟了硅光波导的样品(b)300构成。模拟了聚合物光波导的样品(a)200具有模拟了芯的部位220和定位用的凸部240。模拟了硅波导的样品(b)300具有定位用凹部340。
利用切割锯对硅晶圆进行磨削，制造了具有定位用凹部340的样品(b)300。样品(a)200的定位用的凸部240是能够向样品(b)300的定位用凹部340插入的宽度。该凸部240的高度及样品(a)200的部位220的高度是将该凸部240插入于该凹部340时，在该部位220和与该部位相对的样品(b)300的面之间产生1.5μm以下的间隙的结构。
在样品(b)300的具有定位用凹部340的一侧的面上涂布了下述表记载的光固化型粘结剂之后，将样品(a)200的定位用的凸部240向该凹部340插入。在除去了多余的粘结剂之后，以照射强度3～18J/cm2照射UV光而使粘结剂固化，形成了厚度为1.5μm以下的粘结层。然后，以更低温进行退火(在60℃或80℃下为1小时)，进而在160℃下实施1小时退火，制造了以下的试验用的样品。
使用了下述表记载的光固化型粘结剂。
需要说明的是，下述表中，玻化点Tg是粘结剂的光固化后的值。玻化点Tg遵照JISK7121记载的输入补偿示差扫描热量测定进行。升温速度设为每分钟20℃，试验片的周边气氛设为氮(每分钟50ml)。而且，含氟环氧系光固化型粘结剂的波长1.3μm的光透过率在0.1mm厚度下都满足透过率80％以上。因此，例1～6都是在设为复合光波导时传播的光通过粘结层时的传递损失极低。
另外，表中的质量减少量是将光固化后的粘结剂在150℃下保持100小时前和后的质量减少量，质量增加量是将光固化后的粘结剂(试验片的厚度为1mm)在23℃的水中浸渍了24小时前和后的质量增加量，遵照JIS K7209进行。
(低温工艺试验)
在160℃下进行1小时热处理，通过目视来确认粘结界面处的剥离的有无，按照以下的基准进行了评价。
○：未确认到粘结界面处的剥离。
×：在粘结界面处确认到剥离。
(回流焊工艺试验)
在260℃下进行30秒热处理，通过目视来确认粘结界面处的剥离的有无，按照以下的基准进行了评价。
○：未确认到粘结界面处的剥离。
△：在粘结界面处确认到一部分剥离。
×：在粘结界面处确认到剥离。
需要说明的是，低温工艺试验及回流焊工艺试验只要任一方的评价结果为○即可。
(热循环试验)
以将最高温度(+125℃)及最低温度(-50℃)分别保持30分钟的方式将热循环实施20循环，确认粘结界面处的剥离的有无，按照以下的基准进行了评价。
○：未确认到粘结界面处的剥离。
△：在粘结界面处确认到一部分剥离。
(高温高湿试验)
在85℃85％RH下进行90小时热处理，通过目视来确认粘结界面处的剥离的有无，按照以下的基准进行了评价。
○：未确认到粘结界面处的剥离。
△：在粘结界面处确认到一部分剥离。
结果如下述表所示。
【表1】
表1
Figure BDA0001804912140000161
【表2】
表2
Figure BDA0001804912140000162
在使用了光固化后的Tg小于125℃的光固化型粘结剂的例3、4、5、6中，在热循环试验中，试验样品的温度超过光固化后的玻化点Tg，因此光固化型粘结剂(粘结层)的体积急剧增加，由此在粘结层与作为被粘结体的聚合物光波导及硅光波导之间产生应力，从而产生剥离。
相对于此，使用了光固化后的Tg为125℃以上的光固化型粘结剂的例1、2都是热循环试验的结果为良好。
使用了25～100℃下的平均热膨胀率小于130×10-6/℃的光固化型粘结剂的例1～2由于光固化型粘结剂的平均热膨胀系数与聚合物光波导的构成材料的平均热膨胀率(80×10-6/℃左右)及Si的平均热膨胀系数(3×10-6/℃左右)接近，因此在热循环试验实施时，能减轻在粘结层与聚合物光波导的界面处产生的应力，结果是难以引起剥离。平均热膨胀率的测定遵照JIS K7197进行。升温速度设为每分钟5℃，试验片的周边气氛设为氮(每分钟50ml)。
使用了在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量增加量为6％以下的光固化型粘结剂的例1～例5的低温工艺试验的结果良好。
在光固化后在水中浸渍了24小时前和后的质量增加量为1％以下的例1、例6的高温高湿试验的结果良好。
在以下所示的实施例中，关于图4、5所示的构造的复合光波导10，将聚合物光波导20和硅光波导30的构造(尺寸和折射率)以RSoft Design Group株式会社制的RSoft CAD进行定义，以作为仿真引擎的RSoft Design Group株式会社制的BeamProp(有限差分射束传播法)进行了光传播的模拟。图4是将树脂光波导与硅(Si)光波导进行绝热耦合时的剖视图，图5是侧视图。
(例7～例24)
例7～24中的例7～14、例16～23为实施例，例15、24为比较例。
如以下所示，通过RSoft CAD定义了聚合物光波导20和硅光波导30的构造(尺寸和折射率)。
(聚合物光波导20)
芯22
芯尺寸宽度6.0μm，厚度2.0μm
折射率1.526
包层21
厚度15μm
折射率1.513
(硅光波导30)
芯32
芯尺寸宽度0.38μm(a端)～0.11μm(b端)
随着从a端至b端而宽度线性地变化
厚度0.18μm
折射率3.5
包层31
厚度15μm
折射率1.45
(阻挡层60)
厚度0.03μm
折射率1.989
聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的芯32以相对的状态配置，利用粘结层50接合的绝热耦合部位70的长度设为1750μm，利用Beam Prop通过计算求出了波长1.3μm下的连接损失。结果如下述表3～5所示。需要说明的是，表中的折射率差(n1-nA)是聚合物光波导20的包层22的折射率n1与粘结层50的形成所使用的光固化型粘结剂的光固化后的折射率nA的折射率差，间隔t是聚合物光波导20的芯22与硅光波导30的间隔t。
【表3】
表3
例7 例8 例9 例10 例11 例12 例13 例14
折射率差(n1-nA) 0.050 0.040 0.030 0.030 0.020 0.010 0.010 0.010
间隔t(μm) 0.5 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5
连接损失(dB) 0.9 0.6 0.5 1.5 0.4 0.4 0.3 1.1
【表4】
表4
例15 例16 例17 例18 例19 例20 例21 例22
折射率差(n1-nA) 0.010 0.000 -0.005 -0.005 -0.005 -0.010 -0.013 -0.015
间隔t(μm) 2.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 0.5
连接损失(dB) 3.3 0.5 0.6 0.5 0.5 0.7 0.9 1.1
【表5】
表5
例23 例24
折射率差(n1-nA) -0.015 -0.020
间隔t(μm) 1.0 0.5
连接损失(dB) 1.5 4.2
如实施例7～14、实施例16～23所示，只要聚合物光波导的包层的折射率n1与光固化后的粘结剂的折射率nA之差(n1-nA)为-0.015～0.05即可，能够将聚合物光波导与硅波导以1.5dB以下的损失来连接。另一方面，如比较例24所示，聚合物光波导的包层的折射率n1与光固化后的粘结剂的折射率nA之差(n1-nA)为-0.02的话，连接损失成为超过4dB的大的值。而且，如实施例所示可知，如果聚合物波导的芯与硅波导的间隔t小于1.5μm，则能够将聚合物光波导与硅波导以1.5dB以下连接。
虽然详细地而且参照特定的实施方式地说明了本发明，但是不脱离本发明的主旨和范围而能够施加各种变更或修正的情况对于本领域技术人员来说不言自明。本申请基于在2016年3月23日提出申请的日本专利申请(特愿2016-58907)，并将其内容作为参照而援引于此。
标号说明
10：复合光波导
20、200：聚合物光波导
21：聚合物光波导的包层
22、220：聚合物光波导的芯
24、240：定位用凸部
30、300：硅光波导
31：硅波导的包层
32：硅波导的芯
34、340：定位用凹部
40：连接器
50：粘结层
60：阻挡层
70：绝热耦合部位。

Claims (18)

1.一种复合光波导，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，所述复合光波导的特征在于，
在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为0.8μm以下的区域。
2.根据权利要求1所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量减少量为6%以下。
3.根据权利要求1或2所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1.0%以下。
4.根据权利要求1或2所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂的25~100℃下的平均热膨胀率小于130×10-6/℃。
5.根据权利要求1或2所述的复合光波导，其中，
所述聚合物光波导由含氟的树脂构成。
6.根据权利要求5所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂含有氟系材料。
7.一种复合光波导，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，所述复合光波导的特征在于，
在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上且固化后的0.1mm厚度下的波长1.3μm的光的透过率为80%以上的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为0.8μm以下的区域。
8.根据权利要求7所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量减少量为6%以下。
9.根据权利要求7或8所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1.0%以下。
10.根据权利要求7或8所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂的25~100℃下的平均热膨胀率小于130×10-6/℃。
11.根据权利要求7或8所述的复合光波导，其中，
所述聚合物光波导由含氟的树脂构成。
12.根据权利要求11所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂含有氟系材料。
13.一种复合光波导，所述复合光波导通过将聚合物光波导与硅光波导进行绝热耦合而形成，所述复合光波导的特征在于，
在所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的芯相对配置的绝热耦合部位利用粘结层将所述聚合物光波导与所述硅光波导耦合，所述粘结层使用固化后的玻化点Tg为125℃以上且在将所述聚合物光波导的包层的折射率设为n1、将固化后的粘结剂的折射率设为nA时满足-0.015<n1-nA<0.05的光固化型粘结剂而形成，所述绝热耦合部位具有所述聚合物光波导的芯与所述硅光波导的间隔t为0.8μm以下的区域。
14.根据权利要求13所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在大气中以150℃保持100小时前和后的质量减少量为6%以下。
15.根据权利要求13或14所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂在光固化后在水中浸渍24小时前和后的质量增加量为1.0%以下。
16.根据权利要求13或14所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂的25~100℃下的平均热膨胀率小于130×10-6/℃。
17.根据权利要求13或14所述的复合光波导，其中，
所述聚合物光波导由含氟的树脂构成。
18.根据权利要求17所述的复合光波导，其中，
所述光固化型粘结剂含有氟系材料。
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