CN111344615A - 光波导及其制造方法 - Google Patents

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中芝彻
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Abstract

本发明一个方面涉及一种种光波导，其特征在于包括：高折射率的芯形成层；以及低折射率的第一包覆层，与所述芯形成层的第一主面接合，其中，所述芯形成层在其平面方向上具有芯部(A)、与所述芯部(A)的两侧邻接的侧面包覆部(B)、以及与所述侧面包覆部(B)的另一侧邻接的高折射率部(C)，所述芯部(A)在其平面方向上具有中央区域以及GI区域，所述GI区域中折射率自所述中央区域起向所述芯部(A)与所述侧面包覆部(B)的界面连续降低，所述侧面包覆部(B)具有折射率恒定的区域。

Description

光波导及其制造方法
技术领域
本发明涉及光波导及其制造方法、以及使用了前述光波导的基板及构件等。
背景技术
为了应对信息传输量的爆发性增长，关于在电子设备、装置的壳体内的短距离超高速传输的介质，受到关注的并非为了实现正确的信息传输而成本增加显著的铜布线，而是传输数码光信号的所谓的光波导(也称为光布线或光传输线路等)。
光波导在所使用的光波长下为透明，且具有相对较低折射率的包覆材料包围由相对较高折射率的芯材料形成的线状传输线路的周围、或者包围平面状传输线路的上下两侧的结构。光纤为光波导的一种，从难以使芯的安装密度呈高密度化的情况来看，为了同时实现高密度化和超高速传输，采用基于对平面曝光来进行的图案化而在包覆层内部形成有多个线状芯或平面状芯的树脂制光波导最具优势(专利文献1等)。有时将具有线状芯的光波导称为脊形光波导或通道光波导，有时将具有平面状芯的光波导称为平板光波导或平面光波导。
在此，光波导根据折射率分布，可以分为阶跃折射率(step index)型(SI型)和渐变折射率(graded index)型(GI型)。SI型光波导具备具有恒定折射率的芯及具有比该芯更低的恒定折射率的包覆层。另一方面，在GI型光波导中，芯的折射率至包覆层的折射率呈连续变化。与SI型相比，GI型光波导将光闭锁在芯内的效果高，具有能够降低传输损失的优点。
作为该折射率呈连续变化的GI型光波导，已报道了具有指定折射率分布的光波导(专利文献2)。具体而言，专利文献2中公开了一种光波导，其特征在于，该光波导具有：芯层，所述芯层具备芯部及与该芯部的两侧面邻接的侧面包覆部；以及包覆层，所述包覆层分别层叠于该芯层的两面；其中：所述芯层的横截面在宽度方向的折射率分布W具有至少两个极小值、至少一个第1极大值、及至少两个小于所述第1极大值的第2极大值，并且具有这些值按照第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值的顺序排序的区域；在该区域中，由所述两个极小值以包含所述第1极大值的方式所包夹的区域为所述芯部，从所述各极小值起至所述第2极大值侧的区域为所述侧面包覆部；所述各极小值低于所述侧面包覆部的平均折射率，并且在所述折射率分布整体中折射率呈连续变化；所述光波导的横截面的厚度方向的折射率分布T具有第3极大值、第1部分及第2部分，该第1部分中折射率从该第3极大值的位置起向所述包覆层连续降低，该第2部分位于比第1部分更靠近光波导的两面侧且折射率大致恒定；与所述第3极大值及所述第1部分对应的区域为所述芯部，与所述第2部分对应的区域为所述包覆层。
但是，前述专利文献2记载的光波导的折射率分布，如该文献的图2所示，第1极大值大于第2极大值，并且折射率分布整体呈连续变化从而不存在折射率恒定之处。在为该构成的情况下，芯部与GI型光波导同样，入射的光大多分布于芯部的中心侧，但也会分布到两个极小值。对于侧面包覆部而言，折射率从极小值向第2极大值连续增加，因此侧面包覆部也形成GI型光波导，漏到极小值区域的光容易落入第2极大值。同样地，漏到第2极大值的光也容易漏到邻接的芯部，因此认为：无法发挥充分的串扰抑制效果。此外，认为：入射光的直径越接近芯部的直径，则光越会直接入射至极小值的区域，容易落入折射率大于极小值的第2极大值，进而光容易漏至邻接的芯，因此串扰变得显著。
此外，专利文献2记载的光波导，通过将芯形成用组成物与包覆层形成用组成物层叠(参照专利文献2的图8等)，并且对该层叠体的一部分照射活性放射线，来产生折射率差从而形成芯图案。但是，该制作方法难以使未照射的部分固化。由于在一部分树脂层上形成有未进行固化的部分，因此可靠性产生问题的可能性高。因此，在专利文献2中记载了一种方法，其中，为了使未照射部固化，加入催化剂前体及助催化剂来替代聚合引发剂，在照射活性放射线后，重复3次不同的加热条件，由此进行未照射部的固化，降低芯层的内部应力。然而该方法可能会增加成本。
本发明鉴于上述问题点而作出，其目的在于提供一种具有良好的光信号的传输可靠性且能够以低成本制造的光波导及其制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/060092号
专利文献2：国际公开第2012/039393号
发明内容
本发明人们反复进行了认真研究，其结果，发现：利用具有下述构成的光波导来可以解决上述问题。于是，本发明人们基于该见解进一步反复研究，从而完成了本发明。
即，本发明一个方面涉及一种光波导，其包括：高折射率的芯形成层；以及低折射率的第一包覆层，该第一包覆层与所述芯形成层的第一主面接合。所述芯形成层在其平面方向上具有：芯部(A)；以及与所述芯部(A)的两侧邻接的侧面包覆部(B)。所述芯部(A)在其平面方向上具有中央区域以及GI区域，所述GI区域中折射率自所述中央区域起向所述芯部(A)与所述侧面包覆部(B)的界面连续降低。所述侧面包覆部(B)具有折射率恒定的区域。在此，GI为渐变折射率(graded index)的缩写。
此外，本发明另一个方面提出了所述光波导的制造方法。该制造方法包括依序进行下述步骤：层叠步骤，将用以形成所述芯形成层的未固化的透明树脂膜抵接并贴合于所述第一包覆层；第一曝光步骤，对于所述层叠步骤中所得的层叠体，使用具有开口部和位于所述开口部的侧缘部的20～80％透射率的半色调区域的掩膜，对相当于所述芯部(A)的部位和相当于所述侧面包覆部(B)的部位照射活性能量射线，使经照射的部分半固化；以及第二曝光步骤，对所述透明树脂膜整体照射活性能量射线，使其进一步固化。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的光波导结构的示意性截面图。
图2是表示本发明的另一实施方式涉及的光波导结构的示意性截面图。
图3表示本实施方式之一涉及的光波导的制造方法中第一包覆层的形成步骤。
图4表示本实施方式之一涉及的光波导的制造方法中芯形成层的制作步骤。
图5是表示在本实施方式的制造方法中可以使用的半色调掩膜的一例的示意图(俯视)。
图6表示在本实施方式之一涉及的光波导上形成第二包覆层时的制造方法的步骤。
图7表示在本实施方式之一涉及的光波导上形成第二包覆层时，将第二包覆层图案化之际的步骤。
图8是表示将本实施方式之一涉及的光波导与其它光波导连接时的连接例的示意性截面图。
图9是表示将本实施方式之一涉及的光波导与其它光波导连接时的连接例的示意性俯视图。
图10是表示本发明的另一实施方式涉及的光波导用的结构的示意性截面图。
图11表示用以制造图10所示的光波导的步骤。
图12表示图3中的第一包覆层的图案化的变形例。
图13表示图4中的芯形成层的高折射率部(C)的图案化的变形例。
图14是表示如图8中所示的连接例中自对准结构的一例的示意性截面图。
图15是实施例中使用的半色调掩膜的示意性俯视图。
图16是表示实施例的光波导的截面照片与折射率分布的图。
图17是表示比较例的光波导的截面照片与折射率分布的图。
图18是表示实施例中使用的光强度分布的测定方法的示意图。
图19是实施例及比较例的光强度分布的图(实线：实施例，虚线：比较例)。
具体实施方式
以下，使用附图等而对本发明涉及的实施方式进行具体说明，但本发明不受这些说明的限定。
[光波导]
如图1及图2所示，本实施方式的光波导具有第一包覆层1和芯形成层2。在此，图1及图2的上部分别为光波导的截面图，下部为表示各上部的光波导截面图中虚线部分的折射率分布的图。
应予说明，附图中的代表符号含义如下：
1 第一包覆层；
1’ 第一包覆层形成用的未固化的透明树脂膜；
2 芯形成层；
2’ 芯形成层形成用的未固化的透明树脂膜；
3 基板；
4 第二包覆层；
4’ 第二包覆层形成用的未固化的透明树脂膜；
5 掩膜；
11 半色调部；
12 开口部；
13 非开口部。
(芯形成层)
如图1及图2所示，本实施方式的芯形成层2在其平面方向上具有高折射率的芯部(A)、与芯部(A)的两侧邻接且低折射率的侧面包覆部(B)、及与侧面包覆部(B)的另一侧邻接的高折射率部(C)。芯部(A)用来传输光，相对而言，高折射率部(C)是通常不设想用于光传输的区域。
在图1及图2中，各下部表示芯形成层2的虚线处的截面的折射率分布，箭头表示折射率由下向上增加。如该等所示，芯部(A)具有折射率向芯部(A)与侧面包覆部(B)的界面连续降低的GI区域(图1及图2中用圆包围的部分：GI)，且侧面包覆部(B)具有折射率恒定的区域。
应予说明，如图1下部所示，侧面包覆部(B)可以仅为折射率恒定的区域，此外，只要具有折射率恒定的区域，如图2下部所示，也可以在芯部(A)与侧面包覆部(B)之间部分存在折射率降低之处。
如上所述，本实施方式的光波导是芯部(A)具有GI区域的、所谓渐变折射率型(GI型)的光波导，因此将光闭锁在芯内的效果优异。此外，侧面包覆部(B)具有折射率比芯部(A)更低程度且恒定的区域，由此可以更确实地将光闭锁在芯内。
对于侧面包覆部(B)具有折射率比芯部(A)更低程度且恒定的区域的优点进行说明。首先，芯部(A)的内部传导的光一边在芯部(A)与侧面包覆部(B))的界面全反射一边传播，因此成为一部分光能量也分布于侧面包覆部(B)的区域的状态。假设侧面包覆部(B)不具有折射率恒定的平坦部，使得折射率具有极小值并转为增加的情况，则分布于侧面包覆部(B)的区域的光能量就容易向折射率增加的区域移动，结果光能量从芯部(A)的区域偏离。对此，如果具有平坦部则可以避免此情况发生，容易维持其分布，结果可以更确实地将光能量闭锁在芯部(A)区域。
此外，本实施方式的光波导如后述可以通过芯形成层2的曝光处理来形成折射率分布(芯图案)。因此，不一定需要以往必要的显影步骤。因此，还具备可以降低制造成本的优点。
只要芯部(A)具有折射率向芯部(A)与侧面包覆部(B)的界面连续降低的GI区域(GI)，且左右GI区域之间的中央区域整体的折射率高于侧面包覆部(B)，则折射率的分布状态无特别限制。然而，在优选的实施方式中，如图1及图2下部所示，芯部(A)较好是在中央区域具有折射率恒定的区域。认为：由此在芯中央具有更广的光通过的区域，易于将光闭锁在芯内。此外，由于具有折射率恒定的区域，因此具有容易使芯的折射率稳定的优点。此外，在与其它光布线或光元件连接时，还具有能够更容易对准位置的优点。
应予说明，关于高折射率部(C)而言，只要折射率高于侧面包覆部(B)则无特别限定，但优选如图1及图2下部所示具有折射率恒定的区域。认为：由此与上述同样地容易将光闭锁。
此外，在更优选的实施方式中，高折射率部(C)中的折射率恒定的区域与芯部(A)中的中央区域内折射率恒定的区域，较好是为同等的折射率。此处所谓的折射率同等，是指折射率的平均值之差为0.100以下，优选为0.050以下，更优选为0.020以下，最优选为0.010以下。此外，上述折射率的平均值之差理想上0为宜，但可以为0.0001以上，优选为0.0005以上。认为：由此可以抑制所谓的串扰。其理由在于：由于侧面包覆部(B)与高折射率部(C)的折射率差变大，数值孔径(NA)也变大，因此漏到不用于光传输的区域(C)的光也被闭锁在该区域内。因此，认为：光不易漏到邻接的芯部，故可以抑制串扰的效果变大。在此，数值孔径是指对波导入射具有扩散的光线时，作为波导能够接收何种程度的扩散角的光的尺度，空气(折射率：1)中的波导以下式表示。
Figure BDA0002465397110000061
此处，θm为能够允许的最大扩散角(或聚光角)，N1为芯的折射率，N2为包覆层的折射率。
应予说明，在本实施方式中，“折射率恒定”是指如图1或图2的折射率分布所示，折射率实质上不变动的平坦状态。此外，折射率实质上不变动是指如1.549～1.553(差为0.004)那样，折射率自身的变动小于0.005。
此外，“折射率连续降低”是指在观察折射率的分布时，其曲线以平滑的方式变化。
对于芯部(A)的厚度及宽度而言亦无特别限定，可以适当根据所需的特性而设定。通常，厚度为3～100μm左右(优选为6～80μm)，宽度为3～100μm左右(优选为6～80μm)。
此外，芯形成层2的固化度优选为50％以上。由此具有下述优点：位于芯层形成内的芯部(A)、侧面包覆部(B)、以及高折射率部(C)的固化度变得接近，从而可以实现在各部的形成步骤的过程中可能产生的内部应力的降低、及树脂固化物的物性的均一化。固化度更优选为70％以上。
应予说明，本说明书中所说的固化度是以用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)测得的环氧基的峰为基础而算出。更具体而言，在FT-IR的数据(IR光谱，横轴：波长，纵轴：吸光度(Abs))中，通过比较环氧基的峰(912cm-1)面积与未固化的树脂的环氧基的峰面积，算出环氧基的残留比率，将其从对1的补数100％减去后的值作为固化度。作为定量化时的基准，以组成稳定的苯环的峰(830cm-1)为基准。
即，本实施方式中所说的“固化度”以下述式表示：
固化度(％)＝(1-(固化物的“环氧基峰面积/苯环峰面积”/未固化物的“环氧基峰面积/苯环峰面积”)×100
应予说明，确定面积的基线是通过对IR光谱图中的峰左右两侧的2点极小值绘制切线而确定。
本实施方式的光波导通常为细长的带状(或板状)，如上述的折射率分布(芯图案)是在长边方向上反复维持。
在本实施方式中，关于构成芯形成层2的材料而言，只要是可以获得如上述的折射率分布的固化性树脂，则无特别限定。例如可以示例：环氧固化系树脂、或丙烯酸固化系树脂、或氰酸酯固化系树脂、或将该等并用的树脂、或有机硅固化系树脂等。这些树脂均可以作为构成光波导的构件使用，因此固化物的透明性必须高。
更具体而言，优选为在进行光固化的同时也进行热固化的树脂，例如可以使用环氧固化系树脂等。其原因在于：该环氧固化系树脂具有耐热性、耐化学品性、电绝缘性优异的优点。
其中，特别优选使用配合有两种以上折射率和粘度有些许差异的树脂而得的树脂。其原因在于，所得的树脂具有以下优点：在曝光后的热处理时，容易生成折射率分布且容易控制折射率分布。
通常，为了使固化性树脂固化，需要固化剂和/或固化引发剂(固化催化剂)，但只要能够实现光波导所需的固化物的高透明性，则可以无限制地使用。
在形成本实施方式的光波导时，从使制造更简便的观点考虑，优选将如上述的树脂制成膜状后，作为芯层形成用树脂膜来使用。
(包覆层)
如图1及图2所示，第一包覆层1构成位于芯形成层2的一个主面(在图中为下表面)的包覆层。此外，根据需要设置的第二包覆层构成位于芯形成层2的第二主面(在图中为上表面)的包覆层。
第一包覆层1及第二包覆层的厚度无特别限定，通常为3～100μm左右(优选为3～50μm)。
在本实施方式中，关于构成第一包覆层1的材料而言，无特别限定，可以适当选用在波导光的传输波长下的折射率比构成芯部(A)的材料更低的材料。具体而言，例如可列举环氧系树脂、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酰亚胺系树脂等。
更具体而言，优选为在进行光固化的同时也进行热固化的树脂，例如可以使用环氧固化系树脂等。其原因在于：该环氧固化系树脂具有耐热性、耐化学品性、电绝缘性优异的优点。
此外，与有意制作折射率分布的芯形成层2不同，第一包覆层1有时不需要折射率分布，但在制造本实施方式的光波导的步骤中依序制作各层，因此即使使用多种环氧系树脂，也能够以没有折射率分布的方式而制作。故此具有容易调整折射率及调整其它物性的优点。
通常，为了使固化性树脂固化，需要固化剂和/或固化引发剂(固化催化剂)，但与芯形成层2的材料同样，只要能够实现光波导所需的固化物的高透明性，则可以无限制地使用。
在形成本实施方式的光波导时，从使制造更简便的观点考虑，优选将如上述的树脂制成膜状后，作为用以形成包覆层的未固化的透明树脂膜来使用。
在本实施方式的光波导具有第二包覆层的情况下，作为用以形成第二包覆层的固化性树脂材料，只要是在波导光的传输波长下的折射率比芯部材料更低的固化性树脂材料，则可以无特别限制地使用，通常可以使用与第一包覆层1的材料同样种类的固化性树脂材料。此外，关于上包覆层的厚度而言，无特别限定。
在图1及图2等中，在基板3上设有光波导，但这仅为一例，在光波导之下也可以层叠由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等形成的支承膜或铜箔等金属箔等。
此外，在芯层2或第一包覆层1的露出面也可以设置保护膜。
此外，本实施方式的光波导的数值孔径(NA)优选为0.03～0.30，更优选为0.08～0.20。
在本实施方式的光波导中，可以使入射至芯部(A)的一端部的光在芯部(A)与第一包覆层1的界面、以及在芯部(A)与侧面包覆部(B)的界面反射而传输至另一端部。
本实施方式的光波导在将光闭锁在芯内的效果方面非常优异，因此光传输效率及可靠性优异。故此适合用于各种电子设备。
认为：根据本实施方式的光波导，可以将光充分闭锁在芯内，可以抑制串扰。此外，在芯形成层2的制造步骤中，可以通过曝光处理及根据需要进行的热处理来改变折射率分布而形成芯图案，因此不一定需要显影步骤，进而可以在芯形成层2的整体区域提高固化度。因此，可以实现光波导的制造成本降低，并且可以得到可靠性高的光波导。
[光波导的制造方法]
制造本实施方式的光波导的方法包含以下步骤。
(1)层叠步骤，将用以形成前述芯形成层的未固化的透明树脂膜抵接并贴合于第一包覆层。
(2)第一曝光步骤，对于前述层叠步骤中所得的层叠体，使用具有开口部和位于前述开口部的侧缘部的20～80％透射率的半色调区域的掩膜，对相当于芯部(A)的部位和相当于侧面包覆部(B)的部位照射活性能量射线，使经照射的部分半固化。
(3)第二曝光步骤，对前述透明树脂膜整体照射活性能量射线，使其进一步固化。
这些步骤按照所述顺序进行。
应予说明，在(2)第一照射步骤与(3)第二照射步骤之间，可以进行对前述层叠体进行热处理的热处理步骤。
以下使用附图具体说明制造方法的各步骤。
(第一包覆层的形成)
在本实施方式中，对于第一包覆层1的形成方法无特别限定，例如可以例示图3所示的步骤。具体而言，(a)将作为用以形成第一包覆层的前体的未固化的透明树脂膜1’抵接在基板3上，根据需要在减压下进行加热加压而贴合。(b)对透明树脂膜1’照射紫外线等活性能量射线(图3(b)中以箭头表示)。(c)利用热处理使透明树脂膜1’固化，将透明树脂膜1’固化而得的层作为第一包覆层1。
应予说明，在图3(b)所示的照射步骤中，作为曝光条件，可以根据感光性材料的种类适当选择，例如可以选择使用超高压汞灯并将波长365nm的光线以500～2500mJ/cm2进行曝光的条件等。
此外，如图3(c)所示，从确保固化的观点考虑，使其光固化后利用热进行后固化也很有效。作为用于后固化的热处理条件，优选为温度80～160℃左右且时间20～120分钟左右。然而，并不特别限制在该范围内，当然，根据感光性材料进行优化是很重要的。
此外，通过进行掩膜曝光及显影，也可以进行第一包覆层的图案化。此时，在图12所示的步骤中，(a)各未固化的透明树脂膜1’抵接在基板3，根据需要在减压下进行加热加压使其贴合。(b)使用掩膜，对透明树脂膜1’照射紫外线等活性能量射线。(c)利用热处理使经照射的部分的树脂固化。(d)然后，利用显影去除不需要的未固化部分，得到所需的第一包覆层1的图案。
(芯形成层的制作)
接着，基于图4说明芯形成层2的制作方法的一例。如图4(a)所示，将作为芯形成层的前体的未固化的透明树脂膜2’抵接在第一包覆层1，在减压下进行加热加压使其贴合。在此，在将透明树脂膜2’贴附至第一包覆层1之前，也可以利用等离子体处理等对第一包覆层1的表面进行表面处理。
然后进行照射步骤，即如图4(b)所示，使用掩膜5照射活性能量射线(箭头)，使经照射的部分的树脂成分固化。作为活性能量射线，从操作容易性等方面考虑，可列举紫外线等。
此时，作为掩膜5，优选使用如图5所示的半色调掩膜。半色调掩膜具备前述活性能量射线的透射率为20～80％的半色调部11、开口部12(透射率：例如若为玻璃掩膜则为该玻璃的透射率)、及透射率0％的非开口部13。半色调部11的透射率更优选为20～50％。半色调部11位于开口部12的侧缘部。
通过使用具有该半色调部11的掩膜5，如图4(b)所示，可以在透明树脂膜2’形成照射部、半照射部及未照射部。即，照射后，在对应于掩膜5的开口部12的位置形成照射部，在对应于半色调部11的位置形成半照射部，在对应于非开口部13的位置形成未照射部。
认为：其后，如图4(c)所示，通过进行热处理，在照射部中低折射率(n)的单体浓度下降，低折射率单体从未照射部向照射部移动，因而产生折射率变化。并且，如图4(c)所示，照射部成为固化部，半照射部成为半固化部，以及未照射部成为未固化部。由此，照射部(固化部)成为与成为高折射率的芯部(A)对应的部位，半照射部(半固化部)成为与侧面包覆部(B)对应的部位，未照射部(未固化部)成为与高折射率部(C)对应的部位。而且，同时形成相当于芯部(A)中的GI区域的部分。
产生该折射率变化及折射率分布的机制，认为如下。由于在图4(b)所示的步骤中照射部的固化度已大幅进展，因此低折射率单体从半照射部移动至照射部的移动量(移动速度)，小于低折射率单体从未照射部移动至半照射部的移动量(移动速度)。其结果，从半照射部移动至照射部的低折射率单体尚未到达照射部的中央区域就在固化反应中被消耗，形成了折射率向半照射部连续降低的GI区域。另一方面，认为：有大量的低折射率单体从未照射部流入半照射部，因此折射率大幅降低，形成了低折射率的侧面包覆部(B)。并且，从未照射部向半照射部移动的低折射率单体几乎是从未照射部中与半照射部邻接的附近区域供给，很少有来自未照射部的深处(里边)的移动。因此，未照射部的上述附近区域成为折射率向未照射部的深处连续增加的部分(第二GI区域)。此外，在未照射部的深处区域，低折射率单体的移动很少，因此维持折射率高的状态，几乎不产生变化，从而成为恒定的折射率。
接着，如图4(d)所示，对透明树脂膜2’(芯形成层2)整体照射活性能量射线(箭头)，使透明树脂膜2’(芯形成层2)整体固化。通过该步骤，可使芯形成层2的折射率恒定，使芯形成层整体固化。
最后，如图4(e)所示，再次进行热处理，使前述未照射部也固化，从而得到本实施方式的光波导。
应予说明，在图4(b)及图4(d)所示的照射步骤中，作为曝光条件，可以根据感光性材料的种类适当选择，例如可以选择使用超高压汞灯并将波长365nm的光线以500～2500mJ/cm2进行曝光的条件等。
此外，如图4(c)及图4(e)所示，从确保固化的观点考虑，使其光固化后利用热进行后固化也很有效。作为用于后固化的热处理条件，优选为温度80～160℃左右且时间20～120分钟左右。然而，并不特别限制在该范围内，当然，根据感光性材料进行优化是很重要的。
在本实施方式的光波导中，芯形成层2的固化度如上所述优选为50％以上。
此外，可以根据需要在第2次曝光时进行掩膜曝光，进而进行显影，由此进行芯形成层2的高折射率部(C)的部分图案化。此时，如图13所示，(a)使用掩膜5，对芯形成层2的未固化部分中不需要的区域以外照射紫外线等活性能量射线，(c)利用热处理使芯层的必要部分固化，(d)通过显影去除不需要的部分，从而可以得到所需的图案。
如上所述，在本实施方式中，关于未照射部的固化，可以仅配合光酸产生剂作为固化引发剂，而且热处理在树脂能够充分固化的温度下进行即可，不需要如专利文献2所示的以往方法那样进行复杂的温度控制。因此，不仅能够获得稳定的性能，并且还不需要准备温度不同的干燥机，故此从该观点来看也能够有效地以低成本获得具有高可靠性的光波导。
(第二包覆层的形成)
进而，在芯形成层2的上部形成第二包覆层4时，无特别限定，例如可以采用如图6所示的步骤。
具体而言，(a)将作为用以形成第二包覆层的前体的未固化的透明树脂膜4’抵接在芯形成层2上，根据需要在减压下进行加热加压而贴合。在此，在将透明树脂膜4’贴附至芯形成层2之前，可以利用等离子体处理等对芯形成层2的表面进行表面处理。(b)接着对透明树脂膜4’照射紫外线等活性能量射线(箭头)，(c)利用热处理使透明树脂膜4’固化，形成第二包覆层4。
应予说明，在图6(b)所示的照射步骤中，作为曝光条件，可以根据感光性材料的种类适当选择，例如可以选择使用超高压汞灯并将波长365nm的光线以500～2500mJ/cm2进行曝光的条件等。
此外，如图6(c)所示，从确保固化的观点考虑，使其光固化后利用热进行后固化也很有效。作为用于后固化的热处理条件，优选为温度80～160℃左右且时间20～120分钟左右。然而，并不特别限制在该范围内，当然，根据感光性材料进行优化是很重要的。
进而，也可以将第二包覆层4图案化。此时，如图7所示，(a)将透明树脂膜4’抵接在芯形成层2上，根据需要在减压下进行加热加压而贴合。(b)使用掩膜5，对透明树脂膜4’照射紫外线等活性能量射线(箭头)。(c)进而利用热处理使透明树脂膜4’固化。(d)可以根据需要利用显影去除不需要的未固化部分，形成第二包覆层4。通过改变前述掩膜5的形状，可以获得所需的图案化。
根据上述构成，不实施以往必要的显影步骤，而仅采用芯形成层2的曝光及热处理，即可以使芯层的折射成为所需的分布，故此可以降低制造成本。此外，尽管需要显影步骤，但仍然可以分别适当地将第一包覆层、芯形成层2的高折射部(C)、以及第二包覆层4图案化，因此可以得到各种结构的光波导。
[接合体]
本实施方式的光波导当然能够以单体的形式来使用，但是也能够以使用多个光波导而成的接合体的形式来使用。
此时，可以接合2个以上相同的光波导，也可以与不同于本实施方式的光波导A的光波导(例如硅光波导等)组合。
具体而言，例如图8所示，在本实施方式的光波导A中，可以利用显影去除第二包覆层4的一部分，使芯形成层2的一部分露出，将硅(Si)光波导B接合至该处。或者，可以在未附第二包覆层4的状态下接合硅(Si)光波导。图9表示本实施方式的光波导的俯视图。如图所示，在去除了第二包覆层4的部分，芯形成层2的上表面被露出。
在该接合体中，如前所述，必须去除第二包覆层4的一部分、或者不设置第二包覆层4而处于使光波导的芯露出的状态。但是，在如上述专利文献2的制作方法中，预先层叠有未固化的下包覆层、芯层、以及上包覆层，因此无法制作仅去除上述上包覆层的一部分的结构。在本实施方式中，具有可以容易地获得如上述的结构的光波导的优点。
[自对准结构]
如上述地将光波导A与硅(Si)光波导B接合时，作为容易地定位的结构，提出了如图14所示的自对准结构。图14表示图8中的虚线部的截面图。在本实施方式的光波导的制造方法中，不对芯形成层2进行显影即可以作成折射率分布，进而可以在各层中通过适当显影而进行图案化，因此可以容易地制作该自对准结构的光波导。如图14(b)的结构可以利用与图7同样的步骤，将第二包覆层4显影并图案化而获得，如(c)的结构可以利用与上述图13同样的步骤，将芯形成层2的第一次曝光的未照射部分即高折射率部(C)的一部分进行显影除去而获得。这些结构是不论用如专利文献1的制造方法或是用如专利文献2的制造方法都无法做出的较难的结构，但采用本实施方式的光波导的制造方法则可以容易地获得。
[光波导的其它实施方式]
作为光波导的另一个实施方式，可列举具有第一包覆层1和芯形成层2的光波导，其中：芯形成层2在其平面方向上具有芯部(A)、与芯部(A)的两侧邻接的侧面包覆部(B)、及与侧面包覆部(B)的另一侧邻接的高折射率部(C)：芯部(A)、侧面包覆部(B)及高折射率部(C)中折射率连续变化，至少芯部(A)与区域(C)的折射率实质上相同，高折射率部(C)的一部分有折射率非连续之处。
例如，图10表示该光波导的一例的截面图。在该例中，在高折射率部(C)的一部分可以通过具有空气层而使折射率成为非连续的。
根据该构成，具有从光波导主面的垂直方向观察时的可见性提高的优点。例如，在形成为定位用的标记时，比起以连续的折射率分布的方式形成，可以获得更高精度的定位。此外，以空气层来实现芯形成层2的折射率的非连续部分(在此，未贯通至第一包覆层1)，并且将第一包覆层1中对应芯形成层2的空气层部分的部分也形成为空气层(贯通至第一包覆层1)的情况下，具有容易从表面接近基底的基板3的优点。例如，在基板3上形成有电极垫的情况下，可以在光波导层存在的状态下进行部件的安装。
芯形成层2中的各部的折射率，如上所述，芯部(A)与高折射率部(C)的折射率实质上相同，并且该折射率优选大于(B)侧面包覆部(B)的折射率。由此可以如上述地抑制串扰，故而是有利的。其原因在于：在光从芯部(A)漏出的情况下，在光移动至邻接的芯部之前，先通过被低折射率的侧面包覆部(B)包夹的高折射率部(C)，产生被高折射率部(C)闭锁的效果。
对于得到该光波导的方法，使用图11进行简单说明。首先，(a)将作为第一包覆层1的线体的未固化的透明树脂膜1’抵接在基板3上，根据需要在减压下进行加热加压而贴合。接着，(b)使用掩膜5，对透明树脂膜1’照射紫外线等活性能量射线(在图11中以箭头表示)。(c)利用热处理使照射部固化。(d)根据需要，利用显影去除未照射且未固化的树脂部分。接着，(e)将透明树脂膜2’抵接在下包覆层1与基板3上，根据需要在减压下进行加热加压而贴合。然后，(f)使用具有半色调部11的掩膜5，对透明树脂膜2’照射紫外线等活性能量射线；(g)利用热处理而获得芯图案。然后，(h)使用掩膜5，对已形成有折射率分布的芯形成层2进行照射。此时，在制作不仅贯通芯形成层2、还贯通第一包覆层1和芯形成层2的空气层的情况下，将与第一包覆层1的缺口图案相同的区域作为未照射部。接着，(i)进行热处理，使照射部固化；(j)利用显影去除不需要的树脂，由此可以得到具有芯形成层2的折射率的非连续部分(仅贯通芯形成层2的孔)、以及贯通芯形成层2和第一包覆层1的孔的结构。
以下，例举实施例对本发明进一步进行具体说明，但是，本发明的保护范围并不被限定于此。
实施例
首先，对于本实施例中使用的树脂膜的制造方法进行说明。
(用以形成第一包覆层及第二包覆层的树脂膜的制造)
将液态脂肪族环氧树脂(大赛璐化学工业株式会社制造的Celloxide 2021P)14质量份、三官能芳香族环氧树脂(株式会社Printec制造的VG3101)23质量份、固态双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制造的1006FS)25质量份、固态氢化双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制YX8040)38质量份、及光阳离子固化引发剂(株式会社ADEKA制造的SP-170)1质量份的各配合成分称量至玻璃容器内。向该玻璃容器内添加了作为溶剂的2-丁酮与甲苯的混合溶剂。在80℃的回流下搅拌了该玻璃容器内的配合物。由此得到了固体成分全部溶解的清漆。将所得的清漆用由聚四氟乙烯(PTFE)形成的孔径1μm的膜滤器过滤，除去固体状的异物后，进行了减压脱泡。使用株式会社HIRANO TECSEED制造的刮刀逗式涂布头(commacoater head)的多功能涂布机，将如上述制得的清漆涂布于PET膜(东洋纺绩株式会社制造的A4100)。使该涂布后的PET膜在125℃下干燥，制成了指定厚度的树脂层。在该树脂层上热层合了定向聚丙烯膜(OPP)作为覆盖膜(脱模膜)。由此得到了包覆层用树脂膜。此时，通过调整上述涂布时的厚度(涂布厚度)，使所得的包覆用树脂膜的厚度成为35μm。
(用以形成芯形成层的树脂膜的制造)
作为所用的材料，使用液态脂肪族环氧树脂(大赛璐化学工业株式会社制造的Celloxide2021P)23质量份、三官能芳香族环氧树脂(株式会社Printec制造的VG3101)21质量份、固态双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制造的1006FS)56质量份、光阳离子固化引发剂(株式会社ADEKA制造的SP-170)1质量份、及抗氧化剂(株式会社ADEKA制造的AO-60)0.3质量份，除此以外，与上述包覆层用树脂膜同样操作，制造了芯形成层用树脂膜。此时，通过调整布时的厚度(涂布厚度)，使所得的芯形成层用树脂膜的厚度成为25μm。
(折射率)
使用株式会社ATAGO制造的折射率测定装置，测定了使上述包覆层用树脂膜及上述芯形成层用树脂膜分别固化而得的固化物的折射率。其结果是，使包覆层用树脂膜固化而得的固化物(包覆层)的折射率为1.554，使芯形成层用树脂膜固化而得的固化物(芯部)的折射率为1.581。此外，从这些折射率算出的数值孔径(NA)为约0.29。
(光波导的制作)
(实施例)
首先，利用蚀刻除去了玻璃环氧基板(松下株式会社制造的R1515W)两面的铜箔。将该经蚀刻后的玻璃环氧基板作为基板而使用了。使用真空层合机(V-130)，将由上述方法制得的厚度35μm的包覆层用树脂膜层合于该基板的表面。接着，使用超高压汞灯，在2J/cm2的条件下对层合后的包覆层用树脂膜照射了紫外光。然后，剥离了包覆层用树脂膜的脱模膜。然后，通过在140℃下进行热处理，在基板上形成了包覆层用树脂膜固化而成的第一包覆层。接着，对该第一包覆层实施了氧等离子体处理后，使用真空层合机(V-130)将由上述方法制得的厚度25μm的芯层用树脂膜层合于其表面上。
然后，将玻璃掩膜5载置于芯形成层用树脂膜的表面上，如图15所示，该玻璃掩膜5形成有具有宽度25μm且长度100mm的开口部12、及位于开口两侧的10μm的透射率40％的半色调部11的图案。然后，使用将照射光调整成大致平行光的超高压汞灯，在2J/em2的光量下对芯形成层用树脂膜照射了紫外光。然后，在140℃下热处理10分钟，进行了使芯形成层用树脂膜的与开口及半色调部对应的部分的光固化。接着，使用超高压汞灯，在2J/cm2的光量下对芯形成层用树脂膜整体照射了紫外光，然后在140℃下热处理10分钟，进行了使芯形成层用树脂膜整体的固化。由此在第一包覆层上得到了具有芯部和侧面包覆部的芯形成层。
接着，对芯层实施了氧等离子体处理后，使用真空层合机(V-130)将用以形成第二包覆层的包覆层用树脂膜进行了层合。然后，使用超高压汞灯，在2J/cm2的光量下对上包覆层用树脂膜照射紫外光，进行热处理并使其固化，得到了由第一包覆层、具有芯部和侧面包覆部的芯形成层、及第二包覆层形成的光波导。
使用Pi PHOTONICS公司制造的定量相位显微镜，测定了所得光波导的芯形成层的折射率分布。实施例的光波导的照片及折射率分布示于图16。在图16中，下部表示芯形成层2的虚线处的截面的折射率分布，箭头由下向上表示折射率增加。由该折射率分布可以明确：比较例中，在侧面包覆部(B)中不包括折射率恒定的区域。
(比较例)
作为玻璃掩膜5，使用了半色调部11的透射率为10％的玻璃掩膜，除此以外，与实施例同样操作，制造光波导，测定了所得的光波导的芯形成层的折射率分布。比较例的光波导的照片及折射率分布示于图17。在图17中，下部也表示芯形成层2的虚线处的截面的折射率分布，箭头由下向上表示折射率增加。
(光强度分布测定)
如图18所示，关于光强度测定，使用单模光纤(SMF)作为光的入射侧电缆，并使用GI50的光纤(芯径50μm)作为光接收侧电缆来进行了。使用850nmVCSEL激光作为光源，用功率计测定了光强度。
将在无光波导的状态下将入射侧电缆与光接收侧电缆连接后测得的强度设为P0(图18(A))、并将在入射侧电缆与光接收侧电缆之间设有光波导的状态下测得的强度设为P1(图18(B))，以10l0g(P0/P1)的值对光强度进行了评价。测定光波导的射出侧的光强度分布时，入射侧电缆在光波导的位置固定，通过扫描光接收侧电缆而得到了光强度分布。
结果示于图19。
(考察)
由图19可知：与满足本发明的构成的实施例的光波导相比，比较例的光波导在区域(C)的光强度较大，而且在邻接的芯部附近的光强度也变大，串扰没有得到充分抑制。认为其原因在于：在区域(B)中不存在折射率恒定的部分，折射率从区域(B)向区域(C)连续变化。
本申请以2017年11月9日申请的日本国专利申请特愿2017-216095为基础，其内容包含于本申请中。
为了表现本发明，上文中参照具体实施例等通过实施方式对本发明进行了适当且充分的说明，但应该认识到本领域技术人员容易对前述实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变更实施方式或改良实施方式，只要是没有脱离权利要求书中记载的权利要求的保护范围的水平，则该变更实施方式或该改良实施方式可解释为被包含在该权利要求的保护范围内。
产业上的可利用性
本发明在有关光波导以及光电复合布线板的技术领域中具有广泛的产业上的可利用性。

Claims (9)

1.一种光波导，其特征在于包括：
高折射率的芯形成层；以及
低折射率的第一包覆层，与所述芯形成层的第一主面接合，其中，
所述芯形成层在其平面方向上具有芯部(A)、与所述芯部(A)的两侧邻接的侧面包覆部(B)、以及与所述侧面包覆部(B)的另一侧邻接的高折射率部(C)，
所述芯部(A)在其平面方向上具有中央区域以及GI区域，所述GI区域中折射率自所述中央区域起向所述芯部(A)与所述侧面包覆部(B)的界面连续降低，
所述侧面包覆部(B)具有折射率恒定的区域。
2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于：
所述芯部(A)中的所述中央区域的折射率为恒定。
3.根据权利要求1或2所述的光波导，其特征在于：
所述高折射率部(C)具有折射率恒定的区域。
4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于：
所述高折射率部(C)具有第二GI区域，所述第二GI区域中折射率自所述高折射率部(C)与所述侧面包覆部(B)的界面起向所述折射率恒定的区域连续增加。
5.根据权利要求3或4所述的光波导，其特征在于：
所述高折射率部(C)中的所述折射率恒定的区域的折射率同等于所述芯部(A)中的所述中央区域的折射率。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光波导，其特征在于：
所述芯形成层的固化度以整体区域计为50％以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光波导，其特征在于：
在所述芯形成层的另一主面接合有低折射率的第二包覆层。
8.一种光波导的制造方法，其特征是制造权利要求1～7中任一项所述的光波导的方法，所述光波导的制造方法包括依序进行下述步骤：
层叠步骤，将用以形成所述芯形成层的未固化的透明树脂膜抵接并贴合于所述第一包覆层；
第一曝光步骤，对于所述层叠步骤中所得的层叠体，使用具有开口部和位于所述开口部的侧缘部的20～80％透射率的半色调区域的掩膜，对相当于所述芯部(A)的部位和相当于所述侧面包覆部(B)的部位照射活性能量射线，使经照射的部分半固化；以及
第二曝光步骤，对所述透明树脂膜整体照射活性能量射线，使其进一步固化。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于还包括：
热处理步骤，在所述第一照射步骤与所述第二照射步骤之间，对所述层叠体进行热处理。
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