JP2001154044A - Optical waveguide substrate - Google Patents

Optical waveguide substrate

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JP2001154044A
JP2001154044A JP33998199A JP33998199A JP2001154044A JP 2001154044 A JP2001154044 A JP 2001154044A JP 33998199 A JP33998199 A JP 33998199A JP 33998199 A JP33998199 A JP 33998199A JP 2001154044 A JP2001154044 A JP 2001154044A
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optical waveguide
substrate
siloxane
optical
based polymer
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Takeshi Nakai
剛 仲井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that peelings or cracks are easily generated owing to the concentration of stresses in corner parts of the outside surface of the clad part in an optical waveguide, consisting of siloxane group polymer formed on a substrate and the reliability for the optical waveguide substrate is low. SOLUTION: In this optical waveguide substrate 6, where a three-dimensional waveguide shaped optical waveguide 4 provided with a clad part 2 made of siloxane group polymer having the outside surface nearly orthogonal to the upper surface and a core part 3 made of siloxane group polymer in the clad part 2 is formed on the upper surface of the substrate 1, the clad part 2 is provided with 2 μm or larger width between the outside surface and the core part 3, and respective corner parts 2a, 2b of the outside surface are provided with 20 μm or larger radius of curvature. Thus, stresses for the corner parts 2a, 2b of the clad part 2 are dispersed effectively and satisfacorily, and a highly reliable optical waveguide substrate 6, in which the film peeling from the corner parts 2a, 2b of the clad part 2 or cracks are difficult to generate, is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
コンピュータ等の光電子回路基板間の光通信接続部分あ
るいは光電子回路基板内の光電子素子間の光信号変換領
域に使用される、基板上に光導波路が形成されて成る光
導波路基板に関し、特に光学材料にシロキサン系ポリマ
を用いた光導波路のクラッド部への応力集中を緩和し
て、クラッド部の基板からの剥がれやクラックを発生し
にくくした、高信頼性の光導波路基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication connection between optoelectronic circuit boards such as an optical communication system and a computer or an optical signal conversion area between optoelectronic elements in an optoelectronic circuit board. With respect to the optical waveguide substrate having a waveguide formed thereon, in particular, stress concentration on the cladding portion of the optical waveguide using a siloxane-based polymer as an optical material is relieved, and peeling and cracking of the cladding portion from the substrate are less likely to occur. The present invention relates to a highly reliable optical waveguide substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信システムやコンピュータ等におけ
る情報処理の高速化・大容量化の要求に対し、電気信号
のみでは情報の伝送容量の制限や電磁誘導等による高速
化の制限があるため、集積回路素子間やそれらを搭載し
た回路基板間あるいは複数の回路基板を集積したボード
間の信号伝送について、光信号伝送を利用することが積
極的に進められている。この場合、伝送される信号の処
理は電子部品が担っているため、光信号伝送を利用した
情報処理には光信号と電気信号との間の信号変換を行な
うことが必要である。
2. Description of the Related Art In response to demands for high-speed and large-capacity information processing in optical communication systems, computers, and the like, there is a limitation on the transmission capacity of information only with electric signals and the speed-up due to electromagnetic induction or the like. For signal transmission between circuit elements, between circuit boards on which they are mounted, or between boards on which a plurality of circuit boards are integrated, the use of optical signal transmission has been actively promoted. In this case, since the processing of the transmitted signal is performed by electronic components, it is necessary to perform signal conversion between an optical signal and an electric signal for information processing using optical signal transmission.

【0003】そのような光信号と電気信号の信号変換領
域には、光ファイバもしくは光導波路による光信号の伝
送路や、レーザダイオード・フォトダイオード等の光電
子変換素子、光電子変換素子と電子回路とを組み合わせ
たOEIC(光電集積回路)や光信号のみで情報処理す
る光IC、電子素子の制御や電気信号の処理を行なうた
めのIC・LSI等の集積回路素子や電子部品を高速で
駆動するための高周波電気回路等が混在することにな
る。
[0003] In such a signal conversion region between an optical signal and an electric signal, a transmission path of an optical signal by an optical fiber or an optical waveguide, an optoelectronic conversion element such as a laser diode or a photodiode, an optoelectronic conversion element and an electronic circuit are provided. High-speed driving of integrated circuit elements and electronic components such as combined OEICs (optical integrated circuits), optical ICs that process information only with optical signals, and ICs and LSIs for controlling electronic elements and processing electrical signals. High frequency electric circuits and the like are mixed.

【0004】従来、このような光信号と電気信号との信
号変換領域には個別の光部品および電子部品により組み
立てられたモジュールが用いられていたが、光信号と電
気信号との信号変換領域においてさらなる光部品・電子
部品の高密度実装化および光接続の高効率化を図るべ
く、1つの基板上に受発光素子等の光電子変換素子およ
び光導波路、ならびに受発光制御用LSIやOEIC・
光IC・OEIC制御用LSIをはじめとする集積回路
素子、さらには高周波電気回路等を混在させた、光電子
マルチチップモジュール(OE−MCM)といわれるよ
うな光電子混在基板について、実用化に向けた研究開発
が進められている。
Conventionally, a module assembled from individual optical components and electronic components has been used in such a signal conversion region between an optical signal and an electric signal. In order to achieve further high-density mounting of optical components and electronic components and high efficiency of optical connection, a photoelectric conversion element such as a light emitting / receiving element and an optical waveguide, a light emitting / receiving control LSI and an OEIC.
Research on practical use of opto-electronic mixed board called OE-MCM, in which integrated circuit elements such as optical IC / OEIC control LSIs and high-frequency electric circuits are mixed. Development is underway.

【0005】このOE−MCMに用いられる3次元導波
路形状の光導波路としては、従来より無機系光学材料に
よる光導波路、例えば石英ガラス基板やシリコン基板上
に火炎体積法により成膜したシリカ膜を利用して3次元
形状のクラッドおよびコア部を形成したシリカ系光導波
路や、ニオブ酸リチウム単結晶をクラッド部とし、この
基板上に3次元導波路上にチタンを熱拡散してコア部を
形成した光導波路等が用いられている。
As an optical waveguide having a three-dimensional waveguide shape used in the OE-MCM, an optical waveguide made of an inorganic optical material, for example, a silica film formed on a quartz glass substrate or a silicon substrate by a flame volume method is conventionally used. Using a silica-based optical waveguide or a lithium niobate single crystal as a cladding part with a three-dimensional cladding and core part formed by using it, titanium is thermally diffused on this three-dimensional waveguide on this substrate to form a core part. Optical waveguides and the like are used.

【0006】しかしながら、これら無機系光学材料によ
る光導波路は、作製時に1000℃以上の高温による熱処理
が必要なため、作製が容易ではなく基板材料等に対する
制約も大きいという問題点があった。そこで、これらの
無機系光学材料による光導波路に代えて、種々の基板上
へ低温での膜形成が可能な有機系光学材料による光導波
路を利用することが検討されている。このような有機系
光学材料としてはシロキサン系ポリマ・ポリイミド・ベ
ンゾシクロブテン・PMMA(ポリメチルメタアクリレ
ート)等が検討されているが、中でもシロキサン系ポリ
マは光学特性やコストなどに優れ、実用化が期待されて
いる。
However, such an optical waveguide made of an inorganic optical material has a problem that it requires a heat treatment at a high temperature of 1000 ° C. or more at the time of production, so that it is not easy to produce and there is a great restriction on a substrate material and the like. Therefore, use of an optical waveguide made of an organic optical material capable of forming a film at low temperature on various substrates is being studied instead of the optical waveguide made of the inorganic optical material. As such organic optical materials, siloxane-based polymers, polyimides, benzocyclobutenes, PMMA (polymethyl methacrylate), and the like have been studied. Among them, siloxane-based polymers have excellent optical properties and costs, and are practically used. Expected.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なシロキサン系ポリマから成る光導波路に対しては、支
持基板が単結晶シリコン・石英ガラス・セラミックスが
一般的であるが、これらはいずれもシロキサン系ポリマ
と比較して熱膨張係数が小さいものである。また、光部
品の実装にはAu−Sn半田が一般的に用いられるが、
実装時にはその融点である約280 ℃よりも約50℃高い33
0 ℃程度まで光導波路基板が加熱されるため、この実装
時の熱処理に伴って上記の熱膨張係数の差から基板と光
導波路との間に熱応力が増大することとなり、特に基板
上に略垂直に形成される光導波路層の外側面の四隅の角
部や、光電子混在基板に光部品等の素子を実装するため
に光導波路層に設ける開口部の四隅における外側面の角
部等には、角部の先端部分に熱応力が集中することとな
って、この部分から光導波路層の剥がれまたは光導波路
層のクラックが発生しやすいという問題点があった。
However, for an optical waveguide made of a siloxane-based polymer as described above, the support substrate is generally made of single-crystal silicon, quartz glass, or ceramics. It has a smaller coefficient of thermal expansion as compared with the base polymer. Au-Sn solder is generally used for mounting optical components,
At the time of mounting, it is about 50 ° C higher than its melting point of about 280 ° C33
Since the optical waveguide substrate is heated to about 0 ° C., the thermal stress between the substrate and the optical waveguide increases due to the difference in the coefficient of thermal expansion accompanying the heat treatment at the time of this mounting. The four corners of the outer surface of the vertically formed optical waveguide layer and the outer surface corners of the four corners of the opening provided in the optical waveguide layer for mounting elements such as optical components on the optoelectronic mixed substrate are included. In addition, thermal stress concentrates on the tip of the corner, and there is a problem that the optical waveguide layer is easily peeled from this portion or cracks of the optical waveguide layer are easily generated.

【0008】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みて案出されたものであり、その目的は、基板上に形成
されたシロキサン系ポリマから成る光導波路に対する外
側面の角部への応力集中を緩和し、光導波路層の膜剥が
れまたはクラックが発生しにくい構造を持つ、高信頼性
の光導波路基板を提供することにある。
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has as its object to concentrate stress on a corner of an outer surface of an optical waveguide made of a siloxane-based polymer formed on a substrate. It is an object of the present invention to provide a highly reliable optical waveguide substrate having a structure in which film peeling or cracking of an optical waveguide layer is less likely to occur.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路基板
は、基板の上面に、この上面に対して略垂直な外側面を
有するシロキサン系ポリマ製のクラッド部とこのクラッ
ド部中のシロキサン系ポリマ製のコア部とを具備する3
次元導波路形状の光導波路が形成されて成る光導波路基
板において、前記クラッド部は、前記外側面と前記コア
部との間で20μm以上の幅を有するとともに、前記外側
面の各角部を20μm以上の曲率半径を有するものとして
あることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided an optical waveguide substrate comprising a siloxane-based polymer clad portion having an outer surface substantially perpendicular to the upper surface of the substrate, and a siloxane-based polymer in the clad portion. Having a core part made of
In the optical waveguide substrate formed with a two-dimensional waveguide shape optical waveguide, the clad portion has a width of 20 μm or more between the outer surface and the core portion, and each corner of the outer surface has a width of 20 μm. It is characterized by having the above radius of curvature.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の光導波路基板によれば、
光導波路層の支持基板上にシロキサン系ポリマから成る
光導波路が形成されている光導波路基板において、導波
路層のクラッド部の基板に略垂直な外側面について、こ
のクラッド部の外側面とコア部との間で20μm以上の幅
を有するとともに、この外側面の各角部を20μm以上の
曲率半径を有するものとし、クラッド部の外側面の角の
先端部分に曲率半径が20μm以上である円弧部を付設し
たことにより、これら各角部に対する応力が分散され、
その結果、角部からの膜剥がれまたはクラックが発生し
にくいシロキサン系ポリマから成る光導波路を形成し
た、高信頼性の光導波路基板となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the optical waveguide substrate of the present invention,
In an optical waveguide substrate in which an optical waveguide made of a siloxane-based polymer is formed on a support substrate of an optical waveguide layer, an outer surface of the cladding portion of the waveguide layer that is substantially perpendicular to the substrate and an outer surface of the cladding portion and the core portion Between the outer surface of the cladding portion and the outer end of the cladding portion, the radius of curvature of which is 20 μm or more. With the addition of, stress on each of these corners is dispersed,
As a result, a highly reliable optical waveguide substrate in which an optical waveguide made of a siloxane-based polymer in which film peeling or cracking from corners is less likely to be formed is formed.

【0011】以下、本発明の光導波路基板を図面を参照
しつつ説明する。
Hereinafter, an optical waveguide substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の光導波路基板の実施の形態
の一例を示す斜視図であり、図2(a)はその平面図、
(b)はその断面図である。これらの図において、支持
基板としての基板1上に、シロキサン系ポリマから成り
互いに屈折率の異なるクラッド部2とこのクラッド部2
中に形成されたコア部3とを具備する光導波路4が形成
されており、このコア部3中を光信号が伝送される。ま
た、この光導波路4にはそのコア部3の途中に、光信号
の入出力を行ない、これを制御するための光電子素子等
(図示せず)を実装するための開口部5を設けている。
なお、図1においてはクラッド部2の一部を透視した状
態で、その部分の基板1およびコア部3を破線で示して
いる。これらにより、本発明の光導波路基板6が構成さ
れる。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an optical waveguide substrate according to the present invention, and FIG.
(B) is a sectional view thereof. In these figures, a clad 2 made of a siloxane polymer and having different refractive indices and a clad 2 are formed on a substrate 1 as a support substrate.
An optical waveguide 4 having a core portion 3 formed therein is formed, and an optical signal is transmitted through the core portion 3. The optical waveguide 4 is provided with an opening 5 in the middle of the core 3 for inputting / outputting an optical signal and mounting an optoelectronic element or the like (not shown) for controlling the input / output. .
In FIG. 1, a part of the cladding part 2 is seen through, and the substrate 1 and the core part 3 in that part are shown by broken lines. These constitute the optical waveguide substrate 6 of the present invention.

【0013】そして、本発明の光導波路基板6において
は、クラッド部2は、その基板1の上面に対して略垂直
な外側面を有しており、コア部3とこれを取り囲む外側
面との間で20μm以上の幅を有するものとするととも
に、外側面の各角部、すなわちこの例では外周側の外側
面の各角部2aおよび開口部5側の外側面の各角部2b
を、いずれも20μm以上の曲率半径を有する円弧状とし
てあることが特徴である。これにより、従来のように各
角部が略直角であった場合にはそこへの応力の集中が著
しかったものが、その応力を分散させて緩和させること
ができ、クラッド部2の各角部2a・2bからの剥がれ
やクラックの発生を有効に防止することができる。
In the optical waveguide substrate 6 according to the present invention, the clad portion 2 has an outer surface substantially perpendicular to the upper surface of the substrate 1, and the clad portion 2 is formed between the core portion 3 and the outer surface surrounding the core portion. In addition, each of the corners 2a of the outer surface on the outer peripheral side and each of the corners 2b of the outer surface on the opening 5 side in this example.
Are characterized in that each of them has an arc shape having a radius of curvature of 20 μm or more. Thus, when each corner is substantially right angle as in the conventional case, the concentration of stress on the corner is remarkable, but the stress can be dispersed and relieved, and each corner of the clad portion 2 can be relaxed. Peeling from 2a and 2b and generation of cracks can be effectively prevented.

【0014】本発明の光導波路基板6において、基板1
は光導波路4の支持基板として機能するものであり、光
集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板と
して使用される種々の基板、例えばシリコン基板やアル
ミナセラミックス基板・ガラスセラミックス基板・多層
セラミック配線基板等が使用できる。
In the optical waveguide substrate 6 of the present invention, the substrate 1
Serves as a support substrate for the optical waveguide 4, and various substrates used as substrates for handling optical signals, such as an optical integrated circuit substrate and a photoelectric mixed substrate, such as a silicon substrate, an alumina ceramic substrate, a glass ceramic substrate, and a multilayer A ceramic wiring board or the like can be used.

【0015】光導波路4のクラッド部2およびコア部3
をシロキサン系ポリマにより形成するには、その作製に
用いるシロキサン系ポリマ膜形成溶液としては、例えば
末端基にフェニル基あるいはメチル基を有するシロキサ
ン系ポリマやブチル基・プロピル基等のアルキル基、フ
ェニル基・トリル基等のアリール基、また一部がフッ素
で置換された官能基、水酸基等を末端基に有するシロキ
サン系ポリマと、プロピレングリコールモノエーテルや
3メトキシ3メチル1ブタノール・エチレングリコール
モノメチルエーテルとの混合溶液を用いると好適であ
る。
The cladding 2 and the core 3 of the optical waveguide 4
Is formed from a siloxane-based polymer. For example, the siloxane-based polymer film forming solution used for the preparation may be a siloxane-based polymer having a phenyl group or a methyl group at an end group, an alkyl group such as a butyl group or a propyl group, or a phenyl group.・ Synthesis of siloxane-based polymer having an aryl group such as a tolyl group, a functional group partially substituted with fluorine, a hydroxyl group, etc. at the end group with propylene glycol monoether or 3methoxy-3-methyl-1-butanol / ethylene glycol monomethyl ether It is preferable to use a mixed solution.

【0016】また、シロキサン系ポリマ膜形成用溶液に
添加する金属アルコキシドとしては、例えばテトラ−n
−ブトキシチタンやテトラメトキシチタン・テトラプロ
ポキシチタン・テトラメトキシゲルマニウム・テトラエ
トキシゲルマニウム・テトラエトキシゲルマニウム・ト
リメトキシエルビウムがあり、中でも同じ金属種のアル
コレートにおいてはC(炭素)の数の多いアルコレート
を用いると、化学的な安定性がC数の少ないものよりも
優れ、混合の際にゲル化を起こしにくく容易に混合可能
となって好適である。
As the metal alkoxide to be added to the siloxane-based polymer film forming solution, for example, tetra-n
-Butoxytitanium, tetramethoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetramethoxygermanium, tetraethoxygermanium, tetraethoxygermanium, trimethoxyerbium, among which alcoholates of the same metal type have a large number of C (carbon). When it is used, it is preferable because it has better chemical stability than those having a small number of C, and hardly causes gelation upon mixing and can be easily mixed.

【0017】この金属アルコキシドの添加量は、前記原
料のそれぞれの組み合わせによるシロキサン系ポリマ膜
形成用溶液に対して、金属アルコキシドの添加量に対す
るポリマ膜の屈折率を予め測定しておき、それに基づい
て所望の添加量に設定すればよい。
The amount of addition of the metal alkoxide is determined by measuring the refractive index of the polymer film with respect to the amount of addition of the metal alkoxide in advance with respect to the siloxane-based polymer film forming solution obtained by combining each of the raw materials. What is necessary is just to set to a desired addition amount.

【0018】また、金属アルコキシドを添加する方法な
らびに条件としては、例えば十分な量のアルコールによ
りアルコレートを希釈し、還流しながらシロキサン系ポ
リマ膜形成用溶液に混合するとよい。なお、このときに
用いるアルコールはアルコレートのアルコキシに一致す
るものが良い。
As a method and conditions for adding the metal alkoxide, for example, the alcoholate may be diluted with a sufficient amount of alcohol and mixed with the siloxane-based polymer film forming solution while refluxing. The alcohol used at this time is preferably the same as the alcohol of the alcoholate.

【0019】このようにシロキサン系ポリマ膜形成用溶
液に金属アルコキシドを添加することによってシロキサ
ン系ポリマ膜形成用溶液に金属アルコキシドを任意の割
合で点か混合させて金属含有シロキサン系ポリマ膜を形
成することができ、光導波路の屈折率を制御することが
可能となる。
By adding the metal alkoxide to the siloxane-based polymer film forming solution as described above, the metal alkoxide is mixed at an arbitrary ratio into the siloxane-based polymer film forming solution to form a metal-containing siloxane-based polymer film. And the refractive index of the optical waveguide can be controlled.

【0020】これらシロキサン系ポリマ膜形成用溶液を
スピンコート法やディップコート法・ローラーコート法
等の塗布法により、基板上に塗布した後、例えばオーブ
ンやホットプレート等により270 ℃程度の加熱処理を行
なって熱重合させることにより、シロキサン結合の架橋
反応が進んでシリカ系のシロキサン系ポリマ被膜が得ら
れる。
After the siloxane-based polymer film forming solution is applied onto a substrate by a coating method such as a spin coating method, a dip coating method, or a roller coating method, a heat treatment at about 270 ° C. is performed using, for example, an oven or a hot plate. By carrying out the thermal polymerization, the crosslinking reaction of the siloxane bond proceeds to obtain a silica-based siloxane-based polymer film.

【0021】このようなシロキサン系ポリマにより光導
波路4を形成するには、コア部3の寸法はこれに外部の
光回路と光信号をやりとりするための光ファイバとの接
続を考えると、通常は約3μm以上必要となる。また、
光の漏洩を少なくするためには、全体の厚みは約10μm
以上とするとよい。
In order to form the optical waveguide 4 from such a siloxane-based polymer, the dimensions of the core portion 3 are usually determined in consideration of the connection between the core portion 3 and an optical fiber for exchanging optical signals with an external optical circuit. About 3 μm or more is required. Also,
To reduce light leakage, the overall thickness is about 10 μm
It is good to do above.

【0022】上記のようにして得られたシロキサン系ポ
リマ膜には、通常20MPa程度の内部応力が存在し、シ
ロキサン系ポリマから成るクラッド部の厚みが約10μm
以上のとき、すなわち全応力が約200 N/m以上のとき
に、クラッド部2の外側面の角部がほぼ直角であると、
応力がクラッド部2と基板1との接着力に勝つこととな
って、その角部の先端の部分に膜剥がれやクラックが発
生する。実際には、クラッド部2の外側面の角部がほぼ
直角であると、約200 N/mよりもさらに応力が集中す
ることとなり、有限要素法による数値計算を行なった結
果では約325 N/mで膜剥がれやクラックが発生するこ
とから、それ以上の応力が集中していると推定される。
The siloxane-based polymer film obtained as described above usually has an internal stress of about 20 MPa, and the thickness of the clad portion made of the siloxane-based polymer is about 10 μm.
In the above case, that is, when the total stress is about 200 N / m or more, if the corner of the outer surface of the clad part 2 is substantially perpendicular,
The stress overcomes the adhesive strength between the clad portion 2 and the substrate 1, causing film peeling and cracking at the tip of the corner. Actually, when the corners of the outer surface of the cladding part 2 are substantially perpendicular, stress is concentrated more than about 200 N / m, and as a result of performing a numerical calculation by the finite element method, about 325 N / m Since film peeling and cracks occur at m, it is estimated that more stress is concentrated.

【0023】このようなクラッド部2の角部が直角であ
る場合の角部の先端への応力の集中は、クラッド部2の
膜の平面において角部を構成する一辺の側でその辺と直
角の方向に伸びようとする力が発生し、もう一方の辺の
側でも同様の力が発生して、その2つの力が角部の頂点
にかかることによって発生するものである。なお、この
ような角部への応力集中は、外側面において先端が外側
に向いている前記のクラッド部2の角部2aのような部
分では、角部2aが圧縮される力が作用するため剥がれ
が発生しやすくなる傾向がある。一方、外側面において
開口部5の開口角部に当たる角部2bのような部分で
は、角部2bにおいて引っ張られる力が作用するため、
クラックが発生し、その後クラック発生部分から剥がれ
が発生しやすくなる傾向がある。
When the corners of the cladding 2 are perpendicular to each other, the concentration of stress on the tip of the corners is caused by the fact that one side forming the corners on the plane of the film of the cladding 2 is perpendicular to the side. And the same force is also generated on the other side, and the two forces are applied to the vertices of the corners. It is to be noted that such stress concentration on the corner portion is caused by a force for compressing the corner portion 2a at a portion such as the corner portion 2a of the clad portion 2 having a tip facing outward on the outer surface. Peeling tends to occur. On the other hand, in a portion such as the corner 2b corresponding to the opening corner of the opening 5 on the outer surface, a pulling force acts on the corner 2b.
Cracks tend to occur, and thereafter, peeling is likely to occur from the cracked portions.

【0024】このような応力の集中を緩和するために、
クラッド部2の外側面の角部の構造を、所定の曲率半径
を有する円弧状のものとすることにより、角部の頂点の
一点に応力が集中するのを避け、応力を分散することが
可能となる。このようなモデルにおいて数値計算を行な
った結果を図3に線図で示す。
In order to reduce such concentration of stress,
By making the structure of the corner portion of the outer surface of the clad portion 2 an arc shape having a predetermined radius of curvature, it is possible to prevent stress from being concentrated at one point of the corner vertex and to disperse the stress. Becomes FIG. 3 is a diagram showing the results of numerical calculations performed on such a model.

【0025】図3において、横軸はシロキサン系ポリマ
から成るクラッド部2の外側面の角部に設けた円弧部の
曲率半径R(単位:μm)を、縦軸はそのときの角部に
集中した全応力の最大値(単位:N/m)を表し、黒四
角およびそれらを結ぶ実線は曲率半径Rに対する全応力
の変化を示している。図3に示す結果より、角部の曲率
半径Rが大きくなるにつれて応力が分散して全応力が小
さくなっていくことが分かり、特に20μm以上の曲率半
径とすることで、全応力は300 N/mを下回るようにな
り、シロキサン系ポリマから成るクラッド部に剥がれや
クラックが発生する全応力である約325 N/mを下回る
ものとすることが分かる。
In FIG. 3, the abscissa represents the radius of curvature R (unit: μm) of the arc portion provided at the corner of the outer surface of the cladding portion 2 made of a siloxane polymer, and the ordinate represents the corner at that time. The maximum value (unit: N / m) of the calculated total stress is shown, and a black square and a solid line connecting them indicate a change in the total stress with respect to the radius of curvature R. From the results shown in FIG. 3, it can be seen that the stress is dispersed and the total stress becomes smaller as the radius of curvature R of the corner becomes larger. In particular, by setting the radius of curvature to 20 μm or more, the total stress becomes 300 N / m, which is smaller than about 325 N / m, which is the total stress at which peeling or cracking occurs in the cladding portion made of the siloxane-based polymer.

【0026】また、以下で示す実施例からも、シロキサ
ン系ポリマから成る厚みが10μm以上の光導波路のクラ
ッド部に対して、外側面の角部を円弧状とし、その曲率
半径Rを20μm以上とすることにより、角部への応力の
集中が緩和され、クラッド部の剥がれやクラックの発生
を有効に防止できることが分かった。
Also, from the examples described below, the outer corners of the cladding portion of the optical waveguide having a thickness of 10 μm or more made of a siloxane-based polymer are formed in an arc shape, and the radius of curvature R is set to 20 μm or more. By doing so, it was found that the concentration of stress on the corners was alleviated, and peeling and cracking of the clad could be effectively prevented.

【0027】また、基板1上面へのクラッド部2の十分
な密着性を確保するには、外側面の角部を20μm以上の
曲率半径を有するものとすることと合わせて、外側面と
コア部との間、複数のコア部を形成した場合には最も外
側に位置するコア部との間の幅を、20μm以上確保する
ことが好ましく、これらによりシロキサン系ポリマから
成るクラッド部の基板からの剥がれやクラックの発生を
さらに有効に防止でき、高信頼性の光導波路基板を得る
ことができることを見出した。
Further, in order to ensure sufficient adhesion of the clad portion 2 to the upper surface of the substrate 1, the corner portion of the outer surface has a radius of curvature of 20 μm or more, and the outer surface and the core portion When a plurality of core portions are formed, it is preferable to secure a width between the outermost core portion and the outermost core portion of 20 μm or more, whereby the cladding portion made of a siloxane-based polymer is separated from the substrate. It has been found that the generation of cracks and cracks can be more effectively prevented, and a highly reliable optical waveguide substrate can be obtained.

【0028】なお、クラッド部の外側面とコア部との間
の幅は、20μm以上であれば特に角部への応力の集中に
は影響しないので、光導波路基板の目的や仕様に応じ
て、またクラッド部の各角部において所望の曲率半径を
持たせることができるような、必要な寸法を用いればよ
い。
If the width between the outer surface of the clad portion and the core portion is not less than 20 μm, it does not particularly affect the concentration of stress on the corners. Therefore, depending on the purpose and specifications of the optical waveguide substrate, In addition, a necessary dimension may be used so that each corner of the clad has a desired radius of curvature.

【0029】また、クラッド部の各角部の曲率半径は、
20μm以上であれば剥がれやクラックの発生が十分に抑
えられ、図3に示す結果から、角部に加わる全応力は曲
率半径が大きくなるにつれて低下し、曲率半径がある程
度以上の大きさになると飽和して一定値に近づくことが
分かる。通常は500 μm以上の曲率半径であれば全応力
の低下にはほとんど変化が見られず、実用上無視し得る
レベルとなる。従って、クラッド部の各角部の曲率半径
は、20μm以上であって、500 μm程度までとすれば十
分である。
The radius of curvature of each corner of the cladding is:
If it is 20 μm or more, the occurrence of peeling and cracks is sufficiently suppressed, and from the results shown in FIG. 3, the total stress applied to the corners decreases as the radius of curvature increases, and becomes saturated when the radius of curvature exceeds a certain level. It can be seen that the value approaches a certain value. Normally, if the radius of curvature is 500 μm or more, there is almost no change in the reduction of the total stress, which is negligible in practical use. Accordingly, it is sufficient that the radius of curvature of each corner of the cladding is 20 μm or more and up to about 500 μm.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の光導波路基板について具体例
を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific examples of the optical waveguide substrate of the present invention will be described.

【0031】まず、アルミナ支持基板上にシロキサン系
ポリマ溶液を塗布し、85℃/30分および270 ℃/30分の
熱処理を行ない、厚さ15μmのクラッド層(屈折率1.44
05、λ=1.3 μm)を形成した。
First, a siloxane-based polymer solution was applied on an alumina support substrate, and heat-treated at 85 ° C./30 minutes and 270 ° C./30 minutes to form a 15 μm-thick cladding layer (refractive index 1.44).
05, λ = 1.3 μm).

【0032】次に、シロキサン系ポリマとテトラ−n−
ブトキシチタンとの混合液を用いて厚さ6μmのコア層
(屈折率1.4450、λ=1.3 μm)を形成した。
Next, a siloxane-based polymer and tetra-n-
A 6 μm-thick core layer (refractive index: 1.4450, λ = 1.3 μm) was formed using a mixed solution with butoxytitanium.

【0033】続いて、コア部の加工の際にマスクとなる
厚さ0.5 μmのアルミニウム膜をスパッタリング法によ
り形成し、その上にコア部のパターンとなるライン幅3
μmのレジストパターンをフォトリソグラフィ手法によ
り形成した。
Subsequently, an aluminum film having a thickness of 0.5 μm serving as a mask when processing the core portion is formed by a sputtering method, and a line width 3 serving as a pattern of the core portion is formed thereon.
A μm resist pattern was formed by photolithography.

【0034】次いで、燐酸−酢酸−硝酸の混合溶液によ
りアルミニウム膜をエッチングし、レジストパターンが
転写されたアルミニウムパターンを得た。
Next, the aluminum film was etched with a mixed solution of phosphoric acid-acetic acid-nitric acid to obtain an aluminum pattern to which a resist pattern was transferred.

【0035】次いで、レジストを除去した後、RIE
(リアクティブイオンエッチング)法によりコア部のパ
ターニングを行なった。ここではRIEの条件は酸素60
sccm・圧力5Pa・出力600 Wとし、断面がほぼ矩
形のコア部を形成した。
Next, after removing the resist, RIE
The core portion was patterned by the (reactive ion etching) method. Here, the RIE condition is oxygen 60
Sccm, pressure 5 Pa, output 600 W, and a substantially rectangular core section were formed.

【0036】その後、アルミニウムパターンを除去し、
上記と同様にしてクラッド層(屈折率1.4405、λ=1.3
μm)を形成した。
Thereafter, the aluminum pattern is removed,
In the same manner as above, the cladding layer (refractive index 1.4405, λ = 1.3
μm).

【0037】続いて、開口部の加工の際にコア部加工と
同様にマスクとなる厚さ0.5 μmのアルミニウム膜をス
パッタリング法により形成し、開口部のレジストパター
ンをフォトリソグラフィ手法により形成した。そして、
シロキサン系ポリマから成るクラッド部の角部となる箇
所にはそれぞれ円弧となる形状を設け、その曲率半径を
30μm・25μm・20μm・15μm・10μm・5μm・直
角と変えたものを作製した。なお、開口部の開口サイズ
は1000μm×300 μmとした。
Subsequently, a 0.5 μm-thick aluminum film serving as a mask was formed by sputtering in the same manner as in the core processing when the opening was processed, and a resist pattern in the opening was formed by photolithography. And
Each of the corners of the cladding portion made of a siloxane-based polymer is provided with an arc shape, and the radius of curvature is
30 μm, 25 μm, 20 μm, 15 μm, 10 μm, 5 μm and right angles were prepared. The opening size of the opening was 1000 μm × 300 μm.

【0038】次いで、燐酸−酢酸−硝酸の混合溶液によ
りアルミニウム膜をエッチングし、レジストパターンが
転写されたアルミニウムパターンを得た。
Next, the aluminum film was etched with a mixed solution of phosphoric acid-acetic acid-nitric acid to obtain an aluminum pattern to which a resist pattern was transferred.

【0039】次いで、レジストを除去した後、RIE法
によりパターニングを行なった。ここではRIEの条件
は酸素60sccm・圧力5Pa・出力600 Wとし、断面
がほぼ矩形のコア部を形成した。
Next, after removing the resist, patterning was performed by the RIE method. Here, the RIE conditions were oxygen 60 sccm, pressure 5 Pa, output 600 W, and a core part having a substantially rectangular cross section was formed.

【0040】以上により、コア部のサイズが3μm×3
μm、コア部の屈折率が1.4450、クラッド部の屈折率が
1.4405、クラッド部の全厚みが10μmのシロキサン系ポ
リマ製の埋め込み型光導波路の各試料を作製した。な
お、クラッド部の外側面とコア部との間のクラッド部の
幅は約3mmとした。
As described above, the size of the core portion is 3 μm × 3
μm, the refractive index of the core is 1.4450, and the refractive index of the cladding is
Each sample of an embedded optical waveguide made of a siloxane-based polymer having a total thickness of 1.4405 and a cladding of 10 μm was prepared. The width of the clad between the outer surface of the clad and the core was about 3 mm.

【0041】これらの試料を用いて、耐熱性試験を行な
った。試験方法としては、ホットプレート上に光導波路
基板を置き、ホットプレート上に熱電対を設置して温度
をモニターしながら330 ℃まで加熱して、その後自然冷
却し、クラッド部の剥がれの発生およびクラックの発生
の有無を双眼顕微鏡で観察して評価した。その結果は表
1に示すようになった。
A heat resistance test was conducted using these samples. As a test method, the optical waveguide substrate was placed on a hot plate, a thermocouple was placed on the hot plate, and the temperature was monitored to 330 ° C while monitoring the temperature. Was evaluated by observing with a binocular microscope. The results are as shown in Table 1.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】表1に示す結果より分かるように、曲率半
径が直角・5μm・10μmの試料ではクラッド部の角部
にクラックが発生し、その周辺に膜剥がれが見られた。
15μmではわずかだが部分的に膜剥がれ・クラックが有
り、光導波路基板の信頼性としては不充分なものであっ
た。これに対し、曲率半径が20μm以上では膜剥がれ・
クラックは見られなかった。
As can be seen from the results shown in Table 1, cracks were generated at the corners of the clad portion in the samples having the curvature radii of right angles, 5 μm and 10 μm, and film peeling was observed around the corners.
At 15 μm, there was slight but partial film peeling and cracking, and the reliability of the optical waveguide substrate was insufficient. On the other hand, if the radius of curvature is 20 μm or more,
No cracks were seen.

【0044】以上の結果から、10μm以上の厚みのシロ
キサン系ポリマから成るクラッド部を有する光導波路に
対して、基板に略垂直なクラッド部の外側面の角部の形
状をその曲率半径Rが20μm以上のものとしたとき、角
部に対する応力集中が緩和され、クラッド部の外側面の
角部における膜剥がれ・クラックの発生が有効に防止で
きることが確認できた。
From the above results, for the optical waveguide having a cladding portion made of a siloxane-based polymer having a thickness of 10 μm or more, the shape of the corner of the outer surface of the cladding portion substantially perpendicular to the substrate has a curvature radius R of 20 μm. In the case of the above, it was confirmed that the concentration of stress on the corners was reduced, and the occurrence of film peeling and cracking at the corners on the outer surface of the clad portion could be effectively prevented.

【0045】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。
It should be noted that the above is merely an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment. Various modifications and improvements may be made without departing from the gist of the present invention. No problem.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、本発明の光導波路基板に
よれば、基板の上面に、この上面に対して略垂直な外側
面を有するシロキサン系ポリマから成るのクラッド部と
このクラッド部中のシロキサン系ポリマから成るのコア
部とを具備する3次元導波路形状の光導波路が形成され
て成る光導波路基板において、クラッド部を、外側面と
コア部との間で20μm以上の幅を有するとともに、外側
面の各角部を20μm以上の曲率半径を有するものとした
ことから、クラッド部の外側面の角部への応力が効果的
にかつ十分に分散され、その結果、クラッド部の外側面
の角部からの剥がれまたはクラックが発生しにくい、高
信頼性の光導波路基板を提供することができた。
As described above, according to the optical waveguide substrate of the present invention, a cladding portion made of a siloxane-based polymer having an outer surface substantially perpendicular to the upper surface of the substrate is formed on the upper surface of the substrate. An optical waveguide substrate comprising a three-dimensional optical waveguide having a core portion made of a siloxane-based polymer having a width of at least 20 μm between the outer surface and the core portion. In addition, since each corner of the outer surface has a radius of curvature of 20 μm or more, stress on the corner of the outer surface of the cladding is effectively and sufficiently dispersed, and as a result, the outer portion of the cladding is It is possible to provide a highly reliable optical waveguide substrate in which peeling or cracking does not easily occur from the corners of the side surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光導波路基板の実施の形態の一例を示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an optical waveguide substrate according to the present invention.

【図2】(a)および(b)は、それぞれ図1に示す光
導波路基板の平面図および断面図である。
FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the optical waveguide substrate shown in FIG. 1, respectively.

【図3】光導波路のクラッド部の外側面の角部における
曲率半径Rと全応力との関係を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a radius of curvature R and a total stress at a corner of an outer surface of a clad portion of the optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・クラッド部 2a、2b・・・角部 3・・・コア部 4・・・光導波路 5・・・開口部 6・・・光導波路基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Cladding part 2a, 2b ... Corner part 3 ... Core part 4 ... Optical waveguide 5 ... Opening 6 ... Optical waveguide board

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上面に、該上面に対して略垂直な
外側面を有するシロキサン系ポリマ製のクラッド部と該
クラッド部中のシロキサン系ポリマ製のコア部とを具備
する3次元導波路形状の光導波路が形成されて成る光導
波路基板において、前記クラッド部は、前記外側面と前
記コア部との間で20μm以上の幅を有するとともに、
前記外側面の各角部を20μm以上の曲率半径を有する
ものとしてあることを特徴とする光導波路基板。
1. A three-dimensional waveguide comprising, on an upper surface of a substrate, a siloxane-based polymer clad portion having an outer surface substantially perpendicular to the upper surface, and a siloxane-based polymer core portion in the clad portion. In the optical waveguide substrate formed with a shaped optical waveguide, the clad portion has a width of 20 μm or more between the outer surface and the core portion,
An optical waveguide substrate, wherein each corner of the outer surface has a radius of curvature of 20 μm or more.
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