JP2007033831A - フレキシブル光導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキシブル性能を確保しつつ、接合部におけるコアの位置ずれを防いで、高精度で実装できることを課題とする。
【解決手段】 架橋部材１８を埋設することによって、高分子光導波路フィルム１０の伝播方向の端部が補強される。これにより、高分子光導波路フィルム１０をサブマウント７２に実装する際に、高分子光導波路フィルム１０の端部をピックアップしたり、サブマウント７２に向けて加圧しても、高分子光導波路フィルム１０の端部が変形しない。したがって、高分子光導波路フィルム１０の端部に形成されたアライメントマークがずれたり、端部のコア１４間の位置関係がずれたりするのを防止でき、コア１４が変形して軸ずれを起こす恐れがないことから、接続損失の低減に繋がる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、折り曲げやねじりに追従性を持ったフレキシブル光導波路に関する。

従来、高分子光導波路の製造方法としては、（１）フィルムにモノマーを含浸させてコア部を選択的に露光して屈折率を変化させフィルムを張り合わせる方法（選択重合法）、（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエチングを用いてクラッド部を形成する方法（ＲＩＥ法）、（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法（直接露光法）、（４）射出成形を利用する方法、（５）コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等が提案されている。

しかし、（１）の選択重合法はフィルムの張り合わせに問題があり、（２）や（３）の方法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、（４）の方法は、得られるコア径の精度に課題がある。また、（５）の方法はコア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないという問題がある。

性能的に優れた実用的な方法は、（２）や（３）の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。そして（１）ないし（５）のいずれの方法も、大面積でフレキシブルなプラスチック基材に高分子光導波路を形成するのに適用しうるものではない。

これに対し、本発明者等は、前記のような従来の高分子光導波路の製造方法とは全く異なる方法として、マイクロモールド法と称する鋳型を用いた高分子光導波路の製造方法を発明し出願した（以下の特許文献１から３までを参照）。この方法によれば、極めて簡便に低コストで高分子光導波路を量産することが可能である。また、簡便な方法であるにもかかわらず、導波損失が小さい高分子光導波路を作製することが可能で、鋳型作製が可能であればどのようなパターン形状を有するものでも簡易に作製可能である。更に、従来作製が困難であったフレキシブルなプラスチック基材の上にも光導波路を作製することが可能となった。

ところで、近年においてコンピュータの処理能力の向上に伴い、コンピュータや各種装置間の電気配線がシステム全体の性能を制限する「配線ボトルネック」という問題が生じている。そこで、光インターコネクション（光配線）は、電気配線のようにインピーダンスによる信号遅延がないことや、配線間干渉が生じないことから、この配線ボトルネックを解消する有力な手段として注目されている。

光配線では、光送受信モジュールが重要な構成要素となる。光送受信モジュールは、発光素子から射出された光を光導波路を介して伝搬し、光導波路を伝搬してきた光を受光素子で検出することで、光信号の送受信を行うモジュールである。

この光送受信モジュールに用いられる光導波路として、高分子材料で形成された高分子光導波路においては、アレイ化された受発光素子と整合した光配線を形成することで、複数の受発光素子とそれに対応する高分子光導波路のコア部とを一括して光結合することができる。また、ダイシングソー等により、４５度マイクロミラー面を容易に作製することができるので、コンパクトな９０度の光路変換（導光方向をフィルム面に垂直な方向に変換すること）が可能となる。これにより、表面実装された面型受発光素子に接続された光路を、実装面に平行に変換できることから、低コストの光送受信モジュールが実現できる。

一方で、ノート型パソコンや折り畳み型携帯電話のヒンジに代表される稼働部に、光配線を適応することも検討されており、電気配線に用いられるフレキシブルプリント基板のような、ねじれや折り曲げに対する追従性を有するフレキシブルタイプの高分子光導波路が検討されている（特許文献４参照）。このフレキシブルタイプの高分子光導波路（フレキシブル光導波路）は、光が伝播されるコアと、このコアの周囲に設けられるクラッドが、共にゲル状材などの曲げ弾性率が低く伸張性が高い材料で作製されており、全体的に柔軟性を有している。

しかし、高分子光導波路全体に高い柔軟性を持たせた場合、実装工程のピックアップやボンディング等の外力により、容易に変形を起こしてしまう。このため、発光素子及び受光素子と光結合させる際に、コア間の距離や、コアとアライメントマークとの位置関係が保持されず、十分な精度で実装することが困難となる。
特開２００４−２９５０７号公報 特開２００４−８６１４４号公報 特開２００４−１０９９２７号公報 特開２００３−２０７６５９号公報

本発明は上記事実を考慮し、フレキシブル性能を確保しつつ、接合部におけるコアの位置ずれを防いで、高精度で実装できることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、光が伝播するコアと、前記コアを包囲し、該コアより屈折率の小さいクラッド部と、を有するフレキシブル光導波路において、前記クラッド部には、光の伝播方向の少なくとも一方の端部に、該クラッド部又は前記コアを補強する補強部材が埋設されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、補強部材を埋設することによって、光の伝播方向の少なくとも一方の端部のクラッド部又はコアが補強される。これにより、補強部材が埋設された一方の端部を実装対象物に実装する工程において、ピックアップする際の変形や、接合時における加圧によって、クラッド部又はコアが変形することがない。したがって、発光素子及び受光素子等の実装対象物と光結合させる際に、高精度で実装することができる。また、コアが変形して軸ずれを起こす恐れがないことから、接続損失の低減に繋がる。

請求項２に記載の発明は、前記補強部材は、前記コアを形成する材料で形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、コアを形成する材料を用いて補強部材を形成することで、補強部材を設けるために別途特別な材料を使用する必要がない。

請求項３に記載の発明は、前記補強部材は、前記コアから幅方向へ張り出す張出部であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、補強部材としての張出部が、コアから幅方向へ張り出している。つまり、コアの断面積が大きくなるので、曲げ強度が大きくなる。また、張出部はコアと同一平面上に設けられているので、コアを形成する工程で補強部材を同時に形成することができるので、製造工程が複雑にならない。

請求項４に記載の発明は、前記コアは並列して配設され、前記補強部材は前記コア間を連結する架橋部であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、コアが並列して配設されているとき、架橋部によってコア間が連結される。これにより、コアを包囲するクラッド部が加圧されても、コア間の距離が架橋部によって常に一定に保持されるので、コア間の位置関係がずれることがない。したがって、コア間の距離の精度が保障される。

請求項５に記載の発明は、前記補強部材は、前記コアと、該コアに並設して前記クラッド部に埋設されたアライメントマークとを連結していることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、実装対象物に実装する際の位置決めとしてのアライメントマークが、コアに並設してクラッド部に埋設されているとき、補強部材でアライメントマークとコアを連結する。これにより、クラッド部が加圧されてもアライメントマークとコアの位置関係がずれないので、位置精度が保障される。

請求項６に記載の発明は、前記架橋部と前記コアの交差部の幅は、前記コアの幅の０．３倍以上３倍以下であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、架橋部とコアの交差部の幅が、コアの幅の０．３倍より小さいと、コア間を連結する連結力が小さくなり、十分な補強効果が得られない。また、３倍より大きくすると、コア内を伝播する光が補強部材内を伝播してしまうため、光の過剰損失が増大する。そこで、架橋部とコアの交差部の幅を、コアの幅の０．３倍以上３倍以下とすることで、十分な補強効果を有すると共に光の過剰損失の低いフレキシブル光導波路を得ることができる。

請求項７に記載の発明は、前記補強部材は、前記クラッド部の光の伝播方向の両端に設けられていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、クラッド部の両端に補強部材を設けることで、実装対象物にフレキシブル光導波路の両端を高精度で実装できる。

請求項８に記載の発明は、前記コア、および／または前記補強部材を形成する材料は、曲げ弾性率が１．０ＧＰａ以上であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、曲げ弾性率が１．０ＧＰａ以上の材料でコアおよび／
または補強部材を形成することで、加圧によるコア及び補強されたクラッド部の変形が抑制されるため、コアの位置関係が保持される。

請求項９に記載の発明は、前記クラッド部は、許容曲げ半径が１０ｍｍ以下の可撓性を有することを特徴としている。

請求項９に記載の発明によれば、クラッド部を、許容曲げ半径を１０ｍｍ以下の可撓性を有する部材で形成することで、補強部材が配置されていないクラッド部を折り曲げたりねじったりした際に、これらの変形に対してクラッド部が追従するので、クラッド部に包囲されたコアが破損する恐れがない。

請求項１０に記載の発明は、前記クラッド部の厚み方向のサイズが、５０μｍ〜５００μｍとされていることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明によれば、クラッド部の厚み方向のサイズを５０μｍより小さくすると、クラッド部の端部で十分な強度を得ることができず、クラッド部の厚み方向のサイズを５００μｍより大きくすると、クラッド部の柔軟性が得られないので、クラッド部の厚み方向のサイズを５０μｍ〜５００μｍとすることで、クラッド部の柔軟性を確保し、且つ、端部に十分な強度を得ることができる。

請求項１１に記載の発明は、前記コアは、シリコン樹脂製の鋳型を用いて複製されたことを特徴としている。

請求項１１に記載の発明によれば、シリコン樹脂製の鋳型を用いてコアを複製することで、鋳型に流し込んだ材料の密着性及び剥離性が良くなる。これにより、鋳型に形成された凹凸が鋳型に流しこんだ材料に正確に写され、この材料を剥離する際に離型不良が発生することがない。したがって、高い精度のコアが作製される。

本発明は上記構成としたので、フレキシブル性能を確保しつつ、接合部におけるコアの位置ずれを防いで、高精度で実装できる。

次に、本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルム１０（フレキシブル光導波路）について説明する。
＜高分子光導波路＞
まず、高分子光導波路フィルム１０の構造について説明する。

図１及び図２に示すように、高分子光導波路フィルム１０は、長尺状のクラッド用フィルム基材１２を有しており、このクラッド用フィルム基材１２の上には、２本のコア１４が、クラッド用フィルム基材１２の幅方向に並列に配置されている。

また、クラッド用フィルム基材１２上には、コア１４を包囲するようにして、クラッド部１６が設けられている。このクラッド部１６は、曲率半径１０ｍｍ以下の可撓性を有している。これにより、高分子光導波路フィルム１０を、図３（Ａ）に示すように折り曲げたり、図３（Ｂ）に示すようにねじったりした場合に、これらの変形に対して高分子光導波路フィルム１０が追従するようになっている。したがって、図３に示すように、高分子光導波路フィルム１０が変形した状態でも、高分子光導波路フィルム１０に接続された光送信部（図示省略）から送信された光信号が、高分子光導波路フィルム１０に形成された光導波路を導波して、光受信部に受信される。なお、曲率半径は、フィルムを折り曲げたときにフィルムの内側に形成される曲線の微小な部分を円と近似したとき、その円の半径の長さを表す値であり、ＭＩＴ耐折試験（ＡＳＴＭ Ｄ２１７６）に従いその許容値が測定される。

クラッド部１６の長手方向の端部には、架橋部材１８が設けられている。架橋部材１８は、断面形状が略正方形状の角柱状とされ、２本のコア１４の間を連結するようにして設けられている。これにより、クラッド部１６の端部は、補強された構造となっている。

また、架橋部材１８は、コア１４を形成する材料を用いて形成されており、架橋部材１８を設けても別途特別な材料を使用する必要がない。なお、本実施形態では、５本の架橋部材１８が設けられている。

コア１４を形成する材料は、曲げ弾性率が１．０ＧＰａ以上とされている。つまり、架橋部材１８を形成する材料の曲げ弾性率が１．０ＧＰａ以上とされている。これにより、架橋部材１８によって、ピックアップ時や実装の際の加圧時に高分子光導波路フィルム１０が変形しても、コア１４間の位置関係のずれが抑制される。なお、ここでは、曲げ弾性率はＡＳＴＭ Ｄ７９０にしたがって測定される。

以上の構成により、図４に示すように、高分子光導波路フィルム１０を光送受信部７０のサブマウント７２に実装する際に、高分子光導波路フィルム１０の端部をピックアップしたり、サブマウント７２に向けて加圧しても、高分子光導波路フィルム１０の端部が変形しない。したがって、高分子光導波路フィルム１０の端部に形成されたアライメントマークがずれたり、端部のコア１４間の位置関係がずれたりするのを防止でき、コア１４が変形して軸ずれを起こす恐れがないことから、接続損失の低減に繋がる。

また、架橋部材１８でコア１４間を連結することで、コア１４の断面積が大きくなり、曲げ強度が大きくなる。また、架橋部材１８とコア１４が同一平面上に設けられた構成となっているので、コア１４を形成する工程で架橋部材１８を形成することができるので、高分子光導波路フィルム１０の製造工程が複雑とならない。

ところで、架橋部材１８はコア１４と連結しているため、架橋部材１８とコア１４とが交差する部分（交差部１８Ａ）で、コア１４内を伝播する光が、架橋部材１８を伝播してしまうことがある。このとき、交差部１８Ａの幅をコア１４の幅の３倍より大きくすると、コア１４内を伝播する光が架橋部材１８へ伝播しやすくなり、過剰損失が増大する。一方、交差部１８Ａの幅をコア１４の幅の０．３倍より小さくすると、コア１４間を連結する連結力が小さくなり、十分な補強効果（剛性）が得られない。そこで、本実施形態では、架橋部材１８とコア１４の交差部１８Ａの幅が、コア１４の幅の０．３倍以上３倍以下となるように構成している。これにより、十分な補強効果を有すると共に過剰損失のない高分子光導波路フィルム１０が得られる。

なお、高分子光導波路フィルム１０に用いる樹脂材料については後述する。

ところで、高分子光導波路フィルム１０の厚さを５０μｍより小さくすると、クラッド部１６の端部で十分な強度を得ることができず、５００μｍより大きくすると、クラッド部１６の柔軟性が得られない。そこで、高分子光導波路フィルム１０の厚み方向のサイズを５０μｍ〜５００μｍとすることで、高分子光導波路フィルム１０の柔軟性を確保し、且つ、端部に十分な強度を得ることができる。また、高分子光導波路フィルム１０の幅は、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とされている。これにより、高分子光導波路フィルム１０の変形に対する追従性が高まる。なお、高分子光導波路フィルム１０の厚さを１００μｍ〜２００μｍの範囲とし、幅を１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることがより好ましい。

なお、本実施形態では、図２に示すように、２本のコア１４の間に架橋部材１８を掛け渡す構成としたが、図５に示すように、２本のコア１４を連結するようにして設けた架橋部材４０の端部を、クラッド部１６の端部から露出させるようにしてもよい。また、図６に示すように、端部コア１４と平行にクラッド部１６内にアライメントマーク４２を設け、架橋部材４４で２本のコアとアライメントマーク４２を連結してもよい。さらに、図７に示すように、２本のコア１４の間と、コア１４とクラッド部１６の側壁の間にそれぞれ平板状の架橋部材４６を配設して、この架橋部材４６とコア１４を、高分子光導波路フィルム１０の長手方向と直交する方向で、架橋部材４８で連結させてもよい。また、図示は省略するが、コア１４と連結されない状態で、高分子光導波路フィルム１０の端部に補強部材を埋設することで、高分子光導波路フィルム１０の端部を補強する構成としてもよい。

次に、図８を用いて本発明の高分子光導波路フィルム１０（フレキシブル光導波路）の製造工程について、工程順に説明する。
１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、コアの凸部及び架橋部材の凸部に対応する凹部と、この凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を有する鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コア（以下「コア」とする）に対応する凸部及び架橋部材に対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
＜原盤の作製＞
コア１４に対応する凸部２２及び架橋部材１８に対応する凸部２３を形成した原盤２０（図８（Ａ）に示す）の作製には、従来の方法、たとえばフォトリソグラフィー法やＲＩＥ法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により光導波路を作製する方法（特願２００２−１０２４０号）も、原盤２０を作製するのに適用できる。

原盤２０に形成されるコア１４に対応する凸部２２の大きさは、一般的に５〜５００μｍ角程度、好ましくは４０〜２００μｍ角程度であり、高分子光導波路フィルム１０の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の高分子光導波路フィルムの場合には、１０μｍ角程度のコアを、マルチモード用の高分子光導波路フィルムの場合には、５０〜１００μｍ角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μｍ角程度と更に大きなコアを持つ高分子光導波路フィルムも利用される。
＜鋳型の作製＞
次に、鋳型３０の作製の工程について説明する。

上記のようにして作製した原盤２０のコア１４に対応する凸部２２及び架橋部材１８に対応する凸部２３が形成された面に、図８（Ｂ）に示すように、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型して硬化性樹脂層３０ａを形成し、必要に応じ乾燥処理をして硬化性樹脂層３０ａを硬化させる。そして、この硬化した硬化性樹脂層３０ａを原盤２０から剥離することで、凸部２２に対応する凹部３２及び凸部２３に対応する凹部３３が形成された鋳型３０が作製される。

次に、図８（Ｃ）に示すように、鋳型３０に、凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口３６、及び凹部３２から樹脂を排出させるための排出口３８を、打ち抜きによって形成する。このように、排出口３８を打ち抜きによって形成した場合でも、鋳型３０と後述するクラッド用フィルム基材１２とは密着性がよいため、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２の間には凹部３２、３３以外の空隙が形成されない。これにより、凹部３２、３３以外の部分に、コア形成用硬化性樹脂が浸透する恐れがない。

なお、進入口３６及び排出口３８は、鋳型３０に打ち抜きによって予め設ける構成以外にも、種々の方法を用いることができる。その他の方法として、例えば、原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層を形成した後、硬化性樹脂層を原盤から剥離して鋳型を作製し、その後、鋳型の両端を凹部が露出するように切断することにより進入口及び排出口を形成する方法が挙げられる。このように、進入口３６及び排出口３８の形成方法は特に制限されない。

鋳型３０の凹部３２に連通する進入口３６及び排出口３８を、凹部３２の両端に設けることによって、進入口３６は液（樹脂）溜まりとして利用でき、排出口３８は減圧吸引管をその中に挿入して凹部３２内部を減圧吸引装置に接続することができる。また、進入口３６に注入管を連結して、進入口３６から樹脂を凹部３２に加圧注入することも可能である。進入口３６の形状や大きさは凹部３２に連通し、且つ、液溜まりとしての機能を有していれば特に制限はない。また、排出口３８の形状や大きさは、凹部３２に連通し、且つ、減圧吸引用に用いることができれば特に制限はない。

さらに、進入口３６は液溜まりの機能を有しているため、その断面積が、鋳型３０を後述するクラッド用フィルム基材１２に密着させたときに、クラッド用フィルム基材１２に接する側を大きくし、クラッド用フィルム基材１２から離れるにしたがって小さくなるようにする。つまり、進入口３６に抜きテーパーを設ける。これにより、進入口３６から凹部３２に充填させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させた後、このコア形成用硬化性樹脂を鋳型３０から剥離しやすくなる。

コア形成用硬化樹脂層の厚さは、鋳型３０の取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に０．１〜５０ｍｍ程度が適切である。また、原盤２０にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行うことで、コア形成用硬化樹脂層が原盤２０から剥離しやすくなり、原盤２０と鋳型３０の剥離が促進される。

鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤２０から容易に剥離できること、鋳型３０（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部３２の形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、後述するクラッド用フィルム基材１２との密着性が良好であることが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。

鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤２０の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤２０に形成された個々のコアに対応する凸部２２を正確に転写しなければならない。従って、ある限度以下の粘度、たとえば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度を有することが好ましい。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に鋳型形成用硬化性樹脂に加えることができる。

鋳型形成用硬化性樹脂としては、剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用フィルム基材との密着性の点から、硬化後、シリコンゴム（シリコンエラストマー）又はシリコン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでも硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでも室温硬化型（例えば空気中の水分で硬化するもの）のものでもよく、更に他の硬化（紫外線硬化等）を利用するものであってもよい。

硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコンゴムとなるものが好ましい。硬化後シリコンゴムとなるものには、通常液状シリコンゴム（「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる）と称されているものが用いられている。液状シリコンゴムは、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましい。中でも付加型の液状シリコンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際、副生成物が無く、あるいは少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましく用いられる。

液状シリコンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の制御性の点から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いため、これを用いて形成された鋳型は、クラッド用フィルム基材１２から剥離させずに、そのままクラッド部１６として利用することができる。この場合には、鋳型３０と、充填したコア形成用硬化性樹脂及びクラッド用フィルム基材１２とが剥がれないような工夫が必要になる。

液状シリコンゴムの粘度は、コア１４に対応する凸部２２を正確に転写し、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型を形成する点から、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものがより好ましい。

さらに、鋳型３０の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、特に、１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、クラッド用フィルム基材１２との密着性とコア形成用硬化性樹脂の浸透速度の点からみて好ましい。

鋳型３０のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０であればよく、特に２０〜６０であることが、型取り性能、凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。なお、シェアゴム硬度は、デュロメータを用いてＪＩＳ Ｋ ６２５３にしたがって測定することができる。

鋳型３０の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることで、型取り性能の点から見て好ましい。なお、算術平均粗さＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１に従い測定することができる。

また、鋳型３０は、紫外領域及び／又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型３０が可視領域において光透過性であることによって、後述する２）の工程において鋳型３０をクラッド用フィルム基材１２（図８（Ｄ）参照）に密着させる際、位置決めが容易に行える。また、後述する３）の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型３０の凹部３２、３３に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認することができる。

さらに、鋳型３０が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型３０を透して紫外線硬化を行うためである。従って、鋳型３０の、紫外領域（２５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が８０％以上であることが好ましい。

硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコンゴムとなる液状シリコンゴムは、クラッド用フィルム基材１２との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を転写する能力を持ち、シリコンゴムとクラッド用フィルム基材１２とを密着させたとき、液体の進入を防ぐことができる。このようなシリコンゴムを用いた鋳型３０は高精度に原盤２０の形状を転写し、クラッド用フィルム基材１２にしっかりと密着する。このため、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２の間の凹部３２、３３のみに、コア形成用硬化性樹脂を効率良く充填することが可能となる。また、クラッド用フィルム基材１２と鋳型３０の剥離も容易である。従って、この鋳型３０からは高精度に形状を維持した高分子光導波路フィルム１０を、極めて簡便に作製することができる。

さらに、硬化樹脂層、とりわけ硬化樹脂層がゴム弾性を有する場合、硬化樹脂層の一部すなわち原盤２０の凸部２２、２３を転写する部分以外の部分を他の剛性材料に置き換えることができ、この場合、鋳型３０のハンドリング性が向上する。

なお、鋳型の作製の他の例として、原盤にコアに対応する凸部だけでなく、貫通孔（進入口及び排出口）を形成するための凸部を設け、貫通孔を形成するための凸部が突き抜けるようにして、原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を塗布して、この鋳型形成用硬化性樹脂を硬化させた後、硬化樹脂層を原盤から剥離する方法などがある。このとき、凸部の高さは、鋳型形成用硬化性樹脂の厚さよりも高くする必要がある。
２）鋳型３０にクラッド用フィルム基材１２を密着させる工程
鋳型３０にクラッド用フィルム基材１２を密着させる。なお、高分子光導波路フィルム１０は種々の階層における光配線に用いられるので、クラッド用フィルム基材１２としての材料は、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。

そこで、クラッド用フィルム基材１２として用いられる材料は、脂環式アクリル樹脂フィルム、脂環式オレフィン樹脂フィルム、三酢酸セルロースフィルム、含フッ素樹脂フィルム等が挙げられる。

また、クラッド用フィルム基材１２としては、鋳型３０との密着性に優れ、両者を密着させた場合、鋳型３０の凹部３２、３３以外に空隙が生じないものが好ましい。

脂環式アクリル樹脂フィルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、ＯＺ−１０００、ＯＺ−１１００、また、脂環式オレフィン樹脂フィルムとしては、主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有し、且つ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア１４、クラッド用フィルム基材１２の屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有するので、鋳型３０との密着性に優れ、また耐熱性に優れているので特に本発明の高分子光導波路フィルム１０の作製に適している。

クラッド用フィルム基材１２の屈折率は、コア１４との屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。

また、クラッド用フィルム基材１２の厚さは、フレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。

３）クラッド用フィルム基材１２を密着させた鋳型３０の凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
図８（Ｄ）に示すように、凹部３２の一端に形成された進入口３６にコア形成用硬化性樹脂を注入し、凹部３２の他端に形成された排出口３８から減圧吸引して、凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填する。このように、減圧吸引することで、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２との密着性が向上し、気泡の混合を避けることができる。減圧吸引は、例えば、吸引管を排出口３８に挿入し、吸引管をポンプに繋げて行われる。

なお、凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填する方法は、上記方法に限定されない。例えば、進入口３６にコア形成用硬化性樹脂を少量垂らし毛細管現象を利用して充填したり、進入口３６から凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、排出口３８から凹部３２、３３内を減圧吸引したり、あるいは加圧充填と減圧吸引の両方を行うなどにより、凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填する方法がある。加圧充填と減圧吸引を併用する場合はこれらを同期して行うことが好ましい。これにより、鋳型３０が安定して固定された状態で、加圧充填において圧力を段階的に増加させ、減圧吸引において圧力を段階的に減少させることで、コア形成用硬化性樹脂をより高速に注入する相反則を両立させることができる。また、毛細管現象を利用して、凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填する場合には、充填を促進するために凹部３２、３３内を０．１〜１００ｋＰａ程度に減圧することが好ましい。さらに、充填を促進するために、凹部３２、３３内の減圧に加えて、鋳型３０の進入口３６から充填するコア形成用硬化性樹脂を加熱することで、より低粘度化することも有効な手段である。

コア形成用硬化性樹脂としては、紫外線硬化性、放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。このように、コアをシリコン基板やガラス基板等で形成せずに高分子化合物で形成することで、材料費を低く抑えることができ、製造コスト削減に繋がる。また、コアを紫外線硬化性、放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂などの高分子化合物で成形することで、任意の形状を得ることが容易となる。

コア形成用硬化性樹脂は、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２との間に形成された空隙（凹部３２、３３）に充填させるため、低粘度であることが必要である。コア形成用硬化性樹脂の粘度は、１０〜２０００ｍＰａ・ｓ好ましくは２０〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３０〜５００ｍＰａ・ｓにすることで、充填速度が速くなり、精度の良い形状のコアが得られ、光損失を少なくすることができる。

このほかに、原盤２０に形成されたコア１４に対応する凸部２２及び架橋部材１８に対応する凸部２３が有する元の形状を高精度に再現するため、硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。従って、硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、体積変化が１０％以下のものが用いられる。好ましくは体積変化が６％以下のものが用いられる。溶剤を用いて硬化性樹脂を低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。体積収縮が０．０１％以下の材料や体積膨張する材料では、鋳型３０からの剥離効率が下がり、鋳型３０からの剥離時に表面の破断等の表面劣化が生じるため、形成されるコア１４の表面の平滑性が低下して光導波損失が上昇するので好ましくない。

コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするため、樹脂にポリマーを添加することができる。ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるが、これらに限定されるものではない。

コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッド用フィルム基材１２となるフィルム基材（以下の５）の工程におけるクラッド部１６を含む）より大きいことが必要であり、１．５０以上、好ましくは１．５３以上である。コア１４とクラッド（クラッド用フィルム基材及びクラッド部１６）との屈折率の差は、０．０１以上、好ましくは０．０３以上である。
４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型３０をクラッド用フィルム基材１２から剥離する工程
前記３）の工程において、凹部３２に充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられ、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。

この後、鋳型３０をクラッド用フィルム基材１２から剥離する。図８（Ｅ）に示すように、剥離したクラッド用フィルム基材１２の上には、コア１４、架橋部材１８、進入口３６及び排出口３８内において硬化した樹脂部分３６ａ、３８ａが形成される。そして、図８（Ｆ）に示すように、進入口３６及び排出口３８内において硬化した樹脂部分を、研削等によって除去する。

なお、前記１）〜３）の工程で用いる鋳型３０は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド部に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド部として利用する。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
５）コア１４及び架橋部材１８が形成されたクラッド用フィルム基材１２の上にクラッド部１６を形成する工程
図８（Ｆ）に示すように、コア１４及び架橋部材１８が形成されたクラッド用フィルム基材１２の上にクラッド部１６を形成する。クラッド部１６としては、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。

また、クラッド形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、樹脂と相溶性を有し、また樹脂の屈折率、曲げ弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー（例えばメタクリル酸系、エポキシ系）を、クラッド用硬化性樹脂（紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂）に添加することができる。

クラッド部１６の屈折率は、コア１４との屈折率差を確保するため、１．５５以下、好ましくは１．５３以下にすることが望ましい。また、クラッド部１６の屈折率をクラッド用フィルム基材１２の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。

このような高分子光導波路フィルム１０の製造方法は、鋳型３０に鋳型３０との密着性が良好なクラッド用フィルム基材１２を密着させることで、両者を特別な手段を用いて固着させなくても、鋳型３０に形成された凹部３２、３３以外には、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２の間に空隙が生ずることなくコア形成用硬化性樹脂を凹部３２、３３のみに進入させることができることを見出したことに基づくものである。これにより、製造工程が極めて単純化され、容易に高分子光導波路フィルム１０を作製することができる。したがって、従来の高分子光導波路フィルムの製造方法と比較し、極めて低コストで高分子光導波路フィルム１０を作製することが可能となる。

また、この製造方法では、鋳型３０に貫通孔（進入口３６及び排出口３８）を設け、進入口３６から凹部３２、３３にコア形成用硬化性樹脂を充填して、排出口３８から減圧吸引するので、鋳型３０とクラッド用フィルム基材１２との密着性が更に向上し、気泡の混合を避けることができる。さらに、簡便な方法でありながら、得られる高分子光導波路フィルム１０は、導波損失が少なく高精度であり、かつ、各種機器への自由な装填が可能である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
＜原盤の作製＞
シリコン基板に厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）をスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像した。これにより、断面が正方形の２本のコア用の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：８０ｍｍ）と、この凸部の長手方向の両端を連結する架橋部材の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ）が５本形成された。なお、２本の凸部の間の間隔は２５０μｍとし、５本の架橋部材の凸部の間隔は５００μｍとした。これを１２０℃でポストベークして、コア作製用の原盤を作製した。
＜鋳型の作製＞
次に、原盤に離形材を塗布した後、鋳型の材料として熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム（ダウ・コウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、粘度５０００ｍＰａ・ｓ）及びその硬化剤を混合したものを流し込み、１２０℃で３０分間加熱して硬化させた。そして、原盤から鋳型材を剥離して、コア用の凹部（コア用の凸部に対応する凹部）が形成された鋳型（型の厚さ５ｍｍ）を作製した。次に、平面視において円形で、断面形状がテーパー状とされた紫外線硬化性樹脂を充填するための進入口及び、この樹脂（紫外線硬化性樹脂）を排出させるための排出口を、凹部の両端に凹部と連通するようにして打ち抜きにより形成した。
＜クラッド用フィルム基材及びコアの作製＞
鋳型より一回り大きい膜厚１００μｍのクラッド用フィルム基材（アートンフィルム、ＪＳＲ（株）社製、屈折率１．５１０）を、鋳型に密着させた。

次に、鋳型の一端にある進入口に、硬化後の屈折率が１．５７０であり、曲げ弾性率が２．１ＧＰａである粘度５００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化樹脂を数滴落とし、排出口から減圧吸引したところ、１０分で凹部に紫外線硬化樹脂が充填された。そして、５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を鋳型の上部から５分間照射し、紫外線硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離した。

これにより、図２に示すように、クラッド用フィルム基材１２上に原盤の凸部と同じ形状のコア１４が形成された。
＜クラッド部の作製＞
次に、クラッド用フィルム基材１２のコア１４が形成された面に、硬化後の屈折率がクラッド用フィルム基材１２と同じ１．５１０であり、曲げ弾性率が３０ＭＰａ、引張伸度が１９０％である紫外線硬化性樹脂を塗布し、５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を５分間照射して紫外線硬化させた。

次に、ダイシングソーを用いて、長さ７０ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚さ３００μｍに成形し、長手方向両端に架橋部材１８が設けられたベルト状の高分子光導波路フィルムを作製した。

ここで、ＬＥＤ光源（アドバンテスト社製）、受光器（安藤電気製）を使用して、作製した高分子導波路フィルムの挿入損失の測定を行った。このときの挿入損失は、２本のコア１４のいずれも１．６ｄＢであった。

また、幅５μｍの十字型アライメントマークが形成された長さ５ｍｍ、幅５ｍｍのシリコン基板を用意し、作製した高分子光導波路フィルムの実装精度確認を行った。無負荷状態での実装精度が±１μｍであるダイボンダを用い、画像認識によるパッシブアライメントにて高分子光導波路フィルムをシリコン基板上に実装した。ボンディング荷重は６Ｎとし、予め塗布しておいた紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させ、高分子光導波路フィルムをシリコン基板上に接着した。

上記の実装精度確認を１０回行ったところ、コアの理想的な実装位置からのずれの最大値は３．５μｍであった。また、高分子光導波路フィルムの接合面の端部のコアの位置、及びコア間距離は、実装前後で変化はみられなかった。

まず、実施例１と同様にして、高分子光導波路フィルムを作製した。ここでは、架橋部材４０の幅を１５０μｍとした。

この高分子光導波路フィルムの挿入損失を、実施例１と同様にして測定したところ、挿入損失は２本のコアのいずれも２．７ｄＢであった。

また、実施例１と同様にして、実装精度確認を１０回行ったところ、コアの理想的な実装位置からのずれの最大値は２．０μｍであった。また、高分子光導波路フィルムの接合面の端部のコアの位置、及びコア間距離は、実装前後で変化はみられなかった。

まず、実施例１と同様にして、高分子光導波路フィルムを作製した。このとき、図７に示すように、２本のコア間と、コアとクラッド部の端面との間に、長さ５ｍｍ、幅４００μｍの平板状の架橋部材４６を形成し、架橋部材４６とコア１４を、幅５０μｍの架橋部材４８で連結して一体化させた。

この高分子光導波路フィルムの挿入損失を、実施例１と同様にして測定したところ、挿入損失は２本のコアのいずれも１．５ｄＢであった。

また、実施例１と同様にして、実装精度確認を１０回行ったところ、コアの理想的な実装位置からのずれの最大値は２．０μｍであった。また、高分子光導波路フィルムの接合面の端部のコアの位置、及びコア間距離は、実装前後で変化はみられなかった。

本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルムを示す三面図である。 本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルムを光送受信部に実装した状態を示す斜視図である。 その他の実施形態の高分子光導波路フィルムを示す斜視図である。 その他の実施形態の高分子光導波路フィルムを示す斜視図である。 その他の実施形態の高分子光導波路フィルムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る高分子光導波路フィルムの製造工程を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 高分子光導波路フィルム（フレキシブル光導波路）
１２ クラッド用フィルム基材
１４ コア
１６ クラッド部
１８ 架橋部材（補強部材、張出部）
４０ 架橋部材（補強部材、張出部）
４２ アライメントマーク
４４ 架橋部材（補強部材、張出部）
４６ 架橋部材（補強部材、張出部）
４８ 架橋部材（補強部材、張出部）

Claims (11)

1. 光が伝播するコアと、前記コアを包囲し、該コアより屈折率の小さいクラッド部と、を有するフレキシブル光導波路において、
   前記クラッド部には、光の伝播方向の少なくとも一方の端部に、該クラッド部又は前記コアを補強する補強部材が埋設されていることを特徴とするフレキシブル光導波路。
2. 前記補強部材は、前記コアを形成する材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル光導波路。
3. 前記補強部材は、前記コアから幅方向へ張り出す張出部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフレキシブル光導波路。
4. 前記コアは並列して配設され、前記補強部材は前記コア間を連結する架橋部であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
5. 前記補強部材は、前記コアと、該コアに並設して前記クラッド部に埋設されたアライメントマークとを連結していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
6. 前記架橋部と前記コアの交差部の幅は、前記コアの幅の０．３倍以上３倍以下であることを特徴とする請求項４に記載のフレキシブル光導波路。
7. 前記補強部材は、前記クラッド部の光の伝播方向の両端に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
8. 前記コア、および／または前記補強部材を形成する材料は、曲げ弾性率が１．０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
9. 前記クラッド部は、許容曲げ半径が１０ｍｍ以下の可撓性を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
10. 前記クラッド部の厚み方向のサイズが、５０μｍ〜５００μｍとされていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。
11. 前記コアは、シリコン樹脂製の鋳型を用いて複製されたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のフレキシブル光導波路。

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