JP2008292823A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイシングソーによる光導波路コア形成時に、形成される光導波路コアの断面形状の変形及びバラツキを抑制し、量産性に優れた光導波路の製造方法を提供すること。
【解決手段】クラッド層とコア層とが積層された高分子フィルム１０Ａ（積層体）を準備する。次に、ダイシングソー２０により、高分子フィルム１０Ａをコア層１２側から切削、即ちコア層１２の一部を切削し、光導波路コア１２Ａを形成する。このダイシングソー２０によりコア層１２を切削して上記光導波路コアを形成する際、ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４に到達させ、そして所定量入り込ませて下部クラッド層１４の一部も切削する。次に、高分子フィルム１０Ａに形成した切削溝２２に、クラッド層形成用硬化性樹脂を流し込み、これを硬化させて、埋め込みクラッド層１８を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路の製造方法に関するものである。

高分子光導波路を機器内及び機器間の光配線へ適用していく際の形態の一例として、直線状のコアを所望のピッチで配置した単純な構造のマルチモード光導波路がある。このような直線光導波路を作製する方法としては、例えば基板上にクラッド層とコア層の二層の樹脂層を形成し、コア層をダイシングソーによって部分的に切削除去することにより光導波路コアを形成し、クラッド層と同じ高分子樹脂で光導波路コアを覆い、基板を除去することによりフレキシブルな高分子光導波路を作製する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２８６０６４公報

本発明の課題は、ダイシングソーによる光導波路コア形成時に、形成される光導波路コアの断面形状の変形及びバラツキを抑制し、量産性に優れた光導波路の製造方法を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
第１クラッド層を有し、当該第１クラッド層上に少なくともコア層を積層した積層体を準備する工程と、
ダイシングソーを用いて、前記コア層が積層された側から前記コア層の一部を切削すると共に、前記ダイシングソーのブレード部先端を前記第１クラッド層まで入り込ませ前記第１クラッド層の一部を切削して、光が伝播する光導波路コアを形成する工程と、
前記積層体の少なくとも切削部に第２クラッド層を埋め込む工程と、
を特徴とする光導波路の製造方法である。

請求項２に係る発明は、
前記積層体が、前記第１クラッド層上に前記コア層と共に第３クラッド層をこの順で少なくとも積層した積層体であり、
前記光導波路コアを形成する工程において、ダイシングソーを用いて、前記コア層及び第３クラッド層が積層された側から前記コア層及び前記第３クラッド層の一部を切削すると共に、前記ダイシングソーのブレード部先端を前記第１クラッド層まで入り込ませ前記第１クラッド層の一部を切削して、光が伝播する光導波路コアを形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法である。

本発明によれば、ダイシングソーによる光導波路コア形成時に、形成される光導波路コアの断面形状の変形及びバラツキを抑制し、量産性に優れる光導波路の製造方法を提供することができる。

以下、本発明について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同一の機能・作用を有する部材には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法を示す工程図である。

第１実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法では、まず、図１（Ａ）に示すように、クラッド層とコア層とが積層された高分子フィルム１０Ａ（積層体）を準備する。

高分子フィルム１０Ａは、下部クラッド層１４（第１クラッド層）及びコア層１２がこの順で積層されている。高分子フィルム１０Ａは、例えば、ラミネート法などの方法により各層に相当するシートを積層することで作製される。この作製には、各シートのアライメントを行う必要が無いため、簡易且つ低コストである。

高分子フィルム１０Ａは、クラッド層とコア層とで屈折率差が設定され得る材質であれば、特に制限されるわけではなく、例えば、脂環式オレフィンフィルム、アクリル系フィルム、エポキシ系フィルム、ポリイミド系フィルム等が用いられる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、ダイシングソー２０により、高分子フィルム１０Ａをコア層１２側から切削、即ちコア層１２の一部を切削し、光導波路コア１２Ａを形成する。光導波路コア１２Ａの形成は、例えば、ダイシングソーにより、高分子フィルム１０Ａの長手方向に沿って行う切削を、高分子フィルム１０Ａの幅方向に所定間隔（この間隔が光導波路コア１２Ａの幅となる）で実施することで行われる。即ち、高分子フィルム１０Ａの長手方向に沿って延在する切削溝２２（切削部）が、フィルム幅方向に所定間隔で並列するように、高分子フィルム１０Ａを切削する。

この切削による切削溝２２に挟まれたコア層１２の領域が光導波路コア１２Ａとなる。したがって、当該切削により、下部クラッド層１４の同一平面上であって高分子フィルム１０Ａの幅方向に互いに伝播光が並進するように並列に配列して、光導波路コア１２Ａが複数形成される。

このダイシングソー２０によりコア層１２を切削して上記光導波路コアを形成する際、即ち、ダイシングソー２０によりコア層１２に切削溝２２を形成する際、ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４に到達させ、そして所定量入り込ませて下部クラッド層１４の一部も切削する。言い換えれば、ダイシングソー２０のブレード部先端により下部クラッド層１４に切り込みが入るように切削し、切削溝２２を形成する。

次に、図１（Ｃ）に示すように、高分子フィルム１０Ａに形成した切削溝２２に、クラッド層形成用硬化性樹脂を流し込み、これを硬化させて、埋め込みクラッド層１８を形成する。また、本実施形態では、切削溝２２にクラッド層形成用硬化性樹脂を流し込むと共に、高分子フィルム１０Ａの最上層（第１グラット層とはフィルム厚み方向で反対側に位置する層）に位置するコア層１２（光導波路コア１２Ａ）の表面（露出面）に塗布し、上部クラッド層１６を形成する。本実施形態では、埋め込みクラッド層１８と上部クラッド層１６が第２クラッド層に相当する。

ここで、埋め込みクラッド層１８及び上部クラッド層１６を形成するための硬化性樹脂は、液状の物質であり、例えば、放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いられる。中でも、硬化性樹脂としては、紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が望ましく用いられるが、紫外線硬化性樹脂を選択することが望ましい。紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性、熱硬化性のモノマー、オリゴマーあるいはモノマーとオリゴマーの混合物が望ましく用いられる。紫外線硬化性樹脂としては、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂が望ましく用いられる。

なお、下部クラッド層１４、上部クラッド層１６、埋め込みクラッド層１８は、コア１２Ａよりも屈折率が低い材料で構成され、特に光導波路コア１２Ａとの屈折率差を確保するため、比屈折率差は０．５％以上、望ましくは１％以上である。。また、各クラッド層の屈折率差は小さい方が望ましく、その差は０．０５以内、望ましくは０．００１以内、更に望ましくは差がないことが光の閉じ込めの点からみて望ましい。

このようにして、光導波路フィルム１０が作製される。なお、得られる光導波路フィルム１０は、その厚さが５０μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましく、より望ましくは、１００μｍ以上２００μｍ以下である。一方、光導波路フィルム１０は、その幅が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましく、より望ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。光導波路フィルム１０の厚さ及び幅を上記範囲とすることで、柔軟性を確保させつつ、強度が得やすくなる。

以上説明した本実施形態に係る光導波路フィルム１０は、コア層１２と下部クラッド層１４の一部をダイシングソー２０を用いて同時に切削除去することにより、ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４に入り込ませることで、良好断面形状の光導波路コア１２Ａが形成される。このため、形成される光導波路コア１２Ａの断面形状の変形及びバラツキが抑制され、量産性に優れた製法となる。

ここで、従来では、ダイシングソー２０によるコア層１２への切削溝２２の切削は、当該切削溝２２の断面形状が常に略矩形であることを前提としている。しかし、切削溝２２の断面形状は、ダイシングソー２０のブレード部先端の磨耗に伴い丸みを持ち、これに伴い切削溝２２底面の平坦性も低下してしまう。

具体的には、例えば、図２に示すように、ダイシングソー２０のブレード部先端の摩耗により切削溝２２の断面形状がダイシングソー２０の使用開始初期の矩形状から変形（磨耗）すると、形成される光導波路コア１２Ａの断面も矩形からずれた形状となる。また、理想的な矩形状の場合と比較して光導波路コア１２Ａ断面積も増加する。光導波路コア１２Ａのコア径は光導波路フィルム１０に接続される受発光素子や光ファイバ等との光接続の効率を考慮して決定されるが、上記光導波路コア１２Ａの形成異常による光導波路コア１２Ａ断面積の増加は接続損失の増加の要因となる。また、光導波路コア１２Ａ断面が矩形から大きくずれた場合、良好な光の閉じ込めは得られない。特に、高い柔軟性を有する光導波路フィルム１０（フレキシブル光導波路）においては、屈曲時の損失の増大が懸念される。

なお、図２は、光導波路フィルムにおける、コア層１２に形成する切削溝２２の断面形状が矩形からずれることに起因する光導波路コア１２Ａの形状不良の例を示す概略断面図である。

一方、図３に、例えば、外形５１．４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのブレード部を有するダイシングソー２０の磨耗量（半径減少量）に対する切削溝２２断面形状のプロファイルの変化例を示す。このプロファイルは、実線がブレード部の磨耗量１１０μｍのときの切削溝の断面形状プロファイルを示し、点線がブレード部の磨耗量が３２０μｍのときの断面形状プロファイルを示す。また、一点鎖線は、切削溝２２の側面近似線、底面最低部のフィルム面に沿った線を示している。

そして、図３に示すように、切削溝２２側面下部（底部の縁）の形状が切削溝２２側面の近似直線から逸脱し始める位置は、ダイシングソーのブレード部先端の磨耗量の増大に伴って、切削溝２２底面の最低部から高くなっていく。ここで、図３中、切削溝２２側面下部（底部の縁）の形状が切削溝２２側面の近似直線から逸脱し始める位置と切削溝２２底面の最低部との溝深さ方向の長さ（高さ）を「Ｒ」で示している。

以上から、ダイシングソー２０のブレード部先端によって下部クラッド層１４へ切り込ませる、即ち、当該ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４へ所定量入り込ませて一部切削することで、ダイシングソー２０のブレード部先端の磨耗による切削溝２２の断面形状変形部（底面の平坦性低下している部分）を下部クラッド層１４内に形成させ、コア層１２内の切削溝２２の断面形状の変形やバラツキを生じさせなくする。結果、形成される光導波路コア１２Ａの断面形状の変形及びバラツキが抑制され、量産性に優れた製法となる。

一方、上記切削溝２２側面下部（底部の縁）の形状が切削溝２２側面の近似直線から逸脱し始める位置（切削溝２２側面下部の形状が切削溝２２側面の近似直線から逸脱し始める位置と切削溝２２底面の最低部との溝深さ方向の長さＲ）は、新品のブレードにおいても５μｍ程度存在する。そのため、ダイシングソー２０のブレード部先端による下部クラッド層１４への切り込み量は５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上）とすることがよい。これにより、良好な断面形状の光導波路コア１２Ａが得れる。

また、切削溝２２底面と下部クラッド層１４の面（切削側とは反対側の面）との距離（切り残し量）が少ない場合、切削加工時に高分子フィルム１０Ａに加わる外力によって下部クラッド層１４が完全に切断される製造トラブルが発生する場合がある。このため、この切り残し量は５μｍ以上（望ましくは１０μｍ以上）とすることがよい。これにより、光導波路コア１２Ａ形成時の高分子フィルム１０Ａの破損が抑制される。

また、作製する光導波路フィルム１０に柔軟性（フレキシブル性）を持たせる場合、総厚の薄い光導波路フィルム１０を得る為に下部クラッド層１４および上部クラッド層１６を薄くする必要がある。但し、上記切り込み量と切り残し量の制約とダイシングソーのフィルム厚み方向の切削精度を考慮し、下部クラッド層１４は２０μｍ以上（望ましくは３０μｍ以上１５０μｍ以下）とすることがよい。そのため、下部クラッド層１４と光導波路コア１２Ａに当該下部クラッド層とは厚み方向反対側に被覆される上部クラッド層１６の厚さを変え、下部クラッド層１４の厚さを２０μｍ以上とし、上部クラッド層１６の厚みを下部クラッド層１４よりも薄くすることも、光導波路フィルム１０総厚を下げる上で有効な手段となる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法を示す工程図である。

第２実施形態に係る光導波路フィルム１０の製造方法では、まず、図４（Ａ）に示すように、クラッド層とコア層とが積層された高分子フィルム１０Ａ（積層体）を準備する。

高分子フィルム１０Ａは、下部クラッド層１４、コア層１２、上部クラッド層１６がこの順で積層されている。

次に、図４（Ｂ）に示すように、ダイシングソー２０により、高分子フィルム１０Ａをコア層１２及び上部クラッド層１６形成側から切削、即ちコア層１２及び上部クラッド層１６の一部を切削し、光導波路コア１２Ａを形成する。

この切削による切削溝２２に挟まれたコア層１２の領域が光導波路コア１２Ａとなる。したがって、当該切削により、下部クラッド層１４の同一平面上であって高分子フィルム１０Ａの幅方向に互いに伝播光が並進するように並列に配列して、光導波路コア１２Ａが複数形成される。

このダイシングソー２０によりコア層１２を切削して上記光導波路コアを形成する際、即ち、ダイシングソー２０によりコア層１２に切削溝２２を形成する際、ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４に到達させ、そして所定量入り込ませて下部クラッド層１４の一部も切削する。言い換えれば、ダイシングソー２０のブレード部先端により下部クラッド層１４に切り込みが入るように切削し、切削溝２２を形成する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、高分子フィルム１０Ａに形成した切削溝２２に、クラッド層形成用硬化性樹脂を流し込み、これを硬化させて、埋め込みクラッド層１８を形成する。本実施形態では、埋め込みクラッド層１８が第２クラッド層に相当し、上部クラッド層が第３クラッド層に相当する。

このようにして、光導波路フィルム１０が作製される。これら以外は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明した本実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法では、コア層１２及び上部クラッド層１６と共に下部クラッド層１４の一部をダイシングソー２０を用いて同時に切削除去することにより、ダイシングソー２０のブレード部先端を下部クラッド層１４に入り込ませることで、良好断面形状の光導波路コア１２Ａが形成される。このため、形成される光導波路コア１２Ａの断面形状の変形及びバラツキが抑制され、量産性に優れた製法となる。

また、コア層１２の上下面が下部クラッド層１４と上部クラッド層１６によって保護された３層の高分子フィルム１０Ａを用いることで、ダイシング工程や埋め込みクラッド形成工程において、光導波路コア１２Ａの損傷を防止することができるようになり、製品の導光性能のバラツキを抑制し、不良率を低減することができる。

このように、下部クラッド層１４、コア層１２、上部クラッド層１６を順次積層した高分子フィルム１０Ａを切削することでも、形成される光導波路コア１２Ａの断面形状の変形及びバラツキが抑制され、量産性に優れた製法となる。なお、本実施形態では、下部クラッド層１４に、コア層１２と上部クラッド層１６との２層を積層した形態を説明したが、これに限られず、下部クラッド層１４上に、複数のコア層及びクラッド層が交互に積層された高分子フィルムを切削する形態であってもよい。

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
上記第１実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法に従って、以下のように光導波路フィルムを作製した。

長さ１４５ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ１００μｍのアートンフィルム（ＪＳＲ社製、屈折率１．５１）上に厚さ４５μｍのアクリル系樹脂層（屈折率１．５７）が形成された２層高分子フィルムを準備した。

次に、厚さ１２０μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて２層高分子フィルム最下面（設置面）より８０μｍの位置が切削深さとなり、幅４５μｍの光導波路コアが高分子フィルム幅方向に２５０μｍピッチで整列するように、アクリル樹脂層を切削して切削溝を形成した。このとき、ダイシングソーのブレード部は、アートンフィルムに入り込み、アートンフィルムでの切削溝深さ（切り込み量）が最大で２０μｍとなるように切削された。このようにして、光導波路コアを形成した。

次に、アクリル系樹脂層に形成された切削溝に埋め込むと共に、当該アクリル系樹脂層上を覆う、即ち光導波路コアを覆うように５０μｍの厚さでアクリル系紫外線硬化樹脂（屈折率１．５１）を塗布し、紫外線露光により硬化させた。

次に、ダイシングソーによって外形を整形し、長さ１４０ｍｍ、幅０．９ｍｍの４チャンネル光導波路フィルムを作製した。

作製した光導波路フィルムの光導波路コア断面形状は高さ４５μｍ、幅４５±２μｍの矩形であった。

そして、光導波路フィルムの一端にコア径５０μｍのグレーデッド・インデックス型マルチモード光ファイバ（ＧＩ−ＭＭＦ））を接続し、波長８５０ｎｍのＬＥＤ（発光ダイオード）光を入射した。もう、一方の光導波路フィルムの端部にコア径２００μｍのハード・ポリマー・クラッド光ファイバ（ＨＰＣＦ）を接続し、ＨＰＣＦから光強度計に導かれる光強度が最大となるように上記ＧＩ−ＭＭＦの入射位置を調整した。次に、ＨＰＣＦをコア径５０μｍのＧＩ−ＭＭＦに変更してＨＰＣＦの場合の光強度と比較することで、光導波路フィルムからコア径５０μｍのＧＩ−ＭＭＦへ光が入射する場合の接続損失を求めた。すると、接続損失の４本の光導波路コアの平均値は２．５ｄＢであった。

（実施例２）
上記第２実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法に従って、以下のように光導波路フィルムを作製した。

厚さ５０μｍのエポキシ系樹脂層（コア層：屈折率１．６０）の両面が厚さ１０μｍと２５μｍのエポキシ系樹脂（クラッド層：屈折率１．５５）で覆われた、長さ１２５ｍｍ、幅３０ｍｍの３層の高分子フィルムを準備した。

次に、厚さ２５μｍのエポキシ系樹脂層を設置面（下面）にして、高分子フィルムをダイシングソーに設置し、厚さ１２０μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて高分子フィルムの最下面（設置面）より１０μｍの位置が切削深さとなり、幅５０μｍの光導波路コアが高分子フィルム幅方向に５００μｍピッチで整列するように、厚さ１０μｍのエポキシ系樹脂層側から厚さ５０μｍのエポキシ系樹脂層を切削して切削溝を形成した。このとき、ダイシングソーのブレード部は、厚み２５μｍのエポキシ系樹脂層に入り込み、当該エポキシ系樹脂層での切削溝深さ（切り込み量）が最大で１５μｍとなるように切削された。このようにして、光導波路コアを形成した。

次に、エポキシ系樹脂層に形成された切削溝に埋め込む、即ち光導波路コアを覆うようにエポキシ系紫外線硬化樹脂（屈折率１．５５）を塗布し、紫外線露光により硬化させた。

次に、ダイシングソーによって外形を整形し、長さ１２０ｍｍ、幅０．９ｍｍの２チャンネル光導波路フィルムを作製した。

作製した光導波路フィルムの光導波路コアの断面形状は高さ５０μｍ、幅５０±２μｍの矩形であった。そして、実施例１と同様にして光導波路フィルムからコア径５０μｍのＧＩ−ＭＭＦへ光が入射する場合の接続損失を求めたところ、２本の光導波路コアの平均値は５．１ｄＢであった。

（比較例１）
厚さ１２０μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて高分子フィルムの最下面（設置面）より２５μｍの位置が切削深さとなるように、切削溝、即ち光導波路コアを形成した以外は、実施例２と同様にして、長さ１２０ｍｍ、幅０．９ｍｍの２チャンネル光導波路フィルムを作製した。なお、このダイシングソーによる切削の際には、厚み２５μｍのエポキシ系樹脂層は切削されていない。

作製した光導波路フィルムの光導波路コアの断面形状は、高さ５０μｍ、幅５０μｍの矩形に対し、厚み２５μｍのエポキシ系樹脂層（下部クラッド層）近傍で両側面が外側に張り出し、断面積は実施例２と比較して３０％大きかった。また、実施例１と同様にして光導波路からコア径５０μｍのＧＩ−ＭＭＦへ光が入射する場合の接続損失を求めたところ、２本の導葉路コアの平均値は８．５ｄＢと不良な結果であった

第１実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法を示す工程図である。 光導波路フィルムにおける、コア層に形成する切削溝の断面形状が矩形からずれることに起因する光導波路コア形状不良の例を示す概略断面図である。 ダイシングソー２０の磨耗量（半径減少量）に対する切削溝断面形状のプロファイルの変化例を示す概念図である。 第２実施形態に係る光導波路フィルムの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１０ 光導波路フィルム
１０Ａ 高分子フィルム
１２ コア層
１２Ａ 光導波路コア
１４ 下部クラッド層
１６ 上部クラッド層
１８ 埋め込みクラッド層
２０ ダイシングソー
２２ 切削溝

Claims (2)

1. 第１クラッド層を有し、当該第１クラッド層上に少なくともコア層を積層した積層体を準備する工程と、
   ダイシングソーを用いて、前記コア層が積層された側から前記コア層の一部を切削すると共に、前記ダイシングソーのブレード部先端を前記第１クラッド層の一部まで入り込ませ当該第１クラッド層の一部を切削し、光が伝播する光導波路コアを形成する工程と、
   前記積層体の少なくとも切削部に第２クラッド層を埋め込む工程と、
   を特徴とする光導波路の製造方法。
2. 前記積層体が、前記第１クラッド層上に前記コア層と共に第３クラッド層をこの順で少なくとも積層した積層体であり、
   前記光導波路コアを形成する工程において、ダイシングソーを用いて、前記コア層及び第３クラッド層が積層された側から前記コア層及び前記第３クラッド層の一部を切削すると共に、前記ダイシングソーのブレード部先端を前記第１クラッド層まで入り込ませ前記第１クラッド層の一部を切削して、光が伝播する光導波路コアを形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。

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