JP3429196B2 - ポリマ導波路光スイッチの組立方法 - Google Patents

ポリマ導波路光スイッチの組立方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
における光路設定・切替に用いられる光スイッチの製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光導波路層の互いに交差する光導波路の
交差部に設けられた溝に封入された屈折率整合液を、溝
近傍に設けた微小な薄膜ヒータを用いて移動させること
により、光路を切り替える光スイッチが提案されている
(「光スイッチ」:特開平9−141337号公報)。
この光スイッチは、溝の開口部を塞ぐように平板状の蓋
を光導波路層上部へ接合した後、この溝へ屈折率整合液
を封入して組み立てられる。しかし、この溝は大変幅が
狭いため、蓋接合に接着剤を用いると溝が接着剤で満た
されてしまう。そこで、蓋接合には接着剤を用いない、
直接接合法が採られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、この光スイッチ
の経済化を狙って、ポリマ光導波路を用いて前記光スイ
ッチを実現することが提案されている。このポリマ光ス
イッチの場合、ポリマ材料の特性を生かした熱圧着法
(ラミネーション法)が、蓋接合の候補の一つとして考
えられる。従来のラミネーション法は、ポリマ材料のガ
ラス転移温度以上に加熱しながら圧着することにより、
十分な接合強度を得ている。しかし、ガラス転移温度以
上の長時間の加熱は、光導波路の光学特性を劣化させて
しまうだけでなく、光導波路層と支持基板との接着性を
も劣化させてしまう。
【0004】以上のように、従来のラミネーション法に
よる蓋接合は光導波路の光学特性や光導波路層の接着性
を劣化させるといった問題がある。
【0005】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、
光導波路の光学特性や接着性に影響を与えない優れた光
スイッチの組立方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の光スイッチの組立方法は、支持基板上の光導波路層
内で互いに交差する光導波路の交差部に設けられた駆動
管路内に光導波路と屈折率が等しい屈折率整合液が封入
され、この屈折率整合液を駆動管路内でヒータによる加
熱により移動させ、それにより互いに交差する光導波路
間で光路の切替を行う光スイッチにおいて、前記光導波
路層が有機高分子(ポリマ)材料により構成されること
を特徴とする光スイッチを組み立てる際に、前記光導波
路層内の最も表層にある上部クラッド層を、ポリマ材料
のガラス転移温度よりも低い温度での加熱によりあるい
は紫外線照射により硬化させた後、上部クラッド層を硬
化させたときの温度よりも高く、ポリマ材料のガラス転
移温度に近くかつガラス転移温度よりも低い温度で加熱
しながら、上部クラッド層上に蓋材を押しつけて接合す
ることを特徴とする。
【0007】また、上記の光スイッチを組み立てる際
に、蓋材の接合面にポリマ材料を塗布し、ポリマ材料の
ガラス転移温度よりも低い温度での加熱によりあるいは
紫外線照射により硬化させた後、ポリマ材料を硬化させ
たときの温度よりも高く、ポリマ材料のガラス転移温度
に近くかつガラス転移温度よりも低い温度で加熱しなが
ら、上部クラッド層上に蓋材を押しつけて接合すること
を特徴とする。
【0008】
【作用】従来のラミネーション法は、ポリマ材料をその
ガラス転移温度以上に加熱し流動性を持たせた状態で被
接着物に押しつけ、被接着物表面凹凸に浸入・硬化させ
ることによって、ポリマ材料同士、もしくは、ポリマ材
料とガラス等の他材料とを接合させる方法である。従っ
て、この方法では、ガラス転移温度以下の接合温度では
十分な接合強度を得ることは出来ない。しかし、熱硬化
型および紫外線硬化型ポリマ材料の重合度が温度に依存
することを利用すれば、ガラス転移温度以下の接合温度
でも十分な接合強度を得ることが出来る。
【0009】即ち、低温で硬化させたポリマ材料中には
接着剤として働く未重合な成分が活性なまま残ってお
り、この状態のポリマ材料を硬化させた温度(硬化温
度)よりも高く、ガラス転移温度よりも低い温度で加熱
しながら被接着物に押しつけることにより、未重合成分
が被接着物表面に接着硬化して十分な接合強度を得るこ
とが出来るからである。
【0010】この方法を用いて前記光スイッチを組み立
てる場合、蓋との接合層であり、熱硬化型あるいは紫外
線硬化型ポリマ材料から成る光導波路層の上部クラッド
層を低温で硬化させた後、もしくは、紫外線照射により
硬化させた後、ガラス転移温度以下で、且つ、硬化温度
よりも高い温度で蓋を接合することにより、十分な接合
強度を得ることが出来る。このとき、硬化温度と接合す
るときの温度(接合温度)との差を大きくすることによ
り、接合強度を大きくすることが出来る。従って、ガラ
ス転移温度以下のラミネーション法によって、光導波路
の光学特性や支持基板との接着性に影響を与えず、十分
な接合強度を得ることが出来る。
【0011】しかし、硬化温度の設定には次のような問
題がある。蓋を接合する前に、光導波路層へ反応性イオ
ンエッチング(RIE)やプラズマ加工を用いて溝加工
を行うので、光導波路層を高温にさらしてしまう。この
場合、上部クラッド層の硬化温度は加工される温度にな
る。従って、この場合、上記のような硬化温度と接合温
度との差を大きく設定することが出来ない。またさら
に、溝加工時の上昇温度は上部クラッド層表面の凹凸の
発生や光導波路層の基板からの剥離の原因となることが
ある。即ち、上部クラッド層の硬化温度が溝加工時に経
験する温度よりも低いと、上部クラッド層が収縮して、
上部クラッド層の表面に亀裂やしわを発生させて平坦性
を損なわせたり、光導波路層全体を剥離させたりする。
【0012】これらを回避するためには、上部クラッド
層の硬化温度を溝加工時に経験する温度より高くすれば
よい。しかし、そうするとますます、硬化温度と接合温
度との差を確保しづらくなり、十分な接合強度を得るこ
とが出来ない。この問題を解決するために、本発明で
は、蓋側に低温で硬化されたポリマ材料から成る接合層
を設ける。この場合、光導波路層は、あらかじめガラス
転移温度以下で、且つ、溝加工時の経験温度以上で硬化
させておく。そうすれば、溝加工時の温度上昇による上
部クラッド層の表面平坦性の損失や光導波路層の剥離を
防ぐことができる。また、接合用のポリマ層を光導波路
層とは別に用意するので、接合層の硬化温度と接合温度
との差を大きく設定でき、十分な接合強度を得られる。
さらに、接合界面はポリマ材料同士の接着となるため、
ポリマ材料とガラス材料といったような異なる材料とを
接合した場合よりも大きな接合強度を得ることが出来
る。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0014】(ガラス転移温度以下でのラミネーション
法による光スイッチの組立方法)図1は、ガラス転移温
度以下でのラミネーション法による光スイッチの組立方
法を示す図である。図1中、符号1は支持基板、2は下
部クラッド層、3はコア層、4は上部クラッド層、5は
溝、6は蓋である。
【0015】図1中の(1)〜(4)の順に、光スイッ
チの組立方法について説明する。
【0016】(1)ガラスやSi等の支持基板1上へ、
熱硬化型もしくは紫外線硬化型ポリマ材料から成る下部
クラッド層2を塗布し、加熱硬化させる。同様に、下部
クラッド層2上へコア層3を塗布硬化させる。さらに、
所望のコアパターンを得るために、RIE等のフォトリ
ソグラフィ技術によりコアの加工を行う。
【0017】(2)コア層3の上に熱硬化型もしくは紫
外線硬化型ポリマ材料から成る上部クラッド層4を塗布
する。溝5の加工時の光導波路層の剥離を防ぐため、蓋
6との接合層である上部クラッド層4を溝加工時の上昇
温度T2以上の温度T1で加熱硬化させる。熱硬化型の場
合、加熱収縮による内部応力を緩和するため徐々に温度
を上げて硬化させる。これに対して、紫外線硬化型の場
合、紫外線照射により短時間でほぼ重合が完了するた
め、紫外線照射後、温度T1で短時間加熱することによ
り硬化させることが出来る。
【0018】(3)RIEなどのフォトリソグラフィ技
術により、溝5の加工を行う。溝加工時の上部クラッド
層4表面の温度は、イオンの衝突により上昇する
(T2)。
【0019】(4)ガラス転移温度Tg以下で、且つ、
gに近い温度で加熱しながら、蓋6を上部クラッド層
に圧着する。
【0020】各々の加工における温度の関係は図2のグ
ラフに示すとおりである。上部クラッド層形成時の加熱
温度T1は、溝加工による上昇温度T2よりも高く、ガラ
ス転移温度Tgよりも十分低い温度である。蓋接合のた
めの加熱温度T3は、ガラス転移温度Tg以下で、かつ、
gに近い温度である。これにより、光導波路をガラス
転移温度Tg以上に加熱することなく、上部クラッド層
の硬化温度、T1と接合温度T3との差を大きく取ること
が出来るので、光導波路の光学特性に影響を与えること
なく、十分な強度を持つ蓋接合を行うことが出来る。
【0021】(蓋側に接合層を設けた光スイッチの組立
方法)図3は、蓋の接合面にポリマ材料を設けたガラス
転移温度以下のラミネーション法による光スイッチの組
立方法を示す図である。図3中、符号7は蓋の接合面に
設けた接合層である。
【0022】図3中の(5)〜(8)の順に、光スイッ
チの組立方法について説明する。
【0023】(5)ガラスやSiなどの支持基板1上
へ、熱硬化型もしくは紫外線硬化型ポリマ材料から成る
下部クラッド層2を塗布し、加熱硬化させる。同様に、
コア3層を下部クラッド2層上に塗布硬化させる。この
コア3層を、RIE等のフォトリソグラフィ技術により
所望の形状に加工する。さらに、コア層3上に上部クラ
ッド層4を塗布硬化させる。熱加工に対する光導波路層
の光学特性の安定性及び長期信頼性を確保するために、
クラッド層2,4とコア層3をガラス転移温度T g以下
で、且つ、ガラス転移温度Tgに近い温度T4で硬化させ
る。
【0024】(6)光導波路層(下部クラッド、コア、
上部クラッド層)へRIE等のフォトリソグラフィ技術
により溝5の加工を行う。この溝加工により上部クラッ
ド層4の表面の温度は上昇する(T2)。
【0025】(7)ガラスなどの平板状の蓋5の片面に
熱硬化型もしくは紫外線硬化型ポリマ材料を薄く塗布
し、流動性を持たせない程度に硬化させた接合層7を形
成する。熱硬化型の場合、加熱温度T5を調節すること
により、また、紫外線照射型の場合は、紫外線照射量を
調節することにより、蓋の接合層を所望の重合度で硬化
させることが出来る。
【0026】(8)蓋5に塗布されたポリマ材料(接合
層7)を接合面として、ガラス転移温度Tg以下の温度
3で加熱しながら、蓋5を圧着する。
【0027】各々の加工における温度の関係は図4のグ
ラフに示すとおりである。コア層とクラッド層形成時の
加熱温度T4はガラス転移温度Tg以下で、かつ、Tg
近の温度である。接合層形成時の加熱温度T5は、ガラ
ス転移温度Tgに比べて大変低い温度である。蓋接合時
の加熱温度T3は、ガラス転移温度Tg以下で、且つ、T
gに近い温度である。接合層を設けたことにより、接合
層の硬化温度T5と接合温度T3との温度差を大きくする
ことができ、接合層を設けない場合よりも大きな接合強
度を得ることが出来る。また、蓋と光導波路層との接合
界面の密着性を高め、より大きな強度で蓋接合を行うこ
とが出来る。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ポ
リマ光導波路のガラス転移温度以下の温度でラミネーシ
ョンできるため、光導波路の光学特性や基板との接着性
を劣化させることなく蓋接合を行うことが出来る。ま
た、蓋側に接合層を設けることにより、より多くの未重
合な接合成分を利用し、また、接合面の密着性を高める
ことが出来る。これにより、より強固な蓋接合を実現す
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるガラス転移温度以下のラミネー
ション法による光スイッチの組立方法を説明する図。
【図2】前記実施例における各工程における温度の関係
を示す図。
【図3】本発明に係わる蓋側に接合層を設けた光スイッ
チの組立方法を説明する図。
【図4】前記実施例における各工程における温度の関係
を示す図。
【符号の説明】
1 支持基板 2 下部クラッド層 3 コア層 4 上部クラッド層 5 溝 6 蓋 7 接合層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持基板上の光導波路層内で互いに交差す
    る光導波路の交差部に設けられた駆動管路内に光導波路
    と屈折率が等しい屈折率整合液が封入され、この屈折率
    整合液を駆動管路内でヒータによる加熱により移動さ
    せ、それにより互いに交差する光導波路間で光路の切替
    を行う光スイッチにおいて、 前記光導波路層が有機高分子(ポリマ)材料により構成
    され、前記光スイッチを組み立てる際に、 前記光導波路層内で最も表層にある上部クラッド層を、
    ポリマ材料のガラス転移温度よりも低い温度での加熱に
    よるかあるいは紫外線照射により硬化させた後、前記上
    部クラッド層を硬化させたときの温度よりも高く、かつ
    ポリマ材料のガラス転移温度に近くかつ該ガラス転移温
    度よりも低い温度で加熱しながら、上部クラッド層上に
    蓋材を押しつけて接合することを特徴とする光スイッチ
    の組立方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光スイッチを組み立てる際
    に、 蓋材の接合面にポリマ材料を塗布し、該ポリマ材料のガ
    ラス転移温度よりも低い温度での加熱によるかあるいは
    紫外線照射により硬化させた後、前記ポリマ材料を硬化
    させたときの温度よりも高く、かつポリマ材料のガラス
    転移温度に近くかつ該ガラス転移温度よりも低い温度で
    加熱しながら、上部クラッド層上に蓋材を押しつけて接
    合することを特徴とする光スイッチの組立方法。
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