JP5052195B2 - 金属反射膜の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属反射膜の形成方法および金属反射膜に関する。より詳しくは、本発明は、光導波路の端面に設けられた傾斜面において光を反射させるために、傾斜面に設けられる金属反射膜の形成方法に関する。

情報化社会の発展に伴ってその情報量は急激に増加しており、これらの情報を処理するための半導体集積回路（ＬＳＩ）などの電気素子の性能も向上している。ただし、電気素子間を電気配線で接続する場合、信号伝送速度や処理速度の高速化に伴うクロストーク、電磁輻射、ノイズなどの問題が生じるため、電気配線の一部を光配線に置き換えて、電気信号の代わりに光信号を利用することが検討されている。

ここで、光配線とは、例えば、図１に記載されるように、光導波路２により光３を伝送するもので、光導波路２とは、コア層２２と、コア層２２の外層となるクラッド層２３からなり、コア層２２の屈折率をクラッド層２３よりも大きくすることで、光３がコア層２２とクラッド層２３との界面で全反射しながら伝搬されるものである。そして、光導波路２を伝播してきた光３を、光素子４と光結合させる（矢印Ａ）ために、あるいは、光素子４から発信された光３を、光導波路２に伝播させる（矢印Ｂ）ためには、光導波路２の端面に設けられた４５°傾斜面２１において光３を反射させるための金属反射膜１を形成する必要がある。

この金属反射膜の形成方法については、例えば、スパッタや蒸着による形成方法が知られている。しかしながら、スパッタや蒸着による形成方法では、当然に真空工程が必要であるため、スパッタや蒸着の装置の大きさや製造コストが問題点となり、金属反射膜を形成した光導波路を安価で大量に生産するには不向きである。

また、特許文献１、２のように、安価な手法である無電解めっきによる形成方法も提案されている。しかしながら、無電解めっきによる形成方法では、酸やアルカリ溶液に浸漬する工程が必要であるため、その過程で光導波路を破損する場合があることや、パラジウム等の触媒を付着させる工程が必要であるため、手間がかかるという問題点があった。
特開２００５−６８４５９号公報 特開２００５−１６４７６２号公報

そこで、本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであって、従来技術の問題点を解消し、光導波路を酸やアルカリによって破損させることなく、また真空工程を用いることなく、容易にかつ低コストで金属反射膜を形成して、金属反射膜を形成した光導波路の大量生産を可能とする金属反射膜の形成方法を提供することを課題としている。

本発明によれば、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

〔１〕一端を傾斜面とした、コアの周囲にクラッドを設けてなる平面型構造の光導波路又は断面円形の光ファイバーの光導波路の傾斜面において、光導波路を伝播してきた光を、光素子と光結合させるために、あるいは、光素子から発信された光を、光導波路に伝播させるために、前記傾斜面に設けられる光を反射させるための金属反射膜の形成方法であって、前記傾斜面に、表面修飾基を有する金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散させた金属ペーストをインクジェットによって噴霧して塗布後、加熱硬化することによって、波長８５０ｎｍの光の反射率が８０％以上の金属反射膜を形成することを特徴とする金属反射膜の形成方法。

〔２〕金属ナノ粒子が、平均粒径１〜５０ｎｍ以下であることを特徴とする上記〔１〕の金属反射膜の製造方法。

〔３〕金属ナノ粒子が、金、銀、銅、白金、及びこれらの混合物からなるナノ粒子であることを特徴とする上記〔１〕または〔２〕の金属反射膜の形成方法。

本発明によれば、傾斜面に、金属ナノ粒子を分散溶媒に分散させた金属ペーストを塗布後、加熱硬化するという簡便な手法であるため、容易で低コストに金属反射膜を形成することができ、金属反射膜を形成した光導波路の大量生産に好適な形成方法である。また、酸やアルカリ溶液に浸漬する必要もないため、光導波路を破損させずに金属反射膜を形成することができる。

さらに、本発明においては金属ペーストを用いているので、金属反射膜を形成するのと同時に、金属ペーストの従来の用途として電気接続、電気配線が形成でき、例えば、光素子やドライバＩＣ等の素子の接続や電気配線との接続が金属反射膜の形成と同時に実現できる。

本発明者らは、従来技術の問題点を解消する金属反射膜の形成方法について鋭意検討を重ねた結果、従来、微細な電気回路の配線用に用いられていた金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散させた金属ペーストに着目し、これを傾斜面に塗布後、加熱硬化するという簡便な方法によって金属反射膜が形成できることを見出し、本発明に至った。金属反射膜は、反射率が所望の波長の光に対して８０％以上であることが望ましいが、電気回路の配線用の金属ペーストを使用し、しかも簡便な本発明によって、近距離光通信において一般的に実用されている波長８５０ｎｍの光の反射率が８０％以上の金属反射膜が得られるということは全く予想し得なかった。さらには、金属ペーストを用いて金属反射膜を形成するのと同時に、金属ペーストの従来の用途として電気接続、電気配線が形成でき、例えば、光素子やドライバＩＣ等の素子の接続や電気配線との接続が金属反射膜の形成と同時に実現できるため、コストを下げることができるとともに、生産効率が向上するという利点も見出された。なお、反射率とは、入射光の強さに対する反射光の強さの比率（％）であり、同一反射膜であっても波長によって反射率が異なるため特定波長について測定されるものであり、反射率測定機を用いて測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明における金属ナノ粒子は、一般的なナノ粒子の定義と同様、粒径が１〜１００ｎｍ程度の粒子である。粒径が１〜１００ｎｍ程度であるため、表面活性度が高く、金属本来の融点よりもはるかに低い温度で金属間接合するが、より低い温度で金属間接合させるために、平均粒径が１〜５０ｎｍであることが好ましい。さらに好ましくは1〜１０ｎｍである。ただし、金属ナノ粒子は、そのままでは活性度が高すぎるため、本発明における金属ナノ粒子は、表面修飾基を有することによって反応性を制御されたものとする。

本発明における塗布の方法については、例えば、インクジェットによって、直接傾斜面にペーストを噴霧して塗布する方法や、傾斜面にペーストを滴下した後、スキージして引き延ばして塗布する方法等が簡便であるため好適に用いることができる。

本発明における加熱硬化温度の下限は、金属ナノ粒子、分散溶媒の種類によって適切な温度を選択することが考慮され、目安として、２００℃以上であることが好ましく、２４０℃以上であることがさらに好ましく、加熱硬化の雰囲気は酸素存在雰囲気下であることが好ましく、加熱硬化時間は２０分以上であることが好ましい。また、加熱硬化温度の上限についても、光導波路に使用する材料等によって適切な温度を選択することが考慮され、光導波路にガラス等を使用する場合は、目安として、３００℃以下であることが好ましく、２６０℃以下であることがさらに好ましく、加熱硬化時間についても１時間以内であることが好ましい。

本発明によって形成される金属反射膜は、緻密であるとともに密着性に優れており、金属反射膜の経時による剥離および反射率の低下がほとんどなく、長期安定性に優れている。また、金属反射膜の傷付き等を防止するために、必要に応じて保護膜等を設けてもよい。

本発明によって形成される金属反射膜の膜厚は、長期安定性、反射率等の光導波路に形成する金属反射膜に望ましい物性を考慮すれば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。

本発明の金属反射膜の形成方法によって、例えば、図１に示されるような光導波路２の端面に設けられた４５°傾斜面２１に形成された金属反射膜１を得ることができる。なお、光導波路２は、コア層２２とクラッド層２３からなり、端面には傾斜面２１が設けられている。

光導波路は、形状として、平面型構造の光導波路や断面円形の光ファイバー等が知られているように、本発明においてもこれらを用いることができる。現在使用されている光導波路の大きさは様々であり、傾向として光導波路の微細化と高集積化が進められており、例えば、クラッド径８０μｍ、コア径５０μｍの光ファイバを１６芯集積したテープファイバも開発されている。そして、本発明は、石英光ファイバのコア部分の直径５０μｍの微細な領域でもインクジェット等によって正確に塗布できるため、傾斜面２１の大きさに左右されず本発明を適応することができる。つまり、断面円形の光ファイバであれば、直径が５０μｍ程度、平面型構造の光導波路であれば、傾斜面２１の短辺の長さが５０μｍ程度の微細なものまで金属反射膜を形成することができるのである。

以上のような簡便な本発明によって形成される金属反射膜は、近距離光通信において一般的に実用されている波長８５０ｎｍの光の反射率が８０％以上と優れている。

さらに本発明は、金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散させた金属ペーストとして、市販の金属ペーストを使用することもでき、金属によって特定波長に対する反射率が変化するため、例えば、金属ナノ粒子が金、銀、銅、白金、及びこれらの混合物からなるナノ粒子を使用する波長に応じて選択することで、所望の反射率を得ることができる。また、光導波路が酸やアルカリに浸漬されて破損するおそれがなく材料が制限されないので、ガラス製あるいは樹脂製等の従来知られている各種のものを用いることができるという高い汎用性も有しており、大量生産するに際して好適である。

以下、実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

＜実施例１＞
金属反射膜の波長８５０ｎｍの光の反射率を測定するモデルとして、光学用のガラスであるＢＫ７基板直径２ｃｍの表面に、市販の金ペースト（ハリマ化成製、ＮＰＧ−Ｊ）を用いて、インクジェットで塗布を行い２２０℃に加熱した大気炉にＢＫ７基板を導入し、３０分、加熱硬化を行って、金反射膜を形成した。なお、膜厚は断面ＳＥＭ（日立社製Ｓ−２５００）によって１μｍであることが確認された。

＜実施例２＞
実施例１と同様に、ＢＫ７基板表面に、市販の銀ペースト（ハリマ化成製、ＮＰＳ−Ｊ）を用いて、インクジェットで塗布を行い、２５０℃に加熱した大気炉にＢＫ７基板を導入し、３０分、加熱硬化を行って、金反射膜を形成した。なお、膜厚は断面ＳＥＭ（日立社製Ｓ−２５００）によって３μｍであることが確認された。

そして、実施例１、２で形成した金反射膜および銀反射膜に対して、９０°に波長８５０ｎｍの光を入射させ、その反射率を測定した（日本分光社製Ｖ−５７０）。波長８５０ｎｍの光の反射率は、実施例１においては、９２％であり、実施例２においては、８５％であった。この反射率測定結果より、本発明の金属反射膜は、市販の金属金属ペーストを用いても、波長８５０ｎｍの光の反射率が８０％以上と優れた反射率を有し、実用的な反射率であることが確認された。

以上のように、本発明は、傾斜面に、金属ナノ粒子を分散溶媒に分散させた金属ペーストを塗布後、加熱硬化するという簡便な手法であるため、容易で低コストに金属反射膜を形成することができ、金属反射膜を形成した光導波路の大量生産に好適な形成方法である。また、酸やアルカリ溶液に浸漬する必要もないため、光導波路を破損させずに金属反射膜を形成することができる。

金属反射膜が形成された光配線の断面図である。

符号の説明

１ 金属反射膜
２ 光導波路
２１ ４５°傾斜面
２２ コア層
２３ クラッド層
３ 光
４ 光素子

Claims (3)

1. 一端を傾斜面とした、コアの周囲にクラッドを設けてなる平面型構造の光導波路又は断面円形の光ファイバーの光導波路の傾斜面において、光導波路を伝播してきた光を、光素子と光結合させるために、あるいは、光素子から発信された光を、光導波路に伝播させるために、前記傾斜面に設けられる光を反射させるための金属反射膜の形成方法であって、前記傾斜面に、表面修飾基を有する金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散させた金属ペーストをインクジェットによって噴霧して塗布後、加熱硬化することによって、波長８５０ｎｍの光の反射率が８０％以上の金属反射膜を形成することを特徴とする金属反射膜の形成方法。
2. 前記金属ナノ粒子が、平均粒径１〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属反射膜の形成方法。
3. 前記金属ナノ粒子が、金、銀、銅、白金、及びこれらの混合物からなるナノ粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属反射膜の形成方法。

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