JP6909627B2 - 光導波路装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光導波路装置及びその製造方法に関する。
従来、電気信号を扱う配線基板の上に光信号を扱う光導波路が形成された光導波路装置がある。光導波路装置は光電気複合基板であり、電気信号の伝達速度の限界を補うために、高速部分を光信号で伝達することができる。
光導波路の端側には光路変換ミラーが配置されており、光素子が光導波路の光路変換ミラーに光結合されるように配線基板に搭載される。
特開2011−118163号公報
後述する予備的事項で説明するように、光導波路装置では、下から順に、第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層が形成されている。そして、第2クラッド層の外周部が第1クラッド層の上面に配置される。
このため、TC試験(熱サイクル試験)を行うと、第2クラッド層の外周部の側面と第1クラッド層の上面とが接する部分に応力が集中しやすい。
その結果、第1クラッド層にクラックが発生したり、第2クラッド層が剥離することがあり、製造歩留りの低下の要因になると共に、十分な信頼性が得られない。
十分な信頼性が得られる新規な構造の光導波路装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、第1クラッド層と、前記第1クラッド層の上に形成されたコア層と、前記第1クラッド層及び前記コア層の上に形成され、前記第1クラッド層よりも平面視での面積が小さい第2クラッド層とを有し、前記第1クラッド層は、本硬化部と、リング状の半硬化部とを有し、前記第2クラッド層の外周部は、前記第1クラッド層の半硬化部の上に配置されている光導波路装置が提供される。
また、その開示の他の観点によれば、基板の上に、本硬化部と、平面視でリング状領域に配置された半硬化部とを備えた第1クラッド層を形成する工程と、前記第1クラッド層の上にコア層を形成する工程と、前記第1クラッド層及び前記コア層の上に第2クラッド層を形成する工程とを有し、前記第2クラッド層を形成する工程では、前記第2クラッド層の外周部が前記第1クラッド層の半硬化部の上に配置される光導波路装置の製造方法が提供される。
以下の開示によれば、光導波路装置では、下から順に、第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層が形成されている。第2クラッド層の面積は第1クラッド層の面積よりも小さく設定されている。第2クラッド層は、中央部に配置された本硬化部と、外周部に配置された半硬化部とを有する。そして、第2クラッド層の外周部の半硬化部の側面が第1クラッド層の上面に配置されている。
これにより、TC試験(熱サイクル試験)を行う際に、第2クラッド層の外周部の側面と第1クラッド層の上面とが接する部分に応力が集中するとしても、第2クラッド層の外周部の半硬化部により応力を分散することができる。
よって、第1クラッド層にクラックが発生したり、第2クラッド層が剥離することが防止され、製造歩留り及び信頼性の向上を図ることができる。
あるいは、第1クラッド層が本硬化部とリング状の半硬化部とを有し、第2クラッド層の外周部が第1クラッド層の半硬化部の上に配置されていてもよい。
また、第1クラッド層が本硬化部と複数の半硬化部とを有し、複数のコア層が第1クラッド層の半硬化部の上にそれぞれ配置されていてもよい。この態様では、さらに、第2クラッド層が本硬化部と複数のコア層の上面及び側面を覆う半硬化部とを有する。
図1は予備的事項に係る光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その1)である。 図2は予備的事項に係る光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図その2)である。 図3は予備的事項に係る光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その3)である。 図4は予備的事項に係る光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その4)である。 図5(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その1)である。 図6(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その2)である。 図7(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その3)である。 図8(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その4)である。 図9(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その5)である。 図10(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その6)である。 図11(a)及び(b)は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その7)である。 図12は第1実施形態の光導波路装置を示す平面図である。 図13は第1実施形態の光導波路装置を示す断面図である。 図14(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その1)である。 図15(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その2)である。 図16(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その3)である。 図17(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その4)である。 図18(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その5)である。 図19(a)及び(b)は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その6)である。 図20は第2実施形態の光導波路装置を示す断面図である。 図21は第2実施形態の変形例の光導波路装置を示す断面図である。 図22(a)及び(b)は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その1)である。 図23は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その2)である。 図24(a)及び(b)は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その3)である。 図25(a)及び(b)は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その4)である。 図26(a)及び(b)は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図及び断面図(その5)である。 図27は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その6)である。 図28は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その7)である。 図29は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す平面図(その8)である。 図30は第3実施形態の光導波路装置を示す断面図である。 図31は第3実施形態の変形例の光導波路装置を示す断面図である。 図32は第1実施形態の光導波路装置に光素子が搭載された様子を示す断面図である。
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。予備的事項の記載は、発明者の個人的な検討内容であり、公知技術ではない新規な技術を含む。
図1〜図4は、予備的事項に係る光導波路装置の製造方法を示す図である。図1〜図4において、上図が平面図であり、下図が断面図である。
予備的事項に係る光導波路装置の製造方法では、図1に示すように、まず、配線基板100を用意する。配線基板100は電気信号を扱う基板であり、両面に配線層(不図示)がそれぞれ形成されている。
次いで、図2に示すように、配線基板100の上に第1クラッド層200を形成する。第1クラッド層200は、光硬化性樹脂を完全に硬化させることにより得られる。
さらに、図3に示すように、第1クラッド層200の上にコア層300を形成する。コア層30は、光硬化性樹脂にフォトマスクを介して紫外光を照射し、現像することにより、光硬化性樹脂が帯状にパターン化されて形成される。
続いて、図4に示すように、第1クラッド層200の上にコア層300を被覆する第2クラッド層400を形成する。第2クラッド層400は、第1クラッド層200と同様に、光硬化性樹脂を完全に硬化させることにより得られる。
第2クラッド層400の面積は第1クラッド層200の面積よりも小さく設定され、第2クラッド層400の外周部が第1クラッド層200の上面に配置される。
前述したように、第1クラッド層200及び第2クラッド層400は、共に完全に硬化した樹脂から形成される。このため、図4の光導波路に対してTC試験(熱サイクル試験)を行うと、第2クラッド層400の外周部の側面と第1クラッド層200の上面とが接する部分に応力が集中しやすい。
このため、第2クラッド層400の外周部の側面と接する部分から第1クラッド層200の内部にクラックが発生しやすい。
また、特に第2クラッド層400の外周部にかかる応力によって、第2クラッド層400の外周部が第1クラッド層200及びコア層300から剥離することがある。
このように、図4の構造の光導波路装置では、第1クラッド層200にクラックが発生したり、第2クラッド層400が剥離することがあり、製造歩留りの低下の要因になると共に、十分な信頼性が得られない。
以下に説明する実施形態の光導波路装置では、前述した不具合を解消することができる。
(第1実施形態)
図5〜図11は第1実施形態の光導波路装置の製造方法を示す図、図12及び図13は第1実施形態の光導波路装置を示す図である。以下、光導波路装置の製造方法を説明しながら、光導波路装置の構造を説明する。
第1実施形態の光導波路装置の製造方法では、図5(a)及び(b)に示すように、まず、電気信号を扱う配線基板10を用意する。図5(a)は平面図であり、図5(b)は図5(a)のI−Iに沿った断面図である。以降の図5(a)及び(b)に対応する図についても同様である。
図5(a)及び(b)に示すように、配線基板10では、絶縁基板12の両面に配線層20がそれぞれ形成されている。絶縁基板12には厚み方向に貫通するスルーホールTHが設けられており、スルーホールTH内に貫通導体22が充填されている。両面側の配線層20は貫通導体22を介して相互接続されている。配線層20及び貫通導体22は銅などから形成される。
なお、スルーホールTHの側壁に形成されたスルーホールめっき層を介して両面側の配線層20が相互接続され、スルーホールTHの残りの孔に樹脂が充填されていてもよい。
また、絶縁基板12はリジット基板であってもよいし、あるいはフレキシブル基板でもよい。リジット基板とする場合は、絶縁基板12は例えばガラスエポキシ樹脂などから形成される。
あるいは、フレキシブル基板とする場合は、絶縁基板12は例えばポリイミドフィルムなどから形成される。また、絶縁基板12の両面側において、配線層20の積層数は任意に設定することができる。
配線基板10のスルーホールTHはドリルやレーザなどで形成され、配線層20及び貫通導体22はフォトリソグラフィ及びめっき技術などを使用して形成される。
次いで、図6(a)及び(b)に示すように、配線基板10上に第1クラッド層30を形成する。第1クラッド層30は、光硬化性樹脂に紫外光を照射した後に、100℃〜150℃の温度で加熱処理して、光硬化性樹脂を本硬化させることにより得られる。「本硬化」とは、光硬化性樹が露光及び加熱処理によって完全に硬化した状態を示す。
第1クラッド層30をパターニングして外形を調整する場合は、フォトマスクを介して光硬化性樹脂に紫外線を照射し、現像することにより第1クラッド層30が得られる。
第1実施形態では、第1クラッド層30は全体にわたって本硬化した状態で形成される。
光硬化性樹脂の形成方法としては、樹脂シートを積層してもよいし、あるいは、液状樹脂を塗布してもよい。第1クラッド層30の厚みは、例えば、10μm〜30μm程度である。
続いて、図7に示すように、第1クラッド層30の上にコア層を得るための光硬化性樹脂(不図示)を形成する。さらに、フォトマスクを介して光硬化性樹脂に紫外線を照射し、現像した後に、光硬化性樹脂を100℃〜150℃程度の温度で加熱処理することにより本硬化させる。
これにより、複数のコア層32が第1クラッド層30の上に帯状パターンとして並んで配置される。コア層32は全体にわたって本硬化した状態で形成される。
例えば、コア層32の幅は5μm〜50μmに設定され、コア層32の厚みは5μm〜50μmに設定される。
次いで、図8(a)及び(b)に示すように、切削装置の回転ブレード(不図示)でコア層32を表面から厚み方向に加工することにより、光路を90°変換するための傾斜面Sを備えたV字状の溝部32aをコア層32に形成する。溝部32aは、光路変換ミラーが配置されるコア層32の両端部に形成される。図8(b)は図8(a)の平面図のII−IIに沿った断面図である。
さらに、マスク蒸着などにより、コア層32の溝部3aの傾斜面Sに光反射性の金属層を部分的に形成して光路変換ミラーMを得る。光反射性の金属として、金又はアルミニウムなどがある。
次いで、図9(a)及び(b)に示すように、第1クラッド層30及びコア層32の上に第2クラッド層を得るための光硬化性樹脂34xを形成する。光硬化性樹脂34xは、コア層32の上面及び側面を被覆した状態で上面が平坦になって形成される。
図9の工程では、光硬化性樹脂34xは全体にわたって未硬化の状態となっている。「未硬化」とは、光硬化性樹脂に対して紫外線の照射及び加熱処置が全く行われていない状態を示す。
光硬化性樹脂34xとしては、例えば、ネガ型の感光性のエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などを使用することができる。前述した第1クラッド層30及びコア層32についても、同様な光硬化性樹脂が使用される。
光硬化性樹脂34xは、光硬化に寄与する反応性官能基と、熱硬化に寄与する反応性官能基とを含み、光硬化及び熱硬化によって硬化する。
図10(a)には光硬化性樹脂34xの1次露光用の第1フォトマスク40が示されている。図10(a)に示すように、第1フォトマスク40は中央部に透光部40aを備え、外周部に枠状の遮光部40bを備えている。
そして、図10(a)の第1フォトマスク40の透光部40aを通して、紫外線を上記した図9(a)の光硬化性樹脂34xに照射して1次露光を行う。1次露光では、光硬化性樹脂34xが半硬化状態になるように露光量を調整する。
図10(b)に示すように、1次露光は、破線で区画された光硬化性樹脂34xの四角状の第1領域R1に行われる。第1領域R1は、最終的に得られる第2クラッド層の外形に対応する領域である。
例えば、紫外線を照射する時間を本硬化に要する時間よりも短く設定する。あるいは、本硬化に用いる紫外線の強度よりも小さい強度の紫外線を照射する。
さらに、1次露光が行われた光硬化性樹脂34xを100℃〜150℃の温度で第1の加熱処理を行う。このようにして、図10(b)に示すように、光硬化性樹脂34xが半硬化状態になる条件で1次露光及び第1の加熱処理を行うことにより、光硬化性樹脂34xの第1領域R1を半硬化状態にする。
図10(b)では、光硬化性樹脂34xの半硬化した第1領域R1はドット領域で示され、未硬化の領域は斜線領域で示されている。
「半硬化」とは、光硬化性樹脂34xの中で架橋反応が部分的に生じており、全体にわたって完全に硬化していない状態を示す。半硬化状態にするには、光硬化性樹脂34xの架橋率(硬化率)が「本硬化」に対して10〜80%(例えば50%)に設定されるようにする。
続いて、図11(a)に示すように、光硬化性樹脂34xの2次露光用の第2フォトマスク42を用意する。第2フォトマスク42は、光硬化性樹脂34xの第1領域R1の中央部を本硬化させるための透光部42aと、光硬化性樹脂34xの第1領域R1の外周部を半硬化状態に維持するための遮光部42bと備えている。
このため、第2フォトマスク42の透光部42aのサイズは第1フォトマスク40の透光部40aのサイズよりも一回り小さく設定される。
そして、図11(a)の第2フォトマスク42の透光部42aを通して紫外線を上記した図10(b)の光硬化性樹脂34xに照射して2次露光を行う。2次露光は、第2フォトマスク42の透光部42aに対応する領域の光硬化性樹脂34xが完全に硬化するように露光量を調整する。
具体的には、2次露光の露光条件は、上記した1次露光の露光条件と同じに設定される。
図11(b)に示すように、2次露光は、光硬化性樹脂34xの破線で囲まれた第2領域R2に行われる。2次露光が行われる第2領域R2は、半硬化した四角状の第1領域R1よりも一回り小さい領域である。
さらに、2次露光が行われた光硬化性樹脂34xを100℃〜150℃の温度で第2の加熱処理を行う。
これにより、光硬化性樹脂34xの第2領域R2は、1次露光及び第1の加熱処理と、2次露光及び第2の加熱処理とのトータルの処理により、完全に硬化した本硬化状態となる。図11(b)では、光硬化性樹脂34xの本硬化した第2領域R2は、白抜き領域で示されている。
一方、光硬化性樹脂34xの第1領域R1から第2領域R2を除いたリング状領域R3は、第2フォトマスク42の遮光部42bによって2次露光が行われないため、半硬化状態に維持される。光硬化性樹脂34xの半硬化したリング状領域R3はドット領域で示されている。
光硬化性樹脂34xのリング状領域R3は、最終的に得られる第2クラッド層の外周部に対応する四角形の環状領域である。
その後に、図12に示すように、図11(b)の露光された光硬化性樹脂34xを現像液で処理することにより、光硬化性樹脂34xの露光されていない両端部分(斜線領域)が溶解して除去される。
これにより、第1クラッド層30の上にコア層32を被覆する第2クラッド層34が形成される。第2クラッド層34の面積は第1クラッド層30の面積よりも小さく設定される。
そして、第2クラッド層34は中央部に配置された本硬化部34aと、外周部に配置された半硬化部34bとを備えて形成される。第2クラッド層34の側面に半硬化部34bが露出した状態となる。
このようにして、外周部が、本硬化部34aの外周を覆うリング状の半硬化部34bからなる第2クラッド層34を形成する。
以上により、図12及び図13に示すように、第1実施形態の光導波路装置1が得られる。
図13に示すように、第1実施形態の光導波路装置1は、前述した図5で説明した配線基板10を備えている。配線基板10では、絶縁基板12の両面に配線層20がそれぞれ形成されており、両面側の配線層20は貫通導体22を介して相互接続されている。
そして、配線基板10の上に第1クラッド層30が形成されている。第1クラッド層30は全体にわたって完全に硬化されて本硬化している。また、第1クラッド層30の上に複数のコア層32が並んで形成されている。
さらに、コア層32の両端部には傾斜面Sを備えた溝部3a(図8(b))が形成されている。溝部34aの傾斜面Sには、金属層からなる光路変換ミラーM(図8(b))が形成されている。
さらに、第1クラッド層30及びコア層32の上に第2クラッド層34が形成されている。第2クラッド層34の面積は第1クラッド層30の面積よりも小さく設定される。このため、第2クラッド層34の側面は第1クラッド層30の側面よりも内側に配置される。
図12及び図13に示すように、第2クラッド層34は、本硬化部34aと、第2クラッド層34の外周部に形成された半硬化部34bとを有する。第2クラッド層34は、中央部に配置された本硬化部34aと、外周部に配置された半硬化部34bとを備えている。
第2クラッド層34の本硬化部34aと半硬化部34bとは一体的に繋がって形成されている。複数のコア層32は全て第2クラッド層34の本硬化部34aで被覆されている第1クラッド層30、コア層32及び第2クラッド層34から光導波路5が構築される。コア層32の屈折率は、第1クラッド層30及び第2クラッド層34の屈折率よりも高くなるように設定される。
このように、全体にわたって本硬化した第1クラッド層30の上に、中央部が本硬化部43aから形成され、外周部が半硬化部34bから形成された第2クラッド層34が配置されている。
前述した予備的事項で説明したように、図13の光導波路装置1に対してTC試験(熱サイクル試験)を行うと、第2クラッド層34の外周部の側面と第1クラッド層30の上面とが接する部分に応力が集中する。TC試験では、例えば、−55℃〜125℃の温度範囲で熱サイクル試験が行われる。
本実施形態では、第2クラッド層34の外周部が半硬化部34bとなっているため、上記した応力を第2クラッド層34の半硬化部34bによって分散することができる。
よって、第2クラッド層34の外周部の側面と接する部分から第1クラッド層30の内部にクラックが発生することが防止される。これにより、光導波路装置の製造歩留りの向上を図ることができると共に、十分な信頼性が得られる。
また、光導波路5が構築される複数のコア層32が並んで配置された領域では、第2クラッド層34の本硬化部34aが配置され、全てのコア層32が第2クラッド層34の本硬化部34aによって被覆されている。このため、本実施形態の光導波路5では、従来構造と同様な良好な光学特性が得られる。
なお、前述した第1実施形態の製造方法では、本硬化部34aと半硬化部34bとを有する第2クラッド層34を形成する際に、第1フォトマスク40及び第2フォトマスク42を使用し、露光を2回行っている。
この方法以外に、後述する第3実施形態で説明するように、フォトマスクとして1枚のグレートーンマスクを使用し、一回の露光によって本硬化部34aと半硬化部34bとを有する第2クラッド層34を形成してもよい。
この場合は、透光部と半透光部とを備えたグレートーンマスクを通して光硬化性樹脂に紫外線を照射して露光する。これにより、第2クラッド層34の本硬化部34aは、グレートーンマスクの透光部に対応する光硬化性樹脂から得られる。また、第2クラッド層34の半硬化部34bは、グレートーンマスクの半透光部に対応する光硬化性樹脂から得られる。
(第2実施形態)
図14〜図19は第2実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図、図20及び図21は第2実施形態の光導波路装置を示す断面図である。
第2実施形態では、第2クラッド層の半硬化部に対応する部分の第1クラッド層にも半硬化部を形成して、第1クラッド層の半硬化部の上に第2クラッド層の半硬化部が配置されるようする。
第2実施形態では、第1実施形態と同一工程及び同一要素についてはその詳しい説明を省略する。
図14(a)及び(b)に示すように、第2実施形態の光導波路装置の製造方法では、前述した第1実施形態の図5と同様な配線基板10を用意する。そして、配線基板10の上に、紫外線の照射及び加熱処理が行われていない状態の未硬化の第1光硬化性樹脂30xを形成する。第1光硬化性樹脂30xは、樹脂シートを積層してもよいし、あるいは液状樹脂を塗布してもよい。
そして、図15(a)に示すように、第1光硬化性樹脂30xの1次露光用のフォトマスク50を用意する。フォトマスク50では、中央部と外周部とが透光部50aとなっており、中央部と外周部との間のリング状領域が遮光部50bとなっている。
そして、上記した図14(a)の第1光硬化性樹脂30xに、フォトマスク50の透光部50aを通して紫外線を照射して、1次露光を行う。このとき、第1光硬化性樹脂30xの露光領域が半硬化状態になるように露光条件が調整される。
さらに、1次露光が行われた第1光硬化性樹脂30xを100℃〜150℃の温度で第1の加熱処理を行う。このようにして、図15(b)に示すように、第1光硬化性樹脂30xが半硬化状態となる条件で1次露光及び第1の加熱処理を行うことにより、第1光硬化性樹脂30xの中央部と外周部とを半硬化状態にする(ドット領域)。
一方、フォトマスク50の遮光部50bで遮光された第1光硬化性樹脂30xのリング状領域は未硬化状態のままとなる(斜線領域)。
次いで、図16(a)及び(b)に示すように、図15(b)の第1光硬化性樹脂30xに、フォトマスクを使用せずに第1光硬化性樹脂30xの全体に紫外線を照射して2次露光(全面露光)を行う。
さらに、2次露光が行われた第1光硬化性樹脂30xを100℃〜150℃の温度で第2の加熱処理を行う。
このとき、1次露光及び第1の加熱処理と2次露光及び第2の加熱処理のトータルの処理によって、第1光硬化性樹脂30xの中央部と外周部とが本硬化状態になるように、露光条件及び加熱条件が調整される。
またこのとき、図15(b)の第1光硬化性樹脂30xの未硬化のリング状領域が半硬化状態になるように、2次露光及び第2の加熱処理の条件が調整される。
このようにして、第1クラッド層30が形成される。第1クラッド層30の中央部と外周部とが完全に硬化されて本硬化部30a(白抜き領域)となって形成される。また、第1クラッド層30の中央部と外周部と間のリング状領域が硬化部30b(ドット領域)となって形成される。
第2実施形態の第1クラッド層30のリング状領域は、四角形の第1クラッド層30の内部に配置される四角形の環状領域である。
このようにして、本硬化部30aと平面視でリング状領域に配置された半硬化部30bとを有する第1クラッド層30を形成する。
なお、後述する第3実施形態の製造方法のように、透光部と半透光部とを備えたグレートーンマスクを使用し、一回の露光によって本硬化部30aと半硬化部30bとを備えた第1クラッド層30を形成してもよい。
次いで、図17(a)及び(b)に示すように、前述した第1実施形態の図7の工程と同様な方法により、第1クラッド層30の上にコア層32を形成する。さらに、図17(a)に示すように、前述した図8の工程と同様な方法により、コア層32の両端部に光路変換ミラーMを形成する。
その後に、図18(a)及び(b)に示すように、第1クラッド層30及びコア層32の上に、未硬化の第2光硬化性樹脂34xを形成する。第2光硬化性樹脂34xは、樹脂シートを積層してもよいし、あるいは、液状樹脂を塗布してもよい。
さらに、前述した第1実施形態の図10(a)及び(b)の工程と同様に、図18(a)の第2光硬化性樹脂34xに対して、第1フォトマスク40を介して第1領域R1に1次露光及び第1の加熱処理を行う。
さらに、前述した第1実施形態の図11(a)及び(b)の工程と同様に、第2光硬化性樹脂34xに対して、第2フォトマスク42を介して第2領域R2に2次露光及び第2の加熱処理を行う。
これにより、図19(a)に示すように、前述した第1実施形態の図11(b)と同様に、第2光硬化性樹脂34xの破線で囲まれた第2領域R2が完全に硬化した本硬化状態となる(白抜き領域)。
一方、第2光硬化性樹脂34xの第1領域R1から第2領域R2を除いたリング状領域R3は、第2フォトマスク42の遮光部42bによって2次露光が行われないため、半硬化状態に維持される(ドット領域)。
その後に、図19(b)に示すように、図19(a)の第2光硬化性樹脂34xを現像液で処理することにより、第2光硬化性樹脂34xの露光されていない両端部分(斜線領域)が溶解して除去される。
これにより、前述した第1実施形態の図12と同様に、中央部に本硬化部34aを備え、外周部に半硬化部34bを備えた第2クラッド層34が形成される。第2クラッド層34の半硬化部34bは、第1クラッド層30のリング状の半硬化部30bに対応する位置に配置される。
なお、第2クラッド層34を形成する際にも、後述する第3実施形態の製造方法のように、透光部と半透光部とを備えたグレートーンマスクを使用し、一回の露光によって本硬化部34aと半硬化部34bとを得てもよい。
以上により、図20に示すように、第2実施形態の光導波路装置1aが得られる。
図20に示すように、第2実施形態の光導波路装置1aでは、前述した第1実施形態の光導波路装置1において、第2クラッド層34の外周部に形成された半硬化部34bに対応する領域の第1クラッド層30にもリング状の半硬化部30bが形成されている。第1クラッド層30以外の要素は、第1実施形態の光導波路装置1と同じである。
前述した図16を参照して第1クラッド層30を平面視すると、中央部と外周部とが本硬化部30aとなっており、中央部と外周部との間のリング状領域が半硬化部30bとなって形成されている。
第1クラッド層30のリング状の半硬化部30bの上に第2クラッド層34の半硬化部34bが配置されている。第1クラッド層30の半硬化部30bの幅は、第2クラッド層34の硬化部34bの幅よりも広く設定される。
このように、第1クラッド層30は、本硬化部30aとリング状の半硬化部30bとを有し、第2クラッド層の34の外周部が第1クラッド層30の半硬化部30bの上に配置されている。
図20の第2実施形態の光導波路装置1aにおいても、TC試験(熱サイクル試験)を行うと、第2クラッド層34の外周部の側面と第1クラッド層30の上面とが接する部分に応力が集中する。
第2実施形態では、第1クラッド層30のリング状の半硬化部30bの上面と、第2クラッド層34の外周部の半硬化部34bの下面とが接した状態で積層されている。また、第2クラッド層34の外周部の半硬化部34bの側面が第1クラッド層30の半硬化部30bの上面に配置されている。
これにより、第1クラッド層30の半硬化部30bと第2クラッド層34の半硬化部34bとによって上記した応力を分散することができる。よって、第1クラッド層30にクラックが発生したり、第2クラッド層34が剥離することがさらに防止される。
図21は第2実施形態の変形例の導波路装置を示す図である。図21に示すように、第2実施形態の変形例の光導波路装置1xでは、図20の光導波路装置1aにおいて、第2クラッド層34の全体が本硬化しており、第1クラッド層30のみにリング状の半硬化部30bが形成されている。
第2実施形態の変形例の導波路装置1xでは、第2クラッド層34の全体が本硬化していても、第2クラッド層34の外周部の側面が第1クラッド層30の半硬化部30bの上に配置される。
よって、同様に、第1クラッド層30の半硬化部30bによって上記した応力を分散することができるため、第1クラッド層30にクラックが発生したり、第2クラッド層34が剥離することが防止される。
以上のように、第2実施形態では、少なくとも、第2クラッド層34の外周部が配置される第1クラッド層30のリング状領域が半硬化部30bとなっていればよい。
(第3実施形態)
図22〜図28は第3実施形態の光導波路装置の製造方法を示す図、図29及び図30は第3実施形態の光導波路装置を示す図である。
第3実施形態では、前述した第2実施形態の図20の光導波路装置1aにおいて、複数のコア層に対応する部分の第1クラッド層及び第2クラッド層に平面視で帯状の半硬化部が分割されて配置される。
そして、第1クラッド層の帯状の各半硬化部の上にコア層が配置され、各コア層が第2クラッド層の半硬化部で被覆される。
第3実施形態では、図22に示すように、前述した第2実施形態の図14の工程と同様に、配線基板10の上に紫外線の照射及び加熱処理が行われていない状態の未硬化の第1光硬化性樹脂30xを形成する。
そして、図23に示すように、第1光硬化性樹脂30xの露光用の第1グレートーンマスク60(フォトマスク)を用意する。第1グレートーンマスク60は、透光部60aと半透光部60bとを備えている。半透光部60bでは、露光装置の解像度以下のスリットを形成し、そのスリットが光の一部を遮ることで中間露光を行うことができる。
これにより、透光部60aでは通常の露光が行われ、半透光部60bでは、露光が抑制され、透光部60aよりも露光量が少ない中間露光を行うことができる。
そして、図23の第1グレートンマスク60の透光部60a及び半透光部60bを通して、図22(a)の第1光硬化性樹脂30xに紫外線を照射する。さらに、露光された第1光硬化性樹脂30xを100℃〜150℃の温度で加熱処理する。
このとき、第1グレートンマスク60の透光部60aに対応する領域の第1光硬化性樹脂30xが完全に硬化して本硬化するように、露光条件及び加熱条件が調整される。また、このとき同時に、第1グレートンマスク60の半透光部60bに対応する領域の第1光硬化性樹脂30xが半硬化状態になるように露光条件及び加熱条件が調整される。
これにより、図24に示すように、第1グレートーンマスク60の透光部60aを通して露光された領域の第1光硬化性樹脂30xが完全に硬化されて本硬化部30a(白抜き領域)となる。また同時に、第1グレートーンマスク60の半透光部60bを通して露光された領域の第1光硬化性樹脂30xが半硬化部30b(ドット領域)となる。
このように、第1グレートーンマスク60を使用して第1光硬化性樹脂30xを露光し、加熱処理することにより、第1光硬化性樹脂30xに本硬化部30aと半硬化部30bとを同時に形成することができる。
このようにして、本硬化部30aと複数の半硬化部30bとを有する第1クラッド層30を形成する。第1クラッド層30の半硬化部30bは、次の工程で形成される複数のコア層に対応する帯状パターンP1を備えて形成される。
また、第1クラッド層30の半硬化部30bは、複数のコア層が配置される四角領域を取り囲むように配置されたリング状パターンP2を備えて形成される。
そして、第1クラッド層30の半硬化部30b以外の領域が本硬化部30aとなっている。第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1同士の間に本硬化部30aが配置される。また、第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1とリング状パターンP2との間、及びリング状パターンP2の周囲の領域に本硬化部30aが配置される。
第1クラッド層30の本硬化部30aと半硬化部30bとは一体的に繋がって形成される。
なお、第1グレートーンマスク60の代わりに、ハーフトーンマスクを使用してもよい。ハーフトーンマスクでは、中間露光を行う領域に半透過膜が配置される。
また、グレートーンマスクを使用する代わりに、前述した第1実施形態の製造方法のように、2回の露光によって本硬化部30aと半硬化部30bとを有する第1クラッド層30を形成してもよい。
この場合は、まず、図22(a)の第1光硬化性樹脂30xを全面露光して半硬化状態とする。その後に、本硬化部30a対応する透光部と、半硬化部30bに対応する遮光部とを備えたフォトマスクを通して露光することにより本硬化部30aを得る。
次いで、図25に示すように、前述した第1実施形態の図7の工程と同様な方法により、第1クラッド層30の上にコア層32を形成する。さらに、前述した図8の工程と同様な方法により、コア層32の両端部に光路変換ミラーMを形成する。
コア層32は、第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1の上にそれぞれ配置される。第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1の幅はコア層32の幅よりも広く設定される。また、第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1の長さは、コア層32の長さと同じ又はそれ以上に設定される。
次いで、図26に示すように、第1クラッド層30及びコア層32の上に、紫外線の照射及び加熱処理が行われていない状態の未硬化の第2光硬化性樹脂34xを形成する。
さらに、図27に示すように、第2グレートーンマスク62を用意する。第2グレートーンマスク62は、透光部62aと半透光部62bと遮光部62cとを備えている。第2グレートーンマスク62の透光部62a及び半透光部62bは、第1グレートーンマスク60の透光部60a及び半透光部60bに対応する領域に配置されている。
また、第2グレートーンマスク62の遮光部62cはリング状の半透光部62bの周囲の周縁部に配置されている
そして、第2グレートーンマスク62の透光部62a及び半透光部62bを通して図26(a)の第2光硬化性樹脂34xに紫外線を照射する。さらに、露光された第2光硬化性樹脂34xを100℃〜150℃の温度で加熱処理する。
このとき、第1クラッド層30の形成と同様に、第2グレートーンマスク62の透光部62aに対応する領域の第2光硬化性樹脂34xが完全に硬化して本硬化するように、露光及び加熱処理の条件が調整される。
また同様に、第2グレートーンマスク62の半透光部62bに対応する領域の第2光硬化性樹脂34xが半硬化状態になるように露光及び加熱条件が調整される。
これにより、図28に示すように、第2グレートーンマスク62の透光部62aを通して露光された領域の第2光硬化性樹脂34xが完全に硬化されて本硬化部34a(白抜き領域)となる。また同時に、第2グレートーンマスク62の半透光部62bを通して露光された領域の第2光硬化性樹脂34xが半硬化部34b(ドット領域)となる。
その後に、図29に示すように、図28の第2光硬化性樹脂34xを現像液で処理することにより、第2光硬化性樹脂34xの露光されていない周縁部(斜線領域)が溶解して除去される。
これにより、本硬化部34aと半硬化部34bとを備えた第2クラッド層34が形成される。第2クラッド層34の本硬化部34a及び半硬化部34bは、第1クラッド層30の本硬化部30a及び半硬化部30bに対応する領域に配置される。
第2クラッド層34の半硬化部34bは、コア層32の上面及び側面を被覆して形成された帯状パターンP1xと、複数のコア層32が配置された四角領域を取り囲むように配置されたリング状パターンP2xとを備えている。
第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1x同士の間、及び帯状パターンP1xとリング状パターンP2xとの間の領域に本硬化部34aが配置される。
このようにして、本硬化部34aと、複数のコア層32のそれぞれの上面及び側面を覆う複数の半硬化部34bとを有する第2クラッド層34を形成する。
なお、第2クラッド層34においても、第1実施形態と同様に、2回の露光によって、本硬化部34aと半硬化部34bとを形成してもよい。
この場合は、まず、図26(a)の第2光硬化性樹脂34xの中央部を第1フォトマスクを通して露光して半硬化状態とする。その後に、本硬化部34aに対応する透光部と、半硬化部34bに対応する遮光部とを備えた第2フォトマスクを通して露光することにより本硬化部34aを得る。
以上により、図30に示すように第3実施形態の光導波路装1bが得られる。
図29及び図30に示すように、第3実施形態の光導波路装置1bは、前述した図5で説明した配線基板10を備えている。
そして、配線基板10の上に第1クラッド層30が形成されている。第1クラッド層30は本硬化部30aと半硬化部30bとを備えている。前述した図24を加えて参照すると、第1クラッド層30の半硬化部30bは、複数の帯状パターンP1とその周囲に配置されたリング状パターンP2とを備えて形成される。
また、第1クラッド層30の本硬化部30aは、半硬化部30bの帯状パターンP1同士の間の領域、帯状パターンP1とリング状パターンP2との間の領域、及び帯状パターンP2の周囲の領域に配置されている。
第1クラッド層30の半硬化部30bの複数の帯状パターンP1の上にコア層32がそれぞれ配置されている。コア層32の両端部には光路変換ミラーM(図25)が形成されている。第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1の幅はコア層32の幅よりも広く設定される。
さらに、第1クラッド層30及びコア層32の上に第2クラッド層34が形成されている。
第2クラッド層34は、本硬化部34aと半硬化部34bとを備えている。図29に示すように、第2クラッド層34の半硬化部34bは、帯状パターンP1x及びリング状パターンP2xを備えて形成される。第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1x及びリング状パターンP2xは、第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1及びリング状パターンP2に対応して配置されている。
図30に示すように、第1クラッド層30の半硬化部30bの複数の帯状パターンP1の上に、第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1xがそれぞれ配置されている。第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1xの幅はコア層32の幅よりも広く設定されている。第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1xの中に各コア層32が埋設されている。
また、第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1x同士の間、及び帯状パターンP1xとリング状パターンP2xとの間の領域に本硬化部34aが配置されている。
第2クラッド層34では、半硬化部34bのリング状パターンP2xの周囲の領域に本硬化部が形成されておらず、半硬化部34bのリング状パターンP2xの側面が外端となって露出している。
第1クラッド層30、コア層32及び第2クラッド層34により光導波路5が構築される。断面形状が四角状のコア層32の下面が第1クラッド層30の半硬化部30bで被覆され、コア層32の上面及び側面が第2クラッド層34の半硬化部34bで被覆されている。
第1クラッド層30の半硬化部30bの帯状パターンP1と第2クラッド層34の半硬化部34bの帯状パターンP1xとが接した状態で積層されている。
第3実施形態の光導波路装置1bは、第2実施形態の光導波路装置1aと同様な効果を奏する。
また、複数のコア層32が第1クラッド層30の半硬化部30bの上に配置され、各コア層32の上面及び側面が第2クラッド層34の半硬化部34bで被覆されている。
このように、各コア層32の下面が第1クラッド層30の半硬化部30bに接し、各コア層32の上面及び側面が第2クラッド層34の半硬化部34bに接している。
このように、第1クラッド層30は、本硬化部30aと複数の半硬化部30bとを有し、複数のコア層32が第1クラッド層30の半硬化部30aの上にそれぞれ配置されている。さらに、第2クラッド層34は、本硬化部34aと複数のコア層32の上面及び側面を覆う半硬化部34bとを有する。
このため、各コア層32に応力がかかる場合であっても、第1クラッド層30の半硬化部30b及び第2クラッド層34の半硬化部34bによって応力が分散される。これにより、第1クラッド層30にクラックが発生したり、第2クラッド層34が剥離することが防止される。
さらに、第1クラッド層30の半硬化部30b同士の間に本硬化部30aが配置され、第2クラッド層34の半硬化部34b同士の間に本硬化部34aが配置されている。
このようにして、コア層32同士の間の領域には、第1クラッド層30の本硬化部30aと第2クラッド層34の本硬化部34aとが積層されて配置されるため、光導波路5の一定の強度を確保することができる。
図31には、第3実施形態の変形例の光導波路装置が示されている。図31に示すように、第3実施形態の変形例の光導波路装置1yでは、上記した図30の光導波路装置1bにおいて、第1クラッド層30の半硬化部30bのリング状パターンP2が本硬化部30aとなっている。また、第2クラッド層34の半硬化部34bのリング状パターンP2xが本硬化部34aになっている。
このように、各コア層32の周りのみに第1、第2クラッド層30,34の半硬化部30b,34bをそれぞれ配置し、各半硬化部30b,34bのリング状パターンP2,P2を省略してもよい。
各コア層32を被覆する第1クラッド層30の半硬化部30bと第2クラッド層34の半硬化部34bとにより、光導波路5にかかる応力を低減することができる。
(第4実施形態)
次に、前述した第1実施形態の図13の光導波路装置1に光素子を搭載する方法について説明する。
図32の光導波路5は、図13の光導波路5の奥行方向の断面が示されている。図32に示すように、図13の光導波路装置1の第2クラッド層34及び第1クラッド層30に配線基板10の配線層20に到達する接続ホールCHが形成される。
さらに、接続ホールCH内に充填されたビア導体を介して配線層20に接続される第1パッドP1及び第2パッドP2を第2クラッド層34の上に形成する。光導波路装置1のコア層32の一端側に第1パッドP1が配置され、他端側に第2パッドP2が配置される。
そして、コア層32の一端側の第1パッドP1に発光素子70をはんだ電極71によって接続する。発光素子70は光素子の一例である。
発光素子70はその下面に複数の発光部70aを備えており、発光部70aが光導波路装置1の各光路の光路変換ミラーMに光結合される。発光素子70として、面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が好適に使用される。
また、コア層32の他端側の第2パッドP2に受光素子72をはんだ電極73によって接続する。受光素子72は光素子の一例である。
受光素子72はその下面に複数の受光部72aを備えており、受光部72aが光導波路装置1の各光路の光路変換ミラーMに光結合される。受光素子72として、フォトダイオードが好適に使用される。
発光素子70及び受光素子72の下側にアンダーフィル樹脂をそれぞれ充填してもよい。
本実施形態の光導波路装置1では、不図示のドライバ素子から出力される電気信号が発光素子70に供給され、発光素子70の発光部70aから下側に光が出射される。
発光素子70から出射される光は、第2クラッド層34を透過して光導波路装置1の光路変換ミラーMに到達する。さらに、光路変換ミラーMで光が反射され、光路が90°変換されてコア層32に入射する。
次いで、コア層32に入射した光は、コア層32内で全反射を繰り返して伝播し、他端側の光路変換ミラーMに到達する。そして、他端側の光路変換ミラーMで光が反射されて光路が90°変換され、第2クラッド層34を透過して受光素子72の受光部72aに光が入射される。
受光素子72は光信号を電気信号に変換し、不図示のアンプ素子に電気信号が供給される。
本実施形態の光導波路装置1では、前述したように、光導波路5にかかる応力が低減されるため、製造歩留り及び信頼性の向上を図ることができる。
1,1a,1b,1x,1y…光導波路装置、5…光導波路、10…配線基板、12…絶縁基板、20…配線層、22…貫通導体、30…第1クラッド層、30a,34a…本硬化部、30b,34b…半硬化部、30x,34x…光硬化性樹脂、32…コア層、34…第2クラッド層、40…第1フォトマスク、40a,50a,60a、62a…透光部、40b,50b,62c…遮光部、42…第2フォトマスク、50…フォトマスク、60…第1グレートーンマスク、60b,62b…半透光部、62…第2グレートーンマスク、70…発光素子、70a…発光部、71,73…はんだ電極、72…受光素子、72a…受光部、CH…接続ホール、P1…第1パッド、P2…第2パッド、S…傾斜面、M…光路変換ミラー、TH…スルーホール。

Claims (9)

  1. 第1クラッド層と、
    前記第1クラッド層の上に形成されたコア層と、
    前記第1クラッド層及び前記コア層の上に形成され、前記第1クラッド層よりも平面視での面積が小さい第2クラッド層と
    を有し、
    前記第1クラッド層は、本硬化部と、リング状の半硬化部とを有し、
    前記第2クラッド層の外周部は、前記第1クラッド層の半硬化部の上に配置されていることを特徴とする光導波路装置。
  2. 第1クラッド層と、
    前記第1クラッド層の上に形成された複数のコア層と、
    前記第1クラッド層及び前記複数のコア層の上に形成された第2クラッド層と
    を有し、
    前記第1クラッド層は、本硬化部と、複数の半硬化部とを有し、
    前記複数のコア層は、前記第1クラッド層の半硬化部の上にそれぞれ配置され、
    前記第2クラッド層は、本硬化部と、前記複数のコア層の上面及び側面を覆う半硬化部とを有することを特徴とする光導波路装置。
  3. 前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層は、光硬化性樹脂から形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路装置。
  4. 前記半硬化部は、架橋率が前記本硬化部に対して10%〜80%であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の光導波路装置。
  5. 前記コア層に形成された光路変換ミラーに光結合された光素子を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の光導波路装置。
  6. 基板の上に、本硬化部と、平面視でリング状領域に配置された半硬化部とを備えた第1クラッド層を形成する工程と、
    前記第1クラッド層の上にコア層を形成する工程と、
    前記第1クラッド層及び前記コア層の上に第2クラッド層を形成する工程と
    を有し、
    前記第2クラッド層を形成する工程では、前記第2クラッド層の外周部が前記第1クラッド層の半硬化部の上に配置されることを特徴とする光導波路装置の製造方法。
  7. 基板の上に、本硬化部と、複数の半硬化部とを有する第1クラッド層を形成する工程と、
    前記第1クラッド層の複数の半硬化部の上に複数のコア層をそれぞれ形成する工程と、
    前記第1クラッド層及び前記複数のコア層の上に第2クラッド層を形成する工程と
    を有し、
    前記第2クラッド層を形成する工程では、本硬化部と、前記複数のコア層のそれぞれの上面及び側面を覆う複数の半硬化部とを形成することを特徴とする光導波路装置の製造方法。
  8. 基板の上に第1クラッド層を形成する工程と、
    前記第1クラッド層の上にコア層を形成する工程と、
    前記第1クラッド層及び前記コア層の上に、前記第1クラッド層よりも平面視での面積が小さく、かつ、外周部が、本硬化部の外周を覆うリング状の半硬化部からなる第2クラッド層を形成する工程と
    を有し、
    前記第2クラッド層を形成する工程は、
    光硬化性樹脂を形成する工程と、
    中央部に第1透光部を備えた第1フォトマスクを通して前記光硬化性樹脂に紫外線を照射して半硬化させる工程と、
    前記第1透光部よりもサイズの小さい第2透光部を備えた第2フォトマスクを通して、前記光硬化性樹脂に紫外線を照射して本硬化させる工程とを含むこと特徴とする光導波路装置の製造方法。
  9. 前記第2クラッド層を形成する工程は、
    光硬化性樹脂を形成する工程と、
    透光部と半透光部とを備えたフォトマスクを通して前記光硬化性樹脂に紫外線を照射する工程とを含み、
    前記第2クラッド層の本硬化部は、前記フォトマスクの透光部に対応する前記光硬化性樹脂から得られ、
    前記第2クラッド層の半硬化部は、前記フォトマスクの半透光部に対応する前記光硬化性樹脂から得られることを特徴とする請求項7に記載の光導波路装置の製造方法。
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