JPH01297601A

JPH01297601A - 光回路板の製法

Info

Publication number: JPH01297601A
Application number: JP12863688A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kodera; 小寺　孝兵; Masashi Nakamura; 正志中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-11-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、光回路板の製法に関する。

〔従来の技術〕

光学測定、センシング等に供される光学機器の内部にお
いて、たとえば、外部光学系からの光を受光素子に導い
たり、発光素子から発した光を外部光学系に導いたりす
るために光回路板（平面先導波路）が用いられている。

この光回路板としては、従来から半導体結晶、誘電体結
晶、ガラス、プラスチック等の材料を用いたものが種々
提案されている。

光回路板を製造する方法としては、たとえば、次の■お
よび■の方法などが挙げられる。

■　ガラスなどの基板表面に蒸着やスパッタリングによ
りコア（光導波路）となる物質（たとえば、二酸化ケイ
素など）の層を形成し、フォトリソグラフィの技術を用
いて回路状にパターン化する方法。

■　基板表面にコアとなる物質として感光性樹脂層を形
成し、フォトリソグラフィの技術を用いて回路状にパタ
ーン化する方法。

〔発明が解決しようとする課題〕′ 従来の光回路板は、基板表面に光の導波路となるコアを
設けているだけである。このような光回路板を外部光学
系と光学的に結合する場合、光学的結合性を向上させる
ため、光回路板のコアの端面、すなわち、光の出入口と
なる面に対向するようにして新たにレンズを付加したり
、光軸調整を行ったりする必要がある。しかし、レンズ
とコアの光軸合わせが難しく、外部光学系との結合不良
を招くという問題点がある。

上記■の方法では、蒸着やスパッタリングなどの真空（
または減圧）下で行う工程が必要であり、また、上記■
および■の方法では、フォトリソグラフィの工程が必要
である。このため、製造工程が複雑になり、安価に光回
路板を製造することができないという問題点がある。

このような問題点を解決するため、発明者らは、外部光
学系との光学的結合性に優れた光回路板を製造する方法
をすでに提案している。この方法の１例を第９図（ａ）
〜（Ｃ）に工程順に示す。同図（ａｌにみるように、コ
ア３が配置される溝２１が形成されているとともに、溝
２１の所望の端面に対向する位置にレンズ４となる部分
が一体に形成された基板２を準備する。同図（ｂ）にみ
るように、コアを形成するための樹脂５が溝２１から溢
れ出るまで同樹脂５を充填し、固化させる。同図（Ｃ）
にみるように、溢れ出た余分な樹脂を研冴により除去し
てコア３を形成し、光回路板１を得る。得られた光回路
板１は、レンズ４が基板２のコア３の端面に対向する位
置に一体に形成されているので、外部光学系と光学的に
結合する際に、新たにレンズを付加したり、そのために
光学的位置合わせを行ったりするなどの必要のない、光
結合性に優れたものである。

この製法では、真空系を用いる工程、フォトリソグラフ
ィなどの複雑な工程を用いずに光回路板を得ることがで
きるが、溝から溢れ出た樹脂を研磨により除去するとい
う工程を組み込んでいるため、生産性が悪いという問題
点がある。

そこで、この発明は、光結合性に優れた光回路板を安価
に製造することができる方法を提供することを課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、・請求項１および２の各発明
にかかる光回路板の製法は、光の導波路となるコアが配
置され同コアよりも低屈折率の内壁面を持つ溝が表面に
形成されているとともに、同コアと外部光学系とを光学
的に結合させるレンズが前記溝の所望の端面に対向する
位置に一体に形成されている基板を用意し、前記溝に液
状樹脂を充填して固化させることにより、前記コアを前
記基板に形成して光回路板を得るようにしている。

さらに、請求項２の発明にかかる光回路板の製法は、溝
への液状樹脂の充填を、同溝の幅以下の外径を有するノ
ズルから液状樹脂を供給することにより行うようにして
いる。

〔作　　　用〕

請求項１および２の各発明にかかる光回路板の製法は、
液状樹脂を基板表面の溝に充填して固化させることによ
り、光導波路となるコアを基板に形成するので、蒸着、
スパッタリング、フォトリソグラフィ、研磨といった複
雑な工程が不要になる。前記基板のコア端面に対向する
位置にはレンズが形成されているので、外部光学系との
接続に際して、新たにレンズを付加したり、光軸調整を
行う必要のない光回路板が得られる。

さらに、請求項２の発明にかかる光回路板の製法は、溝
の幅以下の外径を有するノズルから液状樹脂を供給して
同溝に充填することにより、溝に樹脂を充填しやすくな
る。

〔実　施　例〕

第１図（ａｌ　〜（Ｃ１および第２図（ａ）　〜（Ｃ）
は、この発明にかかる光回路板の製法の１実施例を表す
。

第１図（ａ）および第２図（ａ）にみるように、基板２
を用意する。基板２の表面には、所望のパターンで溝２
１が形成されている。基板２の、溝２１の所望の端面２
１ａに対向する位置には、レンズ４が一体に形成されて
いる。つぎに、第１図（ｂｌおよび第２図（ｂｌにみる
ように、溝２１に液状樹脂５を充填する。第１図（Ｃ）
および第２図（Ｃ）にみるように、溝２１に充填した液
状樹脂５を固化させることにより、研磨を行うことなく
、コア３が基板２に埋設されて形成され、第３図にもみ
るように、光回路板１が得られる。レンズ４は、コア３
の所望の端面３ａに対向していて、コア３と外部光学系
との光結合を行う。また、コア３と基板２との界面への
水の浸入が起こりに＜＜、耐湿信頼性の優れた光回路板
を得ることも可能である。

導波路となるコア３の表面は、微細な凹凸があったり、
長さ方向に沿って太さが変化したりしていると、導波光
の散逸が起こり、不都合である。

この発明では、液状樹脂５が溝２１の中で溝２１の端面
から端面まで−続きとなるよう注入することにより、コ
ア３の太さを均一にすることができる。また、溝２１に
注入した液状樹脂の表面が表面張力により滑らかなもの
となり、その結果、表面の凹凸のないか、あるいは、凹
凸の少ないコアが形成される。

溝２１の内壁面も、凹凸のない状態、あるいは、凹凸の
少ない状態にしておくのが好ましい。たとえば、コア３
内を伝播する導波光の波長の１／２以下の表面粗度にす
る。

なお、液状樹脂５が溝２１から溢れ出るように充填する
と、コア３を導波する光が散逸してしまうことがある。

また、コア３が２以上並んで形成されていた場合、隣合
うコア３が繋がってしまうことがある。このようなこと
を防ぐため、液状樹脂５は、導波光が著しく散逸しない
ように、または、隣合うコアが接しないように、溝２１
に充填するようにすることが好ましい。散逸による損失
は、たとえば、用途によっても大小異なるが、１ｄ　Ｂ
　／　ｃｍ以下となるようにする。

液状樹脂５を溝２１に充填する場合、たとえば、溝２１
から溢れ出した部分が溝２１の幅Ｎの１０％以内となる
ようにする。溝２１の縁に溢れ出した部分に導波光が入
ると、伝播角とはならない角度で反射されることがあり
、散逸してしまうことがある。また、充填された液状樹
脂５が基板表面から盛り上がる場合、たとえば、その液
状樹脂５の表面張力の範囲内の盛り上がりとなるように
する。

硬化性の液状樹脂や熱溶融した液状樹脂は、溝２１に充
填した後、硬化反応や冷却により樹脂の体積収縮が起こ
る。この場合、この発明においては、液状樹脂を溝に充
填した後、硬化前または冷却前に、見掛は上、樹脂が基
板表面から盛り上がった状態となる。たとえば、第４図
（ａｌにみるように、溝２１に充填された液状樹脂５が
大きく盛り上がっていても、固化後に、コア３の表面が
、第１図（ｂ）にみるように基板２表面に一致したり、
第４図（ｂ）にみるように基板２表面よりも窪んだり、
第４図（Ｃ）にみるように基板２表面よりも少し盛り上
がっていたりする。また、第５図（ａ）にみるように、
溝２１に充填された液状樹脂５が溝２１から溢れ出てい
る場合でも、固化後、第５図（ｂ）にみるように、コア
３の表面が基板２表面よりも窪んでいることもある。

液状樹脂５の溝２１への充填は、たとえば、液状樹脂５
が溝２１の中で溝２１の端面から端面まで−続きとなる
ようにする。このように−続きとなっていれば、溝全部
を樹脂が満たしている必要はない。たとえば、液状樹脂
５が溝２１の深さの途中まで充填されているようであっ
てもよい。

基板２は、たとえば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光
硬化性樹脂等を用い、射出形成、圧縮成形、注型成形な
どの通常の成形法によって形成される。

溝２１は、その中心軸がレンズ４の光軸と合うよう形成
されるようにするのがよい。溝２１は、１本または２本
以上であってもよく、その数に限定はない。溝２１は、
２または３以上に分かれていてもよい。溝２１の形状、
深さ、幅なども適宜設定すればよい。たとえば、深さ２
ｓｍ以下、幅０゜３ｆｉ以上、深さ／幅＝２．０前後と
なるように設定される。

レンズ４は、たとえば、基板２を形成するときにレンズ
作用を示す突起として一体成形で形成するという方法、
基板２と異なる成形法でレンズ体を作って基板２と一体
化するという方法などによって形成される。また、レン
ズ４は、基板２と同じ材料からなっていてもよく、ある
いは、基板２とは別の材料からなっていてもよい。いず
れにしても、レンズ４の好ましい材料としては、たとえ
ば、透明性の高い、アクリル樹脂、ポリアリルカーボネ
ート樹脂などが挙げられる。

コア３を形成するため溝２１に充填する液状樹脂５とし
ては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂の中
から、固化した後に、屈折率が基板２のコア３と接する
面（溝２１の内壁面）の材料の屈折率よりも高く、導波
光の波長領域で透明なものが選択される。たとえば、レ
ンズ４を含む基板２が、アクリル樹脂、ポリアリルカー
ボネート樹脂（たとえば、ジエチレングリコールビスア
リルカーボネート樹脂）などである場合には、溝２１に
充填する液状樹脂として、スチレン樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、または、ベンゼン核およびハロゲン原子（た
だし、フッ素を除く）を多く含む液状の熱硬化性樹脂・
光硬化性樹脂などが挙げられる。なお、ここで「固化」
とは、冷却などにより固まることのみを意味するもので
はなく、硬化反応による硬化をも含むものとする。

液状樹脂５を基板２表面の溝２１に充填する方法として
は、たとえば、デイスペンサを用いて細径ノズル先端か
ら液状樹脂５を押し出しなどにより一定量供給する注型
法や、いわゆる二色成形による方法が挙げられる。

前記注型法としては、たとえば、第６図にみるように、
定量吐出可能なデイスペンサ９とＸＹ駆動装置８とを組
み合わせて、デイスペンサ９を水平面内の直交方向（Ｘ
方向およびＹ方向）に適宜動かして、ノズル６が溝２１
に沿って移動するように、移動させながら注型するとい
う方法が利用できる。また、第７図にみるように、溝２
１のパターン形状に沿ってノズル６・・・を多軸に構成
することにより、同ノズル６・・・を溝２１全体に沿う
ように位置合わせしてから下げ（矢印Ｂ向き）、注型す
るという方法を利用してもよい。充填後、デイスペンサ
９を上げる（矢印Ａ向き）。なお、第６図および第７図
では、溝２１の所望の端面に対向する位置にあるレンズ
の図示を省略している。

ノズル６の先端部は、第１図（ｂ）にみるように、樹脂
を充填すべき溝２１の幅Ｎと同等またはこれよりも小さ
い外径Ｍを持つものとし、溝２１内に突っ込んだ状態で
吐出させるのが好ましい。これにより、溝２１にのみ樹
脂５を定量的に充填することが容易になる。

前記二色成形法は、たとえば、基板２を成形した後に金
型の一部を取り替え、成形された基板２との間に生じた
空隙に高屈折率樹脂を流し込むことにより連続して成形
を行うことができ、コアを形成することができる。ただ
し、この方法は、基板を構成する樹脂および溝に充填す
る樹脂の組み合わせについて、熱的特性、成形条件など
を考慮して材料選択を行うことが要求される。また、こ
の方法は、溝が幅の狭いものであったり、アスペクト比
の高いものであったりすると、通用するのが難しいこと
がある。このため、前記注型法の方が前記二色成形法よ
りも好ましい。

なお、この発明は、上記実施例に限定されない。コアは
、少なくとも基板の溝の内壁面を成す材料の屈折率より
も高い屈折率をもつようにすればよい。たとえば、第８
図にみるように、基板のコア形成面側表面を、溝２１の
内壁面も含めて、コアの屈折率よりも低い材料の層２５
で覆うのである。この場合、基板２の材料は、コア３の
屈折率と同じか、または、高い材料であってもよいので
ある。必要に応じて、コア表面にごみや水分の付着、あ
るいは、傷付きを防ぐために、蓋を設けたり、コーティ
ングを施すようにしてもよい。レンズ４は、コア３のす
べての端面に対向するように設けられている必要はなく
、コア３の少なくとも１つの端面に対向するようにして
設けられていればよい。

〔発明の効果〕

請求項１および２の各発明にかかる光回路板の製法は、
以上のように、蒸着、スパッタリング、フォトリソグラ
フィ、研摩等の複雑な工程を使うことな（、従って安価
に光回路板を得ることができる。得られた光回路板は、
光学的結合性に優れたものである。

請求項２の発明にかかる光回路板の製法は、以上に加え
て、液状樹脂を溝へ充填しやすいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（Ｃ１はこの発明にかかる光回路板の製
法の１実施例を工程順に表す断面図、第２図（ａ）〜（
ｅ）はその別の部分の断面図、第３図は光回路板の１例
を表す斜視図、第４図（ａ）は液状樹脂を充填した様子
を表す断面図、第４図（ｂ）および（Ｃ１はそれぞれ同
液状樹脂を固化した後の様子を表す断面図、第５図（ａ
）は液状樹脂を充填した別の様子を表す断面図、第５図
（ｂ）は同液状樹脂を固化した後の様子を表す断面図、
第６図および第７図はそれぞれ液状樹脂を充填する装置
の１例を表す斜視図、第８図は基板の別の例を表す断面
図、第９図（ａｌ〜（Ｃ）は従来の製法を工程順に表す
断面図である。１・・・光回路板　２・・・基板　３・・・コア　３ａ
・・・コア端面　４・・・レンズ　５・・・液状樹脂　
６・・・ノズル２１・・・溝　２１ａ・・・溝の端面代理人　弁理士　　松　本　武　彦第１図第２図＠９図

Claims

【特許請求の範囲】１　光の導波路となるコアが配置され同コアよりも低屈
折率の内壁面を持つ溝が表面に形成されているとともに
、同コアと外部光学系とを光学的に結合させるレンズが
前記溝の所望の端面に対向する位置に一体に形成されて
いる基板を用意し、前記溝に液状樹脂を充填して固化さ
せることにより、前記コアを前記基板に形成して光回路
板を得る光回路板の製法。２　溝への液状樹脂の充填を、同溝の幅以下の外径を有
するノズルから液状樹脂を供給することにより行う請求
項１記載の光回路板の製法。