KR100655025B1 - 폴리머 광도파로 - Google Patents

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KR100655025B1
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토시유키 타카하시
나루 야스다
나오키 요시타케
하야미 호소카와
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

과제
광도파로와 광파이버의 접착 강도의 개선을 도모하고, 습기 및 온도 변화에 대해 신뢰성이 높은 광도파로 장치를 제공한다.
해결 수단
하부 클래드(24), 코어(25) 및 상부 클래드(26)를 갖는 광도파로(21)의 단면에 실리콘 산화막으로 이루어지는 산화막(27)을 형성한다. 그리고, 광파이버(32, 36)를 지지한 광파이버 가이드(22, 23)의 단면과, 산화막(27)이 형성된 광도파로(21)의 단면을 접착제에 의해 접착한다. 여기서 이용하는 산화막(27)으로서는, SiOx(1≤x≤1.5)로 되는 것이 바람직하다. 이와 같은 산화막(27)은 안정된 조성비보다도 산소 원자수의 비율이 낮기 때문에, 표면에 OH기가 발생하기 쉽고, 광도파로(21)를 구성하는 수지나 접착제(37)와 산소 원자를 통하여 화학결합하기 때문에, 결합 강도나 박리 강도가 높아진다.
광도파로

Description

폴리머 광도파로{POLYMER OPTICAL WAVEGUIDE}
도 1은 종래예의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 의한 광도파로 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시한 광도파로 장치의 분해 사시도.
도 4는 단면에 산화막이 형성된 광도파로의 사시도.
도 5는 도 2에 도시한 광도파로 장치의 종단면도.
도 6의 (a) (b)는, SiO2와 접착제의 결합 상태를 설명하는 도면.
도 7의 (a) (b)는, SiOx와 접착제의 결합 상태를 설명하는 도면.
도 8은 SiO1.3 산화막과 각종 SiO2 산화막이 형성된 샘플에 있어서의, Si-OH 결합 부근의 IR 스펙트럼을 측정한 결과를 도시한 도면.
도 9는 수종의 실리콘 산화막을 단면에 형성된 샘플과, 산화막이 단면에 형성되지 않은 샘플(종래예)을 고온 고습 환경하에 약 200시간 방치한 후의 광 강도의 감쇠율을 계측한 결과를 도시한 도면.
도 10은 광도파로가 다른 형태를 도시한 사시도.
도 11은 도 2의 실시 형태에 있어서의 변형예를 도시한 단면도.
도 12는 도 2의 실시 형태에 있어서의 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 13의 (b)는 본 발명의 다른 실시 형태에 이용되는 광도파로의 단면도, (a)는 그 제조 공정을 도시한 도면.
도 14의 (b)는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 이용되는 광도파로의 단면도, (a)는 그 제조 공정을 도시한 도면.
♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♠
21 : 광도파로 22, 23 : 광파이버 가이드
24 : 하부 클래드 25 : 코어
26 : 상부 클래드 27 : 산화막
28A : 테이프 심선 28B : 파이버 심선
32 : 광파이버 36 : 광파이버
37 : 접착제 38 : 하측 기판
39 : 상측 기판 40 : 산화막
기술 분야
본 발명은, 광 통신용의 광도파로 장치 및 폴리머 광도파로에 관한 것이다.
배경 기술
광 통신용의 광파이버 케이블의 접속부나 말단부에서는, 그 광파이버 케이블을 다른 광파이버 케이블이나 투광 소자, 수광 소자와 접속하기 위해 광도파로 장치가 이용되고 있다. 이와 같은 광도파로 장치에 관해서는, 근래에 있어서 고속으로 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 광 통신의 이용이 진전되어 옴에 따라, 보다 염가로 제조할 수 있고, 또한, 대량 생산에 적합한 것이 요망되고 있다.
이와 같은 요망에 응할 수 있는 광도파로로서는, 고분자 화합물(폴리머)을 이용한 폴리머 광도파로가 제안되고 있다. 그리고, 폴리머 광도파로와 글라스 또는 폴리머로 제작된 광파이버를 일체화하여 광도파로 장치를 조립하는 경우에, 종래는, 주로 고분자 접착제를 이용하여 폴리머 광도파로의 단면(端面)과 광파이버를 지지한 광파이버 가이드의 단면을 접착에 의해 접합시키고 있다.
광파이버와 광파이버 어레이는 석영 글라스로 제작되어 있기 때문에, 접착제와 광파이버, 광파이버 어레이와의 사이는 밀착성이 높다. 이것은, 글라스는 표면에 OH기가 다수 존재하고, 접착제와의 친수성이 높기 때문에 접착제가 글라스 표면에 충분히 돌아들어가, 글라스 표면의 OH기와 수소 결합이나 반데르발스 힘에 의한 결합을 일으키기 때문이다. 또한 실란 커플링제를 도포한 다음 UV 경화 접착제 등을 사용하면 화학결합을 일으키고, 더욱 밀착성을 향상시킬 수 있다. 한편, 폴리머 광도파로와 접착제 사이의 밀착성에 관해서는 글라스와 접착제 사이만큼 큰 밀착성을 얻을 수 없다. 고분자 화합물은 경화함에 의해 각 원자의 결합수(結合手)가 거의 전부 연결되어 있기 때문에, 광도파로의 표면에 접착제와 결합하는 OH기가 적어지고, 수소 결합력이나 반데르발스 힘, 화학결합력이 약한 것이였다. 또한, 광도파 로의 단면은 원자 및 분자 레벨에서 보면 요철이 발생하여 있고, 광도파로의 단면에 표출하여 있는 OH기의 모두가 접착제와 결합하는 것은 아니다. 이 때문에, 접착제에 의해 접합된 폴리머 광도파로와 광파이버 가이드와의 접착 강도는 약하고, 온도나 습도에 의해 박리하기 쉽고, 접착 강도의 신뢰성에 문제가 있다.
도 1은 접착 강도의 신뢰성을 향상시키도록 한 종래예의 개략 단면도이다. 이 광도파로 장치(10)에서는, 광파이버 가이드(11)에 지지된 광파이버(12)와 광도파로(13)의 코어(14)를 광학적으로 결합시키고, 그 상태에서 광파이버 가이드(11)와 광도파로(13)의 단면끼리를 접착제(15)로 접합시키고 있다. 또한, 광파이버 가이드(11)와 광도파로(13)의 접착면의 외주 부분에도 접착제(15)를 쌓아 경화시키고, 광파이버 가이드(11)와 광도파로(13)의 접착면의 박리를 방지하고 있다. 또한, 접착면의 외주 부분에 쌓은 접착제(15)의 표면을 SiO2막으로 피복하여 접착면에의 습기의 침입을 방지하는 것도 있다(특허 문헌 1).
그러나, 이들의 방법은, 습기의 침입이나 접착면의 외주 부분으로부터의 박리를 방지함에 의해 접착 강도의 저하를 방지하는 것에 지나지 않고, 근본적으로 광도파로와 광파이버와의 접착 강도를 향상시키는 것은 아니었다.
[특허 문헌 1]
특개평7-27946호 공보
[특허 문헌 2]
특개평7-28008호 공보
본 발명의 목적으로 하는 바는, 폴리머 광도파로와 광파이버의 접착 강도의 개선을 도모하고, 습기 및 온도 변화에 대해 신뢰성이 높은 광도파로 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 관한 광도파로 장치는, 코어 및 클래드를 갖는 폴리머 광도파로와, 상기 코어와 광학적으로 결합하도록 하여 접착제에 의해 상기 광도파로의 단면(端面)에 접속되어 있는 광파이버로 이루어지는 광도파로 장치에 있어서, 상기 광도파로의 단면 및 상기 광파이버의 단면중 적어도 한쪽의 단면과 상기 접착제와의 사이에 산화막을 형성한 것이다.
본 발명의 광도파로 장치에 있어서는, 광도파로 또는 광파이버의 단면과 접착제와의 사이에 산화막을 형성하고 있기 때문에, 산화막을 통하여 광도파로 또는 광파이버와 접착제와의 밀착성을 높게 할 수 있고, 광도파로와 광파이버와의 접착 강도를 늘릴 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 광도파로와 광파이버와의 접착 강도의 신뢰성이 높은 광도파로 장치를 제공할 수 있다. 또한, 산화막의 산소량을 조정함에 의해 수분 또는 수증기의 투과율을 감소시킬 수 있기 때문에, 고온 고습 환경에 대해 내구성이 있는 광도파로 장치를 제공할 수 있고, 광 전송 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 광도파로 장치의 실시 양태에 있어서는, 상기 산화막을 구성하는 재료의 조성은, 해당 재료의 안정된 조성비보다도 산소 원자수의 비율이 낮게 되어 있다. 본 발명에 있어서는, 광도파로 또는 광파이버의 단면과 접착제와의 사이에 산화막이 형성되어 있고, 안정된 조성보다도 산소 원자수의 비율을 줄인 산화막을 형성함에 의해, 산화막의 표면층을 불안정하게 하여 친수기(OH기)를 자연스럽게 성장시킬 수 있다. 그리고, 산화막의 표면층에 친수기를 성장시킴에 의해, 산화막과 접착제 및 광도파로의 밀착성을 높이고, 광도파로와 광파이버의 접착 강도를 높일 수 있다. 또한, 산화막에 있어서의 산소 원자수의 비율을 적게 하면, 산화막의 내부 응력이 작아지기 때문에, 광도파로나 광파이버의 단면과 같이 산화막과는 이질(異質) 물질면이고, 게다가 다이싱이나 연마 등에 의해 표면이 거칠게 되어 있는 면에 산화막을 성막하여도, 성막시의 온도 변화에 수반하는 열팽창에 의해 산화막이나 광도파로의 단면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이와 같은 실시 양태에 의하면, 습기 및 온도 변화에 대해 신뢰성이 높은 광도파로 장치를 제작할 수 있다.
특히, 산화막으로서 Si 산화막을 이용하고, SiO2보다도 산소 원자수의 비율을 줄인 SiOx(1≤x≤1.5)로 이루어지는 산화막을 이용하면, 광의 투과율을 유지하면서 접착 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 양태에 있어서는, 상기 산화막의 막두께는 500Å 이상 4000Å 이하로 하는 것이 바람직하다. 산화막의 막두께를 500Å보다도 얇게 하면, 접착 부분에 수분 또는 수증기가 침입하는 것을 방지하는 효과가 낮아지기 때문이다. 또한, 산화막의 막두께를 4000Å보다도 두껍게 하면, 광의 투과율 이 저하되거나, 산화막의 내부 응력에 의한 크랙이 발생할 우려가 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 양태에 있어서는, 상기 폴리머 광도파로가, 상기 코어 및 상기 클래드를 무기질 재료로 이루어지는 기판 위에 형성된 것이라도 좋다. 코어 및 클래드를 기판 위에 형성함으로써, 클래드를 스탬퍼를 이용한 복제법에 의해 용이하게 성형할 수 있다.
본 발명에 관한 폴리머 광도파로는, 무기질 재료로 이루어지는 기판 위에 클래드 및 코어를 형성한 폴리머 광도파로에 있어서, 상기 기판 및 상기 클래드의 서로 대향하고 있는 면중 적어도 한쪽 면에 산화막을 형성하고, 해당 산화막을 통하여 상기 클래드와 상기 기판을 접착제에 의해 접합한 것이다.
이로써, 클래드와 기판과의 접착 강도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 다른 폴리머 광도파로는, 코어 및 클래드를 갖는 폴리머 광도파로에 있어서,
상기 폴리머 광도파로의 표면에 산화막을 형성하고, 해당 산화막 위에 금속막을 형성한 것이다. 폴리머 광도파로의 표면에 스퍼터링법 등의 PVD법이나 CVD 등으로 산화막을 형성해 놓고, 그 위에 금속막을 형성하면, 산화막의 표면장력이 높기 때문에 금속막의 박리 강도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 이상 설명하는 구성 요소는, 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 따라 상세히 설명한다. 다만, 본 발 명은, 이하에 설명하는 실시의 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 의한 광도파로 장치(20)의 사시도, 도 3은 그 광도파로 장치(20)의 분해 사시도이다. 광도파로 장치(20)는, 싱글 모드의 광도파로(21)와 그 양측에 접합된 입출력 포트용의 광파이버 가이드(22, 23)로 이루어진다. 광도파로(21)는, 비교적 굴절율이 높은 투명 수지에 의해 형성된 하부 클래드(24) 윗면의 일부에 홈을 형성하고, 이 홈 내에 하부 클래드(24)보다도 굴절율이 높은 투명 수지를 매입하여 코어(25)를 형성하고, 하부 클래드(24)의 윗면에 코어(25)보다도 굴절율이 낮은 투명 수지로 이루어지는 플레이트 형상의 상부 클래드(26)를 접합한 것이다. 코어(25)의 양 단면은, 하부 클래드(24) 및 상부 클래드(26) 사이에서 광도파로(21)의 단면에서 노출하고 있다. 코어(25)의 폭 및 높이는, 싱글 모드 광도파로의 경우라면 6㎛ 전후로 하면 좋다. 상부 클래드(26)의 투명 수지와 하부 클래드(24)의 투명 수지는, 다른 수지라도 무방하지만 같은 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
상하부 클래드(26, 24)나 코어(25)를 성형하기 위한 수지로서는, 자외선 경화형의 투명 수지를 사용하는 것이 바람직하지만, 이 대신에 열 경화형의 투명 수지를 사용하여도 좋다. 또한, 상하부 클래드(26, 24)나 코어(25)를 성형하기 위한 투명 수지로서는, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트), photo-PCB(광경화형 폴리클로로비페닐), 지환 에폭시 수지, 광 카치온 중합 개시제, 아크릴레이트계 수지(Si, F 함유), 광 래디컬 중합 개시제, 불소화 폴리이미드 등을 이용할 수 있다(이들의 수지는, 광 경화형에 한하지 않는다.). 하부 클래드(24)를 성형하는 방법으로서는, 스탬퍼를 이용한 복제법이 바람직하지만, 열 프레스나 에칭, 사출 성형 등에 의해 하부 클래드(24)를 성형하여도 좋다.
이와 같은 광도파로(21)는, 생산성을 향상시키기 위해 양산시에는, 글라스 웨이퍼 위에 다수개가 한번에 제조된다. 이렇게 웨이퍼 위에 다수 제작된 광도파로(21)는, 다이싱법 등에 의해 재단되어 개개의 광도파로(21)로 분할된다. 이 때, 각 광도파로(21)의 단면을 연마하여 코어(25)가 노출되어 있는 양 단면을 평활하게 마무리 하여도 좋다.
이 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 광도파로(21)의 양 단면의 전면(全面)에, 스퍼터링법, 증착법, 상온 CVD법, 광 CVD법 등을 이용하여 산화막(27)을 성막한다. 예를 들면, 규소를 이용한 스퍼터링법에 의해 광도파로(21)의 단면에 산화막(27)으로서 SiOx막을 성막한다. 이 경우의 스퍼터링 조건은, 아르곤 플라즈마를 이용하고, 타깃에는 소망하는 x값을 갖는 SiOx(예를 들면, SiO1.3)를 이용한다. 또한, 도달 압력은 3×10-6Torr로, 성막 압력은 5×10-3Torr, 아르곤 유량은 20sccm, 고주파 출력은 0.2kW, 성막 시간은 2분간으로 하였다. 이렇게 성막된 산화막(27)의 막두께는 1000Å이였다.
이 공정에서는, 스퍼터링법, 증착법 등에서는 산화막(27)의 분자가 운동 에너지를 가지고 광도파로(21)의 단면에 도달하기 때문에, 광도파로(21)의 단면에 표출하고 있는 보다 많은 OH기와 이온결합 또는 화학결합한다. 그 결과, 접착제를 광도파로의 단면에 직접 도포한 경우와 비교하여, 광도파로(21)와 산화막(27) 사이의 박리 강도를 높일 수 있다.
산화막(27)으로서는, 실리콘 산화막이 바람직하지만, 투명하고 광파이버와 광도파로(21)의 결합 효율을 저하시키지 않으면 좋기 때문에, 알루미늄, 마그네슘, SiON 등의 투명한 산화물이라도 좋다. 산화막으로서는, 가장 안정된 화학량론적 조성보다도 산소 원자가 부족한 것이 바람직하고, 예를 들면 실리콘 산화막의 경우에는, SiO2보다도 산소 함유량이 적고, SiOx(x＝1 내지 1.5)의 조성의 것이 바람직하다. 알루미늄 산화막의 경우에는 Al2O3보다도 산소 원자의 비율이 적은 것이 바람직하다.
산화막(27)의 두께는, 산화막(27)에 있어서의 광의 투과율의 저하나, 산화막(27)의 내부 응력에 의한 크랙 발생을 방지하기 위해 4000Å 이하가 되도록 마련하는 것이 바람직하고, 또한, 산화막(27)을 통하여 광도파로(21)에 물 또는 수증기가 침입하는 것을 막기 위해 500Å 이상의 두께를 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 산화막(27)의 성막 공정은 광도파로(21)를 구성하는 수지에의 성막으로 되기 때문에, 광도파로(21)를 열화시키기 않기 위해서는, 200℃ 이하의 저온 성장법에 의해 산화막(27)을 성막할 필요가 있다. 또한, 산화막(27)을 2000Å 이상의 두께로 성막하는 경우에는, 크랙 방지를 위해 성막 장치의 기판 온도가 100℃ 이상이 되지 않도록 함으로써 또한 품질을 개선할 수 있다.
광파이버 가이드(22)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 윗면에 복수개의 V홈(29)을 형성한 글라스제 또는 플라스틱제의 기판(30)과 파이버 누름(31)으로 이루어진 다. 테이프 심선(28A)은 선단부의 피복을 벗겨서 코어와 클래드로 이루어지는 각 광파이버(32)를 노출시켜 놓고, 복수개의 광파이버(32)를 기판(30)의 각 V홈(29) 내에 위치 결정 지지시키고, 그 위에 접착제를 도포한 파이버 누름(31)을 겹치게 하고, 파이버 누름(31)으로 각 광파이버(32)를 누르도록 하여 기판(30)과 파이버 누름(31)을 접착 일체화하고 있다. 마찬가지로, 광파이버 가이드(23)는 윗면에 1개의 V홈(33)을 형성한 글라스제 또는 플라스틱제의 기판(34)과 파이버 누름(35)으로 이루어진다. 파이버 심선(28B)도 선단부의 피복을 벗겨서 코어와 클래드로 이루어지는 광파이버(36)를 노출시키고, 이 광파이버(36)를 기판(34)의 V홈(33) 내에 위치 결정 지지시키고, 그 위에 접착제를 도포한 파이버 누름(35)을 겹치게 하고, 파이버 누름(35)으로 광파이버(36)를 누르도록 하여 기판(34)과 파이버 누름(35)을 접착 일체화한다. 또한, 광파이버(32, 36)는 글라스 파이버라도, 플라스틱 파이버라도 좋다.
이렇게 개개의 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)가 제작되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 코어(25)의 중심과 광파이버(32, 36)의 축심을 일치시켜서 양자를 광학적으로 결합시키도록 하여 광도파로 장치(20)가 조립된다. 도 5는 광도파로(21)의 양단에 광파이버 가이드(22, 23)를 접착하여 광도파로 장치(20)를 조립한 상태를 도시한 단면도이다. 즉, 광도파로(21)의 양 단면에 형성된 산화막(27)과 광파이버 가이드(22, 23)와의 사이에 접착제(37)를 도포하고, 접착제(37)에 의해 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)를 접합시켜서 일체화하고 있다. 이 때 산화막(27)과 접착제와의 밀착성을 보다 향상시키기 위해, 산화막(27)의 표면에 프라이 머 코팅 등을 시행하여도 좋다.
광도파로(21)의 단면에 산화막(27)을 형성하여 두면, 산화막(27)과 접착제(37) 및 광도파로(21)의 밀착성이 향상되기 때문에, 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)와의 접착 강도가 향상된다. 그러나, 산화막(27)으로서 SiO2와 같이 안정된 조성의 것을 이용하면, 산화막(27)과 접착제(37) 및 광도파로(21)와의 박리 강도가 낮고, 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)와의 사이의 접착 강도를 충분히 높게 할 수 없다. 이에 대해, 산화막(27)으로서, SiOx(1≤x≤1.5)와 같이 산소 원자의 조성비가 작은 것을 이용하면, 산화막(27)과 접착제(37) 및 광도파로(21)와의 박리 강도를 높일 수 있고, 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)와의 접착 강도를 충분히 크게 할 수 있다.
다음에, 광도파로(21)의 단면에 산소 원자의 조성비가 작은 산화막(27)을 마련하면 접착 강도가 향상된 이유를 설명한다. 광도파로(21)의 수지의 표면에 SiO2를 산화막(27)으로서 형성하는 경우, 광도파로(21)의 수지 표면의 OH기와 산화막(27)의 OH기가 화학결합함에 의해 해당 수지와 산화막(27)이 결합한다. 그러나, SiO2는 안정된 조성이고, 각 원자의 결합이 포화되어 있기 때문에, SiO2측에는 여분의 결합수(結合手)가 적다. 따라서 광도파로(21)의 수지 표면의 OH기에 포함되어 있던 산소 원자를 통하여 SiO2와 수지가 화학결합하고 있다고 고려되지만, 화학결합하고 있는 결합수가 적기 때문에, 광도파로(21)와 산화막(27)과의 사이의 박리 강도가 낮 다.
마찬가지로, SiO2를 산화막(27)으로서 이용한 경우의 접착제(37)와 산화막(27)의 사이의 결합에 대해서도, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, SiO2측에 여분의 결합수가 적기 때문에, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 접착제(37)의 표면의 OH기에 포함되어 있던 산소 원자를 통하여 SiO2와 접착제(37)의 화학결합의 결합수가 적다. 따라서, 접착제(37)와 산화막(27)과의 박리 강도도 낮다.
이것에 대해, SiOx(1≤x≤1.5)의 경우에는, 산소 원자가 결핍되어 있기 때문에 불포화 결합으로 되어 있어 결합 상태가 불안정하게 되어 있다. 그 때문에, 산화막(27)인 SiOx에 공기중의 Ｈ원자가 결부되어 SiOx의 표면에 많은 OH기가 나타난다. 이 결과, SiOx의 OH기와 광도파로(21)의 수지의 OH기가,
OH-＋OH-→O2-＋H2O
와 같이 반응하여, O자를 통하여 다수 화학결합한다. 그 때문에, 산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)를 이용하면, 광도파로(21)와 산화막(27)과의 사이의 박리 강도를 높일 수 있다.
산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)를 이용한 경우의 접착제(37)와 산화막(27)의 사이의 결합에 대해서도 마찬가지이다. 산화막(27)은, 산소 원자가 결핍하여 불포화 결합으로 되고, 결합 상태가 불안정하게 되어 있기 때문에, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 산화막(27)인 SiOx에 공기중의 Ｈ원자가 결부되어 SiOx의 표면에 많은 OH기가 나타나고 있다. SiOx의 OH기와 접착제(37)의 OH기가 반응하고, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, O원자를 통하여 다수 화학결합한다. 그 때문에, 산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)를 이용하면, 접착제(37)와 산화막(27)과의 사이의 박리 강도가 높아진다.
따라서, 산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)를 이용하면, 산화막(27)과 광도파로(21)의 사이의 박리 강도와, 산화막(27)과 접착제(37)의 사이의 박리 강도를 높일 수 있고, 나아가서는 광도파로(21)와 접착제(37)와의 접착 강도를 높게 할 수 있다.
도 8은, SiO1.3, 스퍼터 산화막(SiO2), 열산화 SiO2 막, NSG(CVD법에 의한 SiO2)를 샘플로 하여 Si-OH 결합 부근의 IR 스펙트럼 강도를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 이 도면에서는 횡축이 파장, 종축이 IR 스펙트럼 강도로 되어 있고, 종축의 값이 클수록 OH기의 수가 많고 수지와 산화막과의 사이의 박리 강도가 높은 것을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, SiO2에서는 거의 OH기가 발생하지 않지만, SiO1.3에서는 그 수배의 OH기가 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, SiOx(1≤x≤1.5)의 막은, SiO2의 막에 비하여 내부 응력이 작은 것은 일반적으로 알려져 있다. 예를 들면, SiO1.3은, SiO2에 비하여, 내부 응력이 약 1/5로 된다. 실험에 의하면, 글라스 기판 위에 폴리머 도파로를 형성하고, 그 위에 SiO2로 이루어지는 산화막을 형성하고, 그 위에 글라스 기판을 접착한 샘플에서는, 고온 고습 조건하에 20시간 보존한 경우, SiO2로 이루어지는 산화막은 완전히 파괴되었다. 이에 대해, 글라스 기판 위에 폴리머 도파로를 형성하고, 그 위에 SiO1.3으로 이루어지는 산화막을 형성하고, 그 위에 글라스 기판을 접착한 샘플에서는, 고온 고습 조건하에 20시간 보존한 경우, SiO1.3으로 이루어지는 산화막에는 다소의 주름이 발생하였지만, 파손되는 것은 없었다. 따라서, 산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)를 이용함에 의해, 고온 고습 환경하에서도 떨어지기 어렵고 신뢰성에 우수하고, 접착 강도가 높은 광도파로 장치(20)를 제작할 수 있다.
다음에, 고온 고습 환경하에서 특성이 변동하기 쉬운 수지를 이용한 광도파로(21)로서, 그 단면에 도 9에 도시한 바와 같은 실리콘 산화막을 형성한 샘플과, 산화막이 없는 샘플을 제작하고, 각 샘플을 고온(85℃) 고습(85%RH)의 환경하에 약 200시간 방치한 후, 파장이 1.31㎛의 광신호와 파장이 1.55㎛의 광신호를 이용하여, 200시간 방치 후의 신호 강도의 감쇠율을 계측하였다. 이 결과를 도 9에 도시한다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, SiO1.8, SiO2, 산화막 없음의 샘플에서는, 모두 열화에 의해 큰 감쇠를 나타냈지만, SiO1.3의 샘플에서는 감쇠가 상당히 작았다.
다음에, 상기한 바와 같이 하여 제조한 광도파로 장치(20)를 이용하여 파괴 시험을 행하였다. 파괴 시험은 샘플의 광도파로 장치(20)를 PCT(프레셔 쿠커 시험기)에 투입하고 행하였다. 그 결과, 50시간 이상의 시험 시간에 있어서도 광도파로 (21)의 단면에 형성된 산화막(27)이 파괴되지 않고, 접착 강도가 유지된 것이 확인되었다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 싱글 모드의 광도파로에 관해 설명하였지만, 멀티 모드의 광도파로에 대해서도, 같은 제조 방법에 의해 같은 구조의 것을 제작할 수 있다.
도 10은 광도파로(21)의 다른 실시의 형태를 도시한 사시도이다. 상기 실시 형태에서는, 광도파로(21)는 하부 클래드(24), 코어(25) 및 상부 클래드(26)로 구성되어 있지만, 도 10에 도시한 광도파로(21)와 같이, 무기질 재료로 이루어지는 하측 기판(38)과 상측 기판(39)의 사이에 하부 클래드(24), 코어(25) 및 상부 클래드(26)를 끼워 넣도록 하여도 좋다. 하측 기판(38) 및 상측 기판(39)으로서는 무기질 재료인 글라스 기판 등을 이용하면 좋다. 또한, 글라스 기판의 재료로서는 석영, 광학 글라스 등을 이용하여도 좋다.
본 실시 형태에서는, 유기 재료와 무기 재료로 이루어지는 광도파로(21)의 단면에 산화막(27)을 형성하여 두고, 산화막(27)이 형성된 광도파로(21)의 단면과 광파이버 가이드(22 및 23)를 접착제(37)에 의해 접착시키고 있다. 본 실시 형태에서도, 산화막(27)으로서 SiO2막을 성막한 경우에는, 고온 고습 조건하에 장시간 방치되면 산화막(27)이 파괴된다. 이에 대해, 산화막(27)으로서 SiOx(1≤x≤1.5)막을 성막한 경우에는, 산화막(27)의 내부 응력이 작아지기 때문에, 고온 고습 조건하에 장시간 방치되어도, 산화막(27)이 파괴되지 않게 된다.
도 11은 본 실시 형태의 변형예를 도시한 단면도이다. 이 변형예에서는 광파이버 가이드(22 및 23)의 접합측의 단면에 산화막(27)을 형성하여 두고, 산화막(27)이 형성된 광파이버 가이드(22, 23)의 단면과 광도파로(21)의 단면을 접착제(37)에 의해 접착시키고 있다. 본 실시 형태에서는 광파이버 가이드(22, 23)는 플라스틱으로 만들어져 있고, 광파이버(32, 36)도 플라스틱으로 만들어져 있기 때문에, 직접 접착제를 도포하여도 충분한 접착 강도를 얻을 수 없다. 그래서 그 단면에 산화막을 형성함에 의해, 광파이버 가이드(22, 23)와 접착제(37)와의 밀착성을 개선하여 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)의 접착 강도를 높일 수 있다. 또한, 접착제(37)에 의한 접착 강도를 열화시키는 요인인 습기는, 광파이버(32, 36)를 통하여 접착제(37)의 부분에 침입하는 것도 있지만, 광파이버 가이드(22, 23)의 단면에 산화막(27)을 형성하여 광파이버(32, 36)의 단면을 산화막(27)으로 밀봉함에 의해 습기를 산화막(27)으로 차단할 수 있다. 그 때문에, 습기가 산화막(27)에 달하기 어려워지고, 습기에 의한 접착 강도의 저하를 방지할 수 있다.
도 12는 본 실시 형태의 다른 변형예를 도시한 단면도로서, 이 변형예에서는, 광도파로(21)의 단면과 광파이버 가이드(22, 23)의 단면에 각각 산화막(27)을 형성하고, 광도파로(21)의 산화막(27)과 광파이버 가이드(22, 23)의 산화막(27)의 사이를 접착제(37)로 접착하고 있다. 이로써, 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23) 어느 것이나 플라스틱으로 만들어져 있는 경우에도, 접착제(37)와 광도파로(21) 및 광파이버 가이드(22, 23)의 밀착성을 개선하여 광도파로(21)와 광파이버 가이드(22, 23)의 접착 강도를 높일 수 있다.
도 13의 (b)는 본 발명의 다른 실시 형태에 이용되는 광도파로(21)의 단면도, 도 13의 (a)는 그 제조 공정을 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 의한 광도파로(21)에 있어서는, 실리콘 기판으로 이루어지는 하측 기판(38)의 위에 SiOx(1≤x≤2) 등의 산화막(40)을 형성하고, 그 위에 프라이머(41)를 도포하고 있다. 한편, 글라스 기판으로 이루어지는 상측 기판(39)의 하면에는, 코어(25)가 매입된 상부 클래드(26)가 형성되어 있다. 그리고, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 프라이머(41)의 위에 하부 클래드용 수지(42)를 적하하고, 위에서 상측 기판(39)을 압압하여 프라이머(41)와 상부 클래드(26)와의 사이에 하부 클래드용 수지(42)를 넓히고, 자외선 조사 등에 의해 하부 클래드용 수지(42)를 경화시켜 하부 클래드(24)를 성형한다. 이와 같이 하여 제작된 도 13의 (b)와 같은 광도파로(21)에 있어서는, 산화막(40)을 마련함에 의해 하부 클래드(24)와 하측 기판(38)과의 접착 강도를 향상시킬 수 있고, 고습도 고온의 환경하에서도 하부 클래드(24)와 하측 기판(38)과의 사이에 박리가 생기기 어려워진다.
도 14의 (b)는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 이용되는 광도파로(21)의 단면도, 도 14의 (a)는 그 제조 공정을 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 의한 광도파로에 있어서는, 우선 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 글라스 기판으로 이루어지는 하측 기판(38) 위에 하부 클래드(24), 코어(25) 및 상부 클래드(26)로 이루어지는 도파로층(43)을 성형한 후, 도파로층(43)의 위에 SiOx(1≤x≤2) 등의 산화막(40)을 형성한다. 계속해서, 전극 등으로서 사용되는 금속막(44)을 스퍼터 등에 의해 산화막(40) 위에 성막하고, 도 14의 (b)와 같은 광도파로(21)를 얻는다.
이와 같이 하여 제작된 도 14의 (b)와 같은 광도파로(21)에 있어서는, 산화막(40)을 마련함에 의해 도파로층(43)과 금속막(44)과의 접착 강도를 향상시킬 수 있고, 고습도 고온의 환경하에서도 금속막(44)의 박리가 생기기 어려워진다. 특히, 금속막(44)의 경우에는 광도파로(21)의 다이싱 공정에 있어서, 컷트된 단면에 있어서 기판의 빠짐이나 금속막의 튀김 등 때문에 금속막의 박리가 일어나기 쉽지만, 산화막(40) 위에 금속막(44)을 성막함으로써, 다이싱 공정에 있어서의 금속막(44)의 박리 강도를 높일 수 있다. 또한, 금속막(44)이 전극으로서 이용되는 경우에는, 여기에 본딩 와이어가 접합되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 금속막(44)에 전단 응력이 가해지는 일이 있지만, 산화막(40) 위에 금속막(44)을 형성함으로써 셰어 강도를 5배 이상으로 할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 광도파로의 양측에 광파이버를 결합한 광도파로 장치에 관해 설명하였지만, 본 발명의 광도파로 장치로서는, 수광 소자나 투광 소자를 실장 또는 접속한 광 트랜시버라도 좋다. 또한, 폴리머 광도파로로 구성된 커플러, WDM 커플러, VOA(가변 광감쇄기), 광스위치, 멀티 모드 도파로 디바이스 등 여러가지 형태의 것이라도 좋다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 무기질 재료로 이루어지는 기판 위에 클래드 및 코어를 형성한 폴리머 광도파로에 있어서,
    상기 기판 및 상기 클래드의 서로 대향하고 있는 면중 적어도 한쪽 면에 산화막을 형성하고, 해당 산화막을 통하여 상기 클래드와 상기 기판을 접착제에 의해 접합하고, 상기 산화막의 재질이, SiOx(1≤x≤1.5)인 것을 특징으로 하는 폴리머 광도파로.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 산화막의 막두께가 1000Å 보다 크고 4000Å 이하인 것을 특징으로 하는 폴리머 광도파로.
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