KR20090042354A - 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에폭시 수지를 이용하여 광 도파로의 코어와 클래드를 형성함으로써 광 도파로의 열적 안정성과 광전송 효율을 높이고, 클래드를 보호하기 위해 클래드의 외부에 고분자 필름을 부착한 광 도파로 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법은 (a) 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터와, 상부 PDMS 마스터를 준비하는 단계; (b) 상기 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터 및 상부 PDMS 마스터 상에 액상의 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지를 각각 도포하는 단계; (c) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지 상에 각각 고분자 필름을 도포한 후, UV를 이용하여 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지와 고분자 필름을 경화하는 단계; (d) 상기 하부 PDMS 마스터를 제거하여 음각 패턴이 형성된 하부 클래드를 형성하고, 상기 상부 PDMS 마스터를 제거하여 상부 클래드를 형성하는 단계; (e) 상기 하부 클래드의 음각 패턴 상에 액상의 코어용 에폭시 수지를 도포하는 단계; 및 (f) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상기 상부 클래드용 에폭시 수지가 접촉하도록 상기 하부 클래드 및 상기 상부 클래드를 결합시킨 후, UV를 이용하여 상기 코어용 에폭시 수지를 경화하는 단계를 포함한다.
광 도파로, 하부 클래드, 상부 클래드, 코어층, 유리전이 온도, 에폭시 수지

Description

에폭시 수지를 이용한 광 도파로 및 그 제조방법{Optical waveguide using epoxy resin and the fabricating methods thereof}
본 발명은 광 도파로 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 에폭시 수지를 이용하여 광 도파로의 코어와 클래드를 형성한 광 도파로 및 그 제조방법에 관한 것이다.
멀티미디어의 발달과 이동 통신, 무선 통신 기술의 급속한 성장으로 회로 상에서 고속 대용량의 데이터를 처리하는 것이 요구되는데 기존의 마이크로 스트립 선로를 이용하면 고속 데이터 처리시에 신호의 병목 현상이 발생한다. 따라서 그 대안으로 떠오르고 있는 것이 광을 이용한 데이터 전송이며, 광을 전송할 수 있는 매체로서 광 도파로(optical waveguide)의 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
광 도파로는 광이 지나가는 통로로서, 고분자를 이용하는 것과, 유리 섬유를 이용하는 것으로 나눌 수 있다.
유리 섬유를 이용한 광 도파로는 공정이 단순하고 높은 광 접속효율을 가지며 내열성이 우수하므로 PCB(printed circuit board) 내부에 실장될 때 파손될 염려가 없다. 그러나 유리 섬유를 이용한 광 도파로는 유리 섬유를 이용하기 때문에 다양한 형태로 제조하기가 어렵고, 가격이 고가이다. 또한, 광 PCB에 적용할 경우 정밀한 표면 가공이 필요하고, 광로를 90°변경시키기 위해 별도의 광 커넥터가 필요하지만, 광 커넥터를 이용하면 광 손실이 발생할 수 있어 광신호 전송 시스템의 불안정을 초래할 수 있다는 단점이 있다.
한편, 고분자를 이용한 광 도파로는 광학적 성질이 우수하고 대량생산 가능하며, 가격이 저렴하다. 또한, 다양한 형태의 광 도파로를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 PMMA(Poly methyl methacrylate)와 같은 열가소성 고분자 재료는 낮은 유리전이 온도를 가지기 때문에 적용에 한계가 있다. 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide)와 같은 열가소성 고분자 재료는 150℃ 이상의 비교적 높은 유리전이 온도와 높은 인장 강도를 가지기 때문에 내열형 광 도파로로 제작할 수 있지만 광학적 특성이 떨어지는 단점이 있다.
광 도파로를 PCB 내에 실장하여 광 PCB를 제작하는 경우에 광 도파로는 200℃의 고온을 견뎌야 한다. 에폭시 수지는 열경화성 수지로서 유리전이 온도가 300℃ 이상이므로 우수한 열적 안정성을 가지며, 광 손실도 매우 낮아 광 도파로에 적용하기에 적합한 특성을 가지고 있다. 한편, 에폭시 수지는 표면 경도가 높기 때문에 외부 충격에 약해서 광 도파로의 코어를 둘러싸는 클래드로는 사용할 수 없다. 따라서 종래에는 에폭시 수지를 주로 광 도파로의 코어용으로 사용해왔고, 클래드 로는 PMMA와 같이 가공성이 용이한 열가소성 고분자를 주로 사용해 왔다. 그러나 이는 광 도파로의 내열성을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 에폭시 수지를 이용하여 광 도파로의 코어와 클래드를 형성함으로써 광 도파로의 열적 안정성과 광전송 효율을 높이고, 클래드를 보호하기 위해 클래드의 외부에 고분자 필름을 부착한 광 도파로 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법은 (a) 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터와, 상부 PDMS 마스터를 준비하는 단계; (b) 상기 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터 및 상부 PDMS 마스터 상에 액상의 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지를 각각 도포하는 단계; (c) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지 상에 각각 고분자 필름을 도포한 후, UV를 이용하여 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지와 고분자 필름을 경화하는 단계; (d) 상기 하부 PDMS 마스터를 제거하여 음각 패턴이 형성된 하부 클래드를 형성하고, 상기 상부 PDMS 마스터를 제거하여 상부 클래드를 형성하는 단계; (e) 상기 하부 클래드의 음각 패턴 상에 액상의 코어용 에폭시 수지를 도포하는 단계; 및 (f) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상기 상부 클래드용 에폭시 수지가 접촉하도록 상기 하부 클래드 및 상기 상부 클래드를 결합시킨 후, UV를 이용하여 상기 코어용 에폭시 수지를 경화 하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c)단계는 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지 중 적어도 하나의 클래드용 에폭시 수지 상에 이형제를 바른 후 상기 고분자 필름을 도포하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법은 (a) 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터와 상부 PDMS 마스터를 준비하는 단계; (b) 상기 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터 상에 제 1 클래드용 에폭시 수지를 도포하는 단계; (c) 상기 제 1 클래드용 에폭시 수지 상에 고분자 필름을 도포하는 단계; (d) 상기 하부 PDMS 마스터를 제거함으로써 음각 패턴이 형성된 하부 클래드를 형성하는 단계; (e) 상기 하부 클래드에 형성된 음각 패턴 상에 코어용 에폭시 수지를 도포하는 단계; (f) 상기 코어용 에폭시 수지가 도포된 하부 클래드 상에 상부 PDMS 마스터를 적층하고 압력을 가하며 UV를 이용하여 상기 코어용 에폭시 수지를 경화하는 단계; (g) 상기 PDMS 고무를 제거한 후에 상기 하부 클래드 상에 제 2 클래드용 에폭시 수지를 도포하는 단계; 및 (h) 상기 제 2 클래드용 에폭시 수지 상에 고분자 필름을 도포한 후 UV를 이용하여 상기 제 2 클래드용 에폭시 수지와 고분자 필름을 경화하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2 클래드용 에폭시 수지 중 적어도 하나의 클래드용 에폭시 수지 상에 이형제를 바른 후 상기 고분자 필름을 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로는 에폭시 수지로 이루어진 클래드; 및 상기 클래드 내부에 형성되며 에폭시 수지로 이루어지는 하나 이상의 코어를 포함한다. 바람직하게는, 상기 클래드의 외부에 도포된 고분자 필름을 더 포함한다.
본 발명에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로는 300℃ 이상의 유리전이 온도를 가지기 때문에 우수한 내열성을 가진다. 따라서, 에폭시를 이용한 광 도파로를 PCB 내에 실장하여 광 PCB를 제작하는 경우에 고열에 의한 광 도파로의 파손을 방지할 수 있으며 광 도파로의 형태를 안정되게 유지할 수 있다. 또한, 폴리카보네이트, 폴리이미드와 같이 내열성이 우수한 열가소성 고분자 필름을 에폭시 클래드의 외부에 도포하면 깨지기 쉬운 에폭시 수지의 단점을 보완할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 에폭시 수지를 이용한 광 도파로는 광 손실이 매우 적어 광 전송 효율이 높은 광 도파로를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광 도파로 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 에폭시 수지를 이용한 광 도파로를 제조하기 위해서는, 우선 PDMS(Poly-Dimethal Siloxane)로 형성된 하부 PDMS 마스터(110)와 상부 PDMS 마스터(120)를 준비한다.
하부 PDMS 마스터(110)에는 코어 영역이 될 양각패턴(115)을 형성한다. 이에 대해 상세히 설명하면, 우선 포토리소그라피 공정을 이용하여 채널을 형성하기 위한 마스크를 형성하고, 상기 마스크를 이용하여 딥(deep) RIE(Reactive Ion Etching)공정 및 건식식각 공정을 이용하여 실리콘 기판 위에 양각패턴을 갖는 광도파로 제작용 마스터를 형성한다. 상기 광 도파로 제작용 마스터 상에 액상의 PDMS를 부어 열 경화한 후, 상기 광 도파로 제작용 마스터와 PDMS를 분리하여 양각패턴을 갖는 PDMS 마스터를 제작한다.
또한, 실리콘 기판 또는 금속 마스터를 이용하여 핫 엠보싱(hot-embossing) 공법으로 PMMA나 폴리카보네이트와 같은 고분자 상에 도파로 패턴을 형성하고, 고분자 도파로 상에 액상의 PDMS를 도포하고 경화시킨 후, 고분자를 분리해내면 도파로가 양각된 PDMS를 얻을 수 있다.
다음 단계에서는, 도 1b를 참조하면, 하부 PDMS 마스터(110) 상에 하부 클래드용 에폭시 수지(130)를 도포하고, 상부 PDMS 마스터(120) 상에 상부 클래드용 에폭시 수지(140)를 도포한다. 이때, 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지(130, 140)는 액상의 UV(Ultra Violet)-경화 에폭시 수지이며, 굴절률이 서로 동일한 것을 사용한다.
다음 단계에서는 도 1c를 참조하면, 깨지기 쉬운 에폭시 수지의 단점을 보완하기 위하여 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지(130, 140)상에 고분자 필름(150, 155)을 접착시킨 후, UV를 조사하여 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지(130, 140)와 고분자 필름(150, 155)을 경화시킨다. 이때, 고분자 필름(150, 155)은 UV-경화 고분자로서 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide)와 같이 150℃ 이상의 유리전이 온도를 가지는 열가소성 고분자를 이용하는 것이 바람직하다.
다음 단계에서는, 도 1d를 참조하면, 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지(130, 140)와 고분자 필름(150, 155)이 접착된 하부 및 상부 클래드(160, 170)를 하부 및 상부 PDMS 마스터(110, 120)로부터 각각 분리한다. 하부 및 상부 PDMS 마스터(110, 120)는 PDMS 고무로 이루어진 것이므로 이형성이 좋기 때문에 하부 및 상부 클래드(160, 170)를 분리해내기가 쉽다.
다음 단계에서는, 도 1e를 참조하면, 하부 클래드용 에폭시 수지(130)에 형성된 음각 패턴(175)에 전부 채워질 정도로 액상의 코어용 에폭시 수지(180)를 붓는다. 이후, 기포가 발생하지 않도록 주의하며 코어용 에폭시 수지(180)가 도포된 하부 클래드용 에폭시 수지(130) 상에 상부 클래드용 에폭시 수지(140)가 접촉되도록 상부 클래드(170)를 덮는다. 이때, 코어용 에폭시 수지(180)는 UV-경화 에폭시 수지이며, 클래드용 에폭시 수지(130, 140)보다 굴절률이 2~5% 높은 것을 사용한다.
다음 단계에서는 도 1f를 참조하면, 변형과 슬랩이 생기지 않도록 적당한 압력을 가하면서 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지(130, 140)를 압착시켜 에폭시 클래드(135)를 형성하고, UV를 조사하여 도파로 패턴에 채워진 코어용 에폭시 수지(185)를 경화시켜 코어를 형성함으로써 광 도파로를 완성한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d와 같은 방법으로 형성한 하부 클래드(260)의 음각 패턴이 전부 채워지도록 코어용 에폭시 수지(280)를 도포한다.
다음 단계에서는, 도 2b를 참조하면, 코어용 에폭시 수지(280)가 도포된 하부 클래드(260) 상에 표면이 평평한 상부 PDMS 마스터(270)를 적층하고 슬랩이 생기지 않도록 적당한 압력을 가한 상태에서 UV를 이용하여 음각 패턴에 채워진 코어용 에폭시 수지를 경화시킴으로써 코어(285)를 형성한다.
다음 단계에서는 도 2c를 참조하면, 상부 PDMS 마스터(270)를 제거하고 코어(285)의 윗면이 노출된 하부 클래드(260) 상에 액상의 클레드용 에폭시 수지(211)를 도포한 후, 상기 클래드용 에폭시 수지(211)상에 고분자 필름(255)을 적층한다. 이때, 고분자 필름(255) 대신 PDMS 고무를 사용할 수 있다. 이후, 압력을 가하지 않고 UV를 조사하여 클래드용 에폭시 수지(211)와 고분자 필름(255)을 경화시킨다.
도 2d를 참조하면, 도 2a 내지 도 2c의 방법을 통해, 에폭시 수지로 형성한 코어(285)와 클래드(235), 클래드(235)의 외부에 부착된 고분자 필름(250, 255)으로 이루어진 광 도파로를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해 제조된 광 도파로를 나타낸 단면 도이다.
상기 설명한 두가지 실시 예에서 고분자 필름을 도포할 때, 클래드용 에폭시 수지(335)상에 이형제(release agent)를 바르고 고분자 필름을 도포하면 광 도파로 완성 후에 클래드용 에폭시 수지(335)로부터 고분자 필름을 용이하게 분리할 수 있다. 이를 통해 도 3에서 나타낸 바와 같이, 에폭시로 이루어진 도파로(385)와 클래드(335)만으로 구성된 순수 에폭시계 광 도파로를 제조할 수 있다.
이상으로 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적의 실시 예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서 본 기술 부양의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해 제조된 광 도파로를 나타낸 단면도이다.

Claims (14)

  1. (a) 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS(Poly-Dimethal Siloxane) 마스터와, 상부 PDMS 마스터를 준비하는 단계;
    (b) 상기 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터 및 상부 PDMS 마스터 상에 액상의 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지를 각각 도포하는 단계;
    (c) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상부 클래드용 에폭시 수지 상에 각각 고분자 필름을 도포한 후, UV(Ultra Violet)를 이용하여 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지와 고분자 필름을 경화하는 단계;
    (d) 상기 하부 PDMS 마스터를 제거하여 음각 패턴이 형성된 하부 클래드를 형성하고, 상기 상부 PDMS 마스터를 제거하여 상부 클래드를 형성하는 단계;
    (e) 상기 하부 클래드의 음각 패턴 상에 액상의 코어용 에폭시 수지를 도포하는 단계; 및
    (f) 상기 하부 클래드용 에폭시 수지 및 상기 상부 클래드용 에폭시 수지가 접촉하도록 상기 하부 클래드 및 상기 상부 클래드를 결합시킨 후, UV를 이용하여 상기 코어용 에폭시 수지를 경화하는 단계
    를 포함하는 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지는 굴절률이 동일한
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 150℃ 이상의 유리전이 온도를 가지는 열가소성 고분자인
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코어용 에폭시 수지는 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지보다 굴절률이 2% 내지 5 % 높은
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지 중 적어도 하나의 클래드용 에폭시 수지 상에 이형제를 바른 후 상기 고분자 필름을 도포하는 단계
    를 포함하는 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  6. (a) 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS(Poly-Dimethal Siloxane) 마스터와 상부 PDMS 마스터를 준비하는 단계;
    (b) 상기 양각 패턴이 형성된 하부 PDMS 마스터 상에 제 1 클래드용 에폭시 수지를 도포하는 단계;
    (c) 상기 제 1 클래드용 에폭시 수지 상에 고분자 필름을 도포하는 단계;
    (d) 상기 하부 PDMS 마스터를 제거함으로써 음각 패턴이 형성된 하부 클래드를 형성하는 단계;
    (e) 상기 하부 클래드에 형성된 음각 패턴 상에 코어용 에폭시 수지를 도포하는 단계;
    (f) 상기 코어용 에폭시 수지가 도포된 하부 클래드 상에 상부 PDMS 마스터를 적층하고 압력을 가하며 UV를 이용하여 상기 코어용 에폭시 수지를 경화하는 단계;
    (g) 상기 PDMS 고무를 제거한 후에 상기 하부 클래드 상에 제 2 클래드용 에폭시 수지를 도포하는 단계; 및
    (h) 상기 제 2 클래드용 에폭시 수지 상에 고분자 필름을 도포한 후 UV를 이용하여 상기 제 2 클래드용 에폭시 수지와 고분자 필름을 경화하는 단계
    를 포함하는 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    제 1 클래드용 에폭시 수지와 제 2 클래드용 에폭시 수지는 굴절률이 동일한
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 150℃ 이상의 유리전이 온도를 가지는 열가소성 고분자인
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 코어용 에폭시 수지는 상기 하부 및 상부 클래드용 에폭시 수지보다 굴절률이 2% 내지 5 % 높은
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 클래드용 에폭시 수지 중 적어도 하나의 클래드용 에폭시 수지 상에 이형제를 바른 후 상기 고분자 필름을 도포하는 단계
    를 포함하는 에폭시 수지를 이용한 광 도파로 제조방법.
  11. 에폭시 수지로 이루어진 클래드; 및
    상기 클래드 내부에 형성되며 에폭시 수지로 이루어지는 하나 이상의 코어
    를 포함하는 에폭시 수지를 이용한 광 도파로.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 클래드의 외부에 도포된 고분자 필름을 더 포함하는
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 코어 및 클래드는 UV(Ultra Violet) 경화 에폭시 수지로 이루어진
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 고분자 필름은 150℃ 이상의 유리전이 온도를 가지는 열가소성 고분자인
    에폭시 수지를 이용한 광 도파로.
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