TW201734524A - 複合光波導 - Google Patents

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大原盛輝
武信省太郎
野間聡子
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旭硝子股份有限公司
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Abstract

本發明係一種複合光波導，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合者，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。

Description

複合光波導
本發明係關於一種使聚合物光波導(POW)與矽(Si)光波導絕熱耦合(Adiabatic Coupling)之複合光波導。
形成於印刷基板上之剛性之、或形成於聚合物製基膜上之軟性之多模及單模之聚合物光波導正在普及。聚合物光波導之原理係藉由折射率不同之複數聚合物之組合即芯與披覆層之組合而使芯為光波導者。 另一方面，於矽晶片上形成有光波導之矽光波導亦正在普及(參照專利文獻1)。 關於聚合物光波導及矽光波導之任一者，為了獲得複數個波導通道，均以沿著一個方向複數個波導平行地對齊之形式形成為陣列狀。 雖嘗試使光於聚合物光波導與矽光波導之間傳播，但若欲實現以微級使光有效率地傳播之耦合，則需要高精度之定位。 若為多模之光波導，則於光波導彼此或光波導與多模光纖之間之耦合中，由於芯剖面之尺寸較大，又相互之芯剖面尺寸或數值孔徑為相同程度，故而於相互接觸之剖面彼此中，只要保證剖面彼此之對接之定位精度，則可以能夠容許損耗之級別實現。 實際上，藉由所謂對接耦合(Butt Coupling)而實現。 然而，於單模之光波導與矽光波導之耦合中，由於各自之芯剖面變得相當小，又相互之芯剖面尺寸或數值孔徑較大地不同，故而對接耦合本身變得困難。 於該方面，可期待絕熱耦合作為代替方法，即，遍及光軸方向之特定距離捕獲沿著陣列之於光軸方向之滲出光(以下，亦稱為滲透光)並使之接合。 因此，使聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合之複合光波導最近備受矚目(參照專利文獻1、2)。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本專利特開2014-81586號公報 專利文獻2：美國專利第8724937號說明書
[發明所欲解決之問題] 於使聚合物光波導與矽光波導對接耦合時使用光硬化型接著劑而使兩者耦合。於絕熱耦合之情形時亦會使用光硬化型接著劑而使兩者耦合。 然而，關於在進行絕熱耦合時如何以可靠性較高之方法使聚合物光波導與矽光波導接合，迄今為止不怎麼討論。本案發明者們對該方面進行銳意研究。其結果明確，於將在目前主流之對接耦合中可實現可靠性較高之耦合之光硬化型接著劑用於絕熱耦合之情形時，有於可靠性試驗時產生剝離之情況。 本發明係為了解決上述先前技術之問題點，其目的在於提高使聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合之複合光波導中之絕熱耦合部位之可靠性。 [解決問題之技術手段] 為了達成上述目的，本發明提供一種複合光波導(1)，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合之複合光波導，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。 又，本發明提供一種複合光波導(2)，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合之複合光波導，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上、且波長1.3 μm之光於硬化後之0.1 mm厚度之透過率為80%以上的光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。 進而，本發明提供一種複合光波導(3)，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合之複合光波導，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上、且於將上述聚合物光波導之披覆層之折射率設為n1、將硬化後之接著劑之折射率設為nA時滿足-0.015＜n1－nA＜0.05之光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。 於本發明之複合光波導(1)～(3)中，較佳為，上述光硬化型接著劑於光硬化後於大氣中以150℃保持100小時之前後之質量減少量為6%以下。 於本發明之複合光波導(1)～(3)中，較佳為，上述光硬化型接著劑係於光硬化後於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為1%以下。 於本發明之複合光波導(1)～(3)中，較佳為，上述光硬化型接著劑於25～100℃之平均熱膨脹率未達130×10-6 /℃。 於本發明之複合光波導(1)～(3)中，較佳為，上述聚合物光波導之芯及披覆層包括含有氟之樹脂。 於該情形時，較佳為，上述光硬化型接著劑含有氟系材料。 [發明之效果] 本發明之複合光波導係聚合物光波導與矽光波導使用光硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑耦合，且具有聚合物光波導之芯與矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域，故而於熱循環試驗時，無接著層與被接著體(包括聚合物光波導及矽光波導者)剝離之虞，提高絕熱耦合部位之可靠性。 又，用於形成接著層之光硬化型接著劑由於光波長1.3 μm之光於硬化後之0.1 mm厚度之透過率為80%以上，或滿足-0.015＜n1－nA＜0.05，故而於複合光波導傳播之光之傳遞損耗較少。
以下，參照圖式對本發明進行說明。 圖1係表示本發明之複合光波導之一構成例之立體圖。圖2係圖1之複合光波導10之側視圖。圖3係於圖1之複合光波導10之絕熱耦合部位之橫剖視圖。 於圖1～3所示之複合光波導10中，聚合物光波導20與矽光波導30絕熱耦合。於圖1、2所示之聚合物光波導20中，相對於絕熱耦合部位而另一端側收容於連接用之連接器40。於圖3所示之聚合物光波導20、矽光波導30中，除芯22、32以外之部位為披覆層。 圖4係圖3之局部放大圖，且表示於絕熱耦合部位之聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之位置關係。於圖4所示之聚合物光波導20、矽光波導30中，除芯22、32以外之部位為披覆層21、31。 如圖4所示，於絕熱耦合部位中，聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之芯32係以對向之狀態配置，且藉由接著層50而接合。此處，於矽光波導30之接著層50側之表面，為了抑制鈉等鹼金屬離子擴散而形成有障壁層60。障壁層60之厚度例如為0.01～0.5 μm。障壁層60之構成材料例如可使用Si3 N4 。 圖5係圖1之複合光波導10之絕熱耦合部位70之局部縱剖視圖，表示於絕熱耦合部位70之滲透光之傳播(light propagation)之情況。 於絕熱耦合中，遍及光軸方向之特定距離獲取滲透光並使之接合。因此，於絕熱耦合部位中，聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之芯32如圖5所示對向地配置，聚合物光波導20係未設置與矽光波導30之芯32對向之側之披覆層，芯22露出。又，使聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之芯32以成為適當之位置關係之方式配置，故而於聚合物光波導20設置有定位用凸部24，於矽光波導30設置有定位用凹部34。 於對接耦合之情形時，若接著層之厚度較薄，則於高溫或高濕之環境下，產生耦合損耗增大，於最差之情形時產生界面剝離，故而必須使接著層之厚度為10 μm以上(例如日本專利第4896231號說明書等)。 其原因在於，產生於接著層之構成材料與光纖或光波導之構成材料之間的熱膨脹率差等引起產生應力(熱應變)，為了使接著層自身緩和該產生之應力而需要為10 μm以上之厚度。 於絕熱耦合之情形時，由於利用滲透光，故而若使接著層之厚度變大，則光之傳遞效率明顯降低。 因此，本發明之複合光波導10之絕熱耦合部位70係設為具有聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t為1.5 μm以下的區域者。作為本發明之接著層50之厚度之形態，既可為聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t均勻，亦可不均勻。所謂芯22與矽光波導30之間隔t不均勻，例如係指圖5之a側之間隔狹窄、b側之間隔寬廣之構造。於芯22與矽光波導30之間隔t不均勻之情形時，聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之芯32對向之區域之50%以上較佳為間隔t為1.5 μm以下。藉由於50%以上之區域中間隔t為1.5 μm以下，而光之傳播效率較高，可抑制剝離之產生。間隔t為1.5 μm以下之區域較佳為70%以上，更佳為80%以上，進而較佳為90%以上，特佳為於所有區域中間隔t為1.5 μm以下。再者，聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t更佳為1.3 μm以下，進而較佳為1.0 μm以下，最佳為0.8 μm以下。 本發明之複合光波導10具有相當於接著層之厚度之聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t為1.5 μm以下的區域，故而無法期待如對接耦合之情形時之利用接著層之應力緩和。因此，於欲使接著界面產生應力之方法(approach)中，對用於形成接著層之光硬化型接著劑之物性進行研究，發現提高絕熱耦合部位之可靠性所需要之物性及其閾值，從而完成本發明。 根據先前之技術常識，於不得不使接著層之厚度變薄之情況下，認為較佳為使用光硬化後之玻璃轉移點Tg較低之光硬化型接著劑。其原因在於，為了於接著層之內部緩和應力，認為有效的是利用若光硬化型接著劑之溫度超過光硬化後之玻璃轉移點則急遽地變軟之性質，即便於接著層之厚度較薄之情形時亦容易緩和應力。於該情形時，只要為光波導複合體之使用時溫度高於光硬化型接著劑之光硬化後之玻璃轉移點Tg之情況即可，因此，較佳為使用光硬化後之玻璃轉移點Tg較低之光硬化型接著劑。 然而，此次之一系列研究之結果可獲得如下結果：於相當於接著層之厚度之聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t為1.5 μm以下之非常小之情形時，即便使用光硬化後之玻璃轉移點Tg較高之光硬化型接著劑亦不會產生剝離。又，若自提高絕熱耦合之可靠性之觀點考慮，明顯光硬化型接著劑之光硬化後之玻璃轉移點Tg較高者反而適合於該耦合方式。 為了確定可於設定之實際使用環境下穩定地持續使用複合光波導而進行了熱循環試驗，結果明確用於形成接著層之光硬化型接著劑之玻璃轉移點較高者較佳。 於在熱循環試驗中複合光波導成為高溫時，起因於光硬化型接著劑之熱膨脹率以光硬化後之玻璃轉移點Tg為分界較大地變化，而光硬化型接著劑(接著層)之體積變化更大，藉此，因於接著層與作為被接著體之聚合物光波導及矽光波導之間產生應力而容易產生剝離。 藉由使用光硬化後之玻璃轉移點Tg較熱循環試驗之最高溫度更高之光硬化型接著劑，而於實施熱循環試驗時，光硬化型接著劑之熱膨脹係數不會明顯變大。其結果，實施熱循環試驗時之接著層之體積之增減變小，接著界面之應力變小。結果可防止接著層與被接著體之界面剝離。 根據以上之情況，為了提高絕熱耦合部位之可靠性，於本發明中，為了形成複合光波導之接著層，使用光硬化後之玻璃轉移點Tg較熱循環試驗之上限溫度更高之光硬化型接著劑。下述實施例中之熱循環試驗(-50℃～125℃)之上限溫度為125℃。因此，於本發明中，為了形成複合光波導之接著層，使用光硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑。所謂本說明書中之光硬化型接著劑係指藉由光照射而硬化之接著劑，紫外線硬化型接著劑、電子束照射型接著劑符合於其。 又，於下述實施例中，實施-50～125℃之熱循環試驗之理由如以下所記載。 關於熱循環試驗之試驗條件，於通訊界一般使用之Telcordia之標準參考-40℃～85℃，設定於超級電腦或高端伺服器等要求高可靠性之用途中使用，於-50℃～125℃之上限、下限範圍實施試驗。 於本發明中，為了形成複合光波導之接著層，較佳為使用光硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑，更佳為使用玻璃轉移點Tg為135℃以上之光硬化型接著劑，進而較佳為140℃以上。 如上所述，於絕熱耦合中，遍及光軸方向之特定距離捕獲滲透光並使之接合，故而用於形成接著層之光硬化型接著劑需要透過於複合光波導傳播之光。於本發明中，為了形成複合光波導之接著層，使用光波長1.3 μm之光於硬化後之0.1 mm厚度之透過率為80%以上的光透過型接著劑。其理由在於，於複合光波導傳播之光通過接著層時之傳遞損耗極低。 為了形成複合光波導之接著層，較佳為使用光波長1.3 μm之光於硬化後之0.1 mm厚度之透過率為85%以上的光硬化型接著劑，更佳為使用90%以上之光透過型接著劑。 於聚合物光波導中，為使光於芯內傳播，以披覆層之折射率低於芯之折射率之方式選擇兩者之構成材料。 如圖4及圖5所示，於絕熱耦合部位中，聚合物光波導20之芯22露出，於芯22之周圍存在接著層50。 為了抑制複合光波導10中之光之傳播損耗，較佳為，以接著層50之折射率成為與聚合物光波導20之披覆層之折射率相同程度之方式，選擇用於形成接著層50之光硬化型接著劑。具體而言，於將聚合物光波導20之披覆層之折射率設為n1時，用於形成接著層50之光硬化型接著劑之光硬化後之折射率nA滿足下述式(1)則可抑制複合光波導10中之光之傳播損耗，故而較佳。 -0.015＜n1－nA＜0.05                  (1) 於n1－nA大於上述範圍之情形時，由於披覆層之光之封閉效果過大，故而滲透光變少，藉此聚合物光波導20與矽光波導30之間之可傳播光之量變少，結果傳播損耗變大。另一方面，於n1－nA小於上述範圍之情形時，由於傳播至聚合物光波導20之後之光之封閉較弱，故而存在產生傳播損耗之惡化或與相鄰之芯之串擾等問題之可能性。如根據上述式可知，作為光硬化後之接著劑之適當之折射率範圍，根據此次之模擬明確較佳範圍並非存在於上下等間隔中，而存在於下側範圍較窄中。 於本發明之複合光波導10中，更佳為，用於形成接著層50之光硬化型接著劑之光硬化後之折射率nA滿足下述式(2)。 -0.013＜n1－nA＜0.03            (2) 進而較佳為-0.01＜n1―nA＜0.02，最佳為-0.005＜n1－nA＜0.015。 本發明之複合光波導存在安裝於電子電路基板而用作電子複合基板之情形。於該情形時，於使聚合物光波導20與矽光波導30藉由接著層50而絕熱耦合之後安裝於電子電路基板，有時於安裝於電子電路基板之後實施高溫製程。例如，於將半導體晶片或元件安裝於電子電路基板時，作為一般性之使用無鉛焊料之回焊製程，有時實施複數次之260℃數分鐘之高溫製程。又，近年來，正在開發能夠於160℃左右安裝之低溫無鉛焊料。關注此種安裝步驟，作為可靠性試驗實施160℃1小時之熱處理(低溫製程)與260℃熱處理(回焊製程)。 此次之一系列之研究之結果明確，作為用於形成接著層之光硬化型接著劑之材料物性，加熱時之質量減少較少者不易於實施該等高溫製程時產生剝離。 加熱時之質量減少係藉由於將光硬化型接著劑硬化時殘留之未交聯成分或聚合度較小之樹脂成分等低溫揮發成分、交聯後之聚合物之高溫耐性較低之部位等於高溫製程中揮散而產生。於加熱時之質量減少較大之光硬化型接著劑中，該等樹脂成分揮散時產生之體積收縮更大，故而成為於接著層與作為被接著體之聚合物光波導及矽光波導之間產生應力而引起剝離等問題之原因。相對於此，於加熱時之質量減少較小之光硬化型接著劑中，由於實施高溫製程時之體積收縮較小，故而絕熱耦合部位之可靠性提高。 自上述觀點而言，本發明之複合光波導10中，用於形成接著層50之光硬化型接著劑於光硬化後於大氣中以150℃保持100小時之前後之質量減少量較佳為6%以下，更佳為4%以下，進而較佳為2%以下。 本發明之複合光波導根據其用途，有於使用時曝露於高溫高濕環境之情形。於該情形時，要求即便於曝露於高溫高濕環境之情形時接著層亦不剝離。關於該方面，於本發明中，將85℃85%RH之高溫高濕試驗作為指標。 此次之一系列研究之結果明確，作為用於形成接著層之光硬化型接著劑之材料物性，於使光硬化後之接著劑於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為1%以下之情形時，即便於85℃85%RH之高溫高濕試驗中，於接著層與作為被接著體之聚合物光波導及矽光波導被接著材料之界面亦不產生剝離。 於85℃85%RH之高溫高濕試驗中藉由吸水而光硬化型接著劑(接著層)之體積膨脹，藉此，藉由於接著層與作為被接著體之聚合物光波導及矽光波導之間產生應力而容易產生剝離。相對於此，若使光硬化後之光硬化型接著劑於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為1.0%以下，則光硬化後之光硬化型接著劑之吸水率充分小，故而於85℃85%RH之高溫高濕試驗中所產生之體積變化變小，結果不易產生剝離。 於接著層之厚度為10 μm以上之對接耦合之情形時，關於聚合物光波導與矽光波導之耦合中所使用之光硬化型接著劑之吸水率未特別言及，即便吸水率相對較高之丙烯酸系接著劑，亦可滿足Telcordia標準(高溫高濕)，於相當於接著層之厚度之聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t為1.5 μm以下的非常薄之絕熱耦合之情形時，無法於接著層內部緩和應力，故而所要求之吸水率之特性如上所述更嚴格。 本發明之複合光波導中，作為用以形成接著層之光硬化型接著劑，更佳為於使光硬化後之接著劑於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為0.5%以下，進而較佳為0.3%以下。 本發明之複合光波導係用於形成接著層之光硬化型接著劑之熱膨脹率與聚合物光波導或矽光波導之構成材料之熱膨脹率接近，於實施熱循環試驗時於接著層與聚合物光波導或矽光波導之界面所產生之應力減輕，結果不易產生剝離，故而較佳。聚合物光波導之構成材料於25～100℃之平均熱膨脹率為80×10-6 /℃左右，Si之熱膨脹率為3×10-6 /℃左右。相對於此，用於形成接著層之光硬化型接著劑於25～100℃之平均熱膨脹率較佳為未達130×10-6 /℃，更佳為未達110×10-6 /℃，進而較佳為未達100×10-6 /℃。 用於形成接著層之光硬化型接著劑只要滿足上述物性則並不特別限定。若列舉具體例，則有環氧系光硬化型接著劑、含氟環氧系光硬化型接著劑、矽酮系光硬化型接著劑、丙烯酸系光硬化型接著劑、含氟丙烯酸系光硬化型接著劑、丙烯酸胺基甲酸酯系光硬化型接著劑、環氧丙烯酸酯系光硬化型接著劑等。該等之中，含氟環氧系光硬化型接著劑因透明性、耐熱性、低硬化收縮率等之理由而較佳。 又，於聚合物光波導之構成材料含有氟之情形時，用於形成接著層之光硬化型接著劑亦含有氟則兩者之密著性提高，故而較佳。 對本發明之複合光波導進而加以記載。 (矽光波導) 矽光波導30係於矽晶片上形成有包含Si之芯32與SiO2 之披覆層31之芯-披覆層構造者。於圖示之矽光波導30中，以沿著一個方向而複數個芯32平行地對齊之形式形成為陣列狀。但矽光波導之構成並不限定於此。例如，於矽光波導30之接著層50側之表面形成有障壁層60，障壁層60為任意之構成，亦可不形成障壁層60。  (聚合物光波導) 聚合物光波導20係藉由芯22與配置於其周圍之披覆層21而形成。聚合物光波導20之芯22及披覆層21均係其構成材料為聚合物(樹脂材料)，以披覆層21之折射率低於芯22之折射率之方式選擇兩者之構成材料。為了於矽光波導30之芯32傳播光，必須使用波長較矽之帶隙即1.1 μm長之紅外光之光，為了抑制於該區域於複合光波導10傳播之光之傳送損耗，聚合物光波導20之芯22及披覆層21之構成材料較佳為含有氟之樹脂。其原因在於，於長波長區域(尤其通訊中所使用之C頻帶周邊、O頻帶周邊)中，較C-H耦合而C-F耦合更可抑制光之吸收。 於圖3所示之聚合物光波導20中，芯22之剖面形狀為矩形，但並不限定於此，例如亦可為梯形、圓形、橢圓形。於芯之剖面形狀為多邊形之情形時，其角亦可帶有弧度。 聚合物光波導20中之芯22之尺寸並不特別限定，可考慮與光源或受光元件之耦合效率等而適當設計。耦合效率依賴於芯直徑與數值孔徑(NA)。例如芯22之尺寸(如圖3所示之芯22般，於芯22之剖面形狀為矩形之情形時，該矩形之寬度及高度)若考慮與矽光波導30之芯32之耦合效率則較佳為1～10 μm，更佳為1.5～8 μm，進而較佳為2～7 μm。 實施例 以下，使用實施例對本發明進而詳細地進行說明，但本發明並不限定於該等實施例。再者，例1、2為實施例，例3、4、5、6為比較例。 於本實施例中，使用圖6所示之試驗樣品實施接著試驗。試驗樣品包括模擬聚合物光波導之樣品(a)200與模擬矽光波導之樣品(b)300。模擬聚合物光波導之樣品(a)200具有模擬芯之部位220與定位用之凸部240。模擬矽波導之樣品(b)300具有定位用凹部340。 利用晶圓切割機研削矽晶圓，製作具有定位用凹部340之樣品(b)300。樣品(a)200之定位用之凸部240係能夠插入至樣品(b)300之定位用凹部340之寬度。該凸部240之高度及樣品(a)200之部位220之高度係於將該凸部240插入至該凹部340時，該部位220及與該部位對向之樣品(b)300之面之間產生1.5 μm以下之間隙之構成。 對樣品(b)300之具有定位用凹部340之側之面塗佈下述表中記載之光硬化型接著劑之後，將樣品(a)200之定位用之凸部240插入至該凹部340。將多餘之接著劑去除之後，以照射強度3～18 J/cm2 照射UV(ultraviolet，紫外線)光使接著劑硬化而形成厚度1.5 μm以下之接著層。然後，以更低溫進行退火(60℃或80℃且1小時)，進而以160℃實施退火1小時，製作出以下之試驗用之樣品。 使用下述表中記載之光硬化型接著劑。 再者，下述表中，玻璃轉移點Tg為接著劑之光硬化後之值。玻璃轉移點Tg係依據JIS K7121中記載之輸入補償示差掃描熱量測定而進行。升溫速度設為每分鐘20℃，試驗片之周邊環境設為氮(每分鐘50 ml)。又，含氟之環氧系光硬化型接著劑之波長1.3 μm之光透過率係於0.1 mm厚度均滿足透過率80%以上。因此，例1～6均係於設為複合光波導之情形時傳播之光通過接著層時之傳遞損耗極低。 又，表中之質量減少量係將光硬化後之接著劑以150℃保持100小時之前後之質量減少量，質量增加量係將光硬化後之接著劑(試驗片之厚度為1 mm)於23℃之水中浸漬24小時之前後之質量增加量，依據JIS K7209而進行。 (低溫製程試驗) 以160℃進行熱處理1小時，利用目視確認於接著界面之剝離之有無，且利用以下之基準進行評估。 ○：未確認到於接著界面之剝離。 ×：於接著界面確認到剝離。 (回焊製程試驗) 以260℃進行30秒鐘熱處理，利用目視確認於接著界面之剝離之有無，且利用以下之基準進行評估。 ○：未確認到於接著界面之剝離。 △：於接著界面確認到一部分剝離。 ×：於接著界面確認到剝離。 再者，低溫製程試驗、及回焊製程試驗只要任一者之評估結果為○即可。 (熱循環試驗) 以使最高溫度(+125℃)及最低溫度(-50℃)分別保持30分鐘之方式實施20個循環之熱循環，確認於接著界面之剝離之有無，且利用以下之基準進行評估。 ○：未確認到於接著界面之剝離。 △：於接著界面確認到一部分剝離。 (高溫高濕試驗) 以85℃85%RH進行90小時熱處理，利用目視確認於接著界面之剝離之有無，且利用以下之基準進行評估。 ○：未確認到接著界面之剝離。 △：於接著界面確認到一部分剝離。 將結果示於下述表。 [表1] [表2] 於使用光硬化後之Tg未達125℃之光硬化型接著劑之例3、4、5、6中，熱循環試驗中試驗樣品之溫度超過光硬化後之玻璃轉移點Tg，故而光硬化型接著劑(接著層)之體積急遽增加，藉此，因於接著層與作為被接著體之聚合物光波導及矽光波導之間產生應力而產生剝離。 相對於此，使用光硬化後之Tg為125℃以上之光硬化型接著劑之例1、2均係熱循環試驗之結果良好。 使用25～100℃之平均熱膨脹率未達130×10-6 /℃之光硬化型接著劑之例1～2中，光硬化型接著劑之平均熱膨脹係數與聚合物光波導之構成材料之平均熱膨脹率(80×10-6 /℃左右)及Si之平均熱膨脹係數(3×10-6 /℃左右)接近，故而於實施熱循環試驗時，於接著層與聚合物光波導之界面產生之應力減輕，結果不易產生剝離。平均熱膨脹率之測定係依據JIS K7197而進行。升溫速度設為每分鐘5℃，試驗片之周邊環境設為氮(每分鐘50 ml)。 使用光硬化後於大氣中以150℃保持100小時之前後之質量增加量為6%以下之光硬化型接著劑之例1～例5係低溫製程試驗之結果良好。 光硬化後於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為1%以下之例1、例6係高溫高濕試驗之結果良好。 於以下所示之實施例中，關於圖4、5所示之構造之複合光波導10，將聚合物光波導20與矽光波導30之構造(尺寸與折射率)以RSoft Design Group股份公司製造之RSoft CAD定義，利用作為模擬引擎(simulation engine)之RSoft Design Group股份公司製造之BeamProp(有限差分光束傳播法(Finite Difference Beam Propagation Method))進行光傳播之模擬。圖4係將樹脂光波導與矽(Si)光波導絕熱耦合之情形時之剖視圖，圖5係側視圖。 (例7～例24) 例7～24中之例7～14、例16～23為實施例，例15、24為比較例。 將聚合物光波導20與矽光波導30之構造(尺寸與折射率)以如下所示之方式，藉由RSoft CAD定義。 (聚合物光波導20) 芯22 芯尺寸 寬度6.0 μm、厚度2.0 μm 折射率1.526 披覆層21 厚度15 μm 折射率1.513 (矽光波導30) 芯32 芯尺寸 寬度0.38 μm(a端)～0.11 μm(b端) 隨著自a端至b端而寬度線性地變化 厚度0.18 μm 折射率3.5 披覆層31 厚度15 μm 折射率1.45 (障壁層60) 厚度0.03 μm 折射率1.989 聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之芯32以對向之狀態配置，將藉由接著層50而接合之絕熱耦合部位70之長度設為1750 μm，利用BeamProp藉由計算而求出於波長1.3 μm之連接損耗。將結果示於下述表3～5。再者，表中之折射率差(n1－nA)係聚合物光波導20之披覆層22之折射率n1與用於形成接著層50之光硬化型接著劑之光硬化後之折射率nA的折射率差，間隔t係聚合物光波導20之芯22與矽光波導30之間隔t。 [表3] [表4] [表5] 如實施例7～14、實施例16～23所示，只要聚合物光波導之披覆層之折射率n1與光硬化後之接著劑之折射率nA的差(n1－nA)係-0.015～0.05，則能夠將聚合物光波導與矽波導以1.5 dB以下之損耗連接。另一方面，如比較例24所示，若聚合物光波導之披覆層之折射率n1與光硬化後之接著劑之折射率nA的差(n1－nA)係-0.02則連接損耗成為超過4 dB之較大之值。又，如實施例所示，可知只要聚合物波導之芯與矽波導之間隔t未達1.5 μm，則能夠將聚合物光波導與矽波導以1.5 dB以下連接。 詳細且參照特定之實施態樣對本發明進行了說明，但業者明白可不脫離本發明之精神與範圍施加各種變更或修正。本申請案係基於2016年3月23日申請之日本專利申請案(日本專利特願2016-58907)者，其內容作為參照併入此處。
10‧‧‧複合光波導
20‧‧‧聚合物光波導
21‧‧‧聚合物光波導之披覆層
22‧‧‧聚合物光波導之芯
24‧‧‧定位用凸部
30‧‧‧矽光波導
31‧‧‧矽波導之披覆層
32‧‧‧矽波導之芯
34‧‧‧定位用凹部
40‧‧‧連接器
50‧‧‧接著層
60‧‧‧障壁層
70‧‧‧絕熱耦合部位
200‧‧‧聚合物光波導
220‧‧‧聚合物光波導之芯
240‧‧‧定位用凸部
300‧‧‧矽光波導
340‧‧‧定位用凹部
t‧‧‧間隔
圖1係表示本發明之複合光波導之一構成例之立體圖。 圖2係圖1之複合光波導10之側視圖。 圖3係圖1之複合光波導10之絕熱耦合部位中之橫剖視圖。 圖4係圖3之局部放大圖。 圖5係圖1之複合光波導10之絕熱耦合部位周邊之局部縱剖視圖。 圖6係用於實施例之接著試驗之試驗樣品之圖。
無

Claims (8)

  1. 一種複合光波導，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合者，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上之光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。
  2. 一種複合光波導，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合者，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上、且波長1.3 μm之光於硬化後之0.1 mm厚度之透過率為80%以上的光硬化型接著劑形成之接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。
  3. 一種複合光波導，其特徵在於：其係聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合者，且於上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之芯對向配置之絕熱耦合部位，藉由使用硬化後之玻璃轉移點Tg為125℃以上、且於將上述聚合物光波導之披覆層之折射率設為n1、將硬化後之接著劑之折射率設為nA時滿足-0.015＜n1－nA＜0.05之光硬化型接著劑形成的接著層，而將上述聚合物光波導與上述矽光波導耦合，上述絕熱耦合部位具有上述聚合物光波導之芯與上述矽光波導之間隔t為1.5 μm以下之區域。
  4. 如請求項1至3中任一項之複合光波導，其中上述光硬化型接著劑係於光硬化後於大氣中以150℃保持100小時之前後之質量減少量為6%以下。
  5. 如請求項1至4中任一項之複合光波導，其中上述光硬化型接著劑係於光硬化後於水中浸漬24小時之前後之質量增加量為1.0%以下。
  6. 如請求項1至5中任一項之複合光波導，其中上述光硬化型接著劑於25～100℃之平均熱膨脹率未達130×10-6 /℃。
  7. 如請求項1至6中任一項之複合光波導，其中上述聚合物光波導(POW)包括含有氟之樹脂。
  8. 如請求項7之複合光波導，其中上述光硬化型接著劑含有氟系材料。
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