JP2002286957A - 光導波路付き基板およびその製造方法 - Google Patents
光導波路付き基板およびその製造方法Info
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Abstract
波路の両方に使用しているにも関わらず、それぞれ作製
手法が異なるために製造コストが高くなるという問題点
を解決する。 【解決手段】 高分子光導波路用の高分子基板の
作製、及び高分子光導波路の作製方法において、高分子
基板の積層体を形成する過程で、その最外層及びその内
側の層に光導波路のコアとクラッドとなるフィルムを準
備し、基板ようの積層フィルムと一緒に一括して加熱圧
着することで、光導波路用基板と光導波路のクラッド層
やコア層を一括して作製する。
Description
ィルムを積層一体化してなる高分子光導波路のクラッド
層、またはクラッド層とコア層を有する基板とその製造
方法に関する。
ステムの実用化に伴い、種々の光通信用部品の開発が望
まれている。また、これら光部品を高密度に実装する光
配線技術、特に光導波路技術の確立が望まれている。
いこと、光導波路の作製が容易なこと、コアとクラッド
の屈折率差を制御できること、耐熱性に優れているこ
と、等の条件が要求される。光導波路材料として、これ
までに最も精力的に検討されているのが石英系材料であ
る。光ファイバで実証済のように、石英は光透過性が極
めて良好であるため、光導波路とした場合も、波長が
1.3μmにおいて0.1dB/cm以下の低光損失化
が達成されている。しかし、その光導波路には、作製に
長時間を必要とする、作製時に高温が必要である、大面
積化が困難であるなど、製造上の問題がある。
などのプラスチック光学材料は、低い温度で光導波路形
成が可能であり、低価格が期待できるなどの長所がある
一方、耐熱性,耐湿性に劣るという欠点がある。また、
ポリイミドはプラスチックの中で最も耐熱性に優れてい
るが、従来のポリイミドは光透過性に劣るという問題が
あった。
造を検討することにより光透過性に優れたポリイミド光
学材料の研究を行ってきた。本発明者らは特開平3−7
2528号公報で光透過性に優れたフッ素化ポリイミド
を明らかにしている。さらに、特開平4−8734号公
報では、このフッ素化ポリイミドを共重合することによ
り、例えば、光導波路の形成に必要な屈折率制御が可能
であることを明らかにしている。また、このフッ素化ポ
リイミドを用いた光導波路については、特開平4−98
07号公報、同4−235505号公報、同4−235
506号公報で明らかにしている。このように光透過性
に優れたポリイミドで耐熱性に優れたプラスチック光導
波路が実現されている。
ても、幾つかの問題がある。例えば、ポリイミドは耐熱
性に優れている反面、化学構造中の芳香族環が配向し易
いという面も持っている。これは、光学材料としてみた
場合、複屈折を発現し易いということが言える。複屈折
自体は、光学材料としてはある場合は好ましい特性であ
り、ある場合は好ましくない特性となる。また、光導波
路用材料としてみた場合も、同じことが言える。例え
ば、直線偏光の偏波面を保存しながら導波させたい場合
は、複屈折があった方が良いが、無偏波の光を導波させ
たい場合は、複屈折を持たない方が良い。このように、
複屈折をいかようにも制御できることが期待されてい
る。そこで、このうち低複屈折ポリイミド膜について
は、基板の熱膨張係数とポリイミドの熱膨張係数を合わ
せること、すなわち、基板としてポリイミド基板を用い
ることにより低複屈折ポリイミド膜が実現できることが
報告されている(特願平7−187652号明細書)。
このように光部品を作製するに当り、光導波路材料に合
わせて、基板の熱膨張係数を制御することは高性能な光
部品を作製するために極めて有効かつ重要な手法であ
る。
の大きなポリイミドフィルムを複数枚、重ねて加熱あ圧
着し、積層することで、基板の熱膨張係数を導波路に適
合させ、かつ表面の平滑な光導波路用基板を作製できる
ことを明らかにしてきた(特願平11−171414号
明細書)。
て用い、この上に光導波路のクラッド用、コア用のコー
ティング剤をスピンコートと加熱処理等により製膜して
いくことにより、歪みの少ない光導波路を作製できる。
で高分子光導波路を作製するに当たり、光導波路の歩留
まりや性能を向上するために、光導波路と同様の高分子
材料、また光導波路材料と同等の熱膨張計数を有する材
料で基板を作製し、この基板上に光導波路を形成する事
が提案されてきたが、これまでの光導波路作製は基板の
作製と導波路の形成をそれぞれ異なった手法により作製
されていた。すなわち、例えばポリイミド光導波路の場
合、ポリイミドフィルムの積層により作製されたポリイ
ミド積層体を光導波路の基板として用い、今度はこのポ
リイミド積層体基板上にポリイミド光導波路の材料とな
るポリアミド酸溶液をスピンコートし、これを加熱イミ
ド化することにより光導波路のクラッド層、コア層を形
成していた。しかし、この作製方法では同じポリイミド
材料を基板と光導波路の両方に使用しているにも関わら
ず、それぞれ作製手法が異なるために製造コストが高く
なるという問題点を有していた。
導波路用の高分子基板の作製、及び高分子光導波路の作
製方法を鋭意検討した結果、高分子基板の積層体を形成
する過程で、その最外層及びその内側の層に光導波路の
コアとクラッドとなるフィルムを準備し、基板ようの積
層フィルムと一緒に一括して加熱圧着することで、光導
波路用基板と光導波路のクラッド層やコア層を一括して
作製できることを明らかにした。すなわち、本発明を概
説すれば、本発明の請求項1の光導波路付き基板は、1
種類または2種類以上の高分子フィルムが複数層積層さ
れ、その最外層に高分子光導波路のクラッド層が積層さ
れるとともに加熱圧着されてなる積層体からなることを
特徴とする。
板は、1種類または2種類以上の高分子フィルムが複数
層積層され、その最外層に高分子光導波路のコア層が積
層され、さらに最外層の次の内側の層に高分子光導波路
のクラッド層が積層されるとともに加熱圧着されてなる
積層体からなることを特徴とする。
板は、1種類または2種類以上の高分子フィルムが複数
層積層され、その最外層に高分子光導波路の上部クラッ
ド層が積層され、さらに最外層の次の内側の層に高分子
光導波路のコア層が積層され、さらに該コア層の次の次
の内側の層に下部クラッドが積層されるとともに加熱圧
着されてなる積層体からなることを特徴とする。
板は、前記積層体を構成する高分子フィルムがポリイミ
ドであることを特徴とする。
基板は、前記積層体を構成する1種類または2種類以上
の高分子フィルムとして、下記構造式(1)から
(4):
フィルムまたは前記繰り返し単位の2種類以上からなる
共重合ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする。
板の製造方法に関する発明であって、下記構造式(1)
から(4):
または前記繰り返し単位の2種類以上からなる共重合ポ
リイミドを用いて、ロール延伸法または溶液塗布法によ
り1種類または2種類以上のポリイミドフィルムまたは
共重合ポリイミドフィルムを作製し、前記1種類または
2種類以上のポリイミドフィルムまたは共重合ポリイミ
ドフィルムを複数層に重ね、前記複数層に重ねたポリイ
ミドフィルム積層体を加熱圧縮により一体化して光導波
路付き基板を得ることを特徴とする。
る。
の高分子薄膜、及び光導波路のコア層、クラッド層とな
る高分子薄膜は、ロール延伸や溶液塗布法で得られた均
一膜厚で表面の平滑性に優れた薄膜フィルムを使用する
ことが可能である。高分子薄膜の材質については、膜厚
が10μm程度以上の薄膜形成が可能であって、加熱圧
着や多層化等の手法により積層可能な材料であれば、特
に制限はない。しかし、この高分子薄膜材料は、基板の
熱安定性の観点からポリイミドがよく、さらに、ポリイ
ミド光導波路に用いる積層体の材料としては、光導波路
材料との熱膨張率整合の観点から前記構造式(1)から
(4)で表される繰り返し単位からなるポリイミドフィ
ルムまたは前記構造式で表されるイミド化合物を組み合
わせて重合してなる共重合ポリイミドフィルム、また
は、熱膨張係数が4×10-5/℃以上1.2×10-4/
℃以下であるポリイミドフィルムが好ましい。なぜな
ら、耐熱性に関しては、これらのポリイミドフィルムで
作製した光導波路付き基板が、積層体上にクラッド層1
層が形成されている場合や、クラッド層とコア層の2層
が形成されている場合には、この光導波路付き基板上に
さらにコア層や上部クラッド層のポリイミド膜を形成す
ることを予定しており、そのためにはポリアミド酸から
ポリイミドへ熱イミド化する時の温度に耐える必要があ
るからである。また、熱膨張係数に関しては、基板上に
形成されるポリイミド膜からなる光導波路の熱膨張係数
が概ね8×10-5/℃であるため、光導波路のひずみを
防止するためには、光導波路部分と基板部分の熱膨張係
数をある程度合わせておくことが必要となるためであ
る。基板の熱膨張係数が4×10-5/℃以上1.2×1
0-4/℃以下の範囲から外れると、光導波路部分と基板
部分の熱膨張係数差に基づく大きなひずみを生じて、光
導波路に剥離やひび割れを引き起こし、また、光導波路
の複屈折が著しく大きくなるといった不具合を生じるこ
ととなる。
なるポリイミドフィルムは作製する光導波路の設計に合
わせた膜厚であるものを用い、かつ光の伝送媒体である
ための異物の混入の少ないもの(濾過等により異物を取
り除いた材料を使用する)を用いる。
薄膜を重ねて加熱圧着し、または複数回コーティングし
て積層体を作製する。
イミドフィルムとしては、その熱膨張率の制御範囲を広
くするため、また光導波路層の光の導波特性を高めるた
めには、ポリイミドの中でも光透過性に優れた前記構造
式(1)から(4)で表される繰り返し単位からなるポ
リイミドを用いることが好ましい。また、基板部分に用
いるその他ポリイミドの例として、下記の酸無水物とジ
アミンから合成されるポリイミド等が挙げられる。酸無
水物としては、ピロメリット酸二無水物、ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸二無水物、4,4′−オキシジフタル酸二無水物、
2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサ
フルオロプロパン二無水物、テトラカルボキシジフェニ
ルメタン、テトラカルボキシジフェニルスルホン、1,
4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェノキ
シ)テトラフルオロベンゼン等を挙げることができ、ジ
アミンとしては、パラフェニレンジアミン、メタフェニ
レンジアミン、2,2′−ジメチル−4,4′−ジアミ
ノビフェニル、3,3′−ジアミノ−4,4′−ビフェ
ニル、2,2′−ジトリフルオロメチル−4,4′−ジ
アミノビフェニル、3,3′−ジトリフルオロメチル−
4,4′−ジアミノビフェニル、4,4″−ジアミノ−
P−テルフェニル、1,3−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノ
キシ)フェニル]プロパン、4,4′―ジアミノジフェ
ニルエーテル、4,4′―ジアミノジフェニルスルホ
ン、4,4′―ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビ
ス(4―アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、
2,2−ビス[4―(アミノフェノキシ)フェニル]ヘ
キサフルオロプロパン、テトラフルオロ−m−フェニレ
ンジアミン、等を用いたポリイミドを挙げることができ
る。
について、図を用いて説明する。すなわち、図1は高分
子フィルムの積層体からなる光導波路用基板上に高分子
光導波路のクラッド層が1層形成された光導波路付き基
板であって、図中1は基板部分の積層体層、2は光導波
路部分のクラッド層を示す。また、図2は高分子フィル
ムの積層体からなる光導波路基板上に光導波路の下部ク
ラッド層とコア層が形成された光導波路付き基板であっ
て、1、2は図1と同じで3は光導波路部分のコア層を
示す。また、図3は高分子フィルムの積層体からなる光
導波路基板上に光導波路の下部クラッド層とコア層と上
部クラッド層が形成された光導波路付き基板であって、
1、2、3は図2と同じで4は光導波路部分の上部クラ
ッド層を示す。
には、まずはじめに基板となる高分子の薄膜フィルムと
光導波路となる高分子薄膜フィルムを準備する。基板用
のフィルムの膜厚としては数μmから100μm程度が
適当である。また光導波路層の膜厚はシングルモードの
場合にはクラッド用フィルムとしては10〜50μm、
コア用フィルムとしては6〜9μm、マルチモードの場
合にはクラッド用フィルムとしては5〜100μm、コ
ア用フィルムとしては40〜60μm程度が適当であ
る。これらのフィルムを第1〜3図のように重ねて積層
し、これを加熱圧着して光導波路付き基板を作製する事
ができる。
としては各層の材料の溶液を下から順にコーティングし
てゆくことも可能である。
らに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。
前記構造式(1)で表される繰り返し単位からなる厚さ
65μmのポリイミドフィルム(NTTアドバンステク
ノロジ株式会社製フッ素化ポリアミド酸溶液FL−0
1)からなるポリイミド層Aと、厚さ25μmの東レ・
デュポン(株)製ポリイミドフィルム(商品名;100
HA)からなるポリイミド層B’とを用い、順に、層A
×3,層B’×1、層A×1,層B’×1,層A×1,
層B’×1,層A×3というように、合計11層重ね、
この上の最上層に予め光学ろ過した前記構造式(1)で
表される繰り返し単位からなる厚さ30μmの光導波路
のクラッド層を重ねた。これを加熱プレス機にはさみ、
40kg/cm2の圧力下、150℃で5時間加熱後、
さらに最大390℃まで昇温し、1時間保持した後、室
温まで徐冷した。これを直径4インチに切り出して、ポ
リイミド積層体上にクラッド層が形成された円板状の光
導波路のクラッド付き基板を得た。このクラッド付き基
板上に前記構造式(1)と(3)が3:1のポリイミド
共重合体の前駆体溶液(NTTアドバンステクノロジ株
式会社製フッ素化ポリアミド酸溶液CB-2575)を
スピンコートし、さらにこれを加熱イミド化して8μm
の光導波路のコア層を形成した。最後にこの4インチ試
料から光導波路の長さが50mmになるように両端をダ
イシングソーで切り落とし、光の入出射面を有する平面
光導波路を作製した。この光導波路のコア層に波長1.
3μmのシングルモードファイバからのレーザ光を入射
したところ、出射端から光の出力を確認できた。
用い、順に、層A×3,層B’×1、層A×1,層B’
×1,層A×1,層B’×1,層A×3というように、
合計11層重ね、この上に予め光学ろ過した前記構造式
(1)で表される繰り返し単位からなる厚さ30μmの
光導波路の下部クラッド層を重ね、さらにこの上の最上
層に予め光学ろ過した前記構造式(1)と(3)が3:
1のポリイミド共重合体で表される繰り返し単位からな
る厚さ8μmの光導波路のコア層を重ねた。これを加熱
プレス機にはさみ、40kg/cm2の圧力下、150
℃で5時間加熱後、さらに最大390℃まで昇温し、1
時間保持した後、室温まで徐冷した。これを直径4イン
チに切り出して、ポリイミド積層体上にクラッド層が形
成された円板状の光導波路のコア、及びクラッド付き基
板を得た。この光導波路のコア層に波長1.3μmのシ
ングルモードファイバからのレーザ光を入射したとこ
ろ、出射端から光の出力を確認できた。
用い、順に、層A×3,層B’×1、層A×1,層B’
×1,層A×1,層B’×1,層A×3というように、
合計11層重ね、この上に予め光学ろ過した前記構造式
(1)で表される繰り返し単位からなる厚さ30μmの
光導波路の下部クラッド層を重ね、さらにこの上に予め
光学ろ過した前記構造式(1)と(3)が3:1のポリ
イミド共重合体で表される繰り返し単位からなる厚さ8
μmの光導波路のクラッド層を重ね、さらにこの上の最
上層に予め光学ろ過した前記構造式(1)で表される繰
り返し単位からなる厚さ30μmの光導波路の上部クラ
ッド層を重ねた。これを加熱プレス機にはさみ、40k
g/cm2の圧力下、150℃で5時間加熱後、さらに
最大390℃まで昇温し、1時間保持した後、室温まで
徐冷した。これを直径4インチに切り出して、ポリイミ
ド積層体上にクラッド層が形成された円板状の光導波路
のコア、及びクラッド付き基板を得た。この光導波路の
コア層に波長1.3μmのシングルモードファイバから
のレーザ光を入射したところ、出射端から光の出力を確
認できた。
用い、順に、層A×3,層B’×1、層A×1,層B’
×1,層A×1,層B’×1,層A×3というように、
合計11層重ね、この上に予め光学ろ過した前記構造式
(1)で表される繰り返し単位からなる厚さ37.5μ
mの光導波路の下部クラッド層を重ね、さらにこの上に
予め光学ろ過した前記構造式(1)と(3)が1:1の
ポリイミド共重合体(NTTアドバンステクノロジ株式
会社製フッ素化ポリアミド酸溶液CB-55)で表され
る繰り返し単位からなる厚さ50μmの光導波路のコア
層を重ね、さらにこの上の最上層に予め光学ろ過した前
記構造式(1)で表される繰り返し単位からなる厚さ3
0μmの光導波路の上部クラッド層を重ねた。これを加
熱プレス機にはさみ、40kg/cm2の圧力下、15
0℃で5時間加熱後、さらに最大390℃まで昇温し、
1時間保持した後、室温まで徐冷した。これを直径4イ
ンチに切り出して、ポリイミド積層体上にクラッド層が
形成された円板状の光導波路のコア、及びクラッド付き
基板を得た。この光導波路のコア層に波長0.85μm
のマルチモードファイバからのレーザ光を入射したとこ
ろ、出射端から光の出力を確認できた。
分のない積層体基板を実施例3と同様にして作製した。
この基板を用いて、この上に光導波路の構成が実施例3
と同一になるようなクラッド用ポリイミドの前駆体溶液
とコア用ポリイミドの前駆体溶液を順にコーティング、
加熱イミド化を行い、ポリイミド積層体基板上にポリイ
ミドのスラブ型光導波路を形成した。この光導波路のコ
ア層に波長1.3μmのシングルモードファイバからの
レーザ光を入射したときの光の導波特性は実施例3と同
程度であったが、光導波路部分のない積層体上に3層の
光導波路層を形成するために3日間を要した。
付き基板は、従来の光導波路用基板と比較して、クラッ
ド層やコア層を後から形成する必要がないため、基板上
の高分子光導波路を短時間に、かつ低コストで製造でき
るという効果がある。
板上に高分子光導波路のクラッド層が1層形成された光
導波路付き基板である。
上に光導波路の下部クラッド層とコア層が形成された光
導波路付き基板である。
上に光導波路の下部クラッド層とコア層と上部クラッド
層が形成された光導波路付き基板である。
Claims (6)
- 【請求項1】 1種類または2種類以上の高分子フィル
ムが複数層積層され、その最外層に高分子光導波路のク
ラッド層が積層されるとともに加熱圧着されてなる積層
体からなる光導波路付き基板。 - 【請求項2】 1種類または2種類以上の高分子フィル
ムが複数層積層され、その最外層に高分子光導波路のコ
ア層が積層され、さらに最外層の次の内側の層に高分子
光導波路のクラッド層が積層されるとともに加熱圧着さ
れてなる積層体からなる光導波路付き基板。 - 【請求項3】 1種類または2種類以上の高分子フィル
ムが複数層積層され、その最外層に高分子光導波路の上
部クラッド層が積層され、さらに最外層の次の内側の層
に高分子光導波路のコア層が積層され、さらに該コア層
の次の次の内側の層に下部クラッドが積層されるととも
に加熱圧着されてなる積層体からなる光導波路付き基
板。 - 【請求項4】 前記積層体を構成する高分子フィルムが
ポリイミドであることを特徴とする請求項1から3記載
の光導波路付き基板。 - 【請求項5】 前記積層体を構成する1種類または2種
類以上の高分子フィルムとして、下記構造式(1)から
(4): 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 で表される繰り返し単位のいずれかからなるポリイミド
フィルムまたは前記繰り返し単位の2種類以上からなる
共重合ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする請
求項1から3記載の光導波路付き基板。 - 【請求項6】 下記構造式(1)から(4): 【化5】 【化6】 【化7】 【化8】 で表される繰り返し単位のいずれかからなるポリイミド
または前記繰り返し単位の2種類以上からなる共重合ポ
リイミドを用いて、ロール延伸法または溶液塗布法によ
り1種類または2種類以上のポリイミドフィルムまたは
共重合ポリイミドフィルムを作製し、前記1種類または
2種類以上のポリイミドフィルムまたは共重合ポリイミ
ドフィルムを複数層に重ね、前記複数層に重ねたポリイ
ミドフィルム積層体を加熱圧縮により一体化して光部品
用の基板を得ることを特徴とする請求項1から3記載の
光導波路付き基板の製造方法。
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JP2001091856A JP2002286957A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 光導波路付き基板およびその製造方法 |
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