製備光學波導的方法
2023-09-23 04:27:05
專利名稱：製備光學波導的方法
技術領域：
本發明涉及製備光學波導的方法。更具體地，本發明涉及用於偏轉光程的光學波導的製備方法。
背景技術：
在光學器件相互光學連接的光學波導中，用於光程偏轉的光學波導(optical waveguide for optical-path deflection)用作電光混合電路板等中的光程偏轉裝置。
已經提出了製備所述光程偏轉裝置的方法，其包括例如以下方法，其中使用具有帶斜面的尖端的刀片進行切割，同時將刀片垂直施加在光學波導上，由此在光學波導中形成用作微鏡(micromirror)的傾斜端面(參見例如專利文獻1)。
專利文獻1JP-A-10-300961但是，在專利文獻1所述的方法中，沿與光程長度方向垂直的方向直線地形成用作相互平行布置的每個光程的微鏡的傾斜端面，因為使用具有帶斜面的尖端的刀片切割是在與光學波導垂直地施加刀片同時進行的。也就是說，在每個光程中，在光程長度方向上的相同位置上形成用於光程偏轉的微鏡。因此常規方法具有以下缺點它不能用於根據各光程，在光程長度方向上的不同位置處形成微鏡。
發明內容
本發明的一個目的是提供製備光學波導的方法，通過該方法能夠根據每個光程，在光程長度方向上的任何位置處形成用於光程偏轉的反光層。
本發明的其他目的和效果將會由以下描述變得顯而易見。
為了實現所述目的，本發明提供用於製備光學波導的方法，其包括在底包層上布置至少一個用於形成光程偏轉面的元件；在底包層上形成感光樹脂層，從而至少部分地覆蓋用於形成光程偏轉面的元件；使感光樹脂層曝光，然後顯影，由此形成至少一層芯層(core layer)；以及在底包層上形成外包層，從而覆蓋所述至少一層芯層。
本發明的方法優選進一步包括以下步驟在形成感光樹脂層之後和形成芯層之前，除去用於形成光程偏轉面的元件。該方法優選進一步包括以下步驟在除去用於形成光程偏轉面的元件之後，在與用於形成光程偏轉面的元件接觸過的感光樹脂層的端面上形成反光層。
在本發明的另一個優選實施方案中，用於形成光程偏轉面的元件具有反光層，所述反光層形成在將與感光樹脂層接觸的所述元件的表面上。
在本發明的用於製備光學波導的方法中，可以根據用作透光用的光程的各芯層，在芯層長度方向的任何所需位置上在底包層上布置用於形成光程偏轉面的元件。因此，可以根據各芯層，在芯層長度方向的任何所需位置上形成用於偏轉各芯層的光程的反光層。結果，根據本發明的用於製備光學波導的方法，可以製備包括兩個或多個芯層的光學波導，在所述光學波導中芯層的光程均可以獨立地在任何所需位置上發生偏轉。也就是說，可以製備具有高自由度的光程偏轉的光學波導。
圖1(a)-(h)示出用於製備光學波導的本發明方法的一個實施方案的步驟(a)示出製備底包層的步驟；(b)示出在底包層上布置用於形成光程偏轉面的元件的步驟；(c)示出在底包層上形成感光樹脂層從而部分地覆蓋用於形成光程偏轉面的元件的步驟；(d)示出除去用於形成光程偏轉面的元件的步驟；(e)示出在感光樹脂層的各端面上形成反光層的步驟；(f)示出使感光樹脂層曝光的步驟；(g)示出顯影感光樹脂層以形成芯層的步驟；以及(h)示出在底包層上形成外包層從而覆蓋芯層的步驟。
圖2是通過圖1所述的光學波導製備方法而製備的光學波導的平面圖。
圖3(a)-(d)示出用於製備光學波導的本發明方法的另一個實施方案的步驟(a)示出製備底包層的步驟；(b)示出在底包層上布置用於形成光程偏轉面的元件的步驟，其中所述元件均具有反光層；(c)示出在底包層上形成感光樹脂層從而覆蓋用於形成光程偏轉面的元件的步驟；以及(d)示出在底包層上形成外包層從而覆蓋芯層和用於形成光程偏轉面的元件的步驟。
附圖中使用的附圖標記分別表示以下含義2底包層3用於形成光程偏轉面的元件4芯層5感光樹脂層7外包層8感光樹脂層的端面9反光層10斜面11光學波導具體實施方式
圖1示出用於製備光學波導的本發明方法的一個實施方案的步驟。在該方法中，首先製備底包層2。
製備底包層2，例如通過將其形成在襯底1上，如圖1(a)所示。
襯底1不受特別限制。例如，使用包括矽晶片、藍色平板玻璃、合成石英、玻璃-環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂等的襯底(平板)。
用於形成底包層2的材料不受特別限制。但是，從透明度的角度，所述材料包括，例如，聚醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、有機矽樹脂、環氧樹脂、由上述任何樹脂獲得的氟化或氘化樹脂、芴衍生物樹脂等。這些樹脂優選以含有光敏劑的感光樹脂的形式使用。優選使用感光聚醯亞胺樹脂(原料感光聚醯胺酸樹脂或感光氟化聚醯胺酸樹脂)或感光芴衍生物樹脂(原料感光芴衍生物)。
例如可以通過以下方法在襯底1上形成底包層2，所述方法包括製備上述任何樹脂的清漆(樹脂溶液)，通過例如流延或旋塗將清漆施加在襯底1上，然後乾燥清漆，以及任選加熱塗層。底包層2的厚度優選為5-100μm。在使用感光樹脂的情況下，在施加清漆和乾燥後曝光，且根據需要對曝光的塗層膜進行顯影。
然後，在該方法中，在底包層2上布置用於形成光程偏轉面的元件3，如圖1(b)所示。
用於形成光程偏轉面的元件3均包括稜鏡。例如，使用由合成石英製成的稜鏡或由硼矽酸鹽玻璃(BK-7)製成的稜鏡。更具體地，將被使用的用於形成光程偏轉面的各元件3例如是通過沿相對的正方形面中的相應對角線延伸的平面切割四角稜柱(square prism)而獲得的三角稜鏡，所述四角稜柱由合成石英或硼矽酸鹽玻璃(BK-7)製成且邊長為30μm-1cm。斜面10是通過切割形成的平面，其具有光滑表面。
如圖2所示，根據下面步驟中將要形成的芯層4，將用於形成光程偏轉面的元件3布置在各個位置。也就是說，元件3被布置在應當發生光程偏轉的位置；這些位置在芯層4的長度方向上是相同或不同的且在垂直於芯層4的長度方向的寬度方向上相互分離。布置用於形成光程偏轉面的各元件3，使其斜面10與厚度方向(芯層4的厚度方向，其是圖1中的頂部至底部方向；以下相同)傾斜(例如，偏離45度)。
例如通過以下方法布置用於形成光程偏轉面的各元件3，所述方法包括通過加熱軟化底包層2的表面，然後將用於形成光程偏轉面的元件3壓力粘結並固定在該表面上。可以合適地確定加熱溫度和時間。
然後，在該方法中，在底包層2上形成用於形成芯層4的感光樹脂層5，從而部分地覆蓋用於形成光程偏轉面的元件3，如圖1(c)所示。
感光樹脂層5不受特別限制，只要其提供具有折射率大於底包層2和外包層7的折射率的芯層4即可，底包層2和外包層7將在後面給予描述。可用的感光樹脂的實例包括上述的那些樹脂，即，感光聚醯亞胺樹脂、感光聚醯胺樹脂、感光有機矽樹脂、感光環氧樹脂、由上述樹脂獲得的感光氟化或氘化樹脂，以及感光芴衍生物樹脂。優選使用感光聚醯亞胺樹脂或感光芴衍生物樹脂。
可以通過以下方法在底包層2上形成感光樹脂層5，所述方法包括製備用於感光樹脂層5的清漆(樹脂溶液)，通過例如流延或旋塗將清漆施加在底包層2上，以至於至少用於形成光程偏轉面的各元件3的斜面10被部分覆蓋。然後乾燥施加的清漆。
然後，在該方法中，除去用於形成光程偏轉面的元件3，如圖1(d)所示。例如可以通過以下方法除去用於形成光程偏轉面的元件3，所述方法包括加熱底包層2和感光樹脂層5，從而軟化這些層的表面(各層和用於形成光程偏轉面的各元件3之間的界面)並且沿與感光樹脂層5的端面8相對的方向向上拉出用於形成光程偏轉面的各元件3，所述樹脂層5與斜面10接觸。
然後，在該方法中，在與用於形成光程偏轉面的各元件3的斜面10接觸過的感光樹脂層5的端面8上形成反光層9，如圖1(e)所示。反光層9例如包括多層介電膜或金屬膜，且可以通過真空沉積技術(例如濺射)而形成。反光層9的厚度例如為50-200nm。
在感光樹脂層5的各端面8上形成反光層9，使其與厚度方向傾斜(例如，偏離45度)。形成各反光層9，從而具有不引起光散射的光滑表面。
然後，在該方法中布置光掩模6。在感光樹脂層5上被圖案化以具有例如陰像(negative image)的情況下，布置光掩模6，使得相應於芯層4的部分透光且其他部分不透光，如圖1(f)所示。然後，經由該光掩模6對感光樹脂層5曝光。曝光方法不受特別限制，可以使用已知的曝光技術，例如硬接觸曝光技術(hard contact exposure technique)，其中使感光樹脂層5與光掩模6直接接觸；鄰近曝光技術(proximity exposure technique)，其中感光樹脂層5和光掩模6相互間隔很小的間隙；或者投影曝光技術(projection exposuretechnique)。
然後根據需要進行曝光後加熱。之後，在該方法中，顯影已經曝光的感光樹脂層5，如圖1(g)所示，然後任選進行加熱。由此，形成芯層4。
感光樹脂層5的顯影不受特別限制。通過已知的顯影技術例如噴霧法或浸漬法，使用已知的顯影液對層5進行顯影。該顯影除去感光樹脂層5中的未曝光部分。而後，根據樹脂的種類，在合適溫度下加熱感光樹脂層5。順便提及，通過顯影除去在用於形成光程偏轉面的元件3的一側上形成的感光樹脂層5作為未曝光區域，其中所述一側與具有端面8的感光樹脂層5相對，因為將在各端面8上形成的反光層9導致的光程偏轉從而造成該區域不透光。
在感光樹脂層5上被圖案化以具有陽像(positive image)的情況下，布置光掩模6，使相應於芯層4的部分不透光且其他部分透光，儘管未在圖中示出。之後，通過該掩模6曝光感光樹脂層5，然後顯影，然後根據需要進行加熱。
這樣，如圖2所示，形成在長度方向上相互平行延伸且在寬度方向上相互間隔的芯層4，作為透光的光程。各芯層4的寬度例如為5-100μm，且芯層4之間的間隔例如為5-100μm。各芯層4的厚度例如為5-100μm。而且，形成芯層4，使其相互具有不同的位置，在所述位置處發生光程偏轉(即，形成反光層的位置)。
在該方法中，在底包層2上形成外包層7，從而覆蓋芯層4，如圖1(h)所示，由此獲得光學波導11。
為了形成外包層7，可以使用與用於底包層2的樹脂相同的樹脂。底包層2和外包層7可以由相同樹脂或不同樹脂形成。
例如可以通過以下方法在底包層2上形成外包層7，所述方法包括製備上述任何樹脂的清漆(樹脂溶液)且通過例如流延或旋塗將該清漆施加在底包層2上，從而覆蓋芯層4和反光層9，乾燥，並任選進行加熱。外包層7的厚度優選為5-100μm。
之後，根據需要通過衝切成合適的外形而加工得到的結構體。
當以上述方式製備光學波導11時，對於各芯層4，可以在芯層4長度方向的任何所需位置上，在底包層2上布置用於形成光程偏轉面的元件3。因此，對於各芯層4，可以在芯層4長度方向的任何所需位置上形成用於偏轉芯層4的光程的反光層9。結果，可以製備以下光學波導11，其中芯層4的光程均可以獨立地在任何所需位置發生偏轉且所述光學波導11具有高自由度的光程偏轉。
此外，上述方法適用於以下情況用於形成光程偏轉面的元件3均比芯層4大，因為在感光樹脂層5的各端面8上形成反光層9之前除去用於形成光程偏轉面的元件3。
在將要使用的用於形成光程偏轉面的元件3相對於將要形成的芯層4不那麼大的情況下(例如在元件3可以被外包層7覆蓋的情況下)，可以使用以下方法。事先在用於形成光程偏轉面的各元件3的斜面10上形成反光層9。在底包層2上布置用於形成光程偏轉面的這些元件3之後，不除去它們而是將它們嵌入芯層4和外包層7中。圖3示出本發明的用於製備光學波導方法的另一個實施方案的步驟，其表示通過這種方法製備光學波導11的方法。在圖3中，使用相同的附圖標記表示與如上所示相同的元件。這裡省略對其的解釋。
在圖3所示的方法中，首先通過與上述相同的方法在襯底1上形成底包層2，從而製備底包層2，如圖3(a)所示。
接著，如圖3(b)所示，通過與上述相同的方法在底包層2上布置用於形成光程偏轉面的元件3。
將被使用的用於形成光程偏轉面的元件3例如都是通過沿相對的正方形面中的相應對角線延伸的平面切割四角稜柱而獲得的三角稜鏡，所述四角稜柱由合成石英或硼矽酸鹽玻璃(BK-7)製成且邊長為30μm-1cm。這些用於形成光程偏轉面的元件3均具有事先在斜面10上形成的反光層9。
反光層9可以包括例如通過真空沉積技術(例如濺射)等在截斷三角稜鏡(triangular cut prism)的斜面10上形成的多層介電膜或金屬膜，如上述的反光層9，斜面10是通過切割而形成的面。反光層9的厚度例如為50-200nm。
然後，在該方法中，通過與上述相同的技術在底包層2上形成芯層4，從而覆蓋用於形成光程偏轉面的元件3，如圖3(c)所示。各芯層4的厚度例如為30-100μm。
在該方法中，沒有除去用於形成光程偏轉面的元件3，且通過與上述相同的方法在底包層2上形成覆蓋芯層4的外包層7以及用於形成光程偏轉面的元件3，同時按照被布置的形式保持元件3，如圖3(d)所示。這樣，獲得光學波導11。外包層7的厚度優選為20-200μm。
對於各芯層4，使用該方法也可以在芯層4長度方向的任何所需位置處，在底包層2上布置用於形成光程偏轉面的元件3。因此，對於各芯層4，可以在芯層4長度方向的任何所需位置上形成用於偏轉芯層4的光程的反光層9。結果，可以製備以下光學波導11，其中芯層4的光程均可以獨立地在任何所需位置發生偏轉且所述光學波導11具有高自由度的光程偏轉。
在上述解釋中，用於形成光程偏轉面的元件3均是通過沿相對的正方形面中的相應對角線延伸的平面切割四角稜柱而獲得的三角稜鏡。但是，用於形成光程偏轉面的元件3的形狀不受特別限制，根據在各芯層4中將要發生光程偏轉的角度，元件3可以具有合適的形狀。
實施例下面參考以下實施例更加詳細地解釋本發明，但是不應理解為本發明限於以下實施例。
製備清漆根據表1中的配方，使用環己酮作為溶劑混合/溶解各成分，以製備芴衍生物清漆A和芴衍生物清漆B。通過固化所述清漆分別得到的固化樹脂在633nm波長處測得的折射率也如表1所示。
表1 (重量份)
*1雙苯氧基乙醇芴二縮水甘油醚*2雙酚芴二縮水甘油醚*33，4-環氧基環己烯基甲基3』，4』-環氧環己烯羧酸酯(Celoxide 2021P，DaicelChemical Industries，Ltd.生產)*450％的4，4-雙[(二(β-羥基乙氧基)苯基亞磺醯基)二苯硫醚雙六氟銻酸鹽(4，4-bis[(di(β-hydroxyethoxy)phenylsulfinio)phenyl sulfide bishexafluoroantimonate)的碳酸亞丙酯溶液實施例1通過旋塗將芴衍生物清漆A施加在1mm厚的襯底上，該襯底由玻璃-環氧樹脂製成且具有10cm×10cm的平板形狀。在100℃下乾燥施加的清漆達15分鐘，形成感光樹脂層。使用曝光劑量為2,000mJ/cm2的紫外光輻射整個感光樹脂層。然後，在100℃下加熱樹脂層達20分鐘，從而形成厚度為20μm的底包層(參見圖1(a))。
接著，通過沿相對的正方形面中的相應對角線延伸的平面切割由合成石英製成的邊長為1cm的各立方體，由所述立方體形成三角稜鏡。在底包層的合適位置上布置十個作為用於形成光程偏轉面的元件的這種稜鏡。之後，在100℃下加熱底包層30秒，然後冷卻至室溫，以固定用於形成光程偏轉面的元件(參見圖1(b))。
然後通過旋塗將芴衍生物清漆B施加在底包層上，從而部分地覆蓋用於形成光程偏轉面的元件。在100℃下乾燥施加的清漆達30分鐘，以形成感光樹脂層(參見圖1(c))。
然後，在100℃下加熱底包層和感光樹脂層達10秒，且從感光樹脂層中拉出用於形成光程偏轉面的元件(參見圖1(d))。然後通過在與用於形成光程偏轉面的元件的斜面接觸過的感光樹脂層的各端面上濺射，形成厚度為100nm的包括多層介電膜的反光層(參見圖1(e))。在感光樹脂層的各端面上形成該反光層，從而偏離厚度方向45度。
通過接觸曝光法，使用光掩模以2,000mJ/cm2的曝光劑量輻射感光樹脂，在所述光掩模中已經繪製出寬度為50μm的線型光程圖案(參見圖1(f))。而且，在100℃下進行曝光後加熱達60分鐘。之後，通過浸漬法使用乙腈類顯影液對感光樹脂進行顯影，然後在100℃下加熱10分鐘以除去滲入感光樹脂中的乙腈，由此形成厚度為50μm的芯層(參見圖1(g))。這樣，形成沿長度方向相互平行延伸的十個芯層，且它們在寬度方向上相互間隔。形成的這十個芯層在發生光程偏轉的位置(即，已經形成反光層的位置)上相互不同。
之後，通過旋塗將芴衍生物清漆A施加在底包層上，從而覆蓋芯層和反光層。在100℃下乾燥施加的清漆達20分鐘，以形成感光樹脂層。使用曝光劑量為3,000mJ/cm2的紫外光輻射整個感光樹脂層。之後，在100℃下加熱樹脂層達30分鐘從而形成厚度為80μm的外包層(參見圖1(h))。
最後，使用模切機(522型，Disco Corp.生產)切割得到的結構體，在與反光層相對的結構體的長度方向側上形成芯層的端面。結果，形成用於光線進入的進入端面。
波長為850nm的光通過進入端面進入十個芯層，測定由於各反光層引起的反射損失。結果，發現每個反光層的反射損失為1.0dB。
實施例2通過旋塗將芴衍生物清漆A施加在1mm厚的襯底上，該襯底由玻璃-環氧樹脂製成且具有10cm×10cm的平板形狀。在100℃下乾燥施加的清漆達15分鐘，形成感光樹脂層。使用曝光劑量為2,000mJ/cm2的紫外光輻射整個感光樹脂層。然後，在100℃下加熱樹脂層達20分鐘，從而形成厚度為20μm的底包層(參見圖3(a))。
接著，通過沿相對的正方形面中的相應對角線延伸的平面切割由合成石英製成的邊長為80μm的各立方體，由所述立方體形成三角稜鏡。通過在作為用於形成光程偏轉面的元件的各稜鏡的斜面上濺射，形成包含多層介電膜的厚度為100nm的反光層。
在底包層的合適位置上布置十個用於形成光程偏轉面的這種元件。之後，在100℃下加熱底包層30秒，然後冷卻至室溫，以固定用於形成光程偏轉面的元件(參見圖3(b))。
然後通過旋塗將芴衍生物清漆B施加在底包層上，從而覆蓋用於形成光程偏轉面的元件。在100℃下乾燥施加的清漆達30分鐘，以形成感光樹脂層。然後，通過接觸曝光法，使用光掩模以2,000mJ/cm2的曝光劑量輻射感光樹脂，在所述光掩模中已經繪製出寬度為50μm的線型光程圖案。
而且，在100℃下進行曝光後加熱達60分鐘。之後，通過浸漬法使用乙腈類顯影液對感光樹脂進行顯影，然後在100℃下加熱10分鐘以除去滲入感光樹脂中的乙腈，由此形成厚度為50μm的芯層(參見圖3(c))。這樣，形成沿長度方向相互平行延伸的十個芯層，且它們在寬度方向上相互間隔。形成的這十個芯層在發生光程偏轉的位置(即，已經形成反光層的位置)上相互不同。
之後，通過旋塗將芴衍生物清漆A施加在底包層上，從而覆蓋芯層和反光層。在100℃下乾燥施加的清漆達20分鐘，以形成感光樹脂層。使用曝光劑量為3,000mJ/cm2的紫外光輻射整個感光樹脂層。之後，在100℃下加熱樹脂層達30分鐘從而形成厚度為80μm的外包層(參見圖3(d))。
最後，使用模切機(522型，Disco Corp.生產)切割得到的結構體，在與反光層相對的結構體的長度方向側上形成芯層的端面。結果，形成用於光線進入的進入端面。
波長為850nm的光通過進入端面進入十個芯層，測定由於各反光層引起的反射損失。結果，發現每個反光層的反射損失為1.0dB。
儘管已經參考具體實施方案詳細描述了本發明，但是在不背離本發明的精神和範圍的情況下對其進行各種變化和改進對於本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。
本申請基於2005年3月9日提交的日本專利申請No.2005-066003，其內容通過引用併入本文。
權利要求
1.製備光學波導的方法，其包括在底包層上布置至少一個用於形成光程偏轉面的元件；在底包層上形成感光樹脂層，從而至少部分地覆蓋所述用於形成光程偏轉面的元件；使感光樹脂層曝光，然後顯影，由此形成至少一層芯層；以及在底包層上形成外包層，從而覆蓋所述至少一層芯層。
2.權利要求1的製備光學波導的方法，其進一步包括在形成感光樹脂層之後和形成芯層之前除去用於形成光程偏轉面的元件。
3.權利要求2的製備光學波導的方法，其進一步包括在除去用於形成光程偏轉面的元件之後，在與用於形成光程偏轉面的元件接觸過的感光樹脂層的端面上形成反光層。
4.權利要求1的製備光學波導的方法，其中用於形成光程偏轉面的元件具有反光層，所述反光層形成在將與感光樹脂層接觸的所述元件的表面上。
全文摘要
本發明提供用於製備光學波導的方法，其包括在底包層上布置至少一個用於形成光程偏轉面的元件；在底包層上形成感光樹脂層，從而至少部分地覆蓋用於形成光程偏轉面的元件；使感光樹脂層曝光，然後顯影，由此形成至少一層芯層；以及在底包層上形成外包層，從而覆蓋所述至少一層芯層。
文檔編號G02B6/12GK101034188SQ200610058999
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月9日 優先權日2005年3月9日
發明者內藤龍介, 薄井英之, 望月周 申請人:日東電工株式會社