JP2005321560A - 受発光素子付き高分子光導波路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 その構成部品の位置合わせが極めて簡便にかつ確実になし得る受発光素子付き高分子光導波路モジュールを提供すること。
【解決手段】 発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子モジュールであって、前記光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが同一端部に光路変換ミラー面と位置合わせ面を有し、前記高分子光導波路フイルムがその位置合わせ面を利用してモジュール実装時に位置合わせされたものである受発光素子付き高分子光導波路モジュール、サブマウント上に発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子モジュールであって、光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが光路変換ミラー面と位置合わせ面を同一端部に持ち、前記発光素子又は受光素子と高分子光導波路フィルムはサブマウントに保持され、かつ高分子光導波路フィルムがその位置合わせ面を利用してサブマウント内に位置合わせされたものである受発光素子付き高分子光導波路モジュール。。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光素子又は受光素子と光導波路を備えた受発光素子付き高分子光導波路モジュールに関する。

高分子光導波路の製造方法としては、（１）フイルムにモノマーを含浸させてコア部を選択的に露光して屈折率を変化させフイルムを張り合わせる方法（選択重合法）、（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエチングを用いてクラッド部を形成する方法（RIE法）、（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法（直接露光法）、（４）射出成形を利用する方法、（５）コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等が提案されている。
しかし、（１）の選択重合法はフイルムの張り合わせに問題があり、（２）や（３）の方法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、（４）の方法は、得られるコア径の精度に課題がある。また、（５）の方法はコア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないという問題がある。
性能的に優れた実用的な方法は、（２）や（３）の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。そして（１）ないし（５）のいずれの方法も、大面積でフレキシブルなプラスチック基材に高分子光導波路を形成するのに適用しうるものではない。

これに対し、本発明者等は、前記のごとき従来の高分子光導波路の製造方法とは全く異なる方法として、鋳型を用いることによる高分子光導波路の製造方法を発明し出願した（以下の特許文献１から３までを参照）。この方法は、極めて簡便に低コストで高分子光導波路を量産することが可能で、また、簡便な方法であるにもかかわらず、導波損失が小さい高分子光導波路を作製することが可能で、鋳型作製が可能であればどのようなパターン形状を有するものでも簡易に作製可能である。更に、従来作製が困難であったフレキシブル基材の上に光導波路を作製することが可能となった。

ところで、最近、ＩＣ技術やＬＳＩ技術において、動作速度や集積度向上のために、高密度に電気配線を行なう代わりに、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうことが注目されている。
光配線のための素子として、例えば、以下の特許文献４には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路の、コア・クラッド積層方向に発光素子および受光素子を備え、さらに発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーとコアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有する光学素子であって、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所において、クラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させた光学素子が記載されている。また、以下の特許文献５には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路のコア端面に発光素子からの光を入射させる光学素子において、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えた光学素子が記載されている。
さらに、以下の特許文献６には、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路が記載されている。

前記光配線において前記のごとき素子を実装して、装置内に組み込むことができれば、光配線の組み立てを考える際の自由度を大きくすることが可能になり、その結果としてコンパクトで小さな受発光素子を作ることが出来る。
しかしながら、これまでに提案されている方法は９０°折り返しミラーを形成するためにミラー部を埋め込む必要があったり、光導波路と受発光素子を張り合わせる場合にも位置合わせを高精度に行う必要があり、実装に要するコストが大きな問題となっていた。
特開２００４−２９５０７号公報 特開２００４−８６１４４号公報 特開２００４−１０９９２７号公報 特開２０００−３９５３０号公報 特開２０００−３９５３１号公報 特開２０００−２３５１２７号公報

本発明は、前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、その構成部品の位置合わせが極めて簡便にかつ確実になし得る受発光素子付き高分子光導波路モジュールを提供することにある。

前記課題は、以下の受発光素子付き高分子光導波路モジュールを提供することにより解決される。
（１）発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子付き高分子光導波路モジュールであって、前記光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが同一端部に光路変換ミラー面と位置合わせ面を有し、前記高分子光導波路フイルムがその位置合わせ面を利用してモジュール実装時に位置合わせされたものであることを特徴とする受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（２）サブマウント上に発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子付き高分子光導波路モジュールであって、光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが光路変換ミラー面と位置合わせ面を同一端部に持ち、前記発光素子又は受光素子と高分子光導波路フィルムはサブマウントに保持され、かつ高分子光導波路フィルムがその位置合わせ面を利用してサブマウント上に位置合わせされたものであることを特徴とする受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

（３）前記光路変換ミラー面が４５°ミラー面であり、位置合わせ面が垂直面であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（４）前記光路変換ミラー面と位置合わせ面が高分子光導波路フィルムの端部を切断することにより形成されることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（５）前記４５°ミラー面が、４５°角度付きブレードにより切断形成されたものであることを特徴とする前記（３）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

（６）前記サブマウントが、発光素子又は受光素子を保持するための貫通穴と、高分子光導波路フィルムを保持するための凹部を有することを特徴とする前記（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（７）前記サブマウントが、Ｓｉ基板で作られていることを特徴とする前記（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（８）前記サブマウントが、ガラスで作られていることを特徴とする前記（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

（９）前記高分子光導波路フィルムにおけるクラッドが、可撓性の脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（１０）前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする前記（９）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

（１１）前記高分子光導波路フィルムと発光素子又は受光素子が接着剤で接着されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高分子光導波路モジュール。
（１２）前記接着剤が、光導波路を形成するクラッド材料であることを特徴とする前記（１１）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（１３）前記接着剤が、体積収縮率が１０％以下の熱硬化性接着剤であることを特徴とする前記（１１）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
（１４）前記接着剤が、体積収縮率が１０％以下の紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする前記（１１）に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

本発明の高分子光導波路モジュールは、高分子光導波路フィルムの１端部に前記のごとき位置合わせ面を有し、更に、光路変換面と位置合わせ面が高分子光導波路フィルムの同一端に設けられているため、モジュールを実装する際の発光素子又は受光素子と光路変換面の位置合わせが非常に容易にかつ確実に行える。また、光路変換は高分子光導波路フィルムに設けた光路変換用のミラー面で行われ、特別に作製したミラー等を用いる必要がなく、極めてシンプルな構造を有しているため、モジュールへの実装が非常に容易であるとともに、実装されたモジュールは極めてコンパクトである。

本発明の受発光素子（受光素子又は発光素子）付き高分子光導波路モジュール（以下、単に「高分子光導波路モジュール」又は「モジュール」ということがある。）は、発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持ち、前記光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、また、前記高分子光導波路フイルムは同一端面に光路変換ミラー面と位置合わせ面を有し、前記高分子光導波路フイルムはその位置合わせ面を利用してモジュール実装時に位置合わせされたものであることを特徴とする。

高分子光導波路フィルムにおける光路変換面は、発光素子からの光が高分子光導波路フィルムのコア中に導かれる、又はコアを通った光が受光素子へ導かれるような面であればよい。例えば、光を９０°方向変換させるためには光路変換面は４５°ミラー面とされる。
また、位置合わせ面は、高分子光導波路フィルムをモジュールに実装する際に、発光素子からの光が光路変換面により光路変換され、光路変換された光が光導波路を導波されるように、又は、光導波路を導波された光が光路変換面により光路変換され、光路変換された光が受光素子に導入されるように、発光素子又は受光素子と光路変換面との位置合わせを行うものである。位置合わせ面はこのような機能を果たすものであれば特に制限はなく、例えば、当てつけ面、アライメントマーク等として形成することができる。中でも当てつけ面として作製すると位置合わせが容易である。当てつけ面は高分子光導波路フィルムの面に対してどのような角度であってもよいが、垂直面にすると、加工が容易である、位置合わせが容易であるなどの点で有利である。

図１に本発明の高分子光導波路モジュールに実装される高分子光導波路フィルムの一例を示す。図１中、１０は高分子光導波路フィルムであり、１２及び１６はクラッド層、１４はコア、１０ａは位置合わせ用の当てつけ面として利用される垂直面である。この垂直面はコアにかからないようにすることが必要である。また、１０ｂは光路変換面としての４５°ミラー面である。発光素子からの光又はコアを通った光はこの４５°ミラー面により光路が９０°変換される。

高分子光導波路モジュールに前記高分子光導波路フィルムを実装するためには、高分子光導波路モジュールを構成するモジュール構成部品、例えば、以下で説明するサブマウントやアライメントマーク等に、高分子光導波路フィルムに形成した位置合わせ面に対応する位置合わせ面を形成したものを用い、これらの位置合わせ面同士を利用することにより、容易に発光素子又は受光素子及び光路変換面との相対的位置関係を前記のごときものとするような位置合わせを行うことができる。高分子光導波路フィルムの端部に例えば前記のごとき当てつけ面を形成した場合には、モジュール構成部品にも当てつけ面を設け、これらの面同士を単に合わせることにより容易に位置合わせを行うことができる。

以下では、高分子光導波路フィルム及びサブマウントに当てつけ面を形成した場合の高分子光導波路モジュールについて説明するが、本発明の高分子光導波路モジュールはこれに限定されるものではない。
図２中、１は高分子光導波路モジュールであり、１０は高分子光導波路フィルムを、２０はサブマウントをそれぞれ示す。サブマウント２０は高分子光導波路フィルム１０及び発光素子又は受光素子３０を保持している。４０はＩＣパッケージであり、電極４２及び電極ピン４４を有している。電極４２は配線４６により発光素子又は受光素子に電気接続される。また、６０は光コネクターである。前記３０が発光素子の場合には、発光点から出た光は高分子光導波路フィルムの１端にある光路変換面により光路変換されて光導波路中を通り、高分子光導波路フィルムの他端から出射する。一方、３０が受光素子の場合には、光導波路を通った光は光路変換面により光路変換されて、受光素子の受光点に到達する。
また高分子光導波路フィルムの前記他端は光コネクター６０（例えばＭＴコネクター）に接続させることができる。
発光素子としては面発光素子（ＶＣＳＥＬ（富士ゼロックス（株）製等）がまた、受光素子としてはＧａＡｓ、Ｓｉ等の各種フォトダイオードが、制限なく用いられる。

次に図３を用いてサブマウントを説明する。図３（Ａ）はサブマウントの平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。図３（Ａ）及び（Ｂ）において、２２は発光素子又は受光素子３０を保持するための貫通孔であり、２４は高分子光導波路フィルムを保持するための凹部である。凹部の深さは、高分子光導波路フィルムを保持できるに十分な深さがあればよい。また、２４ａは、高分子光導波路フィルムの端部に設けた垂直の当てつけ面に対応する、当てつけ用垂直面である。

図４に、サブマウント２０の貫通孔（２２）に発光素子３０を挿入し、またサブマウント２０の凹部（２４）当てつけ垂直面２４ａに、高分子光導波路フィルム１０の一端にある当てつけ垂直面（１０ａ）を当てつけ配置した図を示す。当てつけ面２４ａは、これに高分子光導波路フィルムの位置合わせ垂直面を当てつけた場合、発光素子３０の発光点３２からの光が光路変換面（４５°ミラー面）により９０°変換されコア内を導波されるような位置に形成されている。発光点３２を出射した光は、コアの４５°ミラー面により９０°方向変換し、コア中を通り、高分子光導波路フィルムの他端から出る。点線は光路を示す。この態様のものは、高分子光導波路フィルムの他端はサブマウントの端部と揃えられているが、図２で示すように高分子光導波路の他端がサブマウントより長く延びていても、また、サブマウントの端部より内側に位置するようにしてもよい。

図５で示したような高分子光導波路モジュールは、発光素子や高分子光導波路フィルム、電極等を覆うようにカバーが付けられる。図５にその一例を示す。また、この態様のものは、高分子光導波路の他端と光コネクターが接続されている。

［サブマウントの作製］
サブマウントは、Ｓｉ基板又はガラス基板等の基板に、発光素子や受光素子を保持するための貫通孔や、高分子光導波路フィルムを保持するための凹部を形成することにより作製される。貫通孔や凹部の形成方法に制限はないが、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により形成される。また、前記図３に示す態様のサブマウントの場合には、端部をダイシングする。

［受発光素子モジュールの作製］
本発明の受発光素子モジュールは、発光素子又は受光素子と高分子光導波路フィルムをモジュール構成部品、例えばサブマウントの所定の加工部分（貫通孔又は凹部）に嵌め込むだけで組み立てることができる。
また、サブマウント及び貫通孔に入れた受光材料又は発光材料はＩＣパッケージに接着される。接着にはハンダ材料や接着剤（エポキシ樹脂系等）が用いられ、耐熱温度や電気伝導特性を考慮して適宜選択される。
高分子光導波路フィルムは、サブマウントの凹部に接着剤で固定することが好ましく、前記接着剤としては、高分子光導波路フィルムを作製する際に用いるクラッド用硬化性樹脂、熱硬化性接着剤、紫外線硬化性接着剤などが用いられる。また、高分子光導波路フィルムと受光素子又は発光素子の間に間隙がある場合には、これらの樹脂又は接着剤で間隙を埋めることが好ましい。前記接着剤の体積収縮率は１０％以下であることが好ましい。

光導波路モジュールの組み立てに必要となるサブマウントは、ＲＩＥ法を用いてＳｉやガラスにＶＣＳＥＬやＰＤの組み込む凹部を形成し、さらにＶＣＳＥＬやＰＤの光入出力部が高分子光導波路の４５°ミラーを介してコアに入るように予め設計した光導波路取り付け部を形成する。
パッケージの組み立ては、サブマウントを介してＶＣＳＥＬやＰＤや光導波路を組み立てることで受発光素子付きの高分子光導波路を作ることができる。

本発明において用いる高分子光導波路フィルムは、例えば、以下の工程により作製することが好ましい。
１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が２以上設けられた鋳型を準備する工程
２）前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
３）クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程
４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程
５）コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程

以上の、高分子光導波路フィルムの製造工程の全体を図６により説明する。なお、説明を簡明にするため、光導波路コアを１本設けたものについて説明する。図６（Ａ）は原盤１００を示し、１２０は光導波路コアに対応する凸部である。この原盤１００の凸部形成面に鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型した後硬化させる（図６（Ｂ）参照）。図６（Ｂ）中、２００ａは硬化樹脂層である。その後硬化樹脂層２００ａを剥離すると、凹部が形成された硬化樹脂層２００ａが得られる（図示せず）。凹部２２０が形成された硬化樹脂層２００ａに、凹部２２０に連通する貫通孔２６０及び２８０を凹部両端に打ち抜き等により形成して鋳型２００（図６（Ｃ）参照）を得る。
次に、図６（Ｄ）が示すように、鋳型にクラッド用可撓性フィルム基材３００を密着させる。その後鋳型に形成されている貫通孔２６０にコア形成用硬化性樹脂を入れ、他端の貫通孔２８０から減圧吸引して鋳型凹部２２０にコア形成用硬化性樹脂を充填する。その後該樹脂を硬化させ鋳型を剥離すると、図６（Ｅ）に示されるように、クラッド用可撓性フィルム基材３００の上に光導波路コア３２０が形成される。
この後、クラッド層（上部クラッド層）４００を形成し（図６（Ｆ）参照）、最後に貫通孔２６０及び２８０内で硬化した樹脂部分をダイサー等で切り落として高分子光導波路フィルムとする。

次に、各工程について説明する。
１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が２以上設けられた鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
＜原盤の作製＞
光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法（特願２００２−１０２４０号）も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路に対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、１０μｍ角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、５０〜１００μｍ角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μｍ程度とさらに大きなコア部を持つ光導波路も利用される。

＜鋳型の作製＞
鋳型の作製の一例として、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、必要に応じ乾燥処理をし、硬化処理を行い、その後硬化樹脂層を原盤から剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された型をとり、その型に凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を形成する方法が挙げられる。前記連通孔は、例えば前記型を所定形状に打ち抜くことにより形成できる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用フィルム基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用フィルム基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
前記型（樹脂硬化層）の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に０．１〜５０ｍｍ程度が適切である。
また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進することが望ましい。

コア形成用硬化性樹脂進入側に設ける貫通孔は液（コア形成用硬化性樹脂）だめの機能を有する。また、コア形成用硬化性樹脂排出側に設ける貫通孔は、該樹脂を鋳型凹部に充填する際、鋳型凹部を減圧するための減圧吸引用に用いられる。進入側の貫通孔の形状や大きさは、貫通孔が凹部の進入端に連通しかつ液だめの機能を有していれば特に制限はない。また、排出側の貫通孔は、凹部の排出端に連通しかつ減圧吸引用に用いることができれば、その形状や大きさに特に制限はない。

鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂進入側に設けた貫通孔は液だめの機能をもっているため、その断面積が、鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させた場合、該基材に接する側が大きく、基材から離れるに従って小さくなるようにすると、コア形成用硬化性樹脂を凹部に充填、硬化後、鋳型と基材との剥離がしやすくなる。コア形成用硬化性樹脂排出側の貫通孔には、液だめの機能を持たせる必要はないので、特にこのような断面構造を採用することを要しない。

また、鋳型作製の他の例として、原盤に光導波路コアに対応する凸部だけでなく貫通孔形成のための凸部（この凸部の高さは鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層の厚さより高くする）を設け、この原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を貫通孔形成のための凸部が樹脂層を突き抜けるように塗布等し、次いで樹脂層を硬化させ、その後硬化樹脂層を原盤から剥離する方法を挙げることができる。

鋳型作製に用いる鋳型形成用硬化性樹脂しては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、クラッド用フィルム基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、５００〜７０００ｍPa・ｓ程度を有することが好ましい。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。

前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでもまた硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでもまた室温硬化型（例えば空気中の水分で硬化するもの）のものでもよく、更に他の硬化（紫外線硬化等）を利用するものであってもよい。

硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム（「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる）と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましい。

前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いために、これから作った鋳型は、クラッド用基材から剥離させずに、そのままクラッド層として好ましく利用することができる。この場合には、鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。

液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、５００〜７０００ｍPa・ｓ程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍPa・ｓ程度のものがより好ましい。

鋳型の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。
鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜６０であることが、型取り性能や凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。
鋳型の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。
また、鋳型は、紫外領域及び／又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の２）の工程において鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の３）の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型凹部に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域（２５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が８０％以上であることが好ましい。

前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用フィルム基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入させ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。したがって、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。

２）鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
本発明の高分子光導波路から作製される光学素子は、種々の階層における光配線に用いられるので、前記クラッド用可撓性フィルム基材の材料は光学素子の用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリル樹脂フイルム、脂環式オレフィン樹脂フイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。

前記脂環式アクリル樹脂フイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、ＯＺ−１０００、ＯＺ−１１００（日立化成（株）製）等が用いられる。
また、脂環式オレフィン樹脂フイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の光導波路シートの作製に適している。
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。

３）クラッド用フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程
この工程においては、コア形成用硬化性樹脂を、該樹脂の進入部側に設けた貫通孔に充填し、該樹脂の排出部側に設けた貫通孔から減圧吸引して、鋳型とクラッド用フィルム基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填する。減圧吸引することにより、鋳型とクラッド用フイルム基材との密着性が向上し、気泡の混入を避けることができる。減圧吸引は、例えば、吸引管を排出部側に設けた貫通孔に挿入し、吸引管をポンプにつなげて行われる。
コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。
前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。
また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。

コア形成用硬化性樹脂は、毛細管現象により鋳型とフィルム基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填されるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、１０ｍPa・ｓ〜２０００ｍPa・ｓ、望ましくは２０ｍPa・ｓ〜１０００ｍPa・ｓ、更に好ましくは３０ｍPa・ｓ〜５００ｍPa・ｓにするのが好ましい。
このほかに、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、コア形成用硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、１０％以下、好ましくは６％以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。

コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるがこれに限定されるものではない。

コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記フィルム基材（以下の５）の工程におけるクラッド層を含む）より大きいことが必要で、１．５０以上、好ましくは１．５３以上である。クラッド（以下の５）の工程におけるクラッド層を含む）とコアの屈折率の差は、０．０１以上、好ましくは０．０３以上である。

４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離する工程
この工程では充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられ、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
また、前記１）〜３）の工程で用いる鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用することができる。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。

５）コアが形成されたクラッド用フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としてはフィルム（たとえば前記２）の工程で用いたようなクラッド用フィルム基材が同様に用いられる）や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
クラッド用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー（例えばメタクリル酸系、エポキシ系）を該樹脂に添加することができる。

クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５以下、好ましくは１．５３以下にすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記フィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。

前記の高分子光導波路フィルムの製造方法は、前記のごとく鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させると、両者を特別な手段を用いて固着させなくても、鋳型に形成された凹部構造以外には、鋳型とクラッド用基材の間に空隙が生ずることなく、コア形成用硬化性樹脂を前記凹部のみに進入させることができることを見い出したことに基づくもので、製造工程が極めて単純化され容易に高分子光導波路フィルムを作製することができ、従来の高分子光導波路フィルムの製造方法に比較し、極めて低コストで高分子光導波路フィルムを作製することを可能にする。また、前記の高分子光導波路の製造方法は、鋳型に貫通孔を設け、鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側を減圧吸引するので、鋳型とフイルム基材との密着性が更に向上し、気泡の混入を避けることができる。更に、簡便な方法でありながら、得られる高分子光導波路フィルムは導波損失が少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填が可能である。

［高分子光導波路フィルムの同一端面に、光路変換ミラー面と位置合わせ面を形成する方法］
高分子光導波路フィルムの端部における光路変換ミラー面は、角度付きブレードを用いてダイシングすることにより容易に形成できる。例えば光路を９０°変更するためには、４５°の角度付きＳｉ用ブレードを備えたダイシングソーを用いてダイシングすればよい。また、位置合わせ面については、例えば垂直面（高分子光導波路フィルムの面に対し）の場合には、クラッド部分のみを含む所定の長さだけ先端をダイシングソー等により、高分子光導波路フィルムの長手方向に対し直角に切断する（図１における位置合わせ面１０ａを参照）ことにより形成することができる。

以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例１
Ｓｉ基板に厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）をスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、４本の、断面が正方形の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：８０ｍｍ）を形成した。凸部と凸部の間隔は２５０μｍとした。次に、これを１２０℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム（ダウ・コウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、粘度５０００ｍPa．ｓ）及びその硬化剤を混合したものを流し込み、１２０℃で３０分間加熱して硬化させた後、剥離して、前記断面が矩形の凸部に対応する凹部を持った型（型の厚さ：５ｍｍ）を作製した。
さらに、平面形状が円形で鋳型厚さ方向の断面形状がテーパー状の貫通孔を、凹部の一端及び他端において、凹部と連通するように、打ち抜きにより形成して鋳型を作製した。鋳型のコア形成用硬化性樹脂が進入する側の貫通孔は、鋳型がクラッド用フィルム基材に接する面においては直径を４ｍｍ、鋳型の反対側の面においては直径を３．５ｍｍとした。また、減圧吸引用の貫通孔は、進入側の貫通孔とはその大きさが同じで、テーパーが逆になるように形成した。

この鋳型と、鋳型より一回り大きい膜厚１００μｍのクラッド用フィルム基材（アートンフイルム、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１０）を密着させた。次に、鋳型の進入側貫通孔に、粘度が８５０ｍPa・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ（株）製）を数滴落とし、排出側（減圧吸引側）貫通孔から減圧吸引したところ、２０分で前記凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。次いで、５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を鋳型の上部から５分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。コアの屈折率は１．５３５であった。
次に、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１０である紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ（株）製）を塗布した後、１００μｍのクラッド用フィルム基材（アートンフイルム、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１０）を張り合わせ、５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を５分間照射して紫外線硬化させることで２枚のフイルムを接着させ膜厚３００μｍの高分子光導波路フイルムとした。
次に、４５°角度付きＳｉ用のブレードを備えたダイシングソーを使って、この光導波路シートをコアの長手方向に対し直角に切断し、４５°ミラー面を持ったコアを露出させた。次に、クラッド部分の先端を、高分子光導波路フィルムの長手方向に対し直角かつ垂直に切断し、底部からの高さが５０μｍである垂直切断面（図１１０ａを参照）を形成した。高分子光導波路フィルムの同一端部に、４５°ミラー面と垂直位置合わせ面をもったものが得られた。

次に、厚さ２５０μｍのＳｉ基板に、発光素子を取り付ける貫通穴をＲＩＥ法で形成した。さらに、高分子光導波路フィルムを保持するための５０μｍの凹部をＲＩＥ法で形成した後、ダイサーでその一端を切断し、Ｓｉサブマウントを作製した。
次に、セラミック製ＩＣパッケージと、Ｓｉサブマウント及び発光素子（富士ゼロックス製：４チャンネルアレイ型、アレイ間隔が２５０μｍ）の間に、Ｓｎ−Ａｕハンダを挟み、２５０℃に加熱することでＩＣパッケージに発光素子及びＳｉサブマウントを固定した。さらに、高分子光導波路フィルムの位置合わせ面をＳｉサブマウントの凹部の位置合わせ面に当てつけた後、紫外線硬化性接着剤を用いて高分子光導波路フィルムをＳｉサブマウントの凹部表面に接着した。最後に、ワイヤーボンダーで発光素子の配線を行うことで発光素子付き高分子光導波路モジュールとした。
前記モジュールの実装において、高分子光導波路フィルム及びサブマウントの各々の位置合わせ面を当てつけるだけで、発光素子の発光点と高分子光導波路フィルムの光路変換面とを、正確に位置合わせすることが可能であった。

実施例２
実施例１において発光素子をＧａＡｓフォトダイオードに変更する他は、実施例１と同様な方法で、発光素子付き高分子光導波路モジュールを作製した。
発光素子がフォトダイオードの場合であっても、容易に位置合わせを行うことができた。

実施例３
実施例１においてガラス製のサブマウントを用いる他は、実施例１と同様な方法で、発光素子付き高分子光導波路モジュールを作製した。

実施例４
実施例２においてガラス製のサブマウントを用いる他は、実施例１と同様な方法で、発光素子付き高分子光導波路モジュールを作製した。

本発明の高分子光導波路モジュールに用いる高分子光導波路フィルムの、長手方向に沿った切断面を示す図である。 本発明の高分子光導波路モジュールと光コネクターの、それぞれの斜視図である。 本発明の高分子光導波路モジュールで用いるサブマウントを示す図で、図３（Ａ）は平面図を、図３（Ｂ）はＡ−Ａ切断面を示す。 本発明の高分子光導波路モジュールを示す図で、図４（Ａ）は平面図を、図４（Ｂ）はＡ−Ａ切断面を示す。 カバーで覆った高分子光導波路モジュールと光コネクターを接続した図である。 本発明のモジュールに用いる高分子光導波路フィルムの製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 高分子光導波路モジュール
１０ 高分子光導波路フィルム
２０ サブマウント
３０ 受光素子又は発光素子
４０ ＩＣパッケージ
６０ 光コネクター

Claims (14)

1. 発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子付き高分子光導波路モジュールであって、前記光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが同一端部に光路変換ミラー面と位置合わせ面を有し、前記高分子光導波路フイルムがその位置合わせ面を利用してモジュール実装時に位置合わせされたものであることを特徴とする受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
2. サブマウント上に発光素子又は受光素子と光導波路を構成部品として持つ受発光素子付き高分子光導波路モジュールであって、光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムであり、前記高分子光導波路フイルムが光路変換ミラー面と位置合わせ面を同一端部に持ち、前記発光素子又は受光素子と高分子光導波路フィルムはサブマウントに保持され、かつ高分子光導波路フィルムがその位置合わせ面を利用してサブマウント上に位置合わせされたものであることを特徴とする受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
3. 前記光路変換ミラー面が４５°ミラー面であり、位置合わせ面が垂直面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
4. 前記光路変換ミラー面と位置合わせ面が高分子光導波路フィルムの端部を切断することにより形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
5. 前記４５°ミラー面が、４５°角度付きブレードにより切断形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
6. 前記サブマウントが、発光素子又は受光素子を保持するための貫通穴と、高分子光導波路フィルムを保持するための凹部を有することを特徴とする請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
7. 前記サブマウントが、Ｓｉ基板で作られていることを特徴とする請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
8. 前記サブマウントが、ガラスで作られていることを特徴とする請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
9. 前記高分子光導波路フィルムにおけるクラッドが、可撓性の脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
10. 前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする請求項９に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
11. 前記高分子光導波路フィルムと発光素子又は受光素子が接着剤で接着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高分子光導波路モジュール。
12. 前記接着剤が、光導波路を形成するクラッド材料であることを特徴とする請求項１１に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
13. 前記接着剤が、体積収縮率が１０％以下の熱硬化性接着剤であることを特徴とする請求項１１に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。
14. 前記接着剤が、体積収縮率が１０％以下の紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする請求項１１に記載の受発光素子付き高分子光導波路モジュール。

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