JPH0682643A - 表面へのポリマー導波管の押出し - Google Patents
表面へのポリマー導波管の押出しInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板表面上に光導波管を形成すること。
【構成】 導波管構造を、表面から所定の距離だけ上方
に置かれ、好ましくは並進テーブルによって表面に対し
て相対的に移動されるノズルから、表面上に直接に押し
出す。所定の距離は一定に保ち、相対移動の速度は、押
し出される材料内の分子配向が均一になるように調節
し、こうして、導波管の軸に沿って十分に均一な屈折率
を維持することが好ましい。ノズル内に区切りを設ける
と、多層導波管の形成、または同心円状のクラッド層も
しくは保護層の同時形成が可能になる。導波管は、表面
上にまたは電子モジュール上に装着したチップ間に直接
書き込むことによって、後でパターン形成されるカーテ
ンとして形成すると好都合である。
に置かれ、好ましくは並進テーブルによって表面に対し
て相対的に移動されるノズルから、表面上に直接に押し
出す。所定の距離は一定に保ち、相対移動の速度は、押
し出される材料内の分子配向が均一になるように調節
し、こうして、導波管の軸に沿って十分に均一な屈折率
を維持することが好ましい。ノズル内に区切りを設ける
と、多層導波管の形成、または同心円状のクラッド層も
しくは保護層の同時形成が可能になる。導波管は、表面
上にまたは電子モジュール上に装着したチップ間に直接
書き込むことによって、後でパターン形成されるカーテ
ンとして形成すると好都合である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全般的には光導波管の
製造に関し、具体的には、電子モジュールなど別のデバ
イスの一部としての光導波管の形成に関する。
製造に関し、具体的には、電子モジュールなど別のデバ
イスの一部としての光導波管の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信は、帯域幅が広く、ほとんどどん
な形の電磁妨害も受けないことから、近年ますます人気
が高まっている。電話と、構内ディジタル通信ネットワ
ークまたは広域ディジタル通信ネットワークが、このよ
うな応用分野の例である。光通信リンクは、光リンクの
妨害を検出する警報システムなどの個別装置にも使用さ
れている。さらに、一部の高性能電子機器では、光通信
が、高帯域幅であり妨害を受けないことから、クロック
信号および他の高周波数ディジタル信号の通信または分
配に非常に望ましい。
な形の電磁妨害も受けないことから、近年ますます人気
が高まっている。電話と、構内ディジタル通信ネットワ
ークまたは広域ディジタル通信ネットワークが、このよ
うな応用分野の例である。光通信リンクは、光リンクの
妨害を検出する警報システムなどの個別装置にも使用さ
れている。さらに、一部の高性能電子機器では、光通信
が、高帯域幅であり妨害を受けないことから、クロック
信号および他の高周波数ディジタル信号の通信または分
配に非常に望ましい。
【０００３】ポリマーやセラミックスなどの材料からな
る多層モジュールなどの電子回路モジュールの構造も、
光通信に適した応用分野である。これらの多層モジュー
ルは、複数の別個のチップの複雑な相互接続をもたらす
能力を有し、各チップは、相互に互換性のない技術によ
って形成でき、バイポーラ・デバイスとＣＭＯＳデバイ
スなど、異なる電圧範囲で動作することができる。収納
できるチップの数は基本的に任意であり、複数の異なる
クロックが同一モジュール上に存在することもまれでは
ない。これらのクロックは、通常は同期化されている必
要があり、同期クロック信号またはマスタ・クロック信
号を異なる電圧で供給する必要がある場合もある。電気
信号を使用する場合、電圧変換を行わなければならない
ことがしばしばであるが、これは、同期信号パルスにか
なりの遅延をもたらす可能性がある。したがって、この
ような信号の光通信が、特に望ましい。
る多層モジュールなどの電子回路モジュールの構造も、
光通信に適した応用分野である。これらの多層モジュー
ルは、複数の別個のチップの複雑な相互接続をもたらす
能力を有し、各チップは、相互に互換性のない技術によ
って形成でき、バイポーラ・デバイスとＣＭＯＳデバイ
スなど、異なる電圧範囲で動作することができる。収納
できるチップの数は基本的に任意であり、複数の異なる
クロックが同一モジュール上に存在することもまれでは
ない。これらのクロックは、通常は同期化されている必
要があり、同期クロック信号またはマスタ・クロック信
号を異なる電圧で供給する必要がある場合もある。電気
信号を使用する場合、電圧変換を行わなければならない
ことがしばしばであるが、これは、同期信号パルスにか
なりの遅延をもたらす可能性がある。したがって、この
ような信号の光通信が、特に望ましい。
【０００４】電子モジュールの表面上または層内に導波
管を設けようとする過去の試みは、完全には成功しなか
った。というのは、このような層が、通常はいわゆるス
ピン法によって付着されるからである。デバイスの下の
表面を高速で回転させながら、表面の回転軸に導波管材
料を塗布する。高速回転に起因する遠心力が、非常に均
一な厚さを有する層を形成させる。スピン法は、周知で
あり、多くの異なる材料を異なる表面に塗布する目的で
選択され、多くの応用分野で選択されている方法であ
る。
管を設けようとする過去の試みは、完全には成功しなか
った。というのは、このような層が、通常はいわゆるス
ピン法によって付着されるからである。デバイスの下の
表面を高速で回転させながら、表面の回転軸に導波管材
料を塗布する。高速回転に起因する遠心力が、非常に均
一な厚さを有する層を形成させる。スピン法は、周知で
あり、多くの異なる材料を異なる表面に塗布する目的で
選択され、多くの応用分野で選択されている方法であ
る。
【０００５】しかし、導波管を形成するためには、スピ
ン法には２つの大きな欠点がある。第１に、スピン法で
は、表面のトポロジが平面以外の時、一般に、均一な厚
い層が形成されない。層の厚さまたは表面の曲率に差が
あると、光が失われまたは周囲光を拾いあげる可能性が
ある。第２に、より重要なことであるが、スピン法で
は、回転軸からの距離に応じて、層に非均一な半径方向
の応力が生じる可能性がある。この応力は、ポリマーの
分子量に大きく依存するが、導波管内の分子の配列に影
響を与え、導波管層を異方性にする。すなわち、回転軸
からの距離に対して屈折率の半径方向での勾配が生じ得
る。また、回転軸の角度方向に関する屈折率の変動も生
じることが報告されている。さらに、光導波管は一般に
パターン形成しなければならないが、このようなパター
ン形成には追加の処理ステップが必要である。パターン
形成を行わないと、光損失を低く抑えることができる時
でも、通信される光（可視スペクトル外でもよい）の強
度が、光源からの距離に伴って大きく減少する。一方、
屈折率の半径方向の変化は、半径方向でない導波管の軸
に対してある角度で屈折率の変化を引き起こし、光損失
を増大させる。さらに、パターン形成によって形成され
る表面は、通常、光を散乱させるのに十分なだけ不規則
であり、光損失の増大をもたらす。さらに、チップをモ
ジュール上の定位置に置いた後では、スピン被覆は簡単
には実施できない。
ン法には２つの大きな欠点がある。第１に、スピン法で
は、表面のトポロジが平面以外の時、一般に、均一な厚
い層が形成されない。層の厚さまたは表面の曲率に差が
あると、光が失われまたは周囲光を拾いあげる可能性が
ある。第２に、より重要なことであるが、スピン法で
は、回転軸からの距離に応じて、層に非均一な半径方向
の応力が生じる可能性がある。この応力は、ポリマーの
分子量に大きく依存するが、導波管内の分子の配列に影
響を与え、導波管層を異方性にする。すなわち、回転軸
からの距離に対して屈折率の半径方向での勾配が生じ得
る。また、回転軸の角度方向に関する屈折率の変動も生
じることが報告されている。さらに、光導波管は一般に
パターン形成しなければならないが、このようなパター
ン形成には追加の処理ステップが必要である。パターン
形成を行わないと、光損失を低く抑えることができる時
でも、通信される光（可視スペクトル外でもよい）の強
度が、光源からの距離に伴って大きく減少する。一方、
屈折率の半径方向の変化は、半径方向でない導波管の軸
に対してある角度で屈折率の変化を引き起こし、光損失
を増大させる。さらに、パターン形成によって形成され
る表面は、通常、光を散乱させるのに十分なだけ不規則
であり、光損失の増大をもたらす。さらに、チップをモ
ジュール上の定位置に置いた後では、スピン被覆は簡単
には実施できない。
【０００６】米国特許第４８０６２８９号明細書および
米国特許第４８７１４８７号明細書に教示の通り、押出
しによって光ファイバ導波管を形成し、コエクストルー
ジョンによってその上に屈折率の異なるクラッド層を形
成することが知られている。しかし、これらの明細書に
開示された押出し法には、ファイバを緊張状態で引き出
して、最終的な横断面寸法と、光ファイバに沿って均一
な屈折率を得るのに必要な所望の分子配向を達成するた
めに印加される応力の均一さとを確立するための諸ステ
ップが含まれる。したがって、この引き出し工程は、表
面上に直接に光導波管を形成することと調和せず、スピ
ン被覆による表面への光導波管の付着に起因する、半径
方向での分子配向とその結果生じる屈折率の半径方向で
の勾配の解決に適していない。
米国特許第４８７１４８７号明細書に教示の通り、押出
しによって光ファイバ導波管を形成し、コエクストルー
ジョンによってその上に屈折率の異なるクラッド層を形
成することが知られている。しかし、これらの明細書に
開示された押出し法には、ファイバを緊張状態で引き出
して、最終的な横断面寸法と、光ファイバに沿って均一
な屈折率を得るのに必要な所望の分子配向を達成するた
めに印加される応力の均一さとを確立するための諸ステ
ップが含まれる。したがって、この引き出し工程は、表
面上に直接に光導波管を形成することと調和せず、スピ
ン被覆による表面への光導波管の付着に起因する、半径
方向での分子配向とその結果生じる屈折率の半径方向で
の勾配の解決に適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スピ
ン法によって表面上に導波管を形成することに代わる方
法を提供することである。
ン法によって表面上に導波管を形成することに代わる方
法を提供することである。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、実質上光損失
または信号干渉なしに、厳しい表面トポロジに適合でき
る形で、そのような構造のほぼ直線状の導波管を提供す
ることである。
または信号干渉なしに、厳しい表面トポロジに適合でき
る形で、そのような構造のほぼ直線状の導波管を提供す
ることである。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、特定の導波管
構造に対応するわずかな変更のみを含む実質上共通の処
理によって、表面上に複数の導波管構造を提供すること
である。
構造に対応するわずかな変更のみを含む実質上共通の処
理によって、表面上に複数の導波管構造を提供すること
である。
【００１０】本発明のもう１つの目的は、電子モジュー
ルの組み立てに必要となる他の工程と調和する形で、電
子モジュールの表面上に導波管を提供することである。
ルの組み立てに必要となる他の工程と調和する形で、電
子モジュールの表面上に導波管を提供することである。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、電子回路モジ
ュールの電子設計および構造設計と矛盾せず、電気的構
造の変位を必要としない形で、電子回路モジュール内で
光通信を実現することである。
ュールの電子設計および構造設計と矛盾せず、電気的構
造の変位を必要としない形で、電子回路モジュール内で
光通信を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記その他の目的を達成
するため、本発明は、基本的に、所望の表面への光導波
管の直接押出しを提供する。このような押出しの過程
で、半径方向の力は、本来、実質的に一定であり、軸方
向の力は、導波管に沿って屈折率が実質的に変化しない
ように十分に調節することができる。さらに、押し出さ
れた導波管は、本来、直線状であり、電子回路モジュー
ル内に含まれる短い距離を送信器から受信器へ、強度を
実質的に減少させずに光を伝送する。押し出された導波
管は、導体またはその上に付着される不動態化層の上と
電子モジュールのピン間に塗布することができるが、こ
のような空間は他の目的には使用できないので、このよ
うな光通信は、事実上モジュール上で「フットプリン
ト」を必要としない。さらに、この押出し法は、多数の
材料に適用可能であり、電子モジュールの製造に用いら
れる他の処理と衝突しないように材料を選択することが
できる。
するため、本発明は、基本的に、所望の表面への光導波
管の直接押出しを提供する。このような押出しの過程
で、半径方向の力は、本来、実質的に一定であり、軸方
向の力は、導波管に沿って屈折率が実質的に変化しない
ように十分に調節することができる。さらに、押し出さ
れた導波管は、本来、直線状であり、電子回路モジュー
ル内に含まれる短い距離を送信器から受信器へ、強度を
実質的に減少させずに光を伝送する。押し出された導波
管は、導体またはその上に付着される不動態化層の上と
電子モジュールのピン間に塗布することができるが、こ
のような空間は他の目的には使用できないので、このよ
うな光通信は、事実上モジュール上で「フットプリン
ト」を必要としない。さらに、この押出し法は、多数の
材料に適用可能であり、電子モジュールの製造に用いら
れる他の処理と衝突しないように材料を選択することが
できる。
【００１３】本発明の１態様によれば、押出しノズルを
表面から所定の距離だけ上方に位置決めするステップ
と、押出しノズルを通して粘性材料を押し出すステップ
と、ノズルと表面を相対的に移動するステップと、前記
ノズルと前記表面の間で前記粘性材料の張力を所定の水
準に維持するステップとを含む、表面上に導波管を形成
する方法が提供される。
表面から所定の距離だけ上方に位置決めするステップ
と、押出しノズルを通して粘性材料を押し出すステップ
と、ノズルと表面を相対的に移動するステップと、前記
ノズルと前記表面の間で前記粘性材料の張力を所定の水
準に維持するステップとを含む、表面上に導波管を形成
する方法が提供される。
【００１４】本発明のもう１つの態様によれば、押出し
ノズルを表面から所定の距離だけ上方に位置決めするス
テップと、押出しノズルを通して粘性材料を押し出すス
テップと、ノズルと表面を相対的に移動するステップ
と、前記ノズルと前記表面の間で粘性材料の張力を所定
の水準に維持するステップとを含む工程によって表面上
に形成された導波管が提供される。
ノズルを表面から所定の距離だけ上方に位置決めするス
テップと、押出しノズルを通して粘性材料を押し出すス
テップと、ノズルと表面を相対的に移動するステップ
と、前記ノズルと前記表面の間で粘性材料の張力を所定
の水準に維持するステップとを含む工程によって表面上
に形成された導波管が提供される。
【００１５】
【実施例】ここで図面、具体的には図１を参照すると、
本発明を実施することのできる例示の装置１００が概略
的に示されている。この装置１００の基本構成は、押出
しノズル１３０と層または基板の表面１５０の間での相
対運動が達成できる機械的構成である。この相対運動
は、基板または層を担持する、たとえば当技術分野で周
知の方式でプログラム式コンピュータの制御下で制御可
能な速度で高精度で直交方向に移動可能な、並進テーブ
ルによって達成することが好ましいと考えられる。この
配置が好ましいのは、押し出された材料の分子配向に不
規則性を導入する可能性のある、表面に平行な方向での
押出しノズル１３０の振動と独立運動を最小にするから
である。
本発明を実施することのできる例示の装置１００が概略
的に示されている。この装置１００の基本構成は、押出
しノズル１３０と層または基板の表面１５０の間での相
対運動が達成できる機械的構成である。この相対運動
は、基板または層を担持する、たとえば当技術分野で周
知の方式でプログラム式コンピュータの制御下で制御可
能な速度で高精度で直交方向に移動可能な、並進テーブ
ルによって達成することが好ましいと考えられる。この
配置が好ましいのは、押し出された材料の分子配向に不
規則性を導入する可能性のある、表面に平行な方向での
押出しノズル１３０の振動と独立運動を最小にするから
である。
【００１６】導波管材料１２０はポリイミドなどのポリ
マーであることが好ましいが、その実際の押出しは、材
料ポンプおよび貯液槽１１０によって制御される。導波
管材料の状態（たとえば、粘性、溶剤含量など）を維持
するため、ヒータまたは混合装置などの構造を含むこと
が好ましい。この押出し装置は、導波管が付着される表
面にトポロジ的特徴がある場合に、押し出される材料が
そこを横切る際に材料内の張力を調節するための、ノズ
ル高センサ構造１４０とノズル高変換器１４５を含むこ
ともできる。ノズル高変換器１４５は、機械式、光学式
または他の形式でよく、表面１５０上に存在し得るどん
なトポロジ的特徴も解像できるのである限り、本発明の
実施にとって重要ではない。ノズルと表面の分離間隔を
ほぼ一定の所定の値に維持することは、本発明の実施に
とって重要である。というのは、押し出された無支持の
ある長さの粘性材料が、重力と、ノズルと表面の相対運
動とによって粘性緊張状態に置かれるからである。この
粘性張力が、導波管の最終的な横寸法をほぼ決定し、ま
た導波管の軸に沿って均一な屈折率を達成するための分
子配向度の調節を可能にする。したがって、ノズル高と
書込み速度を調節することによって、押し出された無支
持のある長さの材料の粘性張力を所定の水準に維持する
ことが、本発明の実施にとって重要である。現実的な問
題として、これは、主に押出しノズル１３０と表面１５
０の間の間隙または分離間隔によって達成される。しか
し、スピン被覆によって生じる屈折率の勾配の配向は直
接書き込みによって回避されるので、本発明を成功裡に
実施するために、張力による分子配向は必要ではないこ
とに留意されたい。しかし、分子配向度は、できる限り
一定であることが好ましい。
マーであることが好ましいが、その実際の押出しは、材
料ポンプおよび貯液槽１１０によって制御される。導波
管材料の状態（たとえば、粘性、溶剤含量など）を維持
するため、ヒータまたは混合装置などの構造を含むこと
が好ましい。この押出し装置は、導波管が付着される表
面にトポロジ的特徴がある場合に、押し出される材料が
そこを横切る際に材料内の張力を調節するための、ノズ
ル高センサ構造１４０とノズル高変換器１４５を含むこ
ともできる。ノズル高変換器１４５は、機械式、光学式
または他の形式でよく、表面１５０上に存在し得るどん
なトポロジ的特徴も解像できるのである限り、本発明の
実施にとって重要ではない。ノズルと表面の分離間隔を
ほぼ一定の所定の値に維持することは、本発明の実施に
とって重要である。というのは、押し出された無支持の
ある長さの粘性材料が、重力と、ノズルと表面の相対運
動とによって粘性緊張状態に置かれるからである。この
粘性張力が、導波管の最終的な横寸法をほぼ決定し、ま
た導波管の軸に沿って均一な屈折率を達成するための分
子配向度の調節を可能にする。したがって、ノズル高と
書込み速度を調節することによって、押し出された無支
持のある長さの材料の粘性張力を所定の水準に維持する
ことが、本発明の実施にとって重要である。現実的な問
題として、これは、主に押出しノズル１３０と表面１５
０の間の間隙または分離間隔によって達成される。しか
し、スピン被覆によって生じる屈折率の勾配の配向は直
接書き込みによって回避されるので、本発明を成功裡に
実施するために、張力による分子配向は必要ではないこ
とに留意されたい。しかし、分子配向度は、できる限り
一定であることが好ましい。
【００１７】チップ１６０は、本発明のいくつかの実施
例で可能であるとおり、図１では表面１５０に装着され
ている。いずれにせよ、チップ１６０間の空間は他の目
的には使用されず、したがって、図２により具体的に示
すように、チップ位置以外の位置で導波管を押し出すの
に、基板または層の表面上の追加の空間は必要でない。
本発明のこの特徴により、光導波管を、既存のモジュー
ル式回路部品および他のデバイスの上に追加することが
可能になる。チップ１６０は、一般に、図２に示すよう
に、表面１５０上にマトリックス・パターンとして装着
される。したがって、チップ間の空間が、クロック・チ
ップ１６５（塗り潰した長方形で示す）と通信するため
の光導波管１８０用の潜在的な経路の直交アレイを形成
する。クロック・チップ１６５は、通常は表面１５０の
関連区域内の中心に置かれる。さらに、望むならば、光
導波管を、符号１９０に示すようにモジュールの周囲か
ら引き出して、直接にまたは光カプラおよび追加の光リ
ンクを介して他のモジュールと通信できるようにするこ
とができる。その設計は、"Module Interconnection by
Optical Fibers", IBM Technical Disclosure Bulleti
n, Vol. 28, No. 1,June 1985, pp.237 - 238に開示さ
れた設計に従うことができる。ただし、外部光リンクを
使用する場合、その設計は、本発明の実施にとって重要
ではない。
例で可能であるとおり、図１では表面１５０に装着され
ている。いずれにせよ、チップ１６０間の空間は他の目
的には使用されず、したがって、図２により具体的に示
すように、チップ位置以外の位置で導波管を押し出すの
に、基板または層の表面上の追加の空間は必要でない。
本発明のこの特徴により、光導波管を、既存のモジュー
ル式回路部品および他のデバイスの上に追加することが
可能になる。チップ１６０は、一般に、図２に示すよう
に、表面１５０上にマトリックス・パターンとして装着
される。したがって、チップ間の空間が、クロック・チ
ップ１６５（塗り潰した長方形で示す）と通信するため
の光導波管１８０用の潜在的な経路の直交アレイを形成
する。クロック・チップ１６５は、通常は表面１５０の
関連区域内の中心に置かれる。さらに、望むならば、光
導波管を、符号１９０に示すようにモジュールの周囲か
ら引き出して、直接にまたは光カプラおよび追加の光リ
ンクを介して他のモジュールと通信できるようにするこ
とができる。その設計は、"Module Interconnection by
Optical Fibers", IBM Technical Disclosure Bulleti
n, Vol. 28, No. 1,June 1985, pp.237 - 238に開示さ
れた設計に従うことができる。ただし、外部光リンクを
使用する場合、その設計は、本発明の実施にとって重要
ではない。
【００１８】ここで図３を参照して、本発明の１実施例
について説明する。この実施例では、ほぼ直線状のフッ
トプリントを有するノズルを使用して、表面１５０の全
幅までの任意の幅の導波管のパターンを押し出す。幅が
表面１５０の全幅と等しい場合、ノズルの直線状のフッ
トプリントは、破線２１０の全長に沿って延び、導波管
の「カーテン」２００を押し出すことになる。このよう
な場合、導波管をパターン形成することが好ましい。直
線状のノズルは、直線状のノズル開口に平行な方向に、
導波管材料中にいくらかの応力を発生する。しかし、カ
ーテン導波管のパターン形成は直交経路に沿うことが好
ましく、ノズルが、これら直交経路のうちの１つに沿っ
た方向に配向される場合、導波管の軸に対する導波管の
屈折率のどの勾配の角度も最小になり、光損失を使用可
能な限界内に保つことができる。
について説明する。この実施例では、ほぼ直線状のフッ
トプリントを有するノズルを使用して、表面１５０の全
幅までの任意の幅の導波管のパターンを押し出す。幅が
表面１５０の全幅と等しい場合、ノズルの直線状のフッ
トプリントは、破線２１０の全長に沿って延び、導波管
の「カーテン」２００を押し出すことになる。このよう
な場合、導波管をパターン形成することが好ましい。直
線状のノズルは、直線状のノズル開口に平行な方向に、
導波管材料中にいくらかの応力を発生する。しかし、カ
ーテン導波管のパターン形成は直交経路に沿うことが好
ましく、ノズルが、これら直交経路のうちの１つに沿っ
た方向に配向される場合、導波管の軸に対する導波管の
屈折率のどの勾配の角度も最小になり、光損失を使用可
能な限界内に保つことができる。
【００１９】偶然のことながら、後でパターン形成され
る「カーテン」として導波管を形成することは、表面１
５０上にチップ１６０が存在することと必然的に調和し
ない唯一の状況である。導波管の所望の経路がある設計
中のチップ位置を横切る可能性があり、その場合、その
ような位置にあるチップの除去が必要となるが、導波管
の位置をチップ間に限定する場合には、チップが存在す
るか否かは重要でない。また、押出しノズルの寸法また
は設計から、チップを除去する（または、導波管の形成
後に取り付ける）ことが必要になる可能性もあるが、こ
れまで使用されてきた押出しノズルは、一般に円筒形の
外部形状と、導波管の最終直径をわずかに上回る直径を
有し、したがって、チップが定位置にある状態で成功裡
に導波管を押し出すことができる。
る「カーテン」として導波管を形成することは、表面１
５０上にチップ１６０が存在することと必然的に調和し
ない唯一の状況である。導波管の所望の経路がある設計
中のチップ位置を横切る可能性があり、その場合、その
ような位置にあるチップの除去が必要となるが、導波管
の位置をチップ間に限定する場合には、チップが存在す
るか否かは重要でない。また、押出しノズルの寸法また
は設計から、チップを除去する（または、導波管の形成
後に取り付ける）ことが必要になる可能性もあるが、こ
れまで使用されてきた押出しノズルは、一般に円筒形の
外部形状と、導波管の最終直径をわずかに上回る直径を
有し、したがって、チップが定位置にある状態で成功裡
に導波管を押し出すことができる。
【００２０】別法として、幅Ｗを、所望の任意の範囲に
制限することができ、この場合、パターン形成を行わな
くてもよい。また、導波管の幅を縮小すると、導波管の
幅を横切る方向での屈折率の変化が小さくなる。したが
って、ノズルと表面の間の相対移動と直交する方向にノ
ズルを回転させると、均一性が良く光損失の低い導波管
が押し出される。入力光を分割するための分配構造も、
この方法で簡単に形成できる。実際には、セグメントか
ら溶剤を蒸発させる前に、押し出された異なるセグメン
トを接触させることができるならば、それらのセグメン
トが合体して単一の導波管を形成することが判明してい
る。別法として、あるセグメントから溶剤を乾燥させ
て、導波管を互いに積み重ね、あるいは互いに交差させ
ることができるようになる。
制限することができ、この場合、パターン形成を行わな
くてもよい。また、導波管の幅を縮小すると、導波管の
幅を横切る方向での屈折率の変化が小さくなる。したが
って、ノズルと表面の間の相対移動と直交する方向にノ
ズルを回転させると、均一性が良く光損失の低い導波管
が押し出される。入力光を分割するための分配構造も、
この方法で簡単に形成できる。実際には、セグメントか
ら溶剤を蒸発させる前に、押し出された異なるセグメン
トを接触させることができるならば、それらのセグメン
トが合体して単一の導波管を形成することが判明してい
る。別法として、あるセグメントから溶剤を乾燥させ
て、導波管を互いに積み重ね、あるいは互いに交差させ
ることができるようになる。
【００２１】導波管の幅とは無関係に、仕切り２４０な
どの１つまたは複数の仕切りをノズル内に形成して、屈
折率（たとえば、導波管の上または下のクラッド層の）
または保護特性（たとえば、有機液体または油脂に対す
る抵抗性）の異なる複数の層２２０および２３０が同時
に形成できるようにするのが好都合である。このような
複合ノズルを形成し、ある層が下の層よりわずかに幅広
になるようにすることによって、１つまたは複数のこの
ようなクラッド層または保護層で、導波管の縁部を囲む
こともできる。
どの１つまたは複数の仕切りをノズル内に形成して、屈
折率（たとえば、導波管の上または下のクラッド層の）
または保護特性（たとえば、有機液体または油脂に対す
る抵抗性）の異なる複数の層２２０および２３０が同時
に形成できるようにするのが好都合である。このような
複合ノズルを形成し、ある層が下の層よりわずかに幅広
になるようにすることによって、１つまたは複数のこの
ようなクラッド層または保護層で、導波管の縁部を囲む
こともできる。
【００２２】本発明のもう１つの実施例によれば、図４
に示すように、押出しノズル１３０^は、円形（また
は、図３のノズルの変形として長方形）の形状とするこ
とができ、切断横断面図に示すように、その中に仕切り
２４０^を同心円状に設けることができる。このような
ノズルを通して異なる屈折率の材料を押し出す場合、導
波管の断面の外周全体に対する同心クラッド層が、導波
管と同時に形成される。低屈折率材料のクラッド層が高
屈折率の導波管を取り囲むこのような構造は、その導波
管が全内反射モードで動作する場合に必要であり、導波
管が付着される表面が、選択された導波管材料より高い
屈折率を有する場合には特に必要である。その代わりに
または追加として、単に追加の同心区切りを設けること
によって、保護材料を押し出して、導波管とクラッド層
からなる導波管を囲むことができる。クラッド層材料ま
たは保護材料は、不透明な場合、周囲光の影響を受けな
いように導波管を保護することができる。
に示すように、押出しノズル１３０^は、円形（また
は、図３のノズルの変形として長方形）の形状とするこ
とができ、切断横断面図に示すように、その中に仕切り
２４０^を同心円状に設けることができる。このような
ノズルを通して異なる屈折率の材料を押し出す場合、導
波管の断面の外周全体に対する同心クラッド層が、導波
管と同時に形成される。低屈折率材料のクラッド層が高
屈折率の導波管を取り囲むこのような構造は、その導波
管が全内反射モードで動作する場合に必要であり、導波
管が付着される表面が、選択された導波管材料より高い
屈折率を有する場合には特に必要である。その代わりに
または追加として、単に追加の同心区切りを設けること
によって、保護材料を押し出して、導波管とクラッド層
からなる導波管を囲むことができる。クラッド層材料ま
たは保護材料は、不透明な場合、周囲光の影響を受けな
いように導波管を保護することができる。
【００２３】また、スプリッタやカプラなどの分配構造
も、図３の多層構造と同じ方式で形成できることに留意
されたい。もちろん、その代わりに、図２の符号１９０
のように、単一の送信器から別個の導波管を、クロック
・チップ１６５などの複数の受信器のそれぞれへ押し出
すこともできる。なお、ノズルおよび導波管は非常に小
さくすることができ、かなりの数のこのような導波管
を、典型的な間隔でモジュール上のチップ間の間隙に置
くことができることに留意されたい。具体的に言うと、
押出しノズルの直径は、０．３８ないし１．２７ｍｍの
範囲にあることが好ましく、導波管は、ノズルを介して
材料が押し出される速度に比べて書込み速度（たとえば
並進テーブル１７０の移動）を大きくすることによっ
て、かつ、図４に示すように、表面１５０からノズル先
端までの間隔ｈによって、さらに縮小することができ
る。間隔ｈは、０．０７６ないし０．１２７ｍｍの範囲
にあることが好ましい。図３に従って形成される導波管
の厚さについても同様である。これに関連して、導波管
の最終的な横寸法は、やはり材料の押出し圧および材料
粘性の影響を受ける。
も、図３の多層構造と同じ方式で形成できることに留意
されたい。もちろん、その代わりに、図２の符号１９０
のように、単一の送信器から別個の導波管を、クロック
・チップ１６５などの複数の受信器のそれぞれへ押し出
すこともできる。なお、ノズルおよび導波管は非常に小
さくすることができ、かなりの数のこのような導波管
を、典型的な間隔でモジュール上のチップ間の間隙に置
くことができることに留意されたい。具体的に言うと、
押出しノズルの直径は、０．３８ないし１．２７ｍｍの
範囲にあることが好ましく、導波管は、ノズルを介して
材料が押し出される速度に比べて書込み速度（たとえば
並進テーブル１７０の移動）を大きくすることによっ
て、かつ、図４に示すように、表面１５０からノズル先
端までの間隔ｈによって、さらに縮小することができ
る。間隔ｈは、０．０７６ないし０．１２７ｍｍの範囲
にあることが好ましい。図３に従って形成される導波管
の厚さについても同様である。これに関連して、導波管
の最終的な横寸法は、やはり材料の押出し圧および材料
粘性の影響を受ける。
【００２４】表面に導波管を押し出す上記の技法は、表
面を構成する材料にはほとんど無関係である。表面高の
感知を行うことによって、比較的厳しいトポロジに対処
することができる。表面が比較的平坦な場合でも、上で
述べたように１つの導波管を別の導波管の上に乗せるま
たは交差させる場合には、このような表面高の感知を行
うことが望ましい。本発明による技法は、ポリアクリレ
ート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリイミドお
よび他のポリマーなどの、広範囲の導波管材料、クラッ
ド材料および保護材料にも適用可能である。使用する材
料に関する事実上唯一の制約は、パターン形成とその後
のモジュールへのチップの装着を必要とする幅の「カー
テン」形の導波管では、硬化後の材料が、はんだ付けま
たは他のチップ装着に用いられる温度に耐えることがで
きなければならないことである。
面を構成する材料にはほとんど無関係である。表面高の
感知を行うことによって、比較的厳しいトポロジに対処
することができる。表面が比較的平坦な場合でも、上で
述べたように１つの導波管を別の導波管の上に乗せるま
たは交差させる場合には、このような表面高の感知を行
うことが望ましい。本発明による技法は、ポリアクリレ
ート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリイミドお
よび他のポリマーなどの、広範囲の導波管材料、クラッ
ド材料および保護材料にも適用可能である。使用する材
料に関する事実上唯一の制約は、パターン形成とその後
のモジュールへのチップの装着を必要とする幅の「カー
テン」形の導波管では、硬化後の材料が、はんだ付けま
たは他のチップ装着に用いられる温度に耐えることがで
きなければならないことである。
【００２５】感光性ポリイミドなどの感光性ポリマーは
また、選択的硬化という利点ももたらす。というのは、
このような材料は、露光によって、橋かけ結合を形成さ
せ、硬化させることができるからである。これによっ
て、モジュールの残り部分に関して必要となる可能性の
ある、他の熱処理ステップやマイクロ波硬化などの高速
硬化処理の前に、導波管を硬化できるという利点が得ら
れる。このような差動硬化は、特に、通常なら導波管の
ゆがみをもたらす可能性のあるこのような高速硬化処理
の際に、導波管構造の壁面角度および輪郭を制御するの
に使用すると好都合である。
また、選択的硬化という利点ももたらす。というのは、
このような材料は、露光によって、橋かけ結合を形成さ
せ、硬化させることができるからである。これによっ
て、モジュールの残り部分に関して必要となる可能性の
ある、他の熱処理ステップやマイクロ波硬化などの高速
硬化処理の前に、導波管を硬化できるという利点が得ら
れる。このような差動硬化は、特に、通常なら導波管の
ゆがみをもたらす可能性のあるこのような高速硬化処理
の際に、導波管構造の壁面角度および輪郭を制御するの
に使用すると好都合である。
【００２６】図５および図６に示すように、導波管の横
断面形状および壁面角度ならびに表面実装面積域は、硬
化の前に、界面活性剤による表面処理または反応性イオ
ン・エッチングやプラズマ処理などの他の処理によって
かなりの程度まで制御することができる。表面と導波管
外側層の材料に応じて、表面は、押し出される材料によ
って多少とも濡れる。この濡れ作用が、導波管が表面に
取り付けられる際の壁面角度３００を決定する。界面活
性剤、エッチングまたはプラズマ処理を使用すると、一
般に、この濡れ作用が増大し、最終的な導波管の横断面
が図５よりも図６に近くなる。図３に示した本発明の実
施例に従って作成される導波管の縁部も、同じように調
節することができる。どちらの場合でも、この調節によ
って導波管の光学特性および構造と表面への接着の両方
に影響が及び、導波管３２０の周囲にクラッド層３１０
を使用することによってこれらの影響が分離される。熱
処理（たとえば、導波管材料のガラス転移温度より高い
温度）、または押し出される材料の粘性の調節、あるい
はその両方によって、押し出される材料をそれ自体の重
量の下で多少たわませることにより、導波管の横断面
を、その底部での壁面角度とは独立に変更することがで
きる。したがって、本発明によって、導波管の壁面角度
と横断面形状の両方がかなりの程度に制御できるように
なる。
断面形状および壁面角度ならびに表面実装面積域は、硬
化の前に、界面活性剤による表面処理または反応性イオ
ン・エッチングやプラズマ処理などの他の処理によって
かなりの程度まで制御することができる。表面と導波管
外側層の材料に応じて、表面は、押し出される材料によ
って多少とも濡れる。この濡れ作用が、導波管が表面に
取り付けられる際の壁面角度３００を決定する。界面活
性剤、エッチングまたはプラズマ処理を使用すると、一
般に、この濡れ作用が増大し、最終的な導波管の横断面
が図５よりも図６に近くなる。図３に示した本発明の実
施例に従って作成される導波管の縁部も、同じように調
節することができる。どちらの場合でも、この調節によ
って導波管の光学特性および構造と表面への接着の両方
に影響が及び、導波管３２０の周囲にクラッド層３１０
を使用することによってこれらの影響が分離される。熱
処理（たとえば、導波管材料のガラス転移温度より高い
温度）、または押し出される材料の粘性の調節、あるい
はその両方によって、押し出される材料をそれ自体の重
量の下で多少たわませることにより、導波管の横断面
を、その底部での壁面角度とは独立に変更することがで
きる。したがって、本発明によって、導波管の壁面角度
と横断面形状の両方がかなりの程度に制御できるように
なる。
【００２７】以上に鑑みると、本発明に従って表面上に
直接に導波管を押し出すことにより、スピン法による導
波管の形成に代わる、性能が改善され、厳しい表面トポ
ロジに対応できる、単純で安価な方法が提供される。複
数の導波管形状、輪郭および横断面と、クラッド層およ
び保護被覆のどれもが、材料の選択とノズル構造の置換
のみを要する本発明の変形によって形成できる。本発明
の実施には電子モジュールの設計、材料または構造の変
更は必要なく、本発明に従って、導波管を既存のモジュ
ールに追加することもできる。
直接に導波管を押し出すことにより、スピン法による導
波管の形成に代わる、性能が改善され、厳しい表面トポ
ロジに対応できる、単純で安価な方法が提供される。複
数の導波管形状、輪郭および横断面と、クラッド層およ
び保護被覆のどれもが、材料の選択とノズル構造の置換
のみを要する本発明の変形によって形成できる。本発明
の実施には電子モジュールの設計、材料または構造の変
更は必要なく、本発明に従って、導波管を既存のモジュ
ールに追加することもできる。
【００２８】単一の好ましい実施例に関して本発明を説
明してきたが、当業者なら、頭記の特許請求の範囲の趣
旨および範囲を逸脱せずに変更を加えて本発明が実施で
きることを理解するであろう。
明してきたが、当業者なら、頭記の特許請求の範囲の趣
旨および範囲を逸脱せずに変更を加えて本発明が実施で
きることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波管の押出し用装置の概略図である。
【図２】光導波管の好ましい位置を示す、例示の電子回
路モジュールの頂面の簡略化した線図である。
路モジュールの頂面の簡略化した線図である。
【図３】本発明の１実施例による、１つまたは複数の層
を含む導波管を押し出すためのノズルの概略図である。
を含む導波管を押し出すためのノズルの概略図である。
【図４】導波管とその同心クラッド層を同時に押し出す
ためのノズルの概略図である。
ためのノズルの概略図である。
【図５】本発明に従って得ることのできる導波管の横断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図６】本発明に従って得ることのできる、図５とは異
なる導波管の横断面を示す図である。
なる導波管の横断面を示す図である。
１００ 装置 １１０ 材料ポンプおよび貯液槽 １２０ 導波管材料 １３０ 押出しノズル １４０ ノズル高センサ構造 １４５ ノズル高変換器 １５０ 表面 １６０ チップ １６５ クロック・チップ １７０ 並進テーブル １８０ 光導波管 ２００ カーテン ２４０ 仕切り ２２０ 層 ２３０ 層 ３００ 壁面角度 ３１０ クラッド層 ３２０ 導波管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ジョーゼフ・マクドナ アメリカ合衆国 12524 ニューヨーク州 フィッシュキル バージニア・アベニュ ー 27 (72)発明者 ゴードン・ジェイ・ロビンズ アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンガーズ・フォールズ ロージ ー・ロード アール・ディー ７号 (72)発明者 ロバート・リーヴズ・ショー アメリカ合衆国 12603 ニューヨーク州 ポーキープシー パイン・リッジ・ロー ド ５
Claims (12)
- 【請求項１】押出しノズルを表面から所定の距離だけ上
方に位置決めするステップと、 前記押出しノズルを通して粘性材料を押し出すステップ
と、 前記ノズルと前記表面を相対的に移動するステップと、 前記ノズルと前記表面の間で前記粘性材料の張力を所定
の水準に維持するステップとを含む、表面上に導波管を
形成する方法。 - 【請求項２】前記ノズルが、少なくとも１つの区切りを
含み、前記押出しステップが、前記押出しノズルを通し
て、前記少なくとも１つの区切りによって分離された粘
性材料を同時に押し出すステップを含むことを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】さらに、前記押し出された材料をパターン
形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】さらに、前記表面に対する処理操作を実行
するステップを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】前記処理操作が、前記表面に界面活性剤を
塗布するステップを含むことを特徴とする、請求項４に
記載の方法。 - 【請求項６】前記処理操作が、前記表面をプラズマにさ
らすステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載
の方法。 - 【請求項７】さらに、前記表面に対する処理操作を実行
するステップを含む、請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】前記処理操作が、前記表面に界面活性剤を
塗布するステップを含むことを特徴とする、請求項７に
記載の方法。 - 【請求項９】前記処理操作が、前記表面をプラズマにさ
らすステップを含むことを特徴とする、請求項７に記載
の方法。 - 【請求項１０】前記表面が、電子モジュールの表面であ
ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】前記電子モジュールの上にチップが取り
付けられ、前記チップの間に前記粘性材料が付着される
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。 - 【請求項１２】押出しノズルを表面から所定の距離だけ
上方に位置決めするステップと、 前記押出しノズルを通して粘性材料を押し出すステップ
と、 前記ノズルと前記表面を相対的に移動するステップと、 前記ノズルと前記表面の間で前記粘性材料の張力を所定
の水準に維持するステップとを含む工程によって、表面
上に形成された導波管。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/922,267 US5317657A (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Extrusion of polymer waveguides onto surfaces |
| US922267 | 1992-07-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682643A true JPH0682643A (ja) | 1994-03-25 |
| JPH0812303B2 JPH0812303B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=25446796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5144591A Expired - Lifetime JPH0812303B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-06-16 | 基板表面上にポリマー光導波管を形成する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5317657A (ja) |
| JP (1) | JPH0812303B2 (ja) |
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| JP2003107263A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-09 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 光導波路の製造方法 |
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| WO2018139652A1 (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 学校法人慶應義塾 | Ｇｉ型光導波路の製造方法 |
| WO2024252770A1 (ja) * | 2023-06-05 | 2024-12-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光伝送路及びその製造方法 |
Families Citing this family (20)
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|---|---|---|---|---|
| AU4605696A (en) * | 1994-12-14 | 1996-07-03 | Northwestern University | Self-assembled superlattices and waveguides prepared for use therewith |
| JP3819095B2 (ja) * | 1996-01-05 | 2006-09-06 | 富士ゼロックス株式会社 | 光伝送路形成方法、光伝送路形成装置および光回路 |
| US6343171B1 (en) | 1998-10-09 | 2002-01-29 | Fujitsu Limited | Systems based on opto-electronic substrates with electrical and optical interconnections and methods for making |
| US6684007B2 (en) | 1998-10-09 | 2004-01-27 | Fujitsu Limited | Optical coupling structures and the fabrication processes |
| US6845184B1 (en) | 1998-10-09 | 2005-01-18 | Fujitsu Limited | Multi-layer opto-electronic substrates with electrical and optical interconnections and methods for making |
| US6690845B1 (en) | 1998-10-09 | 2004-02-10 | Fujitsu Limited | Three-dimensional opto-electronic modules with electrical and optical interconnections and methods for making |
| US6611635B1 (en) | 1998-10-09 | 2003-08-26 | Fujitsu Limited | Opto-electronic substrates with electrical and optical interconnections and methods for making |
| US6785447B2 (en) | 1998-10-09 | 2004-08-31 | Fujitsu Limited | Single and multilayer waveguides and fabrication process |
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