CN105518499A - 光波导形成用树脂组合物、光波导形成用树脂膜和使用它们的光波导 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光波导用树脂组合物、光波导用树脂膜和使用它们的光波导,所述光波导用树脂组合物可溶于碱性水溶液,能够通过碱显影进行所要求的图案化,并且波长830~850nm时的光传播损失优异。本发明的光波导用树脂组合物含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂,紫外线照射后进行了加热固化时的折射率A与进行紫外线照射接着浸渍于碱显影液后进行了加热固化时的折射率B的关系为A>B。对于使用本发明的树脂组合物通过碱显影制作的光波导,在形成芯层的芯图案周围的至少一部分具有与芯图案中心部相比折射率低的表面部位,因此能够得到抑制在芯层中传播的光向包覆层漏出的效果,从而能够实现低光传播损失化。
Description
技术领域
本发明涉及光波导用树脂组合物、光波导形成用树脂膜和使用它们的光波导,尤其涉及透明性(低光传播损失)优异并且可溶于碱性水溶液的光波导用树脂组合物、由该树脂组合物构成的光波导用树脂膜和使用它们的光波导。
背景技术
近年来,在电子元件间、配线基板间的高速、高密度信号传输中,对于以往利用电气配线进行的传输,信号的相互干涉、衰减成为障碍,开始可见高速、高密度化的极限。为了打破该极限,研究了用光连接电子元件间、配线基板间的技术,即所谓的光互连。作为光的传输路径,从加工容易性、低成本、配线的自由度高、并且能够高密度化方面出发,聚合物光波导备受关注。
作为聚合物光波导的形态,认为如下类型合适:在设想应用于光电混载基板的玻璃环氧树脂基板上制作的类型、不带有设想连接板彼此的硬支撑基板的柔性类型。
对于聚合物光波导,从所应用的器械的使用环境、部件安装等观点出发,要求透明性(低光传播损失)的同时还要求高耐热性。此外,根据光配线设计的自由度提高、设备的高功能化、工序简化等要求,期望是通过曝光、显影能够自由形成所要求的图案的材料。作为显影方法,可设想溶剂显影型和碱显影型,但从环境负荷、安全性的观点出发,期望碱显影型。作为应对这样的要求的光波导材料,已知使用了(甲基)丙烯酸聚合物的材料(例如,参照专利文献1)。
然而,该专利文献中记载的使用了(甲基)丙烯酸聚合物的光波导用树脂组合物虽然能够进行碱显影,并且在波长850nm时具有0.3dB/cm的光传播损失,但是对于所要求的利用光的高速、高密度信号传输,该数值未必充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第4241874号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的,其目的在于,提供一种光波导用树脂组合物、光波导用树脂膜和使用它们的光波导,所述光波导用树脂组合物可溶于碱性水溶液,能够通过碱显影进行所要求的图案化,并且波长830~850nm时的光传播损失优异。
本发明人等反复进行了深入研究,结果发现:通过满足特定测定条件下折射率的行为条件,或者通过使用特定的化合物,能够得到具有优异的透明性(低光传播损失)并且优选能够进行碱显影的光波导用树脂组合物、光波导用树脂膜和使用它们的光波导,所述光波导用树脂组合物是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物。
即,本发明涉及以下各项发明。
(1)一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率A与折射率B的关系为A>B的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以处于160~180℃范围的预定温度(T1)和处于0.5~3小时范围的预定时间(H1)加热后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,
所述折射率B是通过将组合物形成为膜状,以上述预定的照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以温度处于20~40℃范围的预定温度(T2)和时间处于1~5分钟范围的预定时间(H2)浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度(C1)的碳酸钾水溶液中,之后以上述预定温度(T1)加热上述预定时间(H1)后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
(2)一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率A与折射率C的关系为A-C≥0.003的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以处于160~180℃范围的预定温度(T1)加热处于0.5~3小时范围的预定时间(H1)后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm)后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
(3)一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率A、折射率C与折射率D的关系为A-C>D-C的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以处于160~180℃范围的预定温度(T1)加热处于0.5~3小时范围的预定时间(H1)后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm)后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率,
所述折射率D是通过将组合物形成为膜状,以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以上述预定温度(T2)和时间(H2)浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度(C1)的碳酸钾水溶液中后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
(4)上述(1)~(3)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率C与折射率D的关系为C<D的组合物,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm)后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,
所述折射率D是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以温度处于20~40℃范围的预定温度(T2)和时间处于1~5分钟范围的预定时间(H2)浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度(C1)的碳酸钾水溶液中后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
(5)如上述(1)~(4)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分是具有羧基的碱溶性聚合物,(B)成分包含1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。
(6)一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,(A)成分是具有羧基的碱溶性聚合物,(B)成分包含1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。
(7)如上述(5)或(6)所述的光波导形成用树脂组合物,上述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是1分子中包含脂肪族环或芳香族环的化合物。
(8)如上述(5)~(7)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,上述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是分子中具有至少1个环氧基和至少1个乙烯性不饱和基的化合物。
(9)如上述(5)~(8)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,上述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是分子中具有双酚骨架的化合物。
(10)如上述(5)~(9)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,作为(B)成分,除了1分子中包含环氧基和乙烯性不饱和基的化合物以外,还含有1分子中包含2个以上乙烯性不饱和基的化合物和1分子中包含2个以上环氧基的化合物中的至少任一种。
(11)如上述(5)~(10)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)具有羧基的聚合物的重均分子量为1,000~3,000,000。
(12)如上述(1)~(11)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)具有羧基的聚合物是主链具有马来酰亚胺骨架的聚合物。
(13)如上述(1)~(12)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为10~85质量%,(B)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为15~90质量%,(C)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量100质量份为0.1~10质量份。
(14)如上述(13)所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为10~65质量%,(B)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为35~90质量%。
(15)一种光波导形成用树脂膜,其包含使用上述(1)~(14)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物得到的树脂层。
(16)如上述(15)所述的光波导形成用树脂膜,其是由基材膜、树脂层和保护膜构成的3层结构。
(17)一种光波导,其下部包覆层、芯部、上部包覆层中的至少一者是使用上述(1)~(14)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物或者上述(15)或(16)所述的光波导形成用树脂膜形成的。
(18)如上述(17)所述的光波导,其使用上述光波导形成用树脂组合物或上述光波导形成用树脂膜作为上述芯部。
(19)如上述(18)所述的光波导,其特征在于,光主要在形成于上述芯部的内侧的高折射率部位传播。
(20)上述(17)~(19)中任一项所述的光波导,波长850nm时的光传播损失小于或等于0.15dB/cm。
(21)一种光波导的制造方法,包括如下工序:将形成下部包覆层、芯部、上部包覆层中的至少一者的上述(1)~(14)中任一项所述的光波导形成用树脂组合物或者上述(15)或(16)所述的光波导形成用树脂膜层叠的工序;曝光的工序;用碱显影液进行显影的工序;以及热固化的工序。
发明效果
本发明的光波导用树脂组合物和使用其得到的光波导用树脂膜可溶于碱性水溶液,能够比较自由地进行图案形成,就使用它们制造的光波导而言,透明性优异,而且图案形状也良好,光传播损失低。
附图说明
图1是表示使用本发明的光波导形成用树脂组合物制作的光波导的例子的截面图。
图2是表示本发明的光波导的构成例的截面图。
图3是表示将光波导形成用树脂膜用于下部包覆层、芯部和上部包覆层而形成的光波导的制造方法的截面图。
具体实施方式
本发明人等发现了如下现象:对于碱显影中使用的光波导形成用树脂组合物,通过碱显影工艺形成芯部时,芯图案的表层折射率上升,在芯部中传播的光向外部漏出,因此全光线透过率降低,由此光损失恶化。并且分析其原因而设想了聚合物的折射率Lorentz-Lorenz式的近似式
[式1]
折射率n≒常数a×极化(α)×材料密度(V)+b(1),
由该式判断是因为,碱显影时碱阳离子(例如钾离子)侵入所形成的图案表层,由此极化(α)增加。于是,为了消除该现象,着眼于上述式的材料密度(V),并且设想,如果与表层的极化(α)增加相比,内部的材料密度(V)提高所带来的折射率上升效果更大,则与表层的折射率相比,应当能够提高内部的折射率,由此从材料整体的特性、材料的成分方面进行研究并完成了本发明。
即,对于本发明的光波导形成用树脂组合物,第1形态是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率A与折射率B的关系为A>B的组合物,所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以处于160~180℃范围的预定温度(T1)加热处于0.5~3小时范围的预定时间(H1)后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,所述折射率B是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以温度处于20~40范围的预定温度(T2)和时间处于1~5分钟范围的预定时间(H2)浸渍于具有0.5~5质量%范围的预定浓度(C1)的碳酸钾水溶液中,之后以上述预定温度(T1)加热上述预定时间(H1)后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
由此,如果将该树脂组合物作为芯层形成用树脂而制成光波导,则通常形成芯图案时其周围会被暴露于例如碳酸钾水溶液等碱溶液,因此具有所形成的芯图案的周围表层的至少一部分比芯图案的中心折射率低的低折射率部位。由此,在芯图案中传播的光主要在芯图案中心附近传播,能够低光损失化。此外,通过在进行蚀刻、图案化后或在图案化的同时将该芯图案充分浸渍于上述碱溶液,从而在芯图案的周围例如芯图案的截面形状为矩形,并且其形成于下部包覆层上的情况下,能够在芯图案的两侧壁的2边或包括上边的3边形成低折射率部位,因此能够进一步低损失化。通过在低折射率部位的外侧进一步具有比其折射率低的下部包覆层或/和上部包覆层,能够进一步低光损失化。
此外,对于上述第1形态的组合物,折射率C与折射率D的关系优选为C<D,所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机照射例如2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm)后测定的、例如波长830nm下的折射率,所述折射率D是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机照射2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm),接着在具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度(C1)的碳酸钾水溶液(例如1质量%碳酸钾水溶液)中以例如温度30℃浸渍2分钟后测定的、波长830nm下的折射率。如果为这样的特性,则阳离子容易侵入图案的周围,通过由阳离子带来的加热固化时的热交联反应的抑制效果,与内部相比能够更加抑制表层附近的交联密度上升。由此,光主要在图案中心附近传播,因此能够低光损失化。可以说这在后述的第2形态和第3形态中也同样。
此外,在紫外线照射后也可预想到,暴露于碱水溶液的部位与未受碱水溶液影响的芯中心部相比,该树脂组合物多少会溶解于碱水溶液。其结果,能够推测:对于暴露于碱水溶液的部位,上述[式1]中的材料密度(V)的上升被抑制,从而形成低折射率。该现象也对上述光传播的低损失化有效。
对于本发明的光波导形成用树脂组合物,第2形态是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,上述组合物是折射率A与折射率C的关系为A-C≥0.003的组合物,所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm),接着以处于160~180℃范围的预定温度(T1)加热处于0.5~3小时范围的预定时间(H1)后测定的、处于830~850nm范围的预定波长(λ)下的折射率,所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,以上述预定照射量(X)照射紫外线(波长365nm)后测定的、上述预定波长(λ)下的折射率。
如果满足这样的特性,则热固化后的折射率的上升变大,与图案周边部的折射率的上升相比,能够使图案中心附近的折射率上升变大,由此光主要在图案中心部传播,从而能够低光传播损失化。
对于本发明的光波导形成用树脂组合物,第3形态是上述组合物的折射率A~D的关系为A-C>D-C的组合物。其意思是,因热固化而使材料密度上升所引起的折射率变动(上升)的程度大于因含有阳离子而使极化上升所引起的折射率变动(上升)。其结果,与含有阳离子所引起的折射率上升相比,能够增大因热固化而使材料密度降低所引起的折射率降低的贡献,这成为能够表现本发明的折射率差的一个必要条件。
作为具体的A-C的值,优选设为大于或等于0.003。此外,如果折射率差显著,则能够避免全光线透过率降低的低折射率部位的光传播。从以上观点出发,A-C更优选设为大于或等于0.005,特别优选为大于或等于0.008。
就上述第1~3形态的组合物而言,对在各条件下制作的试样测定的折射率需要不受材料物性以外的其他因素的影响。因此,对于相同形态的组合物对比折射率时,将紫外线的照射量、加热温度和时间、浸渍于碱显影液时的温度和时间的各条件以及折射率测定波长分别设为相同。此外,针对这些条件在上述规定的各范围能够基于制作本发明的光波导时实际采用的条件来决定。
其中,紫外线照射通常以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量(X)进行,优选使用处于光波导制作时经常使用的2000~3500mJ/cm2范围的预定照射量。进一步,如果使用处于在研究光波导制作条件时主要使用的2500~3500mJ/cm2范围的预定照射量,则能够进行折射率的标准性对比,因此可以将该范围用作更优选的范围。此外,如有需要,也可以对照度规定其范围。在该情况下,关于照度,以24mW/cm2为基准,使用处于20~30mW/cm2范围的预定照度。对于紫外线照射量以外的各条件,只要是上述范围的预定数值就没有问题。进一步,通常使折射率测定波长的范围包含在本发明的光波导主要利用的波长区域内。另外,折射率的测定也受测定温度的影响,因此在相同测定温度下进行折射率的对比。通常以15~30℃的室温区域的预定温度(例如25℃)进行测定。
基于以上原理,使用本发明的光波导形成用树脂组合物制作的光波导的例子如图1所示。在图1中,(a)是示意性表示光波导的截面图的图,(b)是将光波导中形成的芯部截面的一个(虚线所包围的部分)放大而拍摄的照片。如图1所示,在光波导1的芯图案2中,形成有中心部3和低折射率部位4。通过在低折射率部位4的外侧进一步配置折射率低的下部包覆层6、设于基材1上的上部包覆层5,能够将在芯图案2中传播的光之中正要向低折射率部位4的外侧漏出的成分有效地保留在芯图案2内。如果为这样的光波导,则在例如直线状的芯图案2中传播的光容易在芯图案中心部3中传播而使光损失低,并且因芯图案2的弯曲等而正要向芯图案2的外侧漏出的光会在折射率差更大的下部包覆层6、上部包覆层5与芯图案2的界面发生全反射,因此不易产生光损失。
用于实现上述第1~3形态的本发明的光波导形成用树脂组合物是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,(A)成分是具有羧基的碱溶性聚合物,(B)成分包含分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。通过使用这样的(A)成分和(B)成分,从而表现上述特性,由此,在图案中传播的光主要在图案中心附近传播,从而能够低光损失化。
以下,对本发明的光波导形成用组合物的各成分进行详细描述。
对于(A)成分
作为(A)成分的聚合物,一般优选为碱溶性,碱溶性聚合物是指具有碱溶性基团(例如,羧基、磺酸基、酚羟基、醇羟基、氨基等)的聚合物,只要是能够溶解于碱水溶液的聚合物即可。这样的聚合物没有特别限制,优选碱溶性的(甲基)丙烯酸聚合物。此外,作为碱溶性基团,优选羧基。
予以说明的是,(甲基)丙烯酸是指丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
作为(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物,只要溶解于包含碱性水溶液的显影液,并且具有能够进行目标显影处理的程度的溶解性就没有特别限制。作为优选,可列举例如(甲基)丙烯酸、各种(甲基)丙烯酸酯((甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯等)、(甲基)丙烯酰胺等(甲基)丙烯酸系单体,它们与其他含有聚合性不饱和基的单体(苯乙烯、α甲基苯乙烯、马来酸酐、N取代或无取代的马来酰亚胺单体等)等的聚合物。
它们之中,从透明性、耐热性、在碱性水溶液中的溶解性的观点出发,优选使用N取代马来酰亚胺的具有马来酰亚胺骨架的物质,更优选它与其他(甲基)丙烯酸系的共聚物。进一步优选使用主链包含下述通式(1)、(2)所表示的结构单元(A-1)和(A-2),还包含下述通式(3)、(4)所表示的结构单元(A-3)和(A-4)中的至少一方的碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物。
[化1]
(式中,R1~R3各自独立地表示氢原子、碳原子数1~20的有机基团中的任一个。)
[化2]
(式中,R4~R6各自独立地表示氢原子、碳原子数1~20的有机基团中的任一个。R7表示碳原子数1~20的有机基团。)
[化3]
(式中,R7~R9各自独立地表示氢原子、碳原子数1~20的有机基团中的任一个。)
[化4]
(式中,R10~R12和X1各自独立地表示氢原子、碳原子数1~20的有机基团中的任一个。)
作为通式(1)~(4)中的有机基团,可列举例如烷基、环烷基、芳基、芳烷基、羰基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氨甲酰基等1价或2价基团,它们可进一步被羟基、卤素原子、烷基、环烷基、芳基、芳烷基、羰基、烷氧基羰基、芳氧基羰基、氨甲酰基烷氧基、芳氧基、烷基硫基、芳基硫基、氨基、甲硅烷基等取代。
在(A)上述碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物中,来自马来酰亚胺骨架的结构单元(A-1)的含有率优选为3~50质量%。如果大于或等于3质量%,则能够得到来自马来酰亚胺的耐热性,如果小于或等于50质量%,则透明性充分,所得的树脂图案不会变脆。从以上观点出发,进一步优选为5~40质量%,特别优选为10~30质量%。
来自马来酰亚胺的结构单元(A-1)的结构只要是通式(1)所表示的结构就没有特别限制。
作为结构单元(A-1)的原料的马来酰亚胺,可列举例如:N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-丙基马来酰亚胺、N-异丙基马来酰亚胺、N-丁基马来酰亚胺、N-异丁基马来酰亚胺、N-2-甲基-2-丙基马来酰亚胺、N-戊基马来酰亚胺、N-2-戊基马来酰亚胺、N-3-戊基马来酰亚胺、N-2-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-3-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-3-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-己基马来酰亚胺、N-2-己基马来酰亚胺、N-3-己基马来酰亚胺、N-2-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-2-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-2-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-3-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-3-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-3-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-4-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-4-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-2,2-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-3,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-3,3-二甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-2,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2,3-二甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-羟基甲基马来酰亚胺、N-1-羟基乙基马来酰亚胺、N-2-羟基乙基马来酰亚胺、N-1-羟基-1-丙基马来酰亚胺、N-2-羟基-1-丙基马来酰亚胺、N-3-羟基-1-丙基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-丙基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-丙基马来酰亚胺、N-1-羟基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-1-丁基马来酰亚胺、N-3-羟基-1-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-丁基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-2-丁基马来酰亚胺、N-2-甲基-3-羟基-1-丙基马来酰亚胺、N-2-甲基-3-羟基-2-丙基马来酰亚胺、N-2-甲基-2-羟基-1-丙基马来酰亚胺、N-1-羟基-1-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-1-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-1-戊基马来酰亚胺、N-4-羟基-1-戊基马来酰亚胺、N-5-羟基-1-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-戊基马来酰亚胺、N-4-羟基-2-戊基马来酰亚胺、N-5-羟基-2-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-3-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-2-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-2-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,2-二甲基-1-丙基马来酰亚胺、N-3-羟基-2,2-二甲基-1-丙基马来酰亚胺、N-1-羟基-1-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-4-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-5-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-6-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-1-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-5-己基马来酰亚胺、N-2-羟基-6-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-1-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-3-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-4-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-5-己基马来酰亚胺、N-3-羟基-6-己基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-2-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-2-羟基-4-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-2-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-4-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-4-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-4-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-4-甲基、N-1-羟基-3-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-3-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-4-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-甲基-5-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-3-甲基-1-戊基马来酰亚胺、N-3-羟基-3-甲基-2-戊基马来酰亚胺、N-1-羟基-3-乙基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3-乙基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2-乙基-1-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-3-乙基-1-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-3-乙基-2-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-3-乙基-3-丁基马来酰亚胺、N-4-羟基-3-乙基-4-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,3-二甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,3-二甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,3-二甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2,3-二甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-2,3-二甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,2-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,2-二甲基-3-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-2,2-二甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3,3-二甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-2-羟基-3,3-二甲基-4-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-3,3-二甲基-1-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-3,3-二甲基-2-丁基马来酰亚胺、N-1-羟基-3,3-二甲基-4-丁基马来酰亚胺等烷基马来酰亚胺;N-环丙基马来酰亚胺、N-环丁基马来酰亚胺、N-环戊基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、N-环庚基马来酰亚胺、N-环辛基马来酰亚胺、N-2-甲基环己基马来酰亚胺、N-2-乙基环己基马来酰亚胺、N-2-氯环己基马来酰亚胺等环烷基马来酰亚胺;N-苯基马来酰亚胺、N-2-甲基苯基马来酰亚胺、N-2-乙基苯基马来酰亚胺、N-2-氯苯基马来酰亚胺等芳基马来酰亚胺等。
它们之中,从透明性和溶解性的观点出发,优选使用环烷基马来酰亚胺,进一步优选使用N-环己基马来酰亚胺、N-2-甲基环己基马来酰亚胺。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
在使用主链包含马来酰亚胺骨架的碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物作为(A)成分的情况下,来自(甲基)丙烯酸酯的结构单元(A-2)的含有率优选为20~90质量%。如果大于或等于20质量%,则能够得到来自(甲基)丙烯酸酯的透明性,如果小于或等于90质量%,则耐热性充分。从以上观点出发,进一步优选为25~85质量%,特别优选为30~80质量%。
来自(甲基)丙烯酸酯的结构单元(A-2)的结构只要是通式(2)所表示的结构就没有特别限制。
作为用于本发明的(A)成分的(在优选的例子中成为结构单元(A-2)的原料)(甲基)丙烯酸酯,可列举例如:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛基庚酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯、(甲基)丙烯酸十五烷基酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸二十二烷基酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-3-氯-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丁酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)琥珀酸酯等脂肪族(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸环戊酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸环戊酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)四氢邻苯二甲酸酯、单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)六氢邻苯二甲酸酯等脂环式(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸邻联苯酯、(甲基)丙烯酸-1-萘酯、(甲基)丙烯酸-2-萘酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸对枯基苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸邻苯基苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-1-萘氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-萘氧基乙酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基-3-苯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基-3-(邻苯基苯氧基)丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基-3-(1-萘氧基)丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基-3-(2-萘氧基)丙酯等芳香族(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸-2-四氢糠基酯、N-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酰亚胺、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-N-咔唑等杂环式(甲基)丙烯酸酯、它们的己内酯改性物等。
它们之中,从透明性和耐热性的观点出发,优选为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯等脂肪族(甲基)丙烯酸酯;上述脂环式(甲基)丙烯酸酯;上述芳香族(甲基)丙烯酸酯;上述杂环式(甲基)丙烯酸酯。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
在(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物中,来自具有羧基和不饱和乙烯性双键的化合物的结构单元(A-3)和(A-4)的含有率优选为3~60质量%。如果大于或等于3质量%,则容易溶解于包含碱性水溶液等的显影液,如果小于或等于60质量%,则在后述利用显影选择性去除感光性树脂组合物的层而形成图案的显影工序中,耐显影液性(未通过显影去除而成为图案的部分不被显影液侵害的性质)良好。从以上观点出发,进一步优选为5~50质量%,特别优选为10~40质量%。
来自具有羧基和乙烯性不饱和基的化合物的结构单元(A-3)和(A-4)的结构只要是通式(3)、(4)所表示的结构就没有特别限制。
作为结构单元(A-3)的原料的、具有羧基和乙烯性不饱和基的化合物,可列举例如(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、巴豆酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、肉桂酸等,它们之中,从透明性、碱溶性的观点出发,优选为(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、巴豆酸。
此外,也可以将马来酸酐用作原料,聚合后利用甲醇、乙醇、丙醇等适当的醇进行开环,从而转换成结构单元(A-3)的结构。这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
作为结构单元(A-4)的原料的、具有羧基和乙烯性不饱和基的化合物,可列举例如琥珀酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、邻苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、间苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、对苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、四氢邻苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢邻苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢间苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢对苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、ω-羧基-聚己内酯单(甲基)丙烯酸酯、3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸等。
它们之中,从透明性、碱溶性的观点出发,优选为琥珀酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、四氢邻苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢邻苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢间苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、六氢对苯二甲酸单(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
此外,(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物根据需要也可以包含结构单元(A-1)~(A-4)以外的结构单元。
作为这样的结构单元的原料的、具有乙烯性不饱和基的化合物没有特别限制,可列举例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯乙烯、乙酸乙烯酯、乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基咔唑、丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等。它们之中,从耐热性、透明性的观点出发,进一步优选使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、N-乙烯基咔唑。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物的合成方法没有特别限制,例如,能够通过如下方法得到:使用作为结构单元(A-1)的原料的马来酰亚胺、作为结构单元(A-2)的原料的(甲基)丙烯酸酯以及作为结构单元(A-3)和/或(A-4)的原料的、具有羧基和乙烯性不饱和基的化合物、进而根据需要的其他具有乙烯性不饱和基的化合物和适合的聚合引发剂(优选为自由基聚合引发剂),并使其共聚。此时,根据需要能够将有机溶剂用作反应溶剂。
作为本发明中使用的聚合引发剂,没有特别限制,可列举例如过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化甲基环己酮等过氧化酮;1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-2-甲基环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔己基过氧化)环己烷、1,1-双(叔己基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷等过氧化缩酮;对薄荷烷过氧化氢等氢过氧化物;α,α’-双(叔丁基过氧化)二异丙基苯、二枯基过氧化物、叔丁基枯基过氧化物、二叔丁基过氧化物等二烷基过氧化物;过氧化辛酰、过氧化月桂酰、过氧化硬脂酰、过氧化苯甲酰等二酰基过氧化物;过氧化二碳酸双(4-叔丁基环己基)酯、过氧化二碳酸二-2-乙氧基乙酯、过氧化二碳酸二-2-乙基己酯、过氧化碳酸二-3-甲氧基丁酯等过氧化碳酸酯;过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔己酯、过氧化-2-乙基己酸-1,1,3,3-四甲基丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(2-乙基己酰基过氧化)己烷、过氧化-2-乙基己酸叔己酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔己酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化月桂酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基单碳酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔己酯、2,5-二甲基-2,5-双(苯甲酰过氧化)己烷、过氧化乙酸叔丁酯等过氧化酯;2,2’-偶氮双异丁腈、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(4-甲氧基-2’-二甲基戊腈)等偶氮化合物等。
作为用作上述反应溶剂的有机溶剂,只要是能够溶解(A)碱溶性聚合物的溶剂就没有特别限制,可列举例如:甲苯、二甲苯、均三甲苯、枯烯、对伞花烃等芳香族烃;四氢呋喃、1,4-二烷等环状醚;甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇等醇;丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮等酮;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、γ-丁内酯等酯;碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯;乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚等多元醇烷基醚;乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯等多元醇烷基醚乙酸酯;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺等。
这些有机溶剂能够单独使用或组合2种以上使用。
进一步,(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物根据需要可以在侧链包含乙烯性不饱和基。其组成、合成方法没有特别限制,例如能够通过使具有至少1个乙烯性不饱和基和环氧基、氧杂环丁烷基、异氰酸酯基、羟基、羧基等中的1个官能团的化合物与上述(A)(甲基)丙烯酸聚合物发生加成反应来向侧链导入乙烯性不饱和基。
作为这些化合物,没有特别限制,可列举:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-α-乙基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-α-丙基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-α-丁基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-甲基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-丙基缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-3,4-环氧丁酯、(甲基)丙烯酸-3,4-环氧庚酯、(甲基)丙烯酸-α-乙基-6,7-环氧庚酯、(甲基)丙烯酸-3,4-环氧环己基甲酯、邻乙烯基苄基缩水甘油醚、间乙烯基苄基缩水甘油醚、对乙烯基苄基缩水甘油醚等具有乙烯性不饱和基和环氧基的化合物;(甲基)丙烯酸(2-乙基-2-氧杂环丁烷基)甲酯、(甲基)丙烯酸(2-甲基-2-氧杂环丁烷基)甲酯、(甲基)丙烯酸-2-(2-乙基-2-氧杂环丁烷基)乙酯、(甲基)丙烯酸-2-(2-甲基-2-氧杂环丁烷基)乙酯、(甲基)丙烯酸-3-(2-乙基-2-氧杂环丁烷基)丙酯、(甲基)丙烯酸-3-(2-甲基-2-氧杂环丁烷基)丙酯等具有乙烯性不饱和基和氧杂环丁烷基的化合物;2-(甲基)丙烯酰氧基乙基异氰酸酯等具有乙烯性不饱和基和异氰酸酯基的化合物;(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-3-氯-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丁酯等具有乙烯性不饱和基和羟基的化合物;(甲基)丙烯酸、巴豆酸、肉桂酸、琥珀酸(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酯、(甲基)丙烯酸-2-邻苯二甲酰基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-四氢邻苯二甲酰基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-六氢邻苯二甲酰基乙酯、ω-羧基-聚己内酯单(甲基)丙烯酸酯、3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸等具有乙烯性不饱和基和羧基的化合物等。
它们之中,从透明性和反应性的观点出发,优选为(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-3,4-环氧环己基甲酯、异氰酸乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸、巴豆酸、(甲基)丙烯酸-2-六氢邻苯二甲酰基乙酯。这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用。
(A)碱溶性聚合物的重均分子量优选为1,000~3,000,000。如果大于或等于1,000,则由于分子量大,因此制成树脂组合物时固化物的强度充分,如果小于或等于3,000,000,则对包含碱性水溶液的显影液的溶解性、与(B)聚合性化合物的相溶性良好。从以上观点出发,进一步优选为3,000~2,000,000,特别优选为5,000~1,000,000。予以说明的是,本发明中的重均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定并经标准聚苯乙烯换算的值。
(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物可以规定酸值,以便在后述的通过显影选择性去除感光性树脂组合物的层而形成图案的工序中,能够利用公知的各种显影液进行显影。例如,在使用碳酸钠、碳酸钾、四甲基氢氧化铵、三乙醇胺等碱性水溶液进行显影的情况下,酸值优选为20~300mgKOH/g。如果大于或等于20mgKOH/g,则容易显影,如果小于或等于300mgKOH/g,则耐显影液性不会降低。从以上观点出发,进一步优选为30~250mgKOH/g,特别优选为40~200mgKOH/g。
在使用包含水或碱性水溶液和1种以上表面活性剂的碱性水溶液进行显影的情况下,酸值优选为10~260mgKOH/g。如果酸值大于或等于10mgKOH/g,则容易显影,如果小于或等于260mgKOH/g,则耐显影液性不会降低。从以上观点出发,进一步优选为20~250mgKOH/g,特别优选为30~200mgKOH/g。
(A)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量优选为10~85质量%。如果大于或等于10质量%,则光波导形成用树脂组合物的固化物的强度、可挠性充分,如果小于或等于85质量%,则曝光时通过(B)成分被缠结而容易固化,耐显影液性不会不足。从以上观点出发,进一步优选大于或等于10质量%,更优选大于或等于15质量%,特别优选大于或等于20质量%。此外,作为上限值,更优选小于或等于75质量%,特别优选小于或等于65质量%。此外,尤其从低光损失的观点出发,10~65质量%也是优异的范围。
以下,对本发明中使用的(B)成分进行说明。
作为(B)成分的聚合性化合物,优选包含1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。
它们表示例如使1分子内具有缩水甘油基的环氧树脂与(甲基)丙烯酸化合物反应而得到的环氧(甲基)丙烯酸酯,优选相对于环氧基使(甲基)丙烯酸化合物以0.1~0.9当量反应,更优选为0.2~0.8当量。特别优选为0.4~0.6当量。
具体而言,可列举:来自双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、四溴双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚AF型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚AD型环氧(甲基)丙烯酸酯、联苯型环氧(甲基)丙烯酸酯、萘型环氧(甲基)丙烯酸酯、芴型环氧(甲基)丙烯酸酯等2官能酚缩水甘油醚,氢化双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、氢化双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯、氢化2,2’-联苯酚型环氧(甲基)丙烯酸酯、氢化4,4’-联苯酚型环氧(甲基)丙烯酸酯等氢化2官能酚缩水甘油醚的物质;来自苯酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯、甲酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯、二环戊二烯-苯酚型环氧(甲基)丙烯酸酯、四羟苯基乙烷型环氧(甲基)丙烯酸酯等多官能酚缩水甘油醚的物质;来自聚乙二醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇型环氧(甲基)丙烯酸酯等2官能脂肪族醇缩水甘油醚的物质;来自环己烷二甲醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇型环氧(甲基)丙烯酸酯等2官能脂环式醇缩水甘油醚的物质;来自三羟甲基丙烷型环氧(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、甘油型环氧(甲基)丙烯酸酯等多官能脂肪族醇缩水甘油醚的物质;来自邻苯二甲酸二缩水甘油酯等2官能芳香族缩水甘油酯的物质;来自四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯等2官能脂环式缩水甘油酯的环氧(甲基)丙烯酸酯等。
它们之中,从透明性和高折射率、耐热性的观点出发,优选双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚AF型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚AD型环氧(甲基)丙烯酸酯、联苯型环氧(甲基)丙烯酸酯、萘型环氧(甲基)丙烯酸酯、芴型环氧(甲基)丙烯酸酯、苯酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯、甲酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇型环氧(甲基)丙烯酸酯等包含脂肪族环或芳香族环的环氧(甲基)丙烯酸酯。其中,优选分子中具有双酚骨架的化合物。
作为(B)成分的聚合性化合物,除了上述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物以外,从显影性、耐热性的观点出发,优选还含有1分子中包含2个以上乙烯性不饱和基的化合物和1分子中包含2个以上环氧基的化合物中的至少任一种。
予以说明的是,在本发明的组合物的上述第1形态中,也有可能存在不包含具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物的情况。
作为上述1分子中包含2个以上乙烯性不饱和基的化合物,可列举例如(甲基)丙烯酸酯、偏二卤乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯、乙烯基吡啶、乙烯基酰胺、芳基乙烯等,它们之中,从透明性的观点出发,优选为(甲基)丙烯酸酯、芳基乙烯。作为(甲基)丙烯酸酯,能够使用2官能的物质或多官能的物质中的任一种。
作为2官能(甲基)丙烯酸酯,可列举例如:乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化2-甲基-1,3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等脂肪族(甲基)丙烯酸酯;环己烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化环己烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化环己烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化环己烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化氢化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化氢化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化氢化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化氢化双酚F二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化氢化双酚F二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化氢化双酚F二(甲基)丙烯酸酯等脂环式(甲基)丙烯酸酯;乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚F二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化双酚F二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化双酚F二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚AF二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化双酚AF二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化双酚AF二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化芴型二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化芴型二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化芴型二(甲基)丙烯酸酯等芳香族(甲基)丙烯酸酯;乙氧基化异氰脲酸二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化异氰脲酸二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化异氰脲酸二(甲基)丙烯酸酯等杂环式(甲基)丙烯酸酯;它们的己内酯改性物;新戊二醇型环氧(甲基)丙烯酸酯等脂肪族环氧(甲基)丙烯酸酯;环己烷二甲醇型环氧(甲基)丙烯酸酯、氢化双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、氢化双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯等脂环式环氧(甲基)丙烯酸酯;间苯二酚型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯、双酚AF型环氧(甲基)丙烯酸酯、芴型环氧(甲基)丙烯酸酯等芳香族环氧(甲基)丙烯酸酯等。
它们之中,从透明性和耐热性的观点出发,优选为上述脂环式(甲基)丙烯酸酯、上述芳香族(甲基)丙烯酸酯、上述杂环式(甲基)丙烯酸酯、上述脂环式环氧(甲基)丙烯酸酯、上述芳香族环氧(甲基)丙烯酸酯。
作为3官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯,可列举例如三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基)丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等脂肪族(甲基)丙烯酸酯;乙氧基化异氰脲酸三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化异氰脲酸三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化丙氧基化异氰脲酸三(甲基)丙烯酸酯等杂环式(甲基)丙烯酸酯;它们的己内酯改性物;苯酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯、甲酚酚醛清漆型环氧(甲基)丙烯酸酯等芳香族环氧(甲基)丙烯酸酯等。
它们之中,从透明性和耐热性的观点出发,优选为杂环式(甲基)丙烯酸酯、芳香族环氧(甲基)丙烯酸酯。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用,进一步也能够与其他聚合性化合物组合使用。
在使用上述具有乙烯性不饱和基的化合物的情况下,其含量相对于(B)成分的聚合性化合物的总量100质量份优选为10~90质量份,更优选为30~80质量份。特别优选为40~70质量份。
如果包含上述1分子中包含2个以上环氧基的化合物,则能够与来自上述(A)成分的碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物的羧基之间发生所谓的环氧羧酸酯化反应而交联,从而提高耐热性、强度。能够使用2官能的物质或多官能的物质中的任一种。
具体而言,可列举:双酚A型环氧树脂、四溴双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AF型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂等2官能酚缩水甘油醚;氢化双酚A型环氧树脂、氢化双酚F型环氧树脂、氢化2,2’-联苯酚型环氧树脂、氢化4,4’-联苯酚型环氧树脂等氢化2官能酚缩水甘油醚;苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、二环戊二烯-苯酚型环氧树脂、四羟苯基乙烷型环氧树脂等多官能酚缩水甘油醚;聚乙二醇型环氧树脂、聚丙二醇型环氧树脂、新戊二醇型环氧树脂、1,6-己二醇型环氧树脂等2官能脂肪族醇缩水甘油醚;环己烷二甲醇型环氧树脂、三环癸烷二甲醇型环氧树脂等2官能脂环式醇缩水甘油醚;三羟甲基丙烷型环氧树脂、山梨糖醇型环氧树脂、甘油型环氧树脂等多官能脂肪族醇缩水甘油醚;邻苯二甲酸二缩水甘油酯等2官能芳香族缩水甘油酯;四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯等2官能脂环式缩水甘油酯;N,N-二缩水甘油苯胺、N,N-二缩水甘油基三氟甲基苯胺等2官能芳香族缩水甘油胺;N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4-二氨基二苯基甲烷、1,3-双(N,N-缩水甘油基氨基甲基)环己烷、N,N,O-三缩水甘油基-对氨基苯酚等多官能芳香族缩水甘油胺;脂环族二环氧乙缩醛、脂环族二环氧己二酸、脂环族二环氧羧酸酯、二氧化乙烯基环己烯等2官能脂环式环氧树脂;2,2-双(羟基甲基)-1-丁醇的1,2-环氧-4-(2-环氧乙烷基)环己烷加成物等多官能脂环式环氧树脂;三缩水甘油基异氰脲酸酯等多官能杂环式环氧树脂;有机聚硅氧烷型环氧树脂等2官能或多官能含硅环氧树脂等。
它们之中,从透明性和耐热性的观点出发,优选为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AF型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂等2官能酚缩水甘油醚;上述氢化2官能酚缩水甘油醚;上述多官能酚缩水甘油醚;上述2官能脂环式醇缩水甘油醚;上述2官能芳香族缩水甘油酯;上述2官能脂环式缩水甘油酯;上述2官能脂环式环氧树脂;上述多官能脂环式环氧树脂;上述多官能杂环式环氧树脂;上述2官能或多官能含硅环氧树脂。
这些化合物能够单独使用或组合2种以上使用,还能够进一步与其他聚合性化合物组合使用。
此外,作为(B)成分的聚合性化合物,进一步从耐热性的观点出发,优选还使用上述以外的、1分子中包含选自由脂环结构、芳基、芳氧基和芳烷基组成的组中的至少1种以及乙烯性不饱和基的化合物中的1种以上。具体而言,可列举包含选自由脂环结构、芳基、芳氧基和芳烷基组成的组中的至少1种的(甲基)丙烯酸酯或N-乙烯基咔唑等。予以说明的是,芳基表示例如苯基、萘基等芳香族烃基,咔唑基等芳香族杂环式基团。
另外,在本发明的组合物的上述第1形态、上述第2形态中,也有可能存在不包含具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物、而是使用上述化合物的情况。
更具体而言,作为(B)成分的聚合性化合物,优选使用下述通式(5)~(8)所表示的化合物中的至少1种。或者,使用下述通式(5)~(8)所表示的包含芳基和乙烯性不饱和基的化合物中的至少1种作为(B)成分的聚合性化合物,也是优选的形态。
[化5]
(式中,Ar表示
[化6]
中的任一基团。
X2表示O(氧原子)、S(硫原子)、OCH2、SCH2、O(CH2CH2O)a、O[CH2CH(CH3)O]b、OCH2CH(OH)CH2O中的任一2价基团。
Y1表示
[化7]
中的任一2价基团(结合链位于各结构的左右)。R13表示氢原子、甲基中的任一个。R14~R30各自独立地表示氢原子、氟原子、碳原子数1~20的有机基团、碳原子数1~20的含氟有机基团中的任一个。a和b各自独立地表示1~20的整数,c表示2~10的整数。)
[化8]
(式中,R31表示
[化9]
中的任一基团。R32~R34各自独立地表示氢原子、甲基中的任一个。d表示1~10的整数。)
[化10]
(式中,X3和X4各自独立地表示O、S、O(CH2CH2O)e、O[CH2CH(CH3)O]f中的任一2价基团。
Y2表示
[化11]
中的任一2价基团(结合链位于各结构的左右)。
R35和R40各自独立地表示氢原子、甲基中的任一个。R36~R39各自独立地表示氢原子、氟原子、碳原子数1~20的有机基团、碳原子数1~20的含氟有机基团中的任一个。e和f各自独立地表示1~20的整数,g表示2~10的整数。)
[化12]
(式中,Y3表示
[化13]
中的任一2价基团(结合链位于各结构的左右)。R41和R46各自独立地表示氢原子、甲基中任一个。R42~R45各自独立地表示氢原子、氟原子、碳原子数1~20的有机基团、碳原子数1~20的含氟有机基团中的任一个。h表示1~5的整数,i表示2~10的整数。)
予以说明的是,作为通式(5)~(8)中的有机基团,可列举与通式(1)~(4)中说明的基团同样的例子。
(B)成分的聚合性化合物的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量优选为15~90质量%。如果大于或等于15质量%,则容易将(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物缠结并进行固化,从而耐显影液性不会不足。此外,如果小于或等于90质量%,则固化膜的膜强度、可挠性充分。从以上观点出发,进一步优选为30~80质量%。
以下,对本发明中使用的(C)成分进行说明。
作为(C)成分的聚合引发剂,只要是通过加热或照射紫外线等而引发聚合的物质就没有特别限制,例如在使用具有乙烯性不饱和基的化合物作为(B)成分的聚合性化合物的情况下,可列举热自由基聚合引发剂、光自由基聚合引发剂等,从固化速度快且能够常温固化的方面出发,优选为光自由基聚合引发剂。
作为热自由基聚合引发剂,可列举例如:过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化甲基环己酮等过氧化酮;1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-2-甲基环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔己基过氧化)环己烷、1,1-双(叔己基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷等过氧化缩酮;对薄荷烷过氧化氢等氢过氧化物;α,α’-双(叔丁基过氧化)二异丙基苯、二枯基过氧化物、叔丁基枯基过氧化物、二叔丁基过氧化物等二烷基过氧化物;过氧化辛酰、过氧化月桂酰、过氧化硬脂酰、过氧化苯甲酰等二酰基过氧化物;过氧化二碳酸双(4-叔丁基环己基)酯、过氧化二碳酸二-2-乙氧基乙酯、过氧化二碳酸二-2-乙基己酯、过氧化碳酸二-3-甲氧基丁酯等过氧化碳酸酯;过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔己酯、过氧化-2-乙基己酸-1,1,3,3-四甲基丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(2-乙基己酰基过氧化)己烷、过氧化-2-乙基己酸叔己酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔己酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化月桂酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基单碳酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔己酯、2,5-二甲基-2,5-双(苯甲酰过氧化)己烷、过氧化乙酸叔丁酯等过氧化酯;2,2’-偶氮双异丁腈、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(4-甲氧基-2’-二甲基戊腈)等偶氮化合物等。
它们之中,从固化性、透明性和耐热性的观点出发,优选为上述二酰基过氧化物、上述过氧化酯、上述偶氮化合物。
作为光自由基聚合引发剂,可列举例如:2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮等苯偶姻缩酮;1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮等α-羟基酮;2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁烷-1-酮、1,2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1-酮等α-氨基酮;1-[(4-苯硫基)苯基]-1,2-辛二酮-2-(苯甲酰基)肟等肟酯;双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦等氧化膦;2-(邻氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚物、2-(邻氯苯基)-4,5-二(甲氧基苯基)咪唑二聚物、2-(邻氟苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚物、2-(邻甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚物、2-(对甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚物等2,4,5-三芳基咪唑二聚物;二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲酮、N,N’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲酮、4-甲氧基-4’-二甲基氨基二苯甲酮等二苯甲酮化合物;2-乙基蒽醌、菲醌、2-叔丁基蒽醌、八甲基蒽醌、1,2-苯并蒽醌、2,3-苯并蒽醌、2-苯基蒽醌、2,3-二苯基蒽醌、1-氯蒽醌、2-甲基蒽醌、1,4-萘醌、9,10-菲醌、2-甲基-1,4-萘醌、2,3-二甲基蒽醌等醌化合物;苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻苯醚等苯偶姻醚;苯偶姻、甲基苯偶姻、乙基苯偶姻等苯偶姻化合物;苯偶酰二甲基缩酮等苯偶酰化合物;9-苯基吖啶、1,7-双(9,9’-吖啶基庚烷)等吖啶化合物:N-苯基吖啶、香豆素等。
此外,在上述2,4,5-三芳基咪唑二聚物中,可以提供2个三芳基咪唑部位的芳基的取代基相同且对称的化合物,也可以提供2个三芳基咪唑部位的芳基的取代基不同而不对称的化合物。此外,也可以像二乙基噻吨酮与二甲基氨基苯甲酸的组合那样,将噻吨酮化合物与叔胺组合。
它们之中,从固化性、透明性和耐热性的观点出发,优选为上述α-羟基酮、上述氧化膦。这些热和光自由基聚合引发剂能够单独使用或组合2种以上使用。进一步还能够与适宜的敏化剂组合使用。
此外,在使用环氧树脂作为(B)成分的聚合性化合物的情况下,作为(C)成分的聚合引发剂,可列举热阳离子聚合引发剂、光阳离子聚合引发剂等,但从固化速度快且能够常温固化的方面出发,优选为光阳离子聚合引发剂。
作为热阳离子聚合引发剂,可列举例如对烷氧基苯基苄基甲基硫六氟锑酸盐等苄基硫盐;苄基对氰基吡啶六氟锑酸盐、1-萘基甲基邻氰基吡啶六氟锑酸盐、肉桂基邻氰基吡啶六氟锑酸盐等吡啶盐;苄基二甲基苯基铵六氟锑酸盐等苄基铵盐等。
它们之中,从固化性、透明性和耐热性的观点出发,优选为上述苄基硫盐。
作为光阳离子聚合引发剂,可列举例如对甲氧基苯重氮六氟磷酸盐等芳基重氮盐;二苯基碘六氟磷酸盐、二苯基碘六氟锑酸盐等二芳基碘盐;三苯基硫六氟磷酸盐、三苯基硫六氟锑酸盐、二苯基-4-硫代苯氧基苯基硫六氟磷酸盐、二苯基-4-硫代苯氧基苯基硫六氟锑酸盐、二苯基-4-硫代苯氧基苯基硫五氟羟基锑酸盐等三芳基硫盐;三苯基硒六氟磷酸盐、三苯基硒四氟硼酸盐、三苯基硒六氟锑酸盐等三芳基硒盐;二甲基苯甲酰甲基硫六氟锑酸盐、二乙基苯甲酰甲基硫六氟锑酸盐等二烷基苯甲酰甲基硫盐;4-羟基苯基二甲基硫六氟锑酸盐、4-羟基苯基苄基甲基硫六氟锑酸盐等二烷基-4-羟基盐;α-羟基甲基苯偶姻磺酸酯、N-羟基酰亚胺磺酸酯、α-磺酰氧基酮、β-磺酰氧基酮等磺酸酯等。
它们之中,从固化性、透明性和耐热性的观点出发,优选为上述三芳基硫盐。这些热和光阳离子聚合引发剂能够单独使用或组合2种以上使用。进一步还能够与适宜的敏化剂组合使用。
(C)成分的聚合引发剂的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量100质量份优选为0.1~10质量份。如果大于或等于0.1质量份,则固化充分,如果小于或等于10质量份,则能够得到充分的光透过性。从以上观点出发,进一步优选为0.3~7质量份,特别优选为0.5~5质量份。
此外,除此之外,还可以根据需要以不对本发明效果产生不良影响的比例向本发明的光波导形成用树脂组合物中添加抗氧化剂、防黄变剂、紫外线吸收剂、可见光吸收剂、着色剂、增塑剂、稳定剂、填充剂等所谓的添加剂。
以下,对本发明的光波导形成用树脂组合物进行说明。
本发明的光波导形成用树脂组合物可以使用合适的有机溶剂进行稀释而以光波导形成用树脂清漆的形式使用。作为在此使用的有机溶剂,只要是能够溶解该树脂组合物的有机溶剂就没有特别限制,可列举例如:甲苯、二甲苯、均三甲苯、枯烯、对伞花烃等芳香族烃;四氢呋喃、1,4-二烷等环状醚;甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇等醇;丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮等酮;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、γ-丁内酯等酯;碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯;乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚等多元醇烷基醚;乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯等多元醇烷基醚乙酸酯;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺等。
它们之中,从溶解性和沸点的观点出发,优选为甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、N,N-二甲基乙酰胺。
这些有机溶剂能够单独使用或组合2种以上使用。此外,树脂清漆中的固体成分浓度通常优选为20~80质量%。
在调配光波导形成用树脂清漆时,优选通过搅拌进行混合。对于搅拌方法没有特别限制,但从搅拌效率的观点出发,优选使用螺旋桨的搅拌。对于搅拌时螺旋桨的旋转速度没有特别限制,优选为10~1,000rpm。如果大于或等于10rpm,则(A)~(C)成分以及有机溶剂各成分能够被充分混合,如果小于或等于1,000rpm,则由螺旋桨的旋转引起的气泡卷入变少。从以上观点出发,更优选为50~800rpm,特别优选为100~500rpm。对于搅拌时间没有特别限制,优选为1~24小时。如果为1小时,则(A)~(C)成分以及有机溶剂各成分能够被充分混合,如果小于或等于24小时,则能够缩短清漆调配时间。
调配的光波导形成用树脂清漆优选使用孔径小于或等于50μm的过滤器进行过滤。如果孔径小于或等于50μm,则能够去除大的异物等,清漆涂布时不会产生凹陷等,并且能够抑制在芯部中传播的光的散射。从以上观点出发,更优选使用孔径小于或等于30μm的过滤器进行过滤,特别优选使用孔径小于或等于10μm的过滤器进行过滤。
调配的光波导形成用树脂清漆优选在减压下进行脱泡。对于脱泡方法没有特别限制,作为具体例,能够使用真空泵和真空钟罩、带有真空装置的脱泡装置。对于减压时的压力没有特别限制,优选树脂清漆所含的有机溶剂不沸腾的压力。对于减压脱泡时间没有特别限制,优选为3~60分钟。如果大于或等于3分钟,则能够消除溶解于树脂清漆内的气泡。如果小于或等于60分钟,则树脂清漆所含的有机溶剂不会挥发。
将本发明的含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物聚合、固化而成的固化膜在温度25℃时、波长830~850nm范围内的折射率优选为1.400~1.700。如果为1.400~1.700,则与通常的光学树脂的折射率相差不大,因此不会损害作为光学材料的通用性。从以上观点出发,进一步优选为1.425~小于或等于1.675,特别优选为1.450~1.650。
将本发明的含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物聚合、固化而成的厚度50μm的固化膜在波长400nm下的透过率优选为大于或等于80%。如果大于或等于80%,则光的透过量充分。从以上观点出发,进一步优选为大于或等于85%。另外,对于透过率的上限没有特别限制。
以下,对本发明的光波导形成用树脂膜进行说明。
本发明的光波导形成用树脂膜包含上述光波导形成用树脂组合物,能够通过将含有上述(A)~(C)成分的光波导形成用树脂清漆涂布于合适的基材膜并去除溶剂而容易地进行制造。此外,也可以将光波导形成用树脂组合物直接涂布于基材膜而进行制造。
作为基材膜,没有特别限制,可列举例如:聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚硫化物、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳酯、聚砜、液晶聚合物等。它们之中,从柔软性和强韧性的观点出发,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳酯、聚砜。
基材膜的厚度可以根据目标柔软性来适宜改变,优选为3~250μm。如果大于或等于3μm,则膜强度充分,如果小于或等于250μm,则能够得到充分的柔软性。从以上观点出发,进一步优选为5~200μm,特别优选为7~150μm。另外,从提高与树脂层的剥离性的观点出发,可以根据需要使用通过有机硅系化合物、含氟化合物等实施了脱模处理的膜。
在基材膜上涂布光波导形成用树脂清漆或光波导形成用树脂组合物而制造的光波导形成用树脂膜可以根据需要在树脂层上贴附保护膜而制成由基材膜、树脂层和保护膜构成的3层结构。
作为保护膜,没有特别限制,可列举例如:聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃等。它们之中,从柔软性和强韧性的观点出发,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃。另外,从提高与树脂层的剥离性的观点出发,可以根据需要使用通过有机硅系化合物、含氟化合物等实施了脱模处理的膜。覆盖膜的厚度可以根据目标柔软性进行适宜改变,优选为10~250μm。如果大于或等于10μm,则膜强度充分,如果小于或等于250μm,则能够得到充分的柔软性。从以上观点出发,进一步优选为15~200μm,特别优选为20~150μm。
对于本发明的光波导形成用树脂膜的树脂层厚度没有特别限制,以干燥后的厚度计通常优选为5~500μm。如果大于或等于5μm,则厚度充分,因此树脂膜或该膜的固化物的强度充分,如果小于或等于500μm,则能够充分进行干燥,因此树脂膜中的残留溶剂量不会增加,对该膜的固化物进行加热时不会发泡。
关于如此得到的光波导形成用树脂膜,能够通过卷绕成例如辊状而容易地进行保存。或者,也能够通过将辊状的膜切成合适的尺寸而以薄片状进行保存。
本发明的光波导形成用树脂组合物作为光波导形成用树脂组合物是合适的,同样地,本发明的光波导形成用树脂膜作为光波导形成用树脂膜是合适的。
以下,对本发明的光波导进行说明。图2是表示本发明的光波导的构成例的截面图。
如图2(a)所示,光波导1由形成于基材7上且高折射率的包含芯部形成用树脂组合物的芯部2以及低折射率的包含包覆层形成用树脂组合物的下部包覆层6和上部包覆层5构成。
本发明的光波导形成用树脂组合物和光波导形成用树脂膜优选用于光波导1的下部包覆层6、芯部2和上部包覆层5中的至少1者。其中,从能够利用包含碱性水溶液的显影液来形成图案的观点出发,它们之中进一步优选至少用于芯部2。
通过使用光波导形成用树脂膜,能够更加提高包覆层与芯的层间密合性、光波导芯图案形成时的图案形成性(细线或窄线间应对性),能够形成线宽、线间小的微细图案。此外,能够提供可一次性制造大面积的光波导这样的生产性优异的工艺。
在光波导1中,作为基材7,能够使用硅基板、玻璃基板或FR-4等玻璃环氧树脂基板那样的硬基板。光波导1可以使用具有柔软性和强韧性的上述基材膜代替上述基板而制成柔性光波导。
此外,可以使具有柔软性和强韧性的基材膜作为光波导1的覆盖膜8发挥功能。通过配置覆盖膜8,能够对光波导1赋予覆盖膜8的柔软性、强韧性。而且,光波导1不会受到污染、损伤,因此操作容易性提高。
从以上观点出发,可以像图2(b)那样在上部包覆层5的外侧配置覆盖膜8,或者像图2(c)那样在下部包覆层6和上部包覆层5二者的外侧配置覆盖膜8。
如果光波导1具备充分的柔软性、强韧性,则也可以像图2(d)那样不配置覆盖膜8。
下部包覆层6的厚度没有特别限制,优选为2~200μm。如果大于或等于2μm,则容易将传播光封入芯内部,如果小于或等于200μm,则光波导1整体的厚度不会过大。予以说明的是,下部包覆层6的厚度是指,从芯部2和下部包覆层6的边界至下部包覆层6的下表面的值。对于下部包覆层形成用树脂膜的厚度没有特别限制,可以调整厚度以使固化后的下部包覆层6的厚度为上述范围。
芯部2的高度没有特别限制,优选为10~100μm。如果芯部的高度大于或等于10μm,则在光波导形成后与受发光元件或光纤耦合时定位公差不会变小,如果小于或等于100μm,则在光波导形成后与受发光元件或光纤耦合时,耦合效率不会变小。从以上观点出发,芯部的高度进一步优选为15~80μm,特别优选为20~70μm。另外,对于芯部形成用树脂膜的厚度没有特别限制,可以调整厚度以使固化后的芯部高度为上述范围。
关于上部包覆层5的厚度,只要是能够包埋芯部2的范围就没有特别限制,以干燥后的厚度计优选为12~500μm。作为上部包覆层5的厚度,与最初形成的下部包覆层6的厚度可以相同也可以不同,但从包埋芯部2这样的观点出发,优选比下部包覆层6的厚度厚。予以说明的是,上部包覆层5的厚度是指,从芯部2和下部包覆层6的边界至上部包覆层5的上表面的值。
本发明的光波导能够实现小于或等于0.25dB/cm作为光传播损失。进一步,能够实现小于或等于0.15dB/cm,因此光的损失变小,传输信号的强度充分。从以上观点出发,还能够实现小于或等于0.10dB/cm。
以下,对使用本发明的光波导形成用树脂膜的最合适的光波导制造例进行说明。
作为芯部形成用树脂膜的制造过程中使用的基材,只要是透过在后述的芯图案形成中使用的曝光用活性光线的基材就没有特别限制,可列举例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯,聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃,聚碳酸酯,聚苯醚,聚芳酯等。
它们之中,从曝光用活性光线的透过率、柔软性和强韧性的观点出发,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯,聚丙烯等聚烯烃。进一步,从提高曝光用活性光线的透过率和减少芯图案的侧壁龟裂的观点出发,进一步优选使用高透明型的基材膜。作为这样的高透明型的基材膜,可列举东洋纺织株式会社制COSMOSHINEA1517、COSMOSHINEA4100。另外,从提高与树脂层的剥离性的观点出发,可以根据需要使用通过有机硅系化合物、含氟化合物等实施了脱模处理的膜。
芯部形成用树脂膜的基材膜厚度优选为5~50μm。如果大于或等于5μm,则作为支撑体的强度充分,如果小于或等于50μm,则芯图案形成时光掩模与芯部形成用树脂组合物层的间隙不会变大,图案形成性良好。从以上观点出发,基材膜的厚度进一步优选为10~40μm,特别优选为15~30μm。
关于在上述基材膜上涂布光波导形成用树脂清漆或光波导形成用树脂组合物而制造的光波导形成用树脂膜,可以根据需要将上述保护膜贴附于树脂层上,制成由基材膜、树脂层和保护膜构成的3层结构。
这样得到的光波导形成用树脂膜能够通过卷绕成例如辊状而容易地保存。或者,也能够通过将辊状的膜切成合适的尺寸而以薄片状进行保存。
以下,对用于使用光波导形成用树脂组合物和/或光波导形成用树脂膜来形成光波导1的制造方法进行说明。
作为制造本发明的光波导1的方法,没有特别限制,可列举使用芯部形成用树脂清漆和包覆层形成用树脂组合物利用旋涂法等进行制造的方法、或使用芯部形成用树脂膜和包覆层形成用树脂膜利用层叠法进行制造的方法等。此外,也能够组合这些方法而进行制造。它们之中,从能够提供生产性优异的光波导制造工艺这样的观点出发,优选使用光波导形成用树脂膜利用层叠法进行制造的方法。
以下,使用图3对用于将光波导形成用树脂膜用于下部包覆层、芯部和上部包覆层而形成光波导1的制造方法进行说明。
首先,如图3(a)所示,作为第1工序,将下部包覆层形成用树脂膜层叠于基材7上而形成下部包覆层6。作为第1工序中的层叠方式,可列举使用辊式层压机或平板型层压机一边加热一边压接从而进行层叠的方法,但从密合性和追随性的观点出发,优选使用平板型层压机在减压下层叠下部包覆层形成用树脂膜。予以说明的是,在本发明中,平板型层压机是指,通过将层叠材料夹持在一对平板之间,并且对平板进行加压,从而使其压接的层压机,例如,能够合适地使用真空加压式层压机。此时的加热温度优选为40~130℃,压接压力优选为0.1~1.0MPa,但这些条件没有特别限制。在下部包覆层形成用树脂膜上存在保护膜的情况下,将保护膜去除后进行层叠。
另外,也可以在利用真空加压式层压机进行层叠之前,使用辊式层压机预先将下部包覆层形成用树脂膜暂贴于基材7上。此时,从提高密合性和追随性的观点出发,优选一边压接一边进行暂贴,压接时,可以使用具有加热辊的层压机一边加热一边进行。层压温度优选为20~130℃。如果大于或等于20℃,则下部包覆层6的形成用树脂膜与基材7的密合性提高,如果小于或等于130℃,则树脂层在辊式层压时不会过于流动,能够得到需要的膜厚。从以上观点出发,更优选为40~100℃。压力优选为0.2~0.9MPa,层压速度优选为0.1~3m/min,但这些条件没有特别限制。
接着,将层叠在基材7上的下部包覆层形成用树脂膜通过光和/或加热进行固化,将下部包覆层形成用树脂膜的基材膜去除,形成下部包覆层6。
形成下部包覆层6时的活性光线的照射量优选设为0.1~5J/cm2,加热温度优选设为50~200℃,但这些条件没有特别限制。
接着,如图3(b)所示,作为第2工序,利用与第1工序同样的方法层叠芯部形成用树脂膜9。这里,芯部形成用树脂膜9优选被设计成比下部包覆层形成用树脂膜的折射率高,并且包含能够利用活性光线形成芯图案的感光性树脂组合物。
接着,如图3(c)所示,作为第3工序,对芯部进行曝光,形成光波导的芯图案(芯部2)。具体而言,通过被称为原图的具有负或正掩模图案的光掩模10将活性光线以图像状照射。此外,也可以使用激光直写而不通过光掩模10来直接将活性光线照射在图像上。作为活性光线的光源,可列举例如碳弧灯、汞蒸气弧灯、超高压汞灯、高压汞灯、氙气灯等有效放射紫外线的公知光源。此外,除此之外还可列举照相用泛光灯、太阳灯等有效放射可见光的光源。
此时的活性光线的照射量优选为0.01~10J/cm2。如果大于或等于0.01J/cm2,则固化反应充分进行,不会因后述的显影工序而使芯部2流失,如果小于或等于10J/cm2,则不会因曝光量过多而使芯部2增大,能够形成微细的图案,因而是合适的。从以上观点出发,更优选为0.05~5J/cm2,特别优选为0.1~3J/cm2。
另外,曝光后,从提高芯部2的分辨率和密合性的观点出发,也可以进行曝光后加热。紫外线照射至曝光后加热的时间优选为10分钟以内。如果为10分以内,则由紫外线照射产生的活性种不会失活。曝光后加热的温度优选为40~160℃,时间优选为30秒~10分钟。
曝光后,如图3(d)所示,将芯部形成用树脂膜9的基材膜去除,使用碱性水溶液、水系显影液等与上述芯部形成用树脂膜的组成对应的显影液,通过例如喷雾、摇动浸渍、刷涂、刮涂、浸涂和旋覆浸没等公知的方法进行显影。此外,根据需要还可以并用2种以上显影方法。
作为上述碱性水溶液的碱,没有特别限制,可列举例如锂、钠或钾的氢氧化物等氢氧化碱;锂、钠、钾或铵的碳酸盐或碳酸氢盐等碳酸碱;磷酸钾、磷酸钠等碱金属磷酸盐;焦磷酸钠、焦磷酸钾等碱金属焦磷酸盐;硼砂、偏硅酸钠等钠盐;四甲基氢氧化铵、三乙醇胺、乙二胺、二乙三胺、2-氨基-2-羟基甲基-1,3-丙二醇、1,3-二氨基丙醇-2-吗啉等有机碱等。显影中使用的碱性水溶液的pH优选为9~11,其温度可结合芯部形成用树脂组合物层的显影性进行调节。此外,在碱性水溶液中,可以混入表面活性剂、消泡剂、用于促进显影的少量有机溶剂等。
作为上述水系显影液,只要是包含水或碱性水溶液和1种以上有机溶剂的显影液就没有特别限制。水系显影液的pH优选在上述芯部形成用树脂膜能够充分显影的范围内尽可能小,优选为pH8~12,特别优选为pH9~10。
作为上述有机溶剂,可列举例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇等醇;丙酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮等酮;乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚等多元醇烷基醚等。
它们能够单独使用或组合2种以上使用。有机溶剂的浓度通常优选为2~90质量%,其温度可结合芯部形成用树脂组合物的显影性进行调节。此外,在水系显影液中,可以少量混入表面活性剂、消泡剂等。
作为显影后的处理,根据需要可以使用包含水和上述有机溶剂的清洗液对光波导的芯部2进行清洗。有机溶剂能够单独使用或组合2种以上使用。有机溶剂的浓度通常优选设为2~90质量%,其温度可结合芯部形成用树脂组合物的显影性进行调节。
作为显影或清洗后的处理,根据需要,可以通过进行60~250℃程度的加热或0.1~1000mJ/cm2程度的曝光来进一步固化芯部2从而使用。
接着,如图3(e)所示,作为第4工序,利用与第1和第2工序同样的方法层叠上部包覆层形成用树脂膜而形成上部包覆层5。这里,上部包覆层形成用树脂膜被设计为比芯部形成用树脂膜的折射率低。此外,上部包覆层5的厚度优选比芯部2的高度大。
接着,利用与第1工序同样的方法利用光和/或热将上部包覆层形成用树脂膜固化,从而形成上部包覆层5。
在上述包覆层形成用树脂膜的基材膜为PET的情况下,活性光线的照射量优选为0.1~5J/cm2。另一方面,在基材膜为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚醚硫化物、聚醚砜、聚砜等的情况下,由于与PET相比不易通过紫外线等短波长的活性光线,因此活性光线的照射量优选为0.5~30J/cm2。如果大于或等于0.5J/cm2,则固化反应充分进行,如果小于或等于30J/cm2,则光照射的时间不会过长。从以上观点出发,更优选为3~27J/cm2,特别优选为5~25J/cm2。
另外,为了使其更加固化,可以使用能够从两面同时照射活性光线的两面曝光机。此外,也可以一边进行加热一边照射活性光线。活性光线照射中和/或照射后的加热温度优选为50~200℃,但对于这些条件没有特别限制。
形成上部包覆层5后,有需要的话将基材膜去除,从而能够制作光波导1。
本发明的光波导由于透明性和光传播性优异因此可以用作光模块的光传输路径。作为光模块的形态,可列举例如将光纤连接于光波导两端的带光纤的光波导、将连接器连接于光波导两端的带连接器的光波导、光波导和印刷配线板复合化而成的光电复合基板、组合光波导以及将光信号和电信号相互转换的光/电转换元件而成的光电转换模块、组合光波导和分波滤光器而成的波分复用器等。另外,在光电复合基板中,作为复合化的印刷配线板,没有特别限制,可以使用玻璃环氧基板等刚性基板、聚酰亚胺基板等柔性基板中的任一种。
实施例
以下,进一步具体说明本发明的实施例。
<合成例1>
[包覆层形成用基体聚合物;(甲基)丙烯酸聚合物(P-1)的制作]
向具备搅拌机、冷却管、气体导入管、滴液漏斗和温度计的烧瓶中称量丙二醇单甲醚乙酸酯46质量份和乳酸甲酯23质量份,一边导入氮气一边进行搅拌。使液温升至65℃,将甲基丙烯酸甲酯47质量份、丙烯酸丁酯33质量份、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯16质量份、甲基丙烯酸14质量份、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)3质量份、丙二醇单甲醚乙酸酯46质量份和乳酸甲酯23质量份的混合物经3小时滴下后,以65℃搅拌3小时,进一步以95℃继续搅拌1小时,得到(甲基)丙烯酸聚合物(P-1)溶液(固体成分45质量%)。
[酸值的测定]
测定P-1的酸值,结果为79mgKOH/g。予以说明的是,酸值是从中和P-1溶液所需的0.1mol/L氢氧化钾水溶液量算出的。此时,将作为指示剂而添加的酚酞从无色变为粉色的点设为中和点。
[重均分子量的测定]
使用GPC(东曹(株)制“SD-8022”、“DP-8020”和“RI-8020”)测定P-1的重均分子量(标准聚苯乙烯换算),结果为3.9×104。予以说明的是,柱使用日立化成(株)制“GelpackGL-A150-S”和“GelpackGL-A160-S”。使用四氢呋喃作为洗脱液,样品浓度设为0.5mg/ml,溶出速度设为1ml/分钟而测定。
<合成例2>
[芯层形成用基体聚合物;(甲基)丙烯酸聚合物(P-2)的制作]
向具备搅拌机、冷却管、气体导入管、滴液漏斗和温度计的烧瓶中称量丙二醇单甲醚乙酸酯42质量份和乳酸甲酯21质量份,一边导入氮气一边进行搅拌。使液温升至65℃,将N-环己基马来酰亚胺14.5质量份、丙烯酸苄酯20质量份、邻苯基苯酚1.5质量份、丙烯酸酯39质量份、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯14质量份、甲基丙烯酸12.5质量份、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)4质量份、丙二醇单甲醚乙酸酯37质量份和乳酸甲酯21质量份的混合物经3小时滴下后,以65℃搅拌3小时,进一步以95℃继续搅拌1小时,得到(甲基)丙烯酸聚合物(P-1)溶液(固体成分45质量%)。
利用与合成例1同样的方法测定P-2的酸值和重均分子量,结果分别为80mgKOH/g、32,000。
[包覆层形成用树脂清漆CLV-1的调配]
将作为(A)基体聚合物的上述P-1溶液(固体成分45质量%)84质量份(固体成分38质量份)、作为(B)光固化成分的具有聚酯骨架的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯(新中村化学工业(株)制“U-200AX”)33质量份、具有聚丙二醇骨架的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯(新中村化学工业(株)制“UA-4200”)15质量份和六亚甲基二异氰酸酯的异氰脲酸酯型三聚物被甲乙酮肟保护的多官能封端异氰酸酯溶液(固体成分75质量%)(住化BayerUerthane(株)制“SUMIDURBL3175”)20质量份(固体成分15质量份)、作为(C)光聚合引发剂的1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(汽巴日本(株)制“IRGACURE2959”)1质量份、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(汽巴日本(株)制“IRGACURE819”)1质量份、以及作为稀释用有机溶剂的丙二醇单甲醚乙酸酯23质量份一边搅拌一边混合。使用孔径2μm的Polyflon过滤器(ADVANTEC东洋(株)制“PF020”)加压过滤后,减压脱泡,得到包覆层形成用树脂清漆。
[包覆层形成用树脂膜CLF-1的制作]
使用上述涂布机将上述得到的包覆层形成用树脂组合物涂布在PET膜(东洋纺织(株)制“COSMOSHINEA4100”,厚度50μm)的非处理面上,以100℃干燥20分钟后,贴附表面脱模处理PET膜(帝人杜邦膜(株)制“PurexA31”,厚度25μm)作为保护膜,得到包覆层形成用树脂膜。此时树脂层的厚度能够通过调节涂布机的间隙而任意地调整,对于本实施例中使用的第1下部包覆层和第2下部包覆层(粘接层)的厚度,在实施例中进行记载。此外,第1下部包覆层和第2下部包覆层固化后的膜厚和涂布后的膜厚相同。对于本实施例中使用的上部包覆层形成用树脂膜的膜厚,也在实施例中进行记载。实施例中记载的上部包覆层形成用树脂膜的膜厚设为涂布后的膜厚。
<实施例1>
[芯部形成用树脂清漆COV-1的调配]
在广口聚乙烯瓶中称量作为(A)碱溶性(甲基)丙烯酸聚合物的上述P-2溶液(固体成分45质量%)60质量份、作为(B)聚合性化合物的双酚A型环氧丙烯酸酯(新中村化学工业(株)制EA-1010N)(环氧当量518g/eq)40质量份、
[化14]
作为(C)聚合引发剂的1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(汽巴精化株式会社制IRGACURE2959)1质量份、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(汽巴精化株式会社制IRGACURE819)1质量份,使用搅拌机以温度25℃、旋转数400rpm的条件搅拌6小时,调配芯部形成用树脂清漆。之后,使用孔径2μm的Polyflon过滤器(ADVANTEC东洋株式会社制PF020)和孔径0.5μm的膜滤器(ADVANTEC东洋株式会社制J050A),以温度25℃、压力0.4MPa的条件进行加压过滤。接着,使用真空泵和真空钟罩以减压度50mmHg的条件进行15分钟减压脱泡,得到芯部形成用树脂清漆COV-1。
[芯部形成用树脂膜COF-1的制作]
使用涂布机(株式会社HIRANOTECSEED制MulticoaterTM-MC)将上述芯部形成用树脂清漆COV-1涂布在PET膜(东洋纺织株式会社制A1517,厚度16μm)的非处理面上,以100℃干燥20分钟,接着贴附脱模PET膜(帝人杜邦膜株式会社制A31,厚度25μm)作为保护膜,得到芯部形成用树脂膜COF-1。此时树脂层的厚度能够通过调节涂布机的间隙而任意地调整,本实施例中固化后的膜厚调节为50μm。
<实施例2~6和比较例1、2>
根据表1所示的配合比,调配芯部形成用树脂清漆COV-2~8,利用与实施例1同样的方法,制作芯部形成用树脂膜COF-2~8。
[波长850nm时的光线透过率的测定]
使用上述真空层压机以压力0.4MPa、温度50℃和加压时间30秒的条件将去除了保护膜(PurexA31)的上述芯部形成用树脂膜层叠在载玻片(尺寸:76mm×26mm,厚度:1mm)上。接着,利用上述紫外线曝光机照射1000mJ/cm2的紫外线(波长365nm),进一步以160℃加热1小时,制作光线透过率测定用样品。使用分光光度计((株)日立高新技术制,“U-3310”)测定该样品在波长850nm时的光线透过率。
[折射率的测定]
与上述光线透过率测定用样品同样地操作,将芯部形成用树脂膜层叠在硅基板(尺寸:60×20mm,厚度:0.6mm)上并固化,制作折射率测定用样品。使用棱镜耦合式折射率计(Metricon公司制“Model2020”)测定该样品在波长830nm时的折射率。
[光波导的制作方法]
使用真空加压式层压机((株)名机制作所制“MVLP-500/600”),以压力0.4MPa、温度80℃和加压时间30秒的条件将去除了保护膜(PurexA31)的上述下部包覆层形成用树脂膜CLF-1层叠在玻璃环氧树脂基板(日立化成工业(株)制“MCL-E-679FB”,板厚0.6mm,铜箔通过蚀刻去除)上。接着,使用紫外线曝光机(大日本SCREEN(株)制“MAP-1200-L”)照射4000mJ/cm2的紫外线(波长365nm)后,将支撑膜(COSMOSHINEA4100)去除,以120℃进行1小时加热处理,从而形成下部包覆层6。
接着,使用辊式层压机(日立化成Technoplant(株)制“HLM-1500”)将去除了保护膜(PurexA31)的上述芯部形成用树脂膜COF-1以压力0.5MPa、温度50℃、速度0.2m/min的条件层叠在下部包覆层6上。接着,隔着具有宽50μm的光波导形成用图案的负型光掩模,使用上述紫外线曝光机照射2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm),对芯部2(芯图案)进行曝光。将支撑膜(COSMOSHINEA1517)去除后,使用喷雾式显影装置((株)山县机械制“RX-40D”)以温度30℃、喷雾压0.15MPa、显影时间105秒的条件用1质量%碳酸钠水溶液进行显影。接着,用纯水进行清洗,以160℃进行1小时加热干燥和热固化。
接着,使用上述真空加压式层压机将去除了保护膜(PurexA31)的上述上部包覆层形成用树脂膜CLF-1以压力0.4MPa、温度80℃和加压时间30秒的条件层叠在芯部2和下部包覆层6上。照射4000mJ/cm2的紫外线(波长365nm),将支撑膜(COSMOSHINEA4100)去除后,以160℃进行1小时加热固化,从而形成上部包覆层5,得到图1(a)所示的光波导1。之后,使用切割机((株)DISCO制“DAD-341”)切成长度10cm的刚性光波导。
[光损失的测定]
使用光源中以波长850nm为中心波长的VCSEL(EXFO公司制“FLS-300-01-VCL”)、受光传感器((株)ADVANTEST制“Q82214”)、入射光纤(GI-50/125多模光纤,NA=0.20)和出射光纤(SI-114/125,NA=0.22)测定所得到的光波导的光传播损失。光传播损失是通过将光损失测定值(dB)除以光波导长(10cm)而算出的。
实施例1~6和比较例1、2的评价结果示于表1,实施例1的光波导截面示于图1。
[表1]
1)合成例2中制作的(甲基)丙烯酸聚合物溶液,重均分子量:3.2×104,酸值:80mgKOH/g)
2)双酚A型环氧丙烯酸酯(新中村化学(株)制“EA-1010N”,环氧当量518g/eq)
3)苯酚酚醛清漆型环氧丙烯酸酯(新中村化学(株)制“EA-6310”,环氧当量494g/eq)
[化15]
4)乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(日立化成工业(株)制“FANCRYLFA-324A”)
[化16]
5)乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(日立化成工业(株)制“FANCRYLFA-321A”)
[化17]
6)苯酚亚联苯型环氧树脂(日本化药(株)制“NC-3000”,环氧当量275g/eq)
[化18]
7)1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(BASF日本(株)制“IRGACURE2959”)
8)双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BASF日本(株)制“IRGACURE819”)
如实施例1~6所示,本发明的光波导形成用树脂组合物的透明性优异,并且利用上述光波导的制作方法制作光波导,测定光传播损失。其结果,在含有EA-6310、EA-1010N的光波导形成用树脂组合物中能够确认低光传播损失,在由含有质量份40的树脂构成的光波导中,光传播损失分别为0.06dB/cm、0.07dB/cm,与比较例1、2的0.22dB/cm、0.25dB/cm相比,能够确认光传播损失大幅降低。
[浸渍前后的折射率测定]
在使用本发明的光波导形成用树脂组合物制作的光波导中,为了确认芯图案的周边表层部位与中心部的折射率的变化,对于浸渍于碱显影液前后的芯部形成用树脂膜,如下所述进行折射率测定。折射率测定是设定于15~30℃范围的预定的一定温度(例如25℃)后进行的。
与上述光线透过率测定用样品同样地操作,将芯部形成用树脂膜层叠在硅基板(尺寸:60×20mm、厚度:0.6mm)上,利用上述紫外线曝光机照射2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm),以下述条件制作样品A和B。
■样品A:以160℃进行1小时加热
■样品B:以温度30℃在1质量%碳酸钾水溶液中浸渍2分钟,之后,以160℃进行1小时加热
进一步,与上述光线透过率测定用样品同样地操作,层叠芯部形成用树脂膜,以下述条件制作样品C和样品D。
■样品C:利用上述紫外线曝光机照射2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm)
■样品D:利用上述紫外线曝光机照射2500mJ/cm2的紫外线(波长365nm)后,以温度30℃在1质量%碳酸钾水溶液中浸渍2分钟
接着,使用上述棱镜耦合式折射率计测定上述样品A、样品B、样品C和样品D在波长830nm时的折射率,所得的实施例7、实施例8、比较例3的结果示于下述表2。
[表2]
如表2所示,可知实施例7、实施例8的膜满足A>B、A-C≥0.003、A-C>D-C和C<D的关系。与此相对,比较例3的膜为A<B、A-C<0.003和A-C<D-C。因此可以确认,关于本发明的光波导具有低光传播损失的原因,从表2可以明确,是因为在形成芯部的芯图案的周边形成了具有与芯图案的中心部相比低的折射率的表层部位。
产业上的可利用性
本发明的光波导形成用树脂组合物的特征在于,透明性优异,浸渍于碱显影液的部位的折射率低,从而使用该组合物制造的光波导的光传播特性非常优异。
Claims (21)
1.一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,所述组合物是折射率A与折射率B的关系为A>B的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以处于160~180℃范围的预定温度T1加热处于0.5~3小时范围的预定时间H1后测定的、处于830~850nm范围的预定波长λ下的折射率,
所述折射率B是通过将组合物形成为膜状,以所述预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以温度处于20~40℃范围的预定温度T2和时间处于1~5分钟范围的预定时间H2浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度C1的碳酸钾水溶液中,之后以所述预定温度T1加热所述预定时间H1后测定的、所述预定波长λ下的折射率。
2.一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,所述组合物是折射率A与折射率C的关系为A-C≥0.003的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以处于160~180℃范围的预定温度T1加热处于0.5~3小时范围的预定时间H1后测定的、处于830~850nm范围的预定波长λ下的折射率,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,以所述预定照射量X照射波长365nm的紫外线后测定的、所述预定波长λ下的折射率。
3.一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,所述组合物是折射率A、折射率C与折射率D的关系为A-C>D-C的组合物,
所述折射率A是通过将组合物形成为膜状,以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以处于160~180℃范围的预定温度T1加热处于0.5~3小时范围的预定时间H1后测定的、处于830~850nm范围的预定波长λ下的折射率,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,以所述预定照射量X照射波长365nm的紫外线后测定的、所述预定波长λ下的折射率,
所述折射率D是通过将组合物形成为膜状,以所述预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以所述预定温度T2和所述预定时间H2浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度C1的碳酸钾水溶液中后测定的、所述预定波长λ下的折射率。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,所述组合物是折射率C与折射率D的关系为C<D的组合物,
所述折射率C是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以处于1000~4000mJ/cm2范围的预定照射量X照射波长365nm的紫外线后测定的、处于830~850nm范围的预定波长λ下的折射率,
所述折射率D是通过将组合物形成为膜状,利用紫外线曝光机以所述预定照射量X照射波长365nm的紫外线,接着以温度处于20~40℃范围的预定温度T2和时间处于1~5分钟范围的预定时间H2浸渍于具有处于0.5~5质量%范围的预定浓度C1的碳酸钾水溶液中后测定的、所述预定波长λ下的折射率。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分是具有羧基的碱溶性聚合物,(B)成分包含1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。
6.一种光波导形成用树脂组合物,其是含有(A)聚合物、(B)聚合性化合物和(C)聚合引发剂的光波导形成用树脂组合物,(A)成分是具有羧基的碱溶性聚合物,(B)成分包含1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物。
7.根据权利要求5或6所述的光波导形成用树脂组合物,所述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是1分子中包含脂肪族环或芳香族环的化合物。
8.根据权利要求5~7中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,所述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是分子中具有至少1个环氧基和至少1个乙烯性不饱和基的化合物。
9.根据权利要求5~8中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,所述1分子中具有环氧基和乙烯性不饱和基的化合物是分子中具有双酚骨架的化合物。
10.根据权利要求5~9中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,作为(B)成分,除了1分子中包含环氧基和乙烯性不饱和基的化合物以外,还含有1分子中包含2个以上乙烯性不饱和基的化合物和1分子中包含2个以上环氧基的化合物中的至少任一种。
11.根据权利要求5~10中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)具有羧基的聚合物的重均分子量为1,000~3,000,000。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)具有羧基的聚合物是主链具有马来酰亚胺骨架的聚合物。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为10~85质量%,(B)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为15~90质量%,(C)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量100质量份为0.1~10质量份。
14.根据权利要求13所述的光波导形成用树脂组合物,(A)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为10~65质量%,(B)成分的配合量相对于(A)成分和(B)成分的总量为35~90质量%。
15.一种光波导形成用树脂膜,其包含使用权利要求1~14中任一项所述的光波导形成用树脂组合物得到的树脂层。
16.根据权利要求15所述的光波导形成用树脂膜,其是由基材膜、树脂层和保护膜构成的3层结构。
17.一种光波导,其下部包覆层、芯部、上部包覆层中的至少一者是使用权利要求1~14中任一项所述的光波导形成用树脂组合物或者权利要求15或16所述的光波导形成用树脂膜形成的。
18.根据权利要求17所述的光波导,其使用所述光波导形成用树脂组合物或所述光波导形成用树脂膜作为所述芯部。
19.根据权利要求18所述的光波导,其特征在于,光主要在形成于所述芯部的内侧的高折射率部位传播。
20.根据权利要求17~19中任一项所述的光波导,波长850nm时的光传播损失小于或等于0.15dB/cm。
21.一种光波导的制造方法,包括如下工序:将用于形成下部包覆层、芯部、上部包覆层中的至少一者的权利要求1~14中任一项所述的光波导形成用树脂组合物或者权利要求15或16所述的光波导形成用树脂膜层叠的工序;曝光的工序;用碱显影液显影的工序;以及热固化的工序。
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