JP2006178467A - 光学乾燥フィルム及び乾燥フィルムを有する光学デバイス形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光学部品の形成における使用に好適な乾燥フィルムを提供する。
【解決手段】乾燥フィルムは、前面および裏面を有するキャリア基体を含む。フォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層は、キャリア基体の前面上に提供される。ポリマー層は、熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)の単位を含む。保護カバー層はキャリア基体の前面または裏面上に配置される。乾燥フィルムを用いて光学デバイスを形成する方法も提供される。本発明は、オプトエレクトロニクス産業において特に適用可能であることを見出す。
【選択図】図1A

Description

本発明は、一般に、オプトエレクトロニクスの分野に関する。特に、本発明は、導波路をはじめとする光学部品の形成における使用に好適な乾燥フィルムに関する。さらに、本発明は乾燥フィルムを用いて光学部品を形成する方法に関する。本発明はさらに、光学機能を有するプリント配線板をはじめとする電子デバイスを形成する方法に関する。
光のパルスシーケンスを用いたシグナル伝達は、高速通信およびデータ移動においてますます重要になってきている。例えば、光学集積回路は高帯域光相互接続に関して重要性を増してきている。その結果、例えば導波路、フィルター、光学相互接続、レンズ、回折格子などの光学部品の統合はますます重要になってきている。
プリント配線板中に、埋め込まれた光導波路の形態で光学層を組み入れることが知られている。例えば、米国特許第6731857号および第6842577号(Shelnutら)は、シルセスキオキサンの化学的性質を用いてプリント配線板基体上に形成された、埋め込まれた光導波路を開示している。光導波路は、コアおよびそのコアを取り巻くクラッドを含み、クラッドと比較してより高いコアの屈折率が原因で、光学的放射はコアにおいて伝播する。
埋め込まれた光導波路は、典型的には、ボトムクラッド層を基体上にコーティングし、コア層をボトムクラッド層上にコーティングし、コア層をパターン化してコア構造を形成し、トップクラッド層をボトムクラッド層およびコア構造上に形成することにより形成される。ボトムクラッド、コアおよびトップクラッド層は、溶媒およびポリマー成分を含む液状形態の組成物から形成することができる。導波路がプリント配線板の一部として形成される場合、基板製造業者による例えばローラーコーター、カーテンコーター、スロットコーターまたはスピンコーターをはじめとする特殊コーティング器具の使用が典型的には必要とされる。一旦液状組成物がコーティングされると、乾燥プロセスにより前記コーティングから溶媒が除去される。液状組成物において用いられる溶媒は、事実上、可燃性および/または爆発性である場合があり、さらに環境汚染物質と見なすことができる。その結果、基板製造業者らは、溶媒を収容するかまたは処置し、その蒸気濃度を安全なレベルに維持するための措置を講じなければならない。このような措置としては、例えば、溶媒の収集、触媒コンバーターを用いるかまたは用いない焼却および防爆装置の使用が挙げられる。これらの活動に関連する費用はかなりのものであり得る。従って、部品製造業者らにとって、光学材料がその廃棄時において容易に適用可能な形態であり、溶媒を含まないかまたは非常に溶媒含量が低いようにすることが望ましい。
一連のプレキャスト層、または乾燥フィルム層を用いてプリント配線板上に光導波路を形成することが提案されている。例えば、国際公開番号WO03/005616は、電気的接続なしに他の基板との光学データ通信を統合する多層プリント配線板を形成する方法を開示している。光導波路は、プリント配線板の最上面全体に第一ポリマー光学伝導層、屈折率がより高い第二のポリマー層、および第一層ポリマー物質からなる第三層を積層することによりプリント配線板上に形成される。理解されるように、開示されたポリマー物質はアクリルベースである。しかしながら、光学部品を形成する際にアクリレートを使用することには様々な欠点が伴う。例えば、アクリレートは一般に高温用途、例えばチップ−トゥ−チップ(chip−to−chip)用途には適さない。200℃近い温度で、ほとんどのアクリレート物質は分解および解重合を始める。さらに、アクリレートは、光ファイバーおよびピグテール構造のために選択される現行の物質であるガラスと、構造的および光学的に異なる。
前記米国特許第6731857号は、乾燥フィルムとしてコーティングできるケイ素ベースのフォトイメージ可能な導波路組成物を開示している。これらのフォトイメージ可能な組成物は、式(RSiO1.5)(式中、Rは、ヒドロキシフェニルおよびヒドロキシベンジルから選択される側鎖基である)のシルセスキオキサン単位を含む。フォトイメージ可能な組成物はパターン化された導波路コア構造の形成に役立つ。コア構造のパターン化は、フォトイメージ可能な組成物の層をフォトマスクを通して化学線に露光し、続いて露光された層を現像し、熱硬化させることを含む。しかしながら、露光装置の使用に関連する資本コストおよび労力は相当なものであり得る。したがって、より低コストの代替案およびシルセスキオキサン含有ポリマー乾燥フィルムを用いる導波路クラッド層の形成において、より少ないプロセス工程を有するものを使用することが望ましい。
米国特許第6731857号明細書 米国特許第6842577号明細書 国際公開番号WO03/005616パンフレット
かくして、最先端の技術に関連する前記問題の1以上を克服または著しく改善する光学乾燥フィルムおよび光学部品を形成する方法が当該分野において必要とされている。
本発明の第一の態様は、光学部品の形成における使用に好適な乾燥フィルムを提供する。乾燥フィルムは、前面と裏面を有するキャリア基体を含む。フォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層は、キャリア基体の前面上に配置される。ポリマー層は、熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)の単位を含む。保護カバー層はキャリア基体の前面または裏面上に配置される。
本発明の第二の態様において、光学デバイスを形成する方法が提供される。この方法は、第一基体上に乾燥フィルムを適用することを含む。乾燥フィルムはキャリア基体およびフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層を含む。ポリマー層は、熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)の単位を含む。ポリマー層の少なくとも一部を次いで熱硬化させる。
本発明の第三の態様において、光学部品、例えば光導波路は、前記の乾燥フィルムおよび方法を用いて形成され得る。乾燥フィルムは、導波路クラッドの形成において特に好適である。
本発明の第四の態様において、本発明の乾燥フィルムおよび方法は、電子部品、例えば埋め込まれた光導波路などの形態の光学機能を含むプリント配線板を形成するために用いることができる。
本明細書において用いられる場合、「ポリマー」なる用語は、オリゴマー、ダイマー、トリマー、テトラマーなどを包含し、ホモポリマーおよびさらに高次のポリマー、すなわち2またはそれ以上の異なるモノマー単位から形成されるポリマーおよびヘテロポリマーを包含する。「上」および[上方」なる用語は、空間的関係の定義において交換可能に用いられ、介在する層または構造の存在または不在を包含する。特に他に規定しない限り、組成物の成分の量は、いかなる溶媒も存在しない組成物基準の重量%で与えられる。本明細書においてポリマー層を記載するために用いられる場合、「フォトイメージ可能でない熱硬化性」とは、ポリマー層の実質的な架橋は熱的効果によりもたらされることができ、光化学的効果によりもたらされないことを意味する。
本発明は、以下の図面を参照してさらに議論し、図中、同じ参照番号は同じ機構を示す。図中:
図1A〜Cは本発明に従う光学乾燥フィルムの例を示す;および
図2A〜Fは、本発明に従う様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。
本発明に従う乾燥フィルム例1の断面図を示す図1を参照して本発明を説明する。本発明の乾燥フィルムは光学部品、例えば光導波路、フィルター、光学相互接続、レンズ、回折格子などの形成における使用に好適である。図示された乾燥フィルム1は、キャリア基体2、キャリア基体の前面上のフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層4、および保護カバー層6を含む。保護カバー層6は、例えば、図1Aに示すようにポリマー層4上の乾燥フィルムの前面上または図1Bに示すように乾燥フィルムの裏面上に配置され得る。例えば複数の乾燥フィルムシートが積み重ねられた配置で配置されている場合、または乾燥フィルムが図1Cに示すように巻かれた形態8で保存される場合には、裏面の保護カバー層の使用が望ましい場合がある。
キャリア基体2は典型的には、製造、貯蔵およびその後の処理の過程における、ポリマー層4および乾燥フィルムの任意の他の層のための機械的支持体として機能する。キャリア基体2は、その後の使用において残る乾燥フィルムから除去することができるか、または組み立てられたデバイスの最終構造の一部を形成することができる。キャリア基体が最終的に乾燥フィルムから、例えば剥離により除去される場合、キャリア基体と残る乾燥フィルムの間の接着力は、分離を容易にするために典型的には低から中程度である。キャリア基体が最終デバイスの一部を形成する場合においては、接着力は典型的にはキャリア基体の剥離を防止するために高い。キャリア基体に使用される特定の物質は多様であり得る。物質は天然であっても、あるいは合成でもよく、軟質または硬質フィルム/シート形態において存在することができうる。好適なキャリア基体物質としては、例えば:ポリエチレンテレフタレート(PET)、典型的には光学的に純粋なPET(様々な方法、例えば樹脂コート、火炎または静電放電処理、またはスリップ処理で処理され得る);紙、例えばポリビニルアルコールでコートされた紙、架橋されたポリエステルでコートされた紙、ポリエチレンでコートされた紙、セルロースペーパー、または厚紙、例えばリソグラフィー用紙;ナイロン;ガラス;セルロースアセテート;合成有機樹脂;ポリオレフィン、例えばポリプロピレン;ポリイミド;ポリウレタン;ポリアクリレート、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA);ファイバーボード;金属、例えば銅、アルミニウム、スズ、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、またはその合金;2またはそれ以上のこれらの物質または他の物質の多層構造、例えば銅でコーティングされたファイバーボードまたはエポキシラミネートが挙げられる。キャリア基体は、典型的には、例えば約25〜250μmの厚さを有する。
ポリマー層4は、光学部品の形成において使用するのを好適にする物質で作られている。例えば、光導波路の場合において、ポリマー層は、導波路クラッドの形成において格別の適用可能性を有する。ポリマー層は、式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)のシルセスキオキサン単位を含む組成物から形成される。組成物はさらに熱活性な成分、例えば熱酸生成物質または熱塩基生成物質、および他の任意の成分を含む。ポリマー層4の形成において有用な組成物のさらなる詳細を以下に提供する。ポリマー層4の厚さは、典型的には約5〜150μmである。
保護カバー層6は、ポリマー層4に対して保護を提供し、典型的には残る乾燥フィルムから剥離することができる除去可能なフィルムまたはシートの形態である。図1Aの例示された乾燥フィルムにおいて、保護カバー層6のポリマー層4への接着力は、キャリア基体2のポリマー層に対するものよりも低い。これにより、ポリマー層がキャリア基体から分離することもなく、ポリマー層から保護カバー層を分離することが可能になる。保護カバー層に好適な物質としては、例えば、ポリオレフィン、例えばポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリビニルアルコール、およびPETが挙げられる。保護カバー層6は典型的には約10〜100μmの厚さを有する。任意に、保護カバー層は、ポリマー層と接触するリリース層でコーティングされた第一層を含むことができる。好適なリリース層物質は、例えば、熱または光化学的に硬化したシリコーン、ポリビニルステアレート、ポリビニルカーバメート、ポリN−エチル−パーフルオロアセチルスルファンアミドエチルメタクリレート、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリシロキサン、ポリアミド、および他のリリース物質、例えばSatas,Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology、第2版、Van Nostrand/Reinhold(1989)に記載されているものを包含する。前記のように、保護カバー層6は、図1Bの乾燥フィルム例において示されるようにキャリア基体2の裏面上に形成され得る。保護カバー層およびリリース層に関して前述されたのと同じ物質をこの目的のために使用することができる。保護カバー層は、それ自体、前記のものなどのキャリア基体の裏面上に形成されたリリース層の形態であってよい。米国特許第6057079号(Shelnut)(その内容は参照により本明細書に組み入れられる)は、本発明の光学乾燥フィルムにおいて用いることができる好適な裏面リリースコーティングを記載している。保護カバー層は、キャリア基体の裏面を表面処理することによりさらに形成することができ、例えばキャリア基体裏面の表面状態を変更することによりポリマー層に関してリリース特性をもたらす。
本発明に従う乾燥フィルムは、典型的には5〜150ミクロンの乾燥厚さになるよう、ポリマー層の組成物をキャリア基体上にコーティングすることにより、例えばメニスカスコーティング(meniscus coating)、スプレーコーティング、ローラーコーティング、ワイヤーロールコーティング、ドクターブレードコーティング(doctor blade coating)、カーテンコーティングなどにより、調製され得る。コーティングされたキャリア基体は、例えば、対流乾燥、赤外線乾燥、空気乾燥などにより、ポリマー層基準で0〜10重量%、典型的には5重量%未満または2〜5重量%の溶媒含量になるまで乾燥され得る。
キャリア基体は、独立したシートの形態(典型的には幅2〜150cm、長さ2〜150cm)であってよく、これをシートとしてコーティングし、乾燥し、積層することができる。キャリアシートはさらに、ロールの形態(典型的には幅2〜150cm、長さ0.5〜1000メートル)であってもよく、これを、ウェブコーティングプロセス(web coating process)として一般的に知られているリール−トゥ−リール様式(reel−to−reel format)でコーティングし、乾燥することができる。保護カバー層を、例えば熱および/または圧力を加えるか、または加えずに積層することにより適用することができる。シートを前面または裏面保護カバー層付で積み重ねるかまたはウェブロールして、シートまたはラップを隔てることができる。
本発明はさらに、前記の乾燥フィルムを用いた光学デバイスを形成する方法を提供する。簡単にいうと、この方法は、前記のようなキャリア基体上のポリマー層を含む乾燥フィルムを第一基体上に適用し、ポリマー層の少なくとも一部を、典型的には全体を熱硬化させることを含む。
図2A〜Fは、様々な形成段階でのプリント配線板上の光導波路構造を示す。本発明はこの例示的な具体的態様に関連して記載されるが、例えばフィルター、光学相互接続、レンズ、および回折格子などの導波路以外の光学部品を形成できることは明らかである。同様に、プリント配線板以外の電子基体、例えば半導体ウエハ、および非電子基体を使用することができる。
図2Aに示すように、プリント配線板基体10が提供される。プリント配線板基体は、例えば、エッチングされた電子回路、導電性トレースおよび電子部品がその上に形成されているか、または片面または両面上に形成される一連のエポキシ樹脂および銅層を含む積層シートであってもよい。基板の設計に応じて、光導波路構造は基板組み立てプロセスにおいて早期または後期段階で基板中に組み入れることができる。
前記の乾燥フィルム1は、プリント配線板基体10に貼り付けられて、光導波路ボトムクラッド層を形成する。乾燥フィルムを基体10に貼り付けるための好適な技術は、例えば、ホットロールラミネーションをはじめとする積層技術が挙げられる。例示された方法において、乾燥フィルム1をホットロールラミネーター中に入れ、保護カバー層6をポリマー層4から剥離し、熱および圧力を加えてローラー11を用いてポリマー層4をプリント配線板基体10と接触させ、積層する。積層温度は、典型的には約21〜150℃、例えば約25〜110℃である。圧力は、典型的には約0.1〜5kg/cm(1.4〜71psi)、例えば約0.3〜2kg/cm(4.3〜28.5psi)である。ローラー11の速度は、典型的には約1.5〜600cm/分、例えば約30〜150cm/分である。ポリマー層4を次に熱処理により硬化させる。典型的な硬化温度は、約120〜200℃、例えば約145〜180℃であり、硬化時間は典型的には約0.5〜5時間、例えば約1〜3時間である。熱処理に用いられる雰囲気は制限されず、典型的には空気または不活性気体である。硬化は例えばオーブン、例えば対流オーブン中またはホットプレート上で行うことができる。キャリア基体2は熱処理前に、剥離などにより、典型的にはポリマー層4およびプリント配線板基体10から除去される。
導波路コア構造を次に、ボトムクラッド層上に形成する。導波路コアは、例えば米国特許第6731857号および第6842577号(その内容は参照により本発明の一部に組み入れられる)に開示されているようなフォトイメージ可能な物質で形成することができる。図2Bは、導波路コア構造を形成するために使用できるフォトイメージ可能な乾燥フィルム1’を説明する。コア乾燥フィルム1’をボトムクラッド乾燥フィルム1に関連して上述した方法でボトムクラッド層4に貼り付けられる。コアポリマー層がフォトイメージ可能であり、最終導波路構造においてクラッドより大きな屈折率を提供する以外は、コア乾燥フィルム1’はボトムクラッド乾燥フィルム1と同じかまたは類似した構造を有し得る。
第二のポリマー層12を次に図2CおよびDに示すようにパターン化をする。図示されるように、フォトイメージ可能なコア層12は、図2Cに示すようにフォトマスク16を通して化学線14に露光することによりイメージ化することができる。ネガ型作用物質の場合において、コア層12の露光領域における重合は、現像剤溶液中への溶解度を低下させる。図2Dに示すように、コア層12の未露光部分を現像剤溶液により除去すると、1以上のコア構造12’が残る。
コア構造12’の形成後、図2Eに示すようにもう一つの乾燥フィルム1”を適用することによりボトムクラッド層4およびコア構造12’上にトップクラッド層18が形成される。ボトムクラッドポリマー層4の処理において用いられた同じ物質および手順をトップクラッドポリマー層18に用いることができる。最終導波路構造におけるトップクラッドポリマー層18の屈折率は、コア構造12’よりも低く、典型的にはボトムクラッド層4と同じである。図2Fに示されるように、ボトムクラッド層4、コア構造12’およびトップクラッド層18を含む導波路構造20がそれにより形成される。
光導波路構造をプリント配線板基体10上に形成した後、プリント配線板をさらに処理することができる。例えば、1以上の誘電および/または金属層を導波路構造上に形成して、シグナルルーチン(signal routing)のための金属化構造を形成することができる。同様に、例えば追加の光導波路構造、光学バイアまたは他の光学部品を形成するために、1以上の追加の光学層を提供することができる。オプトエレクトロニックデバイス、例えば光検出器またはレーザー放射装置、例えばVCSELチップの電気的接続は、この段階でも行うこともできる。プリント配線板は、公知技術、例えばCoombs、Printed Circuit Handbook、第5版、McGraw−Hill(2001)に記載されているものを用いて完全まで処理される。
上述したように、乾燥フィルムポリマー層は、式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)のシルセスキオキサン単位を含む組成物から形成される。ポリマーは、組成物中、1〜99.5重量%、例えば60〜98.5重量%の量で存在し得る。Rの有機基の例としては、置換および非置換脂肪族、芳香族および複素環式基が挙げられる。脂肪族基は、直鎖、分岐鎖または環状基(飽和または不飽和)であってよい。好適な脂肪族基としては、例えば1〜20個の炭素原子を有するもの、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、t−ブチル、t−アミル、オクチル、デシル、ドデシル、セチル、ステアリル、シクロペンチル、シクロヘキシル、2−エチルヘキシル、(C−C)アルケニル、ノルボルニルおよびアダマンチルが挙げられる。脂肪族基は置換されていてもよく、例えば側鎖基上の1以上の水素原子が複素原子または他の基、例えば重水素、ヒドロキシ、ハロゲン、例えばフッ素、臭素、または塩素、(C−C)アルキル、(C−C)ハロアルキル、(C−C10)アルコキシ、(C−C10)アルキルカルボニル、(C−C10)アルコキシカルボニル、(C−C10)アルキルカルボニルオキシ、アルキルアミン、アルキル硫黄含有物質などにより置換されている。さらに、あるいは別法として、脂肪族鎖中の1以上の炭素原子は、複素原子、例えば窒素、酸素、硫黄、燐、およびヒ素で置換されていてもよい。このような複素原子置換脂肪族基としては、例えば、ピペリジニルおよびテトラヒドロフラニルが挙げられる。
使用することができる芳香族基としては、例えば、6〜20個の炭素原子を有するもの、例えばフェニル、ビフェニル、トリル、1−ナフチル、2−ナフチルおよび2−フェナンスリルが挙げられる。本発明における目的に関して、芳香族構成成分を含む側鎖基は芳香族基とみなされる。したがって、例えばベンジル、フェネチル、メチルベンジルおよびエチルベンジルなどのアリールおよびアルキル成分をどちらも含有する基は芳香族基である。芳香族基は置換されていてもよく、例えば側鎖基上の1以上の水素原子が複素原子または他の基、例えば重水素、ヒドロキシ、ハロゲン、例えばフッ素、臭素、または塩素、(C−C)アルキル、(C−C)ハロアルキル、(C−C10)アルコキシ、(C−C10)アルキルカルボニル、(C−C10)アルコキシカルボニル、(C−C10)アルキルカルボニルオキシ、アルキルアミン、アルキル硫黄含有物質などにより置換されている。さらに、あるいは別法として、アリール基中の1以上の炭素原子は、複素原子、例えば窒素、酸素、硫黄、燐、およびヒ素により置換されていてもよい。このような複素原子置換脂肪族基としては、例えば、チオフェン、ピリジン、ピリミジン、ピロール、ホスホール、アルソールおよびフランが挙げられる。
いくつかの用途については、シルセスキオキサン単位が、式(RSiO1.5)および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換脂肪族基であり、Rは置換または非置換芳香族基である)の単位を含むのも望ましい場合がある。脂肪族および芳香族シルセスキオキサン単位の両方が組成物中に存在することにより、脂肪族のみまたは芳香族のみのシルセスキオキサン単位から得られるものよりも、ある用途に関して、より望ましい特性を有するポリマーが得られると考えられる。例えば、脂肪族基の存在は、より高い架橋密度および/または現像液中の向上された溶解度をもたらすと考えられ、一方、芳香族基はさらに強靱な亀裂耐性ポリマーをもたらすと考えられる。
いくつかの用途については、ポリマーのシルセスキオキサン単位のそれぞれにおいて、Rはヒドロキシ基を含まないのが有利であり得る。ヒドロキシのない側鎖基は結果として、光学損失特性を、ヒドロキシ含有側鎖基を使用する物質よりも改善し得ると考えられる。この点に関して、ヒドロキシ含有側鎖基は、例えばオプトエレクトロニクス産業において通常用いられる波長である1550nmでの光吸収による光学的損失を与えると考えられる。
ポリマーは、ランダムまたはブロックタイプのいずれかのコポリマーまたはさらに高次のポリマーの形態をとることができる。例えば、ポリマーは1以上のさらなるケイ素含有単位、例えば、シルセスキオキサン、ケージシロキサン、シロキサンおよびその組み合わせから選択される1以上のさらなる単位を含むことができる。例えば、ポリマーは式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基であり、ヒドロキシ基を含まない)の1以上のさらなる単位を含むことができる。ポリマーは、たとえば、メチル、ブチルおよびフェニルシルセスキオキサン単位;エチル、フェニルおよびトリフルオロメチルフェニルシルセスキオキサン単位またはメチル、ベンジルおよびフェニルシルセスキオキサン単位を含有することができる。好適なシロキサンは、例えば式((RSiO)(式中、Rは置換または非置換有機基、例えばアルキル基、例えばメチル、エチル、プロピルなど、またはアリール基、例えばフェニル、トリルなどである)の単位を含む。
ポリマーは広範囲におよぶ繰り返し単位を含有することができる。従って、ポリマーは分子量が広範囲にわたって変化し得る。典型的には、ポリマーは約500〜15,000、さらに典型的には約1,000〜10,000の重量平均分子量(Mw)を有する。
ポリマーは、光活性化後の組成物の溶解度の変化を可能にする2以上の官能末端基を含み得る。かかる末端基は、例えば、ヒドロキシ;アルコキシ、例えばエトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ;カルボキシエステル、アミノ、アミド、エポキシ、イミノ、カルボキシ酸、無水物、オレフィン、アクリル、アセタール、オルトエステル、ビニルエーテル、およびその組み合わせであり得る。官能末端基の含量は、例えばポリマー基準で約0.5〜35重量%であり得る。
組成物およびこれから形成されるフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層は、熱活性化に際してポリマーにおいて架橋反応をもたらすための成分を含む。熱活性成分は例えば活性化により酸または塩基を発生し、これは熱活性化によりポリマーの架橋およびそれ故に硬化を引き起こす。熱酸生成物質および熱塩基生成物質を包含するが、これらに限定されない様々な熱活性成分を本発明において用いることができる。
本発明において有用な熱酸生成物質は、加熱により、典型的には約25℃〜220℃の範囲の温度で酸を遊離させる任意の化合物である。本発明において有用な好適な熱酸生成物質としては、これらに限定されないが:2,4,4,6−テトラブロモシクロヘキサジエノン;有機スルホン酸、例えばジノニルナフタレンジスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸およびp−トルエンスルホン酸;有機スルホン酸のアルキルエステル、例えばベンゾイントシレート、および2−ニトロベンジルトシレート;ベンジルハロゲン化芳香族化合物;モノ−およびジ−アルキル酸ホスフェート;モノ−およびジ−フェニル酸ホスフェート;アルキルフェニル酸ホスフェート、およびその組み合わせが挙げられる。熱酸生成物質はブロックされていてもよく、例えばブロックされた酸エステル、例えばブロックされたドデシルスルホン酸エステルおよびブロックされたホスホン酸エステルである。熱酸生成物質は商業的に入手可能であり、例えば、King Industries,Norwalk、Connecticutから入手可能なブロックされた酸生成物質のNACUREブランドである。
本発明において有用な熱塩基生成物質は、典型的には約25℃〜220℃の範囲の温度で加熱すると塩基を遊離させる任意の化合物である。本発明において有用な好適な熱塩基生成物質としては、例えば、特開平5-158242(その全体が参照により本発明の一部として組み入れられる)に記載されているものが挙げられる。
熱活性成分の量は、加熱によりポリマー層の架橋をもたらすために十分な任意の量である。熱活性成分は、典型的には組成物中0.1〜10重量%、例えば0.1〜5重量%の量で存在する。
組成物から形成される構造の柔軟性を向上させる1以上の成分が組成物中に存在してもよい。これらの柔軟性向上物質は、典型的には、ヒドロキシ、アミノ、チオール、スルホネートエステル、カルボキシレートエステル、シリルエステル、無水物、アジリジン、メチロールメチル、シリルエーテル、エポキシド、オキセタン、ビニルエーテル、シラノールおよびその組み合わせから選択される複数の官能基を含有する。柔軟性向上物質において、官能基は典型的には主鎖物質に結合している。主鎖物質の例としては、置換および非置換アルキルおよびアリール炭化水素、エーテル、アクリレート、ノボラック、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリケトン、フラーレン、POSSケイ素、ナノ粒子、およびその組み合わせが挙げられる。官能基は、主鎖上の末端基として存在してもよく、および/または主鎖に沿った1以上の位置で存在してもよい。
柔軟化成分の例は、式R(OH)(式中、Rは、置換または非置換(C−C25)アルキル、(C−C25)アリール、(C−C25)アルアルキル、(C−C25)シクロアルキル、およびその組み合わせから選択される有機基であり、xは2またはそれ以上であり、炭素原子の数を超えない)のポリオールである。xが2である場合、柔軟化成分の例としては、1,2ジオール、例えばHOCH−CHOH−(CH−CH(式中、yは例えば0〜22であり得る)、例えばプロピレングリコールおよびブチレングリコールであるグリコールを含む。他の例としては、α,ω−ジオール、例えばHO−(CH−OH(式中、zは例えば2〜25である)、例えばエチレングリコール、1,3−プロパンジオールおよび1,4−ブタンジオールが挙げられる。xが3である場合、例としては、グリセリンおよびトリメチロールプロパンが挙げられる。
は式−O−(CR −(式中、wは例えば1〜13であり、Rは同一または異なって、例えばH、あるいは式C−C12アルキル、アリール、アルアルキルまたはシクロアルキルの置換または非置換有機基であってもよい)のポリエーテルであり得る。柔軟化成分の例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド、およびポリテトラヒドロフランの、ポリエーテルジオールが挙げられる。
柔軟性向上成分は、例えば62〜5000、例えば62〜2000の重量平均分子量を有し得る。この成分は活性化前または活性化後に乾燥状態で組成物の柔軟性を向上させるために有効な量で存在し得る。具体的な量は、例えば柔軟性向上成分の主鎖および官能基の種類および数に依存する。この成分は、例えば、組成物中0.5〜35重量%、例えば2〜20重量%の量で存在することができる。
前記柔軟剤に加えて、シロキサン、例えば式((RSiO)の単位を有するポリマーに関連して前述したものを用いることができる。
これらに限定されないが、表面レベリング剤、湿潤剤、消泡剤、接着性促進剤、チキソトロピー剤、フィラー、粘度調節剤をはじめとする他の添加剤が任意に組成物中に存在してもよい。かかる添加剤はコーティング組成物の分野においてよく知られている。表面レベリング剤、例えばシリコーンベースオイル、例えばDow Chemical Companyから入手可能なSILWET L−7604シリコーンベースオイルを組成物において使用することができる。1より多くの添加剤を本発明の組成物において組み合わせることができると理解される。例えば、湿潤剤をチキソトロピー剤と組み合わせることができる。本発明の組成物において使用されるこのような任意の添加剤の量は、具体的な添加剤および所望の効果に依存し、当業者の能力の範囲内である。このような他の添加剤は、典型的には組成物中5重量%未満、例えば2.5重量%未満の量で存在する。
本発明において有用な組成物は、任意に1以上の架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、例えば、組成物の成分を三次元的方法で結合する物質を包含する。ケイ素含有ポリマーと反応する芳香族または脂肪族架橋剤が本発明における使用に好適である。かかる有機架橋剤は硬化して、ケイ素含有ポリマーと重合網目構造を形成する。かかる有機架橋剤はモノマーであっても、ポリマーであってもよい。当業者らは、架橋剤の組み合わせを本発明において成功裏に使用できることを理解する。
本発明において有用な好適な有機架橋剤としては、これらに限定されないが、アミン含有化合物、エポキシ含有物質、少なくとも2つのビニルエーテル基を含有する化合物、アリル置換芳香族化合物、およびその組み合わせが挙げられる。典型的な架橋剤としては、アミン含有化合物およびエポキシ含有物質が挙げられる。
本発明において架橋剤として有用なアミン含有化合物としては、これらに限定されないが、メラミンモノマー、メラミンポリマー、アルキロールメチルメラミン、ベンゾグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、グリコルリル−ホルムアルデヒド樹脂、およびその組み合わせが挙げられる。
当業者らは、好適な有機架橋剤濃度が、架橋剤の反応性および組成物の具体的な用途をはじめとする要因に応じて変化することを理解する。使用される場合、架橋剤(または架橋剤群)は典型的には組成物中に0.1〜50重量%、例えば0.5〜25重量%、または1〜20重量%の量で存在する。
1以上の添加剤は、ポリマー層、例えば光導波路の場合にはクラッド層の屈折率を調節する働きを果たし得る。
組成物は典型的にはさらに溶媒を含む。様々な溶媒、例えば:グリコールエーテル、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、およびジプロピレングリコールモノメチルエーテル;エステル、例えばメチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート;二塩基性エステル;カーボネート、例えば、プロピレンカーボネート;γ−ブチロラクトン;エステル、例えば乳酸エチル、酢酸n−アミルおよび酢酸n−ブチル;アルコール、例えばn−プロパノール、イソ−プロパノール;ケトン、例えばシクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンおよび2−ヘプタノン;ラクトン、例えばγ−ブチロラクトンおよびγ−カプロラクトン;エーテル、例えばジフェニルエーテルおよびアニソール;炭化水素、例えばメシチレン、トルエンおよびキシレン;および複素環式化合物、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルプロピレン尿素;およびその混合物を使用することができる。
パターン化される光学層の形成において有用な、かかる層を含むフォトイメージ可能な層および乾燥フィルムは、フォト酸またはフォト塩基生成物質をはじめとする光活性成分が熱活性成分の代わりに使用される以外はフォトイメージ可能でない組成物および乾燥フィルムに関して上述したのと同じ方法で形成することができる。フォト酸生成物質は、光に露光されると酸を発生する任意の化合物または化合物群であり得る。好適なフォト酸生成物質は公知であり、これらに限定されないが、ハロゲン化トリアジン、オニウム塩、スルホン化エステル、置換ヒドロキシイミド、置換ヒドロキシルイミン、アジド、ナフトキノン、例えばジアゾナフトキノン、ジアゾ化合物、およびその組み合わせが挙げられる。
有用なハロゲン化トリアジンとしては、例えば、ハロゲン化アルキルトリアジン、例えばトリハロメチル−s−トリアジンが挙げられる。s−トリアジン化合物は、ある種のメチル−トリハロメチル−s−トリアジンおよびある種のアルデヒドまたはアルデヒド誘導体の縮合反応生成物である。かかるs−トリアジン化合物は、米国特許第3954475号およびワカバヤシら、Bulletin of the Chemical Society of Japan、42、2924−30(1969)に開示されている手順にしたがって調製することができる。本発明において有用な他のトリアジンタイプのフォト酸生成物質は、例えば、米国特許第5366846号に開示されている。
弱求核性アニオンとのオニウム塩はフォト酸生成物質として使用するのに特に好適である。このようなアニオンの例は、例えば、アンチモン、スズ、鉄、ビスマス、アルミニウム、ガリウム、インジウム、チタン、ジルコニウム、スカンジウム、クロム、ハフニウム、銅、ホウ素、燐およびヒ素をはじめとする2価から7価金属または非金属のハロゲン複合アニオンである。好適なオニウム塩の例としては、これらに限定されないが、ジアゾニウム塩、例えばジアリール−ジアゾニウム塩および周期表のVAおよびB、IIAおよびBおよびI族のオニウム塩、例えばハロニウム塩、例えばヨードニウム塩、第四アンモニウム、ホスホニウムおよびアルソニウム塩、スルホニウム塩、たとえば芳香族スルホニウム塩、スルホキソニウム塩またはセレン塩が挙げられる。好適なオニウム塩の例は、例えば、米国特許第4442197号;第4603101号;および第4624912号に開示されている。スルホニウム塩、例えばトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェートおよびその混合物が典型的である。
フォト酸生成物質として有用なスルホン化エステルとしては、例えば、スルホニルオキシケトンが挙げられる。好適なスルホン化エステルとしては、これらに限定されないが、ベンゾイントシレート、t−ブチルフェニルアルファ−(p−トルエンスルホニルオキシ)−アセテート、2,6−ジニトロベンジルトシレート、およびt−ブチルアルファ−(p−トルエンスルホニルオキシ)−アセテートが挙げられる。このようなスルホン化エステルは、例えばJournal of Photopolymer Science and Technology、第4巻、No.3337−340(1991)に開示されている。
使用することができる置換ヒドロキシイミドとしては、例えば、n−トリフルオロメチルスルホニルオキシ−2,3−ジフェニルマレイミドおよび2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ−2,3−ジフェニルマレイミドが挙げられる。好適な置換ヒドロキシルイミンとしては、例えば、2−(ニトリロ−2−メチルベンジリデン)−(5−ヒドロキシイミノブチルスルホニル)−チオフェンが挙げられる。アジドとしては、例えば2,6−(4−アジドベンジリデン)シクロヘキサノンが挙げられる。ナフトキノンとしては、例えば、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンの2,1−ジアゾナフトキノン−4−スルホネートエステルが挙げられる。ジアゾ化合物のうち、1,7−ビス(4−クロロスルホニルフェニル)−4−ジアゾ−3,5−ヘプタンジオンを用いることができる。
フォト塩基生成物質は、光に露光されると塩基を遊離させる任意の化合物および化合物群であり得る。好適なフォト塩基生成物質としては、これらに限定されないが、ベンジルカーバメート、ベンゾインカーバメート、O−カルバモイルヒドロキシアミン、O−カルバモイルオキシム、芳香族スルホンアミド、アルファ−ラクタム、N−(2−アリルエテニル)アミド、アリールアジド化合物、N−アリールホルムアミド、4−(オルト−ニトロフェニル)ジヒドロピリジン、およびその組み合わせが挙げられる。
フォトイメージ可能なポリマー層の現像剤は、水性または非水性現像溶液であるか、またはその組み合わせであってよく、任意に1以上の添加剤、例えば消泡剤、界面活性剤などを含むことができる。典型的な水性現像剤としては、例えば、水中アルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム、ならびに水中テトラアルキルアンモニウム水酸化物、例えばテトラメチルアンモニウム水酸化物が挙げられる。かかる現像剤は、典型的には0.1〜2N、例えば0.15〜1N、または0.26〜0.7Nの濃度において用いられる。
典型的な非水性現像剤としては、例えば、ケトン、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2−オクタノン、2−ヘプタノンおよびメチルイソアミルケトン;アルコール、例えばエタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノールおよびベンジルアルコール;エステル、例えば酢酸エチル、プロピオン酸エチルおよび乳酸エチル;グリコールエーテル、例えばエチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル;グリコールエーテルエステル、例えばエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート;芳香族、例えばトルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなど、およびその組み合わせが挙げられる。
フォトイメージ可能なポリマー層の現像は、典型的には20〜85℃、例えば21〜49℃の温度で行われる。激しい撹拌を伴う現像時間は、10分以内、例えば5分以内、2分以内、1分以内、または30秒以内であり得る。現像は、例えば静的現像チャンバーまたはスプレーチャンバー中で行うことができる。典型的な噴霧圧は、5〜40psi(0.35〜2.8kg/cm)、例えば10〜25psi(0.7〜1.8kg/cm)の範囲である。
次の予言的な実施例は本発明のさらなる様々な態様を説明することを意図するが、本発明の範囲を任意の態様に限定することを意図しない。実施例の目的に関して、様々な成分の量は溶媒を含む全組成物基準の重量%で与えられる。
1.フォトイメージ可能でない熱硬化性光学乾燥フィルムの調製
実施例1〜6
各実施例について組成物を形成するために以下に記載される成分を混合により組み合わせる。組成物を50μm厚さのポリエチレンテレフタレート(PET)キャリア基体フィルム上にローラーコーティングして、100μmの湿潤厚さにし、対流オーブン中で30分間90℃で乾燥し、50μmの厚さにした。25μmの厚さのポリエチレン(PE)保護カバー層を、コーティングされた層の表面にローラーで適用して、乾燥フィルムを作る。乾燥フィルムを巻いて、例えば図1Cに示すようなロール形態にする。
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実施例7〜12
ローラーコーティングの前に、前面PE保護カバー層の代わりに5μmのシリコーンリリース層でPET基体の裏面をコーティングする以外は実施例1〜6の手順および物質を繰り返し行う。
実施例13〜18
基体が、前面PE保護カバー層の代わりに、ポリエチレンをその裏面に含浸させた125μm厚さのクラフト紙である以外は、実施例1〜6の手順および物質を繰り返し行う。
2.プリント配線板の調製
実施例19〜36
a.ボトムクラッド形成
その上に回路を含む30mg/cm銅箔クラッドプリント配線板をホットロールラミネーター中に入れる。前面PE保護カバー層(存在する場合)を表1に記載される残るボトムクラッド(「クラッド1」)乾燥フィルムから除去する。乾燥フィルムのポリマー層をプリント配線板上の銅表面に接して置き、乾燥フィルムをホットロールラミネーター中でプリント配線板に30cm/分、20psi(1.4kg/cm)、100℃で積層化させる。PETフィルムを構造物から除去し、プリント配線板を180℃の対流オーブン中に60分間入れて層を熱硬化させ、かくしてプリント配線板上にボトムクラッド層を形成する。
b.コア構造形成
以下に記載される各成分を混合により組み合わせることによりコア組成物A〜Fが形成される。ボトムクラッド層で積層されたプリント配線板のそれぞれを、表1において詳細に記載されるコア組成物A〜Fのうちの1つでローラーコーティングして厚さ50μmにし、対流オーブン中90℃で30分間空気中で乾燥する。プリント配線板を、90℃の出発温度で空気中でアニールし、1分間に2℃の割合で室温に下降させる。ポリマーコア層を500mJ/cmのハロゲン化水銀ランプからの化学線に、幅25〜250μmの2〜30cmの開口部を含むコアパターンを含有するマスクを通して露光する。プリント配線板を90℃の対流オーブン中に20分間入れ、穏やかに撹拌しながら0.7N NaOH現像剤溶液中に室温で2.5分間入れる。プリント配線板をDI水中で洗浄し、エアナイフで乾燥する。これを次いで180℃の対流オーブン中60分間硬化させると、結果として複数の導波路コアが導波路ボトムクラッド層上に得られる。
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c.トップクラッド形成
ボトムクラッド層について上述された同じ手順を用いて、表1に示すようにボトムクラッド層とコア構造上にトップクラッド(「クラッド2」)層を形成する。これによりプリント配線板基体上に導波路構造が形成される。
Figure 2006178467
本発明を特定の具体例を参照して詳細に記載したが、特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を行うことができ、同等物を用いることができることは当業者には明らかである。
図1Aは本発明の光学乾燥フィルムの例を示す。 図1Bは本発明の光学乾燥フィルムの例を示す。 図1Cは本発明の光学乾燥フィルムの例を示す。 図2Aは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。 図2Bは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。 図2Cは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。 図2Dは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。 図2Eは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。 図2Fは、本発明の様々な形成段階での光学機能を有するプリント配線板の例を示す。
符号の説明
1 乾燥フィルム
1’ コア乾燥フィルム
1” もう一つの乾燥フィルム
2 キャリア基体
4 ポリマー層
6 保護カバー層
8 巻かれた形態
10 プリント配線板基体
11 ローラー
12 コア層
12’ コア構造
14 化学線
16 フォトマスク
18 トップクラッド層
20 導波路構造

Claims (11)

  1. 光学部品の形成における使用に適した乾燥フィルムであって:
    前面および裏面を有するキャリア基体;
    キャリア基体の前面上のフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層であって、熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)の単位を含む、当該ポリマー層;および
    キャリア基体の前面または裏面上の保護カバー層を含む乾燥フィルム。
  2. 熱活性成分が熱酸生成物質である請求項1に記載の乾燥フィルム。
  3. 熱酸生成物質がブロックされた酸エステルである請求項2に記載の乾燥フィルム。
  4. キャリア基体がポリマーフィルムである請求項1〜3のいずれか1つに記載の乾燥フィルム。
  5. 乾燥フィルムが巻かれた形態である請求項1〜4のいずれか1つに記載の乾燥フィルム。
  6. 保護カバー層がキャリア基体の裏面上に配置される請求項1〜5のいずれか1つに記載の乾燥フィルム。
  7. 光学デバイスを形成する方法であって:
    (a)キャリア基体とフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層とを含む乾燥フィルムを第一基体上に適用すること(ここで、該ポリマー層は、熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基である)の単位を含む);および
    (b)(a)の後、ポリマー層の少なくとも一部を熱硬化させること
    を含む方法。
  8. 熱活性成分が熱酸生成物質である請求項7に記載の方法。
  9. 光学デバイスが、コアおよびクラッドを含む光導波路であり、クラッドは、熱硬化したポリマー層を含む請求項7または8に記載の方法。
  10. ポリマー層が光導波路のボトムクラッド層を形成し、コアがボトムクラッド層上に配置される請求項9に記載の方法であって、ボトムクラッド層およびコア上に、キャリア基体およびフォトイメージ可能でない熱硬化性ポリマー層を含む第二の乾燥フィルムを適用することをさらに含み、ポリマー層が熱活性成分および式(RSiO1.5)(式中、Rは置換または非置換有機基であり、Rと同じであるかまたは異なる)の単位を含む方法。
  11. 第一基体がプリント配線板基体である請求項7〜10のいずれか1つに記載の方法。
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