JP2011052225A - 光導波路材料用樹脂組成物、光導波路材料用樹脂フィルム及びこれらを用いた光導波路 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合の光伝送路としては、光ファイバーに比べ、配線の自由度が高く、かつ高密度化が可能な光導波路を用いることが望ましく、中でも、加工性や経済性に優れたポリマー材料を用いた光導波路が有望である。ポリマー光導波路は、前記のように電気配線板と共存する構造となるため、ポリマー光導波路には、高透明性(低伝搬損失)とともに高耐熱性も要求されるが、このような光導波路材として、フッ素化ポリイミド(例えば非特許文献1)や、エポキシ樹脂(例えば非特許文献2)が提案されている。
一方、エポキシ樹脂は、光重合開始剤を添加することで、感光・現像法によりコアパターンの形成が可能であり、かつ0.1dB/cmと高い透明性を有することが報告されているが、エポキシ樹脂の耐熱性は一般に200〜280℃であり、上述の光電気混載基板に適用可能なものもあるが、高い信頼性を得るためには、さらに高い耐熱性が求められていた。
以上のように、(1)高透明性、(2)高耐熱性、(3)高生産性を兼ね備えた光導波路は開発されていないのが現状である。
すなわち本発明は、
(1)(A)下記一般式(I)で表されるフルオレンジ(メタ)アクリレート及び(B)光重合開始剤を含む光導波路材料用樹脂組成物、
(2)(A)成分と(B)成分の総量に対して、(A)成分の含有量が90.0〜99.9質量%であり、(B)成分の含有量が0.1〜10.0質量%である上記(1)に記載の光導波路材料用樹脂組成物、
(4)(C)ベースポリマーの数平均分子量が5000以上である上記(3)記載の光導波路材料用樹脂フィルム、
(5)(C)ベースポリマーが主鎖に芳香族骨格を有する上記(3)又は(4)に記載の光導波路材料用樹脂フィルム、
(6)(C)ベースポリマーがフェノキシ樹脂である上記(5)に記載の光導波路材料用樹脂フィルム、
(7)(C)ベースポリマーが室温で固形のエポキシ樹脂である上記(3)又は(4)に記載の光導波路材料用樹脂フィルム、
(8)(A)成分と(C)成分の総量に対して、(A)成分の含有量が20〜90質量%であり、(C)成分の含有量が10〜80質量%であり、かつ(A)成分と(C)成分の総量100質量部に対して(B)成分の含有量が0.1〜5質量部である上記(3)〜(7)のいずれかに記載の光導波路材料用樹脂フィルム、及び
(9)上記(1)もしくは(2)に記載の光導波路材料用樹脂組成物、又は上記(3)〜(8)のいずれかに記載の光導波路材料用樹脂フィルムを、光導波路の下部クラッド、コア、及び上部クラッドの少なくとも1つに用いた光導波路、
を提供するものである。
なお、一般式(I)及び(II)において、Yが水素、R1〜R16が水素、mが1、nが1であるものが、市販品として入手可能である(新中村化学(株)社製、商品名「A−BPEF」)。
上記に例示した(B)光重合開始剤は、単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
すなわち、(A)上記一般式(I)で表されるフルオレンジ(メタ)アクリレート、(B)光重合開始剤、及び(C)ベースポリマーを含む光導波路材料用樹脂組成物からなる光導波路材料用樹脂フィルムも本発明に包含されるものである。フィルム状にすることで、液状では煩雑であった膜厚制御が容易になり、生産性も大幅に向上する。
(C)成分のベースポリマーは、フィルムを形成し、該フィルムの強度を確保するためのものであり、該目的を達成し得るものであれば特に制限はなく、フェノキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのベースポリマーは単独でも、または2種以上を混合して使用しても良い。
上記で例示したベースポリマーのうち、耐熱性が高いとの観点から,主鎖に芳香族骨格を有することが好ましく、特にフェノキシ樹脂が好ましい。また、(A)フルオレンジ(メタ)アクリレートとの相溶性、感光・現像特性の向上の観点から、エポキシ樹脂、特に室温で固形のエポキシ樹脂を好適に用いることができる。
特に、一般式(III)で表されるフェノキシ樹脂のうち、下記式(VII)で表される繰返し単位を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂の直鎖状高分子重合体が、高い耐熱性を有しており好ましい。
また、上記一般式(III)で表されるフェノキシ樹脂の他に、種々の2官能エポキシ樹脂とビスフェノール類とを重付加反応した高分子量体、例えば臭素化フェノキシ樹脂(特開昭63−191826号公報、特公平8−26119号公報)、ビスフェノールA/ビスフェノールF共重合型フェノキシ樹脂(特許第2917884号公報、特許第2799401号公報)、リン含有フェノキシ樹脂(特開2001−310939号公報)、フルオレン骨格を導入した高耐熱性フェノキシ樹脂(特開平11−269264号公報、特開平11−302373号公報)などもフェノキシ樹脂として知られている。
(C)ベースポリマーの分子量については、ルータやサーバ装置内のボード間あるいはボード内の光信号伝送用光導波路に要求される50μm以上の厚膜のフィルムの形成を可能とするため、数平均分子量で5,000以上であることが好ましく、さらに10,000以上が好ましく、特に30,000以上であることが好ましい。数平均分子量の上限については、特に制限はないが、(A)成分との相溶性の観点から、1,000,000以下であることが好ましく、さらには500,000以下、特には200,000以下であることが好ましい。なお、本発明における数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定し、標準ポリスチレン換算した値である。
以下、本発明の樹脂組成物を用いて光導波路を作製する方法について説明する。その方法としては、例えば、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法、カーテンコート法、シルクスクリーン法、ロールコート法等の方法を用いて基板上に該樹脂組成物を塗布し、加熱、または減圧乾燥等によって溶媒を乾燥除去した後、活性光線の照射または加熱によって樹脂を硬化する。この樹脂層がクラッド層を構成するものである。
次いで、同様の塗布方法により、先に形成した光導波路層より屈折率の高い樹脂組成物を塗布し、これをコア層とする。続いて、ネガまたはポジ型のマスクパターンを通して、活性光線を照射し、露光後、ウェット現像、ドライ現像等で未露光部を除去して現像し、コアパターンを製造する。ここで、必要に応じ、60〜250℃程度の加熱または0.1から1000mJ/cm2程度の露光を行うことにより、光導波路パターンをさらに硬化して用いてもよい。
この後、コア層より屈折率の低い樹脂を同様の方法にて塗布・製膜し、光導波路を作製する。
本発明の光導波路材料用樹脂フィルムは、(A)〜(C)成分を含有する樹脂組成物を溶媒に溶解して基材に塗布し、溶媒を除去することにより容易に製造することができる。ここで用いる溶媒としては、該樹脂組成物を溶解し得るものであれば特に限定されず、上述の(A)及び(B)成分を溶解する溶媒として列挙されたものを使用することができる。また、樹脂溶液中の樹脂分濃度は通常30〜80質量%であることが好ましい。
該基材の厚みは5〜50μmであることが好ましい。5μm以上であると支持体としての強度が得やすいという利点があり、50μm以下であるとパターン形成時のマスクとのギャップが小さくなり、より微細なパターン形成可能であるという利点がある。以上の観点から、該基材の厚みは10〜40μmであることが好ましく、20〜30μmであることがさらに好ましい。
このようにして得られた基材上に設けられた光導波路材料用樹脂フィルムは、例えばロール状に巻き取ることによって容易に貯蔵することができる。また、必要に応じて、光導波路材料用樹脂フィルムの上に保護フィルムを設けることもできる。なお、基材及び保護フィルムは、後に光導波路材料用樹脂フィルムの剥離を容易とするため、帯電防止処理等が施されていてもよい。
以下、本発明の光導波路材料用樹脂フィルムを用いて光導波路を形成するための製造方法について詳述する。その方法としては、例えば、保護フィルムが存在する場合には保護フィルムを剥離後、下部クラッドフィルムを基板上に加熱圧着することにより積層する方法などが挙げられる。ここで、密着性及び追従性の見地から減圧下で積層することが好ましい。該フィルムの加熱温度は50〜130℃とすることが好ましく、圧着圧力は、0.1〜1.0MPa(1〜10kgf/cm2程度)とすることが好ましいが、これらの条件には特に制限はない。
次いで、下部クラッドフィルムを光または加熱により硬化し、下部クラッドフィルムより屈折率の高いコアフィルムを同様な方法で積層する。このようにして積層した後、ネガまたはポジマスクパターンを通して活性光線が画像状に照射される。活性光線の光源としては、例えば、カーボンアーク灯、水銀蒸気アーク灯、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ等の紫外線を有効に放射する公知の光源が挙げられる。また、他にも写真用フラッド電球、太陽ランプ等の可視光を有効に放射するものも用いることができる。
有機溶剤系現像液としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、γ―ブチロラクトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。これらの有機溶剤は、引火防止のため、1〜20質量部の範囲で水を添加することが好ましい。また、必要に応じて2種類以上の現像方法を併用してもよい。現像の方式としては、例えば、ディップ方式、バトル方式、高圧スプレー方式等のスプレー方式、ブラッシング、スクラッピング等が挙げられ、高圧スプレー方式が解像度向上のためには最も適している。
現像後の処理として、必要に応じて60〜250℃程度の加熱または0.1から1000mJ/cm2程度の露光を行うことにより、光導波路パターンをさらに硬化して用いてもよい。
この後、コアフィルムより屈折率の低い上部クラッドフィルムを同様な方法で積層し、光導波路を作製する。
実施例1
フルオレンジアクリレート(新中村化学(株)製、商品名「A−BPEF」)に、光重合開始剤(東京化成工業(株)製「2,2-ビス(2-クロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル1,2'-ビイミダゾール」、同社製「4,4'-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン」、及び同社製「2-メルカプトベンゾイミダゾール」からなる3元系光ラジカル発生剤)を2質量%添加し、これに溶媒であるN,N−ジメチルアセトアミドをフルオレンジアクリレート及び光開始剤の総量100質量部に対して30質量部加え、光導波路形成用樹脂組成物を用意した。次に、熱酸化膜(厚さ1μm)付きシリコンウェハ(厚さ1mm)上に、スピンコート法により樹脂層を作製し、80℃、10分、その後100℃、10分の条件にて溶媒を乾燥除去した。続いて、上記樹脂層に、高圧水銀ランプの紫外線を1mJ/cm2照射し、樹脂を光硬化させ、さらに160℃、1時間の条件でポストベークを行い、スラブ光導波路(コア厚10μm)を得た。このときのスラブ光導波路(コア)の屈折率を、Metricon社製プリズムカプラ(Model2020)を用いて測定したところ(測定波長830nm)、1.613であった。また、ULVAC社製、TGD−7000にて測定した該スラブ光導波路の熱分解温度は約300℃であり、高い耐熱性を有することがわかった。
該スラブ光導波路を最高到達温度265℃(260℃以上の保持時間15〜20秒)、窒素雰囲気下の条件で、はんだリフロー炉(古河電気工業(株)製、「サラマンダ」)中を3回通過させた。リフロー前後の伝搬損失をプリズムカプラ式光学特性測定装置(SAIRON TECHNOLOGY社製、SPA-4000)にて測定した結果(測定波長;830nm、nD=1.62のマッチングオイル使用)、リフロー前後の伝搬損失は、それぞれ0.1dB/cm、0.1dB/cmであった。本発明の光導波路形成用樹脂組成物が高耐熱性を有し、かつ低損失であることがわかる。なお、本実施例においては、熱酸化膜が下部クラッドの役割を果たし、空気が上部クラッドの役割を果たすものである。
フルオレンジアクリレート(新中村化学(株)製、商品名「A−BPEF」)に、ベースポリマーとしてフェノキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「フェノトートYP−50」、)を、フルオレンジアクリレート80質量%、フェノキシ樹脂20質量%となるように加え、これら樹脂分の総量100質量部に対して光開始剤(東京化成工業(株)製、2,2-ビス(2-クロロフェニル)-4,4',5,5'-テトラフェニル1,2'-ビイミダゾール、同社製、4,4'-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、及び同社製2-メルカプトベンゾイミダゾールからなる3元系光ラジカル発生剤)を2質量部添加し、これに溶剤としてメチルエチルケトンを40質量部加え、光導波路形成用樹脂組成物を用意した。これをPETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名「A−4100」)上にアプリケーター(ヨシミツ精機(株)製、「YBA−4」を用い塗布し、80℃、10分、その後100℃、10分で溶媒を乾燥除去し、光導波路形成用樹脂フィルムを得た。このときの光導波路形成用樹脂フィルムの厚さは、アプリケータ−の間隙を調節することで、5〜100μmの間で任意に調整可能であり、本実施例では12μmとした。
該光導波路形成用樹脂フィルムを、熱酸化膜(厚さ1μm)付きシリコンウェハ(厚さ1mm)上に、真空加圧式ラミネータ((株)名機製作所製、MVLP−500)を用い、圧力0.4MPa、温度60℃の条件で積層し、これに(株)オーク製作所製「EXM−7172−B−00」にて紫外線を1J/cm2照射して樹脂を光硬化させ、さらに160℃、1時間の条件でポストベークを行い、スラブ光導波路(コア厚12μm)を得た。このときのスラブ光導波路(コア)の屈折率は、測定波長830nmにおいて1.607であった。次いでこれを最高到達温度265℃(260℃以上の保持時間15〜20秒)、窒素雰囲気下の条件で、はんだリフロー炉(古河電気工業(株)製、「サラマンダ」)中を3回通過させた。
リフロー前後の伝搬損失をプリズムカプラ式光学特性測定装置(SAIRON TECHNOLOGY社製、SPA-4000)にて測定した結果(測定波長;830nm、nD=1.62のマッチングオイル使用)、リフロー前後の伝搬損失は、それぞれ0.2dB/cm、0.2dB/cmであった。本発明の光導波路形成用樹脂フィルムが高耐熱性を有し、かつ低損失であることがわかる。
実施例2において、フェノキシ樹脂に代えて、室温で固形のエポキシ樹脂(東都化成(株)製、商品名「エポトートYD−7020」)を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、スラブ光導波路を得た。このときのスラブ光導波路(コア)の屈折率は、測定波長830nmにおいて1.604であった。次いでこれを最高到達温度265℃(260℃以上の保持時間15〜20秒)、窒素雰囲気下の条件で、はんだリフロー炉(古河電気工業(株)製、「サラマンダ」)中を3回通過させた。リフロー前後の伝搬損失をプリズムカプラ式光学特性測定装置(SAIRON TECHNOLOGY社製、SPA-4000)にて測定した結果(測定波長;830nm、nD=1.62のマッチングオイル使用)、リフロー前後の伝搬損失は、それぞれ0.2dB/cm、0.2dB/cmであった。本発明の光導波路形成用樹脂フィルムが高耐熱性を有し、かつ低損失であることがわかる。
実施例1に記載の光導波路形成用樹脂組成物と同組成の樹脂組成物を用意し、これに溶剤としてメチルエチルケトンを全量に対して40質量部加えて樹脂ワニスを調合した。これをPETフィルム(東洋紡績(株)製、商品名「A−4100」)上にアプリケーター(ヨシミツ精機(株)製、「YBA−4」)を用いて塗布し、80℃、10分、その後100℃、10分で溶剤乾燥させ光導波路材料用樹脂フィルムを得た。このときの光導波路材料用樹脂フィルムの厚さは、アプリケーターの間隙を調節することで、5〜100μmの間で任意に調整可能であり、本実施例では、硬化後の膜厚が10μmとなるように調節した。
真空加圧式ラミネータ((株)名機製作所製、MVLP−500)を用い、該光導波路材料用樹脂フィルムをシリコン基板上に、圧力0.5MPa、温度50℃、加圧時間30秒の条件にてラミネートした。
該樹脂フィルムの屈折率及び複屈折をMetricon社製プリズムカプラ(Model12020)を用いて測定した(測定波長830nm)。その結果を第1表に示す。
また、厚さを70μmとしたこと以外は上記と同様にして、光導波路材料用樹脂フィルムを得、該光導波路材料用樹脂フィルムをシリコン基板上にラミネートし、日立製作所製分光光度計(型式U−3410)を用いて、光線透過率を測定した。400〜800nmの可視領域において90%以上の透過率を示した。
以上のように、該光導波路材料は高い屈折率を有しながらも複屈折が小さく、しかも透明性に優れた光導波路材料である。
実施例2に記載の光導波路形成用樹脂組成物と同組成の樹脂組成物を用いて光導波路材料用樹脂フィルムを得、実施例4と同様にして屈折率及び複屈折を測定した。その結果を第1表に示す。また、実施例4と同様にして光線透過率を測定したところ、400〜800nmの可視領域において90%以上の透過率を示した。高い屈折率を有しながらも複屈折が小さく、しかも透明性に優れた光導波路材料であることがわかる。
実施例3に記載の光導波路形成用樹脂組成物と同組成の樹脂組成物を用いて光導波路材料用樹脂フィルムを得、実施例4と同様にして屈折率及び複屈折を測定した。その結果を第1表に示す。また、実施例4と同様にして光線透過率を測定したところ、400〜800nmの可視領域において90%以上の透過率を示した。高い屈折率を有しながらも複屈折が小さく、しかも透明性に優れた光導波路材料であることがわかる。
Claims (9)
- (A)成分と(B)成分の総量に対して、(A)成分の含有量が90.0〜99.9質量%であり、(B)成分の含有量が0.1〜10.0質量%である請求項1に記載の光導波路材料用樹脂組成物。
- (C)ベースポリマーの数平均分子量が5,000以上である請求項3記載の光導波路材料用樹脂フィルム。
- (C)ベースポリマーが主鎖に芳香族骨格を有する請求項3又は4に記載の光導波路材料用樹脂フィルム。
- (C)ベースポリマーがフェノキシ樹脂である請求項5記載の光導波路材料用樹脂フィルム。
- (C)ベースポリマーが室温で固形のエポキシ樹脂である請求項3又は4に記載の光導波路材料用樹脂フィルム。
- (A)成分と(C)成分の総量に対して、(A)成分の含有量が20〜90質量%であり、(C)成分の含有量が10〜80質量%であり、かつ(A)成分と(C)成分の総量100質量部に対して(B)成分の含有量が0.1〜5質量部である請求項3〜7のいずれかに記載の光導波路材料用樹脂フィルム。
- 請求項1もしくは2に記載の光導波路材料用樹脂組成物、又は請求項3〜8のいずれかに記載の光導波路材料用樹脂フィルムを、光導波路の下部クラッド、コア、及び上部クラッドの少なくとも1つに用いた光導波路。
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