JP2014102348A - 光導波路形成用樹脂組成物およびそれを用いた光導波路ならびに光伝送用フレキシブルプリント基板、およびその光導波路の製法 - Google Patents
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Abstract
【課題】塗工性に優れ、塗膜形成時の溶剤乾燥工程を省略することが可能であるとともに、光導波路損失が低く、高Tgおよび高い柔軟性を有する光導波路の形成用材料として適した、光導波路形成用樹脂組成物およびそれを用いた光導波路ならびに光伝送用フレキシブルプリント基板、およびその光導波路の製法を提供する。
【解決手段】下記(A)〜(D)成分を含有する光導波路形成用樹脂組成物であって、上記光導波路形成用樹脂組成物が、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲である。
(A)液状オキセタン化合物。
(B)液状エポキシ化合物。
(C)アルキレングリコール。
(D)光酸発生剤。
【選択図】なし
【解決手段】下記(A)〜(D)成分を含有する光導波路形成用樹脂組成物であって、上記光導波路形成用樹脂組成物が、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲である。
(A)液状オキセタン化合物。
(B)液状エポキシ化合物。
(C)アルキレングリコール。
(D)光酸発生剤。
【選択図】なし
Description
本発明は、光通信,光情報処理,その他一般光学にて広く用いられる光導波路装置における光導波路を構成するクラッド層等の形成材料として用いられる光導波路形成用樹脂組成物およびそれを用いた光導波路ならびに光伝送用フレキシブルプリント基板、およびその光導波路の製法に関するものである。
光伝送用フレキシブルプリント基板向け光導波路クラッド層材料は、その使用用途に従い、硬化感度(パターニング性)、高柔軟性および低屈折率等の特性が要求される。この要求に沿う材料設計を行う際、一般に低屈折率の観点から脂肪族系樹脂が選定され、例えば、多官能脂肪族エポキシ樹脂および長鎖二官能脂肪族エポキシ樹脂を適宜配合することにより、それぞれパターニング性、高柔軟性を付与する配合設計が行われる。そのため、特に柔軟性が要求されるクラッド層材料では、上記長鎖二官能脂肪族エポキシ樹脂の導入量が、必然的に多くなることから、硬化後のクラッド層のTg(ガラス転移温度)は低下する傾向にある(特許文献1、2)。
一方、大量生産を視野に入れた製造工程である、ロール・トゥ・ロール(roll-to-roll)プロセスにおいて、一般に未硬化物フィルムをドライフィルム化する手法が用いられている。このドライフィルム材料をロール・トゥ・ロールプロセスに適合させるため、材料開発において未硬化物の低タック性,フレキシビリティが要求されているが、このような要求は材料設計の自由度を狭めることにつながっている。また、ドライフィルムを作製する際、ラミネート基材がその両面に必要となることから、省資源化およびコストの観点から問題となるため、材料開発において、液状材料を基材に塗工してクラッド層やコア層を形成する等のウェットプロセスへの適合性もまた重要視されることとなる(特許文献2)。
上記ウェットプロセスにおいては、一般に、塗工して溶剤乾燥を行う際、その塗膜表面の平滑性を高めるために、表面平滑剤(レベリング剤)の添加や沸点の高い溶剤(高沸点溶剤)が使用される。
しかしながら、上記レベリング剤を使用すると、塗膜表面の表面張力が低下するため、その後の塗工工程において塗工液のハジキの原因となることや、光導波路損失に対して悪影響を及ぼすことが多い等の問題がある。
また、レベリング剤に代えて、上記高沸点溶剤を使用した場合には、つぎの点が問題となる。すなわち、柔軟性を付与するためにTgが低くなったクラッド層材料を用いた場合、そのクラッド層材料にて形成されたアンダークラッド層上にて行われるコア層塗工乾燥工程では、高沸点溶剤を乾燥させる際に、アンダークラッド層形成材料のTgよりも高い加熱温度にてコア層形成材料中の溶剤乾燥が行われる。そのため、低屈折率のアンダークラッド層中に高屈折率のコア層形成材料の樹脂成分の染み込みが発生し、コア層内を伝搬する光がアンダークラッド層側に漏れてしまうことによる光導波路損失の悪化が問題となっている。
一方、光導波路を作製する際に光導波路の位置精度が要求される用途(例えば、光電気混載基板等)において光導波路を作製するためには、アンダークラッド層、コア層、オーバークラッド層の三層をフォトリソグラフィ(各層の工程:塗工、溶剤乾燥、アライメント露光、後加熱、現像、乾燥)にて作製することが必要となり、製造コストが高くなるという問題がある。このような問題に対する技術的な解決手法の難易度は高いものであるが、溶剤乾燥工程を省略(削除)することは、作製工程の短縮という点から講じられる対策として比較的簡便であるために、溶剤乾燥工程を省略可能とするための形成材料の開発が必須事項として要求されている。
また、形成材料での対策とは別に、製造工程における対策も検討されており、このような対策としては、工程短縮によるアライメント露光、現像、乾燥工程を必要としないインクジェット塗工等のような塗工段階で外形の作製が可能な工程を利用したクラッド層の塗工方法が検討されている。
上記のような塗工方法の場合、塗工ワニス中に溶剤が含有されていると溶剤乾燥(プリベーク)工程が必須となり、その加熱時に樹脂粘度が下がりクラッド層の外形寸法がとれなくなるという問題が生じる。また、上記溶剤乾燥工程自体を必須とするため、その分のプロセスコストが必要となる。このため、無溶剤でかつ常温で低粘度の塗工ワニスが必要となる。
しかしながら、このような塗工ワニスを工業的なバルクスケールで作製する際、その成分中に固形樹脂成分が存在すると、無溶剤系の場合では樹脂成分同士が混ざり難い。そのため、塗工ワニス作製に際して、過度の加熱や撹拌時間が必要となったり、溶け残りが発生し目的とする配合組成の塗工ワニスが得られ難いといった問題や、さらには低温環境下に曝された際に固形成分が析出しヘイズを生じるといった問題が発生する。
このような技術背景から、塗工ワニスの作製工程を簡便化し、タクトタイム(工程作業時間)の短縮を図るためには、液状樹脂成分のみからなる塗工ワニスであることが好ましく、そのようなクラッド層形成材料となる塗工ワニスとして、高Tgで、かつ高い柔軟性といった光導波路としての基本物性を満たすとともに、無溶剤系で液状樹脂のみからなるクラッド層形成材料が強く要望されている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、塗工性に優れ、塗膜形成時の溶剤乾燥工程を省略することが可能であるとともに、光導波路損失が低く、高Tgおよび高い柔軟性を有する光導波路の形成用材料として適した、光導波路形成用樹脂組成物およびそれを用いた光導波路ならびに光伝送用フレキシブルプリント基板、およびその光導波路の製法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、下記(A)〜(D)成分を含有する光導波路形成用樹脂組成物であって、上記光導波路形成用樹脂組成物が、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲である光導波路形成用樹脂組成物を第1の要旨とする。
(A)液状オキセタン化合物。
(B)液状エポキシ化合物。
(C)アルキレングリコール。
(D)光酸発生剤。
(A)液状オキセタン化合物。
(B)液状エポキシ化合物。
(C)アルキレングリコール。
(D)光酸発生剤。
また、本発明は、光導波路のクラッド層が、上記第1の要旨である光導波路形成用樹脂組成物からなる光導波路を第2の要旨とする。そして、上記第2の要旨の光導波路を備えてなる光伝送用フレキシブルプリント基板を第3の要旨とする。
さらに、本発明は、上記第1の要旨である光導波路形成用樹脂組成物であって溶剤成分不含のものを、インクジェット方式,スピンコート方式,マスキング方式,およびディスペンサ描画方式からなる群から選ばれた少なくとも一つの方式で塗工した後、乾燥工程を経ることなく光硬化させて、光導波路のクラッド層を形成する光導波路の製法を第4の要旨とする。
すなわち、本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、光導波路形成用樹脂組成物の樹脂成分を、上記のように、液状オキセタン化合物(A)、液状エポキシ化合物(B)、アルキレングリコール(C)とし、固形樹脂成分(多官能エポキシポリマー等)を含有しないようにし、かつ25℃環境下での光導波路形成用樹脂組成物の粘度を10〜20mPa・sの範囲にすると、溶剤成分(樹脂の硬化反応に寄与しない希釈成分)不含であっても塗工性に優れ、さらに、上記のようにエポキシ−オキセタン系とすることで高反応性を付与することができることを突き止めた。また、粘度の観点から低分子量成分のみからなる配合組成とした場合、通常では三次元架橋点間距離が短く、得られる硬化物は高弾性率となるため、柔軟性に乏しい結果となるが、上記のように、エポキシ硬化物系に取り込まれ且つ架橋点間距離を延ばすことができるアルキレングリコール(C)を導入することで柔軟性を付与することが可能となり、所期の目的が達成されることを、本発明者は見出し、本発明に到達した。
このように、本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、液状オキセタン化合物(A)と、液状エポキシ化合物(B)と、アルキレングリコール(C)と、光酸発生剤(D)とを含有し、固形樹脂成分を含有せず、かつ25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲である。このため、塗工性に優れるとともに、例えば光導波路のクラッド層の形成材料に用いると、光導波路損失が低損失で、高Tg・柔軟性を備えたクラッド層を形成することができる。また、溶剤成分不含であっても塗工性に優れることから、塗膜形成時の溶剤乾燥工程を省略することが可能となり、製造コストの低減化が図られる。さらに、本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、溶剤乾燥工程を必要としないこと、およびその粘度から、簡易的な作製工程であるインクジェト方式等を適用することができ、しかも、それにより形成されたクラッド層は、例えば、その層上にウェットプロセスにてコア層を形成しても、クラッド層に染み込むことなくコア層を形成することができるようになる。
特に、上記光導波路形成用樹脂組成物の樹脂成分全量中、液状オキセタン化合物(A)の割合が70重量%以上であり、液状エポキシ化合物(B)の割合が20重量%以下であり、アルキレングリコール(C)の割合が20重量%以下であり、(B)+(C)の割合が30重量%以下であると、上記光導波路形成用樹脂組成物の低粘度、高柔軟性、高Tgをバランスよく発現することができる。
また、上記光導波路形成用樹脂組成物が、その硬化物の弾性率が1.5GPa以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上であると、光導波路のアンダークラッド層形成用感光性ワニスとして優れた性能を発揮することができる。
また、上記光導波路形成用樹脂組成物が、その硬化物の弾性率が1.0GPa以下、ガラス転移温度(Tg)が30℃以上80℃未満であると、光導波路のオーバークラッド層形成用感光性ワニスとして優れた性能を発揮することができる。
さらに、上記光導波路形成用樹脂組成物を硬化させて得られたクラッド層は、光導波路損失が低く、高Tgおよび高い柔軟性(耐屈曲性)に優れており、これにより構成される光導波路を備える光伝送用フレキシブルプリント基板が得られるようになる。
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
《光導波路形成用樹脂組成物》
本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、液状オキセタン化合物(A)、液状エポキシ化合物(B)、アルキレングリコール(C)、および光酸発生剤(D)を含有するものであって、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲であることを特徴とする。なお、本発明において、「液状」、あるいは「固形」とは、25℃の温度下において「液状」または「固形」状態を呈することを意味する。
以下、(A)〜(D)成分をはじめとする各種成分について順に説明する。
本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、液状オキセタン化合物(A)、液状エポキシ化合物(B)、アルキレングリコール(C)、および光酸発生剤(D)を含有するものであって、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲であることを特徴とする。なお、本発明において、「液状」、あるいは「固形」とは、25℃の温度下において「液状」または「固形」状態を呈することを意味する。
以下、(A)〜(D)成分をはじめとする各種成分について順に説明する。
<液状オキセタン化合物(A)>
上記液状オキセタン化合物(A)としては、ジ[2−(3−オキセタニル)ブチル]エーテル等の二官能脂肪族オキセタンモノマー、下記の一般式(1)で示される単官能脂肪族オキセタンモノマー等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。上記成分は、従来公知の技術を適宜参照して合成してもよいし、市販品を購入して準備することもできる。市販品としては、OXT−221(東亞合成社製)等があげられる。特に、硬化速度(官能基等量)や粘度の観点から、東亞合成社製のOXT−221が好ましい。
上記液状オキセタン化合物(A)としては、ジ[2−(3−オキセタニル)ブチル]エーテル等の二官能脂肪族オキセタンモノマー、下記の一般式(1)で示される単官能脂肪族オキセタンモノマー等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。上記成分は、従来公知の技術を適宜参照して合成してもよいし、市販品を購入して準備することもできる。市販品としては、OXT−221(東亞合成社製)等があげられる。特に、硬化速度(官能基等量)や粘度の観点から、東亞合成社製のOXT−221が好ましい。
<液状エポキシ化合物(B)>
上記液状エポキシ化合物(B)としては、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等の四官能脂肪族エポキシモノマー、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等の三官能脂肪族エポキシモノマー、下記の一般式(2)で示されるモノマー等の二官能脂肪族エポキシモノマー、下記の一般式(3)で示される単官能脂肪族エポキシモノマー、液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂、液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂、液状水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、液状3,4−エポキシシクロセキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、液状ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。上記成分は、従来公知の技術を適宜参照して合成してもよいし、市販品を購入して準備することができる。市販品としては、デナコールEX−321(ナガセケムテックス社製)、JER828(三菱化学社製)、エピクロン830S(DIC社製)、YX8000(三菱化学社製)、セロキサイド2021P(ダイセル社製)、セロキサイド2081(ダイセル社製)、PG−207N(新日鐵化学社製)等があげられる。特に、官能基等量(速硬化性)、及び粘度の観点から、ナガセケムテックス社製のデナコールEX−321が好ましい。
上記液状エポキシ化合物(B)としては、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等の四官能脂肪族エポキシモノマー、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等の三官能脂肪族エポキシモノマー、下記の一般式(2)で示されるモノマー等の二官能脂肪族エポキシモノマー、下記の一般式(3)で示される単官能脂肪族エポキシモノマー、液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂、液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂、液状水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、液状3,4−エポキシシクロセキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、液状ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。上記成分は、従来公知の技術を適宜参照して合成してもよいし、市販品を購入して準備することができる。市販品としては、デナコールEX−321(ナガセケムテックス社製)、JER828(三菱化学社製)、エピクロン830S(DIC社製)、YX8000(三菱化学社製)、セロキサイド2021P(ダイセル社製)、セロキサイド2081(ダイセル社製)、PG−207N(新日鐵化学社製)等があげられる。特に、官能基等量(速硬化性)、及び粘度の観点から、ナガセケムテックス社製のデナコールEX−321が好ましい。
<アルキレングリコール(C)>
上記アルキレングリコール(C)としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレンレングリコール等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。特に、粘度の観点の観点から、エチレングリコールが好ましい。
上記アルキレングリコール(C)としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレンレングリコール等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。特に、粘度の観点の観点から、エチレングリコールが好ましい。
<光酸発生剤(D)>
上記光酸発生剤(D)は、光導波路形成用樹脂組成物に対して光照射による硬化性を付与するため、例えば、紫外線硬化性を付与するために用いられるものである。
上記光酸発生剤(D)は、光導波路形成用樹脂組成物に対して光照射による硬化性を付与するため、例えば、紫外線硬化性を付与するために用いられるものである。
上記光酸発生剤(D)としては、例えば、ベンゾイン類、ベンゾインアルキルエーテル類、アセトフェノン類、アミノアセトフェノン類、アントラキノン類、チオキサントン類、ケタール類、ベンゾフェノン類、キサントン類、フォスフィンオキサイド類等の光重合開始剤があげられる。具体的には、トリフェニルスルホニウム・6フッ化アンチモン塩、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、1−〔4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル〕−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン、2−ヒドロキシ−1−{4−〔4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル〕フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1,2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキサイド、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス〔2,6−ジフルオロ−3(1H−ピロール−1−イル)−フェニル〕チタニウム、2−ヒドロキシ−1−{4−〔4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル〕フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。中でも、速い硬化速度や厚膜硬化性という観点から、トリフェニルスルホニウム・6フッ化アンチモン塩、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−1−{4−〔4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル〕フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オンを用いることが好ましい。
なお、本発明の光導波路形成用樹脂組成物には、液状オキセタン化合物(A)、液状エポキシ化合物(B)、アルキレングリコール(C)、および光酸発生剤(D)以外に、必要に応じて、例えば、接着性を高めるためにシラン系あるいはチタン系のカップリング剤、オレフィン系オリゴマーやノルボルネン系ポリマー等のシクロオレフィン系オリゴマーやポリマー、合成ゴム、シリコーン化合物等の可撓性付与剤等の化合物、レベリング剤、脱泡剤、酸化防止剤等があげられる。これら添加剤は、本発明における効果を阻害しない範囲内にて適宜に配合される。これらは、単独でまたは2種類以上併用して用いることができる。
そして、先に述べたように、本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲であることを特徴とするものである。このように、固形樹脂成分(多官能エポキシポリマー等)を使用しないことにより、樹脂成分の硬化反応に関与しない希釈成分を用いずに、塗工ワニスに適したクラッド層形成材料となりうる光導波路形成用樹脂組成物が容易に得られるようになる。すなわち、多官能エポキシポリマー等の固形樹脂成分を含有すると、塗工ワニスの粘度が著しく上昇するため、低粘度を必須要件とする塗工方法(インクジェット塗工等)等には適合させ難く、このような観点からも固形樹脂成分を用いないことは、種々の塗工方法に適合させるために有利である。また、本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、希釈成分、例えば、従来から用いられている有機溶剤を配合しないことにより、クラッド層形成材料を調製して塗工ワニスとした場合、溶剤乾燥(プリベーク)工程を省略することが可能となり、製造コストの低減を図ることができる。
上記光導波路形成用樹脂組成物の粘度測定は、例えば、25℃の温度条件下、東機産業社製のE80型粘度計(RE−80U)にて、標準ローター(1°34′×R24)を用いて測定することができる。そして、上記光導波路形成用樹脂組成物の25℃環境下での粘度は、インクジェット塗工工程への適合、およびワニス取り扱いの簡便性を考慮して決定されており、上記のように10〜20mPa・sの範囲であることを必要とする。すなわち、上記粘度が高すぎると、インクジェットノズルヘッドの詰まりが発生する傾向がみられ、逆に上記粘度が低すぎると、塗膜の膜厚が確保できない傾向がみられるからである。
本発明の光導波路形成用樹脂組成物の組成割合に関し、特に、光導波路形成用樹脂組成物の樹脂成分全量中、液状オキセタン化合物(A)の割合が70重量%以上であり、液状エポキシ化合物(B)の割合が20重量%以下であり、アルキレングリコール(C)の割合が20重量%以下であり、(B)+(C)の割合が30重量%以下であることが、上記光導波路形成用樹脂組成物の低粘度、高柔軟性、高Tgをバランスよく発現することができる観点から、好ましい。なお、上記液状オキセタン化合物(A)の割合が70重量%未満であると、粘度が高くなり、さらに、オキセタン−エポキシ混合系において高感度を得難くなる傾向がみられる。また、上記液状エポキシ化合物(B)の割合が20重量%より多いと、粘度が高くなる傾向がみられ、上記アルキレングリコール(C)の割合が20重量%より多いと、硬化に際して、ハジキ、ムラが発生し、均一な塗膜が得られない傾向がみられる。
また、本発明の光導波路形成用樹脂組成物の組成割合に関し、光酸発生剤(D)の含有量は、光導波路形成用樹脂組成物の樹脂成分100重量部に対して0.1〜10重量部に設定することが好ましく、より好ましくは0.5〜5重量部、特に好ましくは1〜3重量部である。すなわち、光酸発生剤(D)の含有量が少なすぎると、満足のいく紫外線照射による光硬化性が得られ難く、また光酸発生剤(D)の含有量が多すぎると、光感度が上がり、パターニングに際して形状異常を来すこと、および、ワニスのポットライフの短寿命化という傾向がみられるからである。
また、アンダークラッド用途において、上記光導波路形成用樹脂組成物が、その硬化物の弾性率が1.5GPa以下(より好ましくは1.0〜1.5GPa)、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上であることが、光導波路のアンダークラッド層形成用感光性ワニスとして優れた性能を発揮することができるため、好ましい。すなわち、ガラス転移温度(Tg)が80℃未満では、コア作製のプリベーク時にアンダークラッド層への染み込みが起こり、コア中を導波する光がアンダークラッド側へ染み出すことで損失悪化の原因となるからである。また、上記弾性率が1.5GPaより高い弾性率とすると、屈曲性評価中にクラックの発生が散見されはじめ、屈曲性評価を満たない要因となるからである。
また、オーバークラッド用途において、上記光導波路形成用樹脂組成物が、その硬化物の弾性率が1.0GPa以下(より好ましくは0.4〜1.0GPa)、ガラス転移温度(Tg)が30℃以上80℃未満であることが、光導波路のオーバークラッド層形成用感光性ワニスとして優れた性能を発揮することができるため、好ましい。本発明の光導波路形成用樹脂組成物において、Tgと弾性率は大凡の比例相関が存在し、Tg80℃以上とすると、ほぼ弾性率が1.0GPaを超える範囲のものとなるため、柔軟性担保が困難となる。また、ガラス転移温度(Tg)が30℃未満の室温領域となると、使用上随時Tgを超えた状態となるため、形状変化に伴う特性悪化が懸念されるため現実的ではないと考えられる。そのため、上記のようにガラス転移温度(Tg)を設定することが好ましい。また、上記弾性率が1.0GPaより高い弾性率とすると、屈曲性評価中にクラックの発生が散見されはじめ、屈曲性評価を満たさない要因となるからである。
なお、上記Tg測定、弾性率測定は、例えば、次のようにして行われる。すなわち、各感光性ワニスを、厚み1.1mmのガラス基板上にアプリケーターを用いて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより、硬化物を得、この硬化物を、カッター刃を用いガラス基材上から剥離することにより、測定用の硬化フィルム(厚み:50μm)とし、動的粘弾性評価装置(RSA3、TAインスツルメント社製)により、25℃下でのE’値から弾性率を求め、さらにtanδの値からTgを求めることができる。
《光導波路》
つぎに、本発明の光導波路形成用樹脂組成物をクラッド層の形成材料として用いてなる光導波路について説明する。
つぎに、本発明の光導波路形成用樹脂組成物をクラッド層の形成材料として用いてなる光導波路について説明する。
本発明により得られる光導波路は、例えば、基材と、その基材上に、所定パターンで形成されたクラッド層(アンダークラッド層)と、上記クラッド層上に、光信号を伝搬する、所定パターンで形成されたコア層と、さらに、上記コア層上に形成されたクラッド層(オーバークラッド層)の構成からなる。そして、本発明により得られる光導波路では、上記クラッド層が、前述の光導波路形成用樹脂組成物によって形成される。特に、アンダークラッド層形成材料およびオーバークラッド層形成材料の双方ともに本発明の光導波路形成用樹脂組成物を用いることが好ましい。なお、本発明により得られる光導波路において、上記クラッド層は、コア層よりも屈折率が小さくなるよう形成する必要がある。
ここで、本発明の光導波路形成用樹脂組成物を用いて形成されたクラッド層(硬化物)の屈折率は1.56以下であることが好ましく、特に好ましくは1.55以下の屈折率である。なお、上記クラッド層(硬化物)の屈折率は、例えば、次のようにして測定される。シリコンウェハの平滑面上に厚み約10μmのクラッド層(硬化物)を作製し、SAIRON TECHNOLOGY社製のプリズムカップラー(SPA−4000型番)を用いて850nmにおける硬化クラッド層の屈折率を測定する。
本発明において、光導波路は、例えば、つぎのような工程を経由することにより製造することができる。すなわち、基材を準備し、その基材上に、上記光導波路形成用樹脂組成物からなる感光性ワニスを塗布する。このワニス塗布上に、所定パターン(光導波路パターン)を露光させるためのフォトマスクを配設し、このフォトマスクを介して紫外線等の光照射を行い、さらに必要に応じて加熱処理を行うことにより硬化する。その後、上記光照射の未露光部分を、現像液を用いて溶解除去することにより、所定パターンのアンダークラッド層(クラッド層の下方部分)を形成する。
ついで、上記アンダークラッド層上にコア層形成材料(ワニス)を塗布することによりコア形成層(未硬化層)を形成する。そして、このコア形成層面上に、所定パターン(光導波路パターン)を露光させるためのフォトマスクを配設し、このフォトマスクを介して紫外線等の光照射を行い、さらに必要に応じて加熱処理を行う。その後、上記コア形成層の未露光部分を、現像液を用いて溶解除去することにより、所定パターンのコア層を形成する。
つぎに、上記コア層上に、オーバークラッド層形成材料を塗布した後、紫外線照射等の光照射を行い、さらに必要に応じて加熱処理を行うことにより、オーバークラッド層(クラッド層の上方部分)を形成する。このような工程を経由することにより、目的とする光導波路を製造することができる。
上記基材材料としては、例えば、シリコンウェハ、金属製基板、高分子フィルム、ガラス基板等があげられる。そして、上記金属製基板としては、SUS等のステンレス板等があげられる。また、上記高分子フィルムとしては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルム等があげられる。そして、その厚みは、通常、10μm〜3mmの範囲内に設定される。
上記光照射では、具体的には紫外線照射が行われる。上記紫外線照射での紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯,高圧水銀灯,超高圧水銀灯等があげられる。また、紫外線の照射量は、通常、10〜20000mJ/cm2 、好ましくは100〜15000mJ/cm2 、より好ましくは500〜10000mJ/cm2 程度があげられる。
上記紫外線照射による露光後、光反応による硬化を完結させるためにさらに加熱処理を施してもよい。上記加熱処理条件としては、通常、80〜250℃、好ましくは、100〜150℃にて、10秒〜2時間、好ましくは、5分〜1時間の範囲内で行われる。
また、本発明の光導波路形成用樹脂組成物を上記クラッド層形成材料として用いた場合には、コア層形成材料としては、例えば、固形多官能芳香族エポキシ樹脂、固体(粘稠)フルオレン含有二官能エポキシ樹脂、さらには、前述の各種光酸発生剤を適宜含有する樹脂組成物があげられる。さらに、ワニスとして調製し塗布するために、従来公知の各種有機溶剤を混合し、塗布に好適な粘度が得られるように、適量用いられる。
上記有機溶剤としては、例えば、乳酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、エチルラクテート、2−ブタノン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジグライム、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールメチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラメチルフラン、ジメトキシエタン等があげられる。これら有機溶剤は、単独でまたは2種類以上併用して、塗布に好適な粘度が得られるように、適量用いられる。
なお、上記基材上における、各層の形成材料を用いての塗布方法としては、例えば、スピンコーター、コーター、円コーター、バーコーター等の塗工による方法や、スクリーン印刷、スペーサを用いてギャップを形成し、そのなかに毛細管現象により注入する方法、マルチコーター等の塗工機によりロール・トゥ・ロール(roll-to-roll)プロセスで連続的に塗工する方法等を用いることができる。また、上記光導波路は、上記基材を剥離除去することにより、フィルム状光導波路とすることも可能である。
また、本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、低粘度であって、高感度であることから、溶剤成分不含であっても、インクジェット方式,スピンコート方式,マスキング方式,ディスペンサ描画方式といった方式で塗工することができ、しかも、上記のように溶剤成分不含とすることにより、塗工後の乾燥工程を経ることなく光硬化させて、光導波路のクラッド層を形成することができる。
このようにして得られた光導波路は、そのクラッド層が、光導波路損失が低く、高Tgおよび高い柔軟性(耐屈曲性)に優れており、例えば、光伝送用フレキシブルプリント基板用の光導波路として用いることができる。
つぎに、本発明を実施例に基づいて比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
<感光性ワニス(UC−I)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)95g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)3g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)2g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、直径1.0μmのメンブレンフィルタを用いて加熱加圧濾過を行うことにより、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−I)を得た。
<感光性ワニス(UC−I)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)95g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)3g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)2g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、直径1.0μmのメンブレンフィルタを用いて加熱加圧濾過を行うことにより、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−I)を得た。
〔実施例2〕
<感光性ワニス(UC−II)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)90g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)5g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−II)を得た。
<感光性ワニス(UC−II)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)90g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)5g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−II)を得た。
〔実施例3〕
<感光性ワニス(UC−III)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)85g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−III)を得た。
<感光性ワニス(UC−III)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)85g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−III)を得た。
〔実施例4〕
<感光性ワニス(UC−IV)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)80g、脂環式二官能脂肪族エポキシモノマー(セロキサイド2021P、ダイセル化学社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−IV)を得た。
<感光性ワニス(UC−IV)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)80g、脂環式二官能脂肪族エポキシモノマー(セロキサイド2021P、ダイセル化学社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−IV)を得た。
〔実施例5〕
<感光性ワニス(UC−V)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、脂環式二官能脂肪族エポキシモノマー(セロキサイド2021P、ダイセル化学社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−V)を得た。
<感光性ワニス(UC−V)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、脂環式二官能脂肪族エポキシモノマー(セロキサイド2021P、ダイセル化学社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(UC−V)を得た。
〔実施例6〕
<感光性ワニス(OC−i)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)80g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−i)を得た。
<感光性ワニス(OC−i)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)80g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−i)を得た。
〔実施例7〕
<感光性ワニス(OC−ii)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)20g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の、濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−ii)を得た。
<感光性ワニス(OC−ii)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)10g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)20g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の、濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−ii)を得た。
〔実施例8〕
<感光性ワニス(OC−iii)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−iii)を得た。
<感光性ワニス(OC−iii)の調製>
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)70g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)10g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(OC−iii)を得た。
〔比較例1〕
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)100g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例1)を得た。
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)100g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例1)を得た。
〔比較例2〕
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)95g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例2)を得た。
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)95g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)5g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例2)を得た。
〔比較例3〕
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)60g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)20g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例3)を得た。
遮光条件下にて、液状二官能半脂肪族オキセタンモノマー(OXT−221、東亞合成社製)60g、液状脂肪族三官能エポキシモノマー(デナコールEX−321、ナガセケムテックス社製)20g、エチレングリコール(昭栄ケミカル社製)20g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2gを混合し、ハイブリッドミキサーにて撹拌した後、UC−I同様の濾過を行い、クラッド層形成用感光性ワニス(比較例3)を得た。
このようにして得られた各感光性ワニスを用いて、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を、各感光性ワニスの配合組成とともに後記の表1に併せて示す。
〔粘度測定〕
各感光性ワニスの、25℃下での粘度を、東機産業社製のE80型粘度計(RE−80U)にて、標準ローター(1°34′×R24)を用いて測定した。
各感光性ワニスの、25℃下での粘度を、東機産業社製のE80型粘度計(RE−80U)にて、標準ローター(1°34′×R24)を用いて測定した。
〔Tg測定、弾性率測定〕
各感光性ワニスを、厚み1.1mmのガラス基板上にアプリケーターを用いて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより、硬化物を得た。この硬化物を、カッター刃を用いガラス基材上から剥離することにより、測定用の硬化フィルム(厚み:50μm)を得た。そして、上記硬化フィルムを用いて、動的粘弾性評価装置(RSA3、TAインスツルメント社製)により、25℃下でのE’値から弾性率を求め、さらにtanδの値からTgを求めた。
各感光性ワニスを、厚み1.1mmのガラス基板上にアプリケーターを用いて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより、硬化物を得た。この硬化物を、カッター刃を用いガラス基材上から剥離することにより、測定用の硬化フィルム(厚み:50μm)を得た。そして、上記硬化フィルムを用いて、動的粘弾性評価装置(RSA3、TAインスツルメント社製)により、25℃下でのE’値から弾性率を求め、さらにtanδの値からTgを求めた。
〔屈折率測定〕
各感光性ワニスを、厚み0.8mmのシリコンウェハ上にスピンコーターにて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより硬化フィルムを得た。この硬化フィルムを屈折率評価用サンプル(厚み:10μm)として用い、SAIRON TECHNOLOGY社製プリズムカップラー(SPA−4000型番)により、850nmにおける屈折率を測定した。
各感光性ワニスを、厚み0.8mmのシリコンウェハ上にスピンコーターにて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより硬化フィルムを得た。この硬化フィルムを屈折率評価用サンプル(厚み:10μm)として用い、SAIRON TECHNOLOGY社製プリズムカップラー(SPA−4000型番)により、850nmにおける屈折率を測定した。
〔硬化ムラ〕
各感光性ワニスを、厚み1.1mmのガラス基板上にアプリケーターを用いて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより硬化させた際、硬化膜表面の均一性を目視にて確認した。そして、硬化ムラが確認されなかったものを○、硬化ムラがみられたものを×と評価した。
各感光性ワニスを、厚み1.1mmのガラス基板上にアプリケーターを用いて塗工し、得られた未硬化フィルムに5000mJ/cm2(I線フィルタ)の露光を行った後、後加熱(130℃×10分間)を行うことにより硬化させた際、硬化膜表面の均一性を目視にて確認した。そして、硬化ムラが確認されなかったものを○、硬化ムラがみられたものを×と評価した。
上記結果から、実施例の感光性ワニスは、いずれも低粘度であり、硬化ムラもみられず、Tg、弾性率、屈折率の値も良好であった。これに対し、比較例1,2の感光性ワニスは、低粘度であるが、硬化物が脆弱なためフィルム化が困難となり、Tg測定、弾性率測定、硬化ムラの測定・評価を行うことができなかった。比較例3の感光性ワニスは、実施例の感光性ワニスに比べて高粘度であり、Tg、弾性率の値が低く、さらに硬化ムラもみられた。
つぎに、上記実施例1〜8で調製した感光性ワニスをクラッド層形成材料として用い作製した光導波路(実施例9〜23)について評価する。
〔実施例9〜23〕
まず、実施例となる光導波路の作製に先立ち、以下のようにしてコア層形成材料である感光性ワニスを調製した。そして、後記の表2に示す組み合わせで、実施例1〜5の感光性ワニス(UC−I〜V)をアンダークラッド層形成用ワニスとして用い、実施例6〜8の感光性ワニス(OC−i〜iii)をオーバークラッド層形成用ワニスとして用い、以下の作製手順に従い各層を形成することにより、光導波路を作製した。
まず、実施例となる光導波路の作製に先立ち、以下のようにしてコア層形成材料である感光性ワニスを調製した。そして、後記の表2に示す組み合わせで、実施例1〜5の感光性ワニス(UC−I〜V)をアンダークラッド層形成用ワニスとして用い、実施例6〜8の感光性ワニス(OC−i〜iii)をオーバークラッド層形成用ワニスとして用い、以下の作製手順に従い各層を形成することにより、光導波路を作製した。
<コア層形成材料の調製>
遮光条件下にて、固形多官能芳香族エポキシ樹脂(YDCN−700−10、新日鐵化学社製)50g、固体(粘稠)フルオレン含有二官能エポキシ樹脂(オグソール−EG−200、大阪ガスケミカル社製)50g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2.0gを、乳酸エチル50gに混合し、85℃加熱下にて撹拌完溶させ、その後室温(25℃)まで冷却した後、直径1.0μmのメンブレンフィルタを用いて加熱加圧濾過を行うことにより、コア層形成材料となる感光性ワニスを調製した。
遮光条件下にて、固形多官能芳香族エポキシ樹脂(YDCN−700−10、新日鐵化学社製)50g、固体(粘稠)フルオレン含有二官能エポキシ樹脂(オグソール−EG−200、大阪ガスケミカル社製)50g、光酸発生剤(アデカオプトマーSP−170(50重量%溶液)、アデカ社製)2.0gを、乳酸エチル50gに混合し、85℃加熱下にて撹拌完溶させ、その後室温(25℃)まで冷却した後、直径1.0μmのメンブレンフィルタを用いて加熱加圧濾過を行うことにより、コア層形成材料となる感光性ワニスを調製した。
(FPC一体型光導波路の作製)
<アンダークラッド層の作製>
総厚22μ厚のフレキシブルプリント基板用基材(FPC基材)の裏面上に、アンダークラッド層形成用ワニスをスピンコーターにて塗工し、UV照射機〔5000mJ/cm2(I線フィルタ)〕により所定のマスクパターン〔パターン幅/パターン間隔(L/S)=50μm/200μm〕を介して露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×3分間)し、水洗いをした後、ホットプレート上で水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、アンダークラッド層(厚み20μm)を作製した。
<アンダークラッド層の作製>
総厚22μ厚のフレキシブルプリント基板用基材(FPC基材)の裏面上に、アンダークラッド層形成用ワニスをスピンコーターにて塗工し、UV照射機〔5000mJ/cm2(I線フィルタ)〕により所定のマスクパターン〔パターン幅/パターン間隔(L/S)=50μm/200μm〕を介して露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×3分間)し、水洗いをした後、ホットプレート上で水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、アンダークラッド層(厚み20μm)を作製した。
<コア層の作製>
形成されたアンダークラッド層上に、スピンコーターを用いて、コア層形成材料である感光性ワニスを塗工した後、ホットプレート上にて有機溶剤を乾燥させる(130℃×5分間)ことにより、未硬化フィルム状態のコア形成層を形成した。形成された未硬化のコア形成層をUV照射機〔9000mJ/cm2(I線フィルタ)〕により所定のマスクパターン〔パターン幅/パターン間隔(L/S)=50μm/200μm〕を介して露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×4分間)を行い、水洗し、ホットプレート上にて水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、所定パターンのコア層(厚み50μm)を作製した。
形成されたアンダークラッド層上に、スピンコーターを用いて、コア層形成材料である感光性ワニスを塗工した後、ホットプレート上にて有機溶剤を乾燥させる(130℃×5分間)ことにより、未硬化フィルム状態のコア形成層を形成した。形成された未硬化のコア形成層をUV照射機〔9000mJ/cm2(I線フィルタ)〕により所定のマスクパターン〔パターン幅/パターン間隔(L/S)=50μm/200μm〕を介して露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×4分間)を行い、水洗し、ホットプレート上にて水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、所定パターンのコア層(厚み50μm)を作製した。
<オーバークラッド層の作製>
形成されたコア層上に、スピンコーターを用いて、オーバークラッド層形成用ワニスをを塗工して、未硬化状態のオーバークラッド層を形成した。形成された未硬化のオーバークラッド層をUV照射機〔5000mJ/cm2(I線フィルタ)〕にて露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×3分間)し、水洗いをした後、ホットプレート上で水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、オーバークラッド層(厚み10μm)を作製した。
このようにしてFPC基材上に、アンダークラッド層が形成され、このアンダークラッド層上に所定パターンのコア層が形成され、さらにこのコア層上にオーバークラッド層が形成されたFPC一体型の光導波路(導波路総厚80μm)を作製した。
形成されたコア層上に、スピンコーターを用いて、オーバークラッド層形成用ワニスをを塗工して、未硬化状態のオーバークラッド層を形成した。形成された未硬化のオーバークラッド層をUV照射機〔5000mJ/cm2(I線フィルタ)〕にて露光を行い、後加熱を行った(130℃×10分間)。その後、γ−ブチロラクトン中にて現像(25℃×3分間)し、水洗いをした後、ホットプレート上で水分を乾燥(120℃×10分間)させることにより、オーバークラッド層(厚み10μm)を作製した。
このようにしてFPC基材上に、アンダークラッド層が形成され、このアンダークラッド層上に所定パターンのコア層が形成され、さらにこのコア層上にオーバークラッド層が形成されたFPC一体型の光導波路(導波路総厚80μm)を作製した。
上記のようにして得られた各光導波路を用いて、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を後記の表2に併せて示す。
〔直線損失〕
各光導波路をサンプルとして用い、光源(850nmVCSEL光源OP250、三喜社製)から発振された光をマルチモードファイバー〔FFP−G120−0500、三喜社製(直径50μmMMF、NA=0.2)〕にて集光して、上記サンプルに入射した。そして、サンプルから出射された光をレンズ〔FH14−11,清和光学製作所社製(倍率20、NA=0.4)〕で集光し、光計測システム(オプティカルマルチパワーメーターQ8221、アドバンテスト社製)にて、6チャンネルを評価した。その平均全損失から直線損失を、下記の基準に基づき評価した。
○:全直線損失が0.1dB/cm以下。
×:全直線損失が0.1dB/cmを超える。
各光導波路をサンプルとして用い、光源(850nmVCSEL光源OP250、三喜社製)から発振された光をマルチモードファイバー〔FFP−G120−0500、三喜社製(直径50μmMMF、NA=0.2)〕にて集光して、上記サンプルに入射した。そして、サンプルから出射された光をレンズ〔FH14−11,清和光学製作所社製(倍率20、NA=0.4)〕で集光し、光計測システム(オプティカルマルチパワーメーターQ8221、アドバンテスト社製)にて、6チャンネルを評価した。その平均全損失から直線損失を、下記の基準に基づき評価した。
○:全直線損失が0.1dB/cm以下。
×:全直線損失が0.1dB/cmを超える。
〔屈曲損失〕
各光導波路をサンプルとして用い、直径2mmの金属棒に各サンプルを360°巻き付けた際、光源(850nmVCSEL光源OP250、三喜社製)から発振された光をマルチモードファイバー〔FFP−G120−0500、三喜社製(直径50μmMMF、NA=0.2)〕にて集光して、上記サンプルに入射した。そして、サンプルから出射された光をレンズ〔FH14−11,清和光学製作所社製(倍率20、NA=0.4)〕で集光し、光計測システム(オプティカルマルチパワーメーターQ8221、アドバンテスト社製)にて、6チャンネルを評価した。その平均全損失から、同様に評価した直線損失時の全損失の差により屈曲損失を算出した。その結果、下記の基準に基づき評価した。
○:初期値に比べて損失の増加値が0.5dB以下。
×:初期値に比べて損失の増加値が0.5dBを超える。
各光導波路をサンプルとして用い、直径2mmの金属棒に各サンプルを360°巻き付けた際、光源(850nmVCSEL光源OP250、三喜社製)から発振された光をマルチモードファイバー〔FFP−G120−0500、三喜社製(直径50μmMMF、NA=0.2)〕にて集光して、上記サンプルに入射した。そして、サンプルから出射された光をレンズ〔FH14−11,清和光学製作所社製(倍率20、NA=0.4)〕で集光し、光計測システム(オプティカルマルチパワーメーターQ8221、アドバンテスト社製)にて、6チャンネルを評価した。その平均全損失から、同様に評価した直線損失時の全損失の差により屈曲損失を算出した。その結果、下記の基準に基づき評価した。
○:初期値に比べて損失の増加値が0.5dB以下。
×:初期値に比べて損失の増加値が0.5dBを超える。
〔柔軟性〕
各光導波路から50mmに切り出したものを柔軟性評価用サンプルとして用いた。そして、上記柔軟性評価用サンプルを用いて、屈曲半径(r)=2.0mm、スライド移動距離20mm、スライド移動速度(片道)20mm/秒、停止時間無しの条件において、IPCスライド試験を行った。その結果、下記の基準に基づき評価した。
○:10万回以上の屈曲を行っても破断なし。
×:10万回未満の屈曲回数にて破断あり。
各光導波路から50mmに切り出したものを柔軟性評価用サンプルとして用いた。そして、上記柔軟性評価用サンプルを用いて、屈曲半径(r)=2.0mm、スライド移動距離20mm、スライド移動速度(片道)20mm/秒、停止時間無しの条件において、IPCスライド試験を行った。その結果、下記の基準に基づき評価した。
○:10万回以上の屈曲を行っても破断なし。
×:10万回未満の屈曲回数にて破断あり。
上記表の結果から、実施例の光導波路は、各特性において「×」と評価されたものがなく、高屈折率化を抑制し、直線損失、および屈曲損失に優れ、バランス特性の優れたものであった。しかも、実施例品では、溶媒の乾燥工程を経由することなくクラッド層の作製が行われたが、得られた光導波路は、光導波路としての基本特性(低損失、高柔軟性)を備えたものであった。
本発明の光導波路形成用樹脂組成物は、光導波路の構成部分の形成材料として、特にクラッド層形成材料として有用である。そして、上記光導波路形成用樹脂組成物を用いて作製される光導波路は、例えば、光伝送用フレキシブルプリント基板等に用いられる。
Claims (7)
- 下記(A)〜(D)成分を含有する光導波路形成用樹脂組成物であって、上記光導波路形成用樹脂組成物が、固形樹脂成分を含有せず、かつその25℃環境下での粘度が10〜20mPa・sの範囲であることを特徴とする光導波路形成用樹脂組成物。
(A)液状オキセタン化合物。
(B)液状エポキシ化合物。
(C)アルキレングリコール。
(D)光酸発生剤。 - 光導波路形成用樹脂組成物の樹脂成分全量中、液状オキセタン化合物(A)の割合が70重量%以上であり、液状エポキシ化合物(B)の割合が20重量%以下であり、アルキレングリコール(C)の割合が20重量%以下であり、(B)+(C)の割合が30重量%以下である請求項1記載の光導波路形成用樹脂組成物。
- その硬化物の弾性率が1.5GPa以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上であって、光導波路のアンダークラッド層形成用感光性ワニスとして用いられる請求項1または2記載の光導波路形成用樹脂組成物。
- その硬化物の弾性率が1.0GPa以下、ガラス転移温度(Tg)が30℃以上80℃未満であって、光導波路のオーバークラッド層形成用感光性ワニスとして用いられる請求項1または2記載の光導波路形成用樹脂組成物。
- 光導波路のクラッド層が、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路形成用樹脂組成物からなることを特徴とする光導波路。
- 請求項5記載の光導波路を備えてなる光伝送用フレキシブルプリント基板。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路形成用樹脂組成物であって溶剤成分不含のものを、インクジェット方式,スピンコート方式,マスキング方式,およびディスペンサ描画方式からなる群から選ばれた少なくとも一つの方式で塗工した後、乾燥工程を経ることなく光硬化させて、光導波路のクラッド層を形成することを特徴とする光導波路の製法。
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