JP4679580B2 - 光導波路フィルムおよび光電気混載フィルム - Google Patents

Description

本発明は、高分子光導波路フィルムに関する。特に、フレキシブルで屈曲性を有する高分子光導波路フィルムおよびそれを具備する電子機器に関する。

光伝搬損失が小さく、かつ伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が、光部品または光ファイバの基材として広く使用されてきたが、最近では高分子系の材料も開発されている。高分子系の材料は、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。
例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいはポリスチレンのような透明性の高い高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている。さらに、耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用いて、低損失の平板型光導波路が実現されている（例えば、特許文献１を参照）。

これら高分子材料でつくられた光導波路は、柔軟性があるため、半導体レーザーや石英製光ファイバなどと、端面を傷つけることなく接触して低損失に接続できることなどが期待されている（例えば、特許文献２を参照）。
さらに、これら高分子系の光導波路は柔軟性があるため、電気回路にて用いられているフレキシブル電気回路基板と同じように応用されることも期待されている。フレキシブル電気回路基板は、例えば、携帯電話などにおいて蝶番（ヒンジ）で結合された２つの部位間を跨いで配置され、ヒンジ部において、ヒンジの太さに応じた曲率半径で屈曲性を持ちつつ軸または空洞に巻かれており、その上から曲率半径よりやや大きい防護カバー等をかぶせられている。

近年、携帯電話には、高速伝送、および省スペース化などが要求されているため、回路基板はこのヒンジ部において小さい曲げ半径（２ｍｍ程度）で屈曲させられている。そのため、フレキシブル電気回路基板ではノイズが発生したり、画像の画質が劣化するなどの問題が顕在化してきている。このような問題を解決するための一つの手法として、電気回路の代わりに光配線を用いることが挙げられる。光配線の一つとして、フレキシブルな光導波路フィルムが考えられる。

また、ヒンジ部を跨ぐ部位に光配線とともに、一方のボードに電源を供給するなどのために電気配線も必要とされる場合には、各配線を別々に接続する方法も考えられるが、光導波路フィルムに電気配線層が形成された光電気混載フィルムを用いることが考えられる。光電気混載フィルムによれば、省スペース、薄型・小型化に対応できると考えられるが、光導波路フィルムとフレキシブル電気配線フィルムとを積層した一体型光電気混載フィルムの全厚みは厚くなる（例えば、１５０μｍ超となる）ので、耐屈曲性が劣る懸念がある。

耐屈曲性を上げるために光導波路フィルムの厚さを薄くするためには、光導波路フィルムのコアサイズを小さくすることが考えられるが、光導波路フィルムのコアサイズが小さくなると、他の光部品との位置ずれ許容度が小さくなり、光結合効率の低減につながる。例えば、光導波路フィルムと他の光部品とを光結合するために位置合せを行う場合、光入力部のコア径は現状では１００μｍ〜１５０μｍ程度が求められ、かつ光導波路フィルムの厚さはコア径に３０μｍ程度加算した厚みとなる。このような厚みを有する光導波路フィルムは、屈曲部において光損失だけでなく、光導波路の破断などを引き起こしかねない。また、光導波路フィルムと電気配線フィルムとを積層して一体化すると、屈曲部はさらに１０〜５０μｍも厚くなってしまい、屈曲性はさらに劣化してしまう。

一方、高分子光導波路フィルムの製造方法の一つとして、転写法が知られている。転写法とは、コアに対応した突起を有する型にクラッドとなる樹脂を塗布して、コアが形成される溝が転写されたクラッドフィルムを形成し；次に型から剥離されたクラッドフィルムの溝に、コアとなる樹脂を埋め込み；さらにそのコア上にクラッドとなる樹脂を塗布してクラッド内に埋め込まれたコアを備えた光導波路を形成する方法である。転写法において、ポリイミドからなるコアは、多くの溶剤を含む樹脂前駆体（ポリアミド酸）溶液を塗布および乾燥して形成されるが、溶剤を蒸発させるときにコアの大きさが大きく目減りしてしまうことがある。光導波路と発光素子との位置合せを考えた場合、コア径は大きい方がよいので、製造時にコアが目減りすることは好ましくない場合がある。

また、高分子光導波路フィルムの製造方法の一つとして、ダイシングソーでコアを加工する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。クラッド層の上にコア材からなる層が形成された積層体に、ダイシングソーで２本の溝を形成して、コア材からなる層の一部を削除してコアを形成する。その後、上部にクラッド材を塗布し、溝の内部をクラッド材で埋める。このような方法によれば、コアの厚さを大きくすることができるが、形成した溝を樹脂で完全に埋めてしまうため、例えば、コア厚５０μｍにしようとすると、この深さの溝を埋めるためには全フィルム厚が１００μｍ以上となる。このように厚いフィルムは、屈曲されるか、または機器内のヒンジに巻きつけられて用いられる場合などに、屈曲性に劣り、また捻れに対しても弱くなる。逆に、全体のフィルム厚を薄くしようとすると、溝加工後のハンドリングが困難となったり、溝をクラッドで埋め込むときに反りや変形が発生することがある。
特開平４−９８０７号公報 特開２００２−３１８３１８号公報 特開平８−２８６０６４号公報

本発明の目的は、上記の課題を回避すべく、光導波路のコアサイズをある程度の大きさ以上に維持したまま、高い耐屈曲性を有する光導波路フィルムまたは光電気混載フィルムを提供することである。

すなわち本発明は、以下に示す光導波路フィルム、または光電気混載フィルムに関する。
［１］光導波路を構成する樹脂からなるコア、および樹脂からなるクラッドを含む光導波路フィルムであって、
少なくとも、前記コアの延びる方向と交わるように屈曲される箇所に、前記コアの延びる方向と同じ方向に延びる、内部が空隙である溝を有する光導波路フィルム。
［２］前記光導波路フィルムの厚さは２００μｍ以下である、［１］に記載の光導波路フィルム。
［３］前記溝の底のフィルムの厚さは、前記光導波路フィルムの厚さの半分以下である、［１］または［２］に記載の光導波路フィルム。
［４］クラッド材からなる第一層、コア材からなる第二層、クラッド材からなる第三層がこの順に積層され、前記溝がコアの両側方に第三層と第二層を切断しかつコアを画するように形成されており、前記溝の底が第二層と第一層の界面と同じ高さもしくは界面よりも下にあることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の光導波路フィルム。
［５］クラッド材からなる第一層、コア材からなる第二層、クラッド材からなる第三層がこの順に積層され、前記溝がコアの両側方に第三層と第二層を切断しかつコアを画するように形成されており、さらに第三層の上面、第三層および第二層の側壁、および前記溝の底の第一層を連続して覆うクラッド材からなる第四層が形成されていることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の光導波路フィルム。
［６］前記コアは、前記溝と離間している、［１］〜［３］のいずれかに記載の光導波路フィルム。
［７］前記コアは、前記溝の側端部に接している、［１］〜［３］のいずれかに記載の光導波路フィルム。
［８］前記コアは、前記溝の下部にある、［１］〜［３］のいずれかに記載の光導波路フィルム。
［９］［１］〜［８］のいずれかに記載の光導波路フィルム、および前記光導波路フィルムの少なくとも両端部と固着されている電気配線フィルムを含む光電気混載フィルム。

本発明の第二は、以下に示す電子機器に関する。
［１０］［１］〜［８］のいずれかに記載の光導波路フィルムが、前記溝の延びる方向と交わるように屈曲されて収納されている電子機器。
［１１］［９］に記載の光電気混載フィルムが、前記溝の延びる方向と交わるように屈曲されて収納されている電子機器。
以上本発明における光導波路フィルムはコア層とクラッド層に加えて別の層を含んでもよい。別の層としては例えば支持フィルムや接着層が挙げられる。

本発明の光導波路フィルムまたは光電気混載フィルムは、一定以上のコアの厚さを有しつつ、屈曲性に優れる。そのため、電子機器内に屈曲されて収納されうるとともに、他の光部品（例えば光電素子）との位置合わせが容易になる。それにより、電子機器の小型化も達成されうる。

本発明の光導波路の各態様の例を示す図である。 本発明の光導波路フィルムの製造フローの一例を示す図である。 本発明の光導波路フィルムの製造フローの一例を示す図である。 本発明の光導波路フィルムの一例の斜視図である。 本発明の光電気混載フィルムの製造フローの一例を示す図である。 本発明の光電気混載フィルムの製造フローの一例を示す図である。 本発明の光導波路フィルムを収納している電子機器を示す図である。

１．本発明の光導波路フィルム
本発明の光導波路フィルムは、光導波路を構成するコア、および前記コアの少なくとも一部を囲むクラッドを含み、かつ前記コアの延びる方向と同じ方向に延びる溝を有することを特徴とする。本発明の光導波路フィルムはフレキシビリティーを有し、溝がある部分で屈曲することができる。

本発明の光導波路フィルムは、樹脂からなるフィルムであることを特徴とする。フィルムのフレキシビリティーを確保するためである。

本発明の光導波路フィルムの厚さは、所望のフレキシビリティーが得られる厚さであればよいが、通常は上限値として２００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、さらには１２０μｍであることが好ましい。また、下限値は取扱い性や光導波性能から２０μｍが好ましく、４０μｍであることがさらに好ましい。ここで「光導波路フィルムの厚さ」とは、屈曲される箇所であって溝でない部分のフィルムの厚さを意味する。また「光導波路フィルムの厚さ」は、光導波路フィルムに別の層（支持フィルムなど）が固着している場合は、その別の層の厚さを含む総厚をいう。屈曲される箇所であって溝でない部分のフィルムの厚さが一定でない場合は、その最大厚さを意味する。

本発明の光導波路フィルムにある溝は、光導波路であるコアの延びる方向と同じ方向に延びていることが好ましい。同じ方向とは、平行方向であることを含むが、必ずしも平行である必要はない。例えば、コアとコアの間に配置される溝は、コアと交錯してコアを切断しないようにされていればよく、溝の延びる方向とコアの延びる方向とにずれがあっても構わない。

屈曲性を高めるためには、本発明の光導波路フィルムの溝の底のフィルムの厚さ、すなわち溝底部の下のフィルムの残余厚さは、光導波路フィルムの厚さ（つまり、屈曲される箇所であって溝でない部分のフィルムの厚さ）の１／２以下であることが好ましい。溝の底のフィルムの厚さとは、屈曲される箇所においてそれが一定でない場合には、その最大値を意味する。また溝の底のフィルムの厚さは、溝底部の下に別の層（支持フィルムなど）が固着している場合には、その別の層の厚さを含む総厚をいう。さらには上記溝底部の下のフィルムの残余厚さは１０μｍ〜１００μｍが好ましく、２０μｍ〜７５μｍがより好ましい。

本発明の光導波路フィルムに形成される溝の幅は、特に限定されず、光導波路フィルムをハンドリングするに必要な剛性に応じて適宜決定すればよい。通常は、溝の幅は溝の深さよりも短いことが好ましい。

溝は屈曲される箇所の少なくとも一部に、好ましくは屈曲される箇所の全体にわたって存在していればよく、その長さは特に限定されない。屈曲される箇所をこえて光導波路フィルムの全長にわたって存在していても構わない。また、光導波路フィルムに存在する溝は、直線状であっても、曲線状であってもよい。

本発明の光導波路フィルムは、１または２以上の溝を含む。２以上の溝を含む場合には、それぞれ同じ方向に形成されていることが好ましい。同じ方向とは、平行方向に形成されていることを含むが、必ずしも平行である必要はない。

本発明の光導波路フィルムの溝は、その内部が空隙とされていればよい。したがって、溝の内壁面にクラッド材からなる膜がコーティングされていてもよい。特に、コアが切断されてできた壁面は、クラッド材からなる膜で被覆されることが好ましい。クラッド材からなる膜は、１μｍ程度の膜厚を有していればよい。これにより切断面が露出されないので、汚染やユーザ先で他の樹脂が塗布された場合の光導波特性への影響を防ぐことができる。

本発明の光導波路フィルムにおけるコアの材質は、透明性の樹脂であればよいが、フィルム自体に屈曲性をもたせるため、コアの材質自体にも屈曲性があることが好ましい。屈曲性のある透明性樹脂の例には、ポリイミド樹脂（フッ素系ポリイミド樹脂を含む）、シリコン変性エポキシ樹脂、シリコン変性アクリル樹脂、シリコン変性ポリノルボルネンなどが含まれる。

また、本発明の光導波路フィルムにおけるコアの材質は、後述のクラッドの材質よりも屈折率が高いことが必要である。屈折率の調整は、例えばポリイミド樹脂であれば、ポリイミド樹脂の構成単位である酸二無水物とジアミンのうち、ジアミンの組成を適宜調整することによってなされうる。

本発明の光導波路フィルムにおけるコアの厚さは必要とされるコア径に対応させればよく、特に限定されないが、他の光部品との位置合わせを容易にするという点から、４０μｍ以上であることが好ましい。上限は特に限定されないが、１００μｍ以下であることが好ましい。また、コアの幅は４０μｍ〜２００μｍ程度であればよいが、特に限定されない。

本発明の光導波路フィルムのクラッドの厚さは、光導波路フィルムの屈曲性を高めるために薄いことが好ましい。したがって、コアから光学的漏れがない範囲で薄くすることが好ましい。例えば、コアの材質の屈折率ｎ_ｃｏｒｅとクラッドの材質の屈折率ｎ_ｃｌａｄの比屈折率差「（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｃｌａｄ／ｎ_ｃｏｒｅ）×１００：（８５０ｎｍ、室温）」が１％以上である場合に、クラッドの厚さは５μｍ程度以上であればよい。

本発明の光導波路フィルムのコアと溝は、前述の通り同じ方向に形成されているが、両者の位置関係は適宜選択される。

例えば、コア１は溝２と離間されて配置されうる（図１Ａを参照）。コア１と溝２の間にはクラッド３が存在していればよい。また複数の溝２がある場合には、その溝同士の間の中間にコア１が存在していることが好ましい。

一方、コア１は溝２の側端部に接していてもよい（図１Ｂを参照）。図１Ｂに示された光導波路フィルムにおいては、溝２の内部空間自体がクラッドとして作用してコア１に光が閉じ込められる。さらに溝の壁面を保護するため、壁面にクラッド材からなる保護膜４を設けてもよい（図１Ｃを参照）。

さらに、コア１は溝２の下部に配置されていてもよい（図１Ｄを参照）。溝２の下部にコア１が存在する場合には、その溝の深さが十分でない場合、つまり溝の底のフィルムの厚さ５が厚い場合（例えば溝が形成されていない部分の厚さ６の１／２以上である場合）には、十分な深さを有する溝が別途に設けられていることが好ましい（例えば、図１Ｅを参照）。図１Ｅに示された光導波路フィルムにおいては、中央の溝２の下にコア１が形成されているが、中央の溝２の底のフィルム厚が大きいので、その両脇に別途に十分な深さを有する溝７が設けられて、溝７の底のフィルム厚８は小さくされている。

本発明の光導波路フィルムは、溝の延びる方向と交わるように屈曲される（図４Ｂを参照）。すなわち、屈曲されたフィルムの、溝の延びる方向に沿った断面を見ると、屈曲部において溝がカーブしている。フィルムが屈曲された場合に、溝は屈曲面の外側にあっても、内側にあってもよい。本発明の光導波路フィルムにおける溝は、フィルムが屈曲したときやねじれたときに、応力を逃がすように作用するので、応力が溝の部分で緩和される。したがって、本発明の光導波路フィルムは屈曲の繰り返しに対する耐性が高いだけでなく、捻れに対する耐性も高い。

本発明の光導波路フィルムの屈曲される箇所における弾性率は、１ＧＰａ〜８ＧＰａであることが好ましい。ここで「弾性率」とは「引張弾性率」を意味する。この引張弾性率とは、屈曲される箇所のフィルムと同じ構成のサンプル（幅５ｍｍ、長さ８０ｍｍ）について、引っ張り試験器を用いて測定した応力−歪曲線の弾性領域の傾きをいう。

本発明の光導波路フィルムは、電気配線フィルムに貼り合わされて、光電気混載基板とされてもよい。本発明の光電気混載基板は、前述の光導波路フィルムとフレキシブルな電気配線フィルムが少なくともそれぞれの両端部で固着されたものである。屈曲性を向上させるため、屈曲される箇所では両者は固着されてないことが好ましい。固着方法としては、両者の固着箇所を接着剤で貼りあわせる方法があり、貼り合わせのための接着剤として、熱可塑性ポリイミドやエポキシ樹脂などを用いることができる。別の固着方法として、コネクタに光導波路フィルムおよび電気配線フィルムの端部がそれぞれ差し込まれることにより、コネクタの構成部材を間に介して固着されていてもよい。電気配線フィルムは、例えばポリイミドフィルムに銅層の配線パターンが形成された電気配線板などの周知のものでよい。屈曲部において光導波路フィルムと電気配線フィルムが接着されている場合でも、各々のフィルムの屈曲される箇所における弾性率のいずれもが１ＧＰａ〜８ＧＰａであることが好ましい。

本発明の光導波路フィルムおよび光電気混載基板は、電子機器に格納されて用いられうる。詳細は後述する。

２．本発明の光導波路フィルムの製造方法
本発明の光導波路フィルムは、任意の方法で製造されうるが、以下の２つの方法に大別されうる（Ａ法およびＢ法）。
（Ａ法）クラッド材からなる第一層、第一層上に設けられたコア材からなる第二層、および第二層上に設けられたクラッド材からなる第三層を含む積層体を準備して；第三層および第二層を切断し、かつコアを画するように溝を形成する（図２参照）。
（Ｂ法）クラッド材からなる下部クラッド層を形成し；下部クラッド層にコアパターンとなる溝を形成し；コアパターンとなる溝の内部に、コア材からなるコア層を形成し；さらに好ましくは、コア層の上にクラッド材からなる上部クラッド層を形成する（図３参照）。

（１）Ａ法について
前記積層体は、第一層、第二層、第三層の順番に基板上に積層して製造されるか；または第二層の一方の面に第一層を形成し、もう一方の面に第三層を形成することによって製造されうる。第一層を構成するクラッド材と、第三層を構成するクラッド材は、同一の材質であってもよく、異なる材質でもよい。

各層の具体的な形成法は、各層を構成する材質によって異なるが、例えばその材質がポリイミドである場合には、ポリアミド酸溶液を塗布して、かつ熱処理することによってイミド化させて形成すればよい。ポリアミド酸溶液の塗布は、たとえばスピンコート法によってなされうる。

前記第一層〜第三層を含む積層体は、基板上に形成されることが好ましい（図２Ａを参照：基板は不図示）。基板の例には、シリコンウェハが含まれる。積層体の第一層はクラッド材からなる層１１であり、その厚さは特に限定されないが、通常は５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。積層体の第二層はコア材からなる層１２であり、その厚さは、製造される光導波路フィルムのコア径に対応させた厚みとすればよく、通常は４０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。積層体の第三層はクラッド材からなる層１３であり、その厚さをコアからの光学的漏れのない範囲で薄くすることが好ましい。例えば、コアの材質の屈折率ｎ_ｃｏｒｅとクラッドの材質の屈性率ｎ_ｃｌａｄの比屈折率差「（ｎ_ｃｏｒｅ−ｎ_ｃｌａｄ／ｎ_ｃｏｒｅ）×１００」が１％以上である場合は、第三層１３の厚さを５μｍ程度にすればよい。

基板上に形成された積層体は、基板から剥離される。基板からの剥離は、例えばフッ酸水溶液に浸漬させてなされうる。剥離された積層体は、支持フィルムに接着されてもよい。

前記第一層〜第三層を含む積層体には、第三層１３の側から二本以上の溝１４が形成される（図２Ｂを参照）。当該溝の深さは、第三層１３の厚さと第二層１２の厚さの合計以上であることが好ましい。つまり、当該溝１４によってコア層１２が分断されて光導波路としてのコア１５となることが好ましく；また溝１４の底は、第二層１２と第一層１１の界面と同じ高さか、またはその界面よりも下にあることが好ましい。溝１４は、ダイシングソーなどの機械的加工により形成されることが好ましい。このようにして二本以上の溝１４の間に挟まれたコア１５を光導波路とする光導波路フィルムが得られる。溝１４を形成された光導波路フィルムは、コア１５および溝１４を含むように、必要な大きさに切り出して用いられうる。

形成された溝１４の内壁面には、クラッド材からなる第四層１６をコーティングしてもよい（図２Ｃ参照）。クラッド材からなる第四層１６は、１μｍ程度の膜厚を有していればよく、例えばポリイミドからなる膜であれば、ポリイミド前駆体（ポリアミド酸）溶液を塗布および熱処理して形成されうる。

（２）Ｂ法について
クラッド材からなる下部クラッド層２２は、基板２１上に形成されることが好ましい。基板２１の例にはシリコンウェハが含まれる。下部クラッド層２２は、その材質によって異なるが、例えばポリイミドである場合には、ポリアミド酸溶液を塗布して、かつ熱処理することによってイミド化させて形成されうる（図３Ａを参照）。

下部クラッド層２２には、コアパターンとなる溝２３が形成される。コアパターンとなる溝２３は、公知のフォトリソグラフィとドライエッチングによって形成されうる（図３Ｂ参照）。

コアパターンとなる溝２３の内部にはコア２４が形成される（図３Ｃ参照）。コア２４は、その材質によって異なるが、例えばポリイミドである場合には、ポリアミド酸溶液を塗布して、かつ熱処理することによってイミド化させて形成されうる。

さらに、溝２３の内部に形成されたコア２４の上に、上部クラッド層２５を形成することが好ましい（図３Ｃ参照）。上部クラッド層２５の形成も、その材質がポリイミドである場合には、ポリアミド酸溶液を用いることができる。上部クラッド層２５の厚さは、コア２４からの光学的漏れのない範囲で薄くすることが好ましい。

次に、基板２１上に形成された光導波路フィルムは基板２１から剥離される。例えば、シリコンウェハ上に形成されたポリイミドからなる光導波路フィルムであれば、フッ酸水溶液に浸漬することにより剥離することができる。剥離された光導波路フィルムはアニールを施されてもよい。アニールにより、残留応力が低減され得る。

このようにして製造される光導波路フィルムは、溝が形成されていないか（図３Ｃ参照）；またはコアパターンとなる溝が完全に満たされずに、溝が残っている場合とがあり得る。
フィルムに溝がない場合、または溝の深さが十分でなく溝の底のフィルム厚が厚い（例えば、溝が形成されていない部分のフィルム厚の半分よりも大きい）場合には、新たに溝２６を形成することが好ましい。
一方、コアパターンとなる溝２３が完全に満たされずに、十分な溝の深さが残っており、溝の底のフィルム厚が小さい（例えば、溝が形成されていない部分のフィルム厚の１／２以下）場合には、新たな溝を形成しなくてもよい。

新たな溝２６は、ダイシングソー加工により形成されることが好ましい（図３Ｄ参照）。新たな溝２６の底のフィルム厚２８は、溝２６が形成されていない部分のフィルムの厚さ２７の１／２以下であることが好ましい。逆に言えば、新たな溝２６の深さは、溝２６が形成されていない部分のフィルムの厚さ２７の１／２以上であることが好ましい。

また、新たな溝２６は、コア２４の側端部に接するように形成されてもよい（図３Ｅ参照）。新たな溝２６がコア２４と接するように形成された場合は、溝２６によって形成された空間もクラッドとして作用して、光導波路フィルムとして機能しうる。

なお、図１Ｄに示されるように、コアパターンとして形成された溝の深さが、上部クラッド層３が形成された後にも、十分な深さを有し、厚さ５が薄い場合には、新たな溝を形成することなく、そのまま本発明の光導波路フィルムとして用いることができる。厚さ５が薄い場合とは、好ましくは溝が形成されていない部位のフィルムの厚さ６の１／２以下である場合をいう。

図４は、Ｂ法で製造された本発明の光導波路フィルムの例を示す斜視図である。図４に示された光導波路フィルムは、コア３１；およびコア３１を囲むクラッド３２；ならびにコア３１と離間した位置に、コアの延びる方向と同じ方向に延びる二本の溝３３を有する。図４Ｂは、図４Ａの光導波路フィルムが屈曲された状態を示す。

図５には、本発明の光電気混載基板の製造例が示される。図５Ａにおいて、下部クラッド層４１、コア層４２、および上部クラッド層４３からなるフィルムの両面に、電気配線フィルム４０が貼り合わせられている。図５Ａに示される積層板に、図５Ｂに示されるように溝４４を形成して、光電気混載基板を製造する。

図６には、本発明の光電気混載基板の別の製造例が示される。図６Ａにおいて、５１はコアを示し、５２はクラッドを示し、５３は貼り合わせのための接着層を示し、５４はフレキシブル電気配線板の樹脂層を示し、５５は電気配線層を示し、５６はカバー層を示す。図６Ａに示される積層板に、図６Ｂに示されるように溝５７を形成して光電気混載基板を製造する。
以上のように、屈曲される箇所で光導波路フィルムと電気配線層が接着されていてもよいが、光導波路フィルムと電気配線層が少なくとも両端部で接着されていれば、屈曲される箇所では接着されてなくてもよい。

３．本発明の電子機器
本発明の電子機器は、前述の光導波路フィルム、または光電気混載フィルムを収納していることを特徴とする。本発明の光導波路フィルムまたは光電気混載フィルムは、耐屈曲性（屈曲の繰り返し特性を含む）に優れるので、電子機器のヒンジ部などに、溝の延びる方向と交わるように屈曲されて収納されていることが好ましい。電子機器とは、特に限定されないが、例えばヒンジ部を有する携帯電話、ＰＤＡやゲーム機などの携帯端末、ノート型パソコンなどが例として挙げられる。
図７には、本発明の光導波路フィルムまたは光電気混載フィルムを収納している携帯電話の例が示される。フィルムは、携帯電話のヒンジ部を通っている。図７Ａには、螺旋状に巻かれたフィルムをヒンジ部に通した状態を示す。フィルムはこの状態で屈曲されている。図７Ｂには、直線状のフィルムをたるませてヒンジ部を通した状態を示す。この場合は携帯電話を折りたたんだときにフィルムが屈曲される。なお、屈曲されたフィルムにおいて溝のある面は、屈曲面の外側および内側のいずれの面でもよい。

２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と、２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸溶液であるＯＰＩ−Ｎ１００５（日立化成工業社製）を、クラッド材用のポリアミド酸溶液とした。

一方、６ＦＤＡとＴＦＤＢ、および６ＦＤＡと４，４’−オキシジアニリン（ＯＤＡ）の共重合ポリアミド酸溶液であるＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業社製）を、コア材用のポリアミド酸溶液とした。

以下の実施例での耐折試験において、溝のある面を外側にして屈曲、内側にして屈曲の２通りをおこなったが、２通りでの結果に大差はなかった。

［実施例１］（Ａ法）
５インチのシリコンウェハ上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をコートして、３９０℃で加熱してイミド化させた。イミド化後の膜の厚さを２５μｍとした。イミド化後の膜がクラッド材からなる第一層となる。次に、第一層の上に、コア材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱してイミド化させ、厚さがほぼ８０μｍのコア材からなる第二層を形成した。さらに、形成された第二層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートして、加熱してイミド化させ、厚さが７μｍのクラッド材からなる第三層を形成した。
シリコンウェハ上に形成された三層フィルムを、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させて、シリコンウェハから剥離した。この三層フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された三層フィルムの第一層をダイシングテープに貼り付け、貼り付けられたフィルムの第三層の側に、ダイシングソーで二本の溝を形成した。溝の幅は５０μｍ、溝の深さは９０μｍ、溝の間隔は１００μｍとした。クラッド材からなる第三層およびコア材からなる第二層は完全に切断された。溝に挟まれたコアに光の閉じ込めが可能となった。
溝の底のフィルム厚は、約２２μｍとなった。この後、ダイシングテープを剥がして得られた光導波路フィルムは、クロストークが無く、埋め込み型光導波路として機能することが確認できた。

この光導波路フィルムを幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ、３０万回以上であった。

［実施例２］（Ａ法）
５インチシリコンウェハ上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をコートし、加熱イミド化を施して、７μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がクラッド材からなる第一層となる。第一層の上に、コア材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化を施して、６０μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がコア材からなる第二層となる。さらに第二層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化処理を施して、７μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がコア材からなる第三層となる。
シリコンウェハ上に形成された三層フィルムを、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させて、シリコンウェハから剥離した。この三層フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された三層フィルムの第一層と、厚さ１８μｍのポリイミドフィルムとを全面で接着させた。このポリイミドフィルムの弾性率は、約４．６ＧＰａであった。三層フィルムとポリイミドフィルムの間には接着層を設けて、熱プレスによって接着させた。接着層は、オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）とアミノフェノキシベンゼン（ＡＰＢ）からなる熱可塑性ポリイミド層として、３μｍの厚みとした。この接着層とした熱可塑性ポリイミドの弾性率は約２ＧＰａであった。

この三層フィルムとポリイミドフィルムの積層フィルムに、三層フィルム側からダイシングソーで二本の溝を形成して、光導波路フィルムを得た。溝の幅は５０μｍ、溝の深さは７０μｍ、溝の間隔は１００μｍとした。クラッド材からなる第三層、およびコア材からなる第二層は完全に切断された。溝に挟まれたコアに光の閉じ込めが可能となった。また、溝の底の接着層を含めたフィルムの総厚は、約２５μｍであった。

得られた光導波路フィルムを、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ、３０万回以上であった。

［実施例３］（Ａ法）
５インチシリコンウェハ上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をコートし、加熱イミド化を施して、７μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がクラッド材からなる第一層となる。第一層の上に、コア材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化を施した。コア層のイミド化後の膜厚は、６０μｍとした。イミド化後の膜がコア材からなる第二層となる。第二層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化処理を施して、７μｍの厚さの膜とした。加熱イミド化処理された膜が、クラッド材からなる第三層となる。
シリコンウェハ上に形成された三層フィルムを、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させ、シリコンウェハから剥離した。この三層フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された三層フィルムの第一層を、厚さ２０μｍの接着層と厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムからなる支持フィルムに貼り付けた。この支持フィルムの弾性率は、約１０ＧＰａであった。
この三層フィルムと支持フィルムの積層フィルムに、三層フィルム側からダイシングソーで二本の溝を形成した。溝の幅は５０μｍ、溝の深さは７０μｍとした。溝の間隔は１００μｍとした。クラッド材からなる第三層およびコア材からなる第二層は完全に切断された。溝に挟まれたコアに、光の閉じ込めが可能となった。また、溝の底のフィルム厚は、約６２μｍであった。

この支持フィルムを含む光導波路フィルムを幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、約１万回であった。

［実施例４］（Ａ法）
５インチシリコンウェハ上にクラッド材用のポリアミド酸溶液をコートし、加熱イミド化を施して、１１５μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がクラッド材からなる第一層となる。第一層の上に、コア材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化を施して、６０μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜が、コア材からなる第二層となる。第二層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化処理を施して、７μｍの厚さの膜を形成した。イミド化後の膜が、クラッド材からなる第三層となる。
シリコンウェハ上に形成された三層フィルムを、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させ、シリコンウェハから剥離した。この三層フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された三層フィルムに、第三層の側からダイシングソーで二本の溝を形成して、光導波路フィルムを得た。溝の幅は５０μｍ、溝の深さは７０μｍ、溝の間隔は１００μｍとした。クラッド材からなる第三層、およびコア材からなる第二層は完全に切断された。溝に挟まれたコアに、光の閉じ込めが可能となった。また、溝の底のフィルム厚は、約１１２μｍであった。

得られた光導波路フィルムを、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、約１万回であった。

［実施例５］（Ａ法）
５インチシリコンウェハ上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をコートし、加熱イミド化を施して、２０μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がクラッド材からなる第一層となる。第一層の上に、コア材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化を施して、７０μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がコア材からなる第二層となる。さらに第二層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱イミド化処理を施して、７μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がコア材からなる第三層となる。
シリコンウェハ上に形成された三層フィルムを、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させて、シリコンウェハから剥離した。剥離した三層フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された三層フィルムの第一層と、厚さ１３μｍのポリイミドフィルムとを接着させた。このポリイミドフィルムの弾性率は、約４．６ＧＰａであった。三層フィルムとポリイミドフィルムの間には接着層を設けて、熱プレスによって接着させた。接着層は、エポキシ系接着剤（三井化学（株）製ＥＰＯＸ［登録商標］）を用いた。厚み１０μｍになるように接着させた。このとき、屈曲させる箇所には接着層は形成させなかった。

この三層フィルムとポリイミドフィルムの積層フィルムに、三層フィルム側からダイシングソーで二本の溝を形成して、光導波路フィルムを得た。溝の幅は５０μｍ、溝の深さは８０μｍ、溝の間隔は１００μｍとした。クラッド材からなる第三層、およびコア材からなる第二層は完全に切断された。溝に挟まれたコアに光の閉じ込めが可能となった。また、溝の底の光導波路フィルムの厚さは、約１７μｍであった。

得られた光導波路フィルムを、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ、３０万回以上であった。

［比較例１］
実施例１と同様に三層フィルムを作製し、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットした。溝を形成しないでＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで三層フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ、６０００回であった。

［実施例６］（Ｂ法）
５インチのシリコンウェハ上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をコートして、３９０℃で加熱してイミド化させて、９０μｍの厚さの膜とした。イミド化後の膜がクラッド材からなる層（「下部クラッド層」とも称する）となる。

下部クラッド層に、公知のフォトリソグラフィおよびドライエッチング技術によって、コアパターンとなる１本の溝を形成した。溝の深さは７０μｍ、溝の幅は１００μｍ、溝の長さは１００ｍｍとした。
形成された溝に埋め込むように、コア材用のポリアミド酸溶液を塗布し、加熱によりイミド化して厚さがほぼ４５μｍのコア材からなる層を溝内に形成した。さらに、溝内に形成されたコア材からなる層の上に、クラッド材用のポリアミド酸溶液をスピンコートして、３９０℃で加熱してイミド化して、７μｍの厚さのクラッド材からなる層（「上部クラッド層」とも称する）を形成した。
形成された積層体を、５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させて、シリコンウェハから剥離した。この積層体フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。

剥離された積層体である光導波路フィルムに、上部クラッド層の側からダイシングソーで４本の溝加工を施した。４本の溝の中央に一本のコアが配置されるように溝を形成した。４本それぞれの溝の幅は５０μｍ、溝の深さは５０μｍとした。溝の間隔は５００μｍとし、フィルム厚９０μｍに対し、溝の底のフィルム厚は４０μｍであった。

次に、コアを中心に幅３ｍｍ長さ１００ｍｍでダイシングにより切り取って、１チャンネルの光導波路フィルムを得た。得られた光導波路フィルムについて、ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、１０万回以上であった。

［実施例７］（Ｂ法）
実施例６と同様にして、５インチシリコンウェハ上にクラッド材からなる膜（膜厚：１００μｍ）を形成して、下部クラッド層とした。
下部クラッド層に、フォトリソグラフィとドライエッチングによる溝加工により、５本のコアパターンとなる溝を形成した。それぞれの溝の深さは９０μｍ、溝の幅は６０μｍ、溝の長さは１１０ｍｍとした。溝の間隔は２５０μｍとした。この５本の溝内に、それぞれコア材からなる層およびクラッド材からなる層を形成した。深さ９０μｍの溝内に、１５μｍの厚さのコア層を形成し、さらに８μｍの厚さの上部クラッド層を形成した（計２３μｍ）。溝の底のフィルム厚は３３μｍとなった。

得られた積層体を５重量％のフッ酸水溶液に浸漬させ、シリコンウェハから剥離した。この積層体フィルムの弾性率は約３ＧＰａであった。剥離された積層体を、ダイシングによりコアを中心に幅３ｍｍ、長さ１００ｍｍで切り取って、１チャンネルの光導波路フィルムを得た。得られた光導波路フィルムについて、ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、１０万回以上であった。

このように、形成した溝にコアとクラッドを形成し、その残余膜厚をフィルム全厚の半分以下としても十分な耐屈曲性が得られた。

［実施例８］（Ｂ法）
実施例７と同様にして、５インチシリコンウェハ上に、コアパターンとなる５本の溝を有する下部クラッド層を形成した（コアパターンとなる５本それぞれの溝の深さは７０μｍ、溝の幅は６０μｍ、溝の長さは１１０ｍｍとし、溝の間隔は２５０μｍとした）。
下部クラッド層に形成された５本の溝のうち、一本おきの３本の溝の内部に、コア材用ポリイミド酸溶液およびクラッド材用ポリイミド酸溶液を、ディスペンサを用いて供給して、コア層および上部クラッド層を形成して、５インチシリコンウェハ上に光導波路フィルムを作製した。深さ７０μｍの溝内に、４０μｍの厚さのコア層を形成し、さらに５μｍの厚さの上部クラッド層を形成した（溝内に埋め込んだ層の厚さは、計４５μｍ）。コア層および上部クラッド層の埋め込まれていない溝の底のフィルムの厚さは、３０μｍであった。

シリコンウェハから剥離された光導波路フィルム（弾性率は３ＧＰａ）について、ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、１０万回以上であった。

［実施例９］（Ｂ法）
実施例７と同様にして、５インチシリコンウェハ上に、コアパターンとなる５本の溝を有する下部クラッド層を形成した（コアパターンとなる５本それぞれの溝の深さは７０μｍ、溝の幅は６０μｍ、溝の長さは１１０ｍｍとし、溝の間隔は２５０μｍとした）。
下部クラッド層に形成された５本の全ての溝の内部に、コア材用ポリイミド酸溶液およびクラッド材用ポリイミド酸溶液を、ディスペンサを用いて供給して、コア層および上部クラッド層を形成し、５インチシリコンウェハ上に光導波路フィルムを作製した。深さ７０μｍの溝内に、４０μｍの厚さのコア層を形成し、さらに５μｍの厚さの上部クラッド層を形成した（溝内に埋め込んだ層の厚さは、計４５μｍ）。溝の底のフィルムの厚さは、７５μｍであった。

シリコンウェハから剥離された光導波路フィルム（弾性率は３ＧＰａ）について、ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径２ｍｍで光導波路が破壊する屈曲回数を調べたところ、２万回であった。

［実施例１０］（Ｂ法）
実施例７と同様にして、５インチシリコンウェハ上に、コアパターンとなる５本の溝を有する下部クラッド層を形成した（コアパターンとなる５本それぞれの溝の深さは７０μｍ、溝の幅は６０μｍ、溝の長さは１１０ｍｍとし、溝の間隔は２５０μｍとした）。
下部クラッド層に形成された５本の全ての溝の内部に、コア材用ポリイミド酸溶液およびクラッド材用ポリイミド酸溶液を、ディスペンサを用いて供給して、コア層および上部クラッド層を形成し、５インチシリコンウェハ上に光導波路フィルムを作製した。深さ７０μｍの溝内に、４０μｍの厚さのコア層を形成し、さらに５μｍの厚さの上部クラッド層を形成した（溝内に埋め込んだ層の厚さは、計４５μｍ）。溝の底のフィルムの厚さは、７５μｍであった。

シリコンウェハから剥離された光導波路フィルム（弾性率は３ＧＰａ）の下部クラッド層と、フレキシブル電気配線板用基材（三井化学（株）製ネオフレックス［登録商標］：両面に銅層が形成されている）のエッチングにより銅層を全面にわたって除去した面とを、接着層を介して全面で接着させた。接着層としてオキシジフタル酸ニ無水物（ＯＤＰＡ）とアミノフェノキシベンゼン（ＡＰＢ）からなる熱可塑性ポリイミドを用い、２４０℃／５ＭＰａで熱プレスした。

次に、フレキシブル電気配線板用基材の銅層（エッチングされていない層）に、レジストを塗布して、さらに露光、現像、エッチングすることによりパターニングした。パターニングされた銅層をカバーレイにてカバーしたが、電気端子となる部分にはカバーレイでカバーせず、ニッケルおよび金メッキを施した。このようにして作製された光電気混載フィルムのトータルの厚みは、１７０μｍであった。フレキシブル電気配線用基材の弾性率は４．６ＧＰａ、接着層である熱可塑性ポリイミドの弾性率は約２ＧＰａであった。

光電気混載フィルムの光導波路フィルムに、ダイシングソーにて、コアを中心に５本の溝を形成した。５本それぞれの溝の深さを１００μｍ、溝の幅を０．１ｍｍとした。溝が形成された光電気混載フィルムについて、ＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径５ｍｍで光導波路フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ１万回であった。

［比較例２］
実施例１０と同様に、光電気混載フィルムを作製した（溝を形成しなかった）。溝が形成されていない光電気混載フィルムについて、光導波路を上面にしてＪＩＳ Ｃ ５０１６に記されている耐折試験に従い、曲げ半径５ｍｍで光導波路フィルムが破壊する屈曲回数を調べたところ２千回であった。

本発明により、一定以上のコアの厚さを有しつつ、屈曲性に優れている光導波路フィルムまたは光電気混載フィルムが提供される。これらは、電子機器内に屈曲されて収納されうるとともに、他の光部品（例えば光電素子）との位置合わせを容易にすることができる。また、電子機器の小型化に寄与しうる。

Claims (13)

1. 光導波路を構成する樹脂からなるコア、および樹脂からなるクラッドを含む光導波路フィルムであって、
   少なくとも、前記コアの延びる方向と交わるように屈曲される箇所に、前記コアの延びる方向と同じ方向に延びる、内部が空隙である溝を有する光導波路フィルム。
2. 前記溝でない部分のフィルム厚さが均一である、請求項１に記載の光導波路フィルム。
3. 前記溝の延びる方向と交わるように屈曲された状態で、電子機器に収納される、請求項１に記載の光導波路フィルム。
4. 前記光導波路フィルムの厚さは２００μｍ以下である、請求項１に記載の光導波路フィルム。
5. 前記溝の底のフィルムの厚さは、前記光導波路フィルムの厚さの半分以下である、請求項１に記載の光導波路フィルム。
6. クラッド材からなる第一層、コア材からなる第二層、クラッド材からなる第三層がこの順に積層され、前記溝がコアの両側方に第三層と第二層を切断しかつコアを画するように形成されており、前記溝の底が第二層と第一層の界面と同じ高さもしくは界面よりも下にあることを特徴とする請求項１に記載の光導波路フィルム。
7. クラッド材からなる第一層、コア材からなる第二層、クラッド材からなる第三層がこの順に積層され、前記溝がコアの両側方に第三層と第二層を切断しかつコアを画するように形成されており、さらに第三層の上面、第三層および第二層の側壁と該溝の底の第一層を連続して覆うクラッド材からなる第四層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路フィルム。
8. 前記コアは、前記溝と離間している、請求項１に記載の光導波路フィルム。
9. 前記コアは、前記溝の側端部に接している、請求項１に記載の光導波路フィルム。
10. 前記コアは、前記溝の下部にある、請求項１に記載の光導波路フィルム。
11. 請求項１に記載の光導波路フィルム、および前記光導波路フィルムの少なくとも両端部と固着されている電気配線フィルムを含む光電気混載フィルム。
12. 請求項１に記載の光導波路フィルムが、前記溝の延びる方向と交わるように屈曲されて収納されている電子機器。
13. 請求項１１に記載の光電気混載フィルムが、前記溝の延びる方向と交わるように屈曲されて収納されている電子機器。

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