JP6558736B2 - 光導波路用ドライフィルムとそれを用いた光導波路の製法並びに光導波路 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態の光導波路用ドライフィルムは、キャリア基材(A)と、活性エネルギー線又は熱で硬化可能な光導波路用樹脂層(B)と、保護フィルム(C)とを有する光導波路用ドライフィルムであり、保護フィルム(C)の光導波路用樹脂層(B)と接する面が粗化面であることを特徴とする。
キャリア基材(A)はその上に光導波路用の樹脂層を形成し、後に平面状物体に光導波路用樹脂層を転写する際のキャリアであり、好ましくは、フィルム状あるいはシート状で柔軟性のあるキャリアが使用される。キャリア基材の材質は、特に限定はないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の硬化物(樹脂フィルム)、金属、無機物(ガラス)などを例示できる。
対物レンズ倍率:100倍
粗さ解析モード:面粗さ
パラメータセット:JIS 1994
カットオフλc:無指定
最小高さ識別: 断面曲線:Pzの10%、粗さ曲線:Rzの10%、うねり曲線:Wzの10%
最小長さの識別: 基準長さ(画像視野)の1%
活性エネルギー線又は熱で硬化可能な光導波路用樹脂層(B)は、光導波路(クラッド、コア)を構成する部材となるものなので、光導波路内を通って信号を搬送する光の波長(以下、導波光波長と略すこともある)において、活性エネルギー線又は熱で硬化した硬化物が高い透明性を有しており、かつドライフィルムの形態を実現できる樹脂で形成されていれば良く、どのような材料であっても使用できる。
本実施形態の光導波路用ドライフィルムにおいて、保護フィルム(C)の構成は重要な特徴の一つである。従来、光導波路用のフィルム材料においては、保護フィルムは光導波路用樹脂層との剥離性にのみ着目されており、保護フィルム表面の粗化については全く検討されていなかった。本発明において初めて、その表面が適度に粗化されており、かつ、保護フィルム(C)を剥離した樹脂層(B)の表面が保護フィルム(C)の表面粗度を反映した粗面になっているドライフィルムを用いることによって、後述する平面状物体(D)にラミネートした際、最終的に得られる光導波路の導波損失を低減できることが分かった。
本発明のさらなる実施形態である光導波路の製造方法は、上述したような光導波路用ドライフィルムを用いる光導波路の製造方法において、以下の工程:
平面状物体(D)を準備する工程、
上述した光導波路用ドライフィルムの保護フィルム(C)を剥離する工程、
前記光導波路用ドライフィルムの前記保護フィルム(C)を剥離した光導波路用樹脂層(B)表面の粗度を維持したまま、前記光導波路用樹脂層(B)と前記平面状物体(D)とを当接し、減圧下で加熱加圧して貼り合わせる工程、並びに、
光導波路用樹脂層(B)の一部分もしくは全面を活性エネルギー線又は熱で硬化させる工程を、上記順序で行うことを特徴とする。
本実施形態において、平面状物体(D)とは、本発明に係るドライフィルムの光導波路用樹脂層(B)を貼り付ける対象物である。
本実施形態の光導波路用ドライフィルムは、保護フィルム(C)が光導波路用樹脂層(B)にラミネートされているので、光導波路用樹脂層(B)と平面状物体(D)とを貼り合わせるために、まず、保護フィルム(C)を剥離する。その方法は、特に限定されず、光導波路用ドライフィルムの一辺あるいは角から保護フィルム(C)を手作業で剥離しても良いし、機械装置によって剥離しても良い。図2に光導波路用ドライフィルムの下クラッド用ドライフィルムの保護フィルム(C)を剥離した状態の模式図を示す。
本実施形態では、粗化されている光導波路用樹脂層(B)の表面を平面状物体(D)に接触させるため、保護フィルム(C)を剥離して現れた光導波路用樹脂層(B)表面の粗度を維持し、平坦化されないようにする。例えば、保護フィルム(C)を剥離した後の光導波路用樹脂層(B)の表面が、何らかの装置を通過する際にロール等で挟まれる、あるいは、保護フィルム(C)を剥離したドライフィルムの上に何らかの物体を積み重ねる事によって、圧力を加えられて樹脂層(B)の表面粗化状態が平坦化される事態は避けねばならない。あるいは、保護フィルム(C)を剥離した後の樹脂層(B)の表面が、高温にさらされて軟化あるいは溶融して粗化状態が平坦化されることも避けねばならない。このような、粗度を低下させる要因を排除することで、表面粗度を有する保護フィルム(C)を剥離して現れる光導波路用樹脂層(B)の表面状態として、既述の通り、光導波路用樹脂層(B)に接する保護フィルム(C)の表面の粗度(SRa、SRz)の値の概ね40%〜100%の粗度の値を維持できる。図3は、本実施形態において、下クラッド用ドライフィルムの場合を例にした、樹脂層(B)の表面粗度を維持したまま平面状物体(D)に接触させている状態の模式図を示す。
光導波路用樹脂層(B)の組成物が、活性エネルギー線硬化処方か、熱硬化処方か、あるいはこの両方が可能な処方かによって、活性エネルギー線と熱のどちらの手段で硬化可能なのかが決まる。
本発明は、上述したような製造方法で得られる、光導波路、または、当該光導波路を含む情報伝送機能を有する基板あるいは部材を包含する。
平面状物体(D)を準備する工程、
上述の光導波路用ドライフィルムの保護フィルム(C)を剥離する工程、
前記光導波路用ドライフィルムの前記保護フィルム(C)を剥離した光導波路用樹脂層(B)表面の粗度を維持したまま、前記光導波路用樹脂層(B)と前記平面状物体(D)とを当接し、減圧下で加熱加圧して貼り合わせる工程、並びに、
光導波路用樹脂層(B)の一部分もしくは全面を活性エネルギー線又は熱で硬化させる工程を、上記順序で行うことを特徴とする、光導波路の製造方法である。
光導波路用樹脂として、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のワニスを作製した。エポキシ系樹脂のワニスは活性エネルギー線(UV)硬化タイプとしてクラッド用のE−CLとコア用のE−CO、熱硬化タイプとしてクラッド用のE−CL2を作製した。表1に記載の配合にて、全成分を60℃にて混合溶解し、孔径1μmのPTFEメンブランフィルタにて加圧濾過して各々のワニスを調整した。なお、使用した原材料は次の通りである。
・EHPE3150:株式会社ダイセル製の2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物であるエポキシ樹脂
・セロキサイド2021P:株式会社ダイセル製の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であるエポキシ樹脂
・エピコート1006FS:三菱化学株式会社製のビスフェノールA型エポキシ樹脂
・エピクロン850S:DIC株式会社製のビスフェノールA型エポキシ樹脂
・VG3101L:株式会社プリンテック製のビスフェノール骨格を有する3官能エポキシ樹脂(CAS番号:110726−28−8)
・EPPN201:日本化薬株式会社製のフェノールノボラック型エポキシ樹脂
・YP50:新日鉄住金化学株式会社製のビスフェノールA型フェノキシ樹脂であって数平均分子量が6万〜8万のビスフェノールA型エポキシ樹脂
・エポトートYH300:新日鉄住金化学株式会社製の脂肪族ポリグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂であって、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂
・SP−170:株式会社アデカ製の4,4‘−ビス[ジ(β−ヒドロキシエトキシ)フェニルスルフォニオ]フェニルスルフィドビスヘキサフルオロアンチモネートを主成分とする、いわゆるスルホニウム塩系の光酸発生剤
・SI−150L:三新化学工業株式会社の4−アセトキシフェニルジメチルスルホニウム=ヘキサフルオロアンチモネートスルフォニウムを主成分とする、いわゆるスルフォニウム塩系の熱酸発生剤。UVでも酸を発生しうるが、前記のSP−170と比べてUVに対する感度が低く、熱による活性化の方が顕著なので、ここでは熱酸発生剤と言う。
・F470:DIC株式会社製の界面活性剤(レベリング剤)
・トルエン、MEKは工業用試薬。
・PGMEA:工業用試薬のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・ADVN:工業用試薬の2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)
・DLDBT:工業用試薬のジラウリン酸ジブチル錫
・BHT:工業用試薬のブチルヒドロキシトルエン
・イミレックス−C:株式会社日本触媒製のN−シクロヘキシルマレイミド
・ライトエステルBZ:共栄社化学株式会社製のベンジルメタクリレート
・MMA:三菱ガス化学株式会社製のメタクリル酸メチル
・MAA:三菱ガス化学株式会社製のメタクリル酸
・カレンズMOI:昭和電工株式会社製の2−イソシアナトエチルメタクリレート。
・A−9300:新中村化学工業株式会社製のエトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート
・A−CHD−4E:新中村化学工業株式会社製のエトキシ化シクロヘキサンジメタノールジアクリレート
・A−BPE−4:新中村化学工業株式会社製のエトキシ化ビスフェノールAジアクリレート
・A−BPE−10:新中村化学工業株式会社製のエトキシ化ビスフェノールAジアクリレート
・イルガキュア2959:BASFジャパン株式会社製のα−ヒドロキシアルキルフェノン系のUVラジカル開始剤
・イルガキュア819:BASFジャパン株式会社製のアシルフォスフィンオキサイド系のUVラジカル開始剤
光導波路用ドライフィルムは、キャリア基材上に上記で得た各樹脂ワニスをヒラノテクシード社製のコンマコーターヘッドのテストコーターを用いて塗布・乾燥し、形成された光導波路用樹脂層面に保護フィルムを40℃のラミネートロールで貼合し、巻き取る事によって製造した。そして、下クラッド用ドライフィルム、コア用ドライフィルム、上クラッド用ドライフィルムの3つのフィルムを1セットとして、光導波路用ドライフィルムのセットA〜Hを得た。表3のドライフィルム記号において、1CLは下クラッド、COはコア、2CLは上クラッドをそれぞれ指す。
・A4100:東洋紡株式会社製のPETフィルムであって、片面に易接着処理がなされ、他面は表面処理がなされていないもの。厚み50μmのものを使用。なお、当該フィルムの表面粗さの実測値は、表面処理がなされていない面のSRaが0.03μm、SRzが0.7μmであった。
・CUF:三井金属鉱業株式会社製の品番MT18SD−H3、厚さ18μmの銅箔(キャリア銅箔)と厚さ3μmの銅箔からなる、いわゆるピーラブル銅箔。
・E−201F:王子エフテックス株式会社製OPPフィルム(厚み50μm)。走査型共焦点レーザ顕微鏡による面粗さは、SRa=0.05μm、SRz=0.97μmであった。これはいわゆる光学フィルムに相当するフィルムであり、粗化面とは言えないレベルの低い粗度を有する。
・SB−OPP:E−201Fの表面をサンドブラスト処理したもの。前述の面粗さは、SRa=0.15μm、SRz=1.7μmであった。
・E−PI:パナソニック株式会社製ポリイミド両面銅貼りフレキシブル板、品番R−F775(厚み20μm)の両面の銅箔をエッチオフしたもの。前述の面粗さは、SRa=0.26μm、SRz=2.6μmであった。
・YM17S:東レ株式会社製の表面粗化OPPフィルム(厚み20μm)。前述の面粗さは、SRa=0.7μm、SRz=7.7μmであった。
・E130:三菱樹脂株式会社製の表面粗化PETフィルム(厚み26μm)。前述の面粗さは、SRa=0.8μm、SRz=12μmであった。
(実施例1)
光導波路を作製するための平面状物体1として、パナソニック株式会社製の両面銅貼り基板であるR1515W(銅箔12μm品)の銅箔をエッチオフした基板を130mm×100mmにカットした。この基板表面の面粗度を既述の方法で測定したところ、SRaが0.81μm、SRzが8.0μmであった。また、UV分光光度計で365nmの反射率を測定したところ7%であった。光導波路用フィルムとしては、表3のセットAを用いた。
目視及び光学顕微鏡にて、コア部およびクラッド部のボイド(気泡)を、光導波路面の鉛直上方から観察した。光導波路形成基板1枚あたり、直径5μm以上のボイドが観察されないものを◎、該ボイドが面内あたり1〜5個であったものを○、6〜20個であったものを△、20個よりも多いものを×とした。
光導波路形成基板をコアの延伸方向と垂直に、コア長が100mmとなるようにダイシングブレードで切断し、コア長が100mmのサンプルを得た。このサンプルの導波損失を、波長850nmのレーザダイオードを光源とし、コア径10μm、NA0.21の光ファイバーの端部をシリコーンオイルのマッチングオイルを介して光導波路コアの片端に接続すると共に、コアの他端にコア径200μm、NA0.4の光ファイバーの端部をマッチングオイルを介して接続し、光のパワー(P1)をパワーメータで測定した。一方、この両者の光ファイバーの端面同士をマッチングオイルを介して突き当て、光導波路が介在しない状態での光のパワー(P0)をパワーメータで測定した。そして、−10log(P1/P0)の計算式から、光導波路の損失を求め、これを光導波路長10(cm)で除算することで、光導波路1本の導波損失(単位:dB/cm)を測定した。この測定を、1枚あたり12本の光導波路コアを有する光導波路形成基板3枚に対して行い、合計36本の光導波路コアの平均導波損失を計算した。
上記導波損失が0.1dB/cmを越える光導波路コアを不良とし、その本数/36をパーセント表記した値を不良率として求めた。
表3の光導波路用ドライフィルムセットB〜Hを用いて、実施例1と同様の作製手順と評価を行った。結果を上記表4に示す。
ドライフィルムのセット記号D、すなわちD−E−1CL、D−E−CO、D−E−2CLの保護フィルムを剥離する際、既述のようにドライフィルムのキャリア基材を減圧吸着板に吸着させ、キャリア基材と光導波路用樹脂が平面状態になるようにした状態で、保護フィルム角に粘着テープを貼り付け、角部分から保護フィルムを剥離した。セット記号D以外のドライフィルムの保護フィルムの剥離は、カットしたドライフィルムのコーナー部分の保護フィルムを指で剥がして剥離起点を設け、その後、保護フィルムと光導波路用樹脂付きキャリア基材を容易に剥離させることができた。しかし、セット記号Dのドライフィルムにおいてはこの方法では、保護フィルムに光導波路用樹脂の一部が付着してしまい、使用できなかったので、減圧吸着板を使用した。
ドライフィルムE−E−2CLは、熱硬化タイプのクラッド用樹脂なので、上クラッドを硬化する条件が異なる。上クラッドをラミネートした後、140℃30分間加熱処理を行ったのち、160℃1時間の加熱処理を行って硬化させ、電気基板用積層板上に光導波路が形成され、さらにその表面に銅箔が形成されたサンプルを作製した。引き続き、キャリア基材CUFのキャリア銅箔(厚み18μm)を剥離除去し、上クラッド樹脂に接着された厚み3μmの銅箔を、エッチングレジストによるマスキング・パターン露光・現像によって電気回路を形成し、銅層厚みが12μmになるよう銅メッキを施した。損失評価はこのサンプルに対して実施例1と同様に行ったが、光導波路のボイド観察は、銅回路をエッチング除去し、銅箔アンカーのレプリカ形状となって粗化している樹脂表面に、実施例5のA−E−1CLで下クラッドを形成するのと同条件でA−E−1CLをラミネート・硬化させて表面を平坦化して観察した。ボイト観察及び損失評価とは別のサンプルにメッキ処理を施し銅層厚みを12μmに調整したサンプルで、銅箔のピール強度を常法にて実施したところ、0.69N/mmであった。
ドライフィルムのセット記号F、すなわちF−A−1CL、F−A−CO、F−A−2CLと、セット記号H、すなわちH−A−1CL、H−A−CO、H−A−2CLは、これら以外のドライフィルムとは、ラミネート条件が異なる。更に光導波路用樹脂が、ラジカル硬化タイプなので酸素による硬化阻害を受けるため硬化条件が異なる、またカルボキシル基を有するアクリル樹脂系なので現像条件が異なる。F−A−1CL及びH−A−1CLのラミネート条件は、V130にて、加熱温度65℃、1hPa以下の真空に到達後15秒間保持した後、0.3MPaで60秒間加圧である。その後の硬化までの条件は、得られたドライフィルムラミネート品のキャリア基材であるPETフィルムを剥離せずに残したまま、140℃15分間加熱処理を行って室温に放冷し、その後、超高圧水銀ランプからの活性エネルギー線(UV光)を365nmにおいて2000mJ/平方センチメートルの光量になるようにキャリア基材側に照射し、キャリア基材のPETフィルムを剥離除去し、続いて160℃30分間の熱処理を行って樹脂硬化を完了させた。F−A−CO及びH−A−COのラミネート条件は、下クラッドのF−A−1CL、H−A−1CLと同じである。引き続くコア形成条件は、得られたドライフィルムラミネート品のキャリア基材であるPETフィルムを残したまま、120℃20分間加熱処理(平坦化)を行った後、既述のネガ型マスクを介して、超高圧水銀ランプからの活性エネルギー線(UV光)を365nmにおいて1500mJ/平方センチメートルの光量になるようにコア用樹脂側に照射し、キャリア基材を剥離除去して、1質量%の炭酸ナトリウム水溶液にて現像処理することにより、コア用樹脂の未露光部分を溶解除去し、水洗し、0.5質量%の硫酸水溶液にて洗浄し、更に水洗した後、表面の水分をエアブローして、100℃で10分間乾燥後、既述UV光を365nmにおいて1000mJ/平方センチメートルの光量で照射し、更に150℃で30分間加熱することにより、下クラッド上にコアパターンを形成した。F−A−2CL及びH−A−2CLの形成条件は、V130にて、加熱温度90℃、1hPa以下の真空に到達後15秒間保持した後、0.3MPaで90秒間加圧である。その後、得られたドライフィルムラミネート品のキャリア基材であるPETフィルムを剥離せずに残したまま、140℃15分間加熱処理を行って室温に放冷し、その後、既述UV光を365nmにおいて2000mJ/平方センチメートルの光量になるようにキャリア基材側から照射し、キャリア基材のPETフィルムを剥離除去し、続いて160℃30分間の熱処理を行って樹脂硬化を完了させた。
光導波路の両面にフレキシブルなフィルムが配置された構造のフレキシブル光導波路の製造例として、PETフィルム上に下クラッド層を形成し、そのクラッド面にコアを形成し、その上に上クラッドを形成すると同時にPETフィルムとの接着硬化を完了させる、という例を示す。
実施例8では、剥離可能な仮基板上に形成した光導波路を剥離して、光導波路のみを得た。
Claims (10)
- キャリア基材(A)と、活性エネルギー線又は熱で硬化可能な未硬化光導波路用樹脂層(B)と、保護フィルム(C)とを有する光導波路用ドライフィルムにおいて、保護フィルム(C)の光導波路用樹脂層(B)と接する面が粗化面であること、並びに、
前記保護フィルム(C)の前記粗化面の粗度が、算術平均粗さ(SRa)で0.1〜1μmかつ、十点平均粗さ(SRz)で1〜10μmであることを特徴とする光導波路用ドライフィルム。 - 前記キャリア基材(A)が樹脂フィルム又は金属箔であり、前記保護フィルム(C)が熱可塑性樹脂フィルムであることを特徴とする、請求項1記載の光導波路用ドライフィルム。
- 前記光導波路用樹脂層(B)が、エポキシ基を有する化合物と、活性エネルギー線照射により前記化合物のエポキシ基を反応させて硬化させることができる光硬化開始剤とを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の光導波路用ドライフィルム。
- 前記光導波路用樹脂層(B)が、エチレン性二重結合を有する化合物と、活性エネルギー線照射により該化合物のエチレン性二重結合を反応させて硬化させることができる光硬化開始剤を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の光導波路用ドライフィルム。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の光導波路用ドライフィルムを用いる光導波路の製造方法において、以下の工程:
平面状物体(D)を準備する工程、
請求項1〜4のいずれかに記載の光導波路用ドライフィルムの保護フィルム(C)を剥離する工程、
前記光導波路用ドライフィルムの前記保護フィルム(C)を剥離した光導波路用樹脂層(B)表面の粗度を維持したまま、前記光導波路用樹脂層(B)と前記平面状物体(D)とを当接し、減圧下で加熱加圧して貼り合わせる工程、並びに、
光導波路用樹脂層(B)の一部分もしくは全面を活性エネルギー線又は熱で硬化させる工程を、上記順序で行うことを特徴とする、光導波路の製造方法。 - 前記平面状物体(D)が、電気配線用基板、又は光導波路構成部材がその上に形成された電気配線用基板である、請求項5記載の光導波路の製造方法。
- 前記平面状物体(D)が、屈曲性を有しかつ、電気配線を含まない、もしくは最終的に電気配線が形成されないフィルム状材料、又は光導波路構成部材がその上に形成された該フィルム材料である、請求項5記載の光導波路の製造方法。
- 前記平面状物体(D)が、金属箔、又は光導波路構成部材がその上に形成された金属箔である、請求項5記載の光導波路の製造方法。
- 前記平面状物体(D)が、光導波路層の全て又は一部を形成した後に前記光導波路層と剥離可能な仮基板、又は光導波路構成部材がその上に形成された前記仮基板である、請求項5記載の光導波路の製造方法。
- 請求項5〜9のいずれかに記載の方法により製造された光導波路、または、当該光導波路を含む情報伝送機能を有する基板あるいは部材。
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