JPH0678490B2

JPH0678490B2 - 架橋シロキサンコポリマー含有製品

Info

Publication number: JPH0678490B2
Application number: JP2123236A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムファラスロバート; ハロルドジョンソンバートランド; ウォンチン―ポン
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: CA2015481C; EP0398573A3; EP0398573A2; JPH0341158A; CA2015481A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は製品を組み込む特定の架橋シロキサンポリマー
に関する。更に詳細には、本発明は電子および光デバイ
スを組み込む、封入材料および／または屈折率整合材料
としての、特定の架橋シロキサンポリマーに関する。

［従来の技術］ポリマー被覆またはポリマー部分を有する様々な製品が
製造されている。このような被覆は、腐食または摩耗か
ら表面を保護するため、製品の強度を高めるため、また
は、大気中の成分類の作用から製品の様々な部品（例え
ば、電子回路）を保護するためなどのような保護目的お
よびその他の様々な目的に使用することができる。

光学技術の分野では、独特な光学特性および物性を有す
る様々なポリマー材料が求められている。特に、封入材
料として望ましい特性を全て有し、更に、低伝達損失特
性および特定の屈折率などのような望ましい光学特性を
有する封入材料が求められている。

光波技術における特に重要な商業的問題は、光ファイバ
と、（１）他の光ファイバ，（２）光導波路，（３）光
検出器，（４）光源，（５）光学レンズなどとの間のよ
うな，光学構成部品間の接続間の屈折率整合材料として
の高分子材料の使用である。屈折率の整合には一般的
に、光ファイバのコアの屈折率に近い屈折率を有する高
分子材料が必要である。屈折率の不連続による反射損失
を避けるために、これら光学構成部品類の界面で屈折率
整合材料を使用する必要がある。更に、安価であり、安
定で、しかも非毒性の材料を簡単に製造でき、しかも、
湿気、腐食性ガスなどのような大気中および環境中の有
害な作用から電子構成部品およびオプトエレクトロニク
ス構成部品を保護するのに必要な材料特性を有すること
が望ましい。保護することが必要なオプトエレクトロニ
クス構成部品の特別な具体例は、光通信で使用される様
々なPIN光検出器のような光検出器である。特に初まし
いものは封入材料であり、これは一つの光学構成部品ま
たはデバイスと別の部品またはデバイス（例えば、光フ
ァイバとPIN光検出器）の屈折率を整合させるのにも有
用である。

シリコン樹脂は、その優れた熱安定性、誘電特性、化学
的安定性、低毒性および耐大気劣化性により、多くの用
途に使用されている。シリコンの化学的性質および生産
技術に関する優れた概要説明は、ウオルター・ノル（Wa
lter Noll）の“シリコン類の化学的性質および生産技
術（Chemistry and Technology of Sillicons）”（ア
カデミックプレス出版から1968年に発行）に開示されて
いる。シリコン樹脂は、電子工業分野における封入材お
よび塗料、シーラントおよびグリース、医療用移植物の
ような様々な用途および特定のタイプの接触感応式ディ
スプレー用の媒体として使用されている。特に、エラス
トマーの形のシリコン樹脂は、集積回路（IC）構成部品
またはネバイスの封入に使用した場合、強靭な耐久性を
与えることが発見された。このようなシリンコ樹脂は微
細接続用の保護を形成するのに十分に堅固であり、一
方、通常の動作温度サイクル中に膨張および収縮できる
ほど十分に柔軟である。ICチップ保護用のシリコンエラ
ストマーの使用に関する特に有用な検討論文は、シー・
ピー・ワング（C.P.Wong）により発行された“マテリア
ルリサーチシンポジウム議事録”第108巻,175〜187
頁（1988年）の論文に含まれている。

［発明が解決しようとする課題］米国特許第4665148号明細書およびその分割の米国特許
第4719274号明細書には、ビニル側基を有する第１のシ
リコンポリマーを水素化物側基を有する第２のシリコン
ポリマーと反応させることによりシリコンゲルを生成す
る方法が開示されている。ビニル基は、白金触媒の存在
下で水素化物と反応し、ポリマーは架橋し、所望のゲル
が生成される。

透明で、光学技術の様々な用途に適した、オルガノポリ
シロキサンポリマー組成物を含むポリマー組成物に関す
る論文は様々な文献に開示されている。米国特許第4560
711号明細書は各種のオルガノポリシロキサン組成物を
開示している。米国特許第3996189号明細書および米国
特許第4114993号明細書は、光学用途、特に、コンタク
トレンズおよび眼内レンズに適した各種のシリコンポリ
マーを開示している。また、米国特許第3996187号明細
書はソフトコンタクトレンズの製造に使用される、やす
りかけされたポリシロキサンを開示している。

ビニル末端ジメチルジフェニルシロキサンコポリマー
は、米国のペンシルバニア州、ブリストール市、バルト
ラムロードに所在の、ヒューズ・アメリカン（Ｈls A
merican）社のペトラルカシステムズシランアン
ドシリコンから市販されており、“シリコン化合物−
目録およびレビユー”と題するカタログの281頁に記載
されている。

［課題を解決するための手段］本発明は、１種類以上の特定の白金触媒の存在下で、ビ
ニル末端ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーを特
定の３官能または４官能性シランと架橋することにより
製造される架橋シロキサンコポリマーを含有する製品を
提供する。この製品は一般的に、光ファイバまたは光導
波路と、ポリマーの屈折率を光ファイバのコアの屈折率
と整合するように調整された組成物を含む。架橋シロキ
サンコポリマーの屈折率はフェニル基の含量を変更する
ことにより変えることができる。好ましいフェニル基含
量は10〜20モル％（残りはメチル基）である。この組成
によれば、デバイス用途に最も有用な架橋シロキサンコ
ポリマーの屈折率が得られる。更に、架橋シロキサンコ
ポリマーは表面保護材として優れた特性を有する。

本発明を実施するのに重要なことは、高い光学的品質を
有する架橋ポリマーを生成するために、特定の架橋剤お
よび白金触媒を使用することである。特に好ましい架橋
剤は、フェニルトリス（ジメチルシロキシ）シランおよ
び1,3−ジフェニル−1,1,3,3−テトラキス（ジメチルシ
ロキシ）ジシロキサンまたはこれらの２種類のシランの
混合物からなる群から選択される。好ましい触媒は、塩
化白金酸と環状ビニルメチルシロキサンの複合体であ
る、前記の２種類の架橋剤は、ビニル末端シロキサンコ
ポリマーと極めて混和性であり、明澄で均質で、散乱中
心がなく、しかも、優れた光学特性を有する架橋ポリマ
ー材料を生成するので好ましい。同様に、前記の触媒
は、極めて混和性であり、（相応なゲル化時間を生じる
ために）高反応性ではないので好ましい。触媒および架
橋剤の両方とも沸点が高いので、架橋剤および触媒を除
去することなく脱気することができる。代表的な構造物
は、２本以上のファイバ間の接続、ファイバと光導波路
間の接続、光ファイバと光検出器（例えば、PIN検出
器）問の接続を含むデバイスおよび光ファイバと光源
（例えば、レーザまたは発光ダイオード）間の接続を含
むデバイスなどである。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明す
る。

ビニル末端ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーは
特定の触媒の存在下で特定の３官能または４官能性シラ
ンと架橋させると、優れた光学的品質と優れた封入特性
（例えば、安定で、使用環境に対して保護できる特性）
を有する架橋シロキサンポリマー材料が生成され、この
ポリマーの屈折率は光通信システムおよび光デバイスに
おいて反射損失を最小にするのに極めて有用な架橋ポリ
マーを形成するようなものであることが発見された。本
発明はこの発見に基づき完成された。架橋ポリマーの製
造用出発材料は次式で示される、ビニル基を末端に有す
るシロキサンコポリマーである。

（式中、R₁およびR₂は同一であっても、または異なって
いてもよく、メチルまたはフェニル基から選択され、フ
ェニル基を10〜20モル％含有し、残りはメチル基であ
る。）ビニル末端非架橋コポリマーの分子量は極めて広
い範囲、例えば、約1000〜25000（ｎ＝10〜2750）にわ
たって変化する。しかし、8000〜25000（ｎ＝80〜275）
の範囲内の分子量は優れた機械特性および優れた封入特
性を与える。例えば、フェニル基とメチル基の所望の組
成を有するコポリマーまたはポリマーを得るために、ジ
メシルシロキサン、ジフェニルシロキサンおよびメチル
フェニルシロキサンからシリコンエラストマーを製造で
きる。一般的に、合成を容易にし、便利で、しかも、コ
ストを下げる場合、下記の構造を有するジメチルジフェ
ニルシロキサンコポリマーを得るために、正に、ジメチ
ルシロキサンとジフェニルシロキサンが使用される。

（式中、ｙは0.1〜0.2の範囲内である。）ｙの好ましい範囲は0.13〜0.17であり、最も好ましく
は、ｙ＝0.15±0.01である。このような組成ならば、代
表的な光ファイバのコアの屈折率に近い屈折率が得られ
る。ここで、前記式におけるφはフェニル基を示す。ジ
メチルシロキサンモノマーおよびジフェニルシロキサン
モノマーと同様にメチルフェニルシロキサンモノマーも
非架橋コポリマーの製造に使用できることが認められる
としても、便宜的に、非架橋コポリマーはしばしばビニ
ル末端ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーとして
同定される。また、非架橋シロキサンコポリマーの同一
性は、コポリマー中に存在するフェニル基のモル％によ
って示される。

本発明の重要な側面は、本発明の架橋ポリマーの製造に
使用された架橋剤の同一性である。様々な３官能性およ
び４官能性シランを含む各種の架橋剤が本発明の実施に
おいて有用である。優れた機械特性と、更に、極めて優
れた封入特性を有し、しかも、優れた光学特性を示す架
橋ポリマー材料は２種類の特別な架橋剤により得られる
ことが発見された。これらの２種類の架橋剤は、フェニ
ルトリス（ジメチルシロキシ）シランと1,3−ジフェニ
ル−1,1,3,3−テトラキス（ジメチルシロキサン）ジシ
ロキサンである。これらの２種類の架橋剤の混合物も好
ましい。本発明を実施するのに、各種の白金触媒を使用
できる。１つの特別な触媒、すなわち、白金−シルコビ
ニルメチルシロキサン複合体により優れた結果が得られ
る。この触媒は出発物質と混和性であり、反応性が然程
高くなく（相応なゲル化時間を有する）、そして、低光
損失と優れた光学的品質を有する架橋ポリマーを生成す
る。一般的に、架橋手順は次のように行われる。触媒を
ビニル末端ジメチルジフェニルシロキサンと混合し、そ
して脱気する。この混合物に架橋剤を添加し、混合し、
そして再び脱気する。この混合物をデバイスに塗布し、
この混合物を室温で１〜10時間放置するか、または、短
時間加熱（約100〜150℃）することにより硬化させる。
一層高い温度も使用できるが、一般的に、何の利点も得
られない。極めて高い温度（約250〜300℃）はポリマー
を分解するので、避けるべきである。混合物の組成は架
橋ポリマーの機械特性および混合物のゲル化時間を決定
する重要な可変要因である。架橋剤とビニル末端シロキ
サンの混合物の組成は架橋剤の水素化物基（Si−Ｈ基）
の数対ビニル末端シロキサン出発物質のビニル基の数の
比率（水素化物／ビニル比）に置き換えて示される。こ
の比率は極めて広い範囲にわたって変化することができ
るが、最良の結果は0.1〜６の範囲内の比率で得られ
る。0.1未満の場合、架橋ポリマーは極めてゲル様（低
モジュラス）の外観を留め、また、６よりも大きい場
合、架橋ポリマーは極めて脆くなる。ゲルタイプの生成
物の場合、0.2〜0.6の範囲内の比率が好ましい。固体の
架橋ポリマー生成物の場合、0.8〜２の範囲内の比率が
好ましい。最も好ましい比率は0.8〜1.2の範囲内であ
る。更に、これら水素化物／ビニルの比率は極めて好都
合なゲル化時間（約１〜10時間）と優れた機械特性およ
び光学特性をもたらす。触媒濃度は塩化白金酸−シクロ
ビニルメチルシロキサン複合体の重量を基準にして、約
50〜1000ppmの範囲内で変化した。この複合体は白金含
量が約2.0％であり、従って、白金に換算して、好まし
い白金の濃度範囲は１〜20ppmである。

第１図は、フェニル基のパーセントの関数として、ビニ
ルジメチル末端ジメチルジフェニルシロキサンの屈折率
に関するデータを示すグラフ図である。フェニル基の含
量を注意深く調整することにより、架橋ポリマーの屈折
率をファイバコアの屈折率（一般的に、25℃で、約nD＝
1.463）に整合させることができる。この値は約15モル
％のフェニル基含量に相当する。

本発明を多数のデバイスを組み込む架橋シロキサンにつ
いて説明することにより例証する。第２図は光検出器22
（通常はPIN光検出器）に結合された光ファイバ21を有
する光学副組立体20を示す。光ファイバ21はシリコン基
板24のＶ溝23中に配設され、光ファイバと光検出器25と
の間の空隙は架橋シロキサンで埋め尽くされており、フ
ァイバと検出器との光学的整合を形成（反射を最小にす
る）し、構造物に、またファイバと検出器用の封入材と
しての機械的支持を与える。

第３図はＶ溝32と光ファイバ33を有するシリコン基板31
を特徴とするシリコン基板LEDパッケージ30を示す。LED
34はレンズ35を通し光を放射し、そして、この光はミラ
ー36で反射され、ファイバ33に入る。LED34、レンズ3
5、ミラー36および光ファイバ33の端部を収容する空間3
7の全体は架橋ポリマーで埋め尽くされ、レンズからフ
ァイバまでの光学的整合を形成し、機械的安定性と各種
構成部品の封入を形成する。

第４図は、送信部品と受信部品の両方を有する光通信端
末パッケージの斜視図である。パッケージはシリコン基
板41上に配設され、そして、Ｖ溝43内に配列され、導波
路部分44に接続された光ファイバ42が図示されている。
また、導波路のエネルギー出力端をPIN受光素子46に接
続するカプラ45も図示されている。ファイバ42と導波路
44の間の空間47は、導波路とPIN受光素子46の間の空間4
8と同様に、架橋シロキサンポリマーで埋め尽くされて
いる。このパッケージはまた、Ｖ溝50内に配列され、光
導波路44に接続されたレーザ光源49を特徴とする。レー
ザ光源49と導波路44の間のカップリング51も本発明によ
り架橋ポリマー材料で埋め尽くされている。レーザから
の出力は導波路カプラ45を介して、PIN受光素子を特徴
とするPIN出力モニタ53につなげられる。ここでまた、
導波路53と受光素子54の間のカップリング52も架橋シロ
キサンで埋め尽くされており、光反射を軽減または除去
する。更に、レーザドライバ55のような電子構成部品、
受信電子部品56および受光素子46,54のような光学構成
部品は架橋シロキサンポリマーで封入され、機械的安定
性および大気中の不純物からの保護を与える。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、ビニル末端ジメ
チルジフェニルシロキサンコポリマーを特定の触媒の存
在下で特定の３官能または４官能性シランと架橋させる
と、優れた光学的品質と優れた封入特性（例えば、安定
で、使用環境に対して保護できる特性）を有する架橋シ
ロキサンポリマー材料が生成され、このポリマーの屈折
率は光通信システムおよび光デバイスにおいて反射損失
を最小にするのに極めて有用な架橋ポリマーとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフェニル基含量の関数として、ビニル末端ジメ
チルジフェニルシロキサンコポリマーの屈折率の増加デ
ータをグラフの形で示した特性図である。第２図はファイバと検出器の間で架橋シロキサンコポリ
マーの使用を特徴とする、光検出器に接続された光ファ
イバを組み込んだデバイスの分解斜視図である。第３図は架橋シロキサンコポリマーの使用を特徴とす
る、光ファイバに接続されたLEDデバイスの部分透視斜
視図である。第４図は架橋シロキサンコポリマーによる様々な光接続
を特徴とする、レーザ双方向光通信システム用の端末パ
ッケージの概要斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チン―ポンウォンアメリカ合衆国，08648 ニュージャージィローレンスビル，ウェックスロードドライブ10 (56)参考文献特開昭60−43613（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−275331（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−254625（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−43564（ＪＰ，Ａ) 米国特許3595934（ＵＳ，Ａ) 米国特許3284406（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架橋シロキサンコポリマー含有製品であっ
て、前記架橋シロキサンコポリマーは白金触媒の存在下
で非架橋シロキサンコポリマーを架橋剤で架橋させるこ
とにより得られた生成物であり、非架橋シロキサンコポ
リマーは次式、（式中、R₁およびR₂はメチル基またはフェニル基であ
り、同一であっても、あるいは、異なっていてもよく、
フェニル基の含量は10〜20モル％の範囲内である）で示
され、前記架橋剤は1,3−ジフェニル−1,1,3,3−テトラキス
（ジメチルシロキシ）ジシロキサンであり、前記製品は架橋シロキサンコポリマーと接触する少なく
とも１個の光学構成部品を有し、非架橋シロキサンコポリマー中のフェニル基のモル％
は、光学構成部品からの光反射を最小にするために光学
構成部品に対して架橋シロキサンコポリマーを整合する
ように調整されることを特徴とする架橋シロキサンコポ
リマー含有製品。
【請求項２】光学構成部品は光ファイバであることを特
徴とする請求項１の製品。
【請求項３】光学構成部品は光導波路であることを特徴
とする請求項１の製品。
【請求項４】光学構成部品はレーザであることを特徴と
する請求項１の製品。
【請求項５】光学構成部品は発光ダイオードであること
を特徴とする請求項１の製品。
【請求項６】光学構成部品は受光素子であることを特徴
とする請求項１の製品。
【請求項７】架橋剤中の水素化物対非架橋シロキサンコ
ポリマー中のビニル基の比率は0.1〜６の範囲内である
ことを特徴とする請求項１の製品。
【請求項８】白金触媒は塩化白金酸−シクロビニルメチ
ルシロキサン複合体からなることを特徴とする請求項１
の製品。
【請求項９】白金触媒の濃度は、白金の重量に換算し
て、１〜20ppmである請求項８の製品。
【請求項１０】非架橋シロキサンコポリマーはビニル末
端ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーであること
を特徴とする請求項１の製品。
【請求項１１】フェニル基を10〜20モル％含有する非架
橋シロキサンコポリマーと白金触媒を混合することによ
り触媒−非架橋シロキサンコポリマー混合物を生成する
ステップと、触媒−非架橋シロキサンコポリマー混合物を脱気するス
テップと、触媒−非架橋シロキサンコポリマー混合物を架橋剤と混
合することにより触媒−コポリマー架橋混合物を生成す
るステップと、触媒−コポリマー架橋混合物を脱気するステップとから
なる架橋シロキサンコポリマー含有製品の製造方法にお
いて、非架橋シロキサンコポリマーは次式、（式中、R₁およびR₂はメチル基またはフェニル基であ
り、同一であっても、あるいは、異なっていてもよく、
フェニル基の含量は10〜20モル％の範囲内である）で示
され、前記架橋剤は1,3−ジフェニル−1,1,3,3−テトラ
キス（ジメチルシロキシ）ジシロキサンであり、架橋剤
中の水素化物対非架橋シロキサンコポリマー中のビニル
基の比率は0.1〜６の範囲内であることを特徴とする、
架橋シロキサンコポリマー含有製品の製造方法。
【請求項１２】水素化物対ビニル基の比率は0.2〜0.6の
範囲内であることを特徴とする請求項11の製造方法。
【請求項１３】水素化物対ビニル基の比率は0.8〜２の
範囲内であることを特徴とする請求項11の製造方法。
【請求項１４】水素化物対ビニル基の比率は0.8〜1.2の
範囲内であることを特徴とする請求項13の製造方法。
【請求項１５】白金触媒は塩化白金酸−シクロビニルメ
チルシロキサン複合体からなることを特徴とする請求項
11の製造方法。
【請求項１６】白金触媒の濃度は、白金の重量に換算し
て、１〜20ppmである請求項15の製造方法。
【請求項１７】触媒−コポリマー架橋混合物を室温以上
に加熱し、架橋シロキサンコポリマーを生成することを
特徴とする請求項11の製造方法。