JPH08134211A - 光部品用ポリイミドおよび光部品 - Google Patents

光部品用ポリイミドおよび光部品

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JPH08134211A
JPH08134211A JP27897494A JP27897494A JPH08134211A JP H08134211 A JPH08134211 A JP H08134211A JP 27897494 A JP27897494 A JP 27897494A JP 27897494 A JP27897494 A JP 27897494A JP H08134211 A JPH08134211 A JP H08134211A
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JP
Japan
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polyimide
dianhydride
optical
diamine
birefringence
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JP27897494A
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English (en)
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Tomoaki Yamagishi
智明 山岸
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号に歪みを発生させる複屈折を低減したポ
リイミドを提供する。 【構成】 複屈折を0.005以下とした光部品用ポリ
イミドおよびこれを用いた光部品。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光部品用ポリイミドおよ
び光部品に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリイミドは、300℃以上の温度に対
する耐熱性を有し、かつ種々の有機溶剤に対する耐性が
あるなどの特長を持つため高温の製造プロセスを必要と
する半導体装置の層間絶縁膜や表面保護膜、あるいは回
路形成用基板などに用いられる。またフッ素を含むポリ
イミドは、上記の特長に加え誘電率が低くなることから
高速信号処理用の演算処理装置の基板や絶縁膜に用いら
れたり、光の透過性が向上するため特開平3−7252
8号公報に示されるように光学装置の光伝送材料に用い
られる。ポリイミド膜の形成方法としては、ポリイミド
がほとんどの有機溶剤に対して不溶であるために、ポリ
イミドの前駆体であるポリアミド酸を有機溶剤を溶媒と
したポリアミド酸溶液を塗布した後に、加熱して溶媒を
除去すると同時にイミド化させる方法が一般に行われて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ポリイミドの前駆体溶
液からポリイミド膜を形成する方法では、塗布後の乾
燥、硬化の課程で膜の収縮が起り主骨格であるベンゼン
環が基板の面と平行な面方向に配列するために、膜の面
方向と厚さ方向の屈折率に差ができて複屈折が発生す
る。光部品の光伝送用材料には、特定の偏光を利用する
装置を除いて、光伝送用材料に複屈折があると面方向、
厚さ方向に偏光した光信号が屈折率が異なるために伝搬
時間に差が生じ、信号の歪みを発生させるので大きな複
屈折は好ましくない。しかしながら、芳香族ポリイミド
ではT.P.Russellらの文献(Journal of Pol
ymer Science:Polymer Physics Edition,Vol.21,1745-1
756(1983))にみられるように複屈折が比較的大きな値
を示すことが知られており、ポリイミドを光伝送用材料
として用いることの問題点となっている。本発明は、光
伝送用材料として複屈折の小さいポリイミドを提供する
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は複屈折が0.0
05以下である光部品用ポリイミドおよびこのポリイミ
ドを用いた光部品に関する。本発明になるポリイミドは
ベンゼン環を有するポリイミドの主鎖に屈曲性を持たせ
ることにより得ることができ、例えばポリイミド前駆体
を形成するジアミンのアミノ基の少なくとも一方が主鎖
に対してメタ位に結合しているジアミンを用いることに
より達成される。
【0005】ポリイミド前駆体は、N−メチル−2−ピ
ロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロ
ラクトン、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒中でテト
ラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることによ
り得られる。反応温度は、通常0〜40℃とされ、反応
時間は、通常30分〜50時間の範囲とされる。
【0006】アミノ基の少なくとも一方が主鎖に対して
メタ位に結合しているジアミンとしては、メタフェニレ
ンジアミン、3,4′−ジアミノジフェニルエーテル、
3,3′−ジアミノジフェニルエーテル、3,4′−ジ
アミノジフェニルスルホン、4,4′−ジアミノジフェ
ニルスルホン、3,4′−ジアミノジフェニル、3,
3′−ジアミノジフェニル、2,2′−ビス(トリフル
オロメチル)−4,5′ジアミノビフェニル、2,2′
−ビス(トリフルオロメチル)−5,5′ジアミノビフ
ェニル、2,2′−(3,4′−アミノフェニル)プロ
パン、2,2′−(3,3′−アミノフェニル)プロパ
ン、2,2′−(3,4′−アミノフェニル)ヘキサフ
ルオロプロパン、2,2′−(3,3′−アミノフェニ
ル)ヘキサフルオロプロパンなどが挙げられるが、メタ
フェニレンジアミンが好ましく、主鎖に対してアミノ基
の少なくとも一方がメタ位にあるものであればこれらに
限られるものではない。
【0007】テトラカルボン酸二無水物としては、屈折
率を低くすることあるいは膜の光透過性を向上させるた
めにフッ素を含有するものでも、フッ素を含有しないも
ののどちらでも良いが、光部品用材料としては光透過性
の高いフッ素含有酸二無水物が好ましい。
【0008】フッ素を含むテトラカルボン酸二無水物と
しては、(トリフルオロメチル)ピロメリット酸二無水
物、ジ(トリフルオロメチル)ピロメリット酸二無水
物、ジ(ヘプタフルオロプロピル)ピロメリット酸二無
水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、
ビス{3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェノキシ}
ピロメリット酸二無水物、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、
5,5′−ビス(トリフルオロメチル)−3,3′,
4,4′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、2,
2′,5,5′−テトラキス(トリフルオロメチル)−
3,3′,4,4′−テトラカルボキシビフェニル二無
水物、5,5′−ビス(トリフルオロメチル)−3,
3′,4,4′−テトラカルボキシジフェニルエーテル
二無水物、5,5′−ビス(トリフルオロメチル)−
3,3′,4,4′−テトラカルボキシベンゾフェノン
二無水物、ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシ
フェノキシ}ベンゼン二無水物、ビス{(トリフルオロ
メチル)ジカルボキシフェノキシ}(トリフルオロメチ
ル)ベンゼン二無水物、ビス(ジカルボキシフェノキ
シ)(トリフルオロメチル)ベンゼン二無水物、ビス
(ジカルボキシフェノキシ)ビス(トリフルオロメチ
ル)ベンゼン二無水物、ビス(ジカルボキシフェノキ
シ)テトラキス(トリフルオロメチル)ベンゼン二無水
物、2,2−ビス{(4−(3,4−ジカルボキシフェ
ノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン二無水物、
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキ
シ}ビフェニル二無水物、ビス{(トリフルオロメチ
ル)ジカルボキシフェノキシ}ビス(トリフルオロメチ
ル)ビフェニル二無水物、ビス{(トリフルオロメチ
ル)ジカルボキシフェノキシ}ジフェニルエーテル二無
水物、ビス(ジカルボキシフェノキシ)ビス(トリフル
オロメチル)ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【0009】フッ素を含まないテトラカルボン酸二無水
物としては、p−ターフェニル−3,4,3″,4″−
テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、
3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルエー
テルテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナ
フタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−
ピリジンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−
ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,1
0−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、4,4′−ス
ルホニルジフタル酸二無水物、3,3′,4,4′−テ
トラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、メタ−
ターフェニル−3,3″,4,4″−テトラカルボン酸
二無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルエーテルテ
トラカルボン酸二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカ
ルボキシフェニル)−1,1,3,3−テトラメチルジ
シロキサン二無水物、1−(2,3−ジカルボキシフェ
ニル)−3−(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,
1,3,3−テトラメチルジシロキサン二無水物などが
挙げられる。なお、ポリアミドイミド樹脂を得る場合に
は、塩化無水トリメリット酸などが用いられる。
【0010】上記のテトラカルボン酸二無水物およびジ
アミンはそれぞれ2種以上を併用してもよい。
【0011】本発明において、ポリイミド前駆体はテト
ラカルボン酸二無水物とジアミンの重合によりアミド結
合およびイミド結合を形成して高分子量化しているが、
ポリイミド系前駆体溶液として感光性を有するものを使
用することもできる。
【0012】本発明におけるジアミンとテトラカルボン
酸二無水物の配合割合は、ジアミン1モルに対してテト
ラカルボン酸二無水物も1モルとするのが合成時の高分
子量化の点から好ましいが、テトラカルボン酸二無水物
を0.95〜1.05モルの範囲としても合成ができ
る。
【0013】また、アミノ基の少なくとも一方が主鎖に
対してメタ位に結合しているジアミンは、ジアミン全体
の割合のうち20重量%以上とすることが複屈折の低減
の点から好ましい。複屈折は次の式で求められる。
【数1】
【0014】上記のポリイミド前駆体溶液は、シリコ
ン、ガリウムヒ素などの半導体基板や、石英、ガラスな
どの光学用基板などに、スピン塗布法や印刷法などによ
り塗布され、ホットプレート、オーブンなどの加熱装置
により乾燥、硬化させて膜を形成する。また、これらの
膜は必要に応じてウエットエッチング、ドライエッチン
グ、レーザアブレーションなどの方法によりパターニン
グされ所定の形に形成され、光部品となる。光部品とし
ては、レンズ、光導波路、光分岐器、光合波器、光スイ
ッチング装置、光変調器、光フィルター、波長分割器、
光増幅器、光減衰器、波長変換器、光回路などがあげら
れる。
【0015】
【作用】本発明になるポリイミドは、ポリイミド膜形成
時に起こるベンゼン環の基板と平行な面方向への配向を
抑え、膜の面方向と厚さ方向の光学的異方性を低減さ
せ、複屈折を小さくすることでがきる。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を説明する。 実施例1 0.5lの平底型フラスコにN,N−ジメチルアセトア
ミド136gにメタフェニレンジアミン6.22gを溶
解し、これに4,4′−オキシジフタリック酸二無水物
17.79gを加え室温で5時間撹拌して粘度70dPa・
sのポリイミド前駆体溶液を得た。次に、ガラス板の上
にスピン塗布法で塗布した後に、オーブンで100℃/
30分、ついで200℃/30分、ついで350℃/6
0分の条件で乾燥、硬化を行い、ガラス板から剥離して
膜厚約10μmの膜を得た。屈折率の測定は、アッベ式
屈折率計(アタゴ社製、4T型)で20℃で波長は58
9nmで行い、偏光板を用いて膜の面方向と厚さ方向の値
を求め、次式により複屈折を求めた。
【数2】 この膜の複屈折(Δn)は0.003であった。
【0017】実施例2 0.5lの平底型フラスコにN,N−ジメチルアセトア
ミド136gにメタフェニレンジアミン4.70gを溶
解し、これに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19.30gを加え室温
で5時間撹拌して粘度40dPa・sのポリイミド前駆体溶
液を得た。この溶液を実施例1の方法で膜を形成して複
屈折を測定したところ0.002であった。
【0018】比較例1 0.5lの平底型フラスコにN,N−ジメチルアセトア
ミド136gにパラフェニレンジアミン6.22gを溶
解し、これに4,4′−オキシジフタリック酸二無水物
17.79gを加え室温で5時間撹拌して粘度80dPa・
sのポリイミド前駆体溶液を得た。この溶液を実施例1
の方法で膜を形成して複屈折を測定したところ0.06
3であった。
【0019】実施例3 0.5lの平底型フラスコにN,N−ジメチルアセトア
ミド136gにメタフェニレンジアミン4.70gを溶
解し、これに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19.30gを加え室温
で5時間撹拌して粘度40dPa・sのポリイミド前駆体溶
液を得た。この溶液を実施例1の方法で膜を形成して複
屈折を測定したところ0.010であった。
【0020】
【発明の効果】本発明のポリイミドによれば、ポリイミ
ドを光部品に用いたときに発生する複屈折による信号歪
みを低減することが可能となる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複屈折が0.005以下であることを特
    徴とする光部品用ポリイミド。
  2. 【請求項2】 ポリイミド前駆体を形成するジアミンの
    アミノ基の少なくとも一方が主鎖に対してメタ位に結合
    しているジアミンを用いて得られる請求項1記載の光部
    品用ポリイミド。
  3. 【請求項3】 ポリイミド前駆体を形成するジアミンと
    してメタフェニレンジアミンを用いて得られる請求項1
    の光部品用ポリイミド。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の光部品用ポリイミドを用
    いた光部品。
JP27897494A 1994-11-14 1994-11-14 光部品用ポリイミドおよび光部品 Pending JPH08134211A (ja)

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Cited By (5)

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