JPH0940774A - ポリイミド及びこれを用いた光部品 - Google Patents
ポリイミド及びこれを用いた光部品Info
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Abstract
成の時にクラックが発生することなく、多層化が容易
で、加工性が良好)に優れたポリイミド並びに光学特性
に優れた光部品を提供する。 【解決手段】 (a)TEモードとTMモードの屈折率
差が0.02以下であり、(b)ガラス転移温度(T
g)が250℃以上であり、(c)波長0.7〜1.6
μmにおける光伝送損失が1dB/cm以下であるポリイミ
ド、(b)ガラス転移温度(Tg)が250℃以上であ
り、(c)波長0.7〜1.6μmにおける光伝送損失
が1dB/cm以下であり、(d)フッ素含有率が22.6
重量%以下であるポリイミド及び、(a)TEモードと
TMモードの屈折率差が0.02以下であり、(b)ガ
ラス転移温度(Tg)が250℃以上であり、(c)波
長0.7〜1.6μmにおける光伝送損失が1dB/cm以
下であり、(d)フッ素含有率が22.6重量%以下で
あるポリイミド並びに前記少なくとも1つのポリイミド
を用いた光部品。
Description
れを用いた光部品に関する。
え得るなどの優れた耐熱性の特徴を利用し、電子部品の
層間絶縁膜、多層配線板材料などに利用されている。こ
れらのポリイミドには信号の高速化の観点から低誘電率
が求められている。また、光通信、光情報処理システム
の電子・光部品、光部品における光導波路としてもポリ
イミドは期待され始めており、このポリイミドには光伝
送損失が小さいこと、すなわち透明性が要求されてい
る。このような低誘電率、透明性を有するポリイミドが
最近種々開発され、例えば、特開平4−239037号
公報、特開平4−328504号公報、特開平4−32
8127号公報にその例が報告されている。また、マク
ロモレキュールズ(Macromolecules)、第27巻、第6665
−6670頁(1994)にも、これらのポリイミドについて光伝
送損失が詳述されている。
を高めるためにフッ素原子が置換されている。しかし、
フッ素置換数が多くなり、フッ素含有率が多くなると、
多層膜形成の時にクラックが発生し多層化が困難になっ
たり、加工性が悪くなったり、ポリイミド前駆体溶液の
合成が高分子量化しにくく困難になったり、ポリイミド
前駆体溶液の保存安定性が低粘度変化しやすいために悪
くなるなどの問題点が生じる。
な従来技術の問題点を鑑みてなされたものである。請求
項1記載の発明は、透明性及び等方性に優れたポリイミ
ドを提供する。請求項2記載の発明は、透明性及び耐ク
ラック性(多層膜形成の時にクラックが発生することな
く、多層化が容易で、加工性が良好)に優れたポリイミ
ドを提供する。請求項3記載の発明は、透明性、等方性
及び耐クラック性に優れたポリイミドを提供する。請求
項4記載の発明は、請求項1、2又は3記載の発明の目
的に加えて、さらに耐熱性、透明性、合成容易性に優れ
たポリイミドを提供する。請求項5記載の発明は、光学
特性に優れた光部品を提供する。
ードとTMモードの屈折率差が0.02以下であり、
(b)ガラス転移温度(Tg)が250℃以上であり、
(c)波長0.7〜1.6μmにおける光伝送損失が1
dB/cm以下であるポリイミド(以下、第1の発明とい
う)に関する。また、本発明は、(b)ガラス転移温度
(Tg)が250℃以上であり、(c)波長0.7〜
1.6μmにおける光伝送損失が1dB/cm以下であり、
(d)フッ素含有率が22.6重量%以下であるポリイ
ミド(以下、第2の発明という)に関する。また、本発
明は、(a)TEモードとTMモードの屈折率差が0.
02以下であり、(b)ガラス転移温度(Tg)が25
0℃以上であり、(c)波長0.7〜1.6μmにおけ
る光伝送損失が1dB/cm以下であり、(d)フッ素含有
率が22.6重量%以下であるポリイミド(以下、第3
の発明という)に関する。
(I)
I)又は一般式(III)
CONHC(CH3)2又はN(C6H5)を示し、Y1〜Y12
は、各々独立に、H、CH3、CN又はNO2を示す)を
示す)で表される単位構造を含む前記ポリイミド及び前
記ポリイミドを用いた光部品に関する。
明のポリイミドの範囲は、大略重なるが、一部重ならな
い部分が存在する。第1の発明と第2の発明の重なる部
分が第3の発明に相当する。
の(a)、(b)及び(c)の条件を満たすものであれ
ば、特に制限はない。第2の発明のポリイミドは、上記
の(b)、(c)及び(d)の条件を満たすものであれ
ば、特に制限はない。第3の発明のポリイミドは、上記
の(a)、(b)、(c)及び(d)の条件を満たすも
のであれば、特に制限はない。
は、常法により種々の製法で製造できるが、例えば、酸
成分とジアミン成分とを反応させて得られるポリイミ
ド、酸成分とジイソシアネート成分とを反応させて得ら
れるポリイミド等が挙げられる。ここで、酸成分として
は、例えば、酸無水物、酸無水物のハーフエステル、酸
塩化物等が挙げられる。酸成分とジアミン成分とを反応
させてポリイミドを得る場合、例えば、酸無水物成分と
ジアミン成分とを反応させて、まず、ポリイミド前駆体
としてのポリアミド酸を得、次いで、このポリアミド酸
を脱水閉環によりイミド化してポリイミドとすることが
できる。また、前記のような2段階工程を経ず、1段階
でポリイミドとすることもできる。
モードとTMモードの屈折率差が0.02以下であるこ
とが必要である。TEモードとTMモードの屈折率差が
0.02を超えると異方性が大きすぎ、等方性が求めら
れるデバイスに用いることができない。TEモードとT
Mモードの屈折率差は、使用する酸成分とジアミン成分
の種類や使用量を選択することにより調整できる。TE
モードとTMモードの屈折率は、市販の装置により測定
することができ、そのような装置としては、例えば、プ
リズムカプラモデル2010(メトリコン社製)等が挙
げられる。
素含有率を22.6重量%以下とすることが必要である
が、22.4重量%以下にすることが好ましく、22.
2重量%以下とすることがより好ましい。フッ素含有率
が22.6重量%を超えると、多層膜形成の時にクラッ
クが発生し多層化が困難になったり、加工性が悪くなっ
たりポリイミド前駆体の溶液の合成が高分子量化しにく
いために困難になったり、ポリイミド前駆体の溶液の保
存安定性が低粘度化しやすいために悪くなったりする。
ポリイミドのフッ素含有率は、使用する酸成分とジアミ
ン成分の種類や使用量を選択することにより調整でき
る。
ガラス転移温度(Tg)は、250℃以上であることが
必要であり、270℃以上であることが好ましい。ガラ
ス転移温度(Tg)が250℃未満の場合は、はんだ接
続などの熱プロセスに対する耐熱性に劣るため、光部品
への適用が困難となる。ガラス転移温度(Tg)は、市
販の装置を用いることによって容易に測定できる。
0.7〜1.6μmにおける光伝送損失は、1dB/cm以
下であることが必要である。光伝送損失が1dB/cmを超
えると、透明性に劣るために光部品への適用が困難とな
る。光伝送損失は、ポリイミド膜中の導波光がレイリー
散乱等によって減衰する量として定義され、以下に、光
伝送損失の測定法を図面を用いて説明する。図1は、プ
リズムを載せた光伝送損失測定用基板の模式的な断面図
である。図1において、シリコン基板1の上には、酸化
シリコン2が形成されており、この酸化シリコン2の上
に形成した、ポリイミド膜3の上にプリズム4を載せ、
例えば、1.3μmのレーザ光を入射光線5としてプリ
ズムを通して、ポリイミド膜3中に導入する。そして、
膜中を導波する導波光の減衰量を検出する方法によって
光伝送損失を測定することができる。通常、次の3つの
検出方法がよく用いられる。
度的には3つの内で最も劣る難点があるが、簡便で材料
スクリーニングには有効な方法である。第2は、フォト
ダイオード等の検出器を導波光上を直接掃引して散乱光
を測定する方法である。第3は、プリズムカプラ法と呼
ばれるもので、検出位置に第2のプリズムをセットして
出射してくる光を測定する方法で最も高感度である。ポ
リイミドの0.7〜1.6μmにおけるガラス転移温度
や光伝送損失は、フッ素含有率に依存せず、使用する酸
成分とジアミン成分の種類や使用量を適宜選択すること
によりフッ素含有率に関係なく容易に調整することがで
きる。
うちでも、耐熱性、光学特性、合成容易性等の点から、
化学構造として一般式(I)
I)又は一般式(III)
CONHC(CH3)2又はN(C6H5)を示し、Y1〜Y12
は、各々独立に、H、CH3、CN又はNO2を示す)を
示す)で表される単位構造を含むポリイミドが好まし
く、このポリイミドは全てが一般式(I)で表される単
位構造からなるポリイミドである必要はなく、一般式
(I)で表される単位構造を含むものであれば、それ以
外の単位構造を含むものであってもよい。一般式(I)
で表される単位構造は、ポリイミド中に50モル%以上
含まれることが好ましく、70モル%以上含まれること
がより好ましい。
ミドだけでは主に受動的(パッシブ)な性質であるが、
このポリイミドに4−N,N−ジメチルアミノ−4′−
ニトロスチルベン等のその他の外部からの電気、熱、光
等の刺激により非線形性を有する材料を混合したり、非
線形性を有する置換基をポリイミドに付与してポリイミ
ドに非線形性を持たせて光の強度変調、位相変調、波長
変換などの能動的(アクティブ)な性質を持たせること
もできる。
前駆体であるポリアミド酸は、例えば、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、ジグライム等の
極性溶液中で、酸無水物成分とジアミン成分の反応によ
り得られる。酸無水物成分とジアミン成分はほぼ等モル
として反応させることが好ましく、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。
ば、(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
ル二無水物等が挙げられる。
例えば、パラ−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等が挙
げられる。
ば、4−(1H,1H,11H−エイコサフルオロウン
デカノキシ)−1,3−ジアミノベンゼン、4−(1
H,1H−パーフルオロ−1−ブタノキシ)−1,3−
ジアミノベンゼン、4−(1H,1H−パーフルオロ−
1−ヘプタノキシ)−1,3−ジアミノベンゼン、4−
(1H,1H−パーフルオロ−1−オクタノキシ)−
1,3−ジアミノベンゼン、4−ペンタフルオロフェノ
キシ−1,3−ジアミノベンゼン、4−(2,3,5,
6−テトラフルオロフェノキシ)−1,3−ジアミノベ
ンゼン、4−(4−フルオロフェノキシ)−1,3−ジ
アミノベンゼン、4−(1H,1H,2H,2H−パー
フルオロ−1−ヘキサノキシ)−1,3−ジアミノベン
ゼン、4−(1H,1H,2H,2H−パーフルオロ−
1−ドデカノキシ)−1,3−ジアミノベンゼン、
(2,5)−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス
(トリフルオロメチル)フェニレンジアミン、ジアミノ
テトラ(トリフルオロメチル)ベンゼン、ジアミノ(ペ
ンタフルオロエチル)ベンゼン、2,5−ジアミノ(パ
ーフルオロヘキシル)ベンゼン、2,5−ジアミノ(パ
ーフルオロブチル)ベンゼン、2,2′−ビス(トリフ
ルオロメチル)−4,4′−ジアミノビフェニル、3,
3′−ビス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジアミ
ノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、4,4′−
ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−アミ
ノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス
(アニリノ)ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス
(アニリノ)オクタフルオロブタン、1,5−ビス(ア
ニリノ)デカフルオロペンタン、1,7−ビス(アニリ
ノ)テトラデカフルオロヘプタン、2,2′−ビス(ト
リフルオロメチル)−4,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテル、3,3′−ビス(トリフルオロメチル)−4,
4′−ジアミノジフェニルエーテル、3,3′,5,
5′−テトラキス(トリフルオロメチル)−4,4′−
ジアミノジフェニルエーテル、3,3′−ビス(トリフ
ルオロメチル)−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、
4,4′−ジアミノ−p−テルフェニル、1,4−ビス
(p−アミノフェニル)ベンゼン、p−(4−アミノ−
2−トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、ビス
(アミノフェノキシ)ビス(トリフルオロメチル)ベン
ゼン、ビス(アミノフェノキシ)テトラキス(トリフル
オロメチル)ベンゼン、2,2−ビス{4−(4−アミ
ノフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン、
2,2−ビス{4−(3−アミノフェノキシ)フェニ
ル}ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス{4−(2
−アミノフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパ
ン、2,2−ビス{4−(4−アミノフェノキシ)−
3,5−ジメチルフェニル}ヘキサフルオロプロパン、
2,2−ビス{4−(4−アミノフェノキシ)−3,5
−ジトリフルオロメチルフェニル}ヘキサフルオロプロ
パン、4,4′−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロ
メチルフェノキシ)ビフェニル、4,4′−ビス(4−
アミノ−3−トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニ
ル、4,4′−ビス(4−アミノ−2−トリフルオロメ
チルフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4′−ビス
(3−アミノ−5−トリフルオロメチルフェノキシ)ジ
フェニルスルホン、2,2−ビス{4−(4−アミノ−
3−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル}ヘキサ
フルオロプロパン、ビス{(トリフルオロメチル)アミ
ノフェノキシ}ビフェニル、ビス〔{(トリフルオロメ
チル)アミノフェノキシ}フェニル〕ヘキサフルオロプ
ロパン、ビス{2−〔(アミノフェノキシ)フェニル〕
ヘキサフルオロイソプロピル}ベンゼン、4,4′−ビ
ス(4−アミノフェノキシ)オクタフルオロビフェニル
等が挙げられる。
例えば、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,
4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−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
ルフィド、ベンジン、メタフェニレンジアミン、、パラ
フェニレンジアミン、2,2−ビス−(4−アミノフェ
ノキシフェニル)プロパン、1,5−ナフタレンジアミ
ン、2,6−ナフタレンジアミン、ビス−(4−アミノ
フェノキシフェニル)スルホン、ビス−(4−アミノフ
ェノキシフェニル)スルフィド、ビス−(4−アミノフ
ェノキシフェニル)ビフェニル、1,4−ビス−(4−
アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス−(4−ア
ミノフェノキシ)ベンゼン、3,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミ
ノビフェニル、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジア
ミノビフェニル、4,4′−ジアミノジフェニルエーテ
ル−3−スルホンアミド、3,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテル−4−スルホンアミド、3,4′−ジアミノ
ジフェニルエーテル−3′−スルホンアミド、3,3′
−ジアミノジフェニルエーテル−4−スルホンアミド、
4,4′−ジアミノジフェニルメタン−3−スルホンア
ミド、3,4′−ジアミノジフェニルメタン−4−スル
ホンアミド、3,4′−ジアミノジフェニルメタン−
3′−スルホンアミド、3,3′−ジアミノジフェニル
メタン−4−スルホンアミド、4,4′−ジアミノジフ
ェニルスルホン−3−スルホンアミド、3,4′−ジア
ミノジフェニルスルホン−4−スルホンアミド、3,
4′−ジアミノジフェニルスルホン−3′−スルホンア
ミド、3,3′−ジアミノジフェニルスルホン−4−ス
ルホンアミド、4,4′−ジアミノジフェニルサルファ
イド−3−スルホンアミド、3,4′−ジアミノジフェ
ニルサルファイド−4−スルホンアミド、3,3′−ジ
アミノジフェニルサルファイド−4−スルホンアミド、
3,4′−ジアミノジフェニルサルファイド−3′−ス
ルホンアミド、1,4−ジアミノベンゼン−2−スルホ
ンアミド、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル−3
−カルボンアミド、3,4′−ジアミノジフェニルエー
テル−4−カルボンアミド、3,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル−3′−カルボンアミド、3,3′−ジア
ミノジフェニルエーテル−4−カルボンアミド、4,
4′−ジアミノジフェニルメタン−3−カルボンアミ
ド、3,4′−ジアミノジフェニルメタン−4−カルボ
ンアミド、3,4′−ジアミノジフェニルメタン−3′
−カルボンアミド、3,3′−ジアミノジフェニルメタ
ン−4−カルボンアミド、4,4′−ジアミノジフェニ
ルスルホン−3−カルボンアミド、3,4′−ジアミノ
ジフェニルスルホン−4−カルボンアミド、3,4′−
ジアミノジフェニルスルホン−3′−カルボンアミド、
3,3′−ジアミノジフェニルスルホン−4−カルボン
アミド、4,4′−ジアミノジフェニルサルファイド−
3−カルボンアミド、3,4′−ジアミノジフェニルサ
ルファイド−4−カルボンアミド、3,3′−ジアミノ
ジフェニルサルファイド−4−カルボンアミド、3,
4′−ジアミノジフェニルサルファイド−3′−スルホ
ンアミド、1,4−ジアミノベンゼン−2−カルボンア
ミド、4,4′−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェ
ニル、ビス{4−(3−アミノフェノキシ)フェニル}
スルホン等が挙げられる。上記の酸無水物成分及びジア
ミン成分はそれぞれ2種以上を組み合わせて用いてもよ
い。
は、例えば、前述のポリイミド前駆体であるポリアミド
酸の溶液をアルミ板上にスピンコートし、窒素雰囲気下
で70℃から350℃まで段階的に加熱(70℃1時
間、160℃1時間、250℃1時間、350℃1時
間)し、イミド化することによって製造できる。
用いた光部品においては、ポリイミドは、通常、光学的
動作又は光学的機能をになう部分に使用される。このよ
うな光部品としては、例えば、パッシブ系の光部品、ア
クティブ系の光部品等を挙げることができる。パッシブ
系の光部品としては、プリズム、リッジ素子、非分岐導
波路(曲り導波路を含む)等の光路変換素子、分岐導波
路、方向性結合器、スターカップラー等の合分波器、干
渉フィルタ、偏光子、波長板(位相差板)などが挙げら
れる。アクティブ系の光部品としては、マッハツェンダ
型光スイッチ、方向性結合器型光スイッチ等の導波路型
光スイッチなどの光マトリックススイッチ、マッハツェ
ンダ型光変調器、方向性結合型光変調器等の導波路型の
光変調器、光偏光器、光アイソレーター、非対称方向性
結合器利用光波長フィルタ、第二次高調波発生器(SH
G)、光増幅器などが挙げられる。
は、非線形材料と組み合わせて、例えば、熱、電気、光
等の外部刺激によって応答することができるアクティブ
系の光部品の材料として用いることができる。非線形材
料としては、特に制限はなく公知のものを使用すること
ができ、例えば、下記構造の非線形材料を挙げることが
できる。
用いたアクティブ系の光部品に用いる材料は、例えば、
前記したポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液に
上記の非線形材料を加えて撹拌等により混合することに
より容易に調整することができる。この際、非線形材料
の使用量は、ポリイミド前駆体100重量部に対して
0.01〜100重量部の範囲とすることが好ましく、
0.1〜50重量部とすることがより好ましく、0.3
〜30重量部とすることが特に好ましい。この使用量が
少なすぎても多すぎても、非線形特性、その他の光学特
性、機械特性、安定性、作業性等が劣る傾向がある。
の1例として、ポリイミドと非線形材料とを組み合わせ
た材料を使用するアクティブ系の光部品について図面を
用いて説明する。図2は、光マトリックススイッチ、光
変調器の基本形態を示す模式的な断面図である。これら
の光マトリックスステッチ、光変調器は、(イ)直線
型、(ロ)Y分岐型、基本形態として、(ハ)方向性結
合器型、(ニ)交差(X)型、(ホ)分岐干渉型及び
(ヘ)バランスブリッジ型に分類することができる。例
えば、(イ)直線型のものでは、コア部を光が伝搬し、
電極で電圧をかけることにより、コア部の屈折率を変化
させて、一定の所望の光学的作動をさせることができ
る。光導波路の形成においては、一般的な製膜法、例え
ば、スピンコート法、浸漬法、ドクターブレード法、ワ
イヤーバー法、ローラ法、スプレー法等を用いることが
できる。光導波路のコア材とクラッド材は、光の波長、
使用用途に適した屈折率の差が出るように選択すればよ
い。
は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液と非線
形材料を含む材料を、例えば、シリコン基板上にスピン
コートし、窒素雰囲気下で加熱処理しポリイミド前駆体
溶液をイミド閉環してポリイミドとし、あわせて非線形
材料を配向させることによりスイッチングや変調可能な
光導波路を形成することができる。例えば、このような
光導波路の一態様である方向性結合器型光スイッチの製
造について図3を参照しつつ説明する。図3は、アクテ
ィブ光導波路作製工程を説明する断面図である。図3に
おいて、6は基板、7は下部電極、8は下部クラッド
層、9はコア層、10はアルミニウム層、11はレジス
ト層、12は上部クラッド層、13は上部電極を意味す
る。
の下部電極7を蒸着法やスパッタ法等により作製し、次
に前記のアクティブ材料からなるコア層9よりも屈折率
の小さなポリイミドで構成される下部クラッド層8を形
成する。この上に前記アクティブ材料を所定の厚さに塗
布し、加熱キュアすることによりコア層9を得る。次
に、蒸着法等によりアルミニウム層10をつけた後に、
レジスト塗布、プリベーク、露光、現像、アフターベー
クを行い、パターニングされたレジスト層11を得る。
レジスト層11により保護されていないアルミニウムを
ウェットエッチングにより除去した後、アルミニウム層
10で保護されていないコア層9のポリイミド層をドラ
イエッチングにより除去する。
ウム層11をウェットエッチングにより除去し、この上
に前記下部クラッド層8形成に用いたポリイミドを用い
て上部クラッド層12を形成する。最後にマスクパター
ンを通して所定のコア層9の上に上部電極13を蒸着法
やスパッタ法等により形成し方向性結合器型光スイッチ
が得られる。
ア層に含まれる非線形材料を配向させるには、ポーリン
グ処理等を行えばよい。例えば、電場を印加しながら加
熱してイミド閉環によるイミド化を行いながら、同時に
非線形材料を配向させることができる。電場の印加方法
には、電極を設けて行う方法、コロナ放電で表面を帯電
させる方法等が挙げられる。電場の強さは、105V/m以
上とすることが好ましく、106V/m以上とすることがよ
り好ましい。また、イミド閉環によるイミド化を行い最
終的な構造であるポリイミドとした後に、これに電場を
加えてTg以上の温度に加熱して非線形材料を配向させ
ることもできる。導波路は、通常、5〜15μm幅で、
1〜4μmの高さで形成され、パターン間隔は、2〜3
μm程度である。
明する。 実施例1 1リットルのガラス製の4つ口フラスコを用い、30ml
/分の流量で乾燥窒素を流しながら、パラフェニレンジ
アミン29.36g(0.27モル)、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120.64g(0.27モル)、N,N
−ジメチルアセトアミド850gを加えた。この溶液
を、室温で5時間撹拌して粘度50ポイズのポリイミド
前駆体溶液を得た。この溶液を、表面が酸化シリコン層
である直径5インチのシリコンウエハ上にスピンコート
し、窒素雰囲気下で70℃で1時間、160℃で1時
間、250℃で1時間さらに350℃で1時間加熱し、
膜厚3μmのポリイミド膜を得た。このポリイミド膜の
フッ素含有率を表3に示した。
(Tg)、多層膜形成時のクラックの発生の有無、屈折
率及び光伝送損失を下記の方法で測定し、結果を表3及
び表5に示した。 ガラス転移温度(Tg):膜をシリコン基板上から剥離
した後、パーキンエルマー社製の熱物性測定装置で測定
した。 多層膜形成時のクラックの発生の有無:ポリイミド膜を
形成したシリコンウエハ上にさらにポリイミド前駆体溶
液をスピンコートし、同様な方法でポリイミド膜を形成
し、多層膜形成時のクラックの発生の有無を調べた。 屈折率:プリズムカプラモデル2010(メトリコン社
製)を用いて測定した。 光伝送損失:前記した図1の装置で、検出方法としてプ
リズムカプラ法を用いて、波長1.3μmの光を通して
測定した。
表2に示すものに変え、等モルとしてポリイミド前駆体
の溶液を合成した。実施例1と同様にして、ポリイミド
膜を得た。このポリイミド膜のフッ素含有率を表3及び
表4に示した。また、実施例1と同様にして、得られた
ポリイミド膜のガラス転移温度(Tg)、多層膜形成時
のクラックの発生の有無、屈折率及び光伝送損失を測定
し、結果を表3、表4、表5及び表6に示した。
ン成分は、以下のとおりである。 6FDA: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 PMDA:ピロメリット酸二無水物 S−BPDA:3,3′,4,4′−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物 ODPA: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 PPD:パラフェニレンジアミン AF−A:2,2−ビス{4−(4−アミノフェノキ
シ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン DDE:4,4′−ジアミノジフェニルエーテル DDS:4,4′−ジアミノジフェニルスルファイト MPD:メタフェニレンジアミン A−AF:2,2′−ビス(4−アミノフェニル)ヘキ
サフルオロプロパン 8FBPDA:4,4′−ビス(4−アミノフェノキ
シ)オクタフルオロビフェニル 3,3′−DSF:3,3′−ジアミノジフェニルスル
フォン DSF:4,4′−ジアミノジフェニルスルフォン BAPP:2,2′−ビス(4−アミノフェノキシフェ
ニル)プロパン BAPB:4,4′−ビス(4−アミノフェノキシ)ビ
フェニル
に示すものに変えた以外は、実施例1と同様にして、ポ
リイミド膜を得た。このポリイミド膜のフッ素含有率を
表8に示した。また、実施例1と同様にして、得られた
ポリイミド膜のガラス転移温度(Tg)、多層膜形成時
のクラックの発生の有無、屈折率及び光伝送損失を測定
し、結果を表8及び表9に示した。
は、以下のとおりである。 TPDA:パラ−ターフェニル−3,4,3″,4″−
テトラカルボン酸二無水物 TFDB:2,2′−ビス(トリフルオロメチル)−
4,4′−ジアミノビフェニル mAPPS:ビス{4−(3−アミノフェノキシ)フェ
ニル}スルフォン
4に示す。シリコンウエハ基板14に5インチのシリコ
ンウエハを用い、この上に下層クラッド15として、
N,N−ジメチルアセトアミド(DMAC)を、溶媒と
して、ピロメリット酸二無水物(PMDA)と4,4′
−ジアミノジフェニルエーテル(DDE)からなる、樹
脂分濃度15重量%、粘度50dPa・sのポリアミド酸溶
液をスピン塗布し、乾燥器で100℃で30分加熱し、
次いで、200℃で30分加熱し、次いで、350℃で
60分加熱して硬化を行い膜厚10μmのポリイミド膜
を形成した。波長1300nmでのこの膜の屈折率は、
1.677であった。この膜の上にコア層16として、
DMACを、溶媒として、3,3′,4,4′−ビフェ
ニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,4−
フェニレンジアミン(PPD)からなる、樹脂分濃度1
5重量%、粘度50dPa・sのポリアミド酸溶液をスピン
塗布し、同上の条件で硬化を行い膜厚15μmのポリア
ミド膜を形成した。この膜の屈折率は1.781であっ
た。
(日立化成工業株式会社製)を用いて、スピン塗布、1
00℃で乾燥後、水銀ランプで露光、現像を行い、この
レジストパターン17を、マスクとして、酸素でリアク
ティブイオンエッチング(O2−RIE)を行い、光導
波路の所定のパターンを残すようにエッチングを行い、
レジストを剥離後に、さらにこの上に上層クラッド18
としてPMDAとDDEからなるポリアミド酸を、硬化
後の膜厚が20μmとなるようにスピン塗布、硬化を行
い、縦15μm×横15μm×長さ10cmの直線光導波
路を形成した。
シリコンウエハの両端をダイシング装置で切断して試料
を作製した。光損失の測定法を図2に示す。切断した光
導波路の端面に、石英の光ファイバー19のコアが一致
するように合わせ、波長1300nmの光を入射し、光導
波路内を透過して反対側の端面から出る光を、光センサ
ー20で検出する。試料の長さを5cmと10cmのものを
作製し、光の減衰の傾きから光導波路の損失を求めたと
ころ、光損失は0.6dB/cmであった。
MDAとPPDからなるポリイミドを、コア層としてB
PDAと1,4−ジアミノジフェニルスルフィド(DD
S)からなるポリイミドを用いて、光損失を測定したと
ころ、光損失は0.8dB/cmであった。BPDAとDD
Sからなるポリイミドの波長1300nmにおける屈折率
は1.694であった。
ッ素を含むテトラカルボン酸二無水物の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
パン酸二無水物(6FDA)と2,2′−ビス(4−ア
ミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(6FDAM)
からなるポリイミドを用い、コア層には、BPDAと6
FDAMからなるポリイミドを用いて、光導波路を作製
したところ、光導波路部にクラックの発生が認められ
た。
MDAとDDEからなるポリイミドを用い、コア層用と
して、BPDAと1,4−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン(TPE)からなるポリイミドを用いて、
光導波路を作製し、光損失を測定したところ、1.8dB
/cmであった。この光損失は、値が大きく、光導波路と
して用いることは困難である。また、このコア層の膜の
屈折率は1.694であった。
及び等方性に優れる。請求項2におけるポリイミドは、
透明性及び耐クラック性に優れる。請求項3におけるポ
リイミドは、透明性、等方性及び耐クラック性に優れ
る。請求項4におけるポリイミドは、請求項1、2又は
3におけるポリイミドの奏する効果に加えて、さらに、
耐熱性、透明性、合成容易性に優れる。請求項5におけ
る光部品は、光学特性に優れる。
的な断面図である。
示す模式的な断面図である。
である。
で、(a)基板、(b)下層クラッドおよびコア層の形
成、(c)レジストパターンの形成、(d)RIEによ
るコアパターンの形成、(e)レジスト除去及び(f)
上層クラッドの形成を示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 (a)TEモードとTMモードの屈折率
差が0.02以下であり、(b)ガラス転移温度(T
g)が250℃以上であり、(c)波長0.7〜1.6
μmにおける光伝送損失が1dB/cm以下であるポリイミ
ド。 - 【請求項2】 (b)ガラス転移温度(Tg)が250
℃以上であり、(c)波長0.7〜1.6μmにおける
光伝送損失が1dB/cm以下であり、(d)フッ素含有率
が22.6重量%以下であるポリイミド。 - 【請求項3】 (a)TEモードとTMモードの屈折率
差が0.02以下であり、(b)ガラス転移温度(T
g)が250℃以上であり、(c)波長0.7〜1.6
μmにおける光伝送損失が1dB/cm以下であり、(d)
フッ素含有率が22.6重量%以下であるポリイミド。 - 【請求項4】 化学構造として一般式(I) 【化1】 (式中、R1は4価の芳香族基を示し、R2は一般式(I
I)又は一般式(III) 【化2】 (ただし、Xは単結合、O、S、SO2、CH2、CO、
CONHC(CH3)2又はN(C6H5)を示し、Y1〜Y12
は、各々独立に、H、CH3、CN又はNO2を示す)を
示す)で表される単位構造を含む請求項1、2又は3記
載のポリイミド。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載のポリイミ
ドを用いた光部品。
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