KR20100122524A - 광 도파로 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 코어의 표면을 평활화함으로써 낮은 광 손실을 갖는 광 도파로를 제조하는 것이다. 결국, 광 도파로 제조 방법은, 기판(1)에 형성된 하부 클래드층(2)의 표면에 감광성 폴리머의 코어-형성층(3)을 형성하는 코어-형성층 형성 단계; 코어-형성층(3)의 열처리를 통해 표면 점도를 저하시킴으로써 표면을 평활하게 하는 평활화 단계; 및 평활화된 코어-형성층(3)의 선택적인 노광을 통해 코어를 형성하는 광경화 단계를 포함한다.

Description

광 도파로 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL WAVEGUIDE}

본 발명은 광 도파로 제조 방법에 관한 것이다.

최근 통신 인프라구조의 더 넓은 대역폭의 급속한 확산뿐 아니라 컴퓨터의 정보 처리 능력이 급격한 진보함이 보여진다. 이러한 진보로 인해서, 고속 정보 송신로를 갖는 정보 처리 회로 기판이 이전보다 필요하다. 이러한 관점에서, 전기 신호의 송신 속도 한계를 극복하기 위해서 광을 사용한 신호 전송이 연구되고 있다. 저렴하게 처리될 수 있는 폴리머 광 도파로는 신호를 광학적으로 송신할 수 있는 회로 기판으로서 관심을 끌고 있다.

폴리머 광도파로를 제조하는 주지의 방법은 예를 들면 감광성 폴리머를 포함하는 층의 리소그래피 패터닝을 사용한다(예를 들면, 특허 문헌 1 또는 비특허 문헌1).

우선, 코어를 형성하기 위한 감광성 폴리머를 포함하는 필름 층이, 기판의 표면 위에 형성된 하부 클래드 층의 표면 위에 형성된다. 이렇게 형성된 감광성 폴리머 필름 층은 회로 패턴이 형성된 포토마스크를 통해 자외선이 조사되어, 코어가 형성될 부분을 선택적으로 경화시킨다. 그리고, 현상에 의해 코어가 형성됨으로써, 비경화된 부분이 제거된다. 코어는 상부 클래드 층을 형성하는 재료로 피복된다.

예를 들면, 다음의 방법에 따라서 코어 형성을 위한 필름 층이 형성될 수 있다. 액상 감광성 폴리머 또는 고체 감광성 폴리머의 바니시가, 기판의 표면 위에 형성된 하부 클래드 층의 표면으로 코팅되어 건조된다. 또 다른 방법에서, 강광성 폴리머 바니시가 우선 지지 기판의 표면 위에 코팅되고, 건조되어 건조 필름을 형성한다. 이 건조 필름은, 기판의 표면 위에 형성된 하부 클래드 층의 표면 위에 적층된다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허 공개 번호 2007－084765호

비특허 문헌 1 : "광·전기 복합 인쇄 배선 기판", 새로운 기술 보고, Vo1. 54, No. 3 (2006년 9월)

본 발명은 코어의 표면을 평활화함으로써 낮은 광 손실을 갖는 광 도파로를 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 구성은, 기판에 형성된 하부 클래드층에 감광성 폴리머의 코어-형성층을 형성하는 코어-형성층 형성 단계; 상기 코어-형성층의 열처리를 통해 표면 점도를 저하시킴으로써 상기 코어-형성층의 표면을 평활하게 하는 평활화 단계;및 상기 평활화된 코어-형성층의 표면으로부터 상기 코어-형성층에 대해 선택적인 노광을 통해 코어를 형성하는 노광 단계를 포함하는, 광 도파로 제조 방법이다.

본 발명에 의해 평활한 면을 갖는 코어를 형성할 수 있다. 그 결과 낮은 광손실을 갖는 광 도파로가 얻어진다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽을 때 보다 분명해진다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 1f는 본 발명의 일 실시예에서 광 도파로를 제조하는 방법에서 하나의 단계를 설명하는 개략 단면도이다.
도 2는 건조 필름의 구성을 설명하는 개략 단면도이다.
도 3a는 실시예 1에서 얻어지는 광도파로의 코어의 측면을 SEM 관찰하는 동안 얻어지는 SEM 현미경 사진이다.
도 3b는 비교예 1에서 얻어지는 광도파로의 코어의 측면을 SEM 관찰하는 동안 얻어지는 SEM 현미경 사진이다.
도 4는 실시예에서 도파 손실 평가에 이용되는 장치의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

감광성 폴리머의 코어를 형성하기 위해 필름층을 형성하는 것은, 필름층의 불균일한 두께 및 필름 층의 표면에 기포 및 보이드의 혼입으로 인해 문제가 있었다. 그리고, 표층에 혼입된 기포 및 보이드는 다음의 문제를 발생시킨다. 필름 층의 표면 상태가, 혼입된 기포 및/또는 보이드에 의해 불균일하게 만들어진다. 필름 층을 선택적으로 경화하기 위해 자외선 등을 조사할 때, 필름 층의 불균일한 표면 상태는, 형성된 코어에서 불균일한 표면 상태로 유지된다. 이 불균일한 표면 상태는 도파광으로 하여금 산란되게 하여, 광 손실을 악화시킨다. 불균일한 표면 상태는 선택적인 노광 동안 광 산란을 일으키고, 그 결과 노광하고자 하지 않는 마스킹된 부분에도 노광이 도달한다. 이로 인해 코어의 형상이 의도된 대로 얻어지지 못하고, 그 결과 광손실이 증가한다는 문제가 있었다.

본 실시예의 광도파로 제조 방법은, 기판에 형성된 하부 클래드층에 감광성 폴리머의 코어-형성층을 형성하는 코어-형성층 형성 단계; 상기 코어-형성층의 열처리를 통해 표면 점도를 저하시킴으로써 상기 코어-형성층의 표면을 평활하게 하는 평활화 단계;및 상기 평활화된 코어-형성층의 표면으로부터 상기 코어-형성층에 대해 선택적인 노광을 통해 코어를 형성하는 노광 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 아래에 설명한다.

도 1a ~ 도 1f는 본 실시예를 설명하기 위한 공정도이다. 도 1a ~ 도 1f에서, 1은 기판, 2는 하부 클래드층, 3은 코어-형성층, 4는 포토마스크, 5는 코어, 6은 상부 클래드층을 나타낸다.

기판(1)으로서는, 각종 유기 및 무기 기판이 특정한 한정없이 이용된다. 유기 기판의 구체예는, 에폭시 기판, 아크릴 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리이미드 기판 등을 포함한다. 무기 기판의 예는, 예를 들면, 실리콘 기판 또는 유리 기판을 포함한다. 또한, 기판 위에 전기 회로가 형성될 수 있다.

본 실시예의 제조 방법에서, 도 1a에 나타낸 것같이, 처음에, 기판(1) 위에 하부 클래드층(2)이 형성된다.

하부 클래드층(2)의 형성 방법은 예를 들면 기판(1)의 표면에, 하부 클래드층(2)를 형성하기 위해, 소정의 굴절률을 가지는 경화성 수지 재료를 포함하는 수지 필름을 접합한 후, 경화시키는 방법이나, 하부 클래드층(2)을 형성하기 위해 액상의 경화성 수지 재료를 코팅한 후, 경화시키거나, 또는 경화성 수지 바니시를 코팅한 후, 경화시키는 방법과 관련된다. 하부 클래드층(2)를 형성할 때, 표면을 활성화시키고, 밀착성을 높이기 위해서, 미리, 기판(1)의 표면을 플라스마 처리 등의 표면 처리한다.

하부 클래드층(2)를 형성하기 위한 경화성 수지 재료는, 코어(5) 보다 도파광의 전송 파장에서 더 낮은 굴절률을 갖는 재료이다. 전송 파장에서의 굴절률은, 예를 들면, 대략 1.5~1.55이다.

이러한 경화성 수지 재료의 예는, 예를 들면, 상기 범위 내의 굴절률을 가지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지를 포함한다.

하부 클래드층(2)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 5~15㎛정도인 것이 바람직하다.

하부 클래드층(2)를 형성하기 위해서 수지 필름을 사용하는 방법은 다음과 같다.

우선, 기판(1) 표면에 경화성 수지를 포함하는 수지 필름이 중첩되어, 가열 프레스에 의해 기판(1)에 접합된다. 또 다른 예에서, 기판(1)의 표면에 수지 필름이 투명한 접착제에 의해 접합될 수 있다. 수지 필름이 광경화성 수지인 경우, 광의 조사에 의해 경화된다. 수지 필름이 열경화성 수지인 경우, 가열에 의해 경화된다.

또, 예를 들면 액상의 경화성 수지를 사용하여 하부 클래드층(2)을 형성하는 방법은 다음을 포함한다.

우선, 액상 경화성 수지 또는 경화성 수지 바니시가 기판(1)의 표면에 코팅된다. 사용되는 코팅 방법은 특별히 한정되지 않고, 스핀 코팅, 바코팅 또는 딥 코팅이 가능하다. 코팅된 경화성 수지가 광경화성 수지이면, 수지는 광의 조사에 의해 경화된다. 코팅된 경화성 수지가 열경화성 수지이면, 수지는 가열에 의해 경화된다.

다음에, 도 1b에 나타내는 것같이, 감광성 폴리머 재료를 포함하는 코어-형성층(3)이 하부 클래드층(2)의 외부 표면에 형성된다.

코어 형성층(3)의 형성 방법으로서는, 코어를 형성하기 위해, 하부 클래드층(2)의 표면에, 소정의 굴절률을 갖는 감광성 폴리머를 포함하는 수지 필름을 접합하는 것과 관련된다. 또 다른 방법에서, 코어 형성층(3)을 형성하기 위해 액상 감광성 폴리머가 적용될 수 있다. 또 다른 방법에서, 코어 형성층(3)을 형성하기 위해 감광성 폴리머의 바니시가 적용된 후 건조될 수 있다. 코어 형성층(3)을 형성할 때, 표면을 활성화시키고, 접착성을 증가시키기 위해서, 하부 클래드층(2)의 표면을 플라스마 처리 등의 표면 처리한다.

여기서, 감광성은 광을 조사하는 것에 의해 변형하는 성질을 가리킨다. 이러한 변형의 예는, 예를 들면, 경화, 연화, 특정 용제에 대한 용해성의 변화 또는, 굴절률의 변화를 포함한다. 광은 자외선으로 대표되는 에너지 빔이지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 코어 형성층(3)의 특성에 따라서, 다른 파장의 광이 사용될 수 있다.

감광성 폴리머를 포함하는 수지 필름은, 예를 들면, 반경화된 상태의 감광성 폴리머를 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 등의 지지 기판에 코팅해 얻어지는 건조 필름이다. 또한, 도 2에 나타낸 것같이, 건조 필름(20)은, 보호 필름(21)에 의해 양쪽에서 보호되고 있다.

코어-형성층(3)을 형성하기 위해 사용되는 감광성 폴리머는, 하부 클래드층(2)보다 도파광의 전송 파장에서 더 높은 굴절률을 갖는다. 바람직하게, 전송 파장에서 굴절률은 예를 들면, 대략 1.55~1.6이다.

코어-형성층(3)을 형성하기 위한 감광성 폴리머의 예는, 예를 들면, 상기 범위 내의 굴절률을 가지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 또는 폴리이미드 수지를 포함하는 광경화성 재료 등의 감광성 재료를 포함한다.

그 중에서 특히, 비스페놀형 에폭시 수지와 광양이온 경화제를 함유하는 광경화성 수지 조성물이, 우수한 내열성을 고려하여, 바람직하다. 높은 내열성을 갖는 광 도파로가, 리플로우 처리를 받는 인쇄 기판과 결합될 수 있다.

접착성의 관점으로부터, 코어 형성층(3)을 형성하기 위한 감광성 폴리머와, 하부 클래드층(2)을 형성하기 위한 경화성 수지가 동일한 수지 유형에 속하는 바람직한 수지이다.

코어-형성층(3)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 20~100 ㎛의 범위에 있다.

코어-형성층(3)을 형성하기 위해서 감광성 폴리머를 포함하는 수지 필름을 접합하는 특정 방법은 예를 들면 다음을 포함한다.

우선, 감광성 폴리머를 포함하는 수지 필름이 하부 클래드층(2)의 표면 위에 중첩되고, 가열 프레스에 의해 표면에 접합된다. 또 다른 방법에서, 하부 클래드층(2)의 표면 위에 수지 필름이 투명성의 접착제에 의해 접합된다.

액상의 감광성 폴리머를 사용하여 코어 형성층(3)을 형성하기 위해 사용되는 방법의 예는 다음과 같다.

우선, 액상의 감광성 폴리머 또는 감광성 폴리머의 바니시가 하부 클래드층(2)의 표면에 코팅된다. 그 다음, 바니시 코팅이 필요에 따라서 건조된다.

본 실시예의 제조 방법에서, 선택적 노광을 통해 코어-형성층(3)에 경화 등을 행하기 전에 도 1c에 나타낸 것같이 열처리를 통해 코어-형성층(3)의 표면의 점도가 저하된다. 이러한 열처리의 결과로서 코어 형성층(3)의 표면이 부드럽게 되거나 녹는다. 표면 장력 효과를 통해, 열처리는 코어-형성층(3)의 표면에서 요철, 기포, 보이드 등을 소실시켜 표면을 평활하게 만든다.

열처리의 조건은, 그 조건이 요철, 기포, 보이드 등의 제거를 통해 코어-형성층(3)의 표면을 평활하게 하면 특별히 제한되지 않는다. 열처리 조건은 코어-형성층(3)을 형성하는 감광성 폴리머의 유형에 따라서 적절히 선택된다. 바람직하게, 이 조건은, 예를 들면 코어-형성층(3)을 형성하는 감광성 폴리머가 1 ~ 50000 Paㆍsec, 보다 바람직하게는 5 ~ 10000 Paㆍsec의 범위에 있도록 하는 열처리 온도를 포함한다. 점도는, 콘 플레이트형 레오미터(HAKKE 제조의 RheoStress RS75, 콘지름 φ 20 mm, 각도 2°, 1 Hz)를 사용하여 온도 상승하에서 측정된 값이다.

건조 필름을 이용하는 경우는, 보호 필름을 벗긴 상태로 열처리가 행해지는 것이 바람직하며, 이렇게 함으로써, 개선된 평활화 효과를 가져 온다. 보호막이 덮힌 채로 코어-형성층(3)의 표면을 열처리하는 경우에는, 보호 필름의 내열성을 고려해 열처리 온도가 선택되어야 한다.

열처리 시간은, 10 ~ 30분 범위인 것이 바람직하다.

또한, 열처리 방법은 특별히 한정되지 않는다. 특히, 소정의 온도로 설정한 오븐에서 가열하거나, 또는 핫 플레이트에서 가열하는 방법이 이용될 수 있다.

다음에, 도 1d에 나타내는 것같이, 열처리된 코어-형성층(3)이 코어를 형성하는 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 노광된다.

노광은, 포토마스크(4)를 통해 코어-형성층(3)의 표면을 선택적으로 변질(경화 등)할 수 있는 파장을 갖는 광의 필요한 세기로 실행되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 노광 방법으로는, 포트마스크가 코어-형성층(3)의 표면에 접촉하도록 놓여지는 컨택트 노광이나, 포토마스크와 표면 사이에 소정의 갭이 유지되어 포토마스크가 표면을 접촉하지 않는 투영 노광이 사용될 수 있다. 컨택트 노광을 실행하는 경우, 포토마스크(4)에 코어-형성층(3)이 부착되는 것을 방지하기 위해, 예를 들면 PET 필름을 포함하는 5~15 ㎛ 두께의 이형 필름이 포토마스크(4)와 코어-형성층(3) 사이에 개재된다. 이형 필름은 노광 부분을 숨기지 않는 방식으로 배치된다.

특히, 노광 조건은 감광성 폴리머의 유형에 따라서 선택된다. 자외선 경화 수지의 경우에, 500~2500 mJ의 세기로 대략 365 nm의 자외선으로 노광이 실행된다.

광경화성 수지를 사용하는 경우, 노광 후에, 열에 의해 포스트 경화되어 신뢰성있는 경화를 확실하게 한다. 바람직한 포스트경화 가열 조건은 80 ~ 160℃의 가열 온도, 및 20분 ~120분을 포함한다.

다음에, 도 1e에 나타내는 것같이, 선택적으로 노광된 코어-형성층(3)에 대해서, 필요에 따라서, 현상 처리를 실시하는 것으로 코어(5)가 형성된다.

현상 처리는, 포저티브 현상의 경우에는 노광되지 않았던 부분, 네가티브 현상의 경우에는 노광된 부분이 현상액으로 제거되는 처리이다.

현상액의 예로는, 예를 들면, 아세톤이나 이소프로필 알코올, 톨루엔, 에틸렌 글리콜, 또는, 이들을 소정 비율로 혼합시킨 것을 포함한다.

일본 특허 공개 2007－292964 A에 개시된 것과 같은 수계의 현상액도 바람직하게 사용될 수 있다. 현상 방법으로는 현상액을 분사하거나 초음파 세정을 이용할 수 있다

마지막으로, 도 1f에 나타내는 것같이, 코어(5)가 상부 클래드층(6)에 매설된다.

코어-형성층(3)의 감광성 폴리머가, 노광된 부분에서 굴절률이 변화하는 재료인 경우에 상부 클래드층(6)의 형성이 생략된다. 코어-형성층(3)의 비노광된 부분이 상부 클래드층으로 기능한다.

상부 클래드층(6)의 형성 방법으로는, 코어(5)를 매설하도록 상부 클래드층을 형성하기 위해 액상의 경화성 수지 재료를 코팅한 후, 광, 열 등으로 경화시키는 방법이 있다. 또 다른 방법으로는, 상부 클래드층을 형성하기 위해 경화성 수지의 바니시를 코팅한 후, 광, 열등으로 경화시키는 방법이 있다. 또 다른 방법은 상부 클래드층을 형성하기 위해 수지 필름을 붙이고, 광, 열등으로 경화시키는 방법이 있다.

상부 클래드층(6)을 형성하기 위한 경화성 수지는, 코어(5)의 재료보다 도파된 광의 전송 파장에서, 굴절률이 더 낮은 재료이면, 특별히 한정되지 않는다. 사용된 경화성 수지의 유형은 하부 클래드층(12)를 형성한 재료와 동일한 것이 바람직하다.

상부 클래드층(6)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 코어(5)의 표면으로부터 하부 클래드층(2)의 두께와 동등의 높이를 유지하는 것을 허용하는 두께인 것이 바람직하다. 또한, 굴절률이 변화하는 코어 재료를 사용하여, 현상이 불필요한 경우, 하부 클래드층과 동등의 두께로 상부 클래드층(6)이 코어-형성층(3) 위에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공정의 결과로서 도 11f에 도시된 것같이 광도파로(10)가 얻어진다.

광도파로(10)는 폴리머를 포함하는 코어(5)와, 코어(5)를 피복하는 클래드층(하부 클래드층(2) 및 상부 클래드층(6))으로 형성된다. 코어(5)의 굴절률은 클래드층보다 높고, 코어(5)를 통해 전파하는 광이 전반사에 의해 코어(5)내에 모여진다. 이러한 광도파로(10)는 주로 멀티 도파로로서 사용된다. 코어(5)의 단면 형상은, 예를 들면, 20 ~ 10O㎛의 직사각형 형상이다. 하부 클래드층 및 상부 클래드층의 두께는 대략 5~15㎛이며, 이것은 코어(5)를 포함하는 층의 두께를 뺀 것이다.

코어(5)와 클래드층(하부 클래드층(2) 및 상부 클래드층(6)) 사이의 굴절률 차이는 특별히 한정되지 않지만, 0.5 ~ 3% 범위가 바람직히다.

[실시예]

본 발명을 실시예에 기초해 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

우선, 코어의 클래드층을 형성하기 위해 사용되는 에폭시 필름의 제조 방법에 대해 설명한다.

［제조 예 1：에폭시 필름 A의 제조］

폴리프로필렌 글리콜 글리시딜 에테르(토토 카세이 제조 "PG207") 7 질량부, 액상의 수소 첨가 비스페놀-A 에폭시 수지(일본 에폭시 수지 제조 "YX8000") 25 질량부, 고형의 수소 첨가 비스페놀-A 에폭시 수지(일본 에폭시 수지 제조 "YL7170") 20 질량부, 2, 2-비스(하이드록시메틸)-1-부탄올과 1-2-에폭시-4(2-옥시라닐)-시클로 헥산(다이셀 화학공업 제조 "EHPE-3150") 8 질량부, 고형 비스페놀-A 에폭시 수지(일본 에폭시 수지 제조 "에피코트 1006FS") 2질량부, 페녹시 수지(토토 카세이 제조 "YP50") 20 질량부, 광양이온 경화개시제(아데카 제조 "SP170") 0.5 질량부, 및 열양이온 경화 개시제(산신화학공업 제조 "SI－150L") 0.5 질량부, 또한 표면 조정제(DIC (주) 제조 "F470") 0.1 질량부의 각 배합 성분을, 톨루엔 30 질량부, MEK 70 질량부의 혼합 용제에 용해했다. 그리고, 얻어진 용액이, 구멍 지름 1㎛의 멤브레인 필터로 여과되고, 진공 변형되어 에폭시 수지 바니시를 제조했다.

얻어진 에폭시 수지 바니시가 두께 50㎛의 PET 필름 위에 바 코터로 도포되고, 80℃로 10분간 일차 건조되고, 또한, 120℃로 10분간 2차 건조되어, 두께 15㎛의 에폭시 필름 A를 생산한다. 579 nm의 광에서 에폭시 필름 A의 굴절률은 1. 54였다. 에폭시 필름 A의 표면은, 35㎛의 2축 배향 폴리프로필렌(OPP) 필름(보호 필름)으로 피복되었다.

［제조예 2：에폭시 필름 B의 제조］

액상 비스페놀-A 에폭시 수지(DIC(주) 제조 "에피클론 850 S") 42 질량부, 고형 비스페놀-A 에폭시 수지(일본 에폭시 수지 제조 "에피코트 1006FS") 55 질량부, 페녹시 수지(토토 카세이 제조 "YP50") 3 질량부, 광양이온 경화 개시제(아데카 제조 "SP170") 1질량부, 표면 조정제(DIC(주) 제조 "F470") 0.1 질량부의 각 배합 성분이, 톨루엔 24 질량부와 MEK 56질량부의 혼합 용제에 용해되었다. 얻어진 용액이, 구멍 지름 1㎛의 멤브레인 필터로 여과되고, 진공 변형되어 에폭시 수지 바니시를 제조했다.

얻어진 에폭시 수지 바니시가 제조예 1과 동일한 방식으로 필름으로 만들어져, 막두께 40㎛의 에폭시 필름 B를 산출한다. 579 nm의 광에서 에폭시 필름 B의 굴절률은 1. 59였다. 그리고, 에폭시 필름 B의 표면은, 35㎛의 OPP 필름으로 피복되었다.

［제조예 3：에폭시 필름 C의 제조］

15㎛ 대신에, 55㎛의 두께로, 제조예 1과 동일한 방식으로 에폭시 필름 C가 제작된다. 579 nm의 광에서 에폭시 필름 C의 굴절률은 1.54였다. 그리고, 에폭시 필름 C의 표면은, 35㎛의 OPP 필름으로 피복되었다.

［실시예 1］

폴리카보네이트 기판의 표면에, OPP 필름이 박리된 에폭시 필름 A가 중첩된다. 얻어진 적층체가 60℃, O.2 MPa에서 120초 동안 열프레스에 의해 적층된다. 초고압 수은 램프를 이용해 365 nm의 파장의 UV광을 2000 mJ 조사함로써 에폭시 필름 A가 경화된다. 그리고, 에폭시 필름 A표면으로부터 PET 필름을 박리함으로써, 폴리카보네이트 기판표면에 하부 클래드층이 형성된다.

다음에, OPP 필름이 박리된 에폭시 필름 B가, 형성된 하부 클래드층의 표면에 중첩되고, 결과의 적층체가 60℃, 0.2 MPa, 120초 동안의 조건으로 열프레스됨으로써 적층된다. 적층된 에폭시 필름 B의 표면을 피복하는 PET 필름이 박리되고, 100℃로 설정된 오븐에서, 20분 동안 열처리되어, 에폭시 필름 B의 표면을 용해시켰다. 그리고, 오븐으로부터 꺼내 냉각했다.

다음에, 열처리된 에폭시 필름 B의 표면에, 250㎛간격으로 폭 40㎛, 길이 110 mm의 슬릿 20개를 갖는 포토마스크가 접촉되어 마스킹된다. 슬릿에 대응하는 에폭시 필름 B의 부분이, 포토마스크를 통해, 초고압 수은 램프에 의해 방사되고, 평행 빔으로 조정된 파장 365 nm의 자외선의 2000 mJ 조사를 통해 경화되었다. 그리고, 현상액으로서 카오 제조 "클린쓰루(Cleanthrough)"(프레온 대체의 수계 세제)를 이용해 현상함으로써 코어가 형성된다.

형성된 코어의 측면을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용해 관찰했다. SEM 사진이 도 3 a에 도시된다.

형성된 코어의 표면에 OPP 필름이 박리된 에폭시 필름 C가 적층되고, 결과의 적층체가 80℃, 0.2 MPa, 120초 동안 열프레스에 의해 적층된다. 초고압 수은 램프를 이용해, 파장 365 nm의 자외선을 2000 mJ조사하여 에폭시 필름 C가 경화된다. 에폭시 필름 C의 표면을 PET 필름 박리함으로써 상부 클래드층이 형성되어 광도파로를 산출한다. 얻어진 광도파로는 이하의 방법에 의해 평가되었다.

［평가 방법］

(도파로를 통한 광 손실)

도 4에 나타낸 장치 구성을 사용하여 광 손실이 평가되었다. 도 4에서, 도면 부호 40은 850 nm의 광을 방사하는 LED광원, 41은 LED 광원(40)에 결합된 싱글 모드 파이버, 42는 광도파로, 43은 플라스틱 클래드 파이버(PCF), 44는 파워 미터, 45는 굴절률 정합제를 나타낸다.

얻어진 광 도파로 샘플의 양단면이 연마되어, 100 mm 길이의 광 도파로(42)를 만든다. 다음에, 도 4에 나타내는 것같이 구성된 유니트의 LED 광원(40)으로부터의 850nm의 광이 싱글 모드 파이버(41)를 통해 광 도파로(42)에 부딪친다. 광 도파로(42)로부터 출사된 광이 PCF(43)를 통해 파워 미터(44)에 입사되어, 광량을 측정했다. 20개 코어에 대해 평균된 광 손실은 0.15dB/cm이었다.

(점도 측정)

열처리 온도에 있어서의 에폭시 필름 B의 점도가 콘 플레이트 레오미터(HAKKE 제조, RheoStress RS75, 콘 직경Φ20 mm, 각도 2°)를 이용하여 1 Hz에서 온도상승하면서 측정되었다.

(평활)

형성된 코어의 면이 SEM에 의해 1000배 확대로 관찰되었다. 긴 방향으로 10개의 균등점으로 촬영했을 때 코어의 상태를 도 3a에 도시된 SEM 사진에서의 표면 상태를 기준 샘플로 고려하여 아래의 기준에 따라서 판정했다.

A : 기준 샘플 이상의 평활한 외관을 갖는 8 점 이상의 예.

B ：기준 샘플 이상의 평활한 외관을 갖는 3점 이상 8점 미만의 예.

C ：기준 샘플 이상의 평활한 외관을 갖는 3점 미만의 예.

평가의 결과는 표 1에 정리되어 있다.

［비교예 1］

실시예 1과 동일한 방식으로 광 도파로가 형성되었지만, 적층된 에폭시 필름 B는 열처리 되지 않았다. 광 도파로는 실시예 1과 동일한 방식으로 평가되었다. 평가의 결과는 표 1에 정리되어 있다. 형성된 코어의 측면이 주사형 전자현미경(SEM)을 이용해 관찰되었다. SEM 사진을 도 3b에 나타낸다. 얻어진 광 도파로의 광 손실은 0.30 dB/cm이었다.

코어-형성층을 열처리함으로써 얻어진 실시예 1의 광 도파로의 광 손실은 0.15 dB/cm이며, 코어-형성층이 열처리되지 않았던 비교예 1의 광 도파로의 손실 0.3O dB/cm의 절반 정도인 0.15 dB/cm이었다. 도 3b에 나타낸 비교예 1의 광 도파로의 코어의 SEM 사진에는 기포, 보이드, 두께 방향의 다수의 스트라이프형 볼록부가 관찰된다. 대조적으로, 도 3a에 나타낸 실시예 1의 광 도파로의 코어의 SEM 사진에는 기포 또는 볼록부가 없이 평활한 표면을 나타낸다.

［실시예 2 ~ 17］

광 도파로는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조 및 평가되었지만, 표 1 및 표 2에 나타낸 열처리 조건을 변경하였다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

처리 시간을 20분 간으로 고정하고, 열처리 온도를 50~150℃의 범위에서 편향한 실시예

실시예 번호	1	2	3	4	5	6	7	8	9	비교예1
열처리 온도(℃)	100	50	60	70	90	110	120	140	150	-
열처리 시간(분)	20	20	20	20	20	20	20	20	20	-
점도(Pa·sec)	32	50000	10000	1800	120	13	5	1	0.5	-
평활성	A	A	A	A	A	A	A	A	A	C
도파 손실［dB/cm］	0.15	0.19	0.16	0.14	0.15	0.15	0.16	0.19	0.18	0.3

실시예 번호	10	11	12	13	14	15	16	17
열처리 온도(℃)	100	100	100	100	100	100	100	100
열처리 시간(분)	5	10	15	20	25	30	35	40
점도(Pa·sec)	32	32	32	32	32	32	32	32
평활성	B	A	A	A	A	A	A	A
도파 손실［dB/cm］	0.28	0.18	0.15	0.14	0.15	0.15	0.15	0.14

비교의 결과, 열처리하지 않았던 비교예 1과 비교해, 처리 시간이 20분으로 고정되고, 열처리 온도가 50에서 150℃로 변화하는 실시예 1 ~ 9에서 평활성이 향상하고, 광 손실이 저하하는 것으로 나타났다. 상기 열 처리 조건에서, 에폭시 수지 B의 점도가 1~50000 Pa·sec이었다. 특히, 즉, 에폭시 수지 B의 점도가 5~10000 Pa·sec 일 때, 60~120℃로 열처리가 행해졌을 때, 광 손실이 낮았다.

［실시예 18］

광 도파로는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조 및 평가되었지만, 적층된 에폭시 필름 B의 표면을 피복하는 PET 필름을 벗긴 후 열처리를 행하는 대신에, 에폭시 필름 B의 표면이 PET 필름으로 피복한 채, 100℃, 20분 동안 열처리를 행하였으며, 온도가 실온으로 되돌아간 후 재료 표면에서 PET 필름이 박리되었다. 얻어진 광 도파로의 광 손실은 0.23 dB/cm였다. 평활성은 "B"이었다.

［실시예 19］

폴리카보네이트 기판의 표면으로, 액상의 자외선 경화형 에폭시 수지(미국 EMI 제조 "OC3515", 579 nm의 광에서 굴절률 1. 50을 가짐)가 드립되고, 300 rpm으로 10초 동안, 700 rpm으로 60초 동안 스핀 코팅되었다. 초고압 수은 램프로부터, 파장 365 nm의 자외선을 2500 mJ 조사하여 에폭시 수지가 경화되어, 두께 10㎛의 하부 클래드층을 형성했다.

다음에, 형성된 하부 클래드층의 표면에, 액상의 자외선 경화형 에폭시 수지(미국EMI 제조 "OC3553", 579 nm의 광에서 굴절률 1. 52를 가짐)가 드립되고, 1400 rpm으로 30초간 스핀 코팅되어, 두께 40㎛의 코어-형성층을 형성하였다. 오븐에서, 60℃, 20분 동안 열처리한 결과, 코어-형성층의 점도가 저하되었다. 자외선 경화형 에폭시 수지 "OC3553"의 60℃에서 측정된 점도는 약 1 Pa·sec이었다.

다음에, 열처리된 코어-형성층의 표면에, 250㎛ 간격으로 폭 40㎛, 길이 110mm의 슬릿을 20개 갖는 포토마스크가 접촉되어, 마스킹되었다. 그리고, 포토마스크를 통해, 초고압 수은 램프에 의해 방사되고, 평행 빔으로 조정된 파장 365 nm의 자외선을 2000 mJ조사함으로써, 슬릿에 대응하는 코어-형성층의 부분이 경화되었다. 그리고, 카오 제조 "클린쓰루"를 현상액으로 이용해 현상함으로써 코어가 형성되었다.

마지막으로, 코어-형성층 전체를 피복하도록 자외선경화 에폭시 수지 "OC3515"가 700 rpm으로 30초 동안 스핀 코팅된다. 에폭시 수지가 초고압 수은 램프로부터의 파장 365 nm의 자외선을 2500 mJ조사함으로써 경화되어 두께 10㎛의 상부 클래드층을 형성해 광 도파로를 만든다. 얻어진 광 도파로가 실시예 1과 동일한 방식으로 평가되었다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

［비교예 2］

열처리가 행해지지 않은 것을 제외하고, 실시예 19와 동일한 방식으로 얻어지고, 평가되었다. 결과를 표 3에 나타낸다.

실시예 번호	19	비교예 2
열처리 온도(℃)	60	-
열처리 시간(분)	20	-
점도(Pa·sec)	1	-
평활성	A	C
도파 손실［dB/cm］	0.2	0.35

실시예 19에서, 코어-형성층의 점도가 1 Pa·sec가 되는 온도 조건하에서 열처리가 행해짐으로써, 표면의 기포와 보이드가 소실되어 평활한 표면이 된다. 그 결과, 열처리하지 않았던 비교예 2의 경우에 비해, 도파 손실이 큰폭으로 저감되었다.

상기 구체적으로 설명한 본 발명의 구성은 광 도파로의 제조 방법으로서, 이 방법은, 기판에 형성된 하부 클래드층에 감광성 폴리머를 포함하는 코어-형성층을 형성하는 코어-형성층 형성 단계; 코어-형성층의 열처리를 통해 표면 점도를 저하시킴으로써 코어-형성층의 표면을 평활하게 하는 평활화 단계; 및 평활화된 코어-형성층의 표면으로부터 코어-형성층에 대해 선택적인 노광을 통해 코어를 형성하는 노광 단계를 포함한다. 이러한 제조 방법에서, 포토마스크를 통해, 하부 클래드층의 표면에 형성된 코어-형성층의 소정 부분의 노광 전에, 표면층을 열처리함으로써, 표면을 평활화하는 방식으로 코어-형성층의 표면의 점도가 저하된다. 이러한 열처리에서, 열에 의해 표면의 용융 또는 유연화에 의해 생긴 표면 장력은 표면으로부터 기포, 보이드 등을 제거하는 효과를 가짐으로써, 표면을 평활화한다. 우수한 형상 안정성을 나타내며, 포토마스크에 의해 피복된 영역에 불필요한 감광성 부분이 형성되지 않은 평활한 표면층을 갖는 코어가, 상기 서술된 것같이 평활화된 표면층 부분을 갖는 코어-형성층의, 포토마스크를 통한, 노광에 의해, 형성된다. 이러한 코어를 갖는 광 도파로의 결과 도파된 광 손실이 억제된다.

바람직하게, 코어-형성층의 표면층을 평활화하고, 코어-형성층의 표면의 점도를 충분히 저하시킴으로써 기포 및 보이드를 제거하는 것을 고려할 때, 평활화 단계에서 열처리 조건은, 감광성 폴리머의 점도가 1 ~ 50000 Pa·sec가 되는 온도를 포함한다.

바람직하게, 광경화성 폴리머는 비스페놀형 에폭시 수지와 광양이온 경화제를 함유하는 수지 조성물로서, 이 경우 높은 내열성을 갖는 도파로가 얻어질 수 있고, 인쇄 기판 등과 결합될 수 있다.

바람직하게, 코어-형성층 형성 단계는, 미리 형성된 강광성 폴리머의 필름을 하부 클래드층 표면에 접합하는 단계이다. 이러한 단계는 코어-형성층이 쉽게 형성될 수 있는 간단한 동작을 제공하여 바람직하다. 이러한 필름의 접합 동안에, 접합되지 않는 면은 통상적으로 보호 필름에 의해 보호된다. 이 경우, 보호막이 박리된 채 열처리가 바람직하게 행해진다.

Claims (9)

1. 기판에 형성된 하부 클래드층에 감광성 폴리머의 코어-형성층을 형성하는 코어-형성층 형성 단계;
   상기 코어-형성층의 열처리를 통해 그 표면 점도를 저하시킴으로써 상기 코어-형성층의 표면을 평활하게 하는 평활화 단계; 및
   상기 평활화된 코어-형성층의 표면으로부터 상기 코어-형성층에 대한 선택적인 노광을 통해 코어를 형성하는 노광 단계를 포함하는, 광 도파로 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열처리는 열에 의해 상기 표면을 부드럽게 하여 상기 코어-형성층의 표면을 평활화하는 처리인, 광 도파로 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 열처리는 열에 의해 상기 표면을 녹여서 상기 코어-형성층의 표면을 평활화하는 처리인, 광 도파로 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 평활화 단계에서 열처리 조건은, 상기 감광성 폴리머의 점도가 1 ~ 50000 Pa·sec가 되는 온도를 포함하는, 광 도파로 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감광성 폴리머는 광경화성 폴리머인, 광 도파로 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 광경화성 폴리머는 비스페놀형 에폭시 수지와 광양이온 경화제를 함유하는, 광 도파로 제조 방법.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코어-형성층 형성 단계는, 미리 형성된 감광성 폴리머의 필름을 상기 하부 클래드층 표면에 접합하는 단계인, 광 도파로 제조 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 필름은 반-경화된 광경화성 폴리머로 형성된 필름인, 광 도파로 제조 방법.
9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
   상기 필름은 미리 보호 필름으로 보호되고, 상기 보호 필름의 박리 후에 열처리되는, 광 도파로 제조 방법.

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