TW201837078A - 聚合物光波導 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種聚合物光波導，其特徵在於：其係具有芯材及折射率低於上述芯材之被覆層者，且上述聚合物光波導形成為片形狀，於與上述芯材之光傳播方向垂直之方向之芯材剖面形狀中，將上述片形狀之厚度方向設為芯材高度，將與上述厚度方向垂直之方向設為芯材寬度時，上述芯材高度為0.5～10 μm，上述芯材寬度為0.5～15 μm，上述芯材剖面形狀中之芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下。

Description

聚合物光波導

本發明係關於一種聚合物光波導。

於通信設備之領域等中，隨著設備之小型化及通信之高速化，於信號之傳輸時使用聚合物製之光波導受到關注(專利文獻1)。 聚合物光波導可通過大容量之信號，可實現無雜訊、省空間化、組合容易性。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本專利特開2002-2298號公報

[發明所欲解決之問題] 本發明之目的在於提供一種可降低傳播損失之聚合物光波導。 [解決問題之技術手段] 為了達成上述目的，本案發明提供一種聚合物光波導，其特徵在於：其係具有芯材及折射率低於上述芯材之被覆層者，且 上述聚合物光波導形成為片形狀，於與芯材之光傳播方向垂直之方向之芯材剖面形狀中，將片形狀之厚度方向設為芯材高度，將與厚度方向垂直之方向設為芯材寬度時，芯材高度為1.0～10 μm，芯材寬度為1.0～15 μm， 上述芯材剖面形狀中之芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下。 本發明之聚合物光波導較佳為將波長1550 nm之傳播損失值X[dB/cm]除以波長1310 nm之傳播損失值Y[dB/cm]所得之傳播損失比X/Y為0.2～2。 本發明之聚合物光波導中，較佳為上述芯材係使包含具有交聯性官能基之含氟聚伸芳基預聚物(A)之組合物硬化而成者，上述被覆層係使包含折射率低於上述含氟聚伸芳基預聚物(A)之具有交聯性官能基之化合物之組合物(B)硬化而成者。 本發明之聚合物光波導中，較佳為上述組合物(B)包含上述含氟聚伸芳基預聚物(A)、及具有交聯性官能基之分子量為140～5000之不具有氟原子之化合物(C)。 本發明之聚合物光波導中，較佳為上述含氟聚伸芳基預聚物(A)在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長365 nm下之吸光度為7.5以下。 本發明之聚合物光波導較佳為單模用之聚合物光波導。 本發明之聚合物光波導較佳為於一端側具有上述芯材之至少一部分露出之接合部。 又，本發明提供一種複合光波導，其具有本發明之聚合物光波導、及收容上述聚合物光波導之光波導部之連接器。 [發明之效果] 本發明之聚合物光波導可降低單模之傳播損失。

以下，參照圖式說明本發明。 圖1係表示本發明之聚合物光波導之一構成例的立體圖。 圖1所示之聚合物光波導10具有芯材20、及折射率低於該芯材20之被覆層30。被覆層30包含配置於芯材20之下方之底部被覆層31、及配置於芯材20之上方之頂部被覆層32。 於聚合物光波導10之一端側設置有不存在頂部被覆層32而芯材20露出之芯材露出部40。 聚合物光波導10形成為平坦之片形狀，用作光互連或光波導裝置。作為光互連，例如有晶片內光互連、晶片間光互連、板內光互連(內置有光電路之基板)、殼體內光互連(光底板)。 圖2係表示圖1之聚合物光波導10之使用形態之一例的立體圖，圖3係圖2之側面圖。其中，聚合物光波導10上下反轉，芯材露出部40位於下方。 於圖2、3中，聚合物光波導10係藉由設置於一端側之芯材露出部而與矽光波導100絕熱接合。聚合物光波導10之另一端側係與單模光纖200對接(正對接合)。 圖4係表示本發明之聚合物光波導之另一使用形態之例的立體圖，圖5係圖4之側面圖。於圖4、5中，於聚合物光波導12之一端側設置有芯材露出部42，藉由該芯材露出部42而使聚合物光波導12與矽光波導100絕熱接合之方面與圖2、3相同。 圖1所示之聚合物光波導10中，相對於被覆層30，芯材20之數量為一個，相對於此，圖4所示之聚合物光波導12中，沿著一方向複數個芯材22設置成陣列狀，由於擴大芯材22彼此之間隔，故而具有彎曲區域。 於圖4、5中，聚合物光波導12之另一端側收容於與單模光纖等之對接(正對接合)用之連接器300。 於本說明書中，將如圖4、5所示之形態般，具有聚合物光波導12、及收容聚合物光波導12之光波導部之連接器300的構造設為複合光波導。 聚合物光波導之兩端之構造可根據聚合物光波導之使用時之接合方式而適當選擇。如圖2～5所示之形態般，於將一端側之接合方式設為絕熱接合，將另一端側之接合方式設為對接(正對接合)之情形時，於聚合物光波導之一端側設置芯材露出部。於將兩端之接合方式設為絕熱接合之情形時，於聚合物光波導之兩端設置芯材露出部。於將兩端之接合方式設為對接(正對接合)之情形時，於聚合物光波導中不設置芯材露出部。 聚合物光波導中之芯材可具有依據配線圖案之各種構造(耦合器、定向耦合器(directional coupler)、間距轉換器(pitch changer)、T-O開關等)。 圖6係以圖1之A-A線切斷之聚合物光波導之剖面圖，係與芯材20之光傳播方向垂直之方向之剖面圖。以下，於本說明書中，於提到聚合物光波導之剖面形狀或構成聚合物光波導之芯材或被覆層之剖面形狀之情形時，意指與芯材之光傳播方向垂直之方向之剖面形狀。 於圖6中，芯材20之剖面形狀形成為於矩形之上面具有凹陷之形狀。但是，本發明之聚合物光波導中，芯材之剖面形狀並不限定於此。例如，可為於梯形、圓形、橢圓形、五邊形以上之多邊形之一部分具有凹陷之形狀。於芯材之剖面形狀為多邊形之情形時，其邊可帶弧度。 圖6所示之芯材20之剖面形狀中，將聚合物光波導10所形成之片形狀之厚度t方向設為芯材高度，將與厚度方向垂直之方向(即，聚合物光波導10所形成之片形狀之寬度w方向)設為芯材寬度時，芯材高度為1.0～10 μm，芯材寬度為1.0～15 μm。藉由芯材高度及芯材寬度為上述範圍，可抑制作為單模下之頻帶代表性之波長1310 nm及波長1550 nm下之傳播損失。上述芯材高度較佳為1～9 μm，更佳為1～7 μm，進而較佳為1～5 μm，尤佳為1～3 μm。上述芯材寬度較佳為1～10 μm，更佳為1～9.5 μm。 上述芯材寬度、芯材高度可使用白色光干涉儀、光學顯微鏡、雷射顯微鏡、掃描型電子顯微鏡(SEM)而特定。於芯材露出部之情形時，可藉由直接觀察芯材之剖面形狀而特定，於未設置芯材露出部之聚合物光波導之情形時，可藉由切斷聚合物光波導觀察芯材之剖面形狀而特定。 本發明之聚合物光波導只要滿足上述範圍，則亦可具有芯材高度不同之部位。例如，於聚合物光波導之一端與另一端，芯材高度可不同。又，於聚合物光波導之兩端與芯材之光傳播方向之中間部位，芯材高度可不同。又，於聚合物光波導之芯材露出部與其以外之部位，芯材高度可不同。 又，本發明之聚合物光波導只要滿足上述範圍，則亦可具有芯材寬度不同之部位。例如，於聚合物光波導之一端與另一端，芯材寬度可不同。又，於聚合物光波導之兩端與芯材之光傳播方向之中間部位，芯材寬度可不同。又，於聚合物光波導之芯材露出部與其以外之部位，芯材寬度可不同。 又，於對被覆層並列配置有複數個芯材之聚合物光波導之情形時，關於複數個芯材之全部，芯材高度及芯材寬度必須滿足上述範圍。但是，全部芯材並不限於用以傳播信號，有時亦存在用於聚合物光波導連接時之定位用之芯材。關於以此種目的而設置之芯材，芯材高度及芯材寬度可不滿足上述範圍。 圖6所示之芯材20剖面形狀於其上面存在凹陷60。如後所述，聚合物光波導之製造方法中存在各種方法，於採用任一方法之情形時，均於芯材剖面形狀中之上面及/或側面產生凹陷。 先前認為芯材剖面形狀中之上面及/或側面所存在之1 μm左右之凹陷於聚合物光波導中不會產生傳播損失。 然而，本案發明者等人進行努力研究，結果發現，芯材剖面形狀中之上面及/或側面所存在之凹陷於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下可能產生傳播損失，及若存在特定深度以上之凹陷，則於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下會產生顯著之傳播損失。 本發明之聚合物光波導之芯材剖面形狀中之芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下。即，於芯材上面存在凹陷之情形時，該凹陷之深度為0.33 μm以下。於芯材側面存在凹陷之情形時，該凹陷之深度為0.33 μm以下。於芯材上面與芯材側面分別存在凹陷之情形時，該等凹陷之深度分別為0.33 μm以下。 若芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下，則於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下傳播損失減少。 再者，於本說明書中，於芯材上面存在凹陷之情形係指於芯材上面存在至少兩個凸部，於該凸部間存在凹部之情形。 圖7表示於芯材上面存在凹陷60之另一構成例。 芯材上面所存在之凹陷之深度可按照以下之順序而求出。 於芯材上面所存在之兩個相鄰之凸部間畫出切線時，將該切線與位於兩個凸部間之凹部於芯材厚度方向上之高低差之最大值設為芯材上面所存在之凹陷之深度。 於本說明書中，於芯材側面存在凹陷之情形係指於以將側面伸出之2點連接之方式畫出切線時，芯材側面之一部分位於較切線輪廓更內側之情形。 圖8表示於芯材側面存在凹陷之一構成例。 芯材側面所存在之凹陷之深度可按照以下之順序而求出。 將上述定義之切線輪廓與芯材側面之距離之最大值設為芯材側面所存在之凹陷之深度。 芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度可藉由按照上述之順序觀察芯材之剖面形狀而特定。 再者，於下述實施例中，僅於聚合物光波導之光傳播方向上之一部位觀察芯材之剖面形狀，但於芯材上面及/或芯材側面產生凹陷係起因於聚合物光波導製造時之條件，故而於聚合物光波導之光傳播方向上之一部位，於芯材上面及/或芯材側面存在凹陷之情形時，於聚合物光波導之其他部位，亦於芯材上面及/或芯材側面存在實質上相同程度之深度之凹陷之可能性較高。 本發明之聚合物光波導之芯材剖面形狀中之芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度較佳為0.30 μm以下，更佳為0.25 μm以下，尤佳為0.15 μm以下。 於對被覆層並列配置有複數個芯材之聚合物光波導之情形時，對於複數個芯材之全部，要求芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下。但是，全部芯材並不限於用以傳播信號，有時亦存在聚合物光波導連接時之定位用之芯材。關於以此種目的設置之芯材，芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度亦可不為0.33 μm以下。 如上所述，根據本發明之聚合物光波導，於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下傳播損失降低。 本發明之聚合物光波導較佳為將波長1550 nm之傳播損失值X[dB/cm]除以波長1310 nm之傳播損失值Y[dB/cm]所得之傳播損失比X/Y為0.2～2。只要傳播損失值X/Y滿足上述範圍，則聚合物光波導之設計自由度變高。又，聚合物光波導之生產性變高。即，可將相同設計之聚合物光波導用於1310 nm、及1550 nm兩者之波長頻帶的信號傳播。又，於一個聚合物光波導中，可傳播1310 nm、及1550 nm波段之信號。 於本發明之聚合物光波導中，芯材及被覆層之構成材料只要為產生被覆層之折射率低於芯材之折射率的折射率差之材料，則無特別限定。例如可使用丙烯酸系樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之類的甲基丙烯酸系樹脂、環氧系樹脂、氧雜環丁烷系樹脂、苯氧基樹脂、苯并環丁烯系樹脂、降烯系樹脂、氟系樹脂、矽酮系樹脂、酚系樹脂、聚酯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚(醯亞胺-異吲哚并喹唑啉二酮醯亞胺)樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚酮樹脂、聚酯醯亞胺樹脂等之類的聚醯亞胺系樹脂、聚苯并㗁唑系樹脂、聚矽烷、聚矽氮烷咪唑系樹脂等各種樹脂材料或有機無機混合材料。 該等材料之中，氟系樹脂由於吸水率或吸濕率較低，對高溫高濕之耐性優異，化學穩定性較高，故而作為芯材或被覆層之材料較佳。使用氟系樹脂之聚合物光波導因外界環境之變化、尤其濕度之變化引起之折射率之變動較小，特性穩定，又，光通信波長頻帶下之透明性較高。 另一方面，聚合物光波導較佳為耐熱性良好。又，較佳為芯材與被覆層之密接性良好，以不會因加熱、彎曲、溫度變化等而於芯材與被覆層之界面產生剝離或龜裂等。 就耐熱性及芯材與被覆層之密接性之觀點而言，本發明之聚合物光波導中之芯材較佳為使含氟聚伸芳基預聚物(A)(以下，有時亦簡稱為預聚物(A))硬化而形成。 另一方面，本發明之聚合物光波導中之被覆層較佳為使包含折射率低於預聚物(A)之具有交聯性官能基之化合物之組合物(B)硬化而形成。 (預聚物(A)) 預聚物(A)具有複數個芳香族環經由單鍵或連結基鍵結之聚伸芳基結構，並且具有氟原子，且具有交聯性官能基。 聚伸芳基結構中之連結基例如可列舉：醚鍵(-O-)、硫醚鍵(-S-)、羰基(-CO-)、自磺酸基中去除羥基所得之二價基(-SO₂ -)等。預聚物(A)中，尤其將具有芳香族環彼此以包含醚鍵(-O-)之連結基鍵結之結構者稱為含氟聚伸芳基醚預聚物(A1)。本發明中之預聚物(A)係包含含氟聚伸芳基醚預聚物(A1)之概念。 作為該包含醚鍵之連結基之具體例，可例示僅包含醚性氧原子之醚鍵(-O-)、碳鏈中包含醚性氧原子之伸烷基等。 預聚物(A)之交聯性官能基係於預聚物製造時實質上不發生反應，藉由施加外部能量而進行反應，藉由預聚物分子間之交聯或鏈延長而引起高分子量化之反應性官能基。 作為外部能量，可列舉熱、光、電子束等。亦可將該等併用。於使用熱作為外部能量之情形時，較佳為於40℃～500℃之反應溫度下進行反應之反應性官能基。若反應溫度過低，則無法確保預聚物或包含該預聚物之組合物保存時之穩定性，若過高，則於反應時預聚物自身產生熱分解，因此較佳為上述範圍。該反應溫度更佳為60℃～300℃，進而較佳為70℃～200℃，尤佳為120℃～250℃。 又，於使用光(化學線)作為外部能量之情形時，較佳為於使預聚物(A)與感光劑共存之狀態下進行曝光。具體而言，製備包含預聚物(A)之塗佈液(硬化性組合物)，使其中含有感光劑。若於曝光步驟中僅對所期望之部分選擇性地照射化學線，則可僅使曝光部高分子量化，使未曝光部分溶解於顯影液而去除。又，可根據需要，於曝光、顯影後，亦施加化學線或熱等外部能量而進而使其高分子量化。 作為交聯性官能基之具體例，可列舉：乙烯基、烯丙基、烯丙氧基、甲基丙烯醯(氧)基、丙烯醯(氧)基、乙烯氧基、三氟乙烯基、三氟乙烯氧基、乙炔基、1-側氧基環五-2,5-二烯-3-基、氰基、烷氧基矽烷基、二芳基羥基甲基、羥基茀基、環丁烯環、環氧乙烷環等。就反應性較高，獲得較高之交聯密度之方面而言，較佳為乙烯基、甲基丙烯醯(氧)基、丙烯醯(氧)基、三氟乙烯氧基、乙炔基、環丁烯環、及環氧乙烷環，就高分子量化後之耐熱性良好之方面而言，最佳為乙烯基、及乙炔基。 再者，所謂甲基丙烯醯(氧)基，意指甲基丙烯醯基或甲基丙烯醯氧基。丙烯醯(氧)基亦相同。 預聚物(A)具有芳香族環，因此耐熱性良好。 預聚物(A)中，尤其含氟聚伸芳基醚預聚物(A1)由於具有醚性氧原子，故而分子結構具有柔軟性，硬化物之可撓性良好，就此方面而言較佳。 預聚物(A)具有氟原子。即，預聚物(A)由於具有C-H鍵之氫原子被取代為氟原子之C-F鍵，故而C-H鍵之存在比率減少。由於C-H鍵於光通信波長頻帶(1250～1650 nm)下具有吸收，故而C-H鍵較少之預聚物(A)可抑制光通信波長頻帶下之光之吸收。又，預聚物(A)由於具有氟原子，故而吸水性或吸濕性較低，對高溫高濕之耐性優異，並且化學性穩定性亦較高。因此，使用預聚物(A)之光波導因外部環境之變化、尤其濕度變化引起之折射率變動較小，特性穩定，又，光通信波長頻帶之透明性較高。 又，預聚物(A)之硬化物由於波長1310 nm附近之透明性較高，故而可獲得與現存之光學元件之適合性良好之光波導。即，一般而言，於使用石英系光纖之光傳輸裝置中，多數情況下以1310 nm作為使用波長，因此製造較多適合於該使用波長之受光元件等光學元件，可靠性亦較高。 作為較佳之預聚物(A)之例，可列舉：使全氟(1,3,5-三苯基苯)、全氟聯苯等含氟芳香族化合物，1,3,5-三羥基苯、1,1,1-三(4-羥基苯基)乙烷等酚系化合物，五氟苯乙烯、乙醯氧基苯乙烯、氯甲基苯乙烯等交聯性化合物，於碳酸鉀等脫鹵化氫劑之存在下反應而獲得之聚合物。 關於預聚物(A)中之交聯性官能基之含量，相對於預聚物1 g，交聯性官能基較佳為0.1～4毫莫耳，更佳為0.2～3毫莫耳。藉由將該範圍設為0.1毫莫耳以上，可提高硬化物之耐熱性及耐溶劑性，又，藉由設為4毫莫耳以下，可將脆性抑製得較小，且抑制相對介電常數之上升。 預聚物(A)較佳為在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長365 nm下之吸光度為7.5以下。於本說明書中，所謂聚合物濃度100 wt%時之吸光度，意指聚合物100 wt%時之吸光度之實測值、或聚合物100 wt%時之吸光度之假定值。 詳細如後所述，於製作聚合物光波導時，有時於形成聚合物光波導之芯材時使用光微影製程。該光微影製程中之曝光通常使用波長365 nm之i射線。若波長365 nm下之吸光度較高，則有於光微影製程之曝光時，預聚物(A)吸收i射線，於所形成之芯材產生凹陷之虞。預聚物(A)只要在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長365 nm下之吸光度為7.5以下，則於所形成之芯材產生凹陷之虞較少。 藉此，於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下傳播損失減少。 預聚物(A)在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長365 nm下之吸光度較佳為7.5以下，更佳為6.5以下，進而較佳為6.0以下，尤佳為5.5以下。 預聚物(A)在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值較佳為0.045以下。 若預聚物(A)含有水分，則於使用該預聚物(A)而形成之芯材中，有於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下產生傳播損失之虞。 若預聚物(A)含有水分，則波長1400 nm～1460 nm下之吸收變大。只要聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值為0.045以下，則預聚物(A)所含有之水分極少，於使用該預聚物(A)而形成之芯材中，於作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下傳播損失減少。 再者，如後述實施例所示，於預聚物(A)中，於波長365 nm下之吸收與波長1400 nm～1460 nm下之吸收之間確認到相關性。因此，藉由測定波長365 nm下之吸光度與波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值中之一者，可推定另一者之傾向。例如根據波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值，可推定波長365 nm下之吸光度之高低。 (組合物(B)) 組合物(B)較佳為包含預聚物(A)及具有交聯性官能基之分子量為140～5000之不具有氟原子之化合物(C)。 組合物(B)中所含之預聚物(A)與用於形成芯材之預聚物(A)可相同亦可不同。就接著性、密接性、龜裂抑制、或降低膨脹率差之方面而言，較佳為相同。 (化合物(C)) 化合物(C)之分子量為140～5000，具有交聯性官能基，且不具有氟原子。由於不具有氟原子，故而容易獲得良好之埋入平坦性。若埋入平坦性良好，則被覆層之表面易於平坦。又，與含氟化合物相比，容易成為低成本。 若化合物(C)之分子量為5000以下，則可將化合物(C)之黏度抑制得較低，與預聚物(A)混合時，容易獲得均勻之組合物。又，容易獲得良好之平坦性。 若化合物(C)之分子量為140以上，則可獲得良好之耐熱性，不易產生因加熱引起之分解、揮發。化合物(C)之分子量之範圍較佳為250～3000，尤佳為250～2500。 化合物(C)之交聯性官能基較佳為不含有氟原子，且於與使上述預聚物(A)之交聯性官能基反應之步驟相同步驟中進行反應之反應性官能基。 化合物(C)之交聯性官能基至少與化合物(C)進行反應而引起交聯或鏈延長。較佳為化合物(C)之交聯性官能基與預聚物(A)及化合物(C)兩者進行反應而引起交聯或鏈延長。 作為化合物(C)之交聯性官能基，較佳為碳原子-碳原子中之雙鍵或三鍵。其中，不包含芳香族性雙鍵、三鍵。 作為交聯性官能基之雙鍵、三鍵可存在於分子鏈之內部，亦可存在於末端，由於反應性較高，故而較佳為存在於末端。於雙鍵之情形時，可為內部烯烴亦可為末端烯烴，較佳為末端烯烴。位於分子鏈之內部亦包含存在於如環烯烴類之脂肪族環之一部分。 具體而言，較佳為包含選自由乙烯基、烯丙基、乙炔基、乙烯氧基、烯丙氧基、丙烯醯基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯基、甲基丙烯醯氧基所組成之群中之1種以上。該等之中，就藉由光照射而並非於感光劑之存在下產生反應之方面而言，較佳為丙烯醯基、丙烯醯氧基。 化合物(C)較佳為具有2個以上之交聯性官能基，更佳為具有2～20個，尤佳為具有2～8個。若具有2個以上之交聯性官能基，則可使分子間交聯，因此可提高硬化膜之耐熱性，可良好地抑制硬化膜之因加熱引起之膜厚減少。 作為化合物(C)之具體例，可列舉：二季戊四醇三丙烯酸酯三(十一烷酸酯)、二季戊四醇五丙烯酸酯單十一烷酸酯、乙氧基化異三聚氰酸三丙烯酸酯、ε-己內酯改性異氰尿酸三(2-丙烯醯氧基乙基)酯、二季戊四醇聚丙烯酸酯、9,9-雙[4-(2-丙烯醯氧基乙氧)苯基]茀、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、丙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、丙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、1,10-癸二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、羥基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三甲基烯丙酯、1,4-丁二醇二乙烯醚、1,9-壬二醇二乙烯醚、環己烷二甲醇二乙烯醚、三乙二醇二乙烯醚、三羥甲基丙烷三乙烯醚、季戊四醇四乙烯醚、丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙酯、三羥甲基丙烷二烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、二季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、下述式(1)所表示之乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、下述式(2)所表示之丙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇甲基丙烯酸酯、下述式(3)所表示之化合物等。又，亦可利用聚酯丙烯酸酯(將二元醇與二元酸之縮合物之兩末端以丙烯酸修飾之化合物：東亞合成公司製造，商品名ARONIX(M-6100、M-6200、M-6250、M-6500)；將多元醇與多元酸之縮合物之羥基末端以丙烯酸修飾之化合物：東亞合成公司製造，商品名ARONIX(M-7100、M-7300K、M-8030、M-8060、M-8100、M-8530、M-8560、M-9050))。該等可自市售品獲取。 上述所列舉之中，聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、1,10-癸二醇二丙烯酸酯由於硬化膜之成形性良好，故而較佳。 [化1]如上所述，被覆層之構成材料必須折射率低於芯材之構成材料。於將芯材之構成材料設為預聚物(A)，將被覆層之構成材料設為包含預聚物(A)及化合物(C)之聚合物組合物之情形時，以上述聚合物組合物之硬化物之折射率低於預聚物(A)之硬化物之方式，調整化合物(C)之種類、及聚合物組合物中之預聚物(A)與化合物(C)之混合比率即可。 於使用硬化物之折射率高於使預聚物(A)單獨硬化而成之硬化物之折射率的化合物(C)之情形時，藉由與硬化物之折射率低於使預聚物(A)單獨硬化而成之硬化物之折射率的其他化合物(C)組合使用，可使被覆層之折射率低於芯材之折射率。 於圖1所示之聚合物光波導10中，底部被覆層31與頂部被覆層32之構成材料可使用相同材料，亦可使用不同材料。例如若於底部被覆層31與頂部被覆層32中使用折射率不同之材料，則可控制聚合物光波導10中之光之封閉狀態。 本發明之聚合物光波導之製造方法並無特別限定，可使用各種方法。具體而言，可使用複製(壓模)法、直接曝光法、將反應性離子蝕刻(RIE)與光微影製程組合之方法、以射出成形為基礎之方法、光漂白法、直接刻寫法、自形成法等。 對本發明之聚合物光波導10之製造方法之一例進行說明。 首先，藉由旋轉塗佈法，於基板上塗佈含有組合物(B)之塗佈液。繼而，使組合物(B)硬化而形成底部被覆層31。 繼而，藉由旋轉塗佈法，於底部被覆層31上塗佈含有預聚物(A)之塗佈液。繼而，藉由光微影製程，使預聚物(A)圖案化，於底部被覆層31之上形成芯材20。此時，於形成芯材20之寬度沿光之傳播方向不同之形狀之情形時，可藉由使用芯材20之寬度沿光之傳播方向不同之形狀之光罩進行曝光後，進行顯影而形成芯材20。又，於形成芯材20後，亦可視需要進行後烘烤。 繼而，藉由旋轉塗佈法，於底部被覆層31及芯材20之上塗佈含有組合物(B)之塗佈液。繼而，使組合物(B)硬化而形成頂部被覆層32。於形成頂部被覆層32時，可藉由光微影製程，形成不存在頂部被覆層32而芯材20露出之芯材露出部40。 藉由以上之方法，可製造聚合物光波導10。再者，於塗佈含有組合物(B)之塗佈液、或含有預聚物(A)之塗佈液時，較佳為將該等塗佈液充分靜置而脫泡後，進行塗佈。藉此，可製造芯材20之內部或芯材20與被覆層30之界面附近不存在泡缺陷之聚合物光波導10。又，較佳為除將塗佈液充分靜置而脫泡，亦利用脫泡裝置進行脫泡，或者利用脫泡裝置進行脫泡代替將塗佈液充分靜置而脫泡。又，較佳為於塗佈塗佈液之前，進行塗佈液之過濾。藉此，可將塗佈液內之異物去除。又，較佳為於塗佈塗佈液之前，進行基板之洗淨。藉此，可將基板之表面之異物去除。又，為了防止空氣中之異物之附著，較佳為於無塵室內進行該等作業，為了防止因靜電引起之異物之附著，進而較佳為使用靜電去除器(離子化器)。 [實施例] 以下使用實施例更詳細地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。以下，例1～3為實施例，例4為比較例。 (例1) 按照以下之順序製備用於形成芯材之預聚物(A)。 於N,N-二甲基乙醯胺(以下，稱為DMAc)溶劑中，使全氟聯苯(67質量%)、及1,3,5-三羥基苯(12質量%)於碳酸鉀之存在下，於35～42℃下反應5小時後，繼而使4-乙醯氧基苯乙烯(21質量%)於氫氧化鉀水溶液之存在下進行反應，合成預聚物。藉由將所獲得之預聚物之DMAc溶液投入至鹽酸水溶液中而進行再沈澱純化，並進行真空乾燥，獲得粉末狀之預聚物(A)。 針對按照上述之順序獲得之預聚物(A)，按照以下之順序測定波長365 nm下之吸光度。 利用分光光度計(島津製作所公司製造，製品型號：SolidSpec3700DUV)進行測定。使用光程長度10 mm之石英液槽，測定預聚物(A)濃度以10 wt%～40 wt%階段性改變之溶液3個以上的吸光度，將100%外插時之值以最小平方法近似而算出。以測定波長範圍為300～2500 nm、掃描速度為中速、取樣間距為5 nm進行測定。檢測器單元係以直接受光進行測定。溶劑使用氘氯仿。再者，預聚物(A)之吸光度係將溶劑之吸收作為基準線減去而求出。按照上述之順序獲得之預聚物(A)之波長400 nm附近之吸光度示於圖9。波長365 nm下之吸光度(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為3.98。 再者，藉由上述之順序，求出波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)。波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為0.06。 按照以下之順序製備用於形成被覆層之組合物(B)。 將按照上述之順序獲得之預聚物(A)50質量份、作為化合物(C)之1,10-癸二醇二丙烯酸酯(分子量：282)25質量份、作為聚丙二醇二甲基丙烯酸酯25質量份放入至容器中，於室溫下混合55小時，獲得組合物(B)。 使用按照上述之順序獲得之預聚物(A)及組合物(B)，按照以下之順序製作聚合物光波導。 使用矽製晶圓作為基材。於基材上藉由旋轉塗佈而塗佈組合物(B)，於190℃下進行1小時之加熱，形成底部被覆層。 繼而，於其上塗佈預聚物(A)，於利用金屬箔將該塗膜中成為芯材之部分以外遮光之狀態下，對該塗膜，利用超高壓水銀燈以照射能量2000 mJ/cm² 進行曝光。其後，使用PGMEA與乳酸乙酯之混合液作為顯影液進行顯影，去除塗膜之未曝光部分後，使其乾燥。於190℃下進行1小時後烘烤，形成芯材。 繼而，於芯材及底部被覆層上，藉由旋轉塗佈法塗佈組合物(B)，形成塗膜。於利用金屬箔將該塗膜中成為頂部被覆層之部分以外遮光之狀態下，對該塗膜，利用超高壓水銀燈以照射能量2000 mJ/cm² 進行曝光。其後，使用PGMEA作為顯影液進行顯影，將塗膜之未曝光部分去除後，使其乾燥。進而，於190℃下進行2小時之後烘烤，形成頂部被覆層、及不存在頂部被覆層而芯材露出之芯材露出部。 圖10係按照上述之順序獲得之聚合物光波導之俯視圖。於圖10之聚合物光波導中，符號120表示芯材，符號132表示被覆層(頂部被覆層)。於圖10所示之聚合物光波導中，符號a係不存在頂部被覆層之區域之芯材，於例1～4中，芯材之觀察係於符號a之位置實施。符號b係表示輸入(input)側之光學測定用芯材存在於下方之頂部被覆層，符號c係表示輸出(output)側之光學測定用芯材存在於下方之頂部被覆層。 (例1)中，以符號a表示之芯材露出部(輸入側)係芯材高度為2.5 μm，芯材寬度為7.5 μm。以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)係芯材高度為2.5 μm，芯材寬度為2.5 μm。以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)係芯材高度為2.5 μm，芯材寬度為2.5 μm。底部被覆層之厚度為25 μm，頂部被覆層之厚度為25 μm。 對以符號a表示之芯材露出部(輸入側)，於距輸入側端部約1300 μm之地點測定芯材之剖面形狀。芯材之剖面形狀之測定使用白色干涉儀(ZYGO公司製造，製品型號：三維光學輪廓分析儀系統Newview7300)。物鏡使用50倍。 芯材高度係利用白色干涉儀選取芯材形狀之繪圖資料，製作將底部被覆層部分水平修正之資料，以距芯材中心於兩側為25 μm之距離的底部被覆層部分之高度畫出基準線，以該基準線作為原點，將芯材凸部中最高之值設為芯材高度。剖面形狀中之芯材寬度係將芯材高度為半值之位置的寬度設為芯材寬度。 圖11係表示芯材露出部之芯材剖面形狀之圖。如圖所示，於芯材上面存在凹陷。 於芯材上面所存在之兩個相鄰之凸部間畫出切線時，將該切線與位於兩個凸部間之凹部於芯材厚度方向上之高低差之最大值設為芯材上面所存在之凹陷之深度。 芯材上面所存在之凹陷之深度為0.07 μm。 使用以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)、及以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)進行傳播損失測定。傳播損失測定係使用JPCA規格(2008年)4.6.2.1回截方法中記載之方法而進行。入射側光纖與光波導之模式之組合係相當於JPCA規格、表4.6.1-1中記載之組合編號6之組合，入射側使用單模纖維，出射側使用單模纖維。插入損失測定時使用之纖維於入射側出射側均使用單模纖維(康寧公司製造，產品編號：SMF-28，NA0.14，芯材直徑8.2 μm)。 作為光學測定系統中使用之發光側之光源，使用具有LD光源(安藤電氣公司製造，製品名：AQ4213)之單元(安藤電氣公司製造，製品名：AQ2140)。受光側使用功率計(Advantest公司製造，製品名：Q8221單元)及感測器單元(Advantest公司製造，製品名：Q82208)。 波長1550 nm之傳播損失值X為0.32[dB/cm]，波長1310 nm之傳播損失值Y為0.61[dB/cm]，傳播損失比X/Y為0.52。 (例2) 改變芯材形成時之曝光條件，於圖10所示之聚合物光波導中，將以符號a表示之芯材露出部(輸入側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度9.3 μm，將以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm，將以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm，將底部被覆層之厚度設為25 μm，將頂部被覆層之厚度設為25 μm，除此以外，實施與例1同樣之順序。 對以符號a表示之芯材露出部(輸入側)，於距輸入側端部約1300 μm之地點，按照與實施例1同樣之順序測定芯材之剖面形狀。 圖12係表示芯材露出部中之芯材剖面形狀之圖。如圖所示，於芯材上面存在凹陷。芯材上面所存在之凹陷之深度為0.15 μm。使用以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)、及以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)，按照與實施例1同樣之順序進行傳播損失測定。 1550 nm之傳播損失值X為0.29[dB/cm]，1310 nm之傳播損失值Y為0.61[dB/cm]，傳播損失比X/Y為0.47。 對例2中獲得之聚合物光波導，利用下述三個方法評價耐熱性。 [熱循環試驗] 進行JPCA規格(2008年)、6.2.5中記載之溫度循環試驗。於本試驗中，自室溫(25℃)，歷時55分鐘使溫度下降至-50℃，保持30分鐘後，歷時30分鐘使溫度上升至25℃，保持20分鐘後，歷時30分鐘使溫度上升至125℃，保持30分鐘後，歷時45分鐘使溫度下降至25℃，保持20分鐘，將此溫度循環設為1循環，重複35循環。於試驗前與試驗後測定插入損失之差。 插入損失之測定係藉由JPCA規格、4.6.1中記載之插入損失之測定方法而進行。於測定裝置、測定順序、測定條件等與上述傳播損失測定同樣之條件下進行。 插入損失之測定結果係於溫度循環試驗前後在測定誤差之範圍內，溫度循環試驗前後之插入損失之變化為0.1 dB以下。 [耐熱性(高溫放置試驗)] 進行JPCA規格(2008年)、6.2.1中記載之高溫放置試驗，評價耐熱性。若假定對光波導進行焊接，則較佳為對200℃以上之加熱穩定。 於本試驗中，投入至烘箱，自室溫歷時5分鐘升溫至260℃，於260℃下保持30秒後，自然放置直至溫度成為室溫。評價係於投入至烘箱之前後測定插入損失之差。插入損失之差較小為0.1 dB以下，耐熱性良好。 [耐熱性(高溫高濕放置試驗)] 進行JPCA規格(2008年)、6.2.3中記載之高溫高濕放置試驗，評價耐熱性。試驗條件設為「試驗條件3」。即，於本試驗中，投入85℃、85%RH之高溫高濕條件下140小時後，自然放置直至溫度成為室溫。測定投入高溫高濕條件下之前後之插入損失之差。其結果，因高溫高濕條件下保持引起之插入損失之變化為0.2 dB以下。 (例3) 按照以下之順序製備用於形成芯材之預聚物A。 於N,N-二甲基乙醯胺(以下，稱為DMAc)溶劑中，使全氟聯苯(67質量%)、1,3,5-三羥基苯(12質量%)於碳酸鉀之存在下，於40～43℃下反應5小時後，繼而使4-乙醯氧基苯乙烯(21質量%)於氫氧化鉀水溶液之存在下進行反應，合成預聚物。藉由將所獲得之預聚物之DMAc溶液投入至鹽酸水溶液中而進行再沈澱純化，並進行真空乾燥，獲得粉末狀之預聚物A。 使用波長365 nm下之吸光度(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為4.86、波長1400 nm～1460 nm下之吸光度之峰值(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為0.12者作為預聚物A，除此以外，實施與實施例1同樣之順序。於圖10所示之聚合物光波導中，以符號a表示之芯材露出部(輸入側)為芯材高度2.5 μm、芯材寬度7.4 μm，以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm。將以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm，底部被覆層之厚度設為25 μm，頂部被覆層之厚度設為25 μm。 對以符號a表示之芯材露出部(輸入側)，於距輸入側端部約1300 μm之地點，按照與實施例1同樣之順序測定芯材之剖面形狀。 圖13係表示芯材露出部中之芯材剖面形狀之圖。如圖所示，於芯材上面存在凹陷。芯材上面所存在之凹陷之深度為0.13 μm。使用以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)、及以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)，按照與實施例1同樣之順序進行傳播損失測定。 1550 nm之傳播損失值X為0.40[dB/cm]，1310 nm之傳播損失值Y為0.61[dB/cm]，傳播損失比X/Y為0.66。 (例4) 按照以下之順序製備用於形成芯材之預聚物A。 於N,N-二甲基乙醯胺(以下，稱為DMAc)溶劑中，使全氟聯苯(67質量%)、及1,3,5-三羥基苯(12質量%)於碳酸鉀之存在下，於40～46℃下反應5小時後，繼而使4-乙醯氧基苯乙烯(21質量%)於氫氧化鉀水溶液之存在下進行反應，合成預聚物。藉由將所獲得之預聚物之DMAc溶液投入至鹽酸水溶液中而進行再沈澱純化，並進行真空乾燥，獲得粉末狀之預聚物A。 使用波長365 nm下之吸光度(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為7.9、波長1400 nm～1460 nm之吸光度之峰值(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)為0.26者作為預聚物A，且改變芯材形成時之曝光條件，於圖10所示之聚合物光波導中，將以符號a表示之芯材露出部(輸入側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度9.4 μm，將以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm，將以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)設為芯材高度2.5 μm、芯材寬度2.5 μm，除此以外，實施與實施例1同樣之順序。 圖9表示例4中所使用之預聚物(A)之波長400 nm附近之吸光度。 對以符號a表示之芯材露出部(輸入側)，於距輸入側端部約1300 μm之地點，按照與實施例1同樣之順序測定芯材之剖面形狀。 圖14係表示芯材露出部中之芯材剖面形狀之圖。如圖所示，於芯材上面存在凹陷。芯材上面所存在之凹陷之深度為0.36 μm。 使用以符號b表示之光學測定用芯材(輸入側)、及以符號c表示之光學測定用芯材(輸出側)，以與實施例1同樣之順序進行傳播損失測定。 1550 nm之傳播損失值X為0.69[dB/cm]，1310 nm之傳播損失值Y為0.82[dB/cm]，傳播損失比X/Y為0.83。 [表1] 芯材上面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下之例1～3與芯材上面所存在之凹陷之深度超過0.33 μm之例4相比，作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下之傳播損失X、Y降低。例1～3由於傳播損失比X/Y為0.2～2之範圍內，故而聚合物光波導之設計自由度較高，又，聚合物光波導之生產性較高。 例1～3由於使用波長365 nm下之吸光度(換算為濃度100%)為7.5以下者作為芯材形成所使用之預聚物A，故而作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm下之傳播損失X、Y降低。又，推測對芯材上面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下有影響。 例4係使用波長365 nm下之吸光度(換算為聚合物厚度10 mm、濃度100%)超過7.5者作為芯材形成所使用之預聚物A，這會使作為單模下之波長頻帶代表性之1310 nm、及1550 nm之傳播損失X、Y提高。又，推測對芯材上面所存在之凹陷之深度超過0.33 μm有影響。 上文使用特定之態樣詳細地說明了本發明，但業者明瞭，在不脫離本發明之意圖及範圍之情況下，可進行各種變更及變化。再者，本申請案係基於2017年3月15日提出申請之日本專利申請案(日本專利特願2017-049960)，並將其整體藉由引用而援引於本申請案中。

10‧‧‧聚合物光波導

12‧‧‧聚合物光波導

20‧‧‧芯材

22‧‧‧芯材

30‧‧‧被覆層

31‧‧‧底部被覆層

32‧‧‧頂部被覆層

40‧‧‧芯材露出部

42‧‧‧芯材露出部

60‧‧‧凹陷

100‧‧‧矽光波導

120‧‧‧芯材

132‧‧‧被覆層(頂部被覆層)

200‧‧‧單模光纖

300‧‧‧連接器

a‧‧‧不存在頂部被覆層之區域之芯材

b‧‧‧輸入側之光學測定用芯材存在於下方之頂部被覆層

c‧‧‧輸出側之光學測定用芯材存在於下方之頂部被覆層

t‧‧‧厚度

w‧‧‧寬度

圖1係表示本發明之聚合物光波導之一構成例的立體圖。 圖2係表示圖1之聚合物光波導之使用形態之一例的立體圖。 圖3係圖2之側面圖。 圖4係表示本發明之聚合物光波導之另一使用形態之例的立體圖。 圖5係圖4之側面圖。 圖6係以圖1之A-A線切斷之聚合物光波導的剖面圖。 圖7係表示芯材剖面形狀之另一例之圖。 圖8係表示芯材剖面形狀之又一例之圖。 圖9係表示例1、例4中用於芯材材料之預聚物A之波長400 nm附近的吸光度之圖。 圖10係例1～4之聚合物光波導之俯視圖。 圖11係表示例1之芯材剖面形狀之圖。 圖12係表示例2之芯材剖面形狀之圖。 圖13係表示例3之芯材剖面形狀之圖。 圖14係表示例4之芯材剖面形狀之圖。

Claims (8)

1. 一種聚合物光波導，其特徵在於：其係具有芯材及折射率低於上述芯材之被覆層者，且 上述聚合物光波導形成為片形狀，於與上述芯材之光傳播方向垂直之方向之芯材剖面形狀中，將上述片形狀之厚度方向設為芯材高度，將與上述厚度方向垂直之方向設為芯材寬度時，上述芯材高度為1.0～10 μm，上述芯材寬度為1.0～15 μm， 上述芯材剖面形狀中之芯材上面及/或芯材側面所存在之凹陷之深度為0.33 μm以下。
2. 如請求項1之聚合物光波導，其中將波長1550 nm之傳播損失值X[dB/cm]除以波長1310 nm之傳播損失值Y[dB/cm]所得之傳播損失比X/Y為0.2～2。
3. 如請求項1或2之聚合物光波導，其中上述芯材係使包含具有交聯性官能基之含氟聚伸芳基預聚物(A)之組合物硬化而成者，上述被覆層係使包含折射率低於上述含氟聚伸芳基預聚物(A)之具有交聯性官能基之化合物之組合物(B)硬化而成者。
4. 如請求項3之聚合物光波導，其中上述組合物(B)包含上述含氟聚伸芳基預聚物(A)、及具有交聯性官能基之分子量為140～5000之不具有氟原子之化合物(C)。
5. 如請求項3或4之聚合物光波導，其中上述含氟聚伸芳基預聚物(A)在聚合物厚度10 mm、聚合物濃度100 wt%時於波長365 nm下之吸光度為7.5以下。
6. 如請求項1至5中任一項之聚合物光波導，其係單模用之聚合物光波導。
7. 如請求項1至6中任一項之聚合物光波導，其於一端側具有上述芯材之至少一部分露出之接合部。
8. 一種複合光波導，其具有如請求項1至7中任一項之聚合物光波導、及收容上述聚合物光波導之光波導部之連接器。