TWI726040B - 光波導形成用感光性環氧樹脂組成物及光波導形成用感光性薄膜、以及使用其之光波導、光電傳送用混合撓性印刷電路板 - Google Patents

光波導形成用感光性環氧樹脂組成物及光波導形成用感光性薄膜、以及使用其之光波導、光電傳送用混合撓性印刷電路板 Download PDF

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Abstract

本發明之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其含有環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑，上述環氧樹脂成分含有下述(a)~(c)，且(a)之含量為環氧樹脂成分中60~70重量%，(b)之含量為環氧樹脂成分中20~35重量%，(c)之含量為環氧樹脂成分中5~10重量%。因此，可獲得能夠成為高R-to-R適用性、低折射率、高圖案化性、進而雷射加工性優異之包覆層形成材料的光波導形成用感光性環氧樹脂組成物。 (a)軟化點105℃以下之固形雙酚A型環氧樹脂。 (b)軟化點105℃以下之固形多官能脂肪族環氧樹脂。 (c)液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂。

Description

光波導形成用感光性環氧樹脂組成物及光波導形成用感光性薄膜、以及使用其之光波導、光電傳送用混合撓性印刷電路板
本發明關於用作構成在光通訊、光資訊處理、其他一般光學中廣泛使用之光電傳送用混合撓性印刷電路板中之光波導之包覆層等形成材料之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物及光波導形成用感光性薄膜、以及使用其之光波導、光電傳送用混合撓性印刷電路板。
背景技術 先前以來，在針對光電傳送用混合撓性印刷電路板之光波導形成材料中使用各種感光性環氧樹脂組成物，例如於使用感光性環氧樹脂組成物形成包覆層圖案時，例如經由光罩進行紫外線(UV)照射而製作所期望之包覆層圖案。具體而言，使用液狀之感光性環氧樹脂組成物作為光波導形成材料，形成膜(層)後，經由光罩進行UV照射，藉此製作包覆層。
此種感光性環氧樹脂組成物雖然光硬化感度較高，但另一方面從塗佈後之表面黏著性(黏性)之觀點來看，具有不適用如R-to-R(捲對捲：roll-to-roll)般之連續製程之缺點(即，感光性環氧樹脂組成物製薄膜在與輥接觸時被破壞)，故有缺乏生產性之問題(專利文獻1)。因此，為了適用於R-to-R製程，一般使用於常溫呈現固體之樹脂成分作為感光性樹脂。此時，分子量越高，硬化前階段之非晶質薄膜之可撓性越高，另一方面圖案化解析度越低。相反地，分子量越低，圖案化解析度越高，另一方面可撓性越低。即一般而言，薄膜之可撓性與解析度具有取捨關係，存在問題。因此，謀求兼備薄膜之可撓性與解析度之光波導材料，例如有人提出有一種樹脂組成物，其作為光波導之包覆層形成材料，使用含有環氧基之丙烯酸橡膠、胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、不具有胺基甲酸酯鍵之(甲基)丙烯酸酯(專利文獻2)。
然而，關於光波導之包覆層形成材料，根據其使用用途的不同，作為其硬化物之各種物性必須滿足低折射率、高透明性、高解析圖案化性、高耐熱性等諸多要求特性。因此，於製造光波導時，關於形成材料，各製造商公司都採取各種原料的調配及其調配平衡，藉此進行用以滿足上述要求特性之研究。
如前所述，於大量生產角度之R-to-R製程中，一般使用將未硬化薄膜進行乾式薄膜化之方法，但從材料開發的角度，要求未硬化薄膜之低黏性、可撓性等以乾式薄膜材料之形式於R-to-R製程的適用性，以結果而言限縮了材料設計之自由度。而且，不僅上述材料設計之自由度限縮，於製作乾式薄膜時由於積層基材必須位於乾式薄膜的兩面，故從省資源化及成本之觀點來看存在問題，因此於材料開發上朝溼式製程的適用性亦被重視(專利文獻3)。
鑑於上述技術背景，先前例如有人開發出一種感光性環氧樹脂組成物，其以特殊之酚醛清漆型多官能環氧樹脂作為主劑，添加各種樹脂，藉此滿足上述特性(專利文獻4)。
先行技術文獻 專利文獻1：日本特開2001-281475號公報 專利文獻2：日本特開2011-27903號公報 專利文獻3：日本特開2010-230944號公報 專利文獻4：日本特開2011-237645號公報
發明概要 發明欲解決之課題 使用此種光波導形成用感光性樹脂組成物時，從光侷限性之觀點來看，關於包覆層形成材料宜為具有低折射率之樹脂組成物，一般而言成為以脂肪族樹脂作為主原料之調配組成。
例如，光電傳送用混合(光電混合)基板般之伴隨光路轉換的製品之情形，有必要使用雷射以角度45°對包覆層面照射，將基板上之光波導中之包覆層表面進行鏡面加工(45°鏡面加工)。
在進行使用上述雷射之45°鏡面加工時，前述之包覆層形成材料般之以脂肪族樹脂作為主原料之調配組成之樹脂組成物，由於雷射光之吸收較低，故雷射加工性(鏡面加工)惡化。因此，於光路轉換部成為高光損，故作為包覆層之功能的低折射率化與雷射加工性成為取捨關係，存在問題。因此，強烈期望不僅具有R-to-R製程適用性，為低折射率、圖案化性優異，且具有良好之雷射加工性的包覆層形成材料。
本發明是鑑於上述情事而完成者，提供一種可成為高R-to-R適用性、低折射率、高圖案化性、進而雷射加工性優異之包覆層形成材料的光波導形成用感光性環氧樹脂組成物及光波導形成用感光性薄膜、以及使用其之光波導、光電傳送用混合撓性印刷電路板。
用以解決課題之方法 為達成上述目的，本發明之第1要旨為提供一種光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其含有環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑，上述環氧樹脂成分含有下述(a)~(c)，且(a)之含量為環氧樹脂成分中60~70重量%，(b)之含量為環氧樹脂成分中20~35重量%，(c)之含量為環氧樹脂成分中5~10重量%。 (a)軟化點105℃以下之固形雙酚A型環氧樹脂。 (b)軟化點105℃以下之固形多官能脂肪族環氧樹脂。 (c)液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂。
又，本發明之第2要旨為提供一種光波導形成用感光性薄膜，其由上述第1要旨之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物構成。
進而，本發明之第3要旨為提供一種光波導，其具備基材、形成於該基材上之包覆層及以特定圖案形成於上述包覆層中，用以傳播光訊號之芯層；上述包覆層藉由上述第1要旨之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物構成的硬化體來形成、或藉由上述第2要旨之光波導形成用感光性薄膜的硬化體來形成。
然後，本發明之第4要旨為提供一種光電傳送用混合撓性印刷電路板，其具備上述第3要旨之光波導。
本發明者們為獲得成為具有良好之R-to-R適用性、且低折射率、高圖案化性、進而雷射加工性優異之包覆層形成材料的感光性環氧樹脂組成物，反覆進行研究。結果發現，若如上所述使用主成分由固形成分構成之環氧樹脂成分，可達成所期望的目的。
[1]關於R-to-R適用性(未硬化薄膜柔軟性)，本發明者們使用固形環氧樹脂作為主成分構成環氧樹脂，且著眼於使用的固形環氧樹脂的軟化點。一般而言，樹脂的柔軟性起因於分子相互纏繞所展現的強韌性及主鏈能採取的構形之多樣性。軟化點較高的固形環氧樹脂若具有某一定以上的分子量，則展現高的未硬化柔軟性。其原因為高分子量樹脂的主鏈的相互纏繞(相互作用)變強，但由於會使調配組成上的清漆黏度上升，故有必要過量地使用溶劑成分，除了不適合厚膜塗佈外，亦擔心圖案化性惡化。
另一方面，軟化點較低的材料、即如本發明般具有特定軟化點之特殊的固形環氧樹脂，由於主鏈之相互纏繞較弱，故不被主鏈間之相互作用束縛，可採取之構形為多樣，因此可期待柔軟化。另一方面，具有並非高溫區域亦非低溫區域之中間的溫度區域的軟化點的材料，上述軟化點較高之材料與軟化點較低之材料兩者的缺點會明顯影響，有柔軟性惡化之傾向。
即，本發明中藉由使用具有特定軟化點之特殊的固形環氧樹脂作為主要成分，可將液狀成分之添加量抑制在不會產生黏性之最低限度，結果以無黏性達成未硬化柔軟性之賦予。然後，關於未硬化柔軟性，若以軟化點較低之環氧樹脂作為主要成分，會產生硬化後之柔軟性降低的問題。針對此問題，藉由導入液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)作為環氧樹脂成分，可達成改善上述問題。
[2]關於折射率，在實現作為光波導之包覆層形成材料之功能方面，低折射率是不可獲缺之功能。一般而言，為了使樹脂低折射率化，簡單的方法是調配設計成以脂肪族系樹脂作為主劑，但這成為不利於確保利用雷射之鏡面加工性之調配設計。因此，低折射率化可圖謀之折射率下限雖然受限，但只要可賦予1.56左右的折射率，即可實現作為光波導之包覆層形成材料之功能。於本發明中，藉由前述的環氧樹脂成分之調配設計，實現具有低折射率之包覆層。
[3]關於圖案化性，一般而言使用光硬化性樹脂組成物賦予利用光微影法之圖案化性，導入多官能環氧樹脂成為必要條件。於本發明中，藉由調配前述之環氧樹脂成分，可實現良好之圖案化性之賦予。
[4]關於雷射加工性，為了可進行利用雷射之微細加工，有必要成為僅使用芳香族系環氧樹脂作為環氧樹脂成分之調配系統，但由於包覆層與芯層具有折射率差，故於包覆層形成材料必須導入一定量的脂肪族系環氧樹脂。於本發明中，導入可確保良好的雷射加工性之最低限度的脂肪族系環氧樹脂、即藉由前述環氧樹脂成分的調配設計可達成包覆層之低折射率化與雷射加工性的兼備。
如上所述，以滿足全部上述各項目之方式利用前述特定之環氧樹脂構成環氧樹脂成分，可滿足上述要求物性。
發明效果 如上所述，本發明之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其含有包含前述特定之環氧樹脂(a)~(c)的環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑，且特定之環氧樹脂(a)~(c)之各含量分別設定於上述範圍。因此，使用上述光波導形成用感光性環氧樹脂組成物形成光波導之包覆層時，可不變更先前之製造步驟地形成優異之R-to-R適用性、且為低折射率、高圖案化性、進而雷射加工性優異之包覆層。
然後，若上述環氧樹脂成分為僅由上述特定之環氧樹脂(a)~(c)組成之構成時，可形成更高之R-to-R適用性、低折射率、高圖案化性、進而雷射加工性優異之包覆層。
若上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)之軟化點為60~95℃，固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)之軟化點為60~95℃，可圖謀R-to-R適用性之更進一步提高。
用以實施發明之形態 接著，就本發明之實施形態進行詳細說明。然後，本發明並不限定於此實施形態。
《光波導形成用感光性環氧樹脂組成物》 本發明之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物(以下有時簡稱為「感光性環氧樹脂組成物」)，為使用特定之環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑所獲得者。再者，於本發明中，所謂「液狀」或「固形」分別指於常溫(25±5℃)之溫度下呈現顯示流動性之「液體」狀態或不顯示流動性之「固體」狀態。又，於本發明中所謂常溫如上所述指25±5℃之溫度區域。 以下，就各種成分依序說明。
＜特定之環氧樹脂成分＞ 上述特定之環氧樹脂成分分別含有特定量之特定的固形雙酚A型環氧樹脂(a)、特定的固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)、及液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)之三種成分。
作為上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)為於常溫下呈現固體者，具體而言可列舉：長鏈二官能芳香族雙酚A型環氧樹脂之JER1001、JER1002、JER1003、JER1007(皆為三菱化學公司製)、Japan Epoxy Resins公司製之EPIKOTE1006FS等。此等可單獨或併用二種以上。
然後，作為上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)必須軟化點為105℃以下。更佳為60~95℃。再者，通常下限值為室溫(25℃)、較好的是下限值為60℃。即，若軟化點過高，有R-to-R適用性降低之傾向。再者，上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)之軟化點依據JIS K 7234-1986進行測定。
上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)之含量為環氧樹脂成分中60~70重量%、尤佳為60~65重量%。即，若含量過多，有因為折射率上升而脫離適用為光波導包覆材料之折射率範圍之問題，若含量過少則有使用雷射之45°鏡面加工性惡化之問題。
作為上述特定之固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)為於常溫下呈現固體者，具體而言可列舉2,2-雙(羥甲基)-1-丁醇之1,2-環氧-4-(2-環氧乙烷基)環己烷加成物(例如DAICEL化學工業公司製之EHPE3150)。進而，可列舉作為三官能固形脂肪族環氧樹脂之1,3,5-異氰尿酸三縮水甘油酯(例如日產化學公司製之TEPIC-S；軟化點(熔點95℃))。又，可列舉作為二官能固形脂肪族環氧樹脂之氫化雙酚A型環氧樹脂(例如三菱化學公司製之YX-8040(軟化點97℃))。
然後，作為上述固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)必須軟化點為105℃以下。更佳為60~95℃。再者，通常下限值為室溫(25℃)、較好的是下限值為60℃。即，若軟化點過高，有R-to-R適用性降低之傾向。再者，上述固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)之軟化點依據JIS K 7234-1986進行測定。
上述固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)之含量為環氧樹脂成分中20~35重量%、較佳為25~30重量%、尤佳為28~30重量%。即，若含量過多，有使用雷射之45°鏡面加工性惡化之問題，若含量過少，則有假想產生折射率上升從而脫離適用為光波導用包覆材料之折射率範圍、以及利用光微影法之圖案化性惡化之問題。
上述液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)為於常溫下呈現液狀者，例如可列舉下述通式(1)所示之環氧樹脂。
[化1]
Figure 02_image001
[式(1)中，R1 及R2 分別表示氫原子或甲基，R3 ~R6 分別表示氫原子、甲基、氯原子、溴原子。X表示碳原子數2~15之伸烷基或乙烯氧基、二(乙烯氧)基、三(乙烯氧)基、丙烯氧基、丙烯氧基丙基、二(丙烯氧基)丙基、三(丙烯氧基)丙基。n為自然數，其平均為1.2~5]
上述通式(1)所示之環氧樹脂於常溫下為液狀，於分子鏈兩末端具有環氧基，且於分子鏈中具有不包含活性氫或形成活性氫般之官能基的聚伸烷氧基鏈的分子鏈。
上述式(1)中，R1 及R2 分別為氫原子或甲基，但較佳為甲基。又，R3 ~R6 分別表示氫原子、甲基、氯原子、溴原子，但較佳為氫。進而，X表示碳原子數2~15之伸烷基或乙烯氧基、二(乙烯氧)基、三(乙烯氧)基、丙烯氧基、丙烯氧基丙基、二(丙烯氧基)丙基、三(丙烯氧基)丙基。且，重複數n為自然數，但其平均為1.2~5。
作為上述液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)，例如可列舉DIC公司製之EPICLON EXA-4816等。
上述液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)之含量為環氧樹脂成分中5~10重量%。即，若含量過多，由於乾燥後之塗膜展現黏性，故有難以應用於量產步驟中之R-to-R製程之問題，若含量過少，由硬化膜之柔軟性降低、作為光波導處理時產生裂紋等機械物性之觀點來看，具有問題。
於本發明中，作為上述特定之環氧樹脂成分為分別含有特定量之上述特定的固形雙酚A型環氧樹脂(a)、特定的固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)、及液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)之三種成分的構成。亦可使用上述(a)、(b)、(c)以外之其他環氧樹脂。較好的是上述(a)、(b)、(c)三種成分佔環氧樹脂成分整體之80重量%以上。更好的是環氧樹脂成分為僅由上述特定的固形雙酚A型環氧樹脂(a)、特定的固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)、及液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)之三種成分組成的構成。
＜光陽離子聚合起始劑＞ 上述光陽離子聚合起始劑(光酸產生劑)由於對感光性環氧樹脂組成物利用光照射賦予硬化性，故例如使用於利用紫外線照射賦予硬化性。
作為上述光陽離子聚合起始劑，例如可使用：三苯基硫鎓六氟銻酸鹽、三苯基硫鎓六氟磷酸鹽、對-(苯硫基)苯基二苯基硫鎓六氟銻酸鹽、對-(苯硫基)苯基二苯基硫鎓六氟磷酸鹽、4-氯苯基二苯基硫鎓六氟磷酸鹽、4-氯苯基二苯基硫鎓六氟銻酸鹽、雙[4-(二苯鋶基)苯基]硫化雙六氟磷酸鹽、雙[4-(二苯鋶基)苯基]硫化雙六氟銻酸鹽、(2,4-環戊二烯-1-基)[(1-甲基乙基)苯]-鐵-六氟磷酸鹽、二苯基碘鎓六氟銻酸鹽等。此等可單獨使用或併用二種以上。
進而，作為光陽離子聚合起始劑之具體例，可列舉：三苯基硫鎓鹽系六氟銻酸鹽型之SP-170(ADEKA公司製)、CPI-101A(SANAPRO公司製)、WPAG-1056(和光純藥工業公司製)、二苯基碘鎓鹽系六氟銻酸鹽型之WPI-116(和光純藥工業公司製)等。
上述光陽離子聚合起始劑之含量宜相對於感光性環氧樹脂組成物之環氧樹脂成分100重量份，設定為0.1~3重量份、較佳為0.25~1重量份。即，若光陽離子聚合起始劑之含量過少，難以獲得令人滿足之利用光照射(紫外線照射)所獲得之光硬化性，若含量過多，則有光感度提高、圖像化時招致形狀異常之傾向以及初期損失之要求物性惡化之傾向。
於本發明之感光性環氧樹脂組成物中，除了上述特定之環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑以外，視需要例如可調配用以提高接著性之矽烷系或鈦系之偶合劑、烯烴系低聚物或降冰片烯系聚合物等之環烯烴系低聚物或聚合物、合成橡膠、聚矽氧化合物等之密著賦予劑、受阻酚系抗氧化劑或磷系抗氧化劑等各種抗氧化劑、調平劑、消泡劑等。此等添加劑可於不妨礙本發明效果之範圍內適當調配。此等可單獨或併用二種以上。
上述抗氧化劑之調配量宜相對於環氧樹脂成分100重量份設定為未達3重量份、尤佳為1重量份以下。即，若抗氧化劑之含量過多，有針對初期光損之要求物性惡化之傾向。
本發明之感光性樹脂組成物可藉由將上述特定之環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑、進而視需要其他添加劑，以特定之調配比率攪拌混合而調製。進而，為了將本發明之感光性環氧樹脂組成物調製為塗佈用清漆，宜於加熱下(例如60~120℃左右)，使之攪拌溶解於有機溶劑中。上述有機溶劑之使用量雖然可適當進行調整，但例如宜相對於感光性環氧樹脂組成物之環氧樹脂成分100重量份設定為20~80重量份、尤佳為30~60重量份。即，若有機溶劑之使用量過少，調製為塗佈用清漆時成為高黏度、有塗佈性降低之傾向，若有機溶劑之使用量過多，則有使用塗佈用清漆難以塗佈形成厚膜之傾向。
作為上述用於調製塗佈用清漆時之有機溶劑，例如可列舉：乳酸乙酯、甲基乙基酮、環己酮、2-丁酮、N,N-二甲基乙醯胺、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲基乙基醚、丙二醇甲基乙酸酯、丙二醇單甲醚、四甲基呋喃、二甲氧基乙烷等。此等有機溶劑可單獨或併用二種以上，為成為適於塗佈之黏度而例如於上述範圍內使用特定量。
《光波導》 接著，就使用本發明之感光性環氧樹脂組成物作為包覆層形成材料而成之光波導進行說明。
本發明之光波導，例如由如下構造所構成，即：具備基材、以特定圖案形成於該基材上之包覆層(底包覆層)、以特定圖案形成於上述包覆層上之傳播光訊號之芯層、進而形成於上述芯層上之包覆層(外包覆層)。然後，本發明之光波導中，上述包覆層藉由前述感光性環氧樹脂組成物而形成。再者，於本發明之光波導中，上述包覆層有必要形成為折射率小於芯層。
於本發明中，光波導例如可藉由經由以下步驟而製造。即，準備基材，於該基材上塗佈使作為包覆層形成材料之本發明之感光性環氧樹脂組成物溶解於有機溶劑中而成之包覆層形成材料(感光性清漆)。此時，塗佈上述包覆層形成材料(感光性清漆)後，將有機溶劑加熱乾燥而去除，藉此可形成未硬化之光波導形成用感光性薄膜之薄膜形狀。對該清漆塗佈面進行紫外線等光照射，進而視需要進行加熱處理，藉此使感光性清漆硬化。如此而形成底包覆層(包覆層之下方部分)。
接著，於上述底包覆層上塗佈芯層形成材料(感光性清漆)，藉此形成芯層形成用之未硬化層。此時，與上述相同方法，於塗佈上述芯層形成材料(感光性清漆)後，藉由將有機溶劑加熱乾燥而去除，可形成為成為未硬化之感光性薄膜之薄膜形狀。然後，於該芯層形成用未硬化層面上配設用以使特定圖案(光波導圖案)曝光之光罩，經由該光罩進行紫外線等光照射，進而視需要進行加熱處理。之後，使用顯影液將上述芯層形成用未硬化層之未曝光部分(未硬化部分)溶解去除，藉此形成特定圖案之芯層。
接著，於上述芯層上，塗佈使本發明之感光性環氧樹脂組成物溶解於有機溶劑中而成之包覆層形成材料(感光性清漆)後，進行紫外線照射等光照射，進而視需要進行加熱處理，藉此形成外包覆層(包覆層之上方部分)。藉由經由上述步驟，可製造目標之光波導。然後，將光波導例如使用於光電傳送用混合(光電混合)基板般之伴隨光路轉換之製品時，使用雷射對基板上之光波導中之包覆層表面實施45°鏡面加工。
作為上述基材材料，例如可列舉矽晶圓、金屬製基板、高分子薄膜、玻璃基板等。然後，作為上述金屬製基板可列舉SUS等不鏽鋼板等。又，作為上述高分子薄膜，具體而言可列舉聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二酯薄膜、聚醯亞胺薄膜等。然後，其厚度通常設定於10μm~3mm之範圍內。
於上述光照射中，具體而言進行紫外線照射。作為上述紫外線照射之紫外線光源，例如可列舉低壓水銀燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈等。又，紫外線之照射量通常為10~20000mJ/cm2 、較佳為100~15000mJ/cm2 、更佳為500~10000mJ/cm2 左右。
進而，上述藉由紫外線照射等之光照射之曝光後，為了使利用光反應之硬化完成，亦可實施加熱處理。又，作為上述加熱處理條件，通常於80~250℃、較佳為100~150℃下，在10秒~2小時、較佳為5分鐘~1小時之範圍內進行。
又，作為上述芯層形成材料，例如可列舉：雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、氫化雙酚A型環氧樹脂、氟化環氧樹脂、環氧改質聚矽氧樹脂等各種液狀環氧樹脂、固形多官能脂肪族環氧樹脂等各種固形環氧樹脂、進而適當含有前述各種光酸產生劑之環氧樹脂組成物；與上述包覆層形成材料相比較，以成為高折射率之方式進行調配設計。進而，由於視需要將芯層形成材料調製為清漆進行塗佈，故為獲得適合塗佈之黏度，亦可適量使用先前公知之各種有機溶劑、及不使作為使用上述包覆層形成材料之光波導之功能降低程度之各種添加劑(抗氧化劑、密著賦予劑、調平劑、UV吸收劑)。
作為上述用於調製清漆用之有機溶劑，與前述相同，例如可列舉：乳酸乙酯、甲基乙基酮、環己酮、2-丁酮、N,N-二甲基乙醯胺、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲基乙基醚、丙二醇甲基乙酸酯、丙二醇單甲醚、四甲基呋喃、二甲氧基乙烷等。該等有機溶劑可單獨或併用二種以上，為獲得適合塗佈之黏度而適量使用。
再者，作為於上述基材上使用各層之形成材料之塗佈方法，例如可使用：藉由旋轉塗佈機、塗佈機、圓式塗佈機、棒式塗佈機等塗佈之方法、或網版印刷、使用間隔件形成間隙，藉由毛細管現象將形成材料注入其內之方法、藉由多功能塗佈機等塗佈機以R-to-R連續地塗佈之方法等。又，上述光波導亦可藉由將上述基材剝離去除，而成為薄膜狀光波導。
《鏡面加工》 作為上述鏡面之加工方法，例如可列舉雷射加工法、切割法、壓印等公知之方法。其中，宜使用雷射加工法。雷射光源可根據振盪之雷射波長而適當選擇，可列舉準分子雷射、CO2 雷射、He-Ne雷射等各種氣體雷射等。然後，作為雷射光源，其中較佳可使用ArF及KrF等、以及F2 等準分子雷射。
上述雷射之照射能量可根據光波導材料而進行不同的適當設定，但為有效率地去除樹脂成分，宜為100~1000mJ/cm2 之範圍、尤佳為200~600mJ/cm2 之範圍。為了使鏡面加工生產性良好，雷射之照射頻率宜為10~250Hz之範圍、尤佳為50~200Hz之範圍。移動雷射照射之對象物之速度，可根據光波導材料或目標之鏡面角度等的設計而適當設定。又，雷射波長可根據光波導材料而適當設定，例如設為150~300nm左右。
上述所獲得之光波導例如可使用作為光電傳送用混合撓性印刷電路板用之光波導。
實施例 接著，基於實施例說明本發明。唯，本發明不限定於此等實施例。又，例中，於無特別說明之下，「份」表示重量基準。
[實施例1] 首先，於製作成為實施例之光波導之前，調製作為包覆層形成材料及芯層形成材料之各感光性清漆。
＜包覆層形成材料之調製＞ 於遮光條件下，將固形雙酚A型環氧樹脂(JER1001(軟化點64℃)、三菱化學公司製)70份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份、光陽離子聚合起始劑(光酸產生劑)(CPI-101A、SANAPRO公司製)0.5份、受阻酚系抗氧化劑(Songnox1010、共同藥品公司製)0.5份、磷酸酯系抗氧化劑(HCA、三光公司製)0.5份與乳酸乙酯50份混合，於100℃加熱下攪拌使之完全溶解，之後冷卻至室溫(25℃)後，使用直徑1.0μm之薄膜過濾器進行加熱加壓過濾，藉此調製完成成為包覆層形成材料之感光性清漆。
＜芯層形成材料之調製＞ 於遮光條件下，將固形多官能芳香族環氧樹脂(YDCN-700-3、新日鐵化學公司製)50份、固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002、三菱化學公司製)30份、含固形芴二官能環氧樹脂(OGSOL PG-100、大阪瓦斯化學公司製)20份、光酸產生劑(CPI-101A、SANAPRO公司製)0.5份、受阻酚系抗氧化劑(Songnox1010、共同藥品公司製)0.5份、磷酸酯系抗氧化劑(HCA、三光公司製)0.125份與乳酸乙酯50份混合，於105℃加熱下攪拌使之完全溶解，之後冷卻至室溫(25℃)後，使用直徑1.0μm之薄膜過濾器進行加熱加壓過濾，藉此調製完成成為芯層形成材料之感光性清漆。
《光波導之製作》 ＜底包覆層之製作＞ 於總厚22μm之撓性印刷電路(FPC)基材之背面上，使用旋轉塗佈機塗佈上述作為包覆層形成材料之感光性清漆後，於加熱板上進行有機溶劑(乳酸乙酯)之乾燥(130℃×10分鐘)。接著，藉由UV照射機[5000mJ/cm2 (I線濾鏡)]進行光罩圖案曝光，進而進行後加熱(130℃×10分鐘)。之後，於γ-丁內酯中進行顯影(室溫25℃下、3分鐘)、水洗後，於加熱板上使水分乾燥（120℃×5分鐘），藉此製成底包覆層(厚度：15μm)。
＜芯層之製作＞ 於如上所述形成之底包覆層上，使用旋轉塗佈機塗佈作為芯層形成材料之感光性清漆後，於加熱板上使有機溶劑(乳酸乙酯)乾燥(130℃×5分鐘)，藉此形成未硬化薄膜狀態之未硬化層。對於所形成之未硬化層，以UV照射機[超高壓水銀燈、全光線(無帶通濾波器)]進行8000mJ/cm2 (波長365nm累計)之玻璃光罩圖案曝光[圖案寬度/圖案間隔(L/S)=50μm/200μm]，進行後加熱(140℃×10分鐘)。之後，於γ-丁內酯中進行顯影(室溫25℃下、3分鐘)後水洗，於加熱板上使水分乾燥（120℃×5分鐘），藉此製成特定圖案之芯層(厚度50μm)。
＜外包覆層之製作＞ 於如上所述形成之芯層上，使用旋轉塗佈機塗佈作為包覆層形成材料之感光性清漆後，於加熱板上進行有機溶劑(乳酸乙酯)之乾燥(130℃×10分鐘)。之後，進行 5000mJ/cm2 (I線濾鏡)之曝光、130℃×10分鐘之曝光後加熱處理(PEB處理)、進而於γ-丁內酯中進行顯影(室溫25℃下、3分鐘)後水洗，於加熱板上使水分乾燥（120℃×10分鐘），藉此製成外包覆層(芯層上之外包覆層厚度10μm)。
藉此，製成於FPC基材之背面上形成有特定圖案之底包覆層，於該底包覆層上形成有特定圖案之芯層，進而於該芯層上形成有外包覆層之光波導(光波導總厚度75μm)。
[實施例2] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)70份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[實施例3] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)65份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)25份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[實施例4] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)60份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)30份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[實施例5] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)65份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)30份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)5份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[實施例6] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)60份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)35份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)5份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[實施例7] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1003(軟化點89℃)、三菱化學公司製)70份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例1] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1001(軟化點64℃)、三菱化學公司製)75份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)5份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例2] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1001(軟化點64℃)、三菱化學公司製)45份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)45份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例3] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)80份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)10份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例4] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)75份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)15份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例5] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)70份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)30份，未使用含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例6] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)65份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)15份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例7] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)50份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)40份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例8] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1003(軟化點89℃)、三菱化學公司製)75份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)5份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例9] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)50份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)40份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
[比較例10] 於作為包覆層形成材料之感光性清漆之調製中，將樹脂成分之調配組成變更為固形雙酚A型環氧樹脂(JER1007(軟化點128℃)、三菱化學公司製)70份、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)20份、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)10份。除此之外與實施例1相同方法調製成為包覆層形成材料之感光性清漆，製成光波導。
使用上述方法而獲得之作為各包覆層形成材料之感光性清漆、及各光波導，按照下述方法就R-to-R適用性、包覆層之折射率、包覆層之圖案化性、雷射加工性、綜合評價進行測定及評價。將其等結果與包覆層形成材料之構成成分一起合併顯示於後面之表1~表2。
[R-to-R適用性] 使用於上述實施例及比較例中調製而成之成為包覆層形成材料之感光性清漆進行下述測定及評價。
(1)黏性 於矽晶圓上塗佈包覆層形成材料(感光性清漆)後，將其置於加熱板上進行130℃×5分鐘之預烘烤(加熱乾燥)，藉此製成厚度約50μm之塗佈膜。以手指觸摸上述塗佈膜表面10秒鐘後，藉由放開手指時之表面狀態確認有無產生黏性。
(2)未硬化物(未硬化薄膜)柔軟性 於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基材上塗佈包覆層形成材料(感光性清漆)後，進行加熱乾燥(130℃×5分鐘)，藉此製成厚度約50μm之未硬化薄膜(非晶質薄膜)。接著，將PET基材上之非晶質薄膜沿著曲率半徑8cm及4cm之各卷芯捲繞後，確認捲繞後之非晶質薄膜有無產生裂痕。
(3)硬化物(硬化薄膜)柔軟性 於PET基材上塗佈包覆層形成材料(感光性清漆)後，進行加熱乾燥(130℃×5分鐘)，藉此製成厚度約50μm之未硬化薄膜(非晶質薄膜)。接著，對於PET基材上之非晶質薄膜，以波長365nm照度為基準使用混線[使用超高壓水銀燈、無帶通濾波器]以8000mJ/cm2 經由厚度5mm之玻璃光罩(無圖案)進行曝光。然後，進行140℃×10分鐘之後加熱，藉此製成硬化薄膜。將製成之PET基材上之硬化薄膜沿著曲率半徑8cm之巻芯及曲率半徑4cm之卷芯分別捲繞於其外，將硬化薄膜捲繞成卷。藉由目視確認硬化薄膜有無產生裂痕。
由上述各測定項目之確認結果，基於下述基準評價R-to-R適用性。 ○：未產生黏性，且將未硬化薄膜及硬化薄膜分別捲繞於曲率半徑4cm之卷芯時未產生裂痕。 △：未產生黏性，且將未硬化薄膜及硬化薄膜分別捲繞於曲率半徑8cm之卷芯時未產生裂痕。進而，將硬化薄膜分別捲繞於曲率半徑4cm之卷芯，結果產生裂痕。 ×：將未硬化薄膜及硬化薄膜分別捲繞於曲率半徑8cm之卷芯，結果產生裂痕。或產生黏性。或者裂痕與黏性二者皆產生。
[折射率] 使用旋轉塗佈機於厚度0.8mm之矽晶圓上塗佈所獲得之包覆層形成材料(感光性清漆)後，進行130℃×10分鐘之加熱乾燥。接著，以365nm照度為基準使用混線[使用超高壓水銀燈、無帶通濾波器]以8000mJ/cm2 經由厚度5mm之玻璃光罩(無圖案)進行曝光。然後，進行140℃×10分鐘之後加熱，藉此製成折射率評價用樣品(厚度：10μm)。使用所製成之樣品，利用SAIRON TECHNOLOGY公司製稜鏡耦合器(SPA-4000型號)確認波長850nm下之折射率。其結果基於下述基準進行評價。
○：波長850nm下之折射率為1.560以下。 △：波長850nm下之折射率為超過1.560、1.565以下。 ×：波長850nm下之折射率為超過1.565。
[圖案化性] 以顯微鏡觀察於上述包覆層製作條件下所獲得之圖案形狀外觀。其結果基於下述基準進行評價。 ○：以矩形製成。 △：於圖案上部確認到圓弧，但功能上沒有問題。 × ：形狀異常，功能上產生問題。
[雷射加工性] 使用所製作之光波導，利用準分子雷射於一定的加工條件下(條件：能量密度：300 mJ/cm2 、頻率：50Hz)對包覆層表面進行處理，製作45°鏡面加工面。之後，使用藉由雷射加工製作有45°鏡面加工面而成之光波導，將自波長850nm下之VCSEL光源OP250(三喜公司製)振盪出之光以多模光纖[三喜公司製、FFP-G120-0500(直徑50μmMMF、NA=0.2)]聚光、入射上述成為樣品之光波導。然後，將自樣品出射之光以透鏡[清和光學製作所公司製、FH14-11(倍率20、NA=0.4)]聚光，利用光測定系統(ADVANTEST公司製、光多功率計Q8221)評價6通道。其結果基於下述基準進行評價。 ○：所製作之45°鏡面之光損為1.0dB以下。 △：所製作之45°鏡面之光損超過1.0dB、為1.5dB以下。 × ：所製作之45°鏡面之光損超過1.5dB。
[綜合評價] 以上述各評價結果為基礎，基於下述基準進行綜合性的評價。 ○：於所有評價項目中皆為○之評價。 △：評價項目中有一個△之評價項目。 × ：評價項目中有一個以上的×項目、或二個以上的△項目。
[表1]
Figure 02_image003
[表2]
Figure 02_image005
由上述結果，使用以特定比例含有作為樹脂成分之具有特定軟化點的固形雙酚A型環氧樹脂(a)、具有特定軟化點的固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)、及液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)之感光性環氧樹脂組成物而成的實施例，關於R-to-R適用性、折射率、圖案化性及雷射加工性皆獲得良好的結果。其中，以特定之調配比例使用固形雙酚A型環氧樹脂(JER1002(軟化點78℃)、三菱化學公司製)、固形多官能脂肪族環氧樹脂(EHPE3150(軟化點70~90℃)、DAICEL公司製)、含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(EXA-4816(液狀)、DIC公司製)而成之實施例4、5、6，於全部評價項目中皆獲得良好的結果，可謂特別優異。
相對於此，關於以特定之調配比例以外的比例含有作為樹脂成分之具有特定軟化點的固形雙酚A型環氧樹脂(a)、具有特定軟化點的固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)、及液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂(c)而成的比較例1~9、及使用軟化點128℃之固形雙酚A型環氧樹脂(a)的比較例10，於評價項目中具有至少一個×之項目，結果特性評價差。
於上述實施例中，顯示本發明之具體形態，但上述實施例只不過是單純的舉例，並非進行限定解釋。該技術領域者所明白之各種變化為本發明之範圍內。
產業上之可利用性 本發明之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物作為構成光波導之包覆層之形成材料為有用。又，使用上述光波導形成用感光性環氧樹脂組成物作為包覆層形成材料而製成之光波導，例如可用於光電傳送用混合撓性印刷電路板等。

Claims (6)

  1. 一種光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其特徵在於：含有環氧樹脂成分及光陽離子聚合起始劑，上述環氧樹脂組成物之樹脂成分僅由下述(a)~(c)構成，且(a)之含量為環氧樹脂成分中60~70重量%，(b)之含量為環氧樹脂成分中20~35重量%，(c)之含量為環氧樹脂成分中5~10重量%；(a)軟化點105℃以下之固形雙酚A型環氧樹脂；(b)軟化點105℃以下之固形多官能脂肪族環氧樹脂；(c)以下述通式(1)表示之液狀含長鏈二官能半脂肪族環氧樹脂：
    Figure 106102160-A0305-02-0037-1
     [式(1)中，R1及R2分別表示氫原子或甲基，R3~R6分別表示氫原子、甲基、氯原子、溴原子；X表示碳原子數2~15之伸烷基或乙烯氧基、二乙烯氧基、三乙烯氧基、丙烯氧基、丙烯氧基丙基、二丙烯氧基丙基、三丙烯氧基丙基；n為自然數，其平均為1.2~5]。
  2. 如請求項1之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其中上述固形雙酚A型環氧樹脂(a)之軟化點為 60~95℃、上述固形多官能脂肪族環氧樹脂(b)之軟化點為60~95℃。
  3. 如請求項1或2之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物，其係光波導中的包覆層形成材料，而該光波導具備基材、形成於該基材上之包覆層及以特定圖案形成於上述包覆層中用以傳播光訊號之芯層。
  4. 一種光波導形成用感光性薄膜，其由如請求項1至3中任一項之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物構成。
  5. 一種光波導，其特徵在於：具備基材、形成於該基材上之包覆層及以特定圖案形成於上述包覆層中用以傳播光訊號之芯層；上述包覆層係藉由如請求項1至3中任一項之光波導形成用感光性環氧樹脂組成物構成的硬化體來形成、或藉由如請求項4之光波導形成用感光性薄膜的硬化體來形成。
  6. 一種光電傳送用混合撓性印刷電路板，其特徵在於具備如請求項5之光波導。
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