WO2016133074A1 - ポリマー光導波路複合体 - Google Patents

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WO2016133074A1
WO2016133074A1 PCT/JP2016/054411 JP2016054411W WO2016133074A1 WO 2016133074 A1 WO2016133074 A1 WO 2016133074A1 JP 2016054411 W JP2016054411 W JP 2016054411W WO 2016133074 A1 WO2016133074 A1 WO 2016133074A1
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WO
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optical waveguide
polymer optical
adhesive
resin
adhesion layer
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PCT/JP2016/054411
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English (en)
French (fr)
Inventor
利久 岡田
悟史 岡田
武信 省太郎
聡子 野間
Original Assignee
旭硝子株式会社
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • the present invention relates to a polymer optical waveguide composite comprising a polymer optical waveguide and a film substrate.
  • the core diameter of the multimode optical fiber connected to the optical waveguide is relatively large at about 50 ⁇ m or 62.5 ⁇ m. Therefore, even if the center positions of the cores of the optical fiber and the optical waveguide are shifted by about 2 to 3 ⁇ m, a large connection loss does not occur.
  • the mode field diameter of a single mode optical fiber is 9 ⁇ m, which is much smaller than in the multimode case. Therefore, a large connection loss occurs only when the center positions of the cores of the optical fiber and the polymer optical waveguide are shifted by about 2 to 3 ⁇ m.
  • Polymer optical waveguides with good dimensional accuracy are precision such as photolithographic methods using reactive ion etching, replication methods using imprints, or direct exposure methods on inorganic substrates such as silicon wafers and glass wafers. It is necessary to create it by the machining process.
  • a polymer optical waveguide is formed on a silicon wafer by using a photolithography method.
  • the thermal expansion coefficient of inorganic materials is generally small and the thermal expansion coefficient of polymers is large, when a thick polymer optical waveguide is formed on an inorganic substrate, the warpage becomes too large due to the mismatch of the thermal expansion coefficient. . As a result, the thickness of the polymer optical waveguide that can be formed on the inorganic substrate is limited.
  • the amount of warpage varies depending on the inorganic base material used, the type of polymer or the production conditions, but when a polymer having a thickness of 80 ⁇ m or more is formed on the inorganic base material, the warpage of the inorganic base material becomes large. There are problems such as difficulty in defocusing and vacuum suction during exposure.
  • a polymer optical waveguide is mounted at a predetermined position using a machine utilizing vacuum adsorption.
  • the polymer optical waveguide is required to have a certain thickness. This thickness is preferably 100 ⁇ m or more, although it depends on the elastic modulus of the polymer optical waveguide and the opening diameter and pore diameter of the suction plate of the machine utilizing vacuum suction.
  • an object of the present invention is to provide a polymer optical waveguide having a high dimensional accuracy and capable of being handled by a machine utilizing vacuum suction in order to solve the above-mentioned problems of the prior art.
  • the present invention includes a polymer optical waveguide comprising a core and a clad disposed around the core, and a film substrate, the polymer optical waveguide, and the film base
  • the material is in contact with the adhesive layer made of a thermosetting or photocurable adhesive,
  • the glass transition temperature of the film substrate is 180 ° C.
  • the adhesive force between the polymer optical waveguide after curing of the adhesive forming the adhesive layer and the film substrate is 0.25 N / 10 mm or more
  • the adhesive strength (measured at a peeling angle of 90 ° and a peeling speed of 50 mm / min) after curing of the adhesive forming the adhesive layer is 1.1 N / 10 mm or less
  • the storage elastic modulus (measured at a frequency of 10 Hz by dynamic viscoelasticity measurement) of the adhesion layer is 4 MPa or more
  • the polymer optical waveguide composite (1) is characterized in that the total thickness of the polymer optical waveguide, the adhesion layer, and the film base is 100 ⁇ m or more.
  • the polymer optical waveguide composite of the present invention has good dimensional accuracy and can be handled by a machine.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one structural example of the polymer optical waveguide composite of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing one configuration example of the polymer optical waveguide in the present invention.
  • 3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views showing an example of a manufacturing procedure of the polymer optical waveguide according to the present invention in the order of steps.
  • FIG. 4 is a diagram showing the result of observing the side surface of the polymer optical waveguide of Example 4 after dicing using a microscope with a 20 ⁇ objective lens.
  • FIG. 5 is a diagram showing a result of observing the side surface of the polymer optical waveguide of Example 5 after dicing using a microscope with a 20 ⁇ objective lens.
  • FIG. 6 is a diagram showing a result of observing the side surface of the polymer optical waveguide of Example 9 after dicing using a microscope with a 20 ⁇ objective lens.
  • FIG. 1 is a view showing one structural example of the polymer optical waveguide composite of the present invention, and is a cross-sectional view perpendicular to the length direction of the core of the polymer optical waveguide composite.
  • a polymer optical waveguide 10 including a core 11 and a clad 12 disposed around the core 11, and a film substrate 20 are interposed via an adhesion layer 30. It touches.
  • the clad 12 is disposed around the entire core 11, but the polymer optical waveguide 10 in the present invention has a portion where the clad 12 is not disposed around the core 11. May be.
  • FIG. 2 is a perspective view showing one configuration example of the polymer optical waveguide in the present invention.
  • the clad 14 is not disposed on a part of the periphery of the core 11, and the core 11 is exposed to the outside.
  • polymer optical waveguides are often covered with a clad in all parts of the core, but when connecting the polymer optical waveguide to an optical fiber or other polymer optical waveguide, a part of the core is exposed to the outside. It may be exposed.
  • the portion where the core 11 is exposed to the outside is a portion used for connection with an optical fiber or another optical waveguide.
  • the polymer optical waveguide composite of the present invention has a glass substrate having a high glass transition temperature of 180 ° C. or higher, the polymer optical waveguide composite of the present invention is used as an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring. In some cases, it has sufficient heat resistance for the solder reflow process performed when forming the printed circuit wiring.
  • the thickness of the clad 12 is preferably in the range of 10 to 70 ⁇ m for each of the under clad and the over clad, and the total thickness of both is preferably 20 to 80 ⁇ m. It is a range.
  • the cross-sectional shape of the core 11 is rectangular, but is not limited thereto, and may be trapezoidal, circular, or elliptical, for example.
  • the corner may be rounded.
  • the number of cores arranged in the clad is not limited to this, and may be three or less, or may be five or more.
  • the refractive index of the core 11 is preferably higher than the refractive index of the cladding 12.
  • the shape and size of the core 11 are not particularly limited, and can be appropriately designed in consideration of the coupling efficiency with the light source or the light receiving element.
  • the coupling efficiency depends on the core diameter and the numerical aperture (NA).
  • the core diameter of the core 11 (when the cross-sectional shape of the core 11 is rectangular like the core 11 shown in FIG. 1, the width and height of the rectangle) is the coupling efficiency with the optical fiber or other optical waveguide. Considering it, about 1 to 10 ⁇ m is preferable.
  • the thickness of the cladding 12 is preferably designed so that the loss of light is reduced according to the numerical aperture (NA) value.
  • NA numerical aperture
  • the thickness of the clad 12 is reduced from the viewpoint of reducing the light propagation loss.
  • the thickness of each of the underclad and overclad is preferably in the range of 10 to 70 ⁇ m, and the total thickness of both is preferably in the range of 20 to 80 ⁇ m.
  • the constituent materials of the core and the clad of the polymer optical waveguide are not particularly limited as long as the required characteristics as the polymer optical waveguide are satisfied, but the following materials are preferably used.
  • a preferred example of the material constituting the core is a fluorine-containing polyarylene prepolymer (A) having a crosslinkable functional group [hereinafter sometimes referred to simply as a prepolymer (A).
  • the prepolymer (A) is cured to form the core.
  • the prepolymer (A) has a polyarylene structure in which a plurality of aromatic rings are bonded via a single bond or a linking group, a fluorine atom, and a crosslinkable functional group.
  • linking group in the polyarylene structure examples include an ether bond (—O—), a sulfide bond (—S—), a carbonyl group (—CO—), and a divalent group (—SO 2 ) obtained by removing a hydroxyl group from a sulfonic acid group. -) And the like.
  • fluorine-containing polyarylene ether prepolymer (A1) those having a structure in which aromatic rings are bonded with a linking group containing an ether bond (—O—) are referred to as fluorine-containing polyarylene ether prepolymer (A1).
  • the prepolymer (A) in the present specification is a concept including a fluorine-containing polyarylene ether prepolymer (A1).
  • linking group containing an ether bond examples include an ether bond (—O—) consisting only of an etheric oxygen atom, and an alkylene group containing an etheric oxygen atom in the carbon chain.
  • the crosslinkable functional group of the prepolymer (A) does not substantially react during the production of the prepolymer, reacts by applying external energy, and causes a high molecular weight by crosslinking or chain extension between prepolymer molecules. It is a group.
  • Examples of external energy include heat, light, and electron beam. These may be used in combination.
  • a reactive functional group that reacts preferably at a reaction temperature of 40 ° C. to 500 ° C. is preferable.
  • the reaction temperature is more preferably 60 ° C. to 300 ° C., further preferably 70 ° C. to 200 ° C., and particularly preferably 120 ° C. to 250 ° C. If the reaction temperature is too low, stability during storage of the prepolymer or the composition containing the prepolymer cannot be ensured, and if it is too high, thermal decomposition of the prepolymer itself will occur during the reaction. Preferably there is.
  • the ultraviolet ray is selectively irradiated only on a desired portion in the exposure step, only the exposed portion can be made to have a high molecular weight, and the unexposed portion can be dissolved in the developer and removed. If necessary, after the exposure and development, an external energy such as ultraviolet light or heat can be applied to further increase the molecular weight.
  • the prepolymer (A) Since the prepolymer (A) has an aromatic ring, it has good heat resistance.
  • the fluorine-containing polyarylene ether prepolymer (A1) has an etheric oxygen atom, so that the molecular structure is flexible and the cured product has good flexibility. This is preferable.
  • the prepolymer (A) has a fluorine atom. That is, since the prepolymer (A) has a C—F bond in which a hydrogen atom of a C—H bond is substituted with a fluorine atom, the proportion of the C—H bond is small. Since the C—H bond has absorption in the optical communication wavelength band (1250 to 1650 nm), the prepolymer (A) having few C—H bonds can suppress light absorption in the optical communication wavelength band.
  • the prepolymer (A) since the prepolymer (A) has a fluorine atom, it has low water absorption or hygroscopicity, excellent resistance to high temperature and high humidity, and high chemical stability. Therefore, the optical waveguide using the prepolymer (A) has small refractive index fluctuation due to changes in the external environment, particularly humidity change, and has stable characteristics, and has high transparency in the optical communication wavelength band.
  • the cured product of the prepolymer (A) has high transparency in the vicinity of a wavelength of 1310 nm, an optical waveguide having good compatibility with existing optical elements can be obtained. That is, in general, in an optical transmission device using a silica-based optical fiber, a wavelength of 1310 nm is often used, so that many optical elements such as a light receiving element suitable for this wavelength are manufactured, and the reliability is high. .
  • the content of the crosslinkable functional group in the prepolymer (A) is preferably 0.1 to 4 mmol, more preferably 0.2 to 3 mmol with respect to 1 g of the prepolymer.
  • a preferred example of the constituent material of the clad is a curability containing a compound (B) having a molecular weight of 140 to 5000, having a crosslinkable functional group and having no fluorine atom, and the above prepolymer (A). It is the composition (I), and the curable composition (I) is cured to form a cladding.
  • the prepolymer (A) used for the curable composition (I) may be the same as or different from the prepolymer (A) used for forming the core 11. The same is preferable from the viewpoint of adhesiveness, adhesion, crack suppression, or reduction in expansion coefficient difference. Moreover, 1 type or 2 types or more may be sufficient as the prepolymer (A) used for curable composition (I).
  • the above compound (B) is used for the purpose of adjusting the refractive index. At that time, by selecting a material that does not phase-separate with the compound (A), a clad that does not impair the optical and mechanical properties can be produced. In addition, a compound having no fluorine atom tends to be low in cost as compared with a fluorine-containing compound, and many compounds are commercially available as compared with a fluorine-containing compound.
  • the molecular weight of the compound (B) is 5000 or less, the viscosity of the compound (B) is kept low, and a uniform composition is easily obtained when mixed with the prepolymer (A). Also, good flatness can be easily obtained.
  • the molecular weight of the compound (B) is 140 or more, good heat resistance is obtained, and decomposition and volatilization due to heating hardly occur.
  • the molecular weight of the compound (B) is more preferably 250 to 3000, and particularly preferably 250 to 2500.
  • the refractive index of the cured product is preferably lower than the refractive index of the core 11.
  • the refractive index of the cured product of the curable composition (I) can be adjusted by the type of the compound (B) and the mixing ratio of the prepolymer (A) and the compound (B).
  • the refractive index of the cured product obtained by curing the compound (B) alone is lower than the refractive index of the cured product obtained by curing the prepolymer (A) alone.
  • the refractive index of the cured product of the curable composition (I) can be made lower than that of the cured product of the prepolymer (A).
  • the refractive index of the cured product was obtained by curing the prepolymer (A) alone.
  • the refractive index of the cladding 12 can be made lower than the refractive index of the core 11.
  • the curable composition (I) contains a relatively low molecular weight compound (B), it tends to be a uniform composition and the surface tends to be flat when cured. Further, since the compound (B) undergoes a crosslinking reaction, it contributes to good heat resistance.
  • the ratio of the prepolymer (A) to the total mass of the prepolymer (A) and the compound (B) contained in the curable composition (I) is preferably 1 to 97% by mass, more preferably 5 to 50% by mass.
  • the content is preferably 8 to 35% by mass.
  • the curable composition (I) can also be prepared by dissolving the prepolymer (A) and the compound (B) in a solvent. In this case, a known solvent can be used.
  • the curable composition (I) when the curable composition (I) is thermally cured, the curable composition (I) may contain a thermosetting accelerator. Known thermosetting accelerators can be used. When the curable composition (I) is photocured, the curable composition (I) may contain a photosensitizer.
  • (Manufacturing procedure of polymer optical waveguide) 3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views showing an example of a manufacturing procedure of the polymer optical waveguide according to the present invention in the order of steps.
  • a polymer optical waveguide is formed on an inorganic substrate using a photolithography process.
  • curable composition (I) is apply
  • the inorganic substrate 5 refers to a wafer made of an inorganic substance.
  • a wafer made of an inorganic material as a base material, exposure can be performed with high accuracy when a photolithography process is performed.
  • the material of the wafer include silicon, glass, and sapphire.
  • the core 11 is formed by processing the coating film 11a by a photolithography process. That is, the core 11 is formed by performing light irradiation (exposure) on the coating film 11a through a photomask and then developing. Then, you may post-bake as needed.
  • Coating solution (II) can be prepared by dissolving prepolymer (A) in a solvent.
  • the solvent is the same as that used for the curable composition (I).
  • the coating liquid (II) preferably contains a photosensitive agent.
  • the photosensitive agent is the same as that exemplified for the curable composition (I).
  • the coating liquid (II) can also contain the compound (B), but in this case, the refractive index of the cured product of the coating liquid (II), that is, the refractive index of the core 11 is curable composition (I). ) In the range of higher than the refractive index of the cured product, that is, the refractive index of the clad 12.
  • the refractive index difference between the core 11 and the clad 12 is preferably within a range where a preferable numerical aperture (NA) described later can be obtained.
  • the curable composition (I) is applied onto the underclad 12a and the core 11, and heating and / or light is applied in the same manner as the underclad 12a.
  • the overclad 12b By irradiation and curing to form the overclad 12b, a polymer optical waveguide in which the clad 12 is disposed around the core 11 is obtained. If necessary, irregularities may be formed in the overcladding layer by photolithography. Then, the inorganic base material 5 is peeled.
  • the core 11 is composed of a cured product of the prepolymer (A), the clad 12 (underclad 12a, overclad 12b), the prepolymer (A) and the compound (B).
  • cured material of the curable composition (I) containing favorable adhesiveness is obtained in the interface of the core 11 and the clad 12 (under clad 12a, overclad 12b).
  • the polymer optical waveguide obtained by the above procedure is subjected to heating, bending, temperature change, etc., it is difficult for peeling or cracking to occur at the interface between the core and the clad.
  • the cured product of the prepolymer (A) and the cured product of the curable composition (I) containing the prepolymer (A) are excellent in heat resistance, an optical waveguide excellent in heat resistance can be obtained.
  • a polymer optical waveguide is formed on an inorganic substrate using a photolithography process.
  • the method for forming a polymer optical waveguide is not limited to this, and the inorganic substrate is formed using another precision processing process. You may form on a material. Specific examples of other precision processing processes include a duplication method, a direct exposure method, and a photo bleaching method.
  • the reason why the polymer optical waveguide is formed on the inorganic base material is that a polymer optical waveguide with good dimensional accuracy can be obtained.
  • the polymer optical waveguide in the present invention is preferably a single mode optical waveguide.
  • the film substrate in the present invention can withstand a solder reflow process performed when forming a printed circuit wiring when the polymer optical waveguide composite of the present invention is used as an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring. It is required to have heat resistance.
  • the glass transition temperature of the film base material in the present invention is 180 ° C. or higher, preferably 230 ° C. or higher, more preferably 280 ° C. or higher.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 450 ° C. or lower.
  • the polymer optical waveguide composite of the present invention has a glass substrate having a high glass transition temperature of 180 ° C. or higher, the polymer optical waveguide composite of the present invention is used as an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring. In some cases, it has sufficient heat resistance for the solder reflow process performed when forming the printed circuit wiring.
  • Examples of the constituent material of the film base material whose glass transition temperature satisfies the above range include polyimide resin, polyamide resin, aramid resin, silicone resin, epoxy resin, polyethersulfone (PES) resin, alicyclic acrylic resin, and oil.
  • Examples thereof include at least one resin material selected from the group consisting of cyclic olefin resins.
  • the film substrate in the present invention preferably has a difference in thermal expansion coefficient at 5 to 100 ° C. of 50 ppm or less from the polymer optical waveguide. If the difference in thermal expansion coefficient between the polymer optical waveguide and the film substrate is within the above range, when the polymer optical waveguide composite of the present invention is placed in a high temperature environment, the polymer optical waveguide and the film substrate are There is no possibility of problems such as peeling.
  • the film substrate in the present invention preferably has a transmittance at a wavelength of 380 nm of 30% or more.
  • the transmittance at a wavelength of 380 nm is within the above range, when connecting an optical fiber or the like to the polymer optical waveguide composite of the present invention using a photocurable adhesive, ultraviolet rays are irradiated from the film substrate side. Thus, the adhesive can be cured.
  • the adhesion layer is made of a thermosetting or photocurable adhesive that satisfies the following conditions (1) to (3).
  • the adhesive there are a moisture curing type, an anaerobic curing type, a mixed curing type and the like depending on the curing method, but from the viewpoint of stability during storage and work, in the present invention, a thermosetting type or a photocurable type adhesive is used. Use.
  • the adhesive force between the polymer optical waveguide after curing of the adhesive forming the adhesion layer and the film substrate is 0.25 N / 10 mm or more.
  • the adhesive force is a value measured at a peeling angle of 90 ° and a peeling speed of 50 mm / min. The same applies to the adhesive strength after curing of the adhesive forming the adhesive layer and the adhesive strength of the adhesive forming the adhesive, which will be described later. A specific measurement procedure is shown in the Example mentioned later.
  • the adhesive force between the polymer optical waveguide after curing of the adhesive forming the adhesion layer and the film substrate satisfies the above range, the polymer optical waveguide and the film substrate are firmly bonded, for example, Even if a dicing process or a polishing process is performed, there is no possibility that both of them peel.
  • the adhesive force is preferably 2 N / 10 mm or more, more preferably 4 N / 10 mm or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 10 N / 10 mm or less.
  • the adhesive strength after curing of the adhesive forming the adhesion layer is 1.1 N / 10 mm or less. If the adhesive strength after curing of the adhesive forming the adhesive layer satisfies the above range, the adhesive layer after curing of the adhesive does not have adhesiveness, so that cutting that occurs during post-processing such as dicing or end surface polishing is performed. The piece sticks to the side surface of the polymer optical waveguide or the like, and becomes a foreign substance when the optical fiber and the polymer optical waveguide are connected, and does not cause a connection failure.
  • the adhesive strength is preferably 0.5 N / 10 mm or less, more preferably 0.1 N / 10 mm or less.
  • the lower limit is not particularly limited.
  • the storage elastic modulus of the adhesion layer is 4 MPa or more.
  • the storage elastic modulus is a value measured at a frequency of 10 Hz by dynamic viscoelasticity measurement. If the storage elastic modulus of the adhesion layer satisfies the above range, the adhesion layer does not extend when post-processing such as dicing or end surface polishing is performed on the polymer optical waveguide composite.
  • the cut piece generated by the extension of the adhesion layer sticks to the side surface of the polymer optical waveguide and becomes a foreign substance when the optical fiber and the polymer optical waveguide are connected, and does not cause a connection failure.
  • the storage elastic modulus is preferably 7 MPa or more, more preferably 100 MPa or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 250 MPa or less.
  • thermosetting or photocurable adhesive used for the adhesion layer is not particularly limited as long as the above conditions (1) to (3) are satisfied. What contains at least 1 resin selected from the group which consists of resin, an epoxy resin, and a silicone resin can be used.
  • the thermosetting or photocurable adhesive used for the adhesive layer is not a liquid adhesive but a sheet-like material in view of workability and film thickness uniformity. It is preferable to use an adhesive.
  • the sheet-like adhesive functions as a double-sided pressure-sensitive adhesive when the polymer optical waveguide and the film substrate are bonded together, and after the polymer optical waveguide and the film substrate are bonded together, It refers to an adhesive sheet that can be cured by heating.
  • the adhesion layer is made of an adhesive that satisfies the following conditions (4) and (5).
  • the adhesive force of the adhesive forming the adhesion layer is 0.25 N / 10 mm or more. If the adhesive force of the adhesive forming the adhesion layer satisfies the above range, the polymer optical waveguide and the film base material are firmly bonded to each other, so that there is no possibility that the two peel off.
  • the adhesive strength is preferably 2.5 N / 10 mm or more, more preferably 4 N / 10 mm or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 10 N / 10 mm or less. However, in the case of 1.1 N / 10 mm or more, there is no problem in terms of adhesion between the polymer optical waveguide and the film base material, but since the foreign material adheres due to the adhesive after dicing, the step of removing the foreign material Need to add.
  • the storage elastic modulus of the adhesion layer is 4 MPa or more. This condition is the same as the condition (3) in the first embodiment of the polymer optical waveguide composite of the present invention.
  • the pressure-sensitive adhesive used for the adhesion layer is not particularly limited as long as the above conditions (4) and (5) are satisfied.
  • acrylic resin, epoxy resin, and silicone What contains at least 1 resin selected from the group which consists of resin can be used.
  • the sheet-like pressure-sensitive adhesive refers to a pressure-sensitive adhesive sheet that functions as a double-sided pressure-sensitive adhesive when the polymer optical waveguide and the film base material are bonded together.
  • the thickness of the adhesion layer is preferably 10 to 50 ⁇ m, and more preferably 15 to 30 ⁇ m.
  • the adhesion layer is often a material that is inferior in heat resistance as compared with a film substrate or polymer optical waveguide, but if the thickness is within the above range, the ratio of the film substrate or polymer optical waveguide is relative. Therefore, deformation and the like can be suppressed even under a severe environment such as a reflow test. If it is larger than this range, the relative proportion of the adhesive layer increases, and adverse effects such as dimensional changes and warping occur during the reflow test. Further, when the thickness is thinner than the above range, it becomes difficult to prepare a sheet of adhesive or pressure-sensitive adhesive, and handling at the time of attaching to a polymer optical waveguide or a film substrate as an adhesion layer becomes difficult.
  • the total thickness of the polymer optical waveguide composite that is, the total thickness of the polymer optical waveguide, the adhesion layer, and the film substrate is the same as that of the first aspect and the second aspect of the polymer optical waveguide composite of the present invention. In any case, it is 100 ⁇ m or more, preferably 150 ⁇ m or more, and more preferably 200 ⁇ m or more. If the total thickness of the polymer optical waveguide composite satisfies the above range, handling by a machine utilizing vacuum adsorption is possible.
  • the storage elastic modulus of the adhesive layer is as high as 4 MPa or more. Therefore, when post-processing such as dicing or end surface polishing is performed on the polymer optical waveguide composite, the adhesive layer may be extended. Absent. Therefore, a cut piece generated by the extension of the adhesion layer sticks to the side surface of the polymer optical waveguide and becomes a foreign substance when the optical fiber and the polymer optical waveguide are connected, and does not cause a connection failure.
  • the polymer optical waveguide composite of the present invention has an adhesion layer made of a thermosetting or photocurable adhesive. Since this adhesion layer loses its adhesiveness after curing, the cut piece generated during the post-processing is stuck to the side surface of the polymer optical waveguide and becomes a foreign substance when connecting the optical fiber and the polymer optical waveguide, causing a connection failure. None become.
  • the difference in thermal expansion coefficient at 5 to 100 ° C. between the polymer optical waveguide and the film substrate is preferably 50 ppm or less, more preferably 45 ppm or less, and still more preferably. 40 ppm or less.
  • a minimum in particular is not restrict
  • the difference in coefficient of thermal expansion is 50 ppm or less, there is no possibility that problems such as warpage and separation of the two occur due to mismatch in thermal expansion between the polymer optical waveguide and the film substrate.
  • the polymer optical waveguide composite of the present invention when used as an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring, a solder reflow process performed at the time of forming the printed circuit wiring, an optoelectronic composite substrate, In the case of using as, the case where it becomes a high environmental temperature by the heat
  • the transmittance of the film substrate at a wavelength of 380 nm is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 95% or less.
  • the light propagating through the optoelectronic composite substrate can be directly passed through the polymer optical waveguide without going through the film base. Can be propagated to.
  • the optoelectronic composite substrate is an opaque material in the visible light region, UV light is applied from the film substrate side to fix the polymer optical waveguide composite to the optoelectronic composite substrate using a photocurable adhesive. Characteristics that can be irradiated are required.
  • the properties required for polymer optical waveguide materials are inherently optical properties such as transparency and refractive index, but in addition, mechanical strength is required to improve reliability in the assembly process and usage environment. Yes.
  • polymer optical waveguide materials that satisfy these physical characteristics and can be processed in shape by a photolithography method or the like generally tend to be expensive. There is a possibility that the manufacturing cost of the polymer optical waveguide can be reduced by using the polymer optical waveguide material only in the portion where the optical characteristics are required and using the inexpensive film base for the portion where the optical characteristics are not required.
  • a coating liquid used for forming the core and a curable composition used for forming the clad were prepared by the following procedure, and a polymer optical waveguide was produced using them.
  • a fluorine-containing polyarylene ether prepolymer (A1-1) was prepared as follows. That is, perfluorobiphenyl (650 g), 1,3,5-trihydroxybenzene (120 g), and potassium carbonate (570 g) in a solvent of N, N-dimethylacetamide (hereinafter referred to as DMAc) (6.2 kg). was reacted at 40 ° C. for 6 hours, and then 4-acetoxystyrene (200 g) was reacted in the presence of a 48 mass% potassium hydroxide aqueous solution (530 g) to synthesize a prepolymer.
  • DMAc N, N-dimethylacetamide
  • the resulting DMAc solution of the prepolymer was poured into an aqueous hydrochloric acid solution (3.5% by mass aqueous solution) for reprecipitation purification and vacuum dried to obtain 800 g of a powdery prepolymer (hereinafter referred to as A1-1). It was.
  • a coating solution used for core formation was prepared by the following procedure. 5.0 g of prepolymer A1-1 obtained by the above procedure, 0.3 g of IRGACURE OXE01 (product name, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) as a photosensitizer, and propylene glycol monomethyl ether acetate (hereinafter, PGMEA) as a solvent (Also referred to as 5.0) in a sample bottle, and the sample bottle was mixed at room temperature for 48 hours using a mix rotor to obtain a coating solution used for core formation.
  • PGMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • a curable composition (I-1) was prepared. That is, 80 parts by mass of prepolymer A1-1 and 20 parts by mass of APG-700 were placed in a sample bottle, and the sample bottle was mixed at room temperature for 48 hours using a mix rotor to obtain a curable composition ( I-1) was obtained.
  • a polymer optical waveguide was produced by the procedure shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c).
  • As the inorganic substrate 50 a silicon wafer was used.
  • the curable composition (I-1) obtained by the above procedure was applied on the inorganic base material 50 by spin coating, and heated at 190 ° C. for 2 hours to form an underclad having a thickness of 30 ⁇ m. 12a was formed.
  • the coating liquid obtained by the above procedure was applied thereon, and prebaked at 60 ° C. for 2 minutes to form a coating film 11a having a thickness of 4 ⁇ m.
  • the coating film 11a was exposed in a state where a portion other than the core 11 of the coating film 11a was shielded from light by a metal foil.
  • an ultrahigh pressure mercury lamp product name: UL-7000, manufactured by Quintel
  • the irradiation energy was 600 mJ / cm 2 .
  • the curable composition (I-1) obtained by the above procedure was applied onto the core 11 and the underclad 12a by a spin coating method, and heated at 190 ° C. for 2 hours to obtain a thickness of 20 ⁇ m.
  • the over clad 12b was formed, and the clad 12 having a thickness of 50 ⁇ m was formed.
  • the interface between the inorganic substrate 50 and the clad 12 (under clad 12a) was peeled off to obtain a film-like polymer optical waveguide.
  • the film-like polymer optical waveguide obtained by the above procedure is passed through a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet [PD-S1 (trade name) manufactured by Panac Co., Ltd.] and a film substrate (thickness: 100 ⁇ m) and a laminator (Co., Ltd.) Pasted using Fellow).
  • PD-S1 double-sided pressure-sensitive adhesive sheet
  • a film substrate thickness: 100 ⁇ m
  • a laminator Co., Ltd.
  • Heat resistance test Heat resistance was evaluated using a tabletop reflow tester. When used as an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring, assuming that lead-free solder is used in the solder reflow process performed when forming the printed circuit wiring, the melting point of the solder is low (low Both of them are preferably stable even at a temperature of about 220 ° C.
  • the sample separated in the above procedure was put into an oven, heated from room temperature to 250 ° C. over 4 minutes, held at 250 ° C. for 30 seconds, and then until the temperature naturally reached room temperature.
  • the substrate film was allowed to stand and the amount of warpage of the base film was observed.
  • the amount of warpage was less than 500 ⁇ m, it was rated as “ ⁇ ”, and when it was 500 ⁇ m mm or more, it was marked as “X”.
  • the film base material cut to 10 mm ⁇ was put into an oven, and the state of the film base material after being heated in the same procedure as described above was observed.
  • the film base material cut to 10 mm ⁇ was put into an oven, and the state of the film base material after being heated in the same procedure as described above was observed.
  • it was marked with ⁇ When no bubble generation or significant deformation of the film substrate was observed, it was marked with ⁇ , and when it was observed, it was marked with ⁇ .
  • the glass transition temperature, the thermal expansion coefficient at 5 to 100 ° C., and the transmittance at a wavelength of 380 nm were measured by the following procedure.
  • thermomechanical analyzer product name “TMA-60”, manufactured by Shimadzu Corporation
  • TMA-60 thermomechanical analyzer
  • the measurement was performed at a temperature of ⁇ 100 ° C.
  • the thermal expansion coefficient at 5 to 100 ° C. was measured for the polymer optical waveguide produced by the above procedure by the same procedure as described above, and it was 90 ppm.
  • Example 1 in which a polycarbonate film base material having a glass transition temperature of less than 180 ° C. was used, the heat resistance was insufficient, so the film base material contracted. A large warp occurred after the test. Since the transmittance at a wavelength of 380 nm is 30% or more, the ultraviolet curable adhesive can be cured by irradiating ultraviolet rays from the film substrate side.
  • Example 3 using a polyimide film substrate having a glass transition temperature of over 400 ° C. had sufficient heat resistance. However, since the difference in thermal expansion coefficient from the polymer optical waveguide was more than 50 ppm, the amount of warpage in heat resistance evaluation was large. Since the transmittance at a wavelength of 380 nm is less than 30%, the ultraviolet curable adhesive cannot be cured by irradiating ultraviolet rays from the film substrate side.
  • the film-like polymer optical waveguide obtained by the above procedure is bonded using a PET film (thickness 200 mm) and a laminator (manufactured by Fellow Co., Ltd.) via a double-sided PSA sheet or double-sided adhesive sheet shown in the table below. It was.
  • the elongation of the adhesion layer after dicing was evaluated according to the following criteria.
  • the adhesion of foreign matters after dicing was evaluated according to the following criteria. ⁇ : When the number of foreign matters adhered on the polymer optical waveguide during dicing using a microscope with a 50 ⁇ objective lens is less than 30 ⁇ : 50 ⁇ objective When the number of foreign objects attached to the polymer optical waveguide during dicing using a microscope with a lens is 30 or more
  • double-sided adhesive sheet and double-sided adhesive sheet used as an adhesion layer storage elastic modulus (double-sided adhesive sheet, double-sided adhesive sheet), adhesive strength (double-sided adhesive sheet), adhesive force after curing (double-sided adhesive sheet), after curing
  • the adhesive strength (double-sided adhesive sheet) was measured by the following procedure.
  • the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet was cut into a size of 10 mm in width and 100 mm in length and the release liner was peeled off. Thereafter, another release liner of the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet was peeled off, and then pressure-bonded onto the underclad 12a having a thickness of 30 ⁇ m formed on the inorganic base material 50 (silicon wafer) by the procedure described above.
  • the adhesive strength when one end of the double-sided PSA sheet was peeled off at a tensile speed of 50 mm / min and a peeling angle of 90 ° was measured with a precision universal testing machine Autograph manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the double-sided adhesive sheet was cut into a size having a width of 10 mm and a length of 100 mm, and the release liner was peeled off. Thereafter, another release liner of the adhesive sheet was peeled off, and then pressure-bonded onto the underclad 12a having a thickness of 30 ⁇ m formed on the inorganic substrate 50 (silicon wafer) by the above-described procedure.
  • the photo-curing type double-sided adhesive sheet was UV-cured by UV irradiation at room temperature for 2 minutes using a desktop UV curing device manufactured by Sen Special Light Source Co., Ltd.
  • the thermosetting double-sided adhesive sheet was heat-cured by heating at 150 ° C. for 1 hour and 170 ° C. for 2 hours using an oven replaced with a nitrogen atmosphere.
  • the release liner is peeled off, it is attached to a PET film and subjected to pressure stabilization, and then the wafer is subjected to the procedure described below by one of the following methods. It was hardened beforehand before making it crimp on the clad material formed on.
  • the photo-curing double-sided adhesive sheet was UV-cured by UV irradiation at room temperature for 2 minutes using a desktop UV curing device manufactured by Sen Special Light Source Co., Ltd.
  • the thermosetting double-sided adhesive sheet was heat-cured by heating at 150 ° C. for 1 hour and 170 ° C. for 2 hours using an oven replaced with a nitrogen atmosphere.
  • the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet After that, by the same method as the adhesive strength measurement of the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet described above, it is pressure-bonded to the clad material formed on the silicon wafer, and using a precision universal testing machine autograph manufactured by Shimadzu Corporation, The adhesive strength when one end of the double-sided adhesive sheet was peeled off at a tensile speed of 50 mm / min and a peeling angle of 90 ° was measured.
  • Examples 4 and 5 using a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet having an adhesive strength of 0.25 N / 10 mm or more show polymer light guides when the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet is used as an adhesion layer of a polymer optical waveguide composite. Since the waveguide and the film base material are firmly bonded to each other, there is no possibility that both are peeled off.
  • Example 4 using a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet having a storage elastic modulus of less than 4 MPa had a large elongation of the adhesion layer after dicing.
  • Example 5 in which a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet having a storage elastic modulus of 4 MPa or more was used the extension of the adhesion layer after dicing was small.
  • Example 4 and 5 are diagrams showing the results of observing the side surfaces of the polymer optical waveguides of Examples 4 and 5 after dicing using a microscope with a 20 ⁇ objective lens. It is clear from FIGS. 4 and 5 that Example 4 had a large elongation of the adhesion layer after dicing, whereas Example 5 had a small elongation of the adhesion layer after dicing.
  • Examples 4 and 5 using the double-sided pressure-sensitive adhesive sheet adhesion of foreign matter after dicing was observed.
  • Examples 6 to 12 using a double-sided adhesive sheet having an adhesive strength after curing of 0.25 N / 10 mm or more show that when the double-sided adhesive sheet is used as an adhesion layer of a polymer optical waveguide composite, Since the base material and the base material are firmly bonded, there is no possibility that both of them are peeled off.
  • FIG. 6 is a diagram showing a result of observing the side surface of the polymer optical waveguide of Example 9 after dicing using a microscope with a 20 ⁇ objective lens. It is clear from FIGS. 5 and 6 that Example 9 in which the evaluation of the adhesion layer after dicing was evaluated as ⁇ was smaller than that in Example 5 where the evaluation was ⁇ .
  • Polymer optical waveguide composite 10 Polymer optical waveguide 11: Core 11a: Coating film 12: Clad 12a: Underclad 12b: Overclad 20: Film substrate 30: Adhesion layer 50: Inorganic substrate 51: PET film 60: Elongation

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Abstract

 本発明は、寸法精度が良く、かつ、機械によるハンドリングが可能な、ポリマー光導波路を提供する。本発明は、コアと、前記コアの周囲に配されるクラッドと、を備えるポリマー光導波路、および、フィルム基材を有し、該ポリマー光導波路と、前記フィルム基材とが、熱硬化型または光硬化型の接着剤からなる密着層を介して接しており、前記フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上であり、前記密着層をなす接着剤の硬化後のポリマー光導波路と前記フィルム基材との接着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が0.25N/10mm以上であり、前記密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が1.1N/10mm以下であり、前記密着層の貯蔵弾性率(動的粘弾性率測定により周波数10Hzで測定)が4MPa以上であり、前記ポリマー光導波路、前記密着層、および、前記フィルム基材の合計厚さが100μm以上である、ことを特徴とするポリマー光導波路複合体に関する。

Description

ポリマー光導波路複合体
 本発明は、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、で構成されるポリマー光導波路複合体に関する。
 近年、特にシングルモード用ポリマー光導波路において寸法精度の良いポリマー光導波路が求められている。現在主流のマルチモードで光を伝送する場合、光導波路に接続するマルチモード用光ファイバのコア径が約50μmまたは62.5μmと比較的大きい。したがって、光ファイバと光導波路のそれぞれのコアの中心位置が2~3μm程度ずれても大きな接続損失が発生しない。
 一方、シングルモードで光を伝送する場合、シングルモード光ファイバのモードフィールド径が9μmとマルチモードの場合と比較してはるかに小さい。したがって、光ファイバとポリマー光導波路のそれぞれのコアの中心位置が2~3μm程度ずれただけで大きな接続損失が発生する。
 こうした背景から、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に、両者のコアに光を通過させて、接続損失が最も少なくなる接続位置を見つける調芯という作業が従来から行われてきている。
 しかし、この調芯作業により、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に非常に時間がかかりコスト高な工程となっていた。そこで、寸法精度の良いポリマー光導波路を作成することによって、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に、この調芯という工程を廃止することが検討されている。
 寸法精度の良いポリマー光導波路は、シリコンウエハやガラスウエハなどの無機基材の上で、反応性イオンエッチングなどを用いたフォトリソグラフィ法、インプリントなどを用いた複製法または直接露光法などの精密加工プロセスにより作成する必要がある。特許文献1では、フォトリソグラフィ法を用いて、シリコンウエハ上でポリマー光導波路を作成している。    
国際公開第2010/107005号公報
 しかし、一般的に無機材料の熱膨張率は小さく、ポリマーの熱膨張率は大きいため、無機基材上で厚膜のポリマー光導波路を作ろうとすると、熱膨張率のミスマッチにより反りが大きくなりすぎる。その結果、無機基材上で形成可能なポリマー光導波路の厚さには制限がある。
 また、使用する無機基材、ポリマーの種類または製造条件によって反りの発生量は異なるが、80μm以上の厚さのポリマーを無機基材上に形成すると該無機基材の反りが大きくなり、結果として露光時に焦点がずれたり、真空吸着したりすることが困難になる等の問題がある。
 一方、真空吸着を利用した機械を用いて定められた位置にポリマー光導波路を実装するが、この真空吸着を利用するためには、ポリマー光導波路にはある程度以上の厚みがあることが求められる。この厚みはポリマー光導波路の弾性率や真空吸着を利用した機械の吸着板の開口径や気孔径にもよるが、100μm以上であることが好ましい。
 したがって、本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、寸法精度が良く、かつ、真空吸着を利用した機械によるハンドリングが可能な、ポリマー光導波路の提供を目的とする。
 上記した目的を達成するため、本発明は、コアと、前記コアの周囲に配されるクラッドと、を備えるポリマー光導波路、および、フィルム基材を有し、前記ポリマー光導波路と、前記フィルム基材とが、熱硬化型または光硬化型の接着剤からなる密着層を介して接しており、
 前記フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上であり、
 前記密着層をなす接着剤の硬化後のポリマー光導波路とフィルム基材との接着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が0.25N/10mm以上であり、
 前記密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が1.1N/10mm以下であり、
 前記密着層の貯蔵弾性率(動的粘弾性率測定により周波数10Hzで測定)が4MPa以上であり、
 前記ポリマー光導波路、前記密着層、および、前記フィルム基材の合計厚さが100μm以上である、ことを特徴とするポリマー光導波路複合体(1)を提供する。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、寸法精度が良く、かつ、機械によるハンドリングが可能である。
図1は、本発明のポリマー光導波路複合体の一構成例を示した断面図である。 図2は、本発明におけるポリマー光導波路の一構成例を示した斜視図である。 図3(a)~図3(c)は、本発明におけるポリマー光導波路の製造手順の一例を工程順に示した断面図である。 図4は、ダイシング後の例4のポリマー光導波路の側面を、20倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いて観察した結果を示す図である。 図5は、ダイシング後の例5のポリマー光導波路の側面を、20倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いて観察した結果を示す図である。 図6は、ダイシング後の例9のポリマー光導波路の側面を、20倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いて観察した結果を示す図である。
 以下、図面を参照して本発明を説明する。
 図1は、本発明のポリマー光導波路複合体の一構成例を示した図であり、ポリマー光導波路複合体のコアの長さ方向に対して垂直な断面図である。図1に示すポリマー光導波路複合体1では、コア11と、該コア11の周囲に配されるクラッド12と、を備えるポリマー光導波路10と、フィルム基材20と、が密着層30を介して接している。
 図1に示すポリマー光導波路10では、コア11の全周囲にクラッド12が配されるが、本発明におけるポリマー光導波路10では、コア11の周囲にクラッド12が配されていない部分を有していてもよい。
 図2は、本発明におけるポリマー光導波路の一構成例を示した斜視図である。図2に示すポリマー光導波路では、コア11の周囲の一部にクラッド14が配されておらず、コア11が外部に露出した状態になっている。
 通常、ポリマー光導波路は、コアのすべての部分がクラッドに覆われている場合が多いが、ポリマー光導波路を光ファイバや他のポリマー光導波路と接続する際には、コアの一部を外部に露出させる場合もある。
 図2に示すポリマー光導波路において、コア11が外部に露出した部位は、光ファイバや他の光導波路との接続に用いる部位である。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上と高いため、本発明のポリマー光導波路複合体を、光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板として使用する場合に、印刷回路配線の形成時に実施されるハンダリフロー工程にとって十分な耐熱性を有する。
[ポリマー光導波路]
 図1に示すポリマー光導波路10において、クラッド12の厚さは、アンダークラッド、オーバークラッドのそれぞれの厚さが好ましくは10~70μmの範囲であり、両者の合計厚さが好ましくは20~80μmの範囲である。
 図1に示すポリマー光導波路10では、コア11の断面形状が矩形であるが、これに限られず、例えば、台形、円形または楕円形であってもよい。コア11の断面形状が多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。
 クラッド12中に4つのコア11が並列配置されているが、クラッド中に配置されるコアの数はこれに限らず、3つ以下であってもよく、5つ以上であってもよい。
 図1に示すポリマー光導波路10において、コア11の屈折率はクラッド12の屈折率よりも高いことが好ましい。コア11の形状および大きさは特に限定されず、光源または受光素子との結合効率等を考慮して適宜設計できる。結合効率はコア径と開口数(NA)に依存する。
 例えばコア11のコア径(図1に示すコア11のように、コア11の断面形状が矩形の場合は、該矩形の幅および高さ)は、光ファイバまたは他の光導波路との結合効率を考えると1~10μm程度が好ましい。
 クラッド12の厚さは、開口数(NA)の値に応じて、光の損失が小さくなるように設計されることが好ましい。図2に示すポリマー光導波路のように、コア11の一部が外部に露出した構成でも光の伝送は可能であるが、コア11の周囲には、より屈折率の低い材料で構成されるクラッド12が配されていることが好ましい。
 シングルモード用ポリマー光導波路の場合、コア11の中心から10μm程度の範囲内にあるクラッド部分にも伝搬する光が漏れ出ることから、光の伝搬損失を少なくするという観点から、クラッド12の厚さは、アンダークラッド、オーバークラッドのそれぞれの厚さが、好ましくは10~70μmの範囲であり、両者の合計厚さが好ましくは20~80μmの範囲であることが好ましい。
 ポリマー光導波路のコア、クラッドの構成材料は、ポリマー光導波路としての要求特性を満たす限り特に限定されないが、以下に示す材料を用いることが好ましい。
(コアの構成材料の好適例)
 コアの構成材料の好適例は、架橋性官能基を有する含フッ素ポリアリーレンプレポリマー(A)[以下、単にプレポリマー(A)ということもある。]であり、プレポリマー(A)を硬化させてコアを形成する。
 プレポリマー(A)は、複数の芳香族環が単結合または連結基を介して結合しているポリアリーレン構造を有するとともに、フッ素原子を有し、かつ架橋性官能基を有する。
 ポリアリーレン構造における連結基としては、例えば、エーテル結合(-O-)、スルフィド結合(-S-)、カルボニル基(-CO-)およびスルホン酸基から水酸基を除いた二価基(-SO-)等が挙げられる。
 プレポリマー(A)のうち、特に芳香族環どうしがエーテル結合(-O-)を含む連結基で結合されている構造を有するものを含フッ素ポリアリーレンエーテルプレポリマー(A1)という。本明細書におけるプレポリマー(A)は含フッ素ポリアリーレンエーテルプレポリマー(A1)を含む概念である。
 前記エーテル結合を含む連結基の具体例としては、エーテル性酸素原子のみからなるエーテル結合(-O-)、炭素鎖中にエーテル性酸素原子を含むアルキレン基等が挙げられる。
 プレポリマー(A)の架橋性官能基は、プレポリマー製造時には実質上反応を起こさず、外部エネルギーを与えることにより反応し、プレポリマー分子間の架橋又は鎖延長により高分子量化を引き起こす反応性官能基である。
 外部エネルギーとしては、例えば、熱、光および電子線等が挙げられる。これらを併用してもよい。
 外部エネルギーとして熱を用いる場合、好ましくは40℃~500℃の反応温度で反応する反応性官能基が好ましい。該反応温度は60℃~300℃がより好ましく、70℃~200℃がさらに好ましく、120℃~250℃が特に好ましい。反応温度が低すぎると、プレポリマー又は該プレポリマーを含む組成物の保存時における安定性が確保できず、高すぎると反応時にプレポリマー自体の熱分解が発生してしまうので、上記の範囲にあることが好ましい。
 また、外部エネルギーとして光(紫外線)を用いる場合は、プレポリマー(A)と感光剤を共存させた状態で露光することが好ましい。具体的にはプレポリマー(A)を含む塗布液(硬化性組成物)を調製し、これに感光剤を含有させることが好ましい。
 露光工程において所望の部分にのみ紫外線を選択的に照射すれば、露光部のみを高分子量化させ、未露光部分を現像液に溶解させて除去することができる。また必要に応じて、露光、現像の後にも、紫外線または熱等の外部エネルギーを与えてさらに高分子量化させることができる。
 プレポリマー(A)は、芳香族環を有するため、耐熱性が良好である。プレポリマー(A)のうちでも、特に、含フッ素ポリアリーレンエーテルプレポリマー(A1)は、エーテル性酸素原子を有するため、分子構造が柔軟性を有し、硬化物の可とう性が良好である点で好ましい。
 プレポリマー(A)はフッ素原子を有する。すなわちプレポリマー(A)はC-H結合の水素原子がフッ素原子に置換されたC-F結合を有するため、C-H結合の存在割合が少なくなっている。C-H結合は光通信波長帯域(1250~1650nm)において吸収を有するため、C-H結合が少ないプレポリマー(A)は、光通信波長帯域における光の吸収が抑えられる。
 またプレポリマー(A)はフッ素原子を有するため、吸水性または吸湿性が低く、高温高湿に対する耐性に優れるとともに、化学的にも安定性が高い。したがって、プレポリマー(A)を用いた光導波路は、外的環境の変化、特に湿度変化、による屈折率変動が小さく特性が安定しており、また光通信波長帯域における透明性が高い。
 また、プレポリマー(A)の硬化物は、波長1310nm付近における透明性が高いため、既存の光学素子との適合性が良い光導波路が得られる。すなわち、一般に石英系光ファイバを用いた光伝送装置においては、1310nmを使用波長とする場合が多いため、この使用波長に適合する受光素子等の光学素子が多く製造されており、信頼性も高い。
 プレポリマー(A)における架橋性官能基の含有量は、プレポリマー1gに対して架橋性官能基が0.1~4ミリモルが好ましく、0.2~3ミリモルがより好ましい。プレポリマー1gに対する架橋性官能基の含有量を0.1ミリモル以上とすることで硬化物の耐熱性及び耐溶剤性を高くでき、また4ミリモル以下とすることで、脆性を小さく抑え、比誘電率の上昇を抑制することができる。
(クラッドの構成材料の好適例)
 クラッドの構成材料の好適例は、分子量が140~5000であり、架橋性官能基を有し、フッ素原子を有していない化合物(B)と、上記のプレポリマー(A)とを含む硬化性組成物(I)であり、硬化性組成物(I)を硬化させてクラッドを形成する
 なお、硬化性組成物(I)に用いるプレポリマー(A)は、コア11の形成に用いるプレポリマー(A)と、同じであってもよく、異なっていてもよい。接着性、密着性、クラック抑制、または膨張率差の低減の点からは同じであることが好ましい。また、硬化性組成物(I)に用いるプレポリマー(A)は、1種でも2種以上でもよい。
 上記した化合物(B)は、屈折率を調整する目的で使用する。その際に、化合物(A)と相分離しない材料を選ぶことにより、光学的、機械的特性を損なわないクラッドを作成することができる。また、フッ素原子を有していない化合物は含フッ素化合物に比べて低コストになりやすい他、含フッ素化合物と比較して多くの化合物が市販されているため、選択の幅も広い。
 化合物(B)の分子量が5000以下であると、化合物(B)の粘度が低く抑えられ、プレポリマー(A)と混合したときに均一な組成物が得られやすい。また良好な平坦性が得られやすい。化合物(B)の分子量が140以上であると、良好な耐熱性が得られ、加熱による分解、揮発が生じ難い。化合物(B)の分子量は250~3000がより好ましく、250~2500が特に好ましい。
 また硬化性組成物(I)の硬化物は、クラッド12をなすため、該硬化物の屈折率は、コア11の屈折率よりも低いことが好ましい。硬化性組成物(I)の硬化物の屈折率は、化合物(B)の種類、およびプレポリマー(A)と化合物(B)の混合比率によって調整できる。
 上記に挙げた化合物(B)の例示の中で、化合物(B)単独で硬化させた硬化物の屈折率が、プレポリマー(A)を単独で硬化させた硬化物の屈折率より低いものは、これをプレポリマー(A)に配合することにより、硬化性組成物(I)の硬化物の屈折率をプレポリマー(A)の硬化物よりも低くすることができる。
 硬化物の屈折率がプレポリマー(A)を単独で硬化させた硬化物の屈折率より高い化合物(B)を用いる場合は、硬化物の屈折率がプレポリマー(A)を単独で硬化させた硬化物の屈折率より低い化合物(B)と組み合わせて使用することによって、クラッド12の屈折率を、コア11の屈折率よりも低くできる。
 硬化性組成物(I)は、比較的低分子量の化合物(B)を含むため、均一な組成物となりやすく、硬化させる際に表面が平坦になりやすい。また化合物(B)は架橋反応するため良好な耐熱性に寄与する。
 硬化性組成物(I)に含まれる、プレポリマー(A)と化合物(B)との合計質量に対する、プレポリマー(A)の割合は1~97質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましく、8~35質量%がさらに好ましい。
 プレポリマー(A)の含有割合が多いほど高耐熱性が得られやすく、化合物(B)の含有割合が多いほど硬化物表面の平坦性が良好となりやすい。硬化性組成物(I)は、プレポリマー(A)および化合物(B)を溶剤に溶解させて調製することもできる。この場合、溶剤は公知のものを使用できる。
 硬化性組成物(I)を熱硬化させる場合、硬化性組成物(I)に熱硬化促進剤を含有させてもよい。熱硬化促進剤は公知のものを使用できる。硬化性組成物(I)を光硬化させる場合、硬化性組成物(I)に感光剤を含有させてもよい。
(ポリマー光導波路の製造手順)
 図3(a)~図3(c)は、本発明におけるポリマー光導波路の製造手順の一例を工程順に示した断面図である。本例では、フォトリソグラフィプロセスを用いて、無機基材上にポリマー光導波路を形成する。
(1)アンダークラッドの形成
 まず図3(a)に示すように、無機基材50上に硬化性組成物(I)を塗布し、加熱および/または光照射を行って硬化させ、アンダークラッド12aを形成する。
 本明細書における無機基材5とは、無機物でできたウエハを指す。無機物でできたウエハを基材として用いることで、フォトリソグラフィプロセスの実施時に精度よく露光することができる。ウエハの材質としては、例えば、シリコン、ガラスおよびサファイア等が挙げられる。
(2)コアの形成
 次に図3(a)に示すように、アンダークラッド12a上に、プレポリマー(A)を含有する塗布液(II)を塗布し、必要に応じてプリベークを行って塗膜11aを形成する。
 続いて図3(b)に示すように、該塗膜11aをフォトリソグラフィプロセスで加工してコア11を形成する。すなわち、フォトマスクを介して塗膜11aに対して光照射(露光)を行った後、現像することによってコア11を形成する。この後、必要に応じてポストベークを行ってもよい。
 塗布液(II)は、プレポリマー(A)を溶剤に溶解させて調製できる。溶剤は硬化性組成物(I)に用いられるものと同様である。本例では、塗膜11aをフォトリソグラフィプロセスで加工するため、塗布液(II)には感光剤を含有させることが好ましい。感光剤は硬化性組成物(I)について例示したものと同様である。
 なお、塗布液(II)に化合物(B)を含有させることもできるが、その場合は、塗布液(II)の硬化物の屈折率、すなわちコア11の屈折率が、硬化性組成物(I)の硬化物の屈折率、すなわちクラッド12の屈折率よりも高くなる範囲で含有させることが必要である。コア11とクラッド12の屈折率差は、後述する好ましい開口数(NA)が得られる範囲が好ましい。
(3)オーバークラッドの形成
 次いで、図3(c)に示すように、アンダークラッド12aおよびコア11上に硬化性組成物(I)を塗布し、アンダークラッド12aと同様に、加熱および/または光照射を行って硬化させ、オーバークラッド12bを形成することにより、コア11の周囲にクラッド12が配されたポリマー光導波路が得られる。必要に応じてフォトリソグラフ法によりオーバークラッド層に凹凸を形成してもよい。その後、無機基材5を剥離する。
 上記の手順で得られるポリマー光導波路は、コア11をプレポリマー(A)の硬化物で構成し、クラッド12(アンダークラッド12a、オーバークラッド12b)を、プレポリマー(A)および化合物(B)を含む硬化性組成物(I)の硬化物で構成することにより、コア11、および、クラッド12(アンダークラッド12a、オーバークラッド12b)の界面において良好な密着性が得られる。
 したがって、上記の手順で得られるポリマー光導波路は、加熱、曲げ、温度変化等を受けても、コアとクラッドとの界面において剥離やクラック等が生じ難い。また、プレポリマー(A)の硬化物、およびプレポリマー(A)を含む硬化性組成物(I)の硬化物は耐熱性に優れるため、耐熱性に優れた光導波路が得られる。
 上記では、フォトリソグラフィプロセスを用いて、無機基材上にポリマー光導波路を形成する場合について記載したが、ポリマー光導波路の形成方法はこれに限定されず、他の精密加工プロセスを用いて無機基材上に形成してもよい。他の精密加工プロセスの具体例としては、複製法、直接露光法、フォトブリーチング法が挙げられる。
 なお、無機基材上にポリマー光導波路を形成するのは、寸法精度のよいポリマー光導波路が得られるからである。なお、本発明におけるポリマー光導波路は、シングルモード光導波路であることが好ましい。
[フィルム基材]
 本発明におけるフィルム基材は、本発明のポリマー光導波路複合体を、光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板として使用する場合に、印刷回路配線の形成時に実施されるハンダリフロー工程に耐えうる耐熱性を有することが求められる。
 このため、本発明におけるフィルム基材のガラス転移温度が180℃以上であり、好ましくは230℃以上であり、より好ましくは280℃以上である。上限は特に制限されないが、通常450℃以下である。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上と高いため、本発明のポリマー光導波路複合体を、光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板として使用する場合に、印刷回路配線の形成時に実施されるハンダリフロー工程にとって十分な耐熱性を有する。
 ガラス転移温度が前記範囲を満たすフィルム基材の構成材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、脂環式アクリル樹脂および脂環式オレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1の樹脂材料が挙げられる。
 本発明におけるフィルム基材は、ポリマー光導波路と、の5~100℃における熱膨張係数の差が50ppm以下であることが好ましい。ポリマー光導波路と、フィルム基材と、の熱膨張係数の差が前記範囲であれば、本発明のポリマー光導波路複合体を高温環境下に置いた場合に、ポリマー光導波路とフィルム基材とが剥離する等の問題が生じるおそれがない。
 本発明におけるフィルム基材は、波長380nmの透過率が30%以上であることが好ましい。波長380nmの透過率が前記範囲であれば、本発明のポリマー光導波路複合体に、光硬化型の接着剤を用いて、光ファイバ等を接続する際に、フィルム基材側から紫外線を照射して、該接着剤を硬化させることができる。
[密着層]
 本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様では、密着層が下記条件(1)~(3)を満たす熱硬化型または光硬化型の接着剤からなる。接着剤としては、その硬化方法により湿気硬化型、嫌気硬化型、混合硬化型などもあるが、保管時や作業中安定性の面から、本発明では熱硬化型または光硬化型の接着剤を用いる。
(1)密着層をなす接着剤の硬化後のポリマー光導波路とフィルム基材との接着力が0.25N/10mm以上である。
 前記の接着力は、剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定した値である。この点については、後述する、密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力、および、密着剤をなす粘着剤の粘着力についても同様である。具体的な測定手順は、後述する実施例に示す。
 密着層をなす接着剤の硬化後のポリマー光導波路とフィルム基材との接着力が上記範囲を満たしていれば、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、が強固に結合しているため、例えばダイシング加工や研磨加工等を行ったとしても両者が剥離するおそれがない。
 前記接着力は、好ましくは2N/10mm以上であり、より好ましくは4N/10mm以上である。上限は特に制限されないが、通常10N/10mm以下である。
(2)密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力が1.1N/10mm以下である。
 密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力が前記範囲を満たしていれば、接着剤の硬化後の密着層が粘着性を持たないため、ダイシングや端面研磨といった後加工を実施時に発生した切断片がポリマー光導波路の側面等に貼りついて、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に異物となり、接続不良の原因となることがない。
 前記粘着力は、好ましくは0.5N/10mm以下であり、より好ましくは0.1N/10mm以下である。下限は特に制限されない。
(3)密着層の貯蔵弾性率が4MPa以上である。
 前記の貯蔵弾性率は、動的粘弾性率測定により周波数10Hzで測定した値である。密着層の貯蔵弾性率が前記範囲を満たしていれば、ポリマー光導波路複合体に対して、ダイシングや端面研磨といった後加工を実施した際、密着層が伸びることがない。
 そのため、密着層が伸びることによって発生した切断片がポリマー光導波路の側面等に貼りついて、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に異物となり、接続不良の原因となることがない。
 前記貯蔵弾性率は、好ましくは7MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上である。上限は特に制限されないが、通常250MPa以下である。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様において、密着層に用いる熱硬化型または光硬化型の接着剤は、上記条件(1)~(3)を満たす限り特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、および、シリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を含むものを用いることができる。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様において、密着層に用いる熱硬化型または光硬化型の接着剤は、作業性や膜厚の均一性を考えると、液状の接着剤ではなくシート状の接着剤を用いることが好ましい。このシート状の接着剤とは、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、を貼り合わせる際は両面粘着剤として機能し、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、を貼り合わせた後に、紫外線照射や加熱により硬化できるタイプの接着シートのことを指す。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第二態様では、密着層が下記条件(4)および(5)を満たす粘着剤からなる。
 (4)密着層をなす粘着剤の粘着力が0.25N/10mm以上である。
 密着層をなす粘着剤の粘着力が前記範囲を満たしていれば、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、が強固に結合するため、両者が剥離するおそれがない。
 前記粘着力は、好ましくは2.5N/10mm以上であり、より好ましくは4N/10mm以上である。上限は特に制限されないが、通常10N/10mm以下である。ただし、1.1N/10mm以上である場合、ポリマー光導波路とフィルム基材の接着の面では問題はないが、ダイシング後に粘着剤が原因となり異物が付着してしまうため、異物を除去する工程を追加する必要がある。
(5)密着層の貯蔵弾性率が4MPa以上である。
 本条件については、本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様における条件(3)と同様である。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第二態様において、密着層に用いる粘着剤は、上記条件(4)および(5)を満たす限り特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、および、シリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を含むものを用いることができる。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第二態様において、密着層に用いる粘着剤は、作業性や膜厚の均一性を考えると、液状の粘着剤ではなくシート状の粘着剤を用いることが好ましい。このシート状の粘着剤とは、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、を貼り合わせる際は両面粘着剤として機能するタイプの粘着シートのことを指す。
 本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様、第二態様のいずれの場合においても、密着層の厚さが10~50μmであることが好ましく、15~30μmであることがより好ましい。密着層は、フィルム基材やポリマー光導波路と比較して材料的に耐熱性が劣る材料であることが多いが、厚さが前記範囲内であればフィルム基材やポリマー光導波路の割合が相対的に多いため、リフロー試験等の過酷な環境下でも変形等を抑制することができる。この範囲より大きいと、接着層の相対的な割合が増え、リフロー試験時に寸法変化や反りなどの悪影響が出る。また、上記範囲よりも厚みが薄い場合、接着剤や粘着剤のシート自体を作成することが困難になる他、密着層としてポリマー光導波路やフィルム基材と貼りつける際のハンドリングが困難になる。
 なお、ポリマー光導波路複合体の全体の厚さ、すなわち、ポリマー光導波路、密着層、および、フィルム基材の合計厚さは、本発明のポリマー光導波路複合体の第一態様、第二態様のいずれの場合においても100μm以上であり、好ましくは150μm以上であり、より好ましくは200μm以上である。ポリマー光導波路複合体の全体の厚さが前記範囲を満たしていれば、真空吸着を利用した機械によるハンドリングが可能である。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、密着層の貯蔵弾性率が4MPa以上と高いため、ポリマー光導波路複合体に対して、ダイシングや端面研磨といった後加工を実施した際、密着層が伸びることがない。そのため、密着層が伸びることによって発生した切断片がポリマー光導波路の側面等に貼りついて、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に異物となり、接続不良の原因となることがない。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、熱硬化型または光硬化型の接着剤からなる密着層を有する。この密着層は硬化後に粘着性がなくなるため、上記の後加工時に発生した切断片がポリマー光導波路の側面等に貼りついて、光ファイバとポリマー光導波路との接続時に異物となり、接続不良の原因となることがない。
 本発明のポリマー光導波路複合体において、ポリマー光導波路とフィルム基材と、の5~100℃における熱膨張係数の差が50ppm以下であることが好ましく、より好ましくは45ppm以下であり、さらに好ましくは40ppm以下である。また、下限は特に制限されないが、通常10ppm以上である。前記熱膨張係数の差が50ppm以下であることにより、ポリマー光導波路とフィルム基材との間の熱膨張の不一致により、反りが発生して両者が剥離する等の問題が生じるおそれがない。
 具体例としては、本発明のポリマー光導波路複合体を、光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板として使用する場合に、印刷回路配線の形成時に実施されるハンダリフロー工程や、光電子複合基板として使用する際に、近くに実装されたICチップなどから発せられる熱が原因となって高い環境温度になる場合等が挙げられる。
 本発明のポリマー光導波路複合体は、フィルム基材の波長380nmの透過率が30%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは70%以上である。また、上限は特に制限されないが、通常95%以下である。
 前記透過率が前記範囲であることにより、本発明のポリマー光導波路複合体に、光硬化型の接着剤を用いて、光ファイバ等を接続する際に、フィルム基材側から紫外線を照射して、該接着剤を硬化させることができる。これは、ポリマー光導波路複合体を光電子複合基板に実装する際にポリマー光導波路複合体の上面(すなわちフィルム基材と反対側)を基板側に向けて実装することが可能になるため、好ましい特性である。
 ポリマー光導波路複合体の上面(すなわちフィルム基材と反対側)を基板側に向けて実装することにより、光電子複合基板内を伝搬してきた光を、フィルム基材を介することなく直接ポリマー光導波路内に伝搬することができる。但し、この場合、光電子複合基板は可視光領域では不透明な材料であるため、光硬化型の接着剤を用いてポリマー光導波路複合体を光電子複合基板と固定するにはフィルム基材側から紫外線を照射できる特性が求められる。
 また、ポリマー光導波路の材料に求められる特性は、本来、透明性や屈折率といった光学特性であるが、それに加えて組み立て工程や使用環境での信頼性向上のために機械的強度が求められている。
 これらの要求特性を1つの材料で実現できればよいが、その場合、材料の選択肢が限られてしまう。そこで、これらの機能が1つの材料で実現できない場合でも、フィルム基材に機械的強度を持たせることで、ポリマー光導波路の材料の選択肢を広げることができる。
 また、これらの物理特性を満たし、かつ、フォトリソグラフィ法などで形状を加工できるポリマー光導波路材料は概して高価になりやすい。光学的特性が求められる部分のみポリマー光導波路材料を使用し、光学的特性が要求されない部分については、安価なフィルム基材を用いることで、ポリマー光導波路の製造コストを低減できる可能性がある。
 以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
〔ポリマー光導波路の作製〕
 以下に示す手順でコアの形成に用いる塗布液、および、クラッドの形成に用いる硬化性組成物を調製し、これらを用いてポリマー光導波路を作製した。
(プレポリマーの調製)
 含フッ素ポリアリーレンエーテルプレポリマー(A1-1)を、以下のように調製した。すなわち、N,N-ジメチルアセトアミド(以下、DMAcという)(6.2kg)溶媒中で、ペルフルオロビフェニル(650g)と、1,3,5-トリヒドロキシベンゼン(120g)と、を炭酸カリウム(570g)の存在下に、40℃にて6時間反応させた後、続けて4-アセトキシスチレン(200g)を48質量%水酸化カリウム水溶液(530g)の存在下に反応させてプレポリマーを合成した。
 得られたプレポリマーのDMAc溶液を塩酸水溶液(3.5質量%水溶液)に投入することで再沈精製し、真空乾燥して粉末状のプレポリマー(以下、A1-1という。)を800g得た。
(コアの形成に用いる塗布液の調製)
 以下の手順でコアの形成に用いる塗布液を調製した。上記の手順で得られたプレポリマーA1-1の5.0g、感光剤としてIRGACURE OXE01(製品名、チバスペシャリティーケミカルズ社製)の0.3g、および溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAともいう)の5.0gをサンプル瓶に入れて、ミックスローターを用いてサンプル瓶を室温で48時間混合して、コアの形成に用いる塗布液を得た。
(クラッドの形成に用いる硬化性組成物の調製)
 化合物(B)としてポリプロピレングリコールジメタクリレート(新中村化学工業社製、製品名:APG-700、分子量:808、以下APG-700という。)を用い、プレポリマーA1-1の割合が80質量%である硬化性組成物(I-1)を調製した。
 すなわち、プレポリマーA1-1の80質量部と、APG-700の20質量部と、をサンプル瓶に入れて、ミックスローターを用いてサンプル瓶を室温で48時間混合して、硬化性組成物(I-1)を得た。
(ポリマー光導波路の作製)
 図3(a)~図3(c)に示す手順でポリマー光導波路を作製した。無機基材50としてはシリコン製のウエハを用いた。まず、無機基材50上に、上記の手順で得た硬化性組成物(I-1)をスピンコートにより塗布し、190℃にて2時間の加熱を行って、厚さが30μmのアンダークラッド12aを形成した。
 次いで、その上に上記手順で得た塗布液を塗布し、60℃にて2分間のプリベークを行って厚さ4μmの塗膜11aを形成した。該塗膜11aのコア11となる部分以外を金属箔で遮光した状態で、該塗膜11aに対して露光を行った。露光には、超高圧水銀灯(製品名:UL-7000、Quintel社製)を用い、照射エネルギーは600mJ/cmとした。
 その後、現像液として、PGMEAと乳酸エチルの混合液を用いて現像を行い、塗膜11aの未露光部分を除去した後、乾燥させた。さらに190℃にて2時間のポストベークを行って、幅が5μm、高さが3μmのコア11を形成した。
 続いて、コア11およびアンダークラッド12a上に、上記手順で得た硬化性組成物(I-1)をスピンコート法により塗布し、190℃にて2時間の加熱を行って、厚さが20μmのオーバークラッド12bを形成して、厚さが50μmのクラッド12を形成した。無機基材50とクラッド12(アンダークラッド12a)との界面を剥離させてフィルム状のポリマー光導波路を得た。
(フィルム基材の評価)
 上記の手順で得たフィルム状のポリマー光導波路を両面粘着シート[パナック株式会社製PD-S1(商品名)]を介して、下記表に示すフィルム基材(厚さ100μm)とラミネーター(株式会社フェロー製)を用いて貼り合わせた。
 その後、ダイシングテープ[電気化学工業株式会社製エリグリップテープUDT1325D-23B(商品名)]に貼りつけた後に、ダイシングマシーン[株式会社ディスコ製DAD321(商品名)]を使って個片化を行い、以下の耐熱性試験を実施した。
[耐熱性試験]
 卓上リフロー試験機を用いて、耐熱性の評価を行った。光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板として使用する場合に、印刷回路配線の形成時に実施されるハンダリフロー工程において、鉛フリーハンダが使用されることを想定すると、ハンダの融点程度(低くとも220℃程度)の温度下でも安定であることが好ましい。
 本試験では、上記の手順で個片化したサンプルをオーブンに投入して室温から4分間かけて250℃まで昇温し、250℃にて30秒保持した後、自然に温度が室温になるまで放置し、基材フィルムの反り量を観察した。反り量が500μm未満の場合は○とし、500μmmm以上の場合は×とした。
 また、フィルム基材を10mm□にカットしたものをオーブンに投入して、上記と同様の手順で加熱した後のフィルム基材の状態を観察した。気泡の発生やフィルム基材の著しい変形等が観察されなかった場合は○とし、観察された場合は×とした。
 フィルム基材については、以下の手順でガラス転移温度、5~100℃における熱膨張率、および、波長380nmの透過率を測定した。
[フィルム基材のガラス転移温度測定]
 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の示差走査熱量計装置(DSC6200)を用い、昇温速度10℃/minの条件でDSC測定を行い、フィルム基材のガラス転移温度を求めた。
[フィルム基材の熱膨張係数測定]
 フィルム基材の5~100℃における熱膨張係数は、熱機械分析装置(製品名「TMA-60」、島津製作所株式会社製)を用いて、昇温速度5℃/分、測定温度範囲5℃~100℃の条件で測定を行った。
 なお、上記の手順で作製したポリマー光導波路について、上記と同様の手順で5~100℃における熱膨張係数を測定したところ、90ppmであった。
[フィルム基材の波長380nmの透過率測定]
 株式会社パーキンエルマージャパン製紫外可視近赤外分光光度計LAMBDA950(商品名)を用いて、フィルム基材の波長380nmの透過率を測定した。
 結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、ガラス転移温度が180℃未満のポリカーボネート製のフィルム基材を使用した例1は、耐熱性が不十分であったためフィルム基材の収縮が起こり、それが原因で耐熱性試験後に大きな反りが発生した。波長380nmの透過率は30%以上であるため、フィルム基材側から紫外線を照射して、紫外線硬化型接着剤を硬化させることができる。
 ガラス転移温度が180℃以上の透明ポリイミド製のフィルム基材を使用した例2は、耐熱性が十分であった。また、ポリマー光導波路との熱膨張係数の差が50ppm以下であるため、耐熱性評価での反り量が小さかった。波長380nmの透過率は30%以上であるため、フィルム基材側から紫外線を照射して、紫外線硬化型接着剤を硬化させることができる。
 ガラス転移温度が400℃超のポリイミド製のフィルム基材を使用した例3は、耐熱性が十分であった。但し、ポリマー光導波路との熱膨張係数の差が50ppm超であるため、耐熱性評価での反り量が大きかった。波長380nmの透過率は30%未満であるため、フィルム基材側から紫外線を照射して、紫外線硬化型接着剤を硬化させることはできない。
(密着層の評価)
 上記の手順で得たフィルム状のポリマー光導波路を下記表に示す両面粘着シート、または、両面接着シートを介して、PETフィルム(厚さ200mm)とラミネーター(株式会社フェロー製)を用いて貼り合わせた。
 その後、ダイシングテープ[電気化学工業株式会社製エリグリップテープUDT1325D-23B(商品名)]に貼りつけた後に、ダイシングマシーン[株式会社ディスコ製DAD321(商品名)]を使って個片化を行い、ダイシング後の密着層の伸びを以下の基準で評価した。
◎:ポリマー光導波路と密着層の界面から密着層が伸びた量が2μm未満
○:ポリマー光導波路と密着層の界面から密着層が伸びた量が2μm以上5μm未満
×:ポリマー光導波路と密着層の界面から密着層が伸びた量が5μm以上
 また、ダイシング後の異物の付着を以下の基準で評価した。
○:50倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いてダイシングの際にポリマー光導波路上に付着した異物の数を観察した際に、異物の数が30個未満である場合
×:50倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いてダイシングの際にポリマー光導波路上に付着した異物の数を観察した際に、異物の数が30個以上である場合
 また、密着層として使用する両面粘着シート、両面接着シートについて、貯蔵弾性率(両面粘着シート、両面接着シート)、粘着力(両面粘着シート)、硬化後の接着力(両面接着シート)、硬化後の粘着力(両面接着シート)を以下の手順で測定した。
[貯蔵弾性率測定]
 粘弾性測定装置ダイナミックアナライザー[レオメトリックス社製RDAII(商品名)]を用いて、周波数10Hzで測定した。
[両面粘着シートの粘着力測定]
 両面粘着シートを幅10mm、長さ100mmのサイズにカットし、剥離ライナーを剥離した後、PETフィルムに貼り替えて圧着安定化を行った。その後に、両面粘着シートのもう1つの剥離ライナーを剥離した後、上述した手順で無機基材50(シリコン製ウエハ)上に形成した厚さ30μmのアンダークラッド12aの上に圧着した。
 その後、株式会社島津製作所製精密万能試験機オートグラフにて、両面粘着シートの片方の端部を、引張速度50mm/min、剥離角度が90°で剥離した時の粘着力を測定した。
[両面接着シートの硬化後の接着力測定]
 両面接着シートを幅10mm、長さ100mmのサイズにカットし、剥離ライナーを剥離した後、PETフィルムに貼り替えて圧着安定化を行った。その後に、接着シートのもう1つの剥離ライナーを剥離した後、上述した手順で無機基材50(シリコン製ウエハ)上に形成した厚さ30μmのアンダークラッド12aの上に圧着した。
 その後、光硬化型の両面接着シートについては、セン特殊光源株式会社製の卓上型UV硬化装置を用い、室温で2分間、UV照射を行いUV硬化させた。熱硬化型の両面接着シートについては、窒素雰囲気に置換したオーブンを用いて、150℃で1時間、170℃で2時間加熱して熱硬化させた。
 上記のようにして用意した剥離試験用サンプルを島津製作所製精密万能試験機オートグラフを用いて、両面接着シートの片方の端部を、引張速度50mm/min、剥離角度が90°で剥離した時の接着力を測定した。
[両面接着シートの硬化後の粘着力測定]
 両面接着シートを幅10mm、長さ100mmのサイズにカットし、剥離ライナーを剥離した後、PETフィルムに貼り替えて圧着安定化を行った後、下記のいずれかの方法により、後述する手順でウエハ上に形成したクラッド材に圧着させる前に予め硬化させた。
 光硬化型の両面接着シートについては、セン特殊光源株式会社製の卓上型UV硬化装置を用い、室温で2分間、UV照射を行いUV硬化させた。熱硬化型の両面接着シートについては、窒素雰囲気に置換したオーブンを用いて、150℃で1時間、170℃で2時間加熱して熱硬化させた。
 その後、上述した両面粘着シートの粘着力測定と同様の方法で、シリコンウエハ上に形成したクラッド材に圧着させ、島津製作所製精密万能試験機オートグラフを用いて、
両面接着シートの片方の端部を、引張速度50mm/min、剥離角度が90°で剥離した時の粘着力を測定した。
 結果を表2および表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2に示すように、粘着力が0.25N/10mm以上の両面粘着シートを使用した例4、5は、該両面粘着シートをポリマー光導波路複合体の密着層として使用した場合に、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、が強固に結合しているため、両者が剥離するおそれがない。
 貯蔵弾性率が4MPa未満の両面粘着シートを使用した例4は、ダイシング後の密着層の伸びが大きかった。粘着剤の貯蔵弾性率が4MPa以上の両面粘着シートを使用した例5は、ダイシング後の密着層の伸びが小さかった。
 図4、5は、ダイシング後の例4、5のポリマー光導波路の側面を、20倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いて観察した結果を示す図である。例4はダイシング後の密着層の伸びが大きかったのに対して、例5はダイシング後の密着層の伸びが小さかったことは、図4、5から明らかである。
 また、両面粘着シートを使用した例4、5はダイシング後の異物の付着が観察された。
 硬化後の接着力が0.25N/10mm以上の両面接着シートを使用した例6~12は、該両面接着シートをポリマー光導波路複合体の密着層として使用した場合に、ポリマー光導波路と、フィルム基材と、が強固に結合しているため、両者が剥離するおそれがない。
 表3に示すように、硬化後の密着力が1.1N/10mm以下の両面接着シートを使用した例6~12は、ダイシング後の異物の付着が観察されなかった。粘着剤の貯蔵弾性率が4MPa以上の両面接着シートを使用した例6~12は、ダイシング後の粘着層の伸びが小さかった。
 図6は、ダイシング後の例9のポリマー光導波路の側面を、20倍の対物レンズがついた顕微鏡を用いて観察した結果を示す図である。ダイシング後の密着層の伸びの評価が◎の例9は、同評価が○の例5よりも、ダイシング後の密着層の伸びがさらに小さかったことは、図5および図6から明らかである。
 なお、図示しないが、ダイシング後の密着層の伸びの評価が◎の例8、11、12は、ダイシング後の密着層の伸びが図6と同様であった。一方、ダイシング後の密着層の伸びの評価が○の例7、10は、ダイシング後の密着層の伸びが図5と同様であった。
 本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお、本出願は、2015年2月20日付けで出願された日本特許出願(特願2015-031764)に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。
1:ポリマー光導波路複合体
10:ポリマー光導波路
11:コア
11a:塗膜
12:クラッド
12a:アンダークラッド
12b:オーバークラッド
20:フィルム基材
30:密着層
50:無機基材
51:PETフィルム
60:伸び

Claims (9)

  1.  コアと、前記コアの周囲に配されるクラッドと、を備えるポリマー光導波路、および、フィルム基材を有し、前記ポリマー光導波路と、前記フィルム基材とが、熱硬化型または光硬化型の接着剤からなる密着層を介して接しており、
     前記フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上であり、
     前記密着層をなす接着剤の硬化後のポリマー光導波路と前記フィルム基材との接着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が0.25N/10mm以上であり、
     前記密着層をなす接着剤の硬化後の粘着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が1.1N/10mm以下であり、
     前記密着層の貯蔵弾性率(動的粘弾性率測定により周波数10Hzで測定)が4MPa以上であり、
     前記ポリマー光導波路、前記密着層、および、前記フィルム基材の合計厚さが100μm以上である、ことを特徴とするポリマー光導波路複合体。
  2.  コアと、前記コアの周囲に配されるクラッドと、を備えるポリマー光導波路、および、フィルム基材を有し、前記ポリマー光導波路と、前記フィルム基材とが、粘着剤からなる密着層を介して接しており、
     前記フィルム基材のガラス転移温度が180℃以上であり、
     前記密着層をなす粘着剤の粘着力(剥離角度90°、剥離速度50mm/minで測定)が0.25N/10mm以上であり、
     前記密着層の貯蔵弾性率(動的粘弾性率測定により周波数10Hzで測定)が4MPa以上であり、
     前記ポリマー光導波路、前記密着層、および、前記フィルム基材の合計厚さが100μm以上である、ことを特徴とするポリマー光導波路複合体。
  3.  前記密着層をなす熱硬化型または光硬化型の接着剤の構成材料が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、および、シリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を含む、請求項1に記載のポリマー光導波路複合体。
  4.  前記密着層をなす粘着剤の構成材料が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、および、シリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を含む、請求項2に記載のポリマー光導波路複合体。
  5.  前記ポリマー光導波路と前記フィルム基材と、の5~100℃における熱膨張係数の差が50ppm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載のポリマー光導波路複合体。
  6.  前記フィルム基材の波長380nmの透過率が30%以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載のポリマー光導波路複合体。
  7.  前記密着層の厚さが、10~50μmである、請求項1~6のいずれか1項に記載のポリマー光導波路複合体。
  8.  前記フィルム基材の構成材料が、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、ポリプロピレン樹脂、脂環式アクリル樹脂、および、脂環式オレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1の樹脂材料である、請求項1~7のいずれか1項に記載のポリマー光導波路複合体。
  9.  シングルモード光導波路である、請求項1~8のいずれか1項に記載のポリマー光導波路複合体。
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