WO2020026970A1 - 光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板 - Google Patents

光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板 Download PDF

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真也 大田
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Definitions

  • the present invention relates to formation of an optical waveguide used as a material for forming a cladding layer or a core layer constituting an optical waveguide in a mixed flexible printed wiring board for optical / electrical transmission widely used in optical communication, optical information processing, and other general optics.
  • the present invention relates to a photosensitive epoxy resin composition for use, a photosensitive film for forming an optical waveguide, an optical waveguide using the same, and an embedded flexible printed wiring board for optical / electrical transmission.
  • various photosensitive epoxy resin compositions have been used as optical waveguide forming materials (so-called cladding layer forming materials, core layer forming materials, etc.) for mixed flexible printed wiring boards for optical / electrical transmission.
  • a desired clad layer pattern or core layer pattern is produced by, for example, irradiating ultraviolet (UV) through a photomask.
  • UV ultraviolet
  • a liquid-state photosensitive epoxy resin composition is used as an optical waveguide forming material, a film (layer) is formed, and then UV irradiation is performed through a photomask to form a clad layer and a core layer.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an optical waveguide forming material that is excellent in heat resistance coloring property and patterning property and excellent in R-to-R compatibility (excellent flexibility of an uncured resin).
  • an optical waveguide forming material that is excellent in heat resistance coloring property and patterning property and excellent in R-to-R compatibility (excellent flexibility of an uncured resin).
  • a photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide a photosensitive film for forming an optical waveguide, an optical waveguide using the same, and an embedded flexible printed wiring board for optical / electrical transmission.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that the intended purpose can be achieved by using an epoxy resin having a trifunctional or higher functional bisphenol A type skeleton as an epoxy resin component. .
  • the present invention provides the following [1] to [10].
  • [1] A photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide containing an epoxy resin component and a cationic photopolymerization initiator, wherein the epoxy resin component contains an epoxy resin having a trifunctional or higher functional bisphenol A type skeleton.
  • a photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide [2] The photosensitive epoxy resin for forming an optical waveguide according to [1], wherein the epoxy resin component contains a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin together with the epoxy resin having the trifunctional or higher bisphenol A type skeleton. Composition.
  • a photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide, a base material, a clad layer formed on the base material, and a core layer for transmitting an optical signal in a predetermined pattern in the clad layer The photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide according to any one of [1] to [5], which is a material for forming a core layer in an optical waveguide.
  • At least one of the core layer or the cladding layer is the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide according to [6] or [7], or the photosensitive composition for forming an optical waveguide according to [8].
  • a mixed flexible printed wiring board for optical / electrical transmission comprising the optical waveguide according to [9].
  • a photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide which is excellent in heat resistance coloring property and patterning property, and also excellent in R-to-R compatibility (excellent flexibility of an uncured resin). be able to.
  • Photosensitive epoxy resin composition for forming optical waveguide uses a specific epoxy resin component and a cationic photopolymerization initiator. It can be obtained by
  • “liquid” or “solid” refers to a “liquid” state showing fluidity or a “solid” state not showing fluidity at a normal temperature (25 ⁇ 5 ° C.). Each means to present.
  • the normal temperature means a temperature range of 25 ⁇ 5 ° C. as described above.
  • an epoxy resin having an average of three or more epoxy groups in one molecule (hereinafter sometimes abbreviated as “polyfunctional epoxy resin”) has two epoxy groups in one molecule. (Hereinafter, may be abbreviated as “bifunctional epoxy resin”).
  • the bifunctional epoxy resin generally has epoxy groups at both ends of the molecular chain.
  • the present embodiment is characterized in that, as the specific epoxy resin component, an epoxy resin having a tri- or higher functional bisphenol A-type skeleton among the polyfunctional epoxy resins is contained.
  • epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A-type skeleton is intended to include, for convenience, an epoxy compound having a high molecular weight, which is not a high molecular weight, in addition to a high molecular weight epoxy resin.
  • an epoxy resin having an epoxy resin component having a bisphenol A type skeleton having three or more functional groups it is possible to achieve both high patterning property and heat-resistant coloring while maintaining R-to-R compatibility. Achieved. That is, with respect to patterning properties, it is generally difficult to achieve sufficient patterning properties by photolithography using a photosensitive resin composition only by using a general long-chain bifunctional epoxy resin. It is considered that the introduction of a functional epoxy resin is an essential requirement.
  • the use of an epoxy resin having a bisphenol A-type skeleton improves the heat-resistant coloring property as compared with a novolak type epoxy resin which is a general polyfunctional epoxy resin. became.
  • Examples of the epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton include an epoxy resin represented by the following formula (2) and an epoxy resin represented by the following formula (3). These can be used alone or in combination of two or more. When the epoxy resin having the trifunctional or higher bisphenol A type skeleton is at least one of the following formulas (2) and (3), the heat resistance coloring property and the patterning property are more excellent.
  • the number of repetitions n is a positive number, preferably the average value is 1 or more, and more preferably n is 1 to 3.
  • epoxy resin represented by the above formula (2) a commercially available epoxy resin can be used, and specific examples thereof include VG3101L manufactured by PRINTEC. Specific examples of the epoxy resin represented by the above formula (3) include jER-157S70 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
  • the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide according to the present embodiment may contain another polyfunctional epoxy resin other than the above-described epoxy resin having a bisphenol A type skeleton having three or more functional groups.
  • the other polyfunctional epoxy resins include trifunctional cresol novolak type epoxy resins (for example, YDCN series manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.) and 1,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol 1,2 Trifunctional fats such as epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane adducts (eg, EHPE3150 manufactured by Daicel), 1,3,5-trisglycidyl isocyanuric acid (eg, TEPIC-S manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) Group epoxy resins, furthermore, phenol novolak type epoxy resins (for example, YDPN series manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), special novolak type epoxy resins (for example,
  • a trifunctional aliphatic epoxy resin is preferable, and a 1,2-epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane adduct of 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol is more preferable. is there.
  • the content of the polyfunctional epoxy resin is preferably 7 to 55% by weight of the entire epoxy resin component from the viewpoint of patterning properties.
  • the content of the epoxy resin having a trifunctional or higher functional bisphenol A-type skeleton should be 7 to 55% by weight of the entire epoxy resin component in view of heat resistance coloring property and patterning property. And more preferably 10 to 50% by weight.
  • the content of other polyfunctional epoxy resins other than the epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton is preferably 40% by weight or less of the entire epoxy resin component. .
  • the epoxy resin component may contain a bifunctional epoxy resin together with the epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton, so that R-to-R compatibility (excellent flexibility of an uncured resin).
  • the bifunctional epoxy resins it is preferable to include a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin from the viewpoint of further improving R-to-R compatibility.
  • the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin exhibits a solid state at normal temperature, and is an aliphatic epoxy resin having two epoxy groups which are so-called functional groups and having an aromatic ring.
  • the flexibility of a resin is caused by the manifestation of toughness due to molecular entanglement and the variety of possible conformations of the main chain.
  • a solid resin having a high softening point exhibits high uncured material flexibility when it has a certain molecular weight or more. This is because the entanglement (interaction) of the main chain as a high molecular weight resin becomes strong.
  • a solid resin having a high softening point when blended, it contributes to an increase in the viscosity of the coating varnish due to its blending composition, so that it becomes necessary to use an excessive amount of a solvent component, which is not suitable for thick film coating.
  • the patterning property may deteriorate.
  • a resin material which is said to have a low softening point is not tied to the interaction between main chains because the entanglement of the main chains is weak, and a variety of possible conformations can be expected.
  • a resin material having a softening point in a halfway temperature region that is neither a high temperature region nor a low temperature region the above two disadvantages are significantly affected, and the flexibility is deteriorated. Therefore, from the viewpoint of the design of imparting flexibility to the uncured material using the resin material having a low softening point as a base resin, in addition to the epoxy resin having a bisphenol A type skeleton having three or more functional groups, a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin is used. When a resin is used, uncured material flexibility can be achieved in a higher dimension.
  • solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin examples include a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin represented by the following formula (1).
  • the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin is an epoxy resin represented by the following formula (1), R-to-R compatibility is further improved.
  • the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin represented by the above formula (1) has epoxy groups at both ends of the molecular chain, and has a special molecular chain structure as described above.
  • R 1 to R 4 are each a hydrogen atom, a methyl group, a chlorine atom or a bromine atom.
  • X and Y are an alkylene group or an alkyleneoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
  • the number of repetitions n is a positive number, and preferably the average value is 1 or more. The upper limit of n is usually 1,000.
  • solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin examples include YX-7180BH40 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
  • the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide according to the present embodiment may contain other bifunctional epoxy resin other than the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin.
  • other bifunctional epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, fluorene type epoxy resins, hydrogenated bisphenol A type epoxy resins, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Specific examples of the bisphenol A type epoxy resin include jER1001, jER1002, jER1003, and jER1007 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Epicoat 1006FS (manufactured by Japan Epoxy Resin), and the like.
  • fluorene type epoxy resin examples include Ogsol PG-100, Ogsol EG-200, Ogsol CG-500, and Ogsol CG-500H (all manufactured by Osaka Gas Chemical Company).
  • hydrogenated bisphenol A type epoxy resin examples include YX-8040 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
  • the content of the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin is preferably 10% by weight or more, more preferably 10 to 60% by weight of the entire epoxy resin component from the viewpoint of R-to-R compatibility. More preferably, it is 15 to 50% by weight, particularly preferably 20 to 30% by weight. If the content is too small, the flexibility of the uncured film (dry coating film) tends to be low, and the film tends to be cracked when formed into a film and handled for forming an optical waveguide.
  • the content of the other bifunctional epoxy resin other than the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin is preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less of the entire epoxy resin component. When the content of the other bifunctional epoxy resin is equal to or less than the above content, a good balance of various physical properties is easily obtained.
  • the content ratio of the epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton to the bifunctional epoxy resin is from 7/93 by weight ratio.
  • the ratio is preferably 55/45 because the effect of the present invention can be remarkably realized, and more preferably 10/90 to 50/50.
  • the content ratio of the epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton to the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin is as follows:
  • the weight ratio is preferably from 15/85 to 90/10 from the viewpoint that the effects of the present invention can be remarkably realized, more preferably from 20/80 to 85/15, further preferably from 30/70 to 75/25. is there.
  • preferred embodiments of the structure of the epoxy resin component include the following embodiments. That is, as the epoxy resin component of a preferred embodiment, in addition to the epoxy resin having the trifunctional or higher bisphenol A type skeleton and the solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin, other than the epoxy resin having the trifunctional or higher functional bisphenol A skeleton And at least one of a bifunctional epoxy resin other than the above solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin. As described above, by appropriately selecting various epoxy resins as the epoxy resin component and using a predetermined amount, a desired refractive index suitable for the core layer or the clad layer in the optical waveguide can be obtained.
  • the core layer forming epoxy resin component is required to be an epoxy resin component that achieves a higher refractive index than the cladding layer forming epoxy resin component. Therefore, as an embodiment of the core layer forming epoxy resin component, that is, the epoxy resin component that achieves a relatively high refractive index, not only a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin but also another bifunctional epoxy resin is used as the bifunctional epoxy resin. It is preferable to contain an epoxy resin. Examples of such other bifunctional epoxy resins include those described above, and among them, bisphenol A type epoxy resins and fluorene type epoxy resins are preferable. These can be used alone or in combination of two or more.
  • bisphenol A type epoxy resin examples include jER1001, jER1002, jER1003, and jER1007 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Epicoat 1006FS (manufactured by Japan Epoxy Resin), and the like.
  • fluorene type epoxy resin examples include Ogsol PG-100, Ogsol EG-200, Ogsol CG-500, and Ogsol CG-500H (all manufactured by Osaka Gas Chemical Company).
  • the clad layer forming epoxy resin component that is, an epoxy resin component that achieves a relatively low refractive index, not only an epoxy resin having a trifunctional or higher bisphenol A type skeleton as a polyfunctional epoxy resin
  • the bifunctional epoxy resin contains not only a solid semi-aliphatic bifunctional epoxy resin but also another bifunctional epoxy resin.
  • examples of such other polyfunctional epoxy resins include those described above. Among them, 1,2-epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane addition of 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol is preferable. (For example, EHPE3150 manufactured by Daicel Corporation) is preferable.
  • bifunctional epoxy resins examples include those described above, and among them, bisphenol A type epoxy resins and hydrogenated bisphenol A type epoxy resins are preferable.
  • Specific examples of the bisphenol A type epoxy resin include jER1001, jER1002, jER1003, and jER1007 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Epicoat 1006FS (manufactured by Japan Epoxy Resin), and the like.
  • Specific examples of the hydrogenated bisphenol A type epoxy resin include YX-8040 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
  • the photocationic polymerization initiator (photoacid generator) used in the present embodiment is for imparting curability by light irradiation to the photosensitive epoxy resin composition, for example, for imparting curability by ultraviolet irradiation. What is used.
  • photocationic polymerization initiator examples include, for example, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium hexafluorophosphate, p- (phenylthio) phenyldiphenylsulfonium hexafluoroantimonate, and p- (phenylthio) phenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate , 4-chlorophenyldiphenylsulfonium hexafluorophosphate, 4-chlorophenyldiphenylsulfonium hexafluoroantimonate, bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide bishexafluorophosphate, bis [4- (diphenylsulfonio) Phenyl] sulfide bishexafluoroantimonate, (2,4-cycl
  • triphenylsulfonium salt-based hexafluoroantimonate type and a diphenyliodonium salt-based hexafluoroantimonate type are preferred.
  • Commercial products of such a cationic photopolymerization initiator include triphenylsulfonium salt-based hexafluoroantimonate type SP-170 (manufactured by ADEKA), CPI-101A (manufactured by San Apro), and WPAG-1056 (manufactured by Fujifilm Japan) And diphenyliodonium salt-based hexafluoroantimonate type WPI-116 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
  • the content of the cationic photopolymerization initiator is preferably set to 0.1 to 3 parts by weight, more preferably 0.25 to 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the epoxy resin component of the photosensitive epoxy resin composition. Department. That is, if the content of the photocationic polymerization initiator is too small, it is difficult to obtain satisfactory photocurability by light irradiation (ultraviolet irradiation), and if it is too large, the photosensitivity increases and the pattern tends to be abnormal in patterning. Or the required physical properties of the initial light loss tend to be deteriorated.
  • the photosensitive epoxy resin composition in addition to the specific epoxy resin component and the cationic photopolymerization initiator, if necessary, for example, a silane-based or titanium-based coupling to enhance the adhesiveness Agents, cycloolefin oligomers and polymers such as olefin oligomers and norbornene polymers, adhesion promoters such as synthetic rubber and silicone compounds, various antioxidants such as hindered phenol antioxidants and phosphorus antioxidants, leveling Agents, defoamers and the like can be added. These additives are appropriately blended as long as the effects of the present invention are not impaired. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the amount is preferably set at less than 3 parts by weight, particularly preferably at most 1 part by weight, per 100 parts by weight of the epoxy resin component. That is, if the content of the antioxidant is too large, the required physical properties for the initial light loss tend to be deteriorated.
  • the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment is prepared by stirring and mixing the specific epoxy resin component and the cationic photopolymerization initiator, and further, if necessary, other additives at a predetermined mixing ratio. can do. Furthermore, in order to prepare the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment as a coating varnish, the photosensitive epoxy resin composition may be stirred and dissolved in an organic solvent under heating (for example, about 60 to 120 ° C.). The amount of the organic solvent used is appropriately adjusted. For example, it is preferably set to 30 to 80 parts by weight, particularly preferably 100 parts by weight of the epoxy resin component of the photosensitive epoxy resin composition. It is 40 to 70 parts by weight.
  • organic solvent used for preparing the coating varnish examples include ethyl lactate, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-butanone, N, N-dimethylacetamide, diglyme, diethylene glycol methyl ethyl ether, propylene glycol methyl acetate, and propylene. Glycol monomethyl ether, tetramethylfuran, dimethoxyethane and the like can be mentioned. These organic solvents are used alone or in combination of two or more, and are used, for example, in a predetermined amount within the above range so as to have a viscosity suitable for coating.
  • the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide can obtain a desired refractive index suitable for at least one of the core layer and the cladding layer in the optical waveguide, the core layer forming material in the optical waveguide can be obtained. It is preferably used for at least one of the cladding layer forming material.
  • the optical waveguide according to the present embodiment includes, for example, a base material, a clad layer (under clad layer) formed on the base material in a predetermined pattern, and a predetermined pattern for propagating an optical signal on the clad layer. And a cladding layer (overcladding layer) formed on the core layer.
  • the clad layer is formed of the above-described photosensitive epoxy resin composition
  • the clad layer and the core layer are both formed of the above-described photosensitive epoxy resin composition.
  • the clad layer needs to be formed to have a lower refractive index than the core layer.
  • the optical waveguide can be manufactured, for example, through the following steps. First, a base material is prepared. Next, the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment is dissolved in an organic solvent as needed to prepare a clad layer forming material (photosensitive varnish), and the clad layer forming material is coated on the base material. Work. After coating the cladding layer forming material (photosensitive varnish), the organic solvent is removed by heating and drying to form an uncured photosensitive epoxy resin composition (film). The photosensitive varnish is cured by irradiating the varnish-coated surface with light such as ultraviolet rays and, if necessary, performing a heat treatment. Thus, the under cladding layer (the lower part of the cladding layer) is formed.
  • a base material is prepared.
  • the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment is dissolved in an organic solvent as needed to prepare a clad layer forming material (photosensitive varnish), and the clad layer forming material is coated on the base material. Work. After coating the cladding layer forming material
  • the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment is dissolved in an organic solvent as needed to prepare a core layer forming material (photosensitive varnish), and a core layer forming material ( An uncured layer for forming a core layer is formed by applying a photosensitive varnish.
  • the organic solvent may be dried by heating and removed to form an uncured photosensitive film.
  • a photomask for exposing a predetermined pattern optical waveguide pattern
  • light irradiation such as ultraviolet rays is performed through the photomask.
  • the unexposed portion (uncured portion) of the uncured layer for forming a core layer is dissolved and removed using a developer to form a core layer having a predetermined pattern.
  • the clad layer forming material photosensitive varnish obtained by dissolving the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment in an organic solvent is coated on the core layer.
  • light irradiation such as ultraviolet irradiation is performed.
  • the over-cladding layer (upper part of the cladding layer) is formed by performing the heat treatment as needed.
  • the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide into a film that becomes an uncured photosensitive film from the viewpoint of improving workability in a manufacturing process of the optical waveguide. Further, at least one of the core layer or the clad layer in the optical waveguide is formed by curing the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide according to the present embodiment or the photosensitive film for forming an optical waveguide. This is preferable in that an optical waveguide that can maintain information transmission with low propagation loss can be obtained even when used in a high-temperature environment.
  • Examples of the base material include a silicon wafer, a metal substrate, a polymer film, and a glass substrate.
  • the metal substrate include a stainless steel plate such as SUS.
  • specific examples of the polymer film include a polyethylene terephthalate (PET) film, a polyethylene naphthalate film, and a polyimide film. The thickness is usually set in the range of 10 ⁇ m to 3 mm.
  • ultraviolet irradiation is performed.
  • the light source of the ultraviolet light in the ultraviolet irradiation include a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, and the like.
  • the irradiation amount of ultraviolet radiation is typically, 10 ⁇ 20000mJ / cm 2, preferably 100 ⁇ 15000mJ / cm 2, more preferably be cited about 500 ⁇ 10000mJ / cm 2.
  • a heat treatment may be performed to complete the curing by the light reaction.
  • the heat treatment is carried out usually at 80 to 250 ° C., preferably 100 to 150 ° C., for 10 seconds to 2 hours, preferably for 5 minutes to 1 hour.
  • the core layer forming material it is preferable to use the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment, but using a photosensitive epoxy resin composition other than the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment. Is also good.
  • the photosensitive epoxy resin composition other than the photosensitive epoxy resin composition according to the present embodiment include bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, hydrogenated bisphenol A epoxy resin, fluorinated epoxy resin, epoxy Various liquid epoxy resins such as a modified silicone resin, various solid epoxy resins such as a solid polyfunctional aliphatic epoxy resin, and further, an epoxy resin composition appropriately containing the above-described various photocationic polymerization initiators, and the clad layer
  • the composition is designed so as to have a higher refractive index than the forming material.
  • organic solvent used for preparing the varnish examples include, as described above, for example, ethyl lactate, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-butanone, N, N-dimethylacetamide, diglyme, diethylene glycol methyl ethyl ether, propylene glycol methyl acetate, and propylene glycol.
  • Monomethyl ether, tetramethylfuran, dimethoxyethane and the like can be mentioned.
  • These organic solvents are used alone or in combination of two or more kinds in an appropriate amount so as to obtain a viscosity suitable for coating.
  • the coating method using the material for forming each layer on the base material for example, a coating method using a spin coater, a coater, a circle coater, a bar coater, or the like, screen printing, gap printing using a spacer, or the like. And a method of continuously injecting R-to-R by using a coating machine such as a multi-coater or the like.
  • the optical waveguide can be made into a film-shaped optical waveguide by peeling and removing the base material.
  • the obtained optical waveguide is used for a product with an optical path conversion, such as a mixed optical / electrical transmission (photoelectric hybrid) substrate
  • a 45 ° mirror is provided on the surface of the cladding layer in the optical waveguide on the substrate. Processing is performed.
  • Examples of the mirror processing method include known methods such as laser processing, dicing, and imprinting. Among them, a laser processing method is preferably used.
  • the laser light source is appropriately selected according to the wavelength of the oscillating laser, and examples thereof include various gas lasers such as an excimer laser, a CO 2 laser, and a He—Ne laser. Then, as the laser light source, it may be preferably used ArF and KrF or the like, and an excimer laser F 2, etc. Among them.
  • the irradiation energy of the laser varies depending on the material of the optical waveguide and is appropriately set.
  • the irradiation energy is preferably in the range of 100 to 1000 mJ / cm 2 , and in the range of 200 to 600 mJ / cm 2 . Is particularly preferred.
  • the irradiation frequency of the laser is preferably in the range of 10 to 250 Hz, and particularly preferably in the range of 50 to 200 Hz, in order to improve the mirror processing productivity.
  • the speed at which the object to be irradiated with the laser is moved is appropriately set according to the design of the material of the optical waveguide and the angle of the target mirror surface.
  • the laser wavelength is appropriately set according to the material of the optical waveguide, but is, for example, about 150 to 300 nm, and among them, 248 nm is preferably used.
  • the optical waveguide thus obtained can be used, for example, as an optical waveguide for a mixed flexible printed wiring board for optical / electrical transmission.
  • the mixed flexible printed circuit board (FPC) for optical / electrical transmission which includes the optical waveguide according to the present embodiment, is a printed circuit board suitable for speeding up information communication and increasing the capacity even when used in a high-temperature environment. can do.
  • each photosensitive varnish was prepared in order to prepare each photosensitive varnish as a cladding layer forming material and a core layer forming material.
  • ⁇ Antioxidant ⁇ -Songnox 1010 manufactured by Kyodo Yakuhin: hindered phenol-based antioxidant-HCA (manufactured by Sanko): phosphate ester-based antioxidant
  • a predetermined pattern of an under cladding layer is formed on the back surface of the FPC substrate [SUS (stainless steel), polyimide laminate], and a predetermined pattern of a core layer is formed on the under cladding layer. Further, an optical waveguide (overall optical waveguide thickness: 75 ⁇ m) having an over clad layer formed on the core layer was produced.
  • the resin layer (thickness) of a predetermined pattern is obtained. 50 ⁇ m).
  • the heat resistance coloring property, the patterning property, and the flexibility of the uncured product of each layer were measured and evaluated according to the following methods. The results are shown in Table 1 below.
  • the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide of the present invention is useful as a material for forming a clad layer or a core layer constituting an optical waveguide.
  • An optical waveguide manufactured using the photosensitive epoxy resin composition for forming an optical waveguide as a material for forming a cladding layer or a material for forming a core layer is used for, for example, a mixed flexible printed wiring board for optical / electrical transmission.

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Abstract

耐熱着色性およびパターニング性に優れ、さらにR-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)にも優れた光導波路形成材料となり得る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂成分および光カチオン重合開始剤を含有する光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂成分が、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有する、光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物を提供する。

Description

光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板
 本発明は、光通信,光情報処理,その他一般光学にて広く用いられる光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板における光導波路を構成するクラッド層またはコア層等の形成材料として用いられる光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板に関するものである。
 従来、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板向けの光導波路形成材料(いわゆる、クラッド層形成材料、コア層形成材料等)には各種感光性エポキシ樹脂組成物が用いられている。例えば、これを用いてクラッド層やコア層をパターン形成する際には、例えば、フォトマスクを介して紫外線(UV)照射を行なうことにより所望のクラッド層パターンやコア層パターンを作製している。具体的には、光導波路形成材料として、液状の感光性エポキシ樹脂組成物を用い、膜(層)形成した後、フォトマスクを介してUV照射することによりクラッド層やコア層を作製している。
 このような感光性エポキシ樹脂組成物は光硬化感度が高い一方、塗工後の表面粘着性(タック性)の観点からR-to-R(ロール・トゥ・ロール:roll-to-roll)のような連続プロセスには適合できないという欠点を有する(すなわち、ロールに接触した際に感光性エポキシ樹脂組成物製フィルムが破壊される)ため、生産性に乏しいという問題があった(特許文献1)。そのため、R-to-Rプロセスに適合させるために、一般的には感光性樹脂として常温で固体を示す樹脂成分が用いられる。その際、感光性樹脂が高分子量であればあるほど硬化前段階のアモルファスフィルムの柔軟性は上がるが、その一方でパターニング解像性が低下することとなる。逆に、感光性樹脂が低分子量のものであればパターニング解像性は高まるが、一方で柔軟性は低下することとなる。このように、一般的にはフィルムの柔軟性と解像性はトレードオフの関係にあり問題があった。そこで、フィルムの柔軟性と解像性を両立する光導波路形成材料が求められ、例えば、光導波路のクラッド層形成材料として、エポキシ基含有アクリルゴム、ウレタン(メタ)アクリレート、ウレタン結合を有しない(メタ)アクリレートを用いた樹脂組成物が提案されている(特許文献2)。
 また、近年、情報通信の高速化および大容量化が加速しており、光導波路の使用環境は多岐に渡り、より高温環境下での使用が想定される。さらに光導波路は電気配線基板や光ファイバー等の部材と組み合わせて用いられるため、IC素子の実装や各種コネクターとの接続工程で高温にさらされる。そのため、特殊なノボラック型多官能エポキシ樹脂を主剤にして種々の樹脂を配合することにより高い耐熱性を有する感光性エポキシ樹脂組成物が開発されている(特許文献3)。このような使用環境下で光導波路が低伝搬損失の情報伝送を維持するには、熱変色の少ない材料設計が必要となる。
 このため、光導波路として、耐熱着色性やパターニング性に優れ、かつR-to-Rプロセスにおける未硬化樹脂の柔軟性をさらに高いレベルで実現できる光導波路形成材料が望まれている。
特開2001-281475号公報 特開2011-27903号公報 特開2014-215531号公報
 本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐熱着色性およびパターニング性に優れ、さらにR-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)にも優れた光導波路形成材料となりうる光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板を提供する。
 本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、エポキシ樹脂成分として3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を用いることにより、所期の目的が達成されることを見出した。
 すなわち、本発明は、以下の[1]~[10]を提供する。
[1] エポキシ樹脂成分および光カチオン重合開始剤を含有する光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂成分が、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有する、光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
[2] 前記エポキシ樹脂成分が、前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂とともに、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂を含有する、[1]に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
[3] 前記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂が、下記の式(1)で表されるエポキシ樹脂である、[2]に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
[4] 前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂が、下記の式(2)および式(3)の少なくとも一方のエポキシ樹脂である、[1]~[3]のいずれかに記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
[5] 前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂成分全体の7~55重量%である、[1]~[4]のいずれかに記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
[6] 光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物が、基材とその基材上にクラッド層が形成され、さらに前記クラッド層中に所定パターンで、光信号を伝搬するコア層が形成されてなる光導波路におけるコア層形成材料である、[1]~[5]のいずれかに記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
[7] 光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物が、基材とその基材上にクラッド層が形成され、さらに前記クラッド層中に所定パターンで、光信号を伝搬するコア層が形成されてなる光導波路におけるクラッド層形成材料である、[1]~[5]のいずれかに記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物をフィルム状に形成してなる、光導波路形成用感光性フィルム。
[9] 前記コア層もしくは前記クラッド層のうち少なくとも一方が、[6]または[7]に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、または[8]に記載の光導波路形成用感光性フィルムを硬化させることにより形成されてなる、光導波路。
[10] [9]に記載の光導波路を備える、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板。
 本発明によれば、耐熱着色性およびパターニング性に優れ、さらにR-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)にも優れた光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物を提供することができる。
 つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
《光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物》
 本実施形態に係る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物(以下、単に「感光性エポキシ樹脂組成物」という場合がある。)は、特定のエポキシ樹脂成分、および、光カチオン重合開始剤を用いて得られるものである。なお、本実施形態において、「液状」、あるいは「固形」とは、常温(25±5℃)の温度下において、流動性を示す「液体」状態、または流動性を示さない「固体」状態を呈することをそれぞれ意味する。また、本実施形態において、常温とは上述のとおり、25±5℃の温度領域を意味する。
 以下、各種成分について順に説明する。
<特定のエポキシ樹脂成分>
 エポキシ樹脂成分としては、1分子中のエポキシ基の数が平均で3つ以上であるエポキシ樹脂(以下「多官能エポキシ樹脂」と略すことがある)、1分子中のエポキシ基の数が2つである2官能型のエポキシ樹脂(以下、「2官能エポキシ樹脂」と略すことがある)、等があげられる。上記2官能エポキシ樹脂は、通常、分子鎖の両末端にエポキシ基を有する。
 本実施形態においては、上記特定のエポキシ樹脂成分として、上記多官能エポキシ樹脂の中でも、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有することを特徴とするものである。なお、上記「3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂」には、高分子量のエポキシ樹脂の他に、通常樹脂といえる程の高分子量ではないエポキシ化合物も便宜上含む趣旨である。
 本実施形態においては、エポキシ樹脂成分が、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を用いることにより、R-to-R適合性を維持しながら、高パターニング性と耐熱着色性の両立が達成される。
 すなわち、パターニング性に関しては、一般に、感光性樹脂組成物を用いたフォトリソグラフィーによるパターニング性の充分な付与は、一般的な長鎖2官能エポキシ樹脂の使用のみでは達成することは困難であり、多官能エポキシ樹脂の導入が必須要件であると考えられる。また、耐熱着色性に関しては、一般的な多官能エポキシ樹脂であるノボラック型エポキシ樹脂に比べ、ビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を用いることで、耐熱着色性が向上することが各種検討から明らかとなった。
 上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂としては、例えば、下記の式(2)で表されるエポキシ樹脂、下記式(3)で表されるエポキシ樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂が、下記の式(2)および式(3)の少なくとも一方のエポキシ樹脂であると、より耐熱着色性とパターニング性に優れるようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 また、上記式(3)としては、繰り返し数nは正数であるが、好ましくはその平均値は1以上であり、より好ましくはnが1~3である。
 上記式(2)で表されるエポキシ樹脂としては、市販のものを用いることができ、具体的には、プリンテック社製のVG3101L等が挙げられる。上記式(3)で表されるエポキシ樹脂としては、具体的には、三菱ケミカル社製のjER-157S70等が挙げられる。
 また、本実施形態に係る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物には、上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂以外の、他の多官能エポキシ樹脂を含有していてもよい。上記他の多官能エポキシ樹脂としては、例えば、3官能クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(例えば、新日鉄住金化学社製のYDCNシリーズ等)、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物(例えば、ダイセル社製のEHPE3150)、1,3,5-トリスグリシジルイソシアヌル酸(例えば、日産化学社製のTEPIC-S)等の3官能脂肪族エポキシ樹脂、さらには、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(例えば、新日鉄住金化学社製のYDPNシリーズ等)、特殊なノボラック型エポキシ樹脂(例えば、三菱ケミカル社製のjER-157S70等)等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
 これらの中でも、3官能脂肪族エポキシ樹脂であることが好ましく、より好ましくは2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物である。
 上記多官能エポキシ樹脂の含有量は、パターニング性の点から、エポキシ樹脂成分全体の7~55重量%であることが好ましい。
 また、上記多官能エポキシ樹脂の中でも、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂の含有量は、耐熱着色性とパターニング性の点から、エポキシ樹脂成分全体の7~55重量%であることが好ましく、より好ましくは10~50重量%である。
 さらに、上記多官能エポキシ樹脂の中でも、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂以外の、他の多官能エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂成分全体の40重量%以下であることが好ましい。
 また、上記エポキシ樹脂成分が、上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂とともに、2官能エポキシ樹脂を含有することが、R-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)の点から好ましく、さらに2官能エポキシ樹脂の中でも、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂を含有することが、よりR-to-R適合性を高められる点から好ましい。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂は、常温にて固体状態を呈するものであって、いわゆる、官能基であるエポキシ基を2つ有し、芳香族環を有する脂肪族系エポキシ樹脂である。
 一般に樹脂の柔軟性は、分子の絡み合いによる強靭性の発現と主鎖の取りうるコンフォメーションの多様さに起因する。例えば、軟化点の高い固形樹脂は、ある一定以上の分子量を有すると高い未硬化物柔軟性を発現する。これは高分子量樹脂として主鎖の絡み合い(相互作用)が強くなることに起因するものである。しかし、軟化点の高い固形樹脂を配合すると、その配合組成上、塗工ワニス粘度の上昇に寄与するため、溶剤成分を過剰に使用する必要が発生し、厚膜塗工に適さなくなるということに加え、パターニング性の悪化も懸念される。
 一方、例えば、軟化点が低いと言われる樹脂材料は主鎖の絡み合いが弱いため主鎖間相互作用に束縛されず、取りうるコンフォメーションは多様となるため未硬化物の柔軟化が期待できる。ただし、高温領域でもなく低温領域でもない中途半端な温度領域の軟化点を有する樹脂材料は、上記の両短所が顕著に影響し、柔軟性は悪化する。
 そこで、上記軟化点の低い樹脂材料をベース樹脂とした未硬化物柔軟性の付与設計の観点より、上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂に加えて、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂を用いると、より高い次元にて未硬化物柔軟性を達成することができる。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂としては、例えば、下記の式(1)で表される固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂があげられる。上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂が、下記の式(1)で表されるエポキシ樹脂であると、より一層R-to-R適合性に優れるようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 上記式(1)で表される固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂は、分子鎖の両末端にエポキシ基を有し、上記のような特殊な分子鎖構造を有する。
 上記式(1)としては、上述のとおり、R1~R4として、それぞれ水素原子、メチル基、塩素原子または臭素原子である。さらに、X、Yは炭素原子数1~15のアルキレン基またはアルキレンオキシ基である。また、繰り返し数nは正数であるが、好ましくはその平均値は1以上である。なお、nの上限値は、通常1000である。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂としては、具体的には、三菱ケミカル社製のYX-7180BH40等があげられる。
 また、本実施形態に係る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物には、上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂以外の、他の2官能エポキシ樹脂を含有してもよい。このような他の2官能エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
 上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、具体的には、jER1001、jER1002、jER1003、jER1007(いずれも三菱ケミカル社製)、エピコート1006FS(ジャパンエポキシレジン社製)等があげられる。上記フルオレン型エポキシ樹脂としては、具体的には、オグソールPG-100、オグソールEG-200、オグソールCG-500、オグソールCG-500H(いずれも大阪ガスケミカル社製)等があげられる。上記水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、具体的には、YX-8040(三菱ケミカル社製)等があげられる。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂の含有量は、R-to-R適合性の点から、エポキシ樹脂成分全体の10重量%以上であることが好ましく、より好ましくは10~60重量%であり、さらに好ましくは15~50重量%であり、特に好ましくは20~30重量%である。含有量が少なすぎると、未硬化膜(乾燥塗膜)における柔軟性が低下しフィルム状に形成して光導波路形成用として取扱う際にクラックが発生するといった傾向がみられる。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂以外の、他の2官能エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂成分全体の50重量%以下であることが好ましく、より好ましくは40重量%以下である。他の2官能エポキシ樹脂が上記含有量以下であると、諸物性の良好なバランスがより得られやすくなる。
 上記2官能エポキシ樹脂に対する3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂の含有割合(3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂/2官能エポキシ樹脂)は、重量比で、7/93~55/45であることが本発明の効果を顕著に実現できる点から好ましく、より好ましくは10/90~50/50である。
 上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂に対する3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂の含有割合(3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂/固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂)は、重量比で、15/85~90/10であることが本発明の効果を顕著に実現できる点から好ましく、より好ましくは20/80~85/15、さらに好ましくは30/70~75/25である。
 本実施形態において、エポキシ樹脂成分の構成の好ましい態様として、つぎのような態様があげられる。すなわち、好ましい態様のエポキシ樹脂成分としては、上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂および上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂とともに、上記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂以外の多官能エポキシ樹脂、および、上記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂以外の2官能エポキシ樹脂の少なくとも一方を含有する態様があげられる。このように、エポキシ樹脂成分として各種エポキシ樹脂を適宜選択し所定量を用いることにより、光導波路におけるコア層もしくはクラッド層に適した所望の屈折率を得ることができる。
 コア層形成用エポキシ樹脂成分は、クラッド層形成用エポキシ樹脂成分と比較して高屈折率を達成するエポキシ樹脂成分であることが求められる。そのため、コア層形成用エポキシ樹脂成分、すなわち、比較的高屈折率を達成するエポキシ樹脂成分の態様としては、2官能エポキシ樹脂として、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂だけでなく、他の2官能エポキシ樹脂を含有することが好ましい。
 かかる他の2官能エポキシ樹脂としては、上記のものがあげられるが、なかでも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂が好ましい。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、具体的には、jER1001、jER1002、jER1003、jER1007(いずれも三菱ケミカル社製)、エピコート1006FS(ジャパンエポキシレジン社製)等があげられる。上記フルオレン型エポキシ樹脂としては、具体的には、オグソールPG-100、オグソールEG-200、オグソールCG-500、オグソールCG-500H(いずれも大阪ガスケミカル社製)等があげられる。
 一方、クラッド層形成用エポキシ樹脂成分、すなわち、比較的低屈折率を達成するエポキシ樹脂成分の態様としては、多官能エポキシ樹脂として、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂だけでなく、他の多官能エポキシ樹脂を含有することが好ましい。また、2官能エポキシ樹脂として、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂だけでなく、他の2官能エポキシ樹脂を含有することが好ましい。
 かかる他の多官能エポキシ樹脂としては、上記のものがあげられるが、なかでも、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物(例えば、ダイセル社製のEHPE3150)が好ましい。
 かかる他の2官能エポキシ樹脂としては、上記のものがあげられるが、なかでも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。上記ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、具体的には、jER1001、jER1002、jER1003、jER1007(いずれも三菱ケミカル社製)、エピコート1006FS(ジャパンエポキシレジン社製)等があげられる。上記水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、具体的には、YX-8040(三菱ケミカル社製)等があげられる。
<光カチオン重合開始剤>
 本実施形態において用いられる光カチオン重合開始剤(光酸発生剤)は、感光性エポキシ樹脂組成物に対して光照射による硬化性を付与するため、例えば、紫外線照射による硬化性を付与するために用いられるものである。
 上記光カチオン重合開始剤としては、例えば、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、p-(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p-(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4-クロルフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4-クロルフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4-(ジフェニルスルフォニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、ビス[4-(ジフェニルスルフォニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート、(2,4-シクロペンタジエン-1-イル)[(1-メチルエチル)ベンゼン]-Fe-ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
 なかでも、トリフェニルスルホニウム塩系ヘキサフルオロアンチモネートタイプ、ジフェニルヨードニウム塩系ヘキサフルオロアンチモネートタイプが好ましい。このような光カチオン重合開始剤の市販品としては、トリフェニルスルホニウム塩系ヘキサフルオロアンチモネートタイプのSP-170(ADEKA社製)、CPI-101A(サンアプロ社製)、WPAG-1056(富士フイルム和光純薬社製)、ジフェニルヨードニウム塩系ヘキサフルオロアンチモネートタイプのWPI-116(富士フイルム和光純薬社製)等があげられる。
 上記光カチオン重合開始剤の含有量は、感光性エポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂成分100重量部に対して0.1~3重量部に設定することが好ましく、より好ましくは0.25~2重量部である。すなわち、光カチオン重合開始剤の含有量が少なすぎると、満足のいく光照射(紫外線照射)による光硬化性が得られ難く、多すぎると、光感度が上がり、パターニングに際して形状異常をきたす傾向がみられたり、初期光損失の要求物性が悪化する傾向がみられる。
 本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物には、上記特定のエポキシ樹脂成分および光カチオン重合開始剤以外に、必要に応じて、例えば、接着性を高めるためにシラン系あるいはチタン系のカップリング剤、オレフィン系オリゴマーやノルボルネン系ポリマー等のシクロオレフィン系オリゴマーやポリマー、合成ゴム、シリコーン化合物等の密着付与剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤やリン系酸化防止剤等の各種酸化防止剤、レベリング剤、消泡剤等を配合することができる。これら添加剤は、本発明における効果を阻害しない範囲内にて適宜に配合される。これらは単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
 上記酸化防止剤を用いる場合の配合量は、エポキシ樹脂成分100重量部に対して3重量部未満に設定することが好ましく、特に好ましくは1重量部以下である。すなわち、酸化防止剤の含有量が多すぎると、初期光損失に対する要求物性が悪化する傾向がみられる。
 本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物は、上記特定のエポキシ樹脂成分および光カチオン重合開始剤、さらには必要に応じて他の添加剤を、所定の配合割合にして撹拌混合することにより調製することができる。さらに、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物を塗工用ワニスとして調製するために、加熱下(例えば、60~120℃程度)、有機溶剤に撹拌溶解させてもよい。上記有機溶剤の使用量は、適宜調整されるものであるが、例えば、感光性エポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂成分100重量部に対して30~80重量部に設定することが好ましく、特に好ましくは40~70重量部である。すなわち、有機溶剤の使用量が少なすぎると、塗工用ワニスとして調製した際に高粘度となり塗工性が低下する傾向がみられ、有機溶剤の使用量が多すぎると、塗工用ワニスを用いて厚膜に塗工形成することが困難となる傾向がみられる。
 上記塗工用ワニスを調製する際に用いられる有機溶剤としては、例えば、乳酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2-ブタノン、N,N-ジメチルアセトアミド、ジグライム、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールメチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラメチルフラン、ジメトキシエタン等があげられる。これら有機溶剤は、単独でまたは2種以上併用し、塗工に好適な粘度となるように、例えば、上記範囲内において所定量用いられる。
 本実施形態に係る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物を用いて、光導波路のクラッド層またはコア層を形成した場合、従来の製造工程を変更することなく、優れた耐熱着色性、R-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)とともに、パターニング性に優れたクラッド層またはコア層を形成することが可能となる。
 また、光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物は、光導波路におけるコア層およびクラッド層の少なくとも一方に適した所望の屈折率を得ることができるようになることから、光導波路におけるコア層形成材料およびクラッド層形成材料の少なくとも一方に用いられることが好ましい。
《光導波路》
 つぎに、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物の用途の一例として、クラッド層形成材料およびコア層形成材料として用いた場合について説明する。
 本実施形態に係る光導波路は、例えば、基材と、その基材上に、所定パターンで形成されたクラッド層(アンダークラッド層)と、上記クラッド層上に、光信号を伝搬する、所定パターンで形成されたコア層と、さらに、上記コア層上に形成されたクラッド層(オーバークラッド層)とを備えた構成である。そして、本実施形態に係る光導波路では、上記クラッド層が前述の感光性エポキシ樹脂組成物によって形成されるものであり、さらにクラッド層およびコア層がともに前述の感光性エポキシ樹脂組成物によって形成されることが好ましい。なお、本実施形態に係る光導波路において、上記クラッド層は、コア層よりも屈折率が小さくなるよう形成する必要がある。
 本実施形態において、光導波路は、例えば、つぎのような工程を経由することにより製造することができる。まず、基材を準備する。つぎに、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物を、必要に応じて有機溶剤に溶解させてクラッド層形成材料(感光性ワニス)を調製し、上記基材上にクラッド層形成材料を塗工する。上記クラッド層形成材料(感光性ワニス)を塗工した後、有機溶剤を加熱乾燥して除去することにより未硬化の感光性エポキシ樹脂組成物(フィルム状)が形成されることとなる。このワニス塗工面に対して紫外線等の光照射を行ない、さらに必要に応じて加熱処理を行なうことにより感光性ワニスを硬化させる。このようにしてアンダークラッド層(クラッド層の下方部分)を形成する。
 ついで、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物を、必要に応じて有機溶剤に溶解させてコア層形成材料(感光性ワニス)を調製し、上記アンダークラッド層上に、コア層形成材料(感光性ワニス)を塗工することによりコア層形成用の未硬化層を形成する。このとき、上記と同様、上記コア層形成材料(感光性ワニス)を塗工した後、有機溶剤を加熱乾燥して除去することにより未硬化の感光性フィルムとなるフィルム状に形成してもよい。そして、このコア層形成用未硬化層面上に、所定パターン(光導波路パターン)を露光させるためのフォトマスクを配設し、このフォトマスクを介して紫外線等の光照射を行ない、さらに必要に応じて加熱処理を行なう。その後、上記コア層形成用未硬化層の未露光部分(未硬化部分)を、現像液を用いて溶解除去することにより、所定パターンのコア層を形成する。
 つぎに、上記コア層上に、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物を有機溶剤に溶解させてなるクラッド層形成材料(感光性ワニス)を塗工した後、紫外線照射等の光照射を行ない、さらに必要に応じて加熱処理を行なうことにより、オーバークラッド層(クラッド層の上方部分)を形成する。このような工程を経由することにより、目的とする光導波路を製造することができる。
 上記のように、光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物を未硬化の感光性フィルムとなるフィルム状に形成することは、光導波路の製造工程において作業性の向上の点から好ましい。また、上記光導波路における上記コア層もしくは上記クラッド層のうち少なくとも一方が、本実施形態に係る光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、または光導波路形成用感光性フィルムを硬化させることにより形成されてなることは、高温環境下での使用においても、低伝搬損失の情報伝送を維持できる光導波路が得られる点から好ましい。
 上記基材材料としては、例えば、シリコンウェハ、金属製基板、高分子フィルム、ガラス基板等があげられる。そして、上記金属製基板としては、SUS等のステンレス板等があげられる。また、上記高分子フィルムとしては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルム等があげられる。そして、その厚みは、通常、10μm~3mmの範囲内に設定される。
 上記光照射では、具体的には紫外線照射が行なわれる。上記紫外線照射での紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯等があげられる。また、紫外線の照射量は、通常、10~20000mJ/cm2、好ましくは100~15000mJ/cm2、より好ましくは500~10000mJ/cm2程度があげられる。
 さらに、上記紫外線照射等の光照射による露光後、光反応による硬化を完結させるために加熱処理を施してもよい。また、上記加熱処理条件としては、通常、80~250℃、好ましくは、100~150℃にて、10秒~2時間、好ましくは、5分~1時間の範囲内で行なわれる。
 また、上記コア層形成材料としては、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物を用いることが好ましいが、本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物以外の感光性エポキシ樹脂組成物を用いてもよい。本実施形態に係る感光性エポキシ樹脂組成物以外の感光性エポキシ樹脂組成物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂等の各種液状エポキシ樹脂、固形多官能脂肪族エポキシ樹脂等の各種固形エポキシ樹脂、さらには、前述の各種光カチオン重合開始剤を適宜含有するエポキシ樹脂組成物があげられ、上記クラッド層形成材料と比較して、高屈折率となるように配合設計が行われる。さらに、必要に応じてコア層形成材料をワニスとして調製し塗工するため、塗工に好適な粘度が得られるように従来公知の各種有機溶剤、また、上記クラッド層形成材料を用いた光導波路としての機能を低下させない程度の各種添加剤(酸化防止剤、密着付与剤、レベリング剤、UV吸収剤)を適量用いてもよい。
 上記ワニス調製用に用いられる有機溶剤としては、前述と同様、例えば、乳酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2-ブタノン、N,N-ジメチルアセトアミド、ジグライム、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールメチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラメチルフラン、ジメトキシエタン等があげられる。これら有機溶剤は、単独でまたは2種以上併用して、塗布に好適な粘度が得られるように、適量用いられる。
 なお、上記基材上における、各層の形成材料を用いての塗工方法としては、例えば、スピンコーター、コーター、円コーター、バーコーター等の塗工による方法や、スクリーン印刷、スペーサを用いてギャップを形成し、そのなかに毛細管現象により注入する方法、マルチコーター等の塗工機によりR-to-Rで連続的に塗工する方法等を用いることができる。また、上記光導波路は、上記基材を剥離除去することにより、フィルム状光導波路とすることも可能である。
 そして、上記得られた光導波路を、例えば、光・電気伝送用混載(光電混載)基板のような光路変換を伴う製品に使用する場合、基板上の光導波路におけるクラッド層表面に、45°ミラー加工が施される。
《ミラー加工》
 上記ミラーの加工方法としては、例えば、レーザー加工法、ダイシング法、インプリント等の公知の方法があげられる。中でも、レーザー加工法が好ましく用いられる。レーザー光源は、発振するレーザーの波長に応じて適宜選択されるが、エキシマレーザー、CO2レーザー、He-Neレーザーのような各種気体レーザー等があげられる。そして、レーザー光源としては、その中でもArFおよびKrF等、およびF2等のエキシマレーザーを好ましく用いることができる。
 上記レーザーの照射エネルギーは、光導波路材料に応じて異なり適宜設定されるが、効率よく樹脂成分を除去するためには、100~1000mJ/cm2の範囲が好ましく、200~600mJ/cm2の範囲が特に好ましい。レーザーの照射周波数は、ミラー加工生産性をよくするために、10~250Hzの範囲が好ましく、特に50~200Hzの範囲が好ましい。レーザー照射の対象物を動かす速度は、光導波路材料や目的とするミラー面の角度等の設計に応じて、適宜設定される。また、レーザー波長は、光導波路材料に応じて適宜設定されるが、例えば150~300nm程度とされ、なかでも248nmが好ましく用いられる。
 このようにして得られた光導波路は、例えば、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板用の光導波路として用いることができる。
 本実施形態に係る光導波路を備える、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板(FPC)は、高温環境下での使用においても、情報通信の高速化および大容量化に適したプリント配線板とすることができる。
 つぎに、本発明を実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。なお、例中、「部」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。
 まず、光導波路の作製に先立ち、クラッド層形成材料およびコア層形成材料である各感光性ワニスを調製するため、下記成分を準備した。
〔多官能エポキシ樹脂〕
・VG3101L(プリンテック社製):前記式(2)で表される3官能ビスフェノールA型骨格含有エポキシ樹脂
・jER-157S70(三菱ケミカル社製):前記式(3)で表される3官能ビスフェノールA型骨格含有エポキシ樹脂
・YDCN-700-3(新日鉄住金化学社製):クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
・EHPE3150(ダイセル社製):2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物(固形)
〔2官能エポキシ樹脂〕
・YX-7180BH40(三菱ケミカル社製):前記式(1)で表される固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂。固形樹脂成分40重量%の溶液(シクロヘキサノン/メチルエチルケトン=1/1の重量混合比からなる混合溶媒)
・jER-1002(三菱ケミカル社製):固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂
・オグソールPG-100(大阪ガスケミカル社製):フルオレン型エポキシ樹脂
〔光カチオン重合開始剤〕
・CPI-101A(サンアプロ社製):ヘキサフルオロアンチモン系スルホニウム塩
〔酸化防止剤〕
・Songnox1010(共同薬品社製):ヒンダードフェノール系酸化防止剤
・HCA(三光社製):リン酸エステル系酸化防止剤
〔実施例1~5、比較例1~4〕
<クラッド層形成材料・コア層形成材料の調製>
 遮光条件下、下記の表1に示す各配合成分を同表に示す割合に従って配合し、110℃にて完溶した。なお、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂(YX-7180BH40)の配合部数については含有する固形樹脂分の重量部数にて表記した。
 その後、室温(25℃)まで冷却し、直径1.0μmのメンブランフィルタを用いて加熱加圧濾過を行うことにより、感光性ワニスを作製した。このようにして、FPC基材〔SUS(ステンレス鋼)、ポリイミドの積層体〕の裏面上に、所定パターンのアンダークラッド層が形成され、このアンダークラッド層上に所定パターンのコア層が形成され、さらにこのコア層上にオーバークラッド層が形成された光導波路(光導波路総厚み75μm)を作製した。
<評価用樹脂層の作製>
 シリコンウェハ上に、スピンコーターを用いて、感光性ワニスを塗工した後、ホットプレート上にて有機溶剤を乾燥(130℃×10分間)させることにより、未硬化フィルム状態の未硬化層を形成した。形成された未硬化層に対して、UV照射機〔超高圧水銀灯、全光線(バンドパスフィルタ無し)〕にて4000mJ/cm2(波長365nm積算)のガラスマスクパターン露光〔パターン幅/パターン間隔(L/S)=50μm/200μm〕を行ない、後加熱(140℃×10分間)を行なった。その後、γ-ブチロラチクトン中にて現像(室温25℃下、3分間)した後、水洗し、ホットプレート上にて水分を乾燥(120℃×5分間)させることにより、所定パターンの樹脂層(厚み50μm)を作製した。
 このようにして得られた各樹脂層を用いて、各層の耐熱着色性、パターニング性、および未硬化物の柔軟性に関して下記に示す方法に従って測定・評価した。これらの結果を下記の表1に併せて示す。
[耐熱着色性]
 スピンコーターを用いて、加熱乾燥(130℃×10分間)後、厚みが50μmの塗膜が形成されるように感光性ワニスを塗工し未硬化層を形成した。形成された未硬化層に対し、UV照射機[超高圧水銀灯、全光線(バンドパスフィルタ無し)]にて4000mJ/cm2(波長365nm積算)の露光を行い、後加熱(140℃×10分間)を行った。形成された硬化樹脂膜を125℃オーブンへ500時間投入し、オーブン投入前後での400nmの波長の透過率変化を、分光光度計を用いて測定した。その結果を下記の基準に従い評価した。
  〇:125℃オーブン投入後の400nm透過率が、投入前の透過率の90%以上
  △:125℃オーブン投入後の400nm透過率が、投入前の透過率の70%以上90%未満
  ×:125℃オーブン投入後の400nm透過率が、投入前の透過率の70%未満
[パターニング性]
 上記各層の作製条件にて得られたパターン形状の外観を顕微鏡にて観察した。その結果を下記の基準に基づき評価した。
  ○:矩形状で作製されていた。
  △:パターン上部に丸みが確認されたが、機能上問題のないものであった。
  ×:形状異常であり、機能上問題が発生するものであった。
[未硬化物(未硬化フィルム)柔軟性]
 ポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に、加熱乾燥(130℃×10分間)後、厚み約80μmの塗膜が形成されるように感光性ワニスを塗工し、未硬化フィルム(アモルファスフィルム)を作製した。つぎに、PET基材上のアモルファスフィルムを曲率半径4cmおよび2cmの各巻き芯に沿って巻回した後、巻回後のアモルファスフィルムに発生したクラックの有無を確認した。その結果を下記の基準に従い評価した。
  ○:未硬化フィルムを曲率半径2cmの巻き芯に巻き付けたが、クラックは発生しなかった。
  △:未硬化フィルムを曲率半径4cmの巻き芯に巻き付けたが、クラックが発生しなかった。つぎに、未硬化フィルムを曲率半径2cmの巻き芯に巻き付けた結果、クラックが発生した。
  ×:未硬化フィルムを曲率半径4cmの巻き芯に巻き付けた結果、クラックが発生した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 上記結果から、エポキシ樹脂成分として3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有する感光性エポキシ樹脂組成物からなる実施例は、耐熱着色性、パターニング性、R-to-R適合性(未硬化樹脂の優れた柔軟性)のいずれも良好な結果が得られた。なかでも、コア層形成用である実施例1の配合、クラッド層形成用である実施例5の配合は全ての評価項目において良好な結果が得られており、特に優れたものであるといえる。
 これに対して、エポキシ樹脂成分として3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有しない感光性エポキシ樹脂組成物からなる比較例1,2に関しては、評価項目において少なくとも1つに×の項目があり、特性評価に劣る結果となった。
 上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。
 本発明の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物は、光導波路を構成するクラッド層またはコア層の形成材料として有用である。そして、上記光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物をクラッド層形成材料またはコア層形成材料として用いて作製される光導波路は、例えば、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板等に用いられる。

Claims (10)

  1.  エポキシ樹脂成分および光カチオン重合開始剤を含有する光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂成分が、3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂を含有する、光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
  2.  前記エポキシ樹脂成分が、前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂とともに、固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂を含有する、請求項1に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
  3.  前記固形半脂肪族2官能エポキシ樹脂が、下記の式(1)で表されるエポキシ樹脂である、請求項2に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  4.  前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂が、下記の式(2)および式(3)の少なくとも一方のエポキシ樹脂である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
  5.  前記3官能以上のビスフェノールA型骨格を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂成分全体の7~55重量%である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
  6.  光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物が、基材とその基材上にクラッド層が形成され、さらに前記クラッド層中に所定パターンで、光信号を伝搬するコア層が形成されてなる光導波路におけるコア層形成材料である、請求項1~5のいずれか一項に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
  7.  光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物が、基材とその基材上にクラッド層が形成され、さらに前記クラッド層中に所定パターンで、光信号を伝搬するコア層が形成されてなる光導波路におけるクラッド層形成材料である、請求項1~5のいずれか一項に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物。
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物をフィルム状に形成してなる、光導波路形成用感光性フィルム。
  9.  前記コア層もしくは前記クラッド層のうち少なくとも一方が、請求項6または7に記載の光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、または請求項8に記載の光導波路形成用感光性フィルムを硬化させることにより形成されてなる、光導波路。
  10.  請求項9に記載の光導波路を備える、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板。
PCT/JP2019/029380 2018-07-31 2019-07-26 光導波路形成用感光性エポキシ樹脂組成物、光導波路形成用感光性フィルムおよびそれを用いた光導波路、光・電気伝送用混載フレキシブルプリント配線板 WO2020026970A1 (ja)

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