JP4894719B2

JP4894719B2 - 光導波路

Info

Publication number: JP4894719B2
Application number: JP2007278166A
Authority: JP
Inventors: 直幸近藤; 眞治橋本; 徹中芝
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009104083A

Description

本発明は、ポリマ材料で形成される光導波路に関するものである。

インターネットに代表される光通信の高速処理のニーズとは別に、装置内で大量の画像情報を伝送する分野などにおいて、光伝送を採用することによって、高速処理や電磁ノイズ回避を実現するニーズが高まっている。これには、ＬＳＩやＩＣチップ間を従来の電気伝送に替えて光で伝送しようという装置内光コネクションが重要な技術となっている。

そしてこの分野では、長距離光通信で使用されているような、波長１．３μｍや１．５μｍ台の波長を用いる断面径が１０μｍ以下のシングルモード導波路ではなく、導波路の光入出力部と受発光素子の位置合せが容易になる断面径が３０〜１００μｍのマルチモード導波路が最適であり、このようなマルチモード導波路において、光の損失が小さく、量産性に優れ、電気回路基板との一体化が容易なポリマ導波路の実用が望まれている。

このようなポリマ導波路を作製するポリマ材料としては、透明性が高い熱可塑性樹脂や光あるいは熱で硬化する硬化性樹脂が使用されている。

しかし、アクリル樹脂、ＰＥＴ、シクロオレフィンポリマなど熱可塑性樹脂を用いる場合（例えば、特許文献１等参照）、熱可塑性樹脂は高温が作用すると溶融するため、半田付けに耐えることができないものであり、また熱可塑性樹脂は接着力が低いため、層間密着性の高い光導波路を作製することが難しいものであり、実用化が困難であるという問題がある。

一方、硬化性樹脂は耐熱性が高く、層間密着性も良好であるので、ポリマ材料として硬化性樹脂を用いることが主流になっている。

例えば、特許文献２には、オキセタン樹脂、エポキシ樹脂、光重合開始剤を含有する液状の光硬化性樹脂をクラッド用やコア用のポリマ材料として用い、この光硬化性樹脂液を塗布して形成した後に、パターン露光、現像を行なってコアを形成する工程を有する工法で、光導波路を作製する技術が開示されている。

また特許文献３には、多官能の反応性オリゴマーと光重合開始剤を含有する液状の光硬化性エポキシ樹脂をクラッド用やコア用のポリマ材料として用い、この光硬化性エポキシ樹脂液を塗布して形成した後に、パターン露光、現像を行なってコアを形成する工程を有する工法で、光導波路を作製する技術が開示されている。
特開平１−３０２３０８号公報特開２００１−３４３５３９号公報特許第３０６３９０３号公報

しかし、上記の特許文献２，３のように、ポリマ材料として液状の光硬化性樹脂を用いる場合、光硬化性樹脂液を塗布する塗工工程が必要となり、生産性に問題を有するものであった。また特許文献２，３のものでは、光硬化性樹脂液の塗布層にパターン露光をした後に現像を行なうにあたって、有機溶剤を用いて現像を行なう必要があり、有機溶剤は引火・爆発のおそれや作業環境での人体に対する悪影響があるという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ラミネートプロセスにより生産性高く製造することができると共に、また有機溶剤を用いることなく現像を行なってコアを形成することができ、しかも光の損失が小さい光導波路を提供することを目的とするものである。

本発明に係る光導波路は、クラッドと、クラッド内のコアとから形成される光導波路において、クラッドは、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、及びカチオン硬化開始剤を含有するエポキシ樹脂組成物で形成される硬化性フィルムをラミネートした後に硬化することによって作製されるものであり、コアは、３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、及び光カチオン硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物で形成される光硬化性フィルムをラミネートした後に、パターン露光し、露光されていない部分を水系フラックス洗浄剤を用いて除去する現象処理をすることによって作製されるものであることを特徴とするものである。

この発明によれば、クラッド用の硬化性フィルムと、コア用の光硬化性フィルムを用いて、ラミネートプロセスにより生産性高く光導波路を形成することができると共に、有機溶剤を用いることなく現像を行なってコアを形成することができ、しかも光の損失が小さく、フレキシブルな光導波路を形成することができるものである。

また本発明は、上記のコア用の光硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物に、フェノキシ樹脂をも含有することを特徴とするものである。

この発明によれば、光の損失がより小さい光導波路を形成することができるものである。

また本発明は、上記のコア用の光硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物に、式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂をも含有することを特徴とするものである。

また本発明は、上記のクラッド用の硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物に、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をも含有することを特徴とするものである。

本発明によれば、クラッド用の硬化性フィルムと、コア用の光硬化性フィルムを用いて、ラミネートプロセスにより生産性高く光導波路を形成することができると共に、有機溶剤を用いることなく現像を行なってコアを形成することができ、しかも光の損失が小さく、フレキシブルな光導波路を形成することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明において、クラッドを形成するために使用される硬化性フィルムは、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、及びカチオン硬化開始剤を含有するエポキシ樹脂組成物によって形成されるものである。

上記のポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルを含有することによって、その分子構造に起因する優れた柔軟性を硬化物に発現することができ、クラッドのＴｇを下げて光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を低くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。また硬化性フィルムのタック性（粘着性）を高めて層間の密着性を向上することができるものである。ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルの含有量が多くなり過ぎると、Ｔｇが低くなり過ぎて耐熱性が低下したり、タック性が強くなり過ぎて取り扱いに問題が生じたりするので、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルの含有量は、樹脂分全量に対して５〜２０質量％の範囲が好ましい。

このポリアルキレングリコールジグリシジルエーテルとしては、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルなどを用いることができる。

また上記の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂を含有することによって、クラッドのＴｇを下げて光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を低くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。この水添ビスフェノール型エポキシ樹脂として、常温で液状のもの、常温で固形のもの、いずれでも使用することができるので、液状のものを用いることによって硬化性フィルムのタック性を高めることができ、また固形のものを用いることによって硬化性フィルムのタック性を下げることができ、硬化性フィルムのタック性を調整することができるものである。水添ビスフェノール型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して２０〜５０質量％の範囲が好ましい。

この水添ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂などを用いることができる。

また上記の常温（室温）で固形である固形ビスフェノール型エポキシ樹脂を含有することによって、硬化物の脆さを抑えてクラッドの強靭性を高めることができると共にＴｇを低めに調整することができ、光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を低くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。また硬化性フィルムのタック性が低くなるように調整することもできる。固形ビスフェノール型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して１０〜４０質量％の範囲が好ましい。

この固形ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、固形ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、固形ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、固形ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂などを用いることができる。

また上記のフェノキシ樹脂を含有することによって、硬化物の脆さを抑えてクラッドの強靭性を高めることができると共にＴｇを低めに調整することができ、光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を低くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。また、硬化性フィルムを作製する際に調製する溶剤溶液（ワニス）の粘度が高くなるように調整することができ、硬化性フィルムの作製が容易になるものであり、また硬化性フィルムのタック性を低く抑えるように調整することもできるものである。フェノキシ樹脂の含有量が多くなり過ぎると、ワニスのチクソ性が高くなって硬化性フィルムを作製する際の塗工性に適さなくなるので、フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して１０〜２５質量％の範囲が好ましい。

また、エポキシ樹脂組成物に硬化性を付与するための硬化開始剤として、上記のようにカチオン硬化開始剤を含有することによって、クラッドの透明性を高めることができ、光損失を低減することができるものである。このカチオン硬化剤としては、光によってのみ硬化を開始できる光カチオン硬化開始剤、熱によってのみ硬化を開始できる熱カチオン硬化開始剤、光によっても熱によっても硬化を開始できる光・熱カチオン硬化開始剤があるが、これらのいずれのものも使用することができ、またこれらを単独で使用する他に複数種を併用してもよい。カチオン硬化開始剤の含有量は必要に応じて設定されるが、一般に、樹脂分全量に対して０．５〜２質量％の範囲が好ましい。

上記の樹脂成分や硬化開始剤の各材料を組み合わせて調製したエポキシ樹脂組成物から硬化性フィルムを作製し、この硬化性フィルムを硬化させることによって、透明性に優れ、且つフレキシブル性の高いクラッドを、ラミネート時のボイドの混入少なく作製することができるものであり、光損失が小さく、フレキシブルな光導波路のクラッドを得ることができるものである。

クラッド形成用の硬化性フィルムを作製するエポキシ樹脂組成物は、上記の成分が必須であるが、上記の成分の他に、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を含有することが好ましい。このものは常温で液体の透明な脂環式エポキシであり、硬化物のＴｇを高めに調整することができ、またクラッドの屈折率を低くすることができると共に透明性を高くすることができるものであり、光損失を低減することができるものである。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の含有量は、樹脂分全量に対して３〜１５質量％の範囲が好ましい。３質量％未満であると、含有による効果を十分に得ることができないものであり、逆に１５質量％を超えると、硬化物の柔軟性が低下し、クラッドの耐屈曲性が低下するので、フレキシブル光導波路を作製する上で好ましくない。

クラッド形成用の硬化性フィルムを作製するエポキシ樹脂組成物には、さらに、本発明の趣旨を阻害ない範囲で、各種エポキシ樹脂、各種オキセタン樹脂、各種のアクリレートやメタクリレートなど反応性二重結合を有する化合物、各種の液状又は固形のゴム状物質などを含有することもできるものであり、また増感剤や表面調整剤（レベリング剤、消泡剤、ハジキ防止剤）などを含有することもできるものである。

次に、本発明において、コアを形成するために使用される光硬化性フィルムは、３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、及び光カチオン硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物で形成されるものである。

上記の３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂を含有することによって、コアの透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。またタック性が強くなるように調整することができ、硬化過程において速い硬化速度を有する光硬化性フィルムを得ることができるものであり、さらに分子構造に応じてＴｇを高くしたり低くしたりすることができ、硬化物のＴｇを調整することができるものである。また、光硬化性フィルムをパターン露光・現像して導波路のコアを作製する際に、コアの両側面は現像によって荒れが発生し易く、このコアの両側面で光が散乱してクラッドへと逃げ易くなって光導波損失が一般に生じるが、３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂を含有することによってコアのこの側面の部分の屈折率がコア内部よりも低下する現象がみられ、コアの両側面からクラッドへと逃げる光の量が少なくなって光導波損失を低減することができるものである。３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して５〜２０質量％の範囲が好ましい。

この３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂としては、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、ε−カプロラクトン変性３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートなどを用いることができる。

また上記の常温で液状である液状ビスフェノール型エポキシ樹脂を含有することによって、硬化物の脆さを抑えてコアの強靭性を高めることができると共にＴｇを低めに調整することができ、光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を高くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。また硬化性フィルムのタック性が強くなるように調整することもできる。液状ビスフェノール型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して１０〜４０質量％の範囲が好ましい。

この液状ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、液状ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、液状ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂などを用いることができる。

また上記の常温で固形である固形ビスフェノール型エポキシ樹脂を含有することによって、硬化物の脆さを抑えてコアの強靭性を高めることができると共にＴｇを低めに調整することができ、光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を高くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。また硬化性フィルムのタック性が低くなるように調整することもできる。固形ビスフェノール型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して４０〜８０質量％の範囲が好ましい。

また、エポキシ樹脂組成物に光硬化性を付与するための光硬化開始剤として、上記のように光カチオン硬化開始剤を含有することによって、コアの透明性を高めることができ、光損失を低減することができるものである。光カチオン硬化剤の含有量は必要に応じて設定されるが、一般に、樹脂分全量に対して０．５〜２質量％の範囲が好ましい。

上記の樹脂成分や硬化開始剤の各材料を組み合わせて調製したエポキシ樹脂組成物から光硬化性フィルムを作製し、この硬化性フィルムをパターン露光して現像することによって、透明性に優れ、且つフレキシブル性の高いコアを、ラミネート時のボイドの混入少なく作製することができるものであり、光損失が小さく、フレキシブルな光導波路のコアを得ることができるものである。また上記のエポキシ樹脂組成物から作製した光硬化性フィルムは、水系フラックス洗浄剤を現像液として用いて現像することができるものであり、現像に有機溶剤を用いる必要がなくなって、引火・爆発の問題や作業環境での人体に対する悪影響の問題を回避することができるものである。

コア形成用の硬化性フィルムを作製するエポキシ樹脂組成物は、上記の成分が必須であるが、上記の成分の他に、フェノキシ樹脂を含有させるようにするのが好ましい。フェノキシ樹脂を含有することによって、硬化物の脆さを抑えてコアの強靭性を高めることができると共にＴｇを低めに調整することができ、光導波路のフレキシブル化が容易になるものであり、かつ屈折率を高くすることができると共に透明性を高くすることができ、光損失を低減することができるものである。特に、このように硬化物の脆さを抑えてコアの強靭性を高めることができるため、露光・現像してパターン状に形成したコアのエッジに欠けや傷など物理的損傷が発生することを防ぐことができるものであり、導波路損失を低減することができるものである。また、光硬化性フィルムを作製する際に調製する溶剤溶液（ワニス）の粘度が高くなるように調整することができ、光硬化性フィルムの作製が容易になるものであり、さらに光硬化性フィルムのタック性を低く抑えるように調整することもできるものである。フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して１〜５質量％の範囲が好ましい。１質量％未満であると、フェノキシ樹脂を含有することによる効果を十分に得ることができないものであり、逆に５質量％を超えると、水系フラックス洗浄剤で現像を行なうことが難しくなるので、好ましくない。

またコア形成用の光硬化性フィルムを作製するエポキシ樹脂組成物には、上記の成分の他に、上記の式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂を含有させるようにするのが好ましい。この式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂を含有することによって、透明性の高いコアを形成できるものであり、光損失の小さい光導波路を形成することができるものである。この式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂を含有しない場合には、エポキシ樹脂組成物の組成によってはベンゼン環の有無や分子量の違いなどにより、作製した光硬化性フィルムの透明性が霞んで低下するが、式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂を含有することで光硬化性フィルムの透明性が高まることから、式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂は光硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂同士の相溶化剤として作用していると考えられるものであり、そしてこのような特殊な作用によって、エポキシ樹脂はミクロな相分離のない硬化物となってコアが形成されるものであり、光導波損失を低減できるものと考えられる。式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂の含有量は、樹脂分全量に対して５〜２０質量％が好ましい。

コア形成用の光硬化性フィルムを作製するエポキシ樹脂組成物には、さらに、本発明の趣旨を阻害ない範囲で、各種エポキシ樹脂、各種オキセタン樹脂、各種のアクリレートやメタクリレートなど反応性二重結合を有する化合物、各種の液状又は固形のゴム状物質などを含有することもできるものであり、また増感剤や表面調整剤（レベリング剤、消泡剤、ハジキ防止剤）などを含有することもできるものである。

上記のエポキシ樹脂組成物を用いてクラッド用の硬化性フィルムやコア用の光硬化性フィルムを作製するにあたって、エポキシ樹脂組成物を溶剤に溶解して溶剤溶液（ワニス）を調製し、このワニスを剥離フィルムの表面にコーターで塗布し、これを乾燥することによって行なうことができる。

次に、このクラッド用の硬化性フィルムとコア用の光硬化性フィルムを用いて光導波路を製造する方法について説明する。ここで、クラッド用硬化性フィルムの屈折率は、コア用光硬化性フィルムの屈折率よりも低く形成されるものである。

まず、フレキシブルプリント配線基板など回路１１が形成されたフレキシブルな基板１１の表面に図１（ａ）のようにクラッド用硬化性フィルム１をラミネートし、次に紫外線などの光照射や加熱をしてクラッド用硬化性フィルム１を硬化させることによって、図１（ｂ）のように、基板１１の表面にアンダークラッド３ａを積層して形成する。

次に、アンダークラッド３ａの表面にコア用光硬化性フィルム２をラミネートし、図１（ｃ）のようにコアパターンのスリット１２が形成されたマスク１３を重ね、スリット１２を通して紫外線など光硬化が可能な光を照射することによって、コア用光硬化性フィルム２にコアパターンで露光する。このように露光した後、コア用光硬化性フィルム２を現像処理して、露光されていない部分のコア用光硬化性フィルム２を除去することによって、露光して光硬化されたコア４を図１（ｄ）のようにパターン形状でアンダークラッド３ａの表面に形成する。ここで本発明では、現像液として水性フラックス洗浄剤を用いて現像を行なうことができる。また露光は、このようにマスク１３を用いて光照射することによって行なう他に、レーザ光をパターン形状に走査して照射する直接描画方式で行なうこともできる。

この後、クラッド用硬化性フィルム１をラミネートして、コア４を覆うようにアンダークラッド３ａの上に図１（ｅ）のように重ね、光照射や加熱をしてクラッド用硬化性フィルム１を硬化させることによって、図１（ｆ）のようにオーバークラッド３ｂを積層して形成する。

このようにして、アンダークラッド３ａとオーバークラッド３ｂからなるクラッド３内にコア４が埋入された光導波路Ａを基板１０の表面に形成することができるものである。そしてこの光導波路Ａは、フレキシブルに形成されるものであり、基板１０として回路１１を有するフレキシブルプリント配線基板を用いることによって、光電複合フレキシブル配線板を得ることができるものである。

上記のようにして光導波路Ａを製造するにあたって、クラッド３やコア４はクラッド用硬化性フィルム１やコア用光硬化性フィルム２をラミネートするラミネートプロセスで製造を行なうことができ、塗工のような工程を必要とすることなく、生産性高く光導波路Ａを製造することができるものである。またクラッド３やコア４はクラッド用硬化性フィルム１やコア用光硬化性フィルム２によって、均一で精度が高い厚みで形成することができるものである。

尚、図１（ｄ）のようにコア用光硬化性フィルム２を現像してコア４を形成する際に、現像液がアンダークラッド３ａに作用し、アンダークラッド３ａが現像液で膨潤したり、アンダークラッド３ａとコア４が層間剥離したりすることがあるが、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を含有するエポキシ樹脂組成物で作製したクラッド用硬化性フィルム１を用いてアンダークラッド３ａを形成することによって、このような膨潤や層間剥離の発生を防ぐことができるものである。このように膨潤や層間剥離を防ぐことができるのは、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は、多官能な脂環式エポキシ樹脂であって、グリシジルエーテル型ではない外部エポキシであるという化学構造式に起因していると考えられる。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（クラッド用硬化性フィルムとコア用光硬化性フィルムの作製）
各材料として次のものを用いた。
（１）ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル
・ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル：東都化成（株）製「ＰＧ２０７Ｎ」
（２）３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂
・３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート：ダイセル化学工業（株）製「セロキサイド２０２１Ｐ」
・ε−カプロラクトン変性３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート：ダイセル化学工業（株）製「セロキサイド２０８１」
（３）水添ビスフェノール型エポキシ樹脂
・液状の水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＸ８０００」
・固形の水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＬ７１７０」
（４）固形ビスフェノール型エポキシ樹脂
・固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート１００６ＦＳ」
・固形ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート４００７」
（５）液状ビスフェノール型エポキシ樹脂
・液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業（株）製「エピクロン８３０Ｓ」
・液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業（株）製「エピクロン８５０Ｓ」
（６）フェノキシ樹脂
・東都化成（株）製「ＹＰ５０」
（７）式（１）のエポキシ樹脂
・三井化学（株）製「ＶＧ−３１０１」
（８）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のエポキシ樹脂
・ダイセル化学工業（株）製「ＥＨＰＥ３１５０」
（９）光カチオン硬化開始剤
・（株）アデカ製「ＳＬ−１７０」（ＳｂＦ_６ ⁻系スルホニウム塩）
（１０）熱カチオン硬化開始剤
・三新化学工業（株）製「ＳＩ−１５０Ｌ」（ＳｂＦ_６ ⁻系スルホニウム塩）
（１１）表面調整剤
・大日本インキ化学工業（株）製「Ｆ４７０」
（１２）溶剤
・トルエン
・ＭＥＫ
上記の材料を表１の配合に従って、ガラス容器に秤取し、還流下６０℃で溶解した後、目開き１μｍのＰＴＦＥ製メンブランフィルターで濾過することによって、ワニスを調製した。そしてこのワニスを離型フィルム（帝人デュポン社製ＰＥＴフィルム「ＯＸ−５０」）の表面にヒラノテクシード社製のコンマコーターヘッドのマルチコーターを用いて塗布し、これを乾燥することによって、厚み１０μｍと厚み５０μｍのクラッド用硬化性フィルム１、及び厚み４０μｍのコア用光硬化性フィルム２を作製した。

尚、表１において、クラッド用硬化性フィルム１を作製するエポキシ樹脂組成物のうち、請求項１の要件を満たす組成を「クラッド実施例組成１」〜「クラッド実施例組成３」、請求項１の要件を満たさない組成を「クラッド比較例組成１」と表示し、コア用光硬化性フィルム２を作製するエポキシ樹脂組成物のうち、請求項１の要件を満たす組成を「コア実施例組成１」〜「コア実施例組成４」、請求項１の要件を満たさない組成を「コア比較例組成１」と表示した。

そして上記のクラッド用硬化性フィルム１とコア用光硬化性フィルム２の屈折率とＴｇ（ガラス転移温度）を測定し、結果を表１に示す。

屈折率の測定は次のようにして行なった。上記と同様にして離型フィルムの表面に厚み８０μｍになるように作製したフィルムを、３０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み４ｍｍの高屈折率ガラス板（屈折率１．６）の平滑面に、加圧式真空ラミネーター（ニチゴー・モートン（株）製「Ｖ−１３０」）を用いて６０℃、０．２ＭＰａの条件でラミネートし、超高圧水銀灯で２Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光を照射して露光して、離型フィルムを剥した後、１５０℃で１時間加熱処理を行なった。そしてフィルムの表面を平滑にするために研磨し、アタゴ社製の屈折率測定装置にてフィルムの屈折率を測定した。

またＴｇの測定は次のようにして行なった。上記と同様にして離型フィルムの表面に厚み８０μｍになるように作製したフィルムに、超高圧水銀灯で２Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光を照射して露光し、１００℃で５分間の加熱処理を行なった後、離型フィルムを剥し、さらにフィルムのみを１５０℃で１時間加熱処理した。この硬化済みのフィルムを５ｍｍ×５０ｍｍの大きさにカットし、粘弾性スペクトロメータ（セイコー電子工業（株）製「ＤＭＳ２００」）を用いて、複素弾性率（Ｅ”）のピーク温度をＴｇとして測定した。

（実施例１）
厚み２５μｍのポリイミドフィルムの両面に厚み１２μｍの銅箔を積層したフレキシブル両面銅張積層板（松下電工（株）製「ＦＥＬＩＯＳ（Ｒ−Ｆ７７５）」）を用い、片面の銅箔にパターニングを施して回路１１を形成すると共に、他の片面の銅箔をエッチングして除去することによって、１３０ｍｍ×１３０ｍｍの外形サイズのフレキシブルプリント配線基板からなる、図２（ａ）のようなフレキシブル基板１０を作製した。そして１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×厚み２ｍｍのガラス板１６の全面に再剥離タイプ両面粘着テープ１７（寺岡製作所（株）製「Ｎｏ．７６９２」）の強粘着面を、加圧式真空ラミネーター（ニチゴー・モートン（株）製「Ｖ−１３０」）を用いて６０℃、０．２ＭＰａの条件でラミネートし、さらに両面粘着テープ１７の弱粘着面にフレキシブル基板１０の回路１１を形成した面を真空ラミネーター「Ｖ−１３０」で同条件でラミネートすることによって、ガラス板１６にフレキシブル基板１０を図２（ｂ）のように仮接着した。

次に、厚み１０μｍのクラッド用硬化性フィルム１として「クラッド実施例組成１」のものを用い、フレキシブル基板１０の回路１１を形成していない側の表面にこのクラッド用硬化性フィルム１を、真空ラミネーター「Ｖ−１３０」で上記と同条件で図２（ｃ）のようにラミネートした。そして超高圧水銀灯で２Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光をクラッド用硬化性フィルム１に照射し、さらに離型フィルムを剥した後に１５０℃で３０分間熱処理し、また酸素プラズマ処理を施して、クラッド用硬化性フィルム１が硬化したアンダークラッド３ａを形成した。

次に、厚み４０μｍのコア用光硬化性フィルム２として「コア実施例組成１」のものを用い、このコア用光硬化性フィルム２をアンダークラッド３ａの表面に、真空ラミネーター「Ｖ−１３０」で上記と同条件で図２（ｄ）のようにラミネートした。そして幅４０μｍ、長さ１２０ｍｍの直線パターンのスリット１２を形成したネガマスク１３をコア用光硬化性フィルム２の表面に重ね、超高圧水銀灯で３Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光を照射することによって露光し、光硬化性フィルム１のスリット１２に対応する部分を光硬化させた。

次に光硬化性フィルム１から離型フィルムを剥離した後、１４０℃で２分間熱処理を行ない、さらに現像液として５５℃に調整した水系フラックス洗浄剤（荒川化学工業（株）製「パインアルファＳＴ−１００ＳＸ」）を用いて現像処理することによって、光硬化性フィルム１の未露光部分を溶解除去し、さらに水で仕上げ洗浄してエアブローした後、１００℃で１０分間乾燥することによって、図２（ｅ）のようにコア４を形成した。またこのように現像処理を行なった後の、アンダークラッド３ａの表面状態を目視観察し、コア４の外観を実体顕微鏡で観察した。結果を表２に示す。

次に、図２（ｆ）のようにコア４の両端から１０ｍｍの箇所に、導波光を９０°偏向させるためのマイクロミラー１９を形成した。すなわち、まず切削刃の頂角が９０°の回転ブレード（ディスコ社製「＃５０００」ブレード）を用い、回転数１００００ｒｐｍ、移動速度０．１ｍｍ／ｓの条件で、コア１の両端からそれぞれ１０ｍｍの位置を横切るように移動させることによって、深さ５０μｍのＶ溝２０を加工し、次に「クラッド実施例組成３」のワニスをトルエン：ＭＥＫ＝３：７の溶剤で５０倍に希釈した溶液をＶ溝２０にブラシで薄く塗布し、１００℃で３０分間乾燥した後に超高圧水銀灯で１Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光を照射して露光し、さらに１２０℃で１０分間熱処理を行なうことによって、Ｖ溝２０の平滑化を行なった。この後、Ｖ溝２０の部分のみが開口されたメタルマスクを被せて金を真空蒸着することによって、Ｖ溝２０の表面に１０００Å厚の金薄膜でマイクロミラー１９を形成した。

次に、厚み５０μｍのクラッド用硬化性フィルム１として「クラッド実施例組成１」のものを用い、コア４の上からこのクラッド用硬化性フィルム１を、真空ラミネーター「Ｖ−１３０」で８０℃、０．３ＭＰａの条件で図２（ｇ）のようにラミネートした。そして１２０℃で３０分間熱処理した後、超高圧水銀灯で２Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外光をクラッド用硬化性フィルム１に照射し、さらに離型フィルムを剥した後に１５０℃で３０分間熱処理し、クラッド用硬化性フィルム１を硬化させてオーバークラッド３ｂを形成した。

このようにコア４の上に形成したオーバークラッド３ｂの表面を酸素プラズマ処理した後、カバーレイフィルム２１（松下電工（株）製「ハロゲンフリーカバーレイフィルムＲ−ＣＡＥＳ」：ポリイミド製、厚み１２５μｍ、接着層１５μｍ厚）をオーバークラッド３ｂの表面に、真空ラミネーター「Ｖ−１３０」で１２０℃、０．３ＭＰａの条件で図２（ｈ）のようにラミネートし、１６０℃で１時間加熱して硬化させた。

そして、図２（ｉ）のように、両面粘着テープ１７の弱粘着面からガラス板１６を剥離してルーターで切り出すことによって、アンダークラッド３ａとオーバークラッド３ｂからなるクラッド３内にコア４が埋入されて形成される光導波路Ａが、回路１１付のフレキシブル基板１０の表面に設けられた構成の光電複合フレキシブル配線板Ｂを得た。尚、この光電複合フレキシブル配線板Ｂにおいて、光導波路Ａに入射して出射される導波光の光路を図２（ｉ）に矢印で示す。

（実施例２〜１０、比較例１〜３）
クラッド用硬化性フィルム１とコア用光硬化性フィルム２として、表２に示す組み合わせで用いるようにした他は、上記の実施例１と同様にして、光電複合フレキシブル配線板Ｂを得た。

上記のようにして得た実施例１〜１０、比較例１〜３の光電複合フレキシブル配線板Ｂについて、光損失の測定と耐屈曲性の測定を行なった。結果を表２に示す。

光損失の測定は次のようにして行なった。光電複合フレキシブル配線板Ｂのフレキシブル基板１０の表面に、コア４の一方の端部のマイクロミラー１９に対応する箇所においてコア径１０μｍ、ＮＡ０．２１の光ファイバーの端部をシリコーンオイルのマッチングオイルを介して接続すると共に、コア４の他方の端部のマイクロミラー１９に対応する箇所においてコア径２００μｍ、ＮＡ０．４の光ファイバーの端部をマッチングオイルを介して接続し、８５０ｎｍ波長のＬＥＤ光源からの光をコア径１０μｍ、ＮＡ０．２１の光ファイバーから光導波路Ａに入射させ、コア径２００μｍ、ＮＡ０．４の光ファイバーを通して出射される光のパワー（Ｐ_１）をパワーメータで測定した。一方、この両者の光ファイバーの端面同士を突き当てて光導波路Ａが介在しない状態での光のパワー（Ｐ_０）をパワーメータで測定した。そして、−１０ｌｏｇ（Ｐ_１／Ｐ_０）の計算式から、光電複合フレキシブル配線板Ｂに設けたマイクロミラー１９付きの光導波路Ａの挿入損失を求めた。結果を表２の「光導波路の挿入損失（１）」の欄に示す。

また、光電複合フレキシブル配線板Ｂの光導波路Ａの部分のみの光損失を測定するために、図３に示すように、光電複合フレキシブル配線板Ｂの両端部のマイクロミラー１９の部分を切り落とし、長さが１００ｍｍで、両端部に４０μｍ×４０μｍのコア４の端面が露出する光導波路Ａが形成されるようにし、上記と同様に、コア４の各端面にそれぞれ光ファイバーを接続して、光導波路Ａを通して出射される光のパワー（Ｐ_１）と、光導波路Ａが介在しない状態での光のパワー（Ｐ_０）を測定し、−１０ｌｏｇ（Ｐ_１／Ｐ_０）の計算式から、光導波路Ａの挿入損失を求めた。結果を表２の「光導波路の挿入損失（２）」の欄に示す。

耐屈曲性の測定は次のようにして行なった。光電複合フレキシブル配線板Ｂを曲率半径２ｍｍで、片面ずつ交互に９０°の角度で繰り返して折り曲げる屈曲試験を１０万回行ない、屈曲試験の前後で上記の「光導波路の挿入損失（１）」と同じ測定を行なって、挿入損失を測定した。そして屈曲試験の前後で損失増分が１ｄＢ以下であるものを「○」、１ｄＢを超えるものを「×」と評価した。

表２にみられるように、「クラッド実施例組成１」〜「クラッド実施例組成３」のクラッド用硬化性フィルムと、「コア実施例組成１」〜「コア実施例組成４」のコア用光硬化性フィルムを組み合わせて用いた各実施例のものは、光導波路の損失が小さく、耐屈曲性が高いものであった。

また、「コア実施例組成１」のコア用光硬化性フィルムを用いた実施例１、実施例５、実施例８では、現像時にコアのエッジ部の一部に欠けが発生することがあり、光導波路の損失がわずかながら悪くなっているが、フェノキシ樹脂を含有する「コア実施例組成２」〜「コア実施例組成４」のコア用光硬化性フィルムを用いた実施例２〜実施例４、実施例６、実施例７、実施例９、実施例１０では、このようなコアの欠けがなく、光導波路の損失の小さいものであった。さらに実施例４や実施例１０では、式（１）のエポキシ樹脂を含有する「コア実施例組成４」のコア用光硬化性フィルムを用いているため、樹脂の相溶性が高まって透明性が向上し、光導波路の損失はさらに優れたものになっている。

また、「クラッド実施例組成１」のクラッド用硬化性フィルムを用いた実施例１〜実施例４では、現像後にアンダークラッドの表面に膨潤が発生することがあり、光導波路の特性に悪影響を与える可能性があるが、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を含有する「クラッド実施例組成２」、「クラッド実施例組成３」のクラッド用硬化性フィルムを用いた実施例５〜実施例１０では、このような膨潤の現象は発生しないものであった。

また、「クラッド実施例組成２」と「クラッド実施例組成３」の違いは、前者が光カチオン硬化開始剤と熱カチオン硬化開始剤を併用し、後者が光カチオン硬化開始剤を単独使用する点であるが、これらのクラッド用硬化性フィルムを用いた実施例５〜実施例１０ではいずれも、同様の光導波路の損失特性が得られており、加熱によって硬化させる必要がある場合や、光照射の前に加熱で硬化が開始しないことが必要である場合など、加工工程の必要に応じて使い分けできることが確認される。

本発明の実施の形態の一例における、光導波路の製造の工程を示すものであり、（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ断面図である。実施例での製造の工程を示すものであり、（ａ）乃至（ｉ）はそれぞれ断面図である。光導波路の挿入損失（２）を測定するための、光導波路の断面図である。

符号の説明

１クラッド用硬化性フィルム
２コア用光硬化性フィルム
３クラッド
４コア

Claims

クラッドと、クラッド内のコアとから形成される光導波路において、クラッドは、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、及びカチオン硬化開始剤を含有するエポキシ樹脂組成物で形成される硬化性フィルムをラミネートした後に硬化することによって作製されるものであり、コアは、３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂、固形ビスフェノール型エポキシ樹脂、及び光カチオン硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物で形成される光硬化性フィルムをラミネートした後に、パターン露光し、露光されていない部分を水系フラックス洗浄剤を用いて除去する現象処理をすることによって作製されるものであることを特徴とする光導波路。
コア用の光硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物には、フェノキシ樹脂をも含有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
コア用の光硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物には、式（１）の化学構造を有するエポキシ樹脂をも含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
クラッド用の硬化性フィルムを形成するエポキシ樹脂組成物には、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をも含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路。