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JP2009198959A - Optical material, optical waveguide, optical component, and optoelectric hybrid substrate - Google Patents

Optical material, optical waveguide, optical component, and optoelectric hybrid substrate Download PDF

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JP2009198959A
JP2009198959A JP2008042743A JP2008042743A JP2009198959A JP 2009198959 A JP2009198959 A JP 2009198959A JP 2008042743 A JP2008042743 A JP 2008042743A JP 2008042743 A JP2008042743 A JP 2008042743A JP 2009198959 A JP2009198959 A JP 2009198959A
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optical
optical waveguide
epoxy
core
optical material
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Takemasa Ushiwatari
剛真 牛渡
Mitsuki Hirano
光樹 平野
Hironori Yasuda
裕紀 安田
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

【課題】光導波路用エポキシ樹脂のイオン重合であることによる硬化速度の遅さに由来するコア形状の不完全性を解決し、また、はんだ耐熱性を有した光学材料、光導波路、光学部品及び光電気混載基板を提供する。
【解決手段】構成成分に、下記化1
【化1】

Figure 2009198959

で表される重合性エポキシ化合物(I)を、10質量%〜90質量%含み、さらに光重合開始剤を、0.05〜5phr含む混合物からなるものである。
【選択図】なしAn optical material, an optical waveguide, an optical component, and an optical material, which solves the incompleteness of the core shape resulting from the slow curing rate due to ionic polymerization of epoxy resin for optical waveguide An opto-electric hybrid board is provided.
[Means for Solving the Problems]
[Chemical 1]
Figure 2009198959

The polymerizable epoxy compound (I) represented by the formula (1) is a mixture containing 10% by mass to 90% by mass and further containing 0.05 to 5 phr of a photopolymerization initiator.
[Selection figure] None

Description

本発明は、光電気混載基板や光部品に用いられる光導波路用ポリマ材料、特に光導波路用エポキシからなる光学材料に係り、特に、光導波路用エポキシ材料の耐熱性を高めると共に、導波路形成性に優れ、低光損失であり、高い耐熱性をもち、はんだリフロー工程時の耐熱性に優れた光学材料、光導波路、光学部品及び光電気混載基板に関するものである。   The present invention relates to a polymer material for an optical waveguide used for an opto-electric hybrid board and an optical component, particularly an optical material made of an epoxy for an optical waveguide, and in particular, to improve the heat resistance of the epoxy material for an optical waveguide and to form a waveguide. The present invention relates to an optical material, an optical waveguide, an optical component, and an opto-electric hybrid board that have excellent heat resistance, low light loss, high heat resistance, and excellent heat resistance during a solder reflow process.

情報通信サービスの普及に伴い、情報処理機器における大容量で高速なデータ伝送が求められてきている。電気信号による情報処理の性能は向上しているが、信号が高速化すると、クロストーク、電磁輻射、帯域の制限、高周波化による損失などの問題が現れる。伝送速度1GHzで10m程度の伝送距離、10GHzでは、1m程度が限界になると考えられ、電気信号による高速化は困難であると予想される。   With the spread of information and communication services, large-capacity and high-speed data transmission in information processing devices has been demanded. Although the performance of information processing using electrical signals is improved, problems such as crosstalk, electromagnetic radiation, band limitation, and loss due to higher frequencies appear as the signal speed increases. A transmission distance of about 10 m at a transmission speed of 1 GHz is considered to be about 1 m at a transmission distance of 10 GHz, and it is expected that speeding up with an electric signal is difficult.

そこで、信号の光化が検討されており、情報処理機器間、ボード(プリント基板)間、チップ間に光配線を施して情報伝送を行う光インタコネクションの試みがなされている。   Therefore, opticalization of signals has been studied, and an attempt has been made for optical interconnection in which information transmission is performed by providing optical wiring between information processing devices, between boards (printed boards), and between chips.

ボード間、チップ間の光インタコネクションでは、光/電気信号の変換部を設けることで、信号媒体として光と電気の両方を用いた光電気混載基板が用いられると予想される。   In the optical interconnection between boards and chips, it is expected that an opto-electric hybrid board using both light and electricity as a signal medium is used by providing an optical / electrical signal conversion unit.

光電気混載基板の方式として、大きく2通りある。   There are two main types of opto-electric hybrid boards.

ひとつは、基板内で光配線と電気配線が混在した方式である。この方式は、光の通る貫通孔を設けた基板の表面に、その貫通孔を跨ぐ形で導波路を作製し、導波路からの光を90°光路変化させて貫通孔に入射させる、または貫通孔からの光を導波路に入射させるために、導波路には、導波路の光軸に対して45゜傾斜したミラーが配設された構造をもっている。導波路と反対側の基板裏面側の貫通孔部には、LD(レーザダイオード)やPD(フォトダイオード)、LSIなどの電子デバイス、電子回路が配設される構造である。   One is a method in which optical wiring and electrical wiring are mixed in the substrate. In this method, a waveguide is formed on the surface of a substrate provided with a through-hole through which light passes, and the light from the waveguide is incident on the through-hole by changing the optical path by 90 °. In order to allow light from the hole to enter the waveguide, the waveguide has a structure in which a mirror inclined by 45 ° with respect to the optical axis of the waveguide is disposed. An electronic device and an electronic circuit such as an LD (laser diode), a PD (photodiode), and an LSI are arranged in the through hole portion on the back side of the substrate opposite to the waveguide.

一例として基板にガラスエポキシを用い、この基板に貫通孔を設け、ここにエポキシ樹脂を注入し、この貫通孔を跨ぐ形で導波路を形成、貫通孔の部分に45°ミラーを作製し、光電気混載基板を作製したものがある(遠藤他 電子情報通信学会、2002、秋、C−3−139)。   As an example, glass epoxy is used for the substrate, a through hole is provided in the substrate, epoxy resin is injected into the substrate, a waveguide is formed across the through hole, a 45 ° mirror is formed in the through hole portion, and light is emitted. There is an electrical mixed substrate manufactured (Endo et al., IEICE, 2002, Autumn, C-3-139).

もうひとつの光電気混載の方式として、基板上にLDやPD、LSIなどの電子デバイス、電子回路を配し、その上部にあらかじめ作製した導波路シートや光ファイバを取り付ける構造が検討されている。   As another opto-electric hybrid method, a structure in which electronic devices such as LD, PD, LSI, and electronic circuits are arranged on a substrate and a waveguide sheet or an optical fiber prepared in advance is attached to the upper part has been studied.

これらの方式において、基板上にLDやPD、電子デバイス、電子回路を配置する際には、はんだリフローの工程が必要とされる。   In these systems, a solder reflow process is required when an LD, PD, electronic device, or electronic circuit is placed on a substrate.

光電気混載実装に用いられる導波路は、接続容易性からマルチモード導波路になるものと推定される。また、光電気混載基板における光源として現在もっとも有望な波長850nm帯のVCSEL(Vertica1 Cavity Surface−Emitting Laser)を用いた光電気混載基板が検討されている。   A waveguide used for opto-electric hybrid mounting is presumed to be a multi-mode waveguide from the viewpoint of easy connection. In addition, an opto-electric hybrid board using a VCSEL (Vertical 1 Cavity Surface-Emitting Laser) having a wavelength of 850 nm most promising as a light source in the opto-electric hybrid board has been studied.

光電気混載基板に用いられる光導波路への要求として、マルチモード導波路形成が可能であり、特に850nmにおいて低光損失であること、低コストであることが挙げられる。   As a requirement for an optical waveguide used for an opto-electric hybrid board, a multi-mode waveguide can be formed, and in particular, low optical loss at 850 nm and low cost can be mentioned.

光導波路のもつ光損失の要因には、材料そのものの電子遷移吸収による分子構造に起因した材料固有の損失、不純物などの外的な物質による光吸収や不純物混入による光導波路材料中の不均一性に由来する散乱損失、作製された光導波路のコア構造の不完全性に由来する散乱損失がある。   The optical loss factors of optical waveguides include loss inherent to the material due to the molecular structure due to electronic transition absorption of the material itself, optical absorption due to external substances such as impurities, and non-uniformity in the optical waveguide material due to impurity contamination There is a scattering loss due to the incompleteness of the core structure of the manufactured optical waveguide.

光導波路材料としては、光吸収が少なく分子レベルで均一に分散する材料を用いる必要があり、また光導波路作製にはコア構造の完全性を高くできる材料、工程を用いることが重要である。   As the optical waveguide material, it is necessary to use a material that absorbs less light and uniformly disperses at the molecular level, and it is important to use a material and a process that can enhance the integrity of the core structure for manufacturing the optical waveguide.

コアとクラッドの境界が平滑でなく、凹凸があると、コア内を伝播してきた光線が、凹凸の部分で曲げられモード変換されたり、部分的に全反射の臨界角を越えた光線となり、クラッド層へ放射し外部に漏れだす光となる。距離の長い導波路である場合、わずかな凹凸が存在すると、散乱損失やモード変換によるモード間の結合現象が生じ、光損失の増加や伝送帯域の制限の原因となる。   If the boundary between the core and the cladding is not smooth and there are irregularities, the light beam propagating in the core is bent at the irregularities and mode-converted, or partially exceeds the critical angle of total reflection. The light radiates to the layer and leaks outside. In the case of a waveguide with a long distance, if there are slight irregularities, a coupling loss between modes due to scattering loss and mode conversion occurs, which causes an increase in optical loss and a limitation on the transmission band.

また、光電気混載実装基板の作製には、光導波路とともにはんだバンプでLDやPD、電子デバイスなどを搭載するため、光導波路がはんだリフロー条件(例えば金/錫共晶はんだの場合250℃/10秒×3回)に対する耐熱性をもつことが必須である。   Also, in producing an opto-electric hybrid mounting board, LD, PD, electronic device, etc. are mounted with solder bumps together with the optical waveguide, so that the optical waveguide is solder reflow conditions (for example, 250 ° C./10 for gold / tin eutectic solder). It is essential to have heat resistance against (second x 3 times).

光電気混載実装基板に用いられる光導波路用材料は、はんだリフローの高温でクラックや剥がれなど構造の欠陥を生じず、着色などによる光損失増加を発生しないことが要求される。   The optical waveguide material used for the opto-electric hybrid mounting substrate is required not to cause structural defects such as cracks and peeling at high temperatures of solder reflow, and not to increase optical loss due to coloring.

光導波路用の材料として石英系材料、有機ポリマ材料が広く検討されている。石英系材料は非常に低光損失であり耐熱性、信頼性に優れており、石英系光ファイバとともに基幹系の通信機器内に用いられている。   Quartz-based materials and organic polymer materials are widely studied as materials for optical waveguides. Quartz-based materials have very low light loss and excellent heat resistance and reliability, and are used in backbone communication devices together with quartz-based optical fibers.

しかし、石英系光導波路の作製工程は、リソグラフィー技術と乾式の反応性イオンエッチング(RIE、Reactive Ion Etching)で作製されるため、プロセスが煩雑であり、また高コストである。さらに、基板上へ材料を堆積するための火炎堆積法は高温プロセスであり、光電気混載基板においては同じ基板に搭載される電気部品や基板の劣化の問題がある。   However, since the manufacturing process of the quartz optical waveguide is manufactured by lithography technique and dry reactive ion etching (RIE), the process is complicated and expensive. Furthermore, the flame deposition method for depositing a material on a substrate is a high-temperature process, and an opto-electric hybrid substrate has a problem of deterioration of electrical components and substrates mounted on the same substrate.

有機ポリマ材料の光導波路の製造法としては、(1)スタンパー法(電子材料2002年11月号P27〜P30)、(2)直接露光法(佐藤、二瓶:昭56年度電子情報通信学会総合全国大会講演論文集(信学総全大)、No.997(1981))、(3)反応性イオンエッチング(RIE)法、(4)フォトブリーチング法などが知られている。   The optical polymer waveguide manufacturing method is as follows: (1) Stamper method (Electronic material November 2002 issue P27-P30), (2) Direct exposure method (Sato, Nibo: 56th year of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers) A collection of conference papers (Science Univ.), No. 997 (1981)), (3) reactive ion etching (RIE) method, and (4) photobleaching method are known.

これらは、どの作製法も低温プロセスであり、電気部品等に対するダメージも無く穏やかな条件で作製可能である。   Any of these production methods is a low-temperature process, and can be produced under mild conditions without damage to electric parts and the like.

(1)のスタンパー法は、低コストで大量に作製可能な方法であるが、繰り返し使用による鋳型の劣化などで、コア構造の不完全性が発生する問題が挙げられる。   The stamper method (1) is a method that can be produced in a large amount at a low cost. However, there is a problem that imperfection of the core structure occurs due to deterioration of the mold due to repeated use.

(3)の反応性イオンエッチングではリソグラフィー工程とともに行う必要があり、プロセスが煩雑であり、高コストとなる。   The reactive ion etching (3) needs to be performed together with the lithography process, and the process is complicated and the cost is high.

(4)のフォトブリーチングによる方法は簡便な方法であるが、コア径の大きいマルチモード導波路を作製する際に、膜深さ方向への屈折率変化を制御することが難しい。   The photobleaching method (4) is a simple method, but it is difficult to control the refractive index change in the film depth direction when a multimode waveguide having a large core diameter is produced.

従ってポリマ光導波路の作製法は、(2)の直接露光法が繰り返し作製の信頼性や簡便な方法で低コストである面から最も有利と考えている。   Therefore, the method for producing a polymer optical waveguide is considered to be most advantageous from the viewpoint that the direct exposure method of (2) is repetitive production reliability and simple and low cost.

感光・現像法のプロセスの概略は次の通りである。   The outline of the photosensitive / developing process is as follows.

(a)基板の上に下部クラッド材をスピンコート法またはディップ法などで塗布し硬化した後、感光性のコア材を塗布する。   (A) A lower clad material is applied on a substrate by a spin coat method or a dip method and cured, and then a photosensitive core material is applied.

(b)フォトマスクを介してコア材を露光し硬化させた後、現像液で未露光部を溶解、除去する。   (B) After exposing and curing the core material through a photomask, the unexposed portion is dissolved and removed with a developer.

(c)その上に上部クラッド層を塗布した後、硬化して光導波路を得る。   (C) An upper cladding layer is applied thereon and then cured to obtain an optical waveguide.

光導波路用有機ポリマ材料としては、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系やその共重合物、混合物などが検討されている。   As organic polymer materials for optical waveguides, polyimide-based, epoxy-based, acrylic-based materials, copolymers and mixtures thereof have been studied.

ポリイミド系は、特にフッ素化ポリイミドにおいて1300nmの波長領域で優れた透明性を有し、耐熱性が350℃以上であり、はんだリフロー耐性も備えている。   The polyimide system has excellent transparency particularly in a wavelength region of 1300 nm in fluorinated polyimide, has a heat resistance of 350 ° C. or more, and also has solder reflow resistance.

しかし、ポリイミド前駆体ワニスは有機溶媒を多く含むので膜厚50μm以上のコアの製膜が非常に困難であり、乾式のエッチング装置を用いるため高コストとなり量産化には適さない。   However, since the polyimide precursor varnish contains a large amount of an organic solvent, it is very difficult to form a core having a film thickness of 50 μm or more. Since a dry etching apparatus is used, the cost is high and it is not suitable for mass production.

アクリル系材料は、850nmの近赤外領域や可視光領域で良い透過性をもっており、また厚膜化(50μm以上)が可能であり、低コストな直接露光法によるコア形成が可能である。   Acrylic materials have good transparency in the near-infrared region and visible light region of 850 nm, can be thickened (50 μm or more), and can form a core by a low-cost direct exposure method.

通常、アクリル系の材料は、ラジカル重合によって硬化される。ラジカル重合は重合速度が速く、露光後の現像の段階において、コア形状を保持するために十分な硬化性をもつため、矩形な形状のコアを形成することができる。   Usually, acrylic materials are cured by radical polymerization. Since radical polymerization has a high polymerization rate and has sufficient curability to maintain the core shape at the development stage after exposure, a rectangular core can be formed.

しかし、アクリル系材料の耐熱性は100℃程度と低く、これらを光電気混載基板の光導波路に用いた場合は、はんだリフロー耐性が十分ではない。   However, the heat resistance of acrylic materials is as low as about 100 ° C., and when these are used in the optical waveguide of the opto-electric hybrid board, the solder reflow resistance is not sufficient.

エポキシ系材料は850nmの近赤外領域や可視光領域で良い透過性をもち、耐熱性が200℃程度と比較的高い材料であり、直接露光法によるコア形成が可能で、光導波路材料として有望である。   Epoxy materials have good transparency in the near-infrared region and visible light region of 850 nm, are relatively high in heat resistance of about 200 ° C., can be core-formed by direct exposure, and are promising as optical waveguide materials. It is.

エポキシ系材料の重合は、カチオンまたはアニオンのイオン重合で進行し、ラジカル重合のように酸素による阻害を受けない。比較的耐熱性の高いエポキシ材料であっても、金/錫共晶はんだのはんだリフロー温度には十分ではなく、より高い耐熱性を付与する必要がある。   Polymerization of the epoxy material proceeds by ionic polymerization of a cation or an anion, and is not inhibited by oxygen unlike radical polymerization. Even an epoxy material having relatively high heat resistance is not sufficient for the solder reflow temperature of the gold / tin eutectic solder, and higher heat resistance needs to be imparted.

より高い耐熱性を付与する方法に、ポリマ材料中に金属酸化物を分散させる方法がある。金属アルコキシドをゾル−ゲル法により縮合し、金属酸化物のネットワークを形成させ、ポリマ中に混在させた耐熱性ポリマが検討されている。この耐熱性ポリマ無機物である金属酸化物のもつ耐熱性により、有機物のべースポリマに耐熱性を付与することができる。   As a method of imparting higher heat resistance, there is a method of dispersing a metal oxide in a polymer material. A heat-resistant polymer in which a metal alkoxide is condensed by a sol-gel method to form a metal oxide network and mixed in the polymer has been studied. The heat resistance of the metal oxide, which is a heat-resistant polymer inorganic substance, can impart heat resistance to the organic base polymer.

この有機・無機複合材料の一つに有機・無機ハイブリッド化法があり、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートとジルコニウムアルコキシドとメタクリル酸を用いてゾル−ゲル法により加水分解を行い、アクリル系の有機・無機ハイブリット材料を得る方法がある(M.He,X.−C.Yuan,J.Bu,and B.H.Ong,Appl.Opt.,302(2007))。   One of these organic / inorganic composite materials is an organic / inorganic hybrid method, which uses 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, zirconium alkoxide, and methacrylic acid to perform hydrolysis by a sol-gel method, and an acrylic-based method. There is a method for obtaining an organic / inorganic hybrid material (M. He, X.-C. Yuan, J. Bu, and B. H. Ong, Appl. Opt., 302 (2007)).

この材料では、直接露光法によりメタクリル基と反応させることで導波路のパターニングを行っている。   In this material, the waveguide is patterned by reacting with a methacryl group by a direct exposure method.

特許文献1には、エポキシ化合物中にシリカ粒子をナノサイズで分散させた有機無機ハイブリッド材料であり、無機物とのハイブリッド化により高いはんだ耐熱性をもち、また有機金属触媒を用いてゾル−ゲル反応を行っているため、酸や塩基での電気配線の劣化を低減した光導波路材料が提案されている。   Patent Document 1 discloses an organic-inorganic hybrid material in which silica particles are dispersed in a nano-size in an epoxy compound, has high solder heat resistance by hybridization with an inorganic substance, and uses a metal-organic catalyst to perform a sol-gel reaction. Therefore, there has been proposed an optical waveguide material in which deterioration of electrical wiring due to acid or base is reduced.

またその他に先行文献として、特許文献2、3がある。   In addition, there are Patent Documents 2 and 3 as prior documents.

特開2005−250287号公報JP 2005-250287 A 特開2007−128028号公報JP 2007-128028 A 特開2006−38962号公報JP 2006-38962 A

ところで、エポキシ系材料の重合は、カチオンまたはアニオン重合のイオン重合で進行する。イオン重合は、酸素による阻害を受けないが、ラジカル重合に比較し反応速度が遅く、直接露光法によってコアを形成する際に現像の段階で十分な硬化性が得にくく、現像工程による形状の崩れや現像液による膨潤が発生し、安定して矩形の形状を得ることが難しい問題がある。   By the way, the polymerization of the epoxy material proceeds by ionic polymerization of cationic or anionic polymerization. Ion polymerization is not inhibited by oxygen, but the reaction rate is slow compared to radical polymerization, and when forming a core by direct exposure, it is difficult to obtain sufficient curability at the development stage, and the shape collapses due to the development process. And swelling due to a developing solution occurs, and there is a problem that it is difficult to stably obtain a rectangular shape.

光導波路のコアとクラッドの境界が平滑でなく不完全性が存在すると、コア内を伝播してきた光線が凹凸の部分で曲げられ、モード変換されたり部分的に全反射の臨界角を越えた光線となり、クラッド層へ放射し外部に漏れ出し、光損失が大きくなる。   When the boundary between the core and clad of the optical waveguide is not smooth and imperfect, the light beam propagating through the core is bent at the uneven part, and the light beam is mode-converted or partially exceeds the critical angle of total reflection. Thus, the light is radiated to the cladding layer and leaked to the outside, and the optical loss increases.

また光導波路作製には、コア構造の完全性を高くできる材料、工程を用いることが重要である。さらに、通常のエポキシ材料は、はんだ耐熱性が十分でなく、光電気混載実装用の導波路とするにはより高い耐熱性が必要である。   In addition, it is important to use a material and a process that can enhance the integrity of the core structure in manufacturing the optical waveguide. Furthermore, ordinary epoxy materials do not have sufficient solder heat resistance, and higher heat resistance is required to make a waveguide for opto-electric hybrid mounting.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、エポキシ系の光導波路材料の硬化速度を上げ、コア形状の完全性を高めるための方法と、その材料にはんだ耐熱性を付与する方法を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A method for increasing the curing speed of an epoxy-based optical waveguide material and enhancing the integrity of a core shape, and imparting solder heat resistance to the material. A method is provided.

すなわち、本発明の目的は、光導波路用エポキシ樹脂のイオン重合であることによる硬化速度の遅さに由来するコア形状の不完全性を解決し、また、はんだ耐熱性を有した光学材料、光導波路、光学部品及び光電気混載基板を提供することにある。   That is, an object of the present invention is to solve the incompleteness of the core shape resulting from the slow curing rate due to the ionic polymerization of the epoxy resin for optical waveguides, and to provide an optical material and a light guide having solder heat resistance. The object is to provide a waveguide, an optical component, and an opto-electric hybrid board.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、構成成分に、下記化1   In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 includes the following chemical compounds as components:

Figure 2009198959
Figure 2009198959

で表される重合性エポキシ化合物(I)を、10質量%〜90質量%含み、さらに光重合開始剤を、0.05〜5phr含む混合物からなることを特徴とする光学材料である。 An optical material comprising a mixture containing 10% to 90% by weight of the polymerizable epoxy compound (I) represented by the formula (1) and further containing 0.05 to 5 phr of a photopolymerization initiator.

請求項2の発明は、重合性化合物(I)を10質量%〜90質量%、エポキシ基を有する重合性化合物を、0〜90質量%含むエポキシ混合物と、該エポキシ混合物の総量100重量部に対して、10〜70phrの重合性オルガノシリケート材SiR1 n(OR24-n(n=0〜2の整数。R1はエポキシ基を含む炭化水素基、R2は炭水数1〜5の炭化水素基)と、水と有機金属化合物触媒を含む混合物を80〜180℃で1〜5時間加熱して得た樹脂組成物に、光重合開始剤を0.05〜5phr混合したことを特徴とする光学材料である。 The invention of claim 2 comprises an epoxy mixture containing 10% to 90% by mass of the polymerizable compound (I) and 0 to 90% by mass of the polymerizable compound having an epoxy group, and a total amount of 100 parts by weight of the epoxy mixture. against, the integer .R 1 polymerizable organosilicate material 10~70phr SiR 1 n (OR 2) 4-n (n = 0~2 is a hydrocarbon group containing an epoxy group, R 2 is coal water number 1 5), a photopolymerization initiator was mixed in an amount of 0.05 to 5 phr to a resin composition obtained by heating a mixture containing water and an organometallic compound catalyst at 80 to 180 ° C. for 1 to 5 hours. Is an optical material characterized by

請求項3の発明は、重合性オルガノシリケート材が、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである請求項2記載の光学材料である。   The invention according to claim 3 is the optical material according to claim 2, wherein the polymerizable organosilicate material is 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.

請求項4の発明は、有機金属化合物触媒が、有機錫化合物である請求項2又は3記載の光学材料である。   The invention according to claim 4 is the optical material according to claim 2 or 3, wherein the organometallic compound catalyst is an organotin compound.

請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の光学材料を、基板上に形成した下部クラッド層上に塗布し、紫外線の露光によりコアとなる露光部を硬化させ、未露光部を現像液により除去することでコアを形成した後、上部クラッド層を形成したことを特徴とする光導波路である。   Invention of Claim 5 apply | coats the optical material in any one of Claims 1-4 on the lower clad layer formed on the board | substrate, hardens the exposure part used as a core by exposure of an ultraviolet-ray, and is unexposed An optical waveguide is characterized in that an upper clad layer is formed after forming a core by removing a portion with a developing solution.

請求項6の発明は、請求項1〜4記載の光学材料を用いて作製されたことを特徴とする光学部品である。   The invention according to claim 6 is an optical component manufactured using the optical material according to claims 1 to 4.

請求項7の発明は、請求項1〜4記載の光学材料を用いて作製されたことを特徴とする光電気混載基板である。   A seventh aspect of the present invention is an opto-electric hybrid board manufactured using the optical material according to the first to fourth aspects.

本発明の光導波路用材料により、低コストで簡便な方法で形状の良好な光導波路コアを作製することが可能となる。また、本発明の光導波路用材料は、耐熱性が高く、はんだリフロー耐熱性をもつことが可能となる。したがって、本発明は、光電気混載基板用光導波路、光デバイス用導波路、光学デバイス部品に好適である。   The optical waveguide material of the present invention makes it possible to produce an optical waveguide core having a good shape by a simple method at a low cost. In addition, the optical waveguide material of the present invention has high heat resistance and can have solder reflow heat resistance. Therefore, the present invention is suitable for optical waveguides for opto-electric hybrid boards, waveguides for optical devices, and optical device components.

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。   A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明の光導波路エポキシ材料は、化2で表されるビスフェノールS型ジグリシジルエーテルのエポキシ化合物(I)を必須成分とするものである。   The optical waveguide epoxy material of the present invention contains an epoxy compound (I) of bisphenol S-type diglycidyl ether represented by Chemical Formula 2 as an essential component.

Figure 2009198959
Figure 2009198959

このビスフェノールS型ジグリシジルエーテル化合物は、極性の高いスルホニル基を有しているため、汎用のエポキシ材料であるビスフェノールA型ジグリシジルエーテルやビスフェノールF型ジグリシジルエーテルなどに比較し、カチオン重合による反応速度が速い。   Since this bisphenol S-type diglycidyl ether compound has a highly polar sulfonyl group, it is a reaction by cationic polymerization compared to bisphenol A-type diglycidyl ether and bisphenol F-type diglycidyl ether, which are general-purpose epoxy materials. The speed is fast.

このビスフェノールS型ジグリシジルエーテルを構成成分としてもち、光酸発生剤を混合した材料を用いることで、光導波路作製時の紫外線露光により即座に硬化反応が起こり、露光後の現像液による未露光部の除去の段階で、硬化不十分によるコア形状の崩れや現像液による膨潤が起こらず、完全性の高い矩形のコア形状を得ることができる。完全性の高い矩形のコア形状を得ることで、構造の不完全さに由来する散乱による光損失増加を、抑制した導波路とすることができる。   By using this bisphenol S-type diglycidyl ether as a constituent component and using a material mixed with a photoacid generator, a curing reaction occurs immediately upon exposure to ultraviolet rays during the production of the optical waveguide, and the unexposed portion by the developer after exposure At the stage of removal, the core shape does not collapse due to insufficient curing and the swelling due to the developer does not occur, and a rectangular core shape with high integrity can be obtained. By obtaining a rectangular core shape with high integrity, it is possible to obtain a waveguide in which an increase in light loss due to scattering due to imperfect structure is suppressed.

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの硬化物では、スルホニル基同士の相互作用及びスルホニル基とヒドロキシル基の水素結合にもとづく分子運動の束縛により、ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの硬化物の線膨張係数は、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型と比較し小さい(長谷川、日本接着学会誌、273、26(1990))。そのため、光導波路の線膨張を抑制し、基板との線膨張係数差を小さくすることで、クラックなどの欠陥を抑えることができる特長をもっている。   In the cured product of bisphenol S-type diglycidyl ether, the linear expansion coefficient of the cured product of bisphenol S-type diglycidyl ether is bisphenol due to the interaction between sulfonyl groups and the restriction of molecular motion based on the hydrogen bond between the sulfonyl group and the hydroxyl group. Smaller than A type and bisphenol F type (Hasegawa, Journal of Adhesion Society of Japan, 273, 26 (1990)). Therefore, it has the feature that defects such as cracks can be suppressed by suppressing the linear expansion of the optical waveguide and reducing the difference in linear expansion coefficient from the substrate.

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの含有量は、少ない場合には材料の硬化速度の上昇の効果が小さくなり、また過剰に多い場合には透明性が低下してくるため、他のエポキシ化合物との混合比は、ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの含有量で10〜90質量%、好ましくは30〜70質量%とする。   When the content of bisphenol S-type diglycidyl ether is small, the effect of increasing the curing speed of the material is small, and when it is excessively large, the transparency is lowered, so mixing with other epoxy compounds The ratio is 10 to 90% by mass, preferably 30 to 70% by mass, based on the content of bisphenol S-type diglycidyl ether.

更に、ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルは、常温で固体の材料であることから、塗布性の良い粘度とするために、ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの含有量は30〜70質量%であることが好ましい。   Furthermore, since bisphenol S-type diglycidyl ether is a solid material at room temperature, the content of bisphenol S-type diglycidyl ether is preferably 30 to 70% by mass in order to obtain a viscosity with good coatability. .

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルは、スルホニル基の極性により屈折率が高い材料であるため、低屈折率エポキシ基含有化合物との混合比を変えることで、コアとクラッドに必要な屈折率差を設けることが可能である。ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルは、光導波路用エポキシ材料のコア形状の完全性を高めるための添加剤としても用いることができる。   Since bisphenol S-type diglycidyl ether is a material having a high refractive index due to the polarity of the sulfonyl group, the necessary refractive index difference between the core and the clad is provided by changing the mixing ratio with the low refractive index epoxy group-containing compound. Is possible. Bisphenol S-type diglycidyl ether can also be used as an additive for enhancing the integrity of the core shape of the optical waveguide epoxy material.

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルと混合するエポキシ化合物は、特に限定しないが、脂肪族エポキシ、脂環式エポキシ、フッ素化脂肪族エポキシ、フッ素化ビスフェノール型エポキシ、水添ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールF型時グリシジルエーテル、1,4−シクロヘキセンAジグリシジルエーテル型エポキシ、ビシクロヘキシルジグリシジルエーテル型エポキシ、3,4−エポキシシクロヘキセニル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、1,2:8,9ジエポキシリモネン、フェノールノボラック型エポキシ、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシなどがある。これらは要求される屈折率を調整するため、単独でも二種類以上混合して用いてもよい。   The epoxy compound to be mixed with bisphenol S-type diglycidyl ether is not particularly limited, but aliphatic epoxy, alicyclic epoxy, fluorinated aliphatic epoxy, fluorinated bisphenol-type epoxy, hydrogenated bisphenol A-type diglycidyl ether, hydrogenated Bisphenol F type glycidyl ether, 1,4-cyclohexene A diglycidyl ether type epoxy, bicyclohexyl diglycidyl ether type epoxy, 3,4-epoxycyclohexenyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexene carboxylate, 1,2: There are glycidyl ester type epoxies obtained by reaction of polybasic acids such as 8,9 diepoxy limonene, phenol novolac type epoxies, phthalic acid and dimer acid and epichlorohydrin. These may be used alone or in combination of two or more in order to adjust the required refractive index.

光重合開始剤である光酸発生剤として具体的に述べると、CI−5102、CI 2855、アデカオプトマーSP−150、アデカオプトマーSP−170、サンエイドSI−110L、IRGACURE 261などがある。光酸発生剤は必要に応じて、単体または二種類以上を組み合わせて配合することができる。   Specific examples of photoacid generators that are photopolymerization initiators include CI-5102, CI 2855, Adekaoptomer SP-150, Adekaoptomer SP-170, Sun-Aid SI-110L, IRGACURE 261, and the like. The photoacid generator can be blended alone or in combination of two or more as required.

また、光酸発生剤のみならず、熱酸発生剤も組み合わせて用いることが可能である。   Moreover, not only a photoacid generator but also a thermal acid generator can be used in combination.

熱酸発生剤としてはアデカオプトンCP−66、アデカオプトンCP−77、サンエイドSI−100L、サンエイドSI−145、サンエイドSI−150、サンエイドSI−160、CI−2624、CI−2639などがある。   Examples of the thermal acid generator include Adeka Opton CP-66, Adeka Opton CP-77, Sun-Aid SI-100L, Sun-Aid SI-145, Sun-Aid SI-150, Sun-Aid SI-160, CI-2624, and CI-2639.

光・熱酸発生剤にはCI−2855、サンエイドSI−60L、サンエイドSI−80L、サンエイドSI−100Lなどがある。光酸発生剤の量は、少な過ぎると光導波路材料の硬化が遅くなり、コア形状に不完全性が発生しやすくなる。また光酸発生剤が多過ぎると紫外領域に強い光吸収をもっているため、光導波路中を伝搬する850nmなどの光の波長まで吸収のすそ引きをもち、光損失が大きくなる。   Examples of the photo / thermal acid generator include CI-2855, Sun-Aid SI-60L, Sun-Aid SI-80L, and Sun-Aid SI-100L. If the amount of the photoacid generator is too small, the curing of the optical waveguide material is delayed, and imperfections are likely to occur in the core shape. If the photoacid generator is too much, it has strong light absorption in the ultraviolet region, so that absorption of light reaches a wavelength of light such as 850 nm propagating in the optical waveguide, and the light loss increases.

光酸発生剤の含有量は、重合性化合物(I)とエポキシ基を有する重合性化合物のエポキシ混合物の総量100重量部に対して、0.05〜5.0phrが好ましい。熱酸発生剤を併用する場合、熱酸発生剤の使用量は、光導波路の透過性を損なわない程度であればいくら用いても構わない。   The content of the photoacid generator is preferably 0.05 to 5.0 phr with respect to 100 parts by weight of the total amount of the epoxy mixture of the polymerizable compound (I) and the polymerizable compound having an epoxy group. When the thermal acid generator is used in combination, the thermal acid generator may be used in any amount as long as the transparency of the optical waveguide is not impaired.

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルの化学構造の剛直性は高く、ビスフェノールAやF型ジグリシジルエーテルなどに比較し耐熱性を付与する構造をもっている。この材料を有機無機ハイブリッド材料として用いることで、さらに高い耐熱性をもつ材料とすることができる。   The chemical structure of bisphenol S-type diglycidyl ether is highly rigid and has a structure that imparts heat resistance compared to bisphenol A, F-type diglycidyl ether, and the like. By using this material as an organic-inorganic hybrid material, a material having higher heat resistance can be obtained.

有機材料の耐熱性を左右するパラメータとして、ガラス転移温度(Tg)がある。Tg以下では高分子材料の主鎖の分子運動が凍結されガラス状態となるのに対し、Tg以上の場合は、弾性率の急激な低下、物質の拡散速度が速くなり、熱分解をはじめとする各種の反応速度が速くなるなど、種々の物性が急激に低下する。   As a parameter that affects the heat resistance of the organic material, there is a glass transition temperature (Tg). Below Tg, the molecular motion of the main chain of the polymer material is frozen into a glass state, whereas when it is above Tg, the elastic modulus decreases rapidly, the diffusion rate of the substance increases, and thermal decomposition begins. Various physical properties are drastically lowered, such as various reaction rates are increased.

有機材料の場合は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールなど一部の有機材料を除いてTgは300℃以下であるため、はんだリフロー耐性を有する有機材料は限定されていた。   In the case of organic materials, except for some organic materials such as polyimide and polybenzoxazole, Tg is 300 ° C. or lower, and therefore, organic materials having solder reflow resistance have been limited.

しかし、特許文献1では、重合性有機材料を3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと混合し、加熱することで、有機無機ハイブリッド化を行い、高温(300℃)下での光学材料の着色や弾性率の急激な低下を防止し、低伝送損失とリフロー耐性を両立させることを見出している。   However, in Patent Document 1, an organic-inorganic hybrid is formed by mixing a polymerizable organic material with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and heating to color the optical material at a high temperature (300 ° C.). It has been found that a rapid decrease in elastic modulus is prevented, and both low transmission loss and reflow resistance are achieved.

この有機無機ハイブリッド材料では、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランのメトキシ基同士のゾル−ゲル反応によって生成するシリカ(SiO2)成分を粒径5nm程度で樹脂中に均一に分散させ、熱硬化性樹脂を選択することによって、可視光から近赤外の波長域で散乱損失、吸収損失とも小さく優れた透明性を示す耐熱光学材料が得られている。また、ゾル−ゲル反応の時の触媒として材料中に残留する酸や塩基ではなく、有機金属触媒を用いることで、導波路や導波路とともに搭載される電気配線の信頼性を大幅に向上させることができる。 In this organic / inorganic hybrid material, a silica (SiO 2 ) component produced by a sol-gel reaction between methoxy groups of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane is uniformly dispersed in a resin with a particle size of about 5 nm, and thermosetting is performed. By selecting a functional resin, a heat-resistant optical material having excellent transparency with small scattering loss and absorption loss in a wavelength range from visible light to near infrared has been obtained. In addition, by using an organometallic catalyst instead of an acid or base remaining in the material as a catalyst during the sol-gel reaction, the reliability of the electrical wiring mounted along with the waveguide and the waveguide is greatly improved. Can do.

本発明においても有機無機ハイブリッド化が可能であり、耐熱性を向上させることができる。   Also in the present invention, organic-inorganic hybridization is possible, and heat resistance can be improved.

以上において本発明は、10〜90質量%のビスフェノールS型ジグリシジルエーテルと、0〜90質量%のエポキシ基を有する重合性化合物、10〜70phr(質量%)の重合性オルガノシリケート材SiR1 n(OR24-n(n=0〜2の整数。R1はエポキシ基を含む炭化水素基、R2は炭素数1〜5の炭化水素基)と水とさらに有機金属化合物触媒を含む混合物を80〜180℃で1〜5時間加熱し、ゾル−ゲル反応を行って得た樹脂組成物に光重合開始剤を混合することで、有機無機ハイブリッド材料とすることができる。 In the above, the present invention relates to 10 to 90% by mass of bisphenol S-type diglycidyl ether, 0 to 90% by mass of a polymerizable compound having an epoxy group, and 10 to 70 phr (% by mass) of a polymerizable organosilicate material SiR 1 n. (OR 2 ) 4-n (n = 0 to 2; R 1 is a hydrocarbon group containing an epoxy group, R 2 is a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms), water, and an organometallic compound catalyst An organic-inorganic hybrid material can be obtained by heating the mixture at 80 to 180 ° C. for 1 to 5 hours and mixing a photopolymerization initiator with a resin composition obtained by performing a sol-gel reaction.

重合性オルガノシリケート剤としては、ゾル−ゲル反応の進行が速いメトキシ基をもつ3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。   As the polymerizable organosilicate agent, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane having a methoxy group in which the sol-gel reaction proceeds rapidly is preferable.

これらの混合物を加熱する温度は、反応速度を速めることと、高粘度となり材料の塗布が困難になることを防ぐため、またゲル化による加熱時の材料の固化を防ぐことから、80〜190℃が好ましい。より好ましくは120〜160℃である。また、加熱時間においても適度にゾル−ゲル反応を進行させ、また高粘度化し過ぎることを防ぐため、1〜5時間とすることが好ましい。加熱時間が短い場合、未反応部位によるゾル−ゲル反応が材料調整後にも多く起こるため、材料の不均一化や反応で脱離する水やアルコールによる気泡の発生を生じる。   The temperature at which these mixtures are heated is 80 to 190 ° C. in order to increase the reaction rate, to prevent the material from being difficult to apply due to high viscosity and to prevent solidification of the material during heating due to gelation. Is preferred. More preferably, it is 120-160 degreeC. Further, in order to prevent the viscosity from being excessively increased and the sol-gel reaction is appropriately advanced during the heating time, it is preferably 1 to 5 hours. When the heating time is short, sol-gel reaction due to unreacted sites often occurs even after the material is adjusted. Therefore, the material becomes non-uniform and bubbles are generated due to water or alcohol desorbed by the reaction.

有機無機ハイブリッド化のゾル−ゲル反応は、水と触媒として有機金属化合物を加えて行うことができる。有機金属を用いた場合、中性状態で反応が進行するため、反応終了後に材料中に酸や塩基が残存することがない。従って、有機金属を用いてゾル−ゲル反応を行った有機・無機複合材料は、電気配線とともに基板上に搭載される導波路において酸や塩基を用いた場合に比較し、大幅に導波路、電気配線の信頼性を向上させることができる。   The organic-inorganic hybrid sol-gel reaction can be performed by adding water and an organometallic compound as a catalyst. When an organic metal is used, the reaction proceeds in a neutral state, so that no acid or base remains in the material after the reaction is completed. Therefore, organic / inorganic composite materials that have undergone a sol-gel reaction using organometallics are significantly more effective in waveguides and electrical devices than when acids and bases are used in the waveguides mounted on the substrate along with the electrical wiring. Wiring reliability can be improved.

有機金属としては、例えば有機錫化合物を使用することができる。   As the organic metal, for example, an organic tin compound can be used.

有機錫化合物としては、ジブチルジラウリン酸錫、ジオクチルジラウリン酸錫、ジブチル錫ジアセテート、錫(II)オクトエート、ジブチル錫ジアシレート、ビス(アセトキシジブチル錫)オキサイド、ビス(ラウロキシジブチル錫)オキサイド、ジブチル錫ビスアセチルアセトナート、ジブチル錫ビスマレイン酸モノブチルエステル、ジオクチルビスマレイン酸モノブチルエステルなどがある。   Examples of the organic tin compound include tin dibutyl dilaurate, tin dioctyl dilaurate, dibutyl tin diacetate, tin (II) octoate, dibutyl tin diacylate, bis (acetoxydibutyltin) oxide, bis (lauroxydibutyltin) oxide, Examples include dibutyltin bisacetylacetonate, dibutyltin bismaleic acid monobutyl ester, and dioctyl bismaleic acid monobutyl ester.

また、有機金属触媒の他の例としては、第二鉄オクトエート、鉛オクトエート、ラウリン酸鉛、ナフテン酸コバルト、ジイソプロポキシチタンビス(アセチルアセトナート)、チタンテトラ(アセチルアセトナート)、ジオクタノキシチタンジオクタネート、ジイソプロポキシチタンビス(エチルアセトアセテート)などがある。これらは、単独でも二種以上混合して使用してもよい。   Other examples of organometallic catalysts include ferric octoate, lead octoate, lead laurate, cobalt naphthenate, diisopropoxy titanium bis (acetylacetonate), titanium tetra (acetylacetonate), dioctanoxy Examples include titanium dioctanoate and diisopropoxy titanium bis (ethyl acetoacetate). These may be used alone or in combination of two or more.

ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルを構成物質として含む光導波路材料は、エポキシ基を有する液状の化合物と混合したり、有機無機ハイブリッド化を行うことで、液状のワニスとすることができ、この状態でスピンコートやディップコーティングなどの塗布工程を行うことができる。また、粘度調整のために汎用の有機溶媒を用いることもできる。   An optical waveguide material containing bisphenol S-type diglycidyl ether as a constituent can be mixed with a liquid compound having an epoxy group, or formed into an organic-inorganic hybrid to form a liquid varnish. Application processes such as coating and dip coating can be performed. Moreover, a general purpose organic solvent can also be used for viscosity adjustment.

光導波路を形成する基板にはガラスエポキシ基板、Si基板、石英基板、ガラス基板、ポリイミド基板やその他の樹脂製基板など用いることができる。   A glass epoxy substrate, a Si substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a polyimide substrate, other resin substrates, or the like can be used as a substrate for forming the optical waveguide.

紫外線露光は一般的なi線(波長365nm)を放射する紫外線露光機を用いて行うことができる。   Ultraviolet exposure can be performed using a general ultraviolet exposure machine that emits i-line (wavelength 365 nm).

露光後に用いる現像液は、汎用の有機溶媒を用いることができる。現像液として、MEK(メチルエチルケトン)、THF(テトラヒドロフラン)、MIBK(メチルイソブチルケトン)、アセトン、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液などを用いることができる。これらを単独又は混合して、或いは濃度を変えて用いることもできる。現像液は、有機無機ハイブリッド材料とした場合にも同様に用いることができる。   A general-purpose organic solvent can be used as the developer used after the exposure. As a developer, MEK (methyl ethyl ketone), THF (tetrahydrofuran), MIBK (methyl isobutyl ketone), acetone, ethyl acetate, benzene, toluene, xylene, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, etc. Can be used. These may be used alone or in combination or with different concentrations. The developer can be used in the same manner when an organic-inorganic hybrid material is used.

本発明の光学材料には、通常用いられる難燃剤や酸化防止剤を、透明性を損なわない程度に配合し用いることができる。   In the optical material of the present invention, a conventionally used flame retardant or antioxidant can be blended and used to such an extent that the transparency is not impaired.

次に実施例により本発明を、具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1)供試材料
実施例及び比較例で用いた供試材料を示す。以後、これらは略号で示す。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples.
(1) Sample material Sample materials used in Examples and Comparative Examples are shown. Hereinafter, these are indicated by abbreviations.

EXA;
エポキシ樹脂=ビスフェノールS型ジグリシジルエーテル(大日本インキ化学社製、商品名=EPICLON EXA−1514、略号EXA)、
YDF;
エポキシ樹脂=ビスフェノールF型ジグリシジルエーテル(東都化成株式会社製、商品名=YDF−8170C、エポキシ当量160、略号YDF)、
8125;
エポキシ樹脂=ビスフエノールA型ジグリシジルエーテル(東都化成株式会社製、商品名=YD−8125、エポキシ当量175、略号8125)、
2021;
エポキシ樹脂=3,4−エポキシシクロヘキセニル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(ダイセル株式会社製、商品名=セロキサイド2021 P、略号2021)、
GTMS;
オルガノシリケート化合物=3−グリシドキシプロピル−トリメトキシシラン(チッソ株式会社製、商品名=S510、略号GTMS)、
ジラウリル酸ジブチル錫(和光純薬社製)、
170;
光酸発生剤=アデカオプトマー SP170(旭電化社製、略号170)
実施例1
8125を50質量%、ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルEXAを30質量%、2021を20質量%、SP170を1phr含有する光導波路コア用材料を調整した。
EXA;
Epoxy resin = bisphenol S type diglycidyl ether (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd., trade name = EPICLON EXA-1514, abbreviation EXA),
YDF;
Epoxy resin = bisphenol F type diglycidyl ether (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name = YDF-8170C, epoxy equivalent 160, abbreviation YDF),
8125;
Epoxy resin = bisphenol A type diglycidyl ether (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name = YD-8125, epoxy equivalent 175, abbreviation 8125),
2021;
Epoxy resin = 3,4-epoxycyclohexenyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexene carboxylate (manufactured by Daicel Corporation, trade name = Celoxide 2021 P, abbreviation 2021),
GTMS;
Organosilicate compound = 3-glycidoxypropyl-trimethoxysilane (manufactured by Chisso Corporation, trade name = S510, abbreviation GTMS),
Dibutyltin dilaurate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
170;
Photoacid generator = Adekaoptomer SP170 (Asahi Denka Co., Ltd., abbreviation 170)
Example 1
An optical waveguide core material containing 50% by mass of 8125, 30% by mass of bisphenol S-type diglycidyl ether EXA, 20% by mass of 2021, and 1 phr of SP170 was prepared.

図1(a)に示すように基板1上にコア用材料より屈折率の低いエポキシ材料からなる下部クラッド層2を設け、図1(b)に示すようにクラッド層2に、スピンコートにより光導波路用コア材料を塗布してコア層2を形成し、図1(c)に示すようにコア層2に、コア部となる開口5aが形成されたフォトマスク5を介して紫外線4を露光した。露光後に有機溶媒により未露光部の材料を除去して図1(e)に示すように光導波路コア6を作製し、その後、図1(f)に示すように、上部クラッド層7を設け、埋め込み型の光導波路10を得た。得られた導波路10には、180℃、1時間のポストベークを行った。   As shown in FIG. 1A, a lower clad layer 2 made of an epoxy material having a refractive index lower than that of a core material is provided on a substrate 1, and light is applied to the clad layer 2 by spin coating as shown in FIG. A core material 2 is applied by applying a core material for a waveguide, and the core layer 2 is exposed to ultraviolet rays 4 through a photomask 5 in which an opening 5a serving as a core portion is formed as shown in FIG. . After exposure, the material of the unexposed portion is removed with an organic solvent to produce an optical waveguide core 6 as shown in FIG. 1 (e), and then an upper cladding layer 7 is provided as shown in FIG. 1 (f), An embedded optical waveguide 10 was obtained. The obtained waveguide 10 was post-baked at 180 ° C. for 1 hour.

現像後のコア6の形状は、現像時の崩れや有機溶媒による膨潤は見られず良好な矩形形状であり、平滑な壁面であった。   The shape of the core 6 after the development was a good rectangular shape with no collapse during development or swelling due to the organic solvent, and was a smooth wall surface.

この光導波路の伝送損失を測定した。   The transmission loss of this optical waveguide was measured.

光導波路の両端面はダイヤモンドブレード付きダイシングソーで切り出した。光導波路の一方の端面より径50μmのGIファイバから波長850nmの光を光導波路に入射させ、もう一方の端面で光導波路より出射される光を径200μmのフェルール付きファイバで受光し、フォトディテクターに入射させることで光量を測定した。光導波路の長さをダイシングソーで切り出すことで順次短くしながら光量を測定し、単位センチ長さあたりの伝送損失を求めた。   Both end faces of the optical waveguide were cut out with a dicing saw with a diamond blade. Light having a wavelength of 850 nm is incident on the optical waveguide from a GI fiber having a diameter of 50 μm from one end face of the optical waveguide, and light emitted from the optical waveguide is received by a fiber having a ferrule having a diameter of 200 μm on the other end face. The amount of light was measured by making it enter. The amount of light was measured while cutting the length of the optical waveguide with a dicing saw, and the transmission loss per unit centimeter was determined.

この光導波路の場合、伝送損失は0.12dB/cmと良好な値であった。   In the case of this optical waveguide, the transmission loss was a good value of 0.12 dB / cm.

実施例2
YDFを10質量%、EXAを70質量%、2021を20質量%、SP170を1phr含有する光導波路コア用材料を有機溶媒に溶解して調整した。
Example 2
An optical waveguide core material containing 10% by mass of YDF, 70% by mass of EXA, 20% by mass of 2021, and 1 phr of SP170 was prepared by dissolving in an organic solvent.

この材料をクラッド層上にスピンコートにて塗布し、マスクを介して紫外線を露光した。露光後に有機溶媒により未露光部の材料を除去し、光導波路コアを得た。得られたコア形状は矩形であり、平滑な壁面であった。   This material was applied onto the clad layer by spin coating and exposed to ultraviolet rays through a mask. After the exposure, the material in the unexposed area was removed with an organic solvent to obtain an optical waveguide core. The obtained core shape was rectangular and was a smooth wall surface.

このコアに上部のクラッド層を設け、埋め込み形の光導波路とし、ポストベークを170℃、1時間行った。   An upper clad layer was provided on the core to form a buried optical waveguide, and post-baking was performed at 170 ° C. for 1 hour.

この導波路の光損失を測定したところ、波長850nmで0.13dB/cmと良好な値であった。   When the optical loss of this waveguide was measured, it was a good value of 0.13 dB / cm at a wavelength of 850 nm.

実施例3
ビスフェノールS型ジグリシジルエーテルを構成材料として含む有機無機ハイブリッド材料を作製し、その評価を行った。EXAを35質量%、2021を15質量%、GTMSを50質量%含む溶液を30分間撹拌し、16時間放置した。この溶液に、ジラウリル酸ジブチル錫と水と触媒を加え、150℃で4時間加熱させた。加熱中、縮合され発生する水とメタノールは系外に放出した。加熱終了後の溶液に1phrのSP170を添加し、また有機溶媒を加えて粘度を調整することで光導波路コア用材料とした。
Example 3
An organic-inorganic hybrid material containing bisphenol S-type diglycidyl ether as a constituent material was prepared and evaluated. A solution containing 35% by mass of EXA, 15% by mass of 2021, and 50% by mass of GTMS was stirred for 30 minutes and allowed to stand for 16 hours. To this solution, dibutyltin dilaurate, water and a catalyst were added and heated at 150 ° C. for 4 hours. During heating, water and methanol generated by condensation were discharged out of the system. 1 phr of SP170 was added to the solution after heating, and the viscosity was adjusted by adding an organic solvent to obtain an optical waveguide core material.

この材料をクラッド層上にスピンコートし、フォトマスクを介して紫外線を露光した。露光後に有機溶媒で未露光部の材料を除去し、光導波路コアを作製した。得られたコア形状は矩形であり、平滑な壁面であった。   This material was spin-coated on the clad layer and exposed to ultraviolet rays through a photomask. After the exposure, the material in the unexposed area was removed with an organic solvent to produce an optical waveguide core. The obtained core shape was rectangular and was a smooth wall surface.

上部のクラッド層を設け、ポストベークを200℃で1時間行い、埋め込み型の光導波路とした。   An upper cladding layer was provided, and post-baking was performed at 200 ° C. for 1 hour to obtain a buried optical waveguide.

この光導波路の光損失は波長850nmで0.10dB/cmであった。   The optical loss of this optical waveguide was 0.10 dB / cm at a wavelength of 850 nm.

実施例4
8125を25質量%、EXAを15質量%、2021を10質量%、GTMSを50質量%含む溶液を30分間撹拌し、16時間放置した。この溶液に、ジラウリル酸ジブチル錫と水を触媒を加え、150℃で4時間加熱させた。加熱中、縮合され発生する水とメタノールは系外に放出した。加熱終了後の溶液に1phrのSP170を添加し、また有機溶媒を加えて粘度を調整することで光導波路コア用材料とした。
Example 4
A solution containing 25% by mass of 8125, 15% by mass of EXA, 10% by mass of 2021, and 50% by mass of GTMS was stirred for 30 minutes and allowed to stand for 16 hours. To this solution, a catalyst of dibutyltin dilaurate and water was added and heated at 150 ° C. for 4 hours. During heating, water and methanol generated by condensation were discharged out of the system. 1 phr of SP170 was added to the solution after heating, and the viscosity was adjusted by adding an organic solvent to obtain an optical waveguide core material.

この材料をクラッド層上にスピンコートし、フォトマスクを介して紫外線を露光した。露光後に有機溶媒で未露光部の材料を除去し、光導波路コアを作製した。得られたコア形状は矩形であり、平滑な壁面であった。   This material was spin-coated on the clad layer and exposed to ultraviolet rays through a photomask. After the exposure, the material in the unexposed area was removed with an organic solvent to produce an optical waveguide core. The obtained core shape was rectangular and was a smooth wall surface.

上部のクラッド層を設け、ポストベークを200℃で1時間行い、埋め込み型の光導波路とした。   An upper cladding layer was provided, and post-baking was performed at 200 ° C. for 1 hour to obtain a buried optical waveguide.

この光導波路の光損失は波長850nmで0.09dB/cmであった。   The optical loss of this optical waveguide was 0.09 dB / cm at a wavelength of 850 nm.

実施例5
実施例3と4の光導波路コア用材料について、はんだリフロー試験を行った。はんだリフロー試験では光導波路コア用材料を用いてファイバ状に作製し、ファイバ状で光損失を測定することで評価を行った。
Example 5
A solder reflow test was performed on the optical waveguide core materials of Examples 3 and 4. In the solder reflow test, an optical waveguide core material was used to make a fiber, and evaluation was performed by measuring optical loss in the form of a fiber.

作製したファイバは、はんだリフロー炉に空気中で3回通すことで加熱した。代表的なはんだリフロー試験の温度プロファイルを図2に示す。   The produced fiber was heated by passing it through a solder reflow furnace three times in air. A temperature profile of a typical solder reflow test is shown in FIG.

150〜200℃を約150〜160秒、ピーク温度の250℃で約20〜30秒保つ温度プロファイルとなっている。   The temperature profile is maintained at 150 to 200 ° C. for about 150 to 160 seconds and at a peak temperature of 250 ° C. for about 20 to 30 seconds.

はんだリフロー炉を3回通した後のファイバの波長850nmにおける光損失は、実施例3及び実施例4の光導波路コア用材料で、それぞれ、0.12dB/cm、0.10dB/cmであった。試験後のファイバの光損失の増加は0.01〜0.02dB/cm程度であり、良好なはんだリフロー耐熱性をもつ光導波路用材料であった。   The optical loss at a wavelength of 850 nm of the fiber after passing through the solder reflow furnace three times was 0.12 dB / cm and 0.10 dB / cm for the optical waveguide core materials of Example 3 and Example 4, respectively. . The increase in optical loss of the fiber after the test was about 0.01 to 0.02 dB / cm, and it was an optical waveguide material having good solder reflow heat resistance.

本発明の光導波路材料を用いて、直接露光法により光導波路コアを作製するまでの工程を示す図である。It is a figure which shows the process until producing an optical waveguide core by the direct exposure method using the optical waveguide material of this invention. 本発明の光導波路材料に対してはんだリフロー試験を行うときのはんだリフロー炉温度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows a solder reflow furnace temperature profile when performing a solder reflow test with respect to the optical waveguide material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 下部クラッド層
6 光導波路コア
7 上部クラッド層
1 Substrate 2 Lower cladding layer 6 Optical waveguide core 7 Upper cladding layer

Claims (7)

構成成分に、下記化1
Figure 2009198959
で表される重合性エポキシ化合物(I)を、10質量%〜90質量%含み、さらに光重合開始剤を、0.05〜5phr含む混合物からなることを特徴とする光学材料。
The following chemical components
Figure 2009198959
An optical material comprising a mixture containing 10% by mass to 90% by mass of the polymerizable epoxy compound (I) represented by the formula (1) and further containing 0.05 to 5 phr of a photopolymerization initiator.
重合性化合物(I)を10質量%〜90質量%、エポキシ基を有する重合性化合物を、0〜90質量%含むエポキシ混合物と、該エポキシ混合物の総量100重量部に対して、10〜70phrの重合性オルガノシリケート材SiR1 n(OR24-n(n=0〜2の整数。R1はエポキシ基を含む炭化水素基、R2は炭水数1〜5の炭化水素基)と、水と有機金属化合物触媒を含む混合物を80〜180℃で1〜5時間加熱して得た樹脂組成物に、光重合開始剤を0.05〜5phr混合したことを特徴とする光学材料。 10 to 70 phr with respect to 100 parts by weight of the epoxy mixture containing 10 to 90% by weight of the polymerizable compound (I) and 0 to 90% by weight of the polymerizable compound having an epoxy group, and 100 parts by weight of the total amount of the epoxy mixture. Polymerizable organosilicate material SiR 1 n (OR 2 ) 4-n (where n is an integer of 0 to 2. R 1 is a hydrocarbon group containing an epoxy group, R 2 is a hydrocarbon group having 1 to 5 hydrocarbons) and An optical material, wherein a photopolymerization initiator is mixed in an amount of 0.05 to 5 phr to a resin composition obtained by heating a mixture containing water and an organometallic compound catalyst at 80 to 180 ° C. for 1 to 5 hours. 重合性オルガノシリケート材が、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである請求項2記載の光学材料。   The optical material according to claim 2, wherein the polymerizable organosilicate material is 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. 有機金属化合物触媒が、有機錫化合物である請求項2又は3記載の光学材料。   The optical material according to claim 2 or 3, wherein the organometallic compound catalyst is an organotin compound. 請求項1〜4のいずれかに記載の光学材料を、基板上に形成した下部クラッド層上に塗布し、紫外線の露光によりコアとなる露光部を硬化させ、未露光部を現像液により除去することでコアを形成した後、上部クラッド層を形成したことを特徴とする光導波路。   The optical material according to any one of claims 1 to 4 is applied onto a lower clad layer formed on a substrate, an exposed portion serving as a core is cured by exposure to ultraviolet rays, and an unexposed portion is removed with a developer. An optical waveguide characterized by forming an upper clad layer after forming a core. 請求項1〜4記載の光学材料を用いて作製されたことを特徴とする光学部品。   An optical component manufactured using the optical material according to claim 1. 請求項1〜4記載の光学材料を用いて作製されたことを特徴とする光電気混載基板。   An opto-electric hybrid board produced using the optical material according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017163907A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-28 凸版印刷株式会社 Film and image display device

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