专利名称：制造光波导的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造光波导的方法。
背景技术：
近年来，已经见证了通信基础结构中的宽带技术的快速普及以及计算机的信息 处理能力的显著进步。按照这种进步，已经比以前更需要具有高速信息传输路径的信息 处理电路基材。在本文中，利用光的信号传输正在被研究作为克服电信号的传输速度极 限的手段。可以被廉价加工的聚合物光波导作为可以传输光信号的电路基材已经受到关注。制造聚合物光波导的已知方法涉及，例如，包括光敏聚合物的层的光刻图案 (例如，专利文献1或非专利文献1)。以下阐述了这种方法的概要。首先，下覆层形成在基材的表面上，包括用于形成芯部的光敏聚合物的薄膜层 形成在下覆层的表面上。如此形成的光敏聚合物薄膜层然后经由已经在其上形成电路图 案的光掩模被UV射线照射，从而有选择地固化将形成芯部的部分。然后，通过显影形 成芯部，借此去除未固化的部分。芯部被用于形成上覆层的材料所覆盖。用于芯部形成的薄膜层可以例如按照以下方法形成。固体光敏聚合物的清漆或 液体光敏聚合物被涂布在形成在基材的表面上的下覆层的表面上，然后被干燥。在另一 方法中，光敏聚合物清漆被首先涂布在支持基材的表面上，然后被干燥以便形成干膜。 然后，该干膜被层压在形成在基材的表面上的下覆层的表面上。专利文献1:日本专利申请特开第2007-084765号公报非专利文献1: “光电柔性印刷配线板”，MEW技术报告，Vol.54，No.3(2006
年9月)
发明内容
本发明的目的在于通过使芯部的表面平滑来制造具有低的光损耗的光波导。本发明的一方面是制造光波导的方法，该方法包括在形成在基材上的下覆层 上形成光敏聚合物的芯部形成层的芯部形成层形成步骤；通过对芯部形成层的热处理降 低芯部形成层的表面粘度来使芯部的表面平滑的平滑步骤；和经过对平滑的芯部形成层 的选择曝光来形成芯部的曝光步骤。本发明允许形成具有平滑表面的芯部。结果获得具有低的经过其中的光损失的 光波导。在阅读了以下详细说明以及附图之后，本发明的这些及其他目的、特征和优点
将变得更明显。
图IA是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示意性的截面图；图IB是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示 意性的截面图；图IC是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示 意性的截面图；图ID是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示 意性的截面图；图IE是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示 意性的截面图；图IF是说明在本发明的一个实施例中用于制造光波导的方法中的一个步骤的示 意性的截面图；图2是用于说明干膜的构造的示意性的截面图；图3A是在实例1中获得的光波导的芯部的侧面的SEM观察期间获得的SEM显 微照片；图3B是在比较实例1中获得的光波导的芯部的侧面的SEM观察期间获得的SEM 显微照片；和图4是说明用于评价实例中的波损失的设备的结构的示意图。
具体实施例方式在形成用于形成光敏聚合物的芯部的薄膜层的情况中，存在薄膜层的厚度不均 勻以及薄膜层的表面中有气泡和空隙这样的问题。混入表面中的这些气泡和空隙引起以 下问题。混入的气泡和/或空隙使得薄膜层的表面条件不均一。当UV射线等的照射以 便有选择地固化薄膜层时，薄膜层的不均一的表面条件以形成的芯部中的不均一的表面 条件的形式持续。这个不均一的表面条件导致被引导的光散射，被引导的光散射使光损 耗增大。不均一的表面条件还引起有选择地曝光期间的光散射，结果，光进入不被曝光 的掩模部分。结果，在不能如计划的获得芯部的轮廓以及光损耗增大上是有问题的。本实施例的制造光波导的方法包括在形成在基材上的下覆层上形成光敏聚合 物的芯部形成层的芯部形成层形成步骤；通过经过芯部形成层的热处理降低其表面粘度 来使芯部形成层的表面平滑的平滑步骤；和经过有选择地曝光从平滑的芯部形成层的表 面来形成芯部的曝光步骤。以下参考
本发明的较佳实施例。图IA到图IF是说明本实施例的工艺流程图。在图IA到图IF中，参考数字1 表示基材，2表示下覆层，3表示芯部形成层，4表示光掩模，5表示芯部以及6表示上覆层。作为基材1，可以使用各种有机和无机的基材，没有任何特别的限制。有机基材 的具体实例包括环氧基材、丙烯酸基材、聚碳酸酯基材、聚酰亚胺基材等等。无机基材 的实例包括，例如，硅基材或玻璃基材。同时，电路可以形成在基材上。在本实施例的制造方法中，下覆层2首先形成在基材1上，如图IA所示。形成下覆层2的方法可以涉及，例如，在基材1的表面上粘结用于形成下覆层2的包括具有预定折射率的可固化树脂材料的树脂膜，然后进行固化，或者可以涉及涂布 用于形成下覆层2的液体可固化树脂，然后进行固化，或者涂布可固化树脂清漆，然后 进行固化。当形成下覆层2时，基材1的表面较佳的是预先受到表面处理，例如等离子 处理，以便使表面活化，从而提高其粘附性。用于形成下覆层2的可固化树脂是对被弓I导的光的传输波长具有比芯部5低的折 射率的材料。对传输波长的折射率是例如大约1.5到1.55。这种可固化树脂的实例包括，例如，具有在上述范围之内的折射率的环氧树 脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯和聚酰亚胺树脂。下覆层2的厚度没有特别限制，但是范围较佳的是例如从大约5到15 μ m。使用树脂膜形成下覆层2的方法包括，例如，以下步骤。首先，包括可固化树脂的树脂膜被覆盖在基材1的表面上，并通过热压被粘结 到基材1。在另一方法中，树脂膜可以经由透明粘合剂被粘结到基材1的表面。当树脂 膜是可光固化的树脂时，后者经过光的照射被固化。当树脂膜是热固性树脂时，后者经 过加热被固化。使用液体可固化树脂形成下覆层2的方法包括，例如，以下步骤。首先，将液体可固化树脂或者可固化树脂清漆涂布到基材1的表面上。使用的 涂布方法没有特别限制，并且可以是旋转涂布、刮棒涂布或者浸渍涂布。当被涂布的可 固化树脂是可光固化的树脂时，树脂经过光的照射被固化。当被涂布的可固化树脂是热 固性树脂时，树脂经过加热被固化。接下来，使包括光敏聚合物材料的芯部形成层3形成在下覆层2的外表面上，如 图IB所示。形成芯部形成层3的方法可以涉及，将用于形成芯部5的包括具有预定折射率的 光敏聚合物的树脂膜粘结到下覆层2的表面上。在另一方法中，可以应用用于形成芯部 形成层3的液体光敏聚合物。在又一个方法中，可以应用用于形成芯部形成层3的光敏 聚合物的清漆，然后进行干燥。当形成芯部形成层3时，下覆层2的表面较佳的是预先 受到表面处理，例如等离子处理，以便使表面活化，从而提高其粘附性。在此，光敏性指的是被光照射时改变的特性。这种改变的实例包括，例如，变 硬、变软、对于具体溶剂的可溶性的改变、或者折射率中的改变。光可以是由UV射线 代表的能量束，但是对此没有限制。取决于芯部形成层3的特性，使用的光可以是其它 波长的光。包括光敏聚合物的树脂膜可以是，例如，通过将半固化的状态下的光敏聚合物 材料涂布到诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的支持基材(保护膜)上所获得的干膜。 如图2中所示，干膜20在两侧上被保护膜21保护。用于形成芯部形成层3的光敏聚合物对被引导的光的传输波长具有比下覆层2高 的折射率。较佳的是，对传输波长的折射率是例如大约1.55到1.6。用于形成芯部形成层3的光敏聚合物的实例包括，例如，光敏材料，该光敏材 料诸如可光固化的材料，该可光固化的材料包括具有在上述范围之内的折射率的环氧树 脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树酯或者聚酰亚胺树脂的树脂成分。就较高的耐热性而言，在这些成分之中尤其较佳的是包含双酚型环氧树脂和光阳离子固化剂的可光固化的树脂的成分。具有高耐热性的光波导可以与经过回流处理的 印刷板结合。从粘附性的角度出发，用于形成芯部形成层3的光敏聚合物和用于形成下覆层2 的可固化树脂较佳的是属于相同树脂类型的树脂。芯部形成层3的厚度没有特别限制，但是范围较佳的是例如从大约20到 100 μ m。粘结包括用于形成芯部形成层3的光敏聚合物的树脂膜的具体方法包括，例 如，以下步骤。首先，包含光敏聚合物的树脂膜可以被覆盖在下覆层2的表面上，并通过热压 可以被粘结到表面。在另一方法中，树脂膜可以经由透明粘合剂被粘结到下覆层2的表使用液体光敏聚合物来形成芯部形成层3的方法的实例可以是以下方法。首先，将光敏聚合物的清漆或者液体光敏聚合物涂布到下覆层2的表面上。必 要时，清漆涂层然后被干燥。在本实施例的制造方法中，如图IC中所示，在经过有选择地曝光芯部形成层3 对芯部形成层3进行固化等等之前，经由热处理，芯部形成层3的表面的粘度被降低。作 为这种热处理的结果，芯部形成层3的表面被软化或熔化。经过表面张力效应，热处理 消除了芯部形成层3的表面处的不均勻、气泡、空隙等等，从而使表面平滑。热处理的条件没有特别限制，只要条件允许经过不均勻、气泡、空隙等等的消 除使芯部形成层3的表面平滑。按照形成芯部形成层3的光敏聚合物的类型，适当地选择 热处理的条件。较佳的是，条件包括，例如，热处理的温度，以便形成芯部形成层3的 光敏聚合物的粘度从1到50000Pa · sec,更佳的是，从5到IOOOOPa · sec。粘度是在 升温的情况下使用锥板流变仪(HAKKE制造的RheoStress RS75，圆锥体直径Φ20mm， 角度2°，IHz)测量的值。当使用干膜时，较佳的是在保护膜被剥离时进行热处理，因为这样做引起增强 的平滑效果。当芯部形成层3的表面被保护膜覆盖时进行热处理时，必须考虑保护膜的 耐热性来选择热处理的温度。热处理的持续时间较佳的是大约10到30分钟。热处理的方法没有特别限制。具体地，采用的热处理可以涉及在设定成预定温 度的烘箱中加热，或者在热板上加热。其次，热处理过的芯部形成层3经由具有用于形成芯部的图案的光掩模4被有选 择地曝光，如图ID中所示，从而形成芯部。曝光没有特别限制，只要以需要的光强度进行，该光具有能够经由光掩模4有 选择地变更(固化等等)芯部形成层3的表面的波长。使用的曝光方法可以是，例如， 其中光掩模4被放置成与芯部形成层3的表面接触的接触曝光，或者其中在光掩模和表面 之间保持预定间隙以便光掩模不接触表面的投影曝光。当进行接触曝光时，5到15 μ m 厚的包括例如PET膜的分离膜较佳的是被插入在光掩模4和芯部形成层3之间，以免芯部 形成层3粘附到光掩模4。分离膜以不掩蔽曝光部分的方式被布置。按照光敏聚合物的类型具体地选择曝光条件。在UV可固化树脂的情况下，例如，用大约365nm的UV射线以500到2500mJ的强度进行曝光。当使用可光固化的树脂时，后者可以在曝光后通过加热被后固化，以确保可靠 的固化。较佳的后固化的加热条件包括20到120分钟的80到160°C的加热温度。然后，必要时，对有选择地曝光的芯部形成层，经过显影形成芯部5，如图IE 所示。当使用的光敏聚合物材料是其折射率在曝光的部分改变的材料时，可以省略显影。显影是使用显影剂去除正显影情况下的未曝光的部分或者负显影情况下的曝光 的部分的处理。显影剂的具体实例包括，例如，丙酮、异丙醇、甲苯、乙二醇或者这些物质以 预定比例混合的混合物。含水的显影剂，诸如日本专利申请特开第2007-292964A号中所 揭示的含水的显影剂，也可以较佳地被使用。显影方法可以涉及喷涂显影剂或者可以涉 及超声清洗。最后，芯部5被埋在上覆层6中，如图IF中所示。当芯部形成层3中使用的光 敏聚合物是其折射率在曝光的部分改变的材料时，省略上覆层6的形成。芯部形成层3 的未曝光的部分然后用作上覆层。形成上覆层6的方法可以涉及以埋藏芯部5的方式涂布用于形成上覆层6的液体 可固化树脂，然后通过热、光等等来固化。另一方法可以涉及涂布用于形成上覆层6的 可固化树脂的清漆，然后通过热、光等等来固化。又一个方法可以涉及粘结用于形成上 覆层6的树脂膜，然后通过热、光等等来固化。用于形成上覆层6的可固化树脂没有特别限制，只要它是对被引导的光的传输 波长具有比芯部5低的折射率的材料。使用的可固化树脂的类型较佳的是与形成下覆层 2的材料相同。上覆层6的厚度没有特别限制，但是较佳的是允许维持上覆层6的在芯部5以上 的厚度与下覆层2的厚度相当。当显影不是必需的时候，通过使用可变折射率的芯部材 料，上覆层6较佳的是被形成在芯部形成层3上至与下覆层2的厚度相当的厚度。作为上述处理结果，获得诸如图IF中所示的光波导10。光波导10由包括聚合物的芯部5和覆盖芯部5的覆层(下覆层2和上覆层6) 形成。芯部5的折射率高于覆层的折射率，因此经过芯部5传送的光通过全反射被限制 在芯部5中。这种光波导10主要被用作多模波导。芯部5的横截面形状是例如20到 100 μ m的矩形形状。除了包括芯部5的那层的厚度以外，下覆层和上覆层的厚度大约是 5到15 μ m。芯部5和覆层(下覆层2和上覆层6)之间的折射率差没有特别限制，但是 较佳的是从0.5到3%。实例根据实例详细说明本发明。但是，本发明决不意指限于这些实例或者被这些实 例所限制。首先将说明制造用于形成芯部的覆层的环氧膜的方法。[制备实例1:环氧膜A的制备] 在30重量份的甲苯和70重量份的MEK的混合溶剂中，溶解有7重量份的聚丙 二醇二缩水甘油醚(东都化成制造的“PG207”)、25重量份的液体氢化双酚-A环氧树脂(日本环氧树脂制造的“YX8000”)、20重量份的固体氢化双酚-A环氧树脂(日本 环氧树脂制造的“YL7170”)、8重量份的1-2-环氧-4(2-环氧乙烷)-环己烷和2， 2_双(羟甲基)-1_ 丁醇(大赛璐化学工业株式会社制造的“EHPE-3150”)、2重量份 的固体双酚-A环氧树脂(日本环氧树脂制造的“Epicoat 1006FS”)、20重量份的苯氧 基树脂(东都化成制造的“YP50”)、0.5重量份的光-阳离子固化引发剂(ADEKA制 造的“SP170”)、以及0.5重量份的热-阳离子固化引发剂(三新化学工业株式会社制 造的“SI-150L”)，还有0.1重量份的表面调整剂(DIC公司制造的“F470”)。获得 的溶液经过1 μ m的孔膜过滤器被过滤并且被真空去除泡沫以制备环氧清漆。获得的环氧清漆通过使用刮棒涂布机被施加到50 μ m厚的PET膜上，在80°C第 一次被干燥10分钟，并且在120°c第二次被干燥10分钟，以生产出15μιη厚的环氧膜 Α。环氧膜A对579nm光的折射率是1.54。环氧膜A的表面被35 μ m的双轴取向的聚 丙烯(OPP)膜(保护膜)覆盖。[制备实例2环氧膜B的制备]在24重量份的甲苯和56重量份的MEK的混合溶剂中，溶解有42重量份的液体 双酚A环氧树脂(DIC公司制造的“Epiclon 850S” )、55重量份的固体双酚-A环氧树 脂(日本环氧树脂制造的“Epicoat 1006FS”)、3重量份的苯氧基树脂(东都化成制造的
“YP50”)、1重量份的光-阳离子固化引发剂(ADEKA制造的“SP170” )以及0.1重 量份的表面调整剂(DIC公司制造的“F470” )。获得的溶液经过1 μ m的孔膜过滤器被 过滤并且被真空去除泡沫以制备环氧清漆。获得的环氧清漆以与制备实例1中同样的方式被制成膜，以生产出具有40 μ m 厚的环氧膜B。环氧膜B对579nm光的折射率是1.59。环氧膜B的表面被35 μ m的
OPP膜覆盖。[制备实例3环氧膜C的制备]以与制备实例1中相同的方式制备环氧膜C，但是达到55μιη的厚度，而不是 15 μ m。环氧膜C对579nm光的折射率是1.54。环氧膜C的表面被35 μ m的OPP膜覆盖。[实例 1]OPP膜已经被剥离的环氧膜A被覆盖在聚碳酸酯基材的表面上。结果形成的层 叠体通过在60°C和0.2MPa这种条件下被热压120秒而被层压。使用超高压汞灯，环氧 膜A经过2000mJ的具有365nm波长的UV射线的照射而被固化。通过将PET膜从环氧 膜A表面剥离，在聚碳酸酯基材的表面上形成下覆层。OPP膜已经被剥离的环氧膜B然后被覆盖到如此形成的下覆层的表面上，并且 结果形成的层叠体通过在60°C和0.2MPa这种条件下被热压120秒而被层压。覆盖层压 的环氧膜B的表面的PET膜被剥离，然后层压体在设定成100°C的烘箱中受到20分钟的 热处理，从而熔融环氧膜B的表面。层压体从烘箱处被移走并且被冷却。然后，具有40 μ m宽且IlOmm长、相隔250 μ m的20个缝隙的光掩模接触热处 理过的环氧膜B的表面以掩盖后者。对应于缝隙的环氧膜B的部分然后经由光掩模经过 2000mJ的具有365nm波长的UV射线的照射被固化，该UV射线由超高压汞灯发出并被 调整成平行射线束。然后使用作为显影剂的由花王制造的“Cleanthmugh”(替代氟利昂的水清洗剂)通过显影形成芯部。使用扫描电子显微镜(SEM)观察形成的芯部的侧面。在图3A中显示的是SEM 显微照片。OPP膜已经被剥离的环氧膜C被覆盖到形成的芯部的表面上，并且结果形成的 层叠体通过在80°C和0.2MPa这种条件下被热压120秒而被层压。使用超高压汞灯，环 氧膜C经过2000mJ的具有365nm波长的UV射线的照射而被固化。通过将PET膜从环 氧膜C的表面剥离形成上覆层，从而生产出光波导。如下评价获得的光波导。[评价方法](经过波导的光损失)使用如图4中所示的设备结构评价光损失。在图4中，参考数字40表示发出 850nm光的LED光源，41表示连接到LED光源40的单模光纤，42表示光波导，43表示 塑包光纤(PCF)，44表示功率计，以及45表示折射率匹配剂。获得的光波导样品的两端面被打磨以生产出IOOmm长的光波导42。然后，使来 自如图4中所示配置的单元的LED光源40的850nm光经由单模光纤41穿透光波导42。 经过光波导42出射的光经由PCF 43被入射到测量光的强度的功率计44上。对于20个 芯部，光损失平均为0.15dB/cm。(粘度测量)使用锥板流变仪(HAKKE制造的RheoStress RS75，圆锥体直径Φ20mm，角度
2° )，在升温时，以IHz测量环氧膜B在热处理温度的粘度。(平滑性)通过SEM以1000倍的放大率观察形成的芯部的面。把图3A中所示的SEM显 微照片中的表面状态作为参考样品，按照以下标准来评定在纵向以10个等距离点成像的 芯部的面的状态。A具有相同于或超越于参考样品的平滑外观的8个以上的点的情况。B具有相同于或超越于参考样品的平滑外观的3个以上、不到8个的点的情况。C 具有相同于或超越于参考样品的平滑外观的不到3个的点的情况。评价结果被概括在表1中。[比较实例1]以与实例1中相同的方式形成光波导，但是在其中层压的环氧膜B没有被热处理 过。以与实例1中相同的方式评价该光波导。评价结果被概括在表1中。使用扫描电 子显微镜(SEM)观察形成的芯部的面。在图3B中显示的是SEM显微照片。获得的光 波导的光损失为0.30dB/cm。通过热处理芯部形成层而获得的实例1的光波导的光损失为0.15dB/cm，大约是 比较实例1的光波导的0.30dB/cm的损失的一半，在比较实例1中芯部形成层没有被热处 理过。对图3B中所示的比较实例1的光波导的芯部的SEM显微照片的观察，显示出在 厚度方向上的气泡、空隙和大量条纹状的凸部。相反，图3A中所示的实例1的光波导的 芯部的SEM显微照片显示出平滑表面，没有凸部或气泡。[实例2 到 17]
以与实例1中相同的方式制造和评价光波导，但是改变表1和2中所示的热处理 条件。结果在表1和2中被给出。[表1]
I
权利要求
1.一种制造光波导的方法，其特征在于，所述方法包括在形成在基材上的下覆层上形成光敏聚合物的芯部形成层的芯部形成层形成步骤；通过对所述芯部形成层的热处理降低所述芯部形成层的表面粘度来使所述芯部形成 层的所述表面平滑的平滑步骤；和经过从平滑的所述芯部形成层的所述表面对所述芯部形成层进行选择曝光来形成芯 部的曝光步骤。
2.如权利要求1所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述热处理是通过热软化所 述表面来使所述芯部形成层的所述表面平滑的处理。
3.如权利要求1所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述热处理是通过热熔融所 述表面来使所述芯部形成层的所述表面平滑的处理。
4.如权利要求1所述的制造光波导的方法，其特征在于，在所述平滑步骤中的热处理 条件包括温度，以使所述光敏聚合物的粘度是1到50000Pa · sec。
5.如权利要求1到4中任一项所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述光敏聚合 物是可光固化的聚合物。
6.如权利要求5所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述可光固化的聚合物包含 双酚型环氧树脂和光阳离子固化剂。
7.如权利要求1到6中任一项所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述芯部形成 层形成步骤是将预先形成的所述光敏聚合物的膜粘结到所述下覆层的所述表面的步骤。
8.如权利要求7所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述膜是由半固化的可光固 化的聚合物形成的膜。
9.如权利要求7或8所述的制造光波导的方法，其特征在于，所述膜通过保护膜被预 先保护，并且在所述保护膜的剥离以后受到所述热处理。
全文摘要
本发明的目的是通过使芯部的表面平滑来制造具有低的光损耗的光波导。为此，一种制造光波导的方法包括在形成在基材(1)上的下覆层(2)的表面上形成光敏聚合物的芯部形成层(3)的芯部形成层形成步骤；通过对芯部形成层(3)的热处理降低芯部形成层(3)的表面粘度来使表面平滑的平滑步骤；和经过对被平滑的芯部形成层(3)的选择曝光来形成芯部的曝光步骤。
文档编号G02B6/138GK102016666SQ20098011471
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月24日
发明者中芝徹, 桥本真治, 近藤直幸 申请人:松下电工株式会社