フレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板
【課題】屈曲運動又はスライド運動の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能なフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板を提供すること。
【解決手段】基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、これを用いた光電気複合光導波路。
【解決手段】基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、これを用いた光電気複合光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子素子間や配線基板間の高速・高密度信号伝送において、従来の電気配線による伝送では、信号の相互干渉や減衰が障壁となり、高速・高密度化の限界が見え始めている。これを打ち破るため電子素子間や配線基板間を光で接続する技術、いわゆる光インターコネクションが提案されており、電気配線と光配線の複合化に関して種々の検討が行われている。特に近年では、携帯電話やノート型パソコンのヒンジ部に光配線を導入する試みがなされており、これらアプリケーションには、光導波路や光電気複合基板が使用される。この場合、機器内部や機器間などの短距離で光信号を伝送するためには、フレキシブルなフィルム光導波路が望まれている。特に、携帯用小型機器の内部に光導波路を配線する場合には、省スペース化のために部品表面を這わせるようにして配線する場合も多く、小さな曲率半径で屈曲可能なフレキシブル光導波路やフレキシブル光電気複合基板が求められている。
【０００３】
従来のフレキシブル光電気複合基板の構造を図３に示す。従来のフレキシブル光電気複合基板は、基板１の一方の片面には、接着剤層９を介し、下部クラッド層２０１が積層し、この下部クラッド層２０１上にコアパターン３及び上部クラッド層４が積層されている。また、基板１のクラッド層及びコア層とは反対の表面には、電気配線５が形成され、更にこの電気配線５上には、配線保護層として、カバーレイ８が形成される。カバーレイ８は、電気配線５の絶縁保護、更にはほこりや水分、機械的ダメージ等からの保護を目的に形成されるものである。
【０００４】
また、フレキシブル光導波路の屈曲性の観点からのクラッド材料としては、屈曲性や形状復元する際の界面における追従性を向上させるために、低弾性率材料を用いた光導波路の開発がなされている。例えば、特許文献１では、硬化後の引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下のエラストマーを光導波路のクラッド層に用いることにより屈曲性が向上することが記載されている。また、特許文献２では、引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下で前駆体の官能基に水素結合基を含む樹脂を介して、クラッド層どうしが接合されたフィルム光導波路により屈曲あるいは形状復元する際の界面における追従性が向上すること、特に引張り弾性率２００ＭＰａのエラストマーを上下のクラッド層の材料として用い、これらクラッド層同士を引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下で前駆体の官能基に水素結合基を含む樹脂を介して接合したフィルム光導波路を携帯電話のヒンジ部に用いた場合、曲率半径１ｍｍまで屈曲させることができ、２０万回繰り返し屈曲させても界面の剥離が起こらないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９０６８７０号
【特許文献２】特許第３８７０９７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２では、屈曲耐性はあるもののクラッド層の引張り弾性率が低いため、屈曲時の初期段階で、コアパターンの形状が変形し、光伝搬損失が悪化してしまう問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、屈曲耐性があると共に、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能なフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、及び該フレキシブル光導波路の基板の光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板が、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、下記［１］〜［１２］を提供するものである。
［１］基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、
［２］前記コアパターンが、さらに側面を前記クラッド層Ｂにて覆われていることを特徴とする［１］に記載のフレキシブル光導波路、
［３］前記基板と前記クラッド層Ａとが、直接接合されている［１］又は［２］に記載のフレキシブル光導波路、
［４］前記基板と前記クラッド層Ａとの合計厚みが、５μｍ以上、４０μｍ以下である［１］〜［３］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［５］屈曲部分の前記コアパターンの厚みが、５μｍ以上、５０μｍ以下である［１］〜［４］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［６］前記クラッド層Ｂが、前記屈曲部の内側である［１］〜［５］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［７］［１］〜［６］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路の前記基板の前記光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板、
［８］前記電気配線の厚みが、１８μｍ以下である［７］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［９］前記電気配線が、前記基板に接合された圧延銅箔をサブトラクティブ法によってパターン化してなる［７］又は［８］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１０］前記電気配線が、カバーレイフィルムによって保護されている［７］〜［９］のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１１］前記カバーレイフィルムが、基材及び接着層からなり、該基材の厚みが２５μｍ以下であり、かつ該接着層の厚みが２５μｍ以下である［１０］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１２］曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される［１］〜［６］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、及び
［１３］曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される［７］〜［１１］のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光電気複合基板は、屈曲耐性があると共に、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能なフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のフレキシブル光導波路の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のフレキシブル光電気複合基板の一例を示す模式図である。
【図３】従来のフレキシブル光電気複合基板の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔フレキシブル光導波路〕
本発明のフレキシブル光導波路は、図１に示すように、クラッド層Ａ上にコアパターン及びクラッド層Ｂが積層されており、該クラッド層Ａ側に基板が配置されてなる。
〔フレキシブル光電気複合基板〕
本発明のフレキシブル光電気複合基板は、図２に示すように、基板上に電気配線パターンが形成され、該電気配線パターン上に電気配線保護用のカバーレイフィルムが設けられ、該基板の電気配線パターン形成側表面と反対の面に、クラッド層Ａ上にコアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路が配置されてなる。
【００１１】
本発明のフレキシブル光導波路の構造を図１に示す。図１に示すように、本発明のフレキシブル光導波路は、基板１上にクラッド層Ａ２、コアパターン３及びクラッド層Ｂ４が積層されている。
クラッド層Ａ２は、直接、基板１上に形成することで、フレキシブル光導波路の厚さを薄くすることができ、屈曲性を向上させることが出来る。クラッド層Ａ２と基板１とは接合されていても分離されていてもどちらでも良いが、接合されていたほうが屈曲時のクラッド層Ａ２の破断をより抑制できるため好ましい。接合する場合には、クラッド層Ａ２は基板１と接着性の良いクラッド材料であることが好ましい。
本発明のフレキシブル光電気複合基板の構造を図２に示す。図２に示すように、本発明のフレキシブル光電気複合基板は、基板１の光導波路接合面と反対の面に、電気配線５を有し、必要に応じて該電気配線５上に電気配線５を保護するための、カバーレイフィルム８を備える。カバーレイフィルム８は、基材６と接着剤層７からなり、接着剤層７によって電気配線５を埋没させ、基材６によって屈曲時の電気配線５及び接着剤層７の亀裂等を防ぐことができる。クラッド層Ａ２と基板１とは接合されていても分離されていてもどちらでも良いが、接合されていたほうが屈曲時のクラッド層Ａ２の破断をより抑制できるため好ましい。接合する場合には、クラッド層Ａ２は基板１と接着性の良いクラッド材料であることが好ましい。
本発明の特徴は、基板１、クラッド層Ａ２、クラッド層Ｂ４の引張弾性率が、
（基板１の引張弾性率）＞（クラッド層Ａの引張弾性率）＞（クラッド層Ｂの引張弾性率）
とすることで、屈曲耐性を保ちつつ、かつ屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なくした点である。
以下に、従来構造の問題点と本発明の効果を具体的に説明する。
【００１２】
従来のフレキシブル光電気複合基板を図３に示す。従来のフレキシブル光電気複合基板は、屈曲耐性の高い低弾性率（引張弾性率）のクラッド層（下部クラッド層２０１及び上部クラッド層４）でコアパターン３を覆い、接着剤層９によって電気配線板と接合するのが一般的であった。このフレキシブル光導波路を、上部クラッド層４側を内側にして屈曲運動させると、屈曲時の初期段階（数回〜数千回までの範囲）に、コアパターン３が、曲げ外側に押し出され、下部クラッド層２に埋め込まれる動きが発生したり、曲げ戻り時に、コアパターン３が曲げ内側に引き上げられ、上部クラッド層４に埋め込まれる動きが発生したり、その他にも、クラッド層が低弾性すぎるために、クラッド層に埋め込まれながらにして、ねじれや、変形が発生し、光伝搬損失が悪化していた。その後、屈曲運動を継続すると、コアパターン３に曲げの形状が記憶され、光伝搬損失が悪化した状態で一定となる。この現象は、電気配線のないフレキシブル光導波路でも同様である。
また、従来構造において、下部クラッド層２０１及び上部クラッド層４に、高弾性率のクラッド層（クラッド層Ａと同一材料）を用いると屈曲時の初期段階の光伝搬損失が悪化すると共にコアパターン３が破断してしまう。
【００１３】
そこで、本発明では、従来の構造の下部クラッド層２０１を上部クラッド層４（クラッド層Ｂ４）より引張り弾性率の高いクラッド層Ａ２とし、クラッド層Ａ２を接着剤層９を用いずに基板１上に設置した。クラッド層Ａ２をクラッド層Ｂ４より引張り弾性率を高くすることで、コアパターン３にクラッド層Ａ２の動きを追従させ、曲げの外側及び内側へのコアパターン３の動きを抑制することができる。さらに、接着剤層９を用いずに、基板とクラッド層Ａ２とが直接接合されている場合には、クラッド層Ａ２に基板１の動きを追従させることができる。これにより、基板１の動きとコアパターン３の動きとが間接的に追従している。さらに、クラッド層Ａ２よりも弾性率の低いクラッド層Ｂ４を曲げ内側に配置することで、基板１（間接的にクラッド層Ａ２及びコアパターン３の動き）の動きが、クラッド層Ｂ４の動きの影響を受けにくい構造になっている。これらにより、基板１の動きがそのままコアパターン３の動きとなり、屈曲耐性を保ちつつ、屈曲時の初期段階の光伝搬損失の悪化を低減することを可能とした。
【００１４】
また、一般的にクラッド層の弾性率を高くすると、屈曲耐性が低下する傾向にあるが、クラッド層Ｂ４よりも高弾性率のクラッド層Ａ２側に基板１を配置することで、基板１によって、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ａ２側のコアパターン３の破断が抑制でき、クラッド層Ｂ４をクラッド層Ａ２よりも低弾性にすることで、曲げ内側であるクラッド層Ｂ４及びクラッド層Ｂ４側のコアパターン３の破断も抑制できる。
以下、本発明のフレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板の各構成について詳述する。
【００１５】
＜基板＞
本発明に用いられる基板１としては、フレキシブルな基板１であれば特に限定はなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドを用いることで、フレキシブル性の光導波路を得ることができる。中でも柔軟性、強靭性、製造中の寸法安定性の観点から、ポリアミドイミド、ポリイミドを用いると更に良い。
基板１の厚さとしては、適宜変更し得るが、好ましくは１μｍ〜２５μｍであり、屈曲性・製造時のハンドリング性の観点から、更に好ましくは、３μｍ〜１２．５μｍである。
基板１の引張り弾性率は、使用するクラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４よりも高弾性率の範囲であれば良く、具体的には、１ＧＰａ〜２０ＧＰａであると良い。２ＧＰａ〜１０ＧＰａであると柔軟性のある光導波路を得やすく、製造中のハンドリング性が確保できるため更に好ましい。
本発明に用いられるカバーレイフィルム８の基材６としては、基板１と同様のものを用いると良いが、基板１よりも低弾性率の材料を用いると更に屈曲耐性が向上するため尚良い。
【００１６】
＜クラッド層Ａ＞
本発明に用いられるクラッド層Ａ２としては、クラッド形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物の状態で、後記するコア層形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物より低屈折率なものであり、且つ光又は熱により硬化してなる樹脂であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂や感光性樹脂を用いて得ることができる。
基板１とクラッド層Ａ２とを接合する場合、基板１と接着性のあるクラッド層Ａ２を用いることで、光導波路の厚みを低減でき、屈曲性が向上できるため好ましい。
クラッド層Ａ２の厚さとしては、上述の基板１とクラッド層Ａ２の合計厚みが４０μｍ以下の範囲で、適宜変更し得るが、クラッド層Ａ２単体の厚みとしては、光の閉じ込めの観点から５μｍ以上であれば良く、屈曲性の観点から、好ましくは５μｍ〜２５μｍであり、安定した屈曲耐性を得るために、５μｍ〜２０μｍであると更に好ましい。
クラッド層Ａ２の引張弾性率は、使用するクラッド層Ｂ４よりも高弾性率で、かつ使用する基板１よりも低弾性率の範囲であれば良く、具体的には、４００ＭＰａ〜３ＧＰａであると好ましく、屈曲耐性の観点、屈曲時の初期段階の光損失安定性の観点から５００ＭＰａ〜２ＧＰａの範囲であると更に良い。
また、クラッド層Ａ２は、基板１とコアパターン３との間が多層膜からなるクラッド層であっても良く、その全ての層において上記の厚み及び引張り弾性率の範囲内で、かつコアパターン３を伝搬する光信号の閉じ込めが可能であれば、基板１とコアパターン３間を広義にクラッド層Ａ２とする。具体的には、上記の厚み及び引張り弾性率の範囲内の接着層及びクラッド層からなるクラッド層Ａ２であっても良い。
【００１７】
＜クラッド層Ｂ＞
本発明に用いられるクラッド層Ｂ４としては、クラッド形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物の状態で、後記するコア層形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物より低屈折率なものであり、且つ光又は熱により硬化してなる樹脂であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂や感光性樹脂を用いて得ることができる。
クラッド層Ａ２及びコアパターン３と接着性のある材料によりクラッド層Ｂ４を形成することで、屈曲時のクラッド層Ｂ４の剥れが抑制できるため好ましい。
クラッド層Ｂ４は、コアパターン３の上面及び側面を覆うように形成すると良い。この観点から、クラッド層Ｂ４の厚さとしては、コアパターン３を埋め込むことが可能な厚さのクラッド形成用樹脂フィルムを用いれば良く、（コアパターン３の高さ）〜（コアパターン３の高さ＋３０μｍ）の範囲であると良い。
クラッド層Ｂ４の引張り弾性率は、使用するクラッド層Ｂよりも低弾性率の範囲であれば良く、具体的には、１０ＭＰａ〜１ＧＰａであると好ましく、屈曲耐性の観点から４０ＭＰａ〜４００ＭＰａの範囲であると更に良い。
また、コアパターン３上に形成されるクラッド層Ｂ４は多層膜からなるクラッド層であっても良く、その全ての層において上記の引張り弾性率の範囲内で、かつコアパターン３を伝搬する光信号の閉じ込めが可能であれば、コアパターン３上に形成されるクラッド層を広義にクラッド層Ｂ４とする。
【００１８】
＜コアパターン＞
本発明で用いるコア層形成用樹脂は、その硬化物がクラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４より高屈折率となるように設計され、例えば紫外線によりコアパターン３を形成し得る樹脂組成物を用いることができ、感光性樹脂組成物が好適である。
コアパターン３の厚みは、コア層の厚さが１０μｍ以上であれば、光導波路構築後の受発光素子又は光ファイバとの結合において位置合わせトレランスが拡大できるという利点があり、５０μｍ以下であれば屈曲耐性が向上できるため、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは３０〜５０μｍとなるように調整される。
【００１９】
＜電気配線＞
本発明で用いる電気配線５は、電気信号の伝達ができ、屈曲可能な材料を用いて得られるものであれば特に限定はなく、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ等の各種金属や、それらの積層体や合金が好適に挙げられる。特に電解銅箔や圧延銅箔を用いると安価に形成できるため好ましく、さらに屈曲耐性の観点から圧延銅箔であることが特に好ましい。また、電気配線５は、この圧延銅箔と基板１とがラミネート等によって接合された銅張り積層板から形成することができる。電気配線５の形成方法としては、サブトラクティブ法、アディティブ法、セミアディティブ法の各種手法によって形成できるが、圧延銅箔の耐屈曲性の特性を電気配線５に持たせることが可能なサブトラクティブ法が最も好適に挙げられる。
電気配線５の厚みに関しては、２５μｍ以上であると、屈曲時にコアパターン３にかかる応力が大きく、破断の原因となるため、屈曲耐性の観点から０．１μｍ〜１８μｍであると良く、安定した屈曲耐性を得るためには、０．１μｍ〜１３μｍであると更に良い。
【００２０】
＜サブトラクティブ法＞
サブトラクティブ法による導体パターンの形成方法の場合は、先ず、金属箔の表面に光硬化性膜を形成し、フォトマスクを介して露光した後に現像して、エッチングレジストでレジストパターンを形成し、その後、エッチングレジストに覆われていない箇所をエッチング除去して、電気配線パターンを形成し、最後にエッチングレジストを除去して電気配線基板を構築する。
金属箔の表面に形成する光硬化性膜は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と光硬化剤、硬化促進剤、必要な場合には顔料や流動性調整剤、粘度調整剤等を、希釈剤に混合・分散し、ワニスとしたものを、直接金属箔の表面に塗布・乾燥し、形成することもでき、また、そのワニスを支持フィルムに塗布・乾燥して半硬化状にしたドライフィルムを金属箔にラミネートして形成することもできる。
このようなワニス状のエッチング用レジスト材としては、市販のもので、オプトＥＲ Ｎ−３５０（日本ペイント株式会社製）があり、ドライフィルム状のエッチング用レジスト材としては、市販のもので、フォテックＨ−Ｎ９３０（日立化成工業株式会社製）がある。
レジストパターンを形成し、その後、エッチングレジストに覆われていない箇所をエッチング除去するには、エッチング液として、塩化第二銅溶液、塩化第二鉄溶液、過硫酸アンモニウム溶液等があり、これらのエッチング液をスプレー噴霧して、エッチングレジストに覆われていない箇所を腐食除去して、電気配線パターンを形成することができる。
【００２１】
＜カバーレイフィルム＞
本発明に用いるカバーレイフィルムは、基材６及び接着剤層７からなる電気配線５保護用のフィルムであれば良いが、液状又はドライフィルム状の感光性カバーレイフィルムよりも屈曲耐性の良い基材６と接着剤層７からなるカバーレイフィルムであることが好ましい、基材６に関しては、上述の通り、基板１と同様のものを用いれば良い。接着剤層７に関しては、電気絶縁性と、電気配線及び基板１と基材６との密着性があるものであれば特に限定はないが、屈曲性の観点から１００ＭＰａ〜２ＧＰａの引張弾性率であると好ましい。接着剤層７の厚みとしては、電気配線５を埋め込める範囲であれば特に限定はないが、屈曲耐性の観点から、５μｍ〜２５μｍであれば良く、安定した屈曲性を得るためには、５μｍ〜１５μｍであると更に良い。また、基板１よりも低弾性率の材料を用いると更に屈曲耐性が向上するため尚良い。上述の範囲で一般的にフレキシブル電気配線に用いられるカバーレイフィルムを用いることができる。
【００２２】
［引張弾性率の測定方法（引張り試験）］
基板１、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４の引張弾性率は、例えば以下の方法によって測定することができる。
まず、１１０μｍ厚みの硬化フィルム（幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）の引張り試験（つかみ具間距離５０ｍｍ）を、引張り試験機（株式会社オリエンテック製 ＲＴＭ−１００）を用いて、温度２５℃、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、で、ＪＩＳ Ｋ ７１２７に準拠して行う。
引張弾性率は、引張応力−ひずみ曲線の初めの直線部分を用いて、以下に示す式により算出する。
引張弾性率（ＭＰａ）＝直線上の２点間の応力の差（Ｎ）÷硬化フィルムの元の平均断面積（ｍｍ2）÷同じ２点間のひずみの差
【００２３】
［屈曲耐久試験］
屈曲耐久試験は、スライド式の屈曲耐久試験機（株式会社大昌電子製）を用いて、例えば以下のようにして行うことができる。フレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板（幅２ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を、クラッド層Ｂ４側を内側に曲げ半径１．０ｍｍで半分に折り曲げ、スライド速度８０ｍｍ／秒、スライド距離２０ｍｍの条件で試験を行う。評価については、スライド試験中に後述の[光伝搬損失の測定]に記載する方法で、光伝搬損失をリアルタイムで測定し、スライド開始前の初期値から、２ｄＢ以上光伝搬損失が悪化した時点を破断と判断する。
なお、「Ｘ回後に破断なし」という表記は、最大行った試験回数Ｘ回後に破断していなかったことを表し、それ以降は試験を行わない。
［光伝搬損失の測定］
光源に波長８５０ｎｍの光を中心波長とするＶＣＳＥＬ（ＥＸＦＯ社製ＦＬＳ−３００−０１−ＶＣＬ）、受光センサ（株式会社アドバンテスト製Ｑ８２２１４）、入射ファイバ（ＧＩ−５０／１２５マルチモードファイバ、ＮＡ＝０．２０）及び出射ファイバ（ＳＩ−１１４／１２５、ＮＡ＝０．２２）を用いて測定する。
[屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動の測定]
屈曲耐久試験開始からスライド運動１０００回までの平均光伝搬損失と、スライド運動１０万回〜１０万１０００回までの平均光伝搬損失の差を光伝搬損失変動分とする。上記の光伝搬損失測定は上記の［光伝搬損失の測定］方法を用いる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
＜クラッド層Ａの作製＞
［（Ａ）ベースポリマー；（メタ）アクリルポリマー（Ａ−１）の作製］
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部及び乳酸メチル２３質量部を秤量し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を６５℃に上昇させ、メチルメタクリレート４７質量部、ブチルアクリレート３３質量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１６質量部、メタクリル酸１４質量部、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）３質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部、及び乳酸メチル２３質量部の混合物を３時間かけて滴下後、６５℃で３時間撹拌し、さらに９５℃で１時間撹拌を続けて、（メタ）アクリルポリマー（Ａ−１）溶液（固形分４５質量％）を得た。
【００２５】
［クラッド層Ａ形成用樹脂ワニスの調合］
（Ａ）ベースポリマーとして、前記Ａ−１溶液（固形分４５質量％）８４質量部（固形分３８質量部）、（Ｂ）光硬化成分として、ポリエステル骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「Ｕ−２００ＡＸ」）３３質量部、及びポリプロピレングリコール骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「ＵＡ−４２００」）１５質量部、（Ｃ）熱硬化成分として、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型三量体をメチルエチルケトンオキシムで保護した多官能ブロックイソシアネート溶液（固形分７５質量％）（住化バイエルウレタン（株）製「スミジュールＢＬ３１７５」）２０質量部（固形分１５質量部）、（Ｄ）光重合開始剤として、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア２９５９」）１質量部、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア８１９」）１質量部、及び希釈用有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２３質量部を攪拌しながら混合した。孔径２μｍのポリフロンフィルタ（アドバンテック東洋（株）製「ＰＦ０２０」）を用いて加圧濾過後、減圧脱泡し、クラッド層Ａ形成用樹脂ワニスを得た。
【００２６】
上記で得られたクラッド層Ａ形成用樹脂組成物を、ＰＥＴフィルム（東洋紡績（株）製「コスモシャインＡ４１００」、厚み５０μｍ）の非処理面上に、前記塗工機を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥後、保護フィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製「ピューレックスＡ３１」、厚み２５μｍ）を貼付け、クラッド層Ａ形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したクラッド層Ａの厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載する上部クラッド層Ａ形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
［引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製］
ロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製ＨＬＭ−１５００）を用い、保護フィルム（Ａ３１）を除去した５５μｍ厚みのクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムＡ−１を、保護フィルム（Ａ３１）を除去した５５μｍ厚みのクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムＡ−１上に、圧力０．４ＭＰａ、温度８０℃、速度０．４ｍ／ｍｉｎの条件で積層した。次いで、紫外線露光機（大日本スクリーン株式会社製ＭＡＰ−１２００−Ｌ）を用い、紫外線（波長３６５ｎｍ）を４０００ｍＪ／ｃｍ2照射した。支持フィルム（Ａ５３）を除去して、１６０℃で１時間硬化させた後、厚み１１０μｍの硬化フィルムを得た。
【００２７】
［引張弾性率の測定］
得られた１１０μｍ厚みの硬化フィルム（幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）の引張り試験（つかみ具間距離５０ｍｍ）を、引張り試験機（株式会社オリエンテック製 ＲＴＭ−１００）を用いて、温度２５℃、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、で、ＪＩＳ Ｋ ７１２７に準拠して行った。引張り弾性率は８００ＭＰａであった。
【００２８】
＜クラッド層Ｂの作製＞
合成例１
［ウレタンアクリレートＢの合成］
攪拌器、温度計、冷却管および空気ガス導入管を２Ｌの三口フラスコに取り付け、空気ガスを導入した後、ポリテトラメチレングリコール（保土ヶ谷化学株式会社製 商品名ＰＴＧ８５０ＳＮ）５２０．８ｇ、ジエチレングリコール１．０６ｇ、不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキルエステル修飾ε-カプロラクトン（ダイセル化学工業株式会社製 商品名ＦＡ２Ｄ）２７５．２ｇ、重合禁止剤としてｐ−メトキシキノン０．５ｇ、触媒としてジブチルチ錫ジラウレート（東京ファインケミカル株式会社製、商品名Ｌ１０１）０．３ｇをいれ、７０℃に昇温後、７０〜７５℃で攪拌しつつイソホロンジイソシアネート（スミカバイエルウレタン株式会社製、商品名デスモジュールＩ）２２２ｇを２時間かけて均一滴下し、反応を行った。滴下終了後、約５時間反応させたところで反応を終了した。得られた生成物の重量平均分子量（標準ポリスチレン換算）を、ＧＰＣ（東ソー株式会社製ＳＤ−８０２２／ＤＰ−８０２０／ＲＩ−８０２０）を用いて測定した結果、重量平均分子量１０，０００のウレタンアクリレートＢを得た。
【００２９】
［クラッド層形成用樹脂ワニスＢ−１の調合］
（Ａ）（メタ）アクリルポリマーとして、エポキシ基含有アクリルゴムのシクロヘキサノン溶液（ナガセケムテックス株式会社製ＨＴＲ−８６０Ｐ−３、重量平均分子量８０万、固形分１２質量％）５００質量部（固形分６０質量部）、（Ｂ）ウレタン（メタ）アクリレートとして、合成例１で得られたウレタンアクリレートＢ ２０質量部、（Ｃ）（メタ）アクリレートとして、ＮＫオリゴＡ−９３００、新中村化学株式会社製、２０質量部、（Ｄ）光ラジカル重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製イルガキュア８１９）１質量部、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製イルガキュア２９５９）１質量部を攪拌混合した後に、減圧脱泡し、クラッド層形成用樹脂ワニスＢ−１を得た。
【００３０】
[クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムの作製]
クラッド層Ｂ形成用樹脂ワニスＢ−１を、表面離型処理ＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製Ａ４１００、厚み５０μｍ）の非処理面上に塗工機（株式会社ヒラノテクシード製マルチコーターＴＭ−ＭＣ）を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥し、次いで保護フィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製Ａ３１、厚み２５μｍ）を貼付け、クラッド層形成用樹脂フィルムＡ−１を得た。こクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したクラッド層Ｂの厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載する上部クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
【００３１】
［引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製及び引張弾性率の測定］
上述のクラッド層Ａと同様の方法で、引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製を行った後、引張り試験を行い、引張り弾性率を測定した。結果を表２に示す。
【００３２】
＜コア層形成用樹脂フィルムの作製＞
（Ａ）ベースポリマーとして、フェノキシ樹脂（商品名：フェノトートＹＰ−７０、東都化成株式会社製）２６質量部、（Ｂ）光重合性化合物として、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン（商品名：Ａ−ＢＰＥＦ、新中村化学工業株式会社製）３６質量部、及びビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（商品名：ＥＡ−１０２０、新中村化学工業株式会社製）３６質量部、（Ｃ）光重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（商品名：イルガキュア８１９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、及び１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（商品名：イルガキュア２９５９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４０質量部を用いたこと以外は上記製造例と同様の方法及び条件でコア層形成用樹脂ワニスＣを調合した。その後、上述と同様の方法及び条件で加圧濾過さらに減圧脱泡した。
【００３３】
上記で得られたコア層形成用樹脂ワニスＣを、ＰＥＴフィルム（商品名：コスモシャインＡ１５１７、東洋紡績株式会社製、厚さ：１６μｍ）の非処理面上に、上記製造例と同様な方法で塗布乾燥し、次いで保護フィルムとして離型ＰＥＴフィルム（商品名：ピューレックスＡ３１、帝人デュポンフィルム株式会社、厚さ：２５μｍ）を離型面が樹脂側になるように貼り付け、コア層形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したコア層形成用樹脂フィルム厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載するコア層形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
【００３４】
＜フレキシブル光導波路の作製＞
１５０ｍｍ×１５０ｍｍのポリイミド基板（宇部日東化成製、商品名；ユーピレックスＲＮ、厚さ；１２．５μｍ、引張り弾性率４ＧＰａ）に、上記で得られたクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムから保護フィルムである離型ＰＥＴフィルム（ピューレックスＡ３１）を剥離し、平板型ラミネータとして真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製、ＭＶＬＰ−５００）を用い、５００Pａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１１０℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着し、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製、ＥＸＭ−１１７２）にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を４．０Ｊ／ｃｍ2照射し、その後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、クラッド層Ａ２を形成した。
【００３５】
次に、クラッド層Ａ２上に、ロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製、ＨＬＭ−１５００）を用い圧力０．４ＭＰａ、温度５０℃、ラミネート速度０．２ｍ／ｍｉｎの条件で、厚さ５０μｍの上記コア層形成用樹脂フィルムをラミネートし、次いで幅５０μｍ、長さ１２５μｍ（ピッチ；２５０μｍ、ＣＨ数；３ＣＨ）の開口部を有するネガ型フォトマスクを介し、上記紫外線露光機にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を０．７Ｊ／ｃｍ2照射し、次いで８０℃で５分間露光後加熱を行った。その後、支持フィルムであるＰＥＴフィルムを剥離し、現像液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート／Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド＝８／２、質量比）を用いて、コアパターンを現像した。続いて、洗浄液（イソプロパノール）を用いて洗浄し、１００℃で１０分間加熱乾燥し、コアパターン３を形成した。
【００３６】
次いで、クラッド層Ｂ４として保護フィルムを剥離した厚さ５５μｍの上記クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製、ＭＶＬＰ−５００）を用い、５００Pａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１３０℃、加圧時間３０秒ラミネートした。さらに、紫外線（波長３６５ｎｍ）を４Ｊ／ｃｍ2照射後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱処理することによって、クラッド層Ｂ４を形成し、光導波路を作製した。
その後、ダイシングソー（株式会社ディスコ製ＤＡＤ−３４１）を用いて光導波路長１０ｃｍ（幅２ｍｍ）の光導波路を切り出した。
得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表２に示す。
【００３７】
実施例２〜５
表１に示す配合比に従ってクラッド層形成用樹脂ワニスＢ−２〜４を調合し、実施例１と同様な方法で、クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを作製した。硬化フィルムの引張り試験による引張り弾性率の測定結果を表１に示す。
【表１】
＊１：エポキシ基含有アクリルゴムのシクロヘキサノン溶液（ナガセケムテックス株式会社製、重量平均分子量８０万、エポキシ基含有量５質量％）
＊２：新中村化学株式会社製、ＮＫオリゴ ＵＡ−１６０ＴＭ
＊３：合成例１で得られたウレタンアクリレートＡ
＊４：ＮＫオリゴＡ−９３００、新中村化学株式会社製
＊５：ＮＫオリゴＡ−９３００−３ＣＬ、新中村化学株式会社製
＊６：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＥ−６Ａ）共栄社化学株式会社製
＊７：ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製）
＊８：１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製）
【００３８】
続いて、これらのクラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを用いて、実施例１と同様な方法で、光導波路を作製した。各クラッド層形成用樹脂フィルム、コア層形成用樹脂フィルム、基板１の厚み及び、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４に用いたクラッド層形成用樹脂材料は、表２に示す。
得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表２に示す。
【表２】
【００３９】
実施例６
＜フレキシブル光電気複合基板の作製＞
［サブトラクティブ法による電気配線形成］
１５０ｍｍ×１５０ｍｍの片面銅箔付きのポリイミドフィルム１（（ポリイミド；ユーピレックスＶＴ（宇部日東化成製）、厚み；２５μｍ、引張り弾性率；７．４ＧＰａ）、（銅箔；低粗度圧延銅箔ＲＯＦＬ（福田金属箔粉工業株式会社製））、厚み；９μｍ）の銅箔面に感光性ドライフィルムレジスト（商品名：フォテック、日立化成工業株式会社製、厚さ：２５μｍ）をロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製、ＨＬＭ−１５００）を用い圧力０．４ＭＰａ、温度１１０℃、ラミネート速度０．４ｍ／ｍｉｎの条件で貼り、次いで紫外線露光機（株式会社オーク製作所製、ＥＸＭ−１１７２）にて感光性ドライフィルムレジスト側から幅１００μｍ（２ＣＨ）のネガ型フォトマスクを介し、紫外線（波長３６５ｎｍ）を１２０ｍＪ／ｃｍ2照射し、未露光部分の感光性ドライフィルムレジストを３５℃の０．１〜５重量％炭酸ナトリウムの希薄溶液で除去した。その後、塩化第二鉄溶液を用いて、感光性ドライフィルムレジストが除去されむき出しになった部分の銅箔をエッチングにより除去し、３５℃の１〜１０重量％水酸化ナトリウム水溶液を用いて、露光部分の感光性ドライフィルムレジストを除去し、電気配線５を形成した。
【００４０】
［カバーレイフィルムの形成］
上記で得られた電気配線板上から、接着剤層７の厚さ１０μｍ、基材６の厚さ１２．５μｍのカバーレイフィルム（京セラケミカル株式会社製、（接着剤７；ＴＦＡ５８０、引張り弾性率；１ＧＰａ）（基材６；カプトンＥＮ、引張り弾性率；５．８ＧＰａ））を、圧力２．０ＭＰａ、温度１５０℃の条件で、加熱圧着し、その後、１５０℃１ｈ加熱処理を行い。カバーレイフィルム８を形成した。
【００４１】
［光導波路の形成］
上記で得られたフレキシブル電気配線板の電気配線５形成面と反対のポリイミド面に実施例１と同様のクラッド層Ａ形成用樹脂フィルム、コア層形成用樹脂フィルム及びクラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを用いて光導波路を形成した。
得られたフレキシブル光電気複合基板について、実施例１と同様にして屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表３に示す。
【００４２】
実施例７〜１１
実施例６と同様な方法で、表３に示す層構成及び厚みに従ってフレキシブル光電気複合基板を作製した。得られたフレキシブル光電気複合基板の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表３に示す。
【表３】
【００４３】
比較例１〜５
表１に示すクラッド層形成用樹脂を用い、表４に示す構成及び厚みに従った以外は実施例１と同様な方法でフレキシブル光導波路を作製した。得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表４に示す。
【表４】
【００４４】
比較例６〜１２
表１に示すクラッド層形成用樹脂を用い、表５に示す構成及び厚みに従った以外は実施例６と同様な方法でフレキシブル光電気複合基板を作製した。得られたフレキシブル光電気複合基板の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表５に示す。
【表５】
＊９：Ａ−１のクラッド層形成用樹脂フィルムを接着剤層９として使用。
＊１０：低粗度圧延銅箔ＲＯＦＬ（福田金属箔粉工業株式会社製）
＊１１：ＮＡ−ＤＦＦ（低粗度電解銅箔）（三井金属鉱業社製）
【００４５】
表２及び表３に示すように、本発明によって得られた実施例１〜５のフレキシブル光導波路及び実施例６〜１１のフレキシブル光電気複合基板は、５０万回以上の屈曲耐性を保持し、かつ屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が０．１ｄＢ以下と良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板は、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能である。そのため、本発明の光電気複合基板は、様々な光インターコネクション等の幅広い分野に適用でき、特に高い屈曲性が求められる場合に有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１．基板
２．クラッド層Ａ
２０１．下部クラッド層
３．コアパターン
４．クラッド層Ｂ
５．電気配線
６．基材（カバーレイフィルム用）
７．接着剤層（カバーレイフィルム用）
８．カバーレイフィルム
９．接着剤層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子素子間や配線基板間の高速・高密度信号伝送において、従来の電気配線による伝送では、信号の相互干渉や減衰が障壁となり、高速・高密度化の限界が見え始めている。これを打ち破るため電子素子間や配線基板間を光で接続する技術、いわゆる光インターコネクションが提案されており、電気配線と光配線の複合化に関して種々の検討が行われている。特に近年では、携帯電話やノート型パソコンのヒンジ部に光配線を導入する試みがなされており、これらアプリケーションには、光導波路や光電気複合基板が使用される。この場合、機器内部や機器間などの短距離で光信号を伝送するためには、フレキシブルなフィルム光導波路が望まれている。特に、携帯用小型機器の内部に光導波路を配線する場合には、省スペース化のために部品表面を這わせるようにして配線する場合も多く、小さな曲率半径で屈曲可能なフレキシブル光導波路やフレキシブル光電気複合基板が求められている。
【０００３】
従来のフレキシブル光電気複合基板の構造を図３に示す。従来のフレキシブル光電気複合基板は、基板１の一方の片面には、接着剤層９を介し、下部クラッド層２０１が積層し、この下部クラッド層２０１上にコアパターン３及び上部クラッド層４が積層されている。また、基板１のクラッド層及びコア層とは反対の表面には、電気配線５が形成され、更にこの電気配線５上には、配線保護層として、カバーレイ８が形成される。カバーレイ８は、電気配線５の絶縁保護、更にはほこりや水分、機械的ダメージ等からの保護を目的に形成されるものである。
【０００４】
また、フレキシブル光導波路の屈曲性の観点からのクラッド材料としては、屈曲性や形状復元する際の界面における追従性を向上させるために、低弾性率材料を用いた光導波路の開発がなされている。例えば、特許文献１では、硬化後の引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下のエラストマーを光導波路のクラッド層に用いることにより屈曲性が向上することが記載されている。また、特許文献２では、引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下で前駆体の官能基に水素結合基を含む樹脂を介して、クラッド層どうしが接合されたフィルム光導波路により屈曲あるいは形状復元する際の界面における追従性が向上すること、特に引張り弾性率２００ＭＰａのエラストマーを上下のクラッド層の材料として用い、これらクラッド層同士を引張り弾性率が１０００ＭＰａ以下で前駆体の官能基に水素結合基を含む樹脂を介して接合したフィルム光導波路を携帯電話のヒンジ部に用いた場合、曲率半径１ｍｍまで屈曲させることができ、２０万回繰り返し屈曲させても界面の剥離が起こらないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９０６８７０号
【特許文献２】特許第３８７０９７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２では、屈曲耐性はあるもののクラッド層の引張り弾性率が低いため、屈曲時の初期段階で、コアパターンの形状が変形し、光伝搬損失が悪化してしまう問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、屈曲耐性があると共に、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能なフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、及び該フレキシブル光導波路の基板の光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板が、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、下記［１］〜［１２］を提供するものである。
［１］基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路、
［２］前記コアパターンが、さらに側面を前記クラッド層Ｂにて覆われていることを特徴とする［１］に記載のフレキシブル光導波路、
［３］前記基板と前記クラッド層Ａとが、直接接合されている［１］又は［２］に記載のフレキシブル光導波路、
［４］前記基板と前記クラッド層Ａとの合計厚みが、５μｍ以上、４０μｍ以下である［１］〜［３］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［５］屈曲部分の前記コアパターンの厚みが、５μｍ以上、５０μｍ以下である［１］〜［４］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［６］前記クラッド層Ｂが、前記屈曲部の内側である［１］〜［５］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、
［７］［１］〜［６］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路の前記基板の前記光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板、
［８］前記電気配線の厚みが、１８μｍ以下である［７］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［９］前記電気配線が、前記基板に接合された圧延銅箔をサブトラクティブ法によってパターン化してなる［７］又は［８］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１０］前記電気配線が、カバーレイフィルムによって保護されている［７］〜［９］のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１１］前記カバーレイフィルムが、基材及び接着層からなり、該基材の厚みが２５μｍ以下であり、かつ該接着層の厚みが２５μｍ以下である［１０］に記載のフレキシブル光電気複合基板、
［１２］曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される［１］〜［６］のいずれかに記載のフレキシブル光導波路、及び
［１３］曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される［７］〜［１１］のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光電気複合基板は、屈曲耐性があると共に、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能なフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のフレキシブル光導波路の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のフレキシブル光電気複合基板の一例を示す模式図である。
【図３】従来のフレキシブル光電気複合基板の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔フレキシブル光導波路〕
本発明のフレキシブル光導波路は、図１に示すように、クラッド層Ａ上にコアパターン及びクラッド層Ｂが積層されており、該クラッド層Ａ側に基板が配置されてなる。
〔フレキシブル光電気複合基板〕
本発明のフレキシブル光電気複合基板は、図２に示すように、基板上に電気配線パターンが形成され、該電気配線パターン上に電気配線保護用のカバーレイフィルムが設けられ、該基板の電気配線パターン形成側表面と反対の面に、クラッド層Ａ上にコアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路が配置されてなる。
【００１１】
本発明のフレキシブル光導波路の構造を図１に示す。図１に示すように、本発明のフレキシブル光導波路は、基板１上にクラッド層Ａ２、コアパターン３及びクラッド層Ｂ４が積層されている。
クラッド層Ａ２は、直接、基板１上に形成することで、フレキシブル光導波路の厚さを薄くすることができ、屈曲性を向上させることが出来る。クラッド層Ａ２と基板１とは接合されていても分離されていてもどちらでも良いが、接合されていたほうが屈曲時のクラッド層Ａ２の破断をより抑制できるため好ましい。接合する場合には、クラッド層Ａ２は基板１と接着性の良いクラッド材料であることが好ましい。
本発明のフレキシブル光電気複合基板の構造を図２に示す。図２に示すように、本発明のフレキシブル光電気複合基板は、基板１の光導波路接合面と反対の面に、電気配線５を有し、必要に応じて該電気配線５上に電気配線５を保護するための、カバーレイフィルム８を備える。カバーレイフィルム８は、基材６と接着剤層７からなり、接着剤層７によって電気配線５を埋没させ、基材６によって屈曲時の電気配線５及び接着剤層７の亀裂等を防ぐことができる。クラッド層Ａ２と基板１とは接合されていても分離されていてもどちらでも良いが、接合されていたほうが屈曲時のクラッド層Ａ２の破断をより抑制できるため好ましい。接合する場合には、クラッド層Ａ２は基板１と接着性の良いクラッド材料であることが好ましい。
本発明の特徴は、基板１、クラッド層Ａ２、クラッド層Ｂ４の引張弾性率が、
（基板１の引張弾性率）＞（クラッド層Ａの引張弾性率）＞（クラッド層Ｂの引張弾性率）
とすることで、屈曲耐性を保ちつつ、かつ屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なくした点である。
以下に、従来構造の問題点と本発明の効果を具体的に説明する。
【００１２】
従来のフレキシブル光電気複合基板を図３に示す。従来のフレキシブル光電気複合基板は、屈曲耐性の高い低弾性率（引張弾性率）のクラッド層（下部クラッド層２０１及び上部クラッド層４）でコアパターン３を覆い、接着剤層９によって電気配線板と接合するのが一般的であった。このフレキシブル光導波路を、上部クラッド層４側を内側にして屈曲運動させると、屈曲時の初期段階（数回〜数千回までの範囲）に、コアパターン３が、曲げ外側に押し出され、下部クラッド層２に埋め込まれる動きが発生したり、曲げ戻り時に、コアパターン３が曲げ内側に引き上げられ、上部クラッド層４に埋め込まれる動きが発生したり、その他にも、クラッド層が低弾性すぎるために、クラッド層に埋め込まれながらにして、ねじれや、変形が発生し、光伝搬損失が悪化していた。その後、屈曲運動を継続すると、コアパターン３に曲げの形状が記憶され、光伝搬損失が悪化した状態で一定となる。この現象は、電気配線のないフレキシブル光導波路でも同様である。
また、従来構造において、下部クラッド層２０１及び上部クラッド層４に、高弾性率のクラッド層（クラッド層Ａと同一材料）を用いると屈曲時の初期段階の光伝搬損失が悪化すると共にコアパターン３が破断してしまう。
【００１３】
そこで、本発明では、従来の構造の下部クラッド層２０１を上部クラッド層４（クラッド層Ｂ４）より引張り弾性率の高いクラッド層Ａ２とし、クラッド層Ａ２を接着剤層９を用いずに基板１上に設置した。クラッド層Ａ２をクラッド層Ｂ４より引張り弾性率を高くすることで、コアパターン３にクラッド層Ａ２の動きを追従させ、曲げの外側及び内側へのコアパターン３の動きを抑制することができる。さらに、接着剤層９を用いずに、基板とクラッド層Ａ２とが直接接合されている場合には、クラッド層Ａ２に基板１の動きを追従させることができる。これにより、基板１の動きとコアパターン３の動きとが間接的に追従している。さらに、クラッド層Ａ２よりも弾性率の低いクラッド層Ｂ４を曲げ内側に配置することで、基板１（間接的にクラッド層Ａ２及びコアパターン３の動き）の動きが、クラッド層Ｂ４の動きの影響を受けにくい構造になっている。これらにより、基板１の動きがそのままコアパターン３の動きとなり、屈曲耐性を保ちつつ、屈曲時の初期段階の光伝搬損失の悪化を低減することを可能とした。
【００１４】
また、一般的にクラッド層の弾性率を高くすると、屈曲耐性が低下する傾向にあるが、クラッド層Ｂ４よりも高弾性率のクラッド層Ａ２側に基板１を配置することで、基板１によって、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ａ２側のコアパターン３の破断が抑制でき、クラッド層Ｂ４をクラッド層Ａ２よりも低弾性にすることで、曲げ内側であるクラッド層Ｂ４及びクラッド層Ｂ４側のコアパターン３の破断も抑制できる。
以下、本発明のフレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板の各構成について詳述する。
【００１５】
＜基板＞
本発明に用いられる基板１としては、フレキシブルな基板１であれば特に限定はなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドを用いることで、フレキシブル性の光導波路を得ることができる。中でも柔軟性、強靭性、製造中の寸法安定性の観点から、ポリアミドイミド、ポリイミドを用いると更に良い。
基板１の厚さとしては、適宜変更し得るが、好ましくは１μｍ〜２５μｍであり、屈曲性・製造時のハンドリング性の観点から、更に好ましくは、３μｍ〜１２．５μｍである。
基板１の引張り弾性率は、使用するクラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４よりも高弾性率の範囲であれば良く、具体的には、１ＧＰａ〜２０ＧＰａであると良い。２ＧＰａ〜１０ＧＰａであると柔軟性のある光導波路を得やすく、製造中のハンドリング性が確保できるため更に好ましい。
本発明に用いられるカバーレイフィルム８の基材６としては、基板１と同様のものを用いると良いが、基板１よりも低弾性率の材料を用いると更に屈曲耐性が向上するため尚良い。
【００１６】
＜クラッド層Ａ＞
本発明に用いられるクラッド層Ａ２としては、クラッド形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物の状態で、後記するコア層形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物より低屈折率なものであり、且つ光又は熱により硬化してなる樹脂であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂や感光性樹脂を用いて得ることができる。
基板１とクラッド層Ａ２とを接合する場合、基板１と接着性のあるクラッド層Ａ２を用いることで、光導波路の厚みを低減でき、屈曲性が向上できるため好ましい。
クラッド層Ａ２の厚さとしては、上述の基板１とクラッド層Ａ２の合計厚みが４０μｍ以下の範囲で、適宜変更し得るが、クラッド層Ａ２単体の厚みとしては、光の閉じ込めの観点から５μｍ以上であれば良く、屈曲性の観点から、好ましくは５μｍ〜２５μｍであり、安定した屈曲耐性を得るために、５μｍ〜２０μｍであると更に好ましい。
クラッド層Ａ２の引張弾性率は、使用するクラッド層Ｂ４よりも高弾性率で、かつ使用する基板１よりも低弾性率の範囲であれば良く、具体的には、４００ＭＰａ〜３ＧＰａであると好ましく、屈曲耐性の観点、屈曲時の初期段階の光損失安定性の観点から５００ＭＰａ〜２ＧＰａの範囲であると更に良い。
また、クラッド層Ａ２は、基板１とコアパターン３との間が多層膜からなるクラッド層であっても良く、その全ての層において上記の厚み及び引張り弾性率の範囲内で、かつコアパターン３を伝搬する光信号の閉じ込めが可能であれば、基板１とコアパターン３間を広義にクラッド層Ａ２とする。具体的には、上記の厚み及び引張り弾性率の範囲内の接着層及びクラッド層からなるクラッド層Ａ２であっても良い。
【００１７】
＜クラッド層Ｂ＞
本発明に用いられるクラッド層Ｂ４としては、クラッド形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物の状態で、後記するコア層形成用樹脂フィルム等を用いて得られる硬化物より低屈折率なものであり、且つ光又は熱により硬化してなる樹脂であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂や感光性樹脂を用いて得ることができる。
クラッド層Ａ２及びコアパターン３と接着性のある材料によりクラッド層Ｂ４を形成することで、屈曲時のクラッド層Ｂ４の剥れが抑制できるため好ましい。
クラッド層Ｂ４は、コアパターン３の上面及び側面を覆うように形成すると良い。この観点から、クラッド層Ｂ４の厚さとしては、コアパターン３を埋め込むことが可能な厚さのクラッド形成用樹脂フィルムを用いれば良く、（コアパターン３の高さ）〜（コアパターン３の高さ＋３０μｍ）の範囲であると良い。
クラッド層Ｂ４の引張り弾性率は、使用するクラッド層Ｂよりも低弾性率の範囲であれば良く、具体的には、１０ＭＰａ〜１ＧＰａであると好ましく、屈曲耐性の観点から４０ＭＰａ〜４００ＭＰａの範囲であると更に良い。
また、コアパターン３上に形成されるクラッド層Ｂ４は多層膜からなるクラッド層であっても良く、その全ての層において上記の引張り弾性率の範囲内で、かつコアパターン３を伝搬する光信号の閉じ込めが可能であれば、コアパターン３上に形成されるクラッド層を広義にクラッド層Ｂ４とする。
【００１８】
＜コアパターン＞
本発明で用いるコア層形成用樹脂は、その硬化物がクラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４より高屈折率となるように設計され、例えば紫外線によりコアパターン３を形成し得る樹脂組成物を用いることができ、感光性樹脂組成物が好適である。
コアパターン３の厚みは、コア層の厚さが１０μｍ以上であれば、光導波路構築後の受発光素子又は光ファイバとの結合において位置合わせトレランスが拡大できるという利点があり、５０μｍ以下であれば屈曲耐性が向上できるため、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは３０〜５０μｍとなるように調整される。
【００１９】
＜電気配線＞
本発明で用いる電気配線５は、電気信号の伝達ができ、屈曲可能な材料を用いて得られるものであれば特に限定はなく、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ等の各種金属や、それらの積層体や合金が好適に挙げられる。特に電解銅箔や圧延銅箔を用いると安価に形成できるため好ましく、さらに屈曲耐性の観点から圧延銅箔であることが特に好ましい。また、電気配線５は、この圧延銅箔と基板１とがラミネート等によって接合された銅張り積層板から形成することができる。電気配線５の形成方法としては、サブトラクティブ法、アディティブ法、セミアディティブ法の各種手法によって形成できるが、圧延銅箔の耐屈曲性の特性を電気配線５に持たせることが可能なサブトラクティブ法が最も好適に挙げられる。
電気配線５の厚みに関しては、２５μｍ以上であると、屈曲時にコアパターン３にかかる応力が大きく、破断の原因となるため、屈曲耐性の観点から０．１μｍ〜１８μｍであると良く、安定した屈曲耐性を得るためには、０．１μｍ〜１３μｍであると更に良い。
【００２０】
＜サブトラクティブ法＞
サブトラクティブ法による導体パターンの形成方法の場合は、先ず、金属箔の表面に光硬化性膜を形成し、フォトマスクを介して露光した後に現像して、エッチングレジストでレジストパターンを形成し、その後、エッチングレジストに覆われていない箇所をエッチング除去して、電気配線パターンを形成し、最後にエッチングレジストを除去して電気配線基板を構築する。
金属箔の表面に形成する光硬化性膜は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と光硬化剤、硬化促進剤、必要な場合には顔料や流動性調整剤、粘度調整剤等を、希釈剤に混合・分散し、ワニスとしたものを、直接金属箔の表面に塗布・乾燥し、形成することもでき、また、そのワニスを支持フィルムに塗布・乾燥して半硬化状にしたドライフィルムを金属箔にラミネートして形成することもできる。
このようなワニス状のエッチング用レジスト材としては、市販のもので、オプトＥＲ Ｎ−３５０（日本ペイント株式会社製）があり、ドライフィルム状のエッチング用レジスト材としては、市販のもので、フォテックＨ−Ｎ９３０（日立化成工業株式会社製）がある。
レジストパターンを形成し、その後、エッチングレジストに覆われていない箇所をエッチング除去するには、エッチング液として、塩化第二銅溶液、塩化第二鉄溶液、過硫酸アンモニウム溶液等があり、これらのエッチング液をスプレー噴霧して、エッチングレジストに覆われていない箇所を腐食除去して、電気配線パターンを形成することができる。
【００２１】
＜カバーレイフィルム＞
本発明に用いるカバーレイフィルムは、基材６及び接着剤層７からなる電気配線５保護用のフィルムであれば良いが、液状又はドライフィルム状の感光性カバーレイフィルムよりも屈曲耐性の良い基材６と接着剤層７からなるカバーレイフィルムであることが好ましい、基材６に関しては、上述の通り、基板１と同様のものを用いれば良い。接着剤層７に関しては、電気絶縁性と、電気配線及び基板１と基材６との密着性があるものであれば特に限定はないが、屈曲性の観点から１００ＭＰａ〜２ＧＰａの引張弾性率であると好ましい。接着剤層７の厚みとしては、電気配線５を埋め込める範囲であれば特に限定はないが、屈曲耐性の観点から、５μｍ〜２５μｍであれば良く、安定した屈曲性を得るためには、５μｍ〜１５μｍであると更に良い。また、基板１よりも低弾性率の材料を用いると更に屈曲耐性が向上するため尚良い。上述の範囲で一般的にフレキシブル電気配線に用いられるカバーレイフィルムを用いることができる。
【００２２】
［引張弾性率の測定方法（引張り試験）］
基板１、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４の引張弾性率は、例えば以下の方法によって測定することができる。
まず、１１０μｍ厚みの硬化フィルム（幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）の引張り試験（つかみ具間距離５０ｍｍ）を、引張り試験機（株式会社オリエンテック製 ＲＴＭ−１００）を用いて、温度２５℃、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、で、ＪＩＳ Ｋ ７１２７に準拠して行う。
引張弾性率は、引張応力−ひずみ曲線の初めの直線部分を用いて、以下に示す式により算出する。
引張弾性率（ＭＰａ）＝直線上の２点間の応力の差（Ｎ）÷硬化フィルムの元の平均断面積（ｍｍ2）÷同じ２点間のひずみの差
【００２３】
［屈曲耐久試験］
屈曲耐久試験は、スライド式の屈曲耐久試験機（株式会社大昌電子製）を用いて、例えば以下のようにして行うことができる。フレキシブル光導波路及びフレキシブル光電気複合基板（幅２ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を、クラッド層Ｂ４側を内側に曲げ半径１．０ｍｍで半分に折り曲げ、スライド速度８０ｍｍ／秒、スライド距離２０ｍｍの条件で試験を行う。評価については、スライド試験中に後述の[光伝搬損失の測定]に記載する方法で、光伝搬損失をリアルタイムで測定し、スライド開始前の初期値から、２ｄＢ以上光伝搬損失が悪化した時点を破断と判断する。
なお、「Ｘ回後に破断なし」という表記は、最大行った試験回数Ｘ回後に破断していなかったことを表し、それ以降は試験を行わない。
［光伝搬損失の測定］
光源に波長８５０ｎｍの光を中心波長とするＶＣＳＥＬ（ＥＸＦＯ社製ＦＬＳ−３００−０１−ＶＣＬ）、受光センサ（株式会社アドバンテスト製Ｑ８２２１４）、入射ファイバ（ＧＩ−５０／１２５マルチモードファイバ、ＮＡ＝０．２０）及び出射ファイバ（ＳＩ−１１４／１２５、ＮＡ＝０．２２）を用いて測定する。
[屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動の測定]
屈曲耐久試験開始からスライド運動１０００回までの平均光伝搬損失と、スライド運動１０万回〜１０万１０００回までの平均光伝搬損失の差を光伝搬損失変動分とする。上記の光伝搬損失測定は上記の［光伝搬損失の測定］方法を用いる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
＜クラッド層Ａの作製＞
［（Ａ）ベースポリマー；（メタ）アクリルポリマー（Ａ−１）の作製］
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部及び乳酸メチル２３質量部を秤量し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を６５℃に上昇させ、メチルメタクリレート４７質量部、ブチルアクリレート３３質量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１６質量部、メタクリル酸１４質量部、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）３質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部、及び乳酸メチル２３質量部の混合物を３時間かけて滴下後、６５℃で３時間撹拌し、さらに９５℃で１時間撹拌を続けて、（メタ）アクリルポリマー（Ａ−１）溶液（固形分４５質量％）を得た。
【００２５】
［クラッド層Ａ形成用樹脂ワニスの調合］
（Ａ）ベースポリマーとして、前記Ａ−１溶液（固形分４５質量％）８４質量部（固形分３８質量部）、（Ｂ）光硬化成分として、ポリエステル骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「Ｕ−２００ＡＸ」）３３質量部、及びポリプロピレングリコール骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「ＵＡ−４２００」）１５質量部、（Ｃ）熱硬化成分として、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型三量体をメチルエチルケトンオキシムで保護した多官能ブロックイソシアネート溶液（固形分７５質量％）（住化バイエルウレタン（株）製「スミジュールＢＬ３１７５」）２０質量部（固形分１５質量部）、（Ｄ）光重合開始剤として、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア２９５９」）１質量部、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア８１９」）１質量部、及び希釈用有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２３質量部を攪拌しながら混合した。孔径２μｍのポリフロンフィルタ（アドバンテック東洋（株）製「ＰＦ０２０」）を用いて加圧濾過後、減圧脱泡し、クラッド層Ａ形成用樹脂ワニスを得た。
【００２６】
上記で得られたクラッド層Ａ形成用樹脂組成物を、ＰＥＴフィルム（東洋紡績（株）製「コスモシャインＡ４１００」、厚み５０μｍ）の非処理面上に、前記塗工機を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥後、保護フィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製「ピューレックスＡ３１」、厚み２５μｍ）を貼付け、クラッド層Ａ形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したクラッド層Ａの厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載する上部クラッド層Ａ形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
［引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製］
ロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製ＨＬＭ−１５００）を用い、保護フィルム（Ａ３１）を除去した５５μｍ厚みのクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムＡ−１を、保護フィルム（Ａ３１）を除去した５５μｍ厚みのクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムＡ−１上に、圧力０．４ＭＰａ、温度８０℃、速度０．４ｍ／ｍｉｎの条件で積層した。次いで、紫外線露光機（大日本スクリーン株式会社製ＭＡＰ−１２００−Ｌ）を用い、紫外線（波長３６５ｎｍ）を４０００ｍＪ／ｃｍ2照射した。支持フィルム（Ａ５３）を除去して、１６０℃で１時間硬化させた後、厚み１１０μｍの硬化フィルムを得た。
【００２７】
［引張弾性率の測定］
得られた１１０μｍ厚みの硬化フィルム（幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）の引張り試験（つかみ具間距離５０ｍｍ）を、引張り試験機（株式会社オリエンテック製 ＲＴＭ−１００）を用いて、温度２５℃、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、で、ＪＩＳ Ｋ ７１２７に準拠して行った。引張り弾性率は８００ＭＰａであった。
【００２８】
＜クラッド層Ｂの作製＞
合成例１
［ウレタンアクリレートＢの合成］
攪拌器、温度計、冷却管および空気ガス導入管を２Ｌの三口フラスコに取り付け、空気ガスを導入した後、ポリテトラメチレングリコール（保土ヶ谷化学株式会社製 商品名ＰＴＧ８５０ＳＮ）５２０．８ｇ、ジエチレングリコール１．０６ｇ、不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキルエステル修飾ε-カプロラクトン（ダイセル化学工業株式会社製 商品名ＦＡ２Ｄ）２７５．２ｇ、重合禁止剤としてｐ−メトキシキノン０．５ｇ、触媒としてジブチルチ錫ジラウレート（東京ファインケミカル株式会社製、商品名Ｌ１０１）０．３ｇをいれ、７０℃に昇温後、７０〜７５℃で攪拌しつつイソホロンジイソシアネート（スミカバイエルウレタン株式会社製、商品名デスモジュールＩ）２２２ｇを２時間かけて均一滴下し、反応を行った。滴下終了後、約５時間反応させたところで反応を終了した。得られた生成物の重量平均分子量（標準ポリスチレン換算）を、ＧＰＣ（東ソー株式会社製ＳＤ−８０２２／ＤＰ−８０２０／ＲＩ−８０２０）を用いて測定した結果、重量平均分子量１０，０００のウレタンアクリレートＢを得た。
【００２９】
［クラッド層形成用樹脂ワニスＢ−１の調合］
（Ａ）（メタ）アクリルポリマーとして、エポキシ基含有アクリルゴムのシクロヘキサノン溶液（ナガセケムテックス株式会社製ＨＴＲ−８６０Ｐ−３、重量平均分子量８０万、固形分１２質量％）５００質量部（固形分６０質量部）、（Ｂ）ウレタン（メタ）アクリレートとして、合成例１で得られたウレタンアクリレートＢ ２０質量部、（Ｃ）（メタ）アクリレートとして、ＮＫオリゴＡ−９３００、新中村化学株式会社製、２０質量部、（Ｄ）光ラジカル重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製イルガキュア８１９）１質量部、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製イルガキュア２９５９）１質量部を攪拌混合した後に、減圧脱泡し、クラッド層形成用樹脂ワニスＢ−１を得た。
【００３０】
[クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムの作製]
クラッド層Ｂ形成用樹脂ワニスＢ−１を、表面離型処理ＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製Ａ４１００、厚み５０μｍ）の非処理面上に塗工機（株式会社ヒラノテクシード製マルチコーターＴＭ−ＭＣ）を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥し、次いで保護フィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製Ａ３１、厚み２５μｍ）を貼付け、クラッド層形成用樹脂フィルムＡ−１を得た。こクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したクラッド層Ｂの厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載する上部クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
【００３１】
［引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製及び引張弾性率の測定］
上述のクラッド層Ａと同様の方法で、引張り弾性率測定用硬化フィルムの作製を行った後、引張り試験を行い、引張り弾性率を測定した。結果を表２に示す。
【００３２】
＜コア層形成用樹脂フィルムの作製＞
（Ａ）ベースポリマーとして、フェノキシ樹脂（商品名：フェノトートＹＰ−７０、東都化成株式会社製）２６質量部、（Ｂ）光重合性化合物として、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン（商品名：Ａ−ＢＰＥＦ、新中村化学工業株式会社製）３６質量部、及びビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（商品名：ＥＡ−１０２０、新中村化学工業株式会社製）３６質量部、（Ｃ）光重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（商品名：イルガキュア８１９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、及び１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（商品名：イルガキュア２９５９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４０質量部を用いたこと以外は上記製造例と同様の方法及び条件でコア層形成用樹脂ワニスＣを調合した。その後、上述と同様の方法及び条件で加圧濾過さらに減圧脱泡した。
【００３３】
上記で得られたコア層形成用樹脂ワニスＣを、ＰＥＴフィルム（商品名：コスモシャインＡ１５１７、東洋紡績株式会社製、厚さ：１６μｍ）の非処理面上に、上記製造例と同様な方法で塗布乾燥し、次いで保護フィルムとして離型ＰＥＴフィルム（商品名：ピューレックスＡ３１、帝人デュポンフィルム株式会社、厚さ：２５μｍ）を離型面が樹脂側になるように貼り付け、コア層形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用したコア層形成用樹脂フィルム厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載するコア層形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
【００３４】
＜フレキシブル光導波路の作製＞
１５０ｍｍ×１５０ｍｍのポリイミド基板（宇部日東化成製、商品名；ユーピレックスＲＮ、厚さ；１２．５μｍ、引張り弾性率４ＧＰａ）に、上記で得られたクラッド層Ａ形成用樹脂フィルムから保護フィルムである離型ＰＥＴフィルム（ピューレックスＡ３１）を剥離し、平板型ラミネータとして真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製、ＭＶＬＰ−５００）を用い、５００Pａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１１０℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着し、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製、ＥＸＭ−１１７２）にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を４．０Ｊ／ｃｍ2照射し、その後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、クラッド層Ａ２を形成した。
【００３５】
次に、クラッド層Ａ２上に、ロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製、ＨＬＭ−１５００）を用い圧力０．４ＭＰａ、温度５０℃、ラミネート速度０．２ｍ／ｍｉｎの条件で、厚さ５０μｍの上記コア層形成用樹脂フィルムをラミネートし、次いで幅５０μｍ、長さ１２５μｍ（ピッチ；２５０μｍ、ＣＨ数；３ＣＨ）の開口部を有するネガ型フォトマスクを介し、上記紫外線露光機にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を０．７Ｊ／ｃｍ2照射し、次いで８０℃で５分間露光後加熱を行った。その後、支持フィルムであるＰＥＴフィルムを剥離し、現像液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート／Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド＝８／２、質量比）を用いて、コアパターンを現像した。続いて、洗浄液（イソプロパノール）を用いて洗浄し、１００℃で１０分間加熱乾燥し、コアパターン３を形成した。
【００３６】
次いで、クラッド層Ｂ４として保護フィルムを剥離した厚さ５５μｍの上記クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製、ＭＶＬＰ−５００）を用い、５００Pａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１３０℃、加圧時間３０秒ラミネートした。さらに、紫外線（波長３６５ｎｍ）を４Ｊ／ｃｍ2照射後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱処理することによって、クラッド層Ｂ４を形成し、光導波路を作製した。
その後、ダイシングソー（株式会社ディスコ製ＤＡＤ−３４１）を用いて光導波路長１０ｃｍ（幅２ｍｍ）の光導波路を切り出した。
得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表２に示す。
【００３７】
実施例２〜５
表１に示す配合比に従ってクラッド層形成用樹脂ワニスＢ−２〜４を調合し、実施例１と同様な方法で、クラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを作製した。硬化フィルムの引張り試験による引張り弾性率の測定結果を表１に示す。
【表１】
＊１：エポキシ基含有アクリルゴムのシクロヘキサノン溶液（ナガセケムテックス株式会社製、重量平均分子量８０万、エポキシ基含有量５質量％）
＊２：新中村化学株式会社製、ＮＫオリゴ ＵＡ−１６０ＴＭ
＊３：合成例１で得られたウレタンアクリレートＡ
＊４：ＮＫオリゴＡ−９３００、新中村化学株式会社製
＊５：ＮＫオリゴＡ−９３００−３ＣＬ、新中村化学株式会社製
＊６：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＥ−６Ａ）共栄社化学株式会社製
＊７：ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製）
＊８：１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製）
【００３８】
続いて、これらのクラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを用いて、実施例１と同様な方法で、光導波路を作製した。各クラッド層形成用樹脂フィルム、コア層形成用樹脂フィルム、基板１の厚み及び、クラッド層Ａ２及びクラッド層Ｂ４に用いたクラッド層形成用樹脂材料は、表２に示す。
得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表２に示す。
【表２】
【００３９】
実施例６
＜フレキシブル光電気複合基板の作製＞
［サブトラクティブ法による電気配線形成］
１５０ｍｍ×１５０ｍｍの片面銅箔付きのポリイミドフィルム１（（ポリイミド；ユーピレックスＶＴ（宇部日東化成製）、厚み；２５μｍ、引張り弾性率；７．４ＧＰａ）、（銅箔；低粗度圧延銅箔ＲＯＦＬ（福田金属箔粉工業株式会社製））、厚み；９μｍ）の銅箔面に感光性ドライフィルムレジスト（商品名：フォテック、日立化成工業株式会社製、厚さ：２５μｍ）をロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製、ＨＬＭ−１５００）を用い圧力０．４ＭＰａ、温度１１０℃、ラミネート速度０．４ｍ／ｍｉｎの条件で貼り、次いで紫外線露光機（株式会社オーク製作所製、ＥＸＭ−１１７２）にて感光性ドライフィルムレジスト側から幅１００μｍ（２ＣＨ）のネガ型フォトマスクを介し、紫外線（波長３６５ｎｍ）を１２０ｍＪ／ｃｍ2照射し、未露光部分の感光性ドライフィルムレジストを３５℃の０．１〜５重量％炭酸ナトリウムの希薄溶液で除去した。その後、塩化第二鉄溶液を用いて、感光性ドライフィルムレジストが除去されむき出しになった部分の銅箔をエッチングにより除去し、３５℃の１〜１０重量％水酸化ナトリウム水溶液を用いて、露光部分の感光性ドライフィルムレジストを除去し、電気配線５を形成した。
【００４０】
［カバーレイフィルムの形成］
上記で得られた電気配線板上から、接着剤層７の厚さ１０μｍ、基材６の厚さ１２．５μｍのカバーレイフィルム（京セラケミカル株式会社製、（接着剤７；ＴＦＡ５８０、引張り弾性率；１ＧＰａ）（基材６；カプトンＥＮ、引張り弾性率；５．８ＧＰａ））を、圧力２．０ＭＰａ、温度１５０℃の条件で、加熱圧着し、その後、１５０℃１ｈ加熱処理を行い。カバーレイフィルム８を形成した。
【００４１】
［光導波路の形成］
上記で得られたフレキシブル電気配線板の電気配線５形成面と反対のポリイミド面に実施例１と同様のクラッド層Ａ形成用樹脂フィルム、コア層形成用樹脂フィルム及びクラッド層Ｂ形成用樹脂フィルムを用いて光導波路を形成した。
得られたフレキシブル光電気複合基板について、実施例１と同様にして屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表３に示す。
【００４２】
実施例７〜１１
実施例６と同様な方法で、表３に示す層構成及び厚みに従ってフレキシブル光電気複合基板を作製した。得られたフレキシブル光電気複合基板の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表３に示す。
【表３】
【００４３】
比較例１〜５
表１に示すクラッド層形成用樹脂を用い、表４に示す構成及び厚みに従った以外は実施例１と同様な方法でフレキシブル光導波路を作製した。得られたフレキシブル光導波路の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表４に示す。
【表４】
【００４４】
比較例６〜１２
表１に示すクラッド層形成用樹脂を用い、表５に示す構成及び厚みに従った以外は実施例６と同様な方法でフレキシブル光電気複合基板を作製した。得られたフレキシブル光電気複合基板の屈曲耐久試験を行い、屈曲耐性と光伝搬損失変動を測定した。結果を表５に示す。
【表５】
＊９：Ａ−１のクラッド層形成用樹脂フィルムを接着剤層９として使用。
＊１０：低粗度圧延銅箔ＲＯＦＬ（福田金属箔粉工業株式会社製）
＊１１：ＮＡ−ＤＦＦ（低粗度電解銅箔）（三井金属鉱業社製）
【００４５】
表２及び表３に示すように、本発明によって得られた実施例１〜５のフレキシブル光導波路及び実施例６〜１１のフレキシブル光電気複合基板は、５０万回以上の屈曲耐性を保持し、かつ屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が０．１ｄＢ以下と良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のフレキシブル光導波路又はフレキシブル光電気複合基板は、屈曲時の初期段階の光伝搬損失変動が少なく、曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲可能である。そのため、本発明の光電気複合基板は、様々な光インターコネクション等の幅広い分野に適用でき、特に高い屈曲性が求められる場合に有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１．基板
２．クラッド層Ａ
２０１．下部クラッド層
３．コアパターン
４．クラッド層Ｂ
５．電気配線
６．基材（カバーレイフィルム用）
７．接着剤層（カバーレイフィルム用）
８．カバーレイフィルム
９．接着剤層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路。
【請求項２】
前記コアパターンが、さらに側面を前記クラッド層Ｂにて覆われている請求項１に記載のフレキシブル光導波路。
【請求項３】
前記基板と前記クラッド層Ａとが、直接接合されている請求項１又は２に記載のフレキシブル光導波路。
【請求項４】
前記基板と前記クラッド層Ａとの合計厚みが、５μｍ以上、４０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項５】
屈曲部分の前記コアパターンの厚みが、５μｍ以上、５０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項６】
前記クラッド層Ｂが、前記屈曲部の内側である請求項１〜５のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブル光導波路の前記基板の前記光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板。
【請求項８】
前記電気配線の厚みが、１８μｍ以下である請求項７に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項９】
前記電気配線が、前記基板に接合された圧延銅箔をサブトラクティブ法によってパターン化してなる請求項７又は８に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１０】
前記電気配線が、カバーレイフィルムによって保護されている請求項７〜９のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１１】
前記カバーレイフィルムが、基材及び接着層からなり、該基材の厚みが２５μｍ以下であり、かつ該接着層の厚みが２５μｍ以下である請求項１０に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１２】
曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項１３】
曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される請求項７〜１１のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１】
基板上にクラッド層Ａ、コアパターン及びクラッド層Ｂからなる光導波路を有するフレキシブル光導波路であって、コアパターンが、下面をクラッド層Ａ、上面をクラッド層Ｂにて覆われており、クラッド層Ａ側に、基板が配置されており、クラッド層Ａ及びクラッド層Ｂの引張弾性率が、それぞれ、基板の引張弾性率よりも低く、かつクラッド層Ａの引張弾性率が、クラッド層Ｂの引張弾性率よりも高いことを特徴とするフレキシブル光導波路。
【請求項２】
前記コアパターンが、さらに側面を前記クラッド層Ｂにて覆われている請求項１に記載のフレキシブル光導波路。
【請求項３】
前記基板と前記クラッド層Ａとが、直接接合されている請求項１又は２に記載のフレキシブル光導波路。
【請求項４】
前記基板と前記クラッド層Ａとの合計厚みが、５μｍ以上、４０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項５】
屈曲部分の前記コアパターンの厚みが、５μｍ以上、５０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項６】
前記クラッド層Ｂが、前記屈曲部の内側である請求項１〜５のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブル光導波路の前記基板の前記光導波路接合面と反対の面に電気配線を有するフレキシブル光電気複合基板。
【請求項８】
前記電気配線の厚みが、１８μｍ以下である請求項７に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項９】
前記電気配線が、前記基板に接合された圧延銅箔をサブトラクティブ法によってパターン化してなる請求項７又は８に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１０】
前記電気配線が、カバーレイフィルムによって保護されている請求項７〜９のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１１】
前記カバーレイフィルムが、基材及び接着層からなり、該基材の厚みが２５μｍ以下であり、かつ該接着層の厚みが２５μｍ以下である請求項１０に記載のフレキシブル光電気複合基板。
【請求項１２】
曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブル光導波路。
【請求項１３】
曲げ半径１．０ｍｍ以上で屈曲される請求項７〜１１のいずれかに記載のフレキシブル光電気複合基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１５７３６（Ｐ２０１３−１５７３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９５２８（Ｐ２０１１−１４９５２８）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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