光电印制电路板用聚合物光波导材料

文章摘要：1.5 含氟聚酰亚胺新型聚合物光波导材料代表，是一种比较理想的光波导用高分子聚合物。通常的聚酰亚胺为不溶有机物，掺氟后有良好的溶解性，适合波导制备的工艺要求。含氟聚酰亚胺兼有了聚酰亚胺的耐高温特性和掺氟后的近红外吸收小的特点，耐热温度可达380 ℃，近红外的传输损耗约为0.3dB/cm，达到了实用要求。聚酰亚胺的折射率大小可以通过调整共聚物的含氟量，含氟量愈高，含氟聚酰亚胺薄膜折射率愈小，从而调节折射率的大小，所以波导芯层和包层都可以采用聚酰亚胺。但其合成原料价格之昂贵大大限制了它的应用。2聚合物光波导材料性能提高方法以PMMA为例表2 常见透明PMMA性能2.1 提高PMMA耐热性(1) 增

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　　1.5 含氟聚酰亚胺

　　新型聚合物光波导材料代表，是一种比较理想的光波导用高分子聚合物。通常的聚酰亚胺为不溶有机物，掺氟后有良好的溶解性，适合波导制备的工艺要求。含氟聚酰亚胺兼有了聚酰亚胺的耐高温特性和掺氟后的近红外吸收小的特点，耐热温度可达380 ℃，近红外的传输损耗约为0.3dB/cm，达到了实用要求。聚酰亚胺的折射率大小可以通过调整共聚物的含氟量，含氟量愈高，含氟聚酰亚胺薄膜折射率愈小，从而调节折射率的大小，所以波导芯层和包层都可以采用聚酰亚胺。但其合成原料价格之昂贵大大限制了它的应用。

　　2　聚合物光波导材料性能提高方法以PMMA为例

　　表2 常见透明PMMA性能

　　2.1 提高PMMA耐热性

　　(1) 增强高分子链间相互作用力

　　当MMA与具有活泼氢的单体共聚时，活泼氢与羰基上的氧原子形成氢键从而提高其耐热性。含有活泼氢的单体如：丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸酰胺等。如用10％N-苯基甲基丙烯酸酰胺与MMA共聚时，其维卡软化点提高到154 ℃；又如用甲基丙烯酸（MAA）改性PMMA,当MAA的含量在5%左右时，可使其维卡软化点提高20－30℃，且透光率不降低；再如MMA 与丙烯酸（AA）的共聚物耐热性大大提高，AA含量为5%左右时，共聚物容易制备，软化点温度从125℃提高到140℃，且聚合物折射率明显提高。

　　(2) 引入金属离子

　　将金属以离子形式引入到聚合物的分子链段中，由于离子键具有较强的相互左右，使分子链的刚性增加，显著提高聚合物的玻璃化转变温度Tg，从而提高聚合物的耐热性能。如甲基丙烯酸金属盐（Sn 、Pb 、Ba 等）与MMA共聚时，可在高分子中引入金属离子，形成二维或是三维结构，可以将玻璃化温度Tg提高到250 ℃以上。

　　(3) 增加链段刚性

　　在PMMA主链上引入大体积基团(环状结构或大单体) 的刚性侧链, 可提高其耐热性。常用的大单体有甲基丙烯酸多环降冰片烯酯(NMA) 、甲基丙烯酸环己基酯、甲基丙烯酸双环戊烯酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸对氯苯酯、甲基丙烯酸金刚烷酯(AdMA) 和甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA) 例如在PMMA 中引入20% 的NMA, 共聚物Tg 就可以提高到125℃, 性能优良, 其可见透光率光弹性系数或双折射等方面都可与PMMA 相媲美, 且吸湿性低于PMMA, 密度比PMMA 低10% 。

　　(4) 加入交联剂

　　可用的交联剂有甲基丙烯酸丙烯酯、乙二醇二丙烯酯、丁二醇二丙烯酯等丙烯酯类, 二乙烯基苯、二乙烯基醚等二乙烯基类以及甲基丙烯酸封端的聚酯、聚醚、聚醚砜等。如在MMA 中加入甲基丙烯酸环氧丙酯进行共聚，热固化使引入的环氧基团进行开环交联，使聚合物膜层形成三维交联网状结构，不仅使玻璃化温度从373K提高到398K, 而且降低了材料的双折射率。

　　(5) 掺杂刚性分子

　　纳米SiO2颗粒能够大幅度提高PMMA的热稳定性和玻璃化转变温度Tg 。

　　2.2 提高折射率

　　(1) 引入双酚A 型环氧树脂

　　引入不同质量分数的双酚A 型环氧树脂对其折射率进行调节。未引入双酚A 型环氧时共聚物的折射率为1.481 ，随着双酚A 型环氧引入量的增加，折射率也随着增大，当引入量达到16％（wt） 时，共聚物折射率为1.495 。

　　(2) 离子照射

　　用不同强度的离子对PMMA照射，在100kev和180kev之间用不同强度的离子，并在不同波长下对其折射率变化进行测量，结果经过高强度照射的PMMA光波导对应高的折射率。

　　(3) 电场作用

　　利用电场来调节折射率，当电场强度有0-20kv/cm变化时，折射率有所提高，当电场持续增长时，折射率有下降趋势，到200 秒时稳定。

　　(4) 引入金属离子

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