CN104516055A

CN104516055A - 一种改善光波导切割面光学质量的方法

Info

Publication number: CN104516055A
Application number: CN201310447445.XA
Authority: CN
Inventors: 朱龙秀; 梅莉嘉.伊莫宁; 严惠娟; 吴金华
Original assignee: SHANGHAI MEADVILLE ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI MEADVILLE ELECTRONICS CO Ltd; Shanghai Meadville Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-15

Abstract

一种改善光波导切割面光学质量的方法，包括如下步骤：1）将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一角度，便于涂覆；2）切割面表面涂覆热固化型或UV光固化型材料；3）静置0～120min，使材料通过表面张力完全铺开在切割面上；4）转移至烘箱使材料进行热固化或用曝光机使材料在紫外光照射下发生完全交联，在切割面上形成薄膜，薄膜固化后厚度为0.1μm～10μm；5）切割面表面再进行金属化处理，即形成了光滑的45度反射面，实现光信号90度转向传输耦合。本发明通过在切割斜面上沉积一层化学物质，形成光滑的反射面，大大地减小了反射面的表面粗糙度，提高了反射面的光学质量，从而明显地降低了耦合损耗，不再出现光信号传输丢包和图像失真的现象。

Description

一种改善光波导切割面光学质量的方法

技术领域

本发明涉及光电印制板设计与制造，特别涉及一种改善光波导切割面光学质量的方法。

背景技术

在光电复合印制线路板信号传输系统中，光信号需要在不同部件之间进行传输及耦合。

常见的一种光信号传输路径为：光源（如VCSEL激光器）→耦合器件（如45度反射微镜）→光电印制板→耦合器件（如光连接器）→光电印制板→耦合器件（如光连接器）→光电印制板→耦合器件（如45度反射微镜）→接收器（如Photo diode光敏二极管）。

在信号传输系统中，需要通过耦合方可实现在光电复合线路板之间的光信号传输。当前板与板之间常用的耦合方式有：直接将光纤引出、插入一个带45度反射镜的装置或直接在波导端面制作45度反射面。

直接将光纤引出无法实现高密度和稳定的互连。

插入带45度反射镜装置对反射面质量非常敏感，微小的反射面凹凸和杂质等缺陷均会大大增大耦合损耗（主要指反射损耗），而且通常采用激光切割的办法来铣出盛放反射镜装置的槽，槽底部可能不平整，反射装置封装时采用UV胶固化等方式，同样存在是否平整的问题，无法保证反射面与光传输方向呈45度，散射损耗增大。

直接在波导端面制作45度反射面可以避免上述问题，使得光信号90度转向进入光波导中进行传输或从光波导中输出进入下一信号接收板，实现多个光电板之间的光信号传输。

当前直接在波导端面制作45度反射面的流程包括首先采用金刚石切割器或准分子激光器切割等方法精确切割出45度斜面，然后在通过溅射、气相沉积等方法在斜面上沉积一层薄薄的金属，如金或银，反射面即制作完毕，可以用来实现板间光信号的耦合。通过该方法可以精确切割出45度的反射面，那么使用该方法来进行光信号耦合最关键的一点是反射面的光学质量是否达到要求。我们研究发现用激光或金刚石切割出来的斜面表面会有切割路径的痕迹，粗糙度较大，导致在光信号在耦合时有很大的损耗，最终导致信号不完整，发生丢包或者图像失真等现象。所以说提高反射面的光学质量是该耦合系统中的一个关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善光波导切割面光学质量的方法，通过在切割斜面上沉积一层化学物质，形成光滑的反射面，大大地减小了反射面的表面粗糙度，提高了反射面的光学质量，从而明显地降低了耦合损耗，不再出现光信号传输丢包和图像失真的现象。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种改善光波导切割面光学质量的方法，包括如下步骤：

1)将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一定的角度，便于涂覆；

2)在45度切割面表面涂覆热固化型或UV光固化型有机聚合物材料；

3)静置0min～120min，使材料通过表面张力完全铺开在切割面上；

4)转移至烘箱使材料进行热固化或使用曝光机使材料在紫外光照射下发生完全交联，在45度切割面上形成薄膜，薄膜固化后厚度为0.1μm～10μm；

5)在处理好的切割面表面再进行金属化处理，即形成了光滑的45度反射面，实现光信号90度转向传输耦合。

进一步，步骤1）将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一角度，使45度切割面水平，便于涂覆。

步骤2）采用微量注射器或微量移液枪抽取适量的材料涂覆在切割面上。

又，所述的热固化型或UV光固化型有机聚合物材料为环氧类、硅氧烷类、丙烯酸类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类、聚砜类、含氟/全氟聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚四氟乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚酯类。

再有，对于涂覆硅氧烷类和环氧树脂类材料，其静置时间为15～45min。

另外，步骤4）中，烘烤温度50～300℃，烘烤时间5～150min。

本发明所述的金属化处理为喷金、银、铜、铝或其合金。

本发明涂覆材料的特点：

为了需要降低45度反射面粗糙度，本发明选用的材料为有机聚合物，包括环氧类、硅氧烷类、丙烯酸类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类、聚砜类、含氟/全氟聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚四氟乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚酯类。其为液态材料，具有较大的表面张力，较低的粘度和较好的流动性，使得能够填充切割面的凹陷区域，在切割面上形成一层薄膜。而且，该材料是一种热固化或光固化材料，待该材料被涂覆在切割面上并静置一段时间后，通过加热或紫外光照射使材料发生交联反应，形成稳定的特性，具有良好的化学稳定性和可靠性。使材料固化后表面光滑、粗糙度极低。

本发明的有益效果：

本发明首次通过在切割斜面上沉积一层化学物质，化学物质通过表面张力填充切割面的凹陷区域，形成光滑的反射面，大大地减小了反射面的表面粗糙度，提高了反射面的光学质量，从而明显地降低了耦合损耗，不再出现光信号传输丢包和图像失真的现象。降低反射面的常规方法为改进反射面的切割方法，切割面的粗糙度Rz为1.5um-5um、Ra为0.15-0.6um，耦合损耗为2-7dB。而不论使用何种切割方法，均可以采用本发明来降低反射面的粗糙度，粗糙度完全可以控制到Rz<1um,Ra<0.1um，从而耦合损耗降低到1.5dB以内。

附图说明

图1为完成光波导反射面切割的光电复合板。

其中，1、芯层，2、2’、上下包层，3、半固化片，4、电互连层，5、45度切割面，6、涂覆层，7、注射器。

图2为本发明将光电板倾斜45度，使切割面保持水平。

图3为本发明完成切割面表面处理光电复合板。

图4为采用本发明处理前的反射面显微图像。

图5为采用本发明方法处理后的反射面显微图像。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的一种改善光波导切割面光学质量的方法，包括如下步骤：

1)将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一角度，便于涂覆；光波导层包括芯层1、上下包层2、2’；

3)静置0min～120min，使材料通过表面张力完全铺开在切割面5上，在切割面5上形成涂覆层6；

4)转移至烘箱使材料进行热固化或使用曝光机使涂覆层6材料在紫外光照射下发生完全交联，在45度切割面5上形成薄膜，薄膜固化后厚度为0.1μm～10μm；

进一步，步骤2）采用微量注射器7、微量移液枪或点胶机取适量的材料涂覆在切割面5上。

所述的热固化型或UV光固化型有机聚合物材料为环氧类、硅氧烷类、丙烯酸类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类、聚砜类、含氟/全氟聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚四氟乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚酯类。

对于涂覆硅氧烷类和环氧树脂类材料，其静置时间为15～45min。

步骤4）中，烘烤温度50～300℃，烘烤时间5～150min。

本发明所述的金属化处理为喷金、银、铜、铝或其合金。

实施例1

45度反射面的切割采用准分子激光器，切割出来的角度为45°+/-0.5°，切割面在未经本发明处理前（即比较例1）切割面的粗糙度为Rz=2.6um，Ra=0.27um，采用一种环氧树脂类热固化胶进行涂覆，静置30min，并分别在90℃条件下预烘10分钟，再在150℃温度下烘烤1小时，使其完全固化，经处理后粗糙度减小到Rz=0.83um，Ra=0.08um。对涂覆后的表面进行溅射喷金，耦合损耗由5.7dB下降到1.4dB，耦合效率有了明显的提高。

实施例2

45度反射面的切割采用金刚石切割机，切割出来的角度为45°+/-0.6°，切割面在未经本发明处理前（即比较例2）切割面显微图像如图4所示，粗糙度为Rz=3.79um，Ra=0.42um，采用一种硅氧烷类光固化胶进行涂覆，静置30min，并采用紫外光曝光，曝光能量为500mj/cm²，再在160℃下烘板1小时以去除材料中的溶剂，经处理后反射面显微图像见图5，粗糙度减小到Rz=0.98um，Ra=0.09um。对涂覆后的表面进行溅射喷金，耦合损耗由6.1dB下降到1.5dB，可应用于光信号传输系统中。下图为处理前后的显微图像对比。

表1

Claims

1.一种改善光波导切割面光学质量的方法，包括如下步骤：

1)将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一角度；

3)静置0～120min，使所述热固化型或UV光固化型材料通过表面张力完全铺开在切割面上；

4)转移至烘箱使所述材料进行热固化或使用曝光机使材料在紫外光照射下发生完全交联，在45度切割面上形成薄膜，薄膜固化后厚度为0.1μm～10μm；

2.如权利要求1所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，步骤1）将完成光波导端部45度切割的光电复合印制线路板倾斜一角度，使45度切割面水平便于涂覆。

3.如权利要求1或2所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，步骤1）采用微量注射器、微量移液枪或点胶机取适量的材料涂覆在切割面上。

4.如权利要求1所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，所述的热固化型或UV光固化型有机聚合物材料为环氧类、硅氧烷类、丙烯酸类、聚碳酸酯类、聚苯乙烯类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类、聚砜类、含氟/全氟聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚四氟乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚酯类。

5.如权利要求1所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，步骤3）中，烘烤温度50～300℃，烘烤时间5～150min。

6.如权利要求1所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，步骤3）中，曝光能量0.1～5j/cm²。

7.如权利要求1所述的改善光波导切割面光学质量的方法，其特征是，所述的金属化处理为喷金、银、铜、铝或其合金。