CN104570210A - 一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法 - Google Patents

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杜子良
罗家邦
张伟连
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Abstract

本发明公开了一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，包括如下步骤：薄膜涂覆、印压坑槽、金属沉积、二层薄膜涂覆、压合、雷射打孔及蚀刻。其中的印压坑槽再细分三个步骤：制造主体、模具形成及形状复制。发明的光学印刷电路板不用外加光耦合组件，利用印压的坑槽把两端有45度全反射镜的光波导整合在光学印刷电路板内，提高了光学印刷电路板上光与电之间的转换效率，同时减少了生产外加光耦合组件的工序,便于大规模生产。

Description

一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法
技术领域
本发明涉及电路板制造领域，尤其涉及一种利用印压坑槽技术来制造具有垂直光耦合能力的光波导嵌入式光学印刷电路板。
背景技术
传统的印刷电路板,讯号主要靠铜线来传输。所以一般在传输速率超过1Gb/s或以上时都会出现损耗问题。而随着未来的计算器系统越来越需要更高的传输要求, 光学印刷电路板是一种可解决损耗问题并提供10Gb/s以上的数据速率。然而只有光学印刷电路板是不足够的,周边的配套如激光器, 光传感器及光耦合组件等都需要跟它整合才能发挥出光学印刷电路板的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，不用外加光耦合组件，本身光波导嵌入式光学印刷电路板具有垂直光耦合能力，把激光器及光传感器利用现有的表面贴装技术直接焊接在电路板上就能直接做到光与电直接的转换，这样的成品可减少生产外加光耦合组件的工序，而兼容的电路板生产技术亦有利于大规模生产。
对此，本发明提供一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，包括如下步骤：
S1、薄膜涂覆：在第一板材及第二板材的表面分别在表面涂覆盖上一层低光学折射率的材料；所述低光学折射率材料的厚度要比第二坑槽的深度要厚；
S2、主体制作：用传统的光刻或喷射模塑法来制造出主体物料，所述主体表面有不同形状的第一坑槽；
S3、模具制作：在主体上放上可固化的液体，然后固化成型，再脱模，形成模具；
S4、印压坑槽：在已涂覆薄膜的第二板材上，把已准备的模具印压出所需要不同形状的第二坑槽；
S5、金属沉积：在已印压第二坑槽的两端45度斜面上，镀上金属形成45度全反射镜；
S6、二次薄膜涂覆：在已印压的第二坑槽的第二板材上，再次利用表面涂覆盖上一层高光学折射率的材料；
S7、压合：把第一板材与第二板材通过高温高压压合；所述压合时压板的温度为190℃，压力为350psi。
S8、雷射打孔：在第二板材的坑槽两端利用雷射打孔方法在两端打孔，所述钻孔在45度全反射镜的正上方。
S9、蚀刻：把第二坑槽两端雷射打孔的铜蚀刻走，这样在光就能垂直耦入或耦出光波导。
压板后，第一板材与第二板材之间的高光学折射率材料会熔化、凝固，然后填满坑槽而形成光波导，在光波导两端设有雷射打孔及45度斜面，45度斜面镀上金属形成45度全反射镜来实现垂直转向。所述45度斜面及光波导本身正是利用印压坑槽的方法一次性印压出来，这样的工艺不单可简化以往的繁复的光刻及蚀刻技术，更适合用大规模生产不同形状的光波导。
步骤S4中所述印压坑槽技术在本制造方法中是重要的组成部分，需要制造一个可重复使用的模具亦非常重要，以方便量产的时候无需再制作模具，可省去步骤S2和S3，所以印压技术可细分以下三个步骤：
T1、制造主体：用传统光刻技术或喷射模塑法来制造主体。主体表面有不同形状的第一坑槽，主体物料可为塑料、金属、或光滑材料；
T2、模具制作: 把可固化的液体在主体上，然后固化成型，再脱模，形成印压第二坑槽的模具；
T3、形状复制: 因模具可重复使用，把做好的模具用印压技术重复印压第二坑槽，方便大规模生产。
进一步地，第一板材可为单一板材或多层复合板材；第二板材可为单一板材或多层复合板材。
进一步地，第一板材为多层复合板材，第二板材为多层复合板材。
进一步地，第一板材为单一板材，第二板材为多层复合板材。
进一步地，第一板材为多层复合板材，第二板材为单一板材。
其优点在于，完成的光学多层印刷电路板，通过表面的光学组件如垂直腔面发射激光器及光传感器，电讯号及光讯号就很容易互连，而高速数据就由嵌入印刷电路板内的光波导传输。这样的光互连可以支持高于10Gb/s的数据速率，满足日益增长的带宽需求。
进一步地，步骤T1中所述光滑材料为铁氟龙、聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中任意一种。
进一步地，步骤S1中所述表面涂覆，可以为旋转涂覆、线圈涂覆以及丝印涂覆中任意一种。
进一步地，步骤S7中所述的压合，压板的温度为190℃，压力为350psi。高温高压环境下，高光学折射率材料熔化，第一板材及第二板材以结成一个整体。而填满高光学折射率材料的坑槽就形成光波导。
进一步地，步骤S8中所述雷射打孔中，孔径比第二坑槽的宽度要大，便于板内的光波导全部露出，便于光可以从孔中垂直进出。
进一步地，所述光波导两端可以为45度平面全反射镜及45度曲面全反射镜中任意一种。
有益效果：本发明的光学印刷电路板不用外加光耦合组件，利用印压的坑槽把45度全反射镜的光波导整合在光学印刷电路板内，提高了光学印刷电路板上光与电之间的转换效率，同时减少了生产外加光耦合组件的工序, 便于大规模生产。
附图说明
图1是本发明一种实施例中第一板材的侧面图；
图2是本发明另一种实施例中第二板材的侧面图；
图3是本发明另一种实施例中主体的侧面图；
图4是本发明另一种实施例中模具的侧面图；
图5是本发明另一种实施例中第二板材的侧面图；
图6是本发明另一种实施例中第二板材的另一侧面图；
图7是本发明另一种实施例中第二板材的侧面图；
图8是本发明另一种实施例中第一板材与第二板材压合后的侧面图；
图9是本发明另一种实施例中第一板材与第二板材压合后的另一侧面图；
图中标记：1-第一板材；2-第二板材；3-低光学折射率材料；4-主体；5-第一坑槽；6-模具；7-第二坑槽；8-金属；9-高光学折射率材料；10-孔；11-铜。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
参见图1至9，一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，包括如下步骤：
S1、薄膜涂覆：在第一板材（1）及第二板材（2）的表面分别涂覆盖上一层低光学折射率的材料（3），表面涂覆可以为旋转涂覆、线圈涂覆和丝印涂覆中的一种，所涂覆的低光学折射率的材料（3）厚度要比步骤S2中的第一坑槽（5）和步骤S4中第二坑槽（7）深度要厚。所述第一坑槽（5）与第二坑槽（7）的大小相同。
S2、主体制作：用传统光刻技术或喷射模塑法制造主体（4）物料。主体表面有不同形状的第一坑槽（5），所述主体可以为塑料、金属或者其他光滑材料均可。
S3、模具制作：在主体上放上可固化的液体，然后固化成型，再脱模，形成印压第二坑槽（7）的模具（6）。因模具可重复使用，在量产时，步骤S2及S3都可跳过。
S4、印压坑槽：在已涂覆薄膜的第二板材（2）上，把已准备的模具（6）利用印压技术压出的第二坑槽（7），印压的第二坑槽（7）可以根据生产需要做出不同形状及大小的模具变化而变化。
S5、金属沉积：在已印压第二坑槽的两端45度斜面上，镀上金属（8）形成45度全反射镜。
S6、二次薄膜涂覆：在已印压第二坑槽（7）的第二板材（2）上，再次利用表面涂覆盖上一层高光学折射率的材料（9）。
S7、压合：把第一板材（1）与第二板材（2）通过高温高压压合，压合时压板的温度为190℃，压力为350psi，压合后，第一板材（1）和第二板材（2）之间的高光学折射率材料（9）会熔化、凝固，从而填满第二坑槽（7）而形成光波导。
S8、雷射打孔：在第二板材（2）的第二坑槽（7）两端利用雷射打孔在两端打有钻孔（10），钻孔（10）打在45度全反射镜的正上方，钻孔（10）的孔径要比光波导第二坑槽（7）的宽度要大，这样便于光可以在两端的孔垂直进出，45度全反射镜可以为45度平面全反射镜与45度曲面全反射镜中任意一种。
S9、蚀刻：在雷射打孔过程中，打孔的地方会留下一些铜，要用蚀刻的方法把雷射打孔地方的铜（11）需要全部蚀刻走，这样在光就能垂直耦入或耦出光波导。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、薄膜涂覆：在第一板材及第二板材的表面分别利用表面涂覆的方法盖上一层低光学折射率的材料；
S2、主体制作：用传统的光刻或喷射模塑法来制造出主体物料，主体表面有不同形状的第一坑槽；
S3、模具制作：在主体上放上可固化的液体，然后固化成型，再脱模，形成模具；
S4、印压坑槽：在已涂覆薄膜的第二板材上，把已准备的模具印压出所需要不同形状的第二坑槽；
S5、金属沉积：在已印压第二坑槽的两端45度斜面上，镀上金属形成45度全反射镜；
S6、二次薄膜涂覆：在已印压第二坑槽的第二板材上，利用表面涂覆盖上一层高光学折射率的材料；
S7、压合：把第一板材与第二板材通过高温高压压合，压合后，所述的第一板材与第二板材之间的高光学折射率材料会熔化、凝固，然后填满第二坑槽，使坑槽内形成光波导；
S8、雷射打孔：把需要垂直光耦合的第二坑槽两端利用雷射打孔；
S9、蚀刻：把第二坑槽两端雷射打孔的铜蚀刻走。
2.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：第一板材可为单一板材或多层复合板材；第二板材可为单一板材或多层复合板材。
3.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述表面涂覆为旋转涂覆、线圈涂覆以及丝印涂覆中任意一种。
4.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述涂覆在板材上的低光学折射率材料厚度比所述印压的坑槽深度要厚。
5.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述主体物料可为塑料、金属、或光滑材料，所述光滑材料为铁氟龙、聚二甲基硅氧烷以及聚甲基丙烯酸甲酯中任意一种。
6.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述步骤S7中第一板材与第二板材压合时压板的温度为190℃，压力为350psi。
7.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中主体上的第一坑槽与步骤S4中已涂覆薄膜第二板材上印压的第二坑槽大小相同。
8.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述印压的第二板材坑槽两端设有45度全反射镜。
9.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述步骤S8雷射打孔的孔打在第二坑槽两端的45度全反射镜的正上方，所述雷射孔径比第二坑槽宽度要大。
10.根据权利要求1所述的光波导嵌入式光学印刷电路板的制造方法，其特征在于：所述45度全反射镜为45 平面全反射镜与45度曲面全反射镜中任意一种。
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