CN113009625B - 一种集成光波导的多层lcp光传输模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，属于光电通信技术领域。该方法对多层覆铜LCP层进行打孔、填孔、开腔、图形化及多层层压等加工，获得具有电气互连结构、芯片装配腔体、光传输通路的LCP多层结构；并基于光波导光刻技术，在LCP无铜层表面形成45°反射面；然后将LCP多层结构与含45°反射面结构层压后，集成光电器件，通过LCP层盖帽封装，获得集成度高、可靠性高的集成光传输模块。本发明可实现光传输模块的一体化集成，并提供良好的密封保护，适用于光电通信、传输等系统的小型化、高可靠应用。

Description

一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法
技术领域
本发明属于光电通信技术领域，具体涉及一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法。
背景技术
通信、传输等应用领域的急迫需求对系统/子系统提出更高的要求，不仅要求模块/组件具有良好的性能，同时对小型化、可靠性提升提出需求。由于电互连具有传输功耗逐渐增加、传输延迟逐渐增大的劣势，使得电路高传输、大带宽的发展受到阻碍。光互连具有互连密度高、损耗低的优点，可以提供高宽带的数据传输，同时降低传输损耗。
光传输模块中具有光电转化器件以及无源器件，对集成度要求高，且对光信号的传输具有传输方向偏转准确、损耗小等要求，是光互连的重要部件。传统的光传输模块采用PCB板或硅基片集成，其中的光信号多采用光纤进行传输，光纤制备过程复杂且体积大，不利于实现高精度封装。个别报道采用反射面进行光信号传输，常规使用反射面实现光束偏转的方式有抛磨基底、预置反射镜、激光刻蚀反射面等，这些方式对组装精度、镜面角度控制等均有较高要求。
与上面的材料和方法相比， LCP（液晶聚合物）材料具有良好的高频特性和物理特性优势。但是，目前现有技术中还缺少基于多层LCP技术实现的光传输模块。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，该方法易于实施，具有精度高、集成度高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，包括以下步骤：
（1）使用有机清洗液对覆铜LCP层、无覆铜LCP层以及LCP粘结层进行清洗；
（2）对步骤（1）中清洗后的无覆铜LCP层进行光波导光刻，形成多个45°反射面；
（3）对步骤（1）中清洗后的覆铜LCP层进行打孔处理，采用光刻、电镀、刻蚀的手段将孔进行金属填充，该孔用于实现层间的电气连接，然后对处理后的覆铜LCP层进行清洗；
（4）对步骤（3）所得的覆铜LCP层及步骤（1）中清洗后的LCP粘结层进行开腔体处理，形成用于实现光信号传输的光路腔体以及用于实现芯片埋置的器件腔体，然后对处理后的覆铜LCP层及LCP粘结层进行清洗；
（5）对步骤（4）所得的含孔及腔的各覆铜LCP层进行光刻、刻蚀和去胶，在含孔及腔的各覆铜LCP层表面形成电路图形；
（6）对步骤（5）中带有电路图形的覆铜LCP层及步骤（4）中清洗后的LCP粘结层进行对位，形成LCP层叠体；所述LCP层叠体自顶向下依次为第一覆铜LCP层、第一LCP粘结层，第二覆铜LCP层、第二LCP粘结层，直至第N覆铜LCP层、第N LCP粘结层；
（7）对步骤（6）中对位后的LCP层叠体进行层压，形成LCP层压体；
（8）将步骤（7）中层压后的LCP层压体与步骤（2）光刻后的含45°反射面的无覆铜LCP层进行对位、层压，使光路通孔与45°反射面位置处对应，形成集成光波导的多层LCP基板；
（9）在集成光波导的多层LCP基板表面腔体位置处组装光电芯片，实现光电传输模块的互连，而后在其上部采用无覆铜LCP、LCP粘结层进行层压封盖；
完成集成光波导的多层LCP光传输模块的制造。
进一步的，步骤（2）中的45°反射面通过移动式光刻或特殊掩膜版光刻方法形成，该反射面可对光信号形成全反射，其厚度为50µm～200µm。
进一步的，步骤（3）中覆铜LCP层的打孔直径为20µm～200µm，孔的填充方式为脉冲电镀、直流电镀或双脉冲电镀，为提高电镀均匀性，采用阶梯形电路密度。
进一步的，步骤（4）中，用于实现光信号传输的光路腔体的尺寸与光波导反射面平面的尺寸一致，范围为50µm×50µm～200µm×200µm；用于实现芯片埋置的器件腔体的尺寸每边比芯片尺寸大100µm。
进一步的，步骤（6）中进行对位时，采用定位销定位或光学定位方式。
进一步的，步骤（7）、步骤（8）、步骤（9）中层压的方式为真空层压，层压温度不低于285℃。
进一步的，步骤（9）中组装光电芯片的方式为倒装形式。
本发明与现有技术相比所取得的有益效果为：
（1）本发明采用典型半导体精密制备工艺，如打孔、填孔、光刻、刻蚀等方式进行光传输模块的制备，具有精度高、集成度高等显著优势，同时可在腔体内装配芯片，进一步提高集成度。
（2）本发明采用多层LCP堆叠层压方式制备光传输模块，与现有PCB板、硅基片等相比，LCP材料可进行多层多次层压，具有良好的集成特性，同时其绝缘性好、吸湿率低、介电常数稳定，微波性能优异、物理性能优异，便于实现光传输模块的气密封装。
（3）本发明采用光刻45°反射面形成光波导的方式，直接在LCP层上通过光刻形成光信号的发射传输，无需额外的反射镜装配、反射面研磨等过程，同时可降低光传输损耗，提高传输效率。
附图说明
图1是本发明实施例中集成光波导的多层LCP光传输模块制造方法的工艺流程图。
图2是本发明实施例中集成光波导的多层LCP光传输模块的制造过程示意图。
图3是本发明实施例中集成光波导的多层LCP光传输模块的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1和2所示，一种集成光波导的多层LCP光传输模块制造方法，其包括以下步骤：
（1）使用有机清洗液对覆铜LCP、无覆铜LCP、LCP粘结层等进行清洗。
将尺寸为100mm×100mm、厚度为0.2mm的LCP基片放置于盛有丙酮的烧杯中，使用超声波清洗5分钟～10分钟，然后将LCP基片取出放置于盛有乙醇的烧杯中，使用超声波清洗5分钟～10分钟，以清洗基片表面污物，清洗结束后取出，氮气吹干备用。
（2）对步骤（1）中清洗后的无覆铜LCP层进行光波导光刻，形成多个具有45°斜面的光波导反射面，形成含45°反射面的LCP层；
在清洗后的LCP基片正面进行涂覆光波导光刻胶层，光刻胶层厚度为50µm～200µm，然后在100℃下烘干2分钟～5分钟，之后将带有图形的掩膜版覆盖在光刻胶层上进行曝光处理，曝光后的LCP基片放入配套的显影液中进行显影处理，形成光波导图形。
其中，光波导图形可以通过移动式光刻或特殊掩膜版光刻等方法形成45°反射面，该反射面可对光信号形成全反射。
（3）对步骤（1）中清洗后的覆铜LCP层进行打孔处理，采用光刻、电镀、刻蚀等手段将孔进行金属填充，用于实现层间的电气连接，而后进行清洗；
将清洗后的覆铜LCP基片放入激光打孔设备或机械冲孔设备中进行打孔，打孔直径为20µm～200µm，覆铜面光刻保护后，进行预真空处理，然后采用脉冲电镀、直流电镀或双脉冲电镀进行填孔，为提高电镀均匀性可采用阶梯形电流密度，而后进行刻蚀及有机清洗。
（4）对步骤（3）中填孔后的覆铜LCP层及步骤（1）中清洗后的LCP粘结层进行开腔体处理，包含用于实现光信号传输的光路腔体以及用于实现芯片埋置的器件腔体，而后进行清洗；
采用激光方式对填孔后的LCP层及粘结层进行开腔体处理，腔体用于实现光信号传输以及用于进行后续的芯片组装。其中，各层LCP层中的腔体应提前确定位置，确保各层通腔具有良好的位置一致性，且应根据用途确定尺寸。其中用于实现光信号传输的光路腔体尺寸与光波导反射面平面尺寸一致，在50µm×50µm～200µm×200µm；用于实现芯片埋置的器件腔体尺寸每边比芯片尺寸大100µm。
（5）对步骤（4）中清洗后的含孔及腔的各覆铜LCP层进行光刻、刻蚀和去胶，在含孔及腔的各覆铜LCP层表面形成电路图形；
为实现电气特性，对多层覆铜LCP层进行图形化处理，在其上涂覆光刻胶，厚度3µm～10µm，然后进行光刻、显影，将需要去除的图形暴露出来，然后在FeCl3去铜溶液中进行铜刻蚀，去除多余铜层，最后丙酮去除光刻胶。
（6）对步骤（5）中带有电路图形的覆铜LCP层及步骤（4）中清洗后的LCP粘结层进行对位，自顶向下顺序依次为第一覆铜LCP层、第一LCP粘结层，第二覆铜LCP层、第二LCP粘结层直至第N覆铜LCP层、第N LCP粘结层，形成LCP层叠体；
将多层LCP层进行对位，对位采用光学捕捉定位标记对位、机械定位销定位等方式实现。。
（7）对步骤（6）中对位后的LCP层叠体进行层压，形成LCP层压体；
通过热压的方式实现层压，热压温度不低于285℃。
（8）将步骤（7）中层压后的LCP层压体与步骤（2）光刻后的含45°反射面的LCP层进行对位、层压，使光路通孔与45°反射面位置处对应，形成集成光波导的多层LCP基板；
（9）在集成光波导的多层LCP基板表面腔体位置处组装光电芯片，实现光电传输模块的互连，而后在其上部采用无覆铜LCP、LCP粘结层进行封盖；
其中，集成光电芯片的方式为倒装形式，可进一步实现模块的小型化。
完成多层LCP集成光波导的光传输模块制造。
最终制造好的集成光波导的多层LCP光传输模块如图3所示。对该光传输模块的相关性能进行测试，性能指标为：光信号传输损耗≤0.02dB/cm，气密性≤1.5×10-9Pa﹒m3/s。
总之，本方法采用LCP进行电气互连，采用45°反射面光刻、光互连器件装配及封装等技术手段，可大大提高集成度和传输特性。制备出的光传输模块具有传输损耗低、集成度高、密封性好等优点。采用该方法可解决光传输模块损耗高、制造结构复杂的技术难题，从而有助于实现光电通信及传输等系统的小型化和高性能通信。

Claims (7)

1.一种集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）使用有机清洗液对覆铜LCP层、无覆铜LCP层以及LCP粘结层进行清洗；
（2）对步骤（1）中清洗后的无覆铜LCP层进行光波导光刻，形成多个45°反射面；
（3）对步骤（1）中清洗后的覆铜LCP层进行打孔处理，采用光刻、电镀、刻蚀的手段将孔进行金属填充，该孔用于实现层间的电气连接，然后对处理后的覆铜LCP层进行清洗；
（4）对步骤（3）所得的覆铜LCP层及步骤（1）中清洗后的LCP粘结层进行开腔体处理，形成用于实现光信号传输的光路腔体以及用于实现芯片埋置的器件腔体，然后对处理后的覆铜LCP层及LCP粘结层进行清洗；
（5）对步骤（4）所得的含孔及腔的各覆铜LCP层进行光刻、刻蚀和去胶，在含孔及腔的各覆铜LCP层表面形成电路图形；
（6）对步骤（5）中带有电路图形的覆铜LCP层及步骤（4）中清洗后的LCP粘结层进行对位，形成LCP层叠体；所述LCP层叠体自顶向下依次为第一覆铜LCP层、第一LCP粘结层，第二覆铜LCP层、第二LCP粘结层，直至第N覆铜LCP层、第N LCP粘结层；
（7）对步骤（6）中对位后的LCP层叠体进行层压，形成LCP层压体；
（8）将步骤（7）中层压后的LCP层压体与步骤（2）光刻后的含45°反射面的无覆铜LCP层进行对位、层压，使光路通孔与45°反射面位置处对应，形成集成光波导的多层LCP基板；
（9）在集成光波导的多层LCP基板表面腔体位置处组装光电芯片，实现光电传输模块的互连，而后在集成光波导的多层LCP基板表面采用无覆铜LCP、LCP粘结层进行层压封盖；
完成集成光波导的多层LCP光传输模块的制造。
2.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（2）中的45°反射面通过移动式光刻或特殊掩膜版光刻方法形成，该反射面可对光信号形成全反射，其厚度为50µm～200µm。
3.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（3）中覆铜LCP层的打孔直径为20µm～200µm，孔的填充方式为脉冲电镀或直流电镀，为提高电镀均匀性，采用阶梯形电路密度。
4.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（4）中，用于实现光信号传输的光路腔体的尺寸与光波导反射面平面的尺寸一致，范围为50µm×50µm～200µm×200µm；用于实现芯片埋置的器件腔体的尺寸每边比芯片尺寸大100µm。
5.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（6）中进行对位时，采用定位销定位或光学定位方式。
6.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（7）、步骤（8）、步骤（9）中层压的方式为真空层压，层压温度不低于285℃。
7.根据权利要求1所述的集成光波导的多层LCP光传输模块的制造方法，其特征在于：步骤（9）中组装光电芯片的方式为倒装形式。
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