CN115407455A - 一种柔性光波导板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了了一种柔性光波导板及其制作方法，柔性光波导板包括：柔性衬底，柔性衬底的一侧表面为粗糙面；光波导，设置于柔性衬底的粗糙面上；覆盖层，设置于光波导远离所述柔性衬底的一侧表面上。通过上述方法，增加了柔性光波导板的结构可靠性和耐环境老化性能。

Description

一种柔性光波导板及其制作方法

技术领域

本发明涉及柔性光波导技术领域，特别是涉及一种柔性光波导板及其制作方法。

背景技术

与传统电互连技术相比，光互连技术具有不受电磁屏蔽干扰、低能耗、高带宽、高速率等优点，是未来高速通信的发展趋势。为了进一步节省空间缩减体积，增加布线性，将高速信号接口通过光配线进行传输，同时形成光电混载印刷线路板(EOPCB)，是高速大容量传输板的发展趋势。

作为新型光传输介质，聚合物光波导受到了学术界和产业界的高度关注，尤其考虑到其与PCB的加工工艺高度兼容、且布线灵活，易于实现高密度化等优势。聚合物光波导除了可以在硬支撑基板上制作以实现板的连接外，还可以在软性衬底上进行制作，形成柔性波导板(FOPCB)。FOPCB可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化，大大缩小了电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。进一步地，将光配线的FOPCB与电气配线的传统PCB组合在一起可形成柔性光电混载一体化印刷线路板(FEOPCB)。FEOPCB还具有良好的散热性和可焊性，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基板在元件承载能力上的略微不足。FEOPCB同时结合了柔性线路板与光互连技术的优点，尤其适用于窄间距、弯曲、折叠可活动等部位的高速连接应用场景，还可以利用尾端集成了可插拔的标准光纤连接器的柔性波导实现主板与子板之间的垂直耦合连接。柔性波导与传统的耦合连接方式相结合，可实现任意角度、任意方向的耦合。

当前，仅少数文献与专利技术报道了柔性波导材料的合成技术以及基于柔性波导材料的柔性波导线路制作技术。整体而言，柔性波导材料的选择面非常受限，通常为有机硅类型的波导材料，然而这些材料普遍存在耐热性不佳的问题。传统的基于紫外固化交联形成的聚合物波导，由于其高度交联形成的三维网络结构，在外力的作用下，表现出明显的脆性断裂行为，并不适用于制作FOPCB。因此，如何通过结构创新，开发新的波导工艺，利用非柔性波导材料制作具有一定耐弯性能及高可靠结构的FOPCB，从而开辟普通波导树脂材料在柔性波导板中的应用具有重大的现实意义。波导与衬底间粘附不佳是柔性波导制作领域亟待解决问题。

发明内容

本申请提出了一种柔性光波导板及其制作方法，以提高现有技术中FOPCB板的结构可靠性和增加FOPCB的耐环境老化性能。

为解决上述问题，本申请提供了一种柔性光波导板，所述柔性光波导板包括：柔性衬底，所述柔性衬底的一侧表面为粗糙面；光波导，设置于所述柔性衬底的所述粗糙面上；覆盖层，设置于所述光波导远离所述柔性衬底的一侧表面上。

优选的，所述光波导包括波导下包层、波导上包层以及位于所述波导上包层和所述波导上包层之间的波导芯层；其中，所述波导下包层靠近所述柔性衬底一侧设置，所述波导上包层靠近所述覆盖层一侧设置。

优选的，所述柔性衬底包括聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物中的任意一种或多种。

优选的，所述粗糙面的粗糙度为50nm-5000nm。

优选的，所述覆盖层包括聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物以及粘附性胶。

优选的，利用等离子束处理工艺或者化学蚀刻工艺对所述柔性衬底靠近所述柔性光波导的一侧表面进行粗化处理，以形成所述粗糙面。

优选的，在所述柔性衬底靠近所述光波导的一侧设置粘附层，以形成所述粗糙面。

本申请还提供了一种柔性光波导板的制作方法，所述制作方法包括：提供一种柔性衬底板；其中，柔性衬底板的一侧表面为粗糙面；在所述柔性衬底板的粗糙面上形成光波导；利用压合设备在所述光波导远离所述柔性衬底板的一侧面上贴合覆盖膜层，以使所述覆盖膜层与所述柔性衬底板形成所述光波导的柔性保护层。

优选的，所述提供一种柔性衬底板的步骤，还包括：利用等离子束处理工艺工艺对所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧进行粗化处理；或，利用化学蚀刻工艺对所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧进行粗化处理；或，在所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧设置粘附层。

优选的，所述在所述柔性衬底板的一侧面形成光波导的步骤，包括：在所述柔性衬底板的一侧面涂覆波导下包层，并对所述波导下包层进行曝光处理；在所述波导下包层远离所述柔性衬底板的一侧面形成波导芯层；利用平板影印、激光直写、反应离子蚀刻、纳米模压中任意一种工艺对所述波导芯层进行线路图案处理；在所述波导芯层远离所述波导下包层的一侧面涂覆波导上包层。

本申请的有益效果是：通过将柔性衬底的一侧表面设置成粗糙面，然后在柔性衬底的粗糙面上设置光波导，从而提高了光波导与柔性衬底之间的结合力，增加了柔性衬底与光波导之间的黏接的可靠性，最后在光波导远离柔性衬底的一侧表面上设置覆盖层，通过覆盖层保护光波导免受于外界侵蚀，从而进一步提高了柔性光波导板结构的耐环境老化性能和结构可靠性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请柔性光波导板第一实施方式的结构示意图；

图2为本申请柔性光波导板第二实施方式的结构示意图；

图3为本申请柔性光波导板第三实施方式的结构示意图；

图4为本申请柔性光波导板的制作方法一实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的每一个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供一种柔性光波导板，具体请参阅图1，图1为本申请柔性光波导板第一实施方式的结构示意图，如图1所示，柔性光波导板包括：

柔性衬底11，柔性衬底11的一侧表面为粗糙面，具体地，柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面为粗糙面。光波导12，光波导12设置与柔性衬底11的粗糙面上。覆盖层13，覆盖层13设置于光波导12远离柔性衬底11的一侧表面上。在另一实施方式中，柔性衬底11的相对两侧表面均为粗糙面，在其中一侧粗糙面上制作光波导，在另一侧粗糙面上制作其它结构，从而提高柔性衬底11的表面利用率，在此不作限定。

其中，柔性衬底11为柔性衬底板，覆盖层13为覆盖膜层，光波导12为聚合物光波导板。

其中，光波导12还包括波导下包层121、波导上包层123以及位于波导下包层121和波导上包层123之间的波导芯层122。具体地，波导下包层121靠近/贴靠于柔性衬底11一侧设置，波导上包层123靠近/贴靠于覆盖层13一侧设置。在本实施例中，波导芯层122由波导下包层121和波导上包层123包裹以形成光波导12，波导下包层121和波导上包层123形成波导芯层122的保护层，以保护波导芯层122的稳定性。在一实施方式中，波导下包层121和波导上包层123包裹波导芯层122，波导芯层122可以为多个光波导单元，波导下包层121和波导上包层123填充多个光波导单元之间的间隙，以完全包裹光波导芯层。其中，波导下包层121和波导上包层123均为光学树脂层，经过紫外光固化交联形成的聚合树脂层。经过紫外光固化形成的聚合物光波导板具有明显的易脆性，不易弯折，在本实施例中，通过在光波导12的相对两侧设置柔性衬底11和覆盖层13能明显增加光波导12的耐弯折性能。

在本实施例中，柔性衬底11包括聚酰亚胺(PI)、氟硅橡胶、聚醚醚酮(PEEK)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)中的任意一种或多种。其中，以聚酰亚胺(PI)、氟硅橡胶、聚醚醚酮(PEEK)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)中的任意一种或多种组成的柔性衬底11具有表面活化能低，比较光滑等特点，因而需要对柔性衬底11的表面进行处理，以提高柔性衬底11与光波导12之间的结合力。

在一实施方式中，利用等离子束粗化工艺对柔性衬底11的粗糙面进行处理。具体地，利用等离子束对柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面进行粗化处理，形成粗糙面，以提高柔性衬底11与光波导12之间的结合力。

在另一实施方式中，利用化学蚀刻工艺对柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面进行粗化处理，以形成粗糙面，从而提高柔性衬底11与光波导12之间的结合力。在此并不限定粗糙面的处理工艺。

在又一实施方式中，还包括：通过在柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面上设置粘附层111，以形成粗糙面。请进一步参阅图2，图2为本申请柔性光波导板第二实施方式的结构示意图。具体地，在柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面上设粘附层111，以形成粗糙面，从而提高柔性衬底11与光波导12之间的结合力。

在其它实施例中，还包括将柔性衬底11的相对两侧表面均设置成粗糙面，在其中一个粗糙面上设置光波导12，在另一个粗糙面上可设置其它材料，或者在相对两侧表面的粗糙面上均设置光波导12，在此，不作限定。

在本实施例中，柔性衬底11的粗糙面的粗糙度设置在50nm-5000nm之间，以保证柔性衬底11与光波导12之间的结合力，以提高柔性衬底11与光波导12之间结合的可靠性，从而提高柔性光波导板整体结构的可靠性。

在本实施例中，覆盖层13包括覆盖膜131，具体地，覆盖膜131的材质为聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物。

在一实施方式中，覆盖层13还包括粘附性胶层132，具体请参阅图3，图3为本申请柔性光波导板第三实施方式的结构示意图。其中，粘附性胶层132位于覆盖膜131和光波导12之间设置，以黏接覆盖膜131和光波导12，增大覆盖膜131和光波导12之间的结合力。

在另一实施方式中，覆盖层13只包括覆盖膜131，具体请参阅图1或图2所示，直接将覆盖膜131通过压合的方式黏贴于光波导12表面。

本实施例的有益效果是：通过将柔性衬底11的一侧表面设置成粗糙面，然后在柔性衬底11的粗糙面上设置光波导12，最后再在光波导12表面覆盖一层覆盖层13，使光波导12介质位于柔性衬底11和覆盖层13之间，通过柔性衬底11和覆盖层13保护光波导12免受于外界侵蚀，同时，柔性衬底11靠近光波导12的一侧表面设置成粗糙面，增大了柔性衬底11和光波导12之间的结合力，增加了柔性光波导结构的稳定性。另外，柔性衬底11和覆盖层13均为柔性介质组成，具有一定的柔性特性，将柔性衬底11和覆盖层13与硬制的光波导12结合，提高了光波导板12的耐弯折性，使光波导12在一定程度上可以被弯折，从而保证了柔性光波导板整体的耐弯折性。

本申请还提供一种柔性光波导板的制作方法，请进一步参阅图4，图4为本申请柔性光波导板的制作方法一实施方式的流程示意图。如图4所示，包括：

步骤S11：提供一种柔性衬底板。

其中，柔性衬底板的一侧表面为粗糙面。柔性衬底板为PI材料或其它柔性PCB制作材料，如氟硅橡胶、PEEK、FEP等，在此不作限定。在本实施例中，以PI材质为例。由于PI薄膜以及其它柔性材质的表面光滑，表面活化能低，为了提高柔性衬底板与光波导的光学树脂之间的结合力，通常需要对柔性衬底板进行粗化处理，以提高柔性衬底板与光波导的光学树脂之间的结合力。

具体包括：利用等离子束处理工艺或者化学蚀刻工艺对柔性衬底板靠近光波导的一侧表面进行粗化处理，以形成粗糙面；或者，在柔性衬底板靠近光波导的一侧表面上设置一层粘附层，从而形成粗糙面。在此不对粗化处理方式进行限定。

步骤S12：在柔性衬底板的粗糙面上形成光波导。

其中，光波导包括波导上包层、波导下包层以及波导芯层。光波导为一种聚合物光波导，其具有良好的光传导性能。光波导的波导上包层和波导下包层为光学树脂层，用于保护波导芯层。在一实施方式中，波导上包层和波导下包层包裹波导芯层。

具体地，在柔性衬底板的粗糙面上涂覆波导下包层，并对波导下包层进行曝光处理，以形成波导下包层干膜。具体包括：利用压合设备在柔性衬底表面贴合波导下包层干膜材料，或者利用涂覆设备，在柔性衬底表面形成波导下包层湿膜材料。其中，压合设备包括真空贴膜机、辊轮式贴膜机等设备，涂覆设备包括旋涂机、涂覆机等设备。在此不作限定。

在波导下包层远离柔性衬底板的一侧面上形成波导芯层，并利用模压印工艺对波导芯层进行线路图案处理，得到波导芯层线路。具体包括：利用压合设备或者涂覆设备在波导下包层表面形成波导芯层之后，利用平板影印、激光直写、反应离子蚀刻、纳米模压中任意一种工艺对波导芯层进行线路图案制作。

最后，在波导芯层远离波导下包层的一侧面上涂覆波导上包层，形成光波导层。具体包括：利用压合设备或者涂覆设备在波导芯层表面形成波导上包层材料。

步骤S13：利用压合设备在光波导远离柔性衬底板的一侧面上贴合覆盖膜层，以使覆盖膜层与柔性衬底板形成光波导的柔性保护层。

具体包括：利用真空热压合机在波导上包层上贴合一层覆盖膜作为保护层，以提高柔性光波导板结构的结构可靠性与耐环境老化性能。

具体地，本步骤还包括：先在光波导远离柔性衬底板的一侧面上贴合一层粘附性胶层，再在粘附性胶层上贴合一层覆盖膜层，从而增加光波导与覆盖膜层之间的结合力。

在本实施例中，覆盖膜层为一种混合性材料，具体包括：聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物以及粘附性胶层。

考虑到制作工艺的兼容性及实际应用场景，作为FEOPCB(柔性光电混载一体化印刷线路板)的衬底材料需要具有良好的介电性能、尺寸稳定性、耐溶剂性以及耐高温性能。本申请选用聚酰亚胺(PI)薄膜具有优异的物理机械性能、热稳定性和介电性能，是一种理想的柔性板支撑载体材料。

具体地，以PI作为柔性衬底为例进行说明。由于PI薄膜表面活化能低，为了提高PI薄膜与光学树脂之间的结合力，对PI面进行离子束粗化处理。然后利用压合设备在PI表面提盒包层波导材料，或者利用涂覆设在PI衬底表面形成波导下包层材料。波导下包层经过正常曝光烘烤成型后，通过同样的方法在波导下包层表面形成芯层波导薄膜。然后利用平板影印、激光直写、反应离子蚀刻、纳米模压等方式进行波导线路的制作。然后利用压合设备在波导芯层表面贴合上包层波导材料或者利用涂覆设备在波导芯层表面形成下包层材料。最后利用压合设备在波导上包层上贴合一层覆盖膜作为保护层，进一步提高柔性光波导板结构的可靠性和耐环境老化性能。其中，覆盖膜的结构组成为PI(聚酰亚胺)、氟硅橡胶、PEEK(聚醚醚酮)、FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)等+粘附性胶。

本实施例的有益效果是：提高一种至少一侧表面为粗糙面的柔性衬底板，在柔性衬底板的粗糙面上形成光波导，再利用压合设备在光波导远离柔性衬底板的一侧面上贴合覆盖膜层，以使覆盖膜层与柔性衬底板形成光波导板的柔性保护层，从而增加了柔性光波导板的结构可靠性和耐环境老化性能，另外，柔性衬底板和覆盖膜层均为柔性介质材料组成，具有一定的柔性特性，将柔性衬底板和覆盖膜层与硬制的光波导板结合，提高了光波导板的耐弯折性，使光波导板在一定程度上可以被弯折，从而保证了柔性光波导板整体的耐弯折性。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性光波导板，其特征在于，所述柔性光波导板包括：

柔性衬底，所述柔性衬底的一侧表面为粗糙面；

光波导，设置于所述柔性衬底的所述粗糙面上；

覆盖层，设置于所述光波导远离所述柔性衬底的一侧表面上。

2.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，所述光波导包括波导下包层、波导上包层以及位于所述波导上包层和所述波导上包层之间的波导芯层；其中，所述波导下包层靠近所述柔性衬底一侧设置，所述波导上包层靠近所述覆盖层一侧设置。

3.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，所述柔性衬底包括聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，所述粗糙面的粗糙度为50nm-5000nm。

5.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，所述覆盖层包括聚酰亚胺、氟硅橡胶、聚醚醚酮、全氟乙烯丙烯共聚物以及粘附性胶。

6.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，

利用等离子束工艺或者化学蚀刻工艺对所述柔性衬底靠近所述光波导的一侧表面进行粗化处理，以形成所述粗糙面。

7.根据权利要求1所述的柔性光波导板，其特征在于，

在所述柔性衬底靠近所述光波导的一侧设置粘附层，以形成所述粗糙面。

8.一种柔性光波导板的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供一种柔性衬底板；其中，所述柔性衬底板的一侧表面为粗糙面；

在所述柔性衬底板的所述粗糙面上形成光波导；

利用压合设备在所述光波导远离所述柔性衬底板的一侧面上贴合覆盖膜层，以使所述覆盖膜层与所述柔性衬底板形成所述光波导的柔性保护层。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述提供一种柔性衬底板的步骤，还包括：

利用等离子束处理工艺工艺对所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧进行粗化处理；或，

利用化学蚀刻工艺对所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧进行粗化处理；或，

在所述柔性衬底板靠近所述光波导的一侧设置粘附层，以形成所述粗糙面。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述在所述柔性衬底板的一侧面形成光波导的步骤，包括：

在所述柔性衬底板的所述粗糙面上涂覆波导下包层，并对所述波导下包层进行曝光处理；

在所述波导下包层远离所述柔性衬底板的一侧面形成波导芯层；

利用平板影印、激光直写、反应离子蚀刻、纳米模压中任意一种工艺对所述波导芯层进行线路图案处理；

在所述波导芯层远离所述波导下包层的一侧面涂覆波导上包层。

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