CN1908706A - 形成具有光学功能的器件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供形成具有光学功能的器件的方法。所述方法包括通过在基材上形成包层和芯，由此在基材上形成光波导。所述包层包含通式(RSiO1.5)所示单元的聚合物以及光活性组分，其中，R是取代或未取代的有机基团。通过光刻将部分包层形成图案。也提供形成具有光学功能的印刷电路板的方法。本发明尤其适于在电子工业中用于形成光电子器件。

Description

形成具有光学功能的器件的方法
技术领域
本发明通常涉及光电子领域。具体地是，本发明涉及形成具有光学功能的器件的方法。此外，本发明涉及形成具有光学功能的印刷电路板的方法。
技术背景
在高速通信中使用光脉冲序列进行信号传输变得越来越重要。例如，集成光路(OIC)对于宽带光互连越来越重要。因此，光部件如波导、滤光器、光互连、透镜、衍射光栅等的集成变得越来越重要。
平面光波导包括芯和围绕所述芯的包层，由于芯的折射指数比包层高，所以光辐射在芯中传播。在基材(例如，印刷电路板如底板或半导体晶片)上可以通过如下所述形成嵌入式或平面光波导：将底包层施涂到基材上，将芯层施涂到底包层上，将所述芯层形成图案，成为一种或多种芯结构，并在底包层和芯结构上形成顶包层。所述波导芯层使用具有图案的光致抗蚀剂通过标准光刻和蚀刻工艺形成图案，或者透过光掩模曝光并使可光成像的芯层显影来使芯层形成图案。
在形成波导中使用的光刻技术通常集中在形成波导芯结构。但是也需要通过光刻技术在波导包层中形成详细结构的能力。对于波导互连(例如，连接到光纤)、对准精度、光电子器件放置以及面外光转向(例如，光通路形成)，通过允许在包层中形成结构可以提高制造选择性。
美国专利No.6555288公开了平面波导，它由带有可辐射固化的烯键式不饱和基团(如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团)封端的氟烃单体、低聚物或聚合物组分制得。在一个实施方式中，专利’288说明了平面波导的形成，其中，上包层通过透过光掩模暴露在光辐射下并显影来形成图案。形成脊状结构，其中，所述上包层覆盖芯的上部和侧面，并在下包层和基材的平面上延伸。
使用丙烯酸酯类形成光部件存在各种缺陷。例如，丙烯酸酯类存在和玻璃(当前选择用于光纤和尾光纤结构的材料)在结构和光学方面不同的缺点。而且，已知丙烯酸酯类会吸收相对较多的湿气，这会导致出现可靠性的问题。而且，丙烯酸酯类通常不适于高温应用。在温度接近200℃时，大多数丙烯酸酯材料开始分解并解聚。
因此，在本领域中需要一种形成具有光功能的器件的方法，它克服或显著改进本领域所涉及的一个或多个上述问题。
发明内容
本发明一方面提供形成具有光功能的器件的方法。所述方法涉及通过在基材上形成包层和芯，在基材上形成光波导。所述包层包含通式(RSiO1.5)所示单元的聚合物以及光活性组分，其中，R是取代或未取代的有机基团。通过光刻将部分包层形成图案。
本发明另一方面提供形成具有光学功能的印刷电路板的方法。所述方法包括在印刷电路板基材上形成第一包层，在第一包层上形成芯，并在第一包层和芯上形成第二包层。所述第一包层和/或第二包层包含通式(RSiO1.5)和(R1SiO1.5)所示单元的聚合物以及光活性组分，其中，R和R1相互不同，选自取代或未取代的有机基团。通过光刻将第一包层和/或第二包层的部分形成图案。
附图说明
参考以下附图讨论本发明，其中，相同的数字表示相同的部件，其中：
图1A-F说明了本发明形成的具有光功能的示例性器件在其各形成阶段中的截面；
图2说明了本发明形成的具有光功能的示例性电子器件。
具体实施方式
本发明提供形成具有光功能的器件的方法，所述器件包括光波导，它包括包层和芯结构。所述包层由一种或多种可光成像的层形成，其中，图案由光刻工艺形成。所述包层包括具有通式(RSiO1.5)所示单元的混合有机-无机聚合物和光活性组分，其中，R是取代或未取代的有机基团。
除非另有所述，所述组合物中组分的量以重量％计(以没有任何溶剂的组合物为基准)。在本文中，术语“聚合物”包括低聚物、二聚物、三聚物、四聚物等，包括均聚物以及更高级的聚合物，即由两种或多种不同单体单元形成聚合物和杂聚物。术语“烷基”是指直链、支链和环状烷基，它们可以取代或未取代的，并且在链中或链上可以包含杂原子。术语“芳族”是指芳族基团，可以是取代或未取代的，并且可以包含杂环。术语“卤素”和“卤”包括氟、氯、溴和碘。因此，术语“卤化”是指氟化、氯化、溴化和碘化。术语“一”是指“一或多”。在定义空间关系时，术语“上”和“上方”可以相互交换使用，并且包括存在或没有中间层或结构的情况。
现在参考图1说明本发明，它说明了本发明具有光功能的示例性器件在其各形成阶段中的截面。如图1A所示，提供基材102。典型的基材包括用于制造电子器件如印刷电路板、集成电路和液晶显示器(LCD)的那些。这种基材的例子包括环氧树脂层压片、聚酰亚胺薄膜、半导体晶片如硅、砷化镓和磷化铟晶片、以及玻璃基材。所述基材通常包括在其上面的一个或多个层/结构，例如，介电材料如氧化硅、氮化硅和氧氮化硅，蓝宝石，环氧树脂层压片、聚酰亚胺类、聚硅氧烷类以及金属材料如铜、铝等。
在基材102上形成底包层104。所述底包层由包含具有通式(RSiO1.5)所示单元的聚合物的组合物形成，其中，R是取代或未取代的有机基团。所述聚合物可以具有许多官能端基。所述组合物还包含在光活化时改变组合物溶解性的组分。
本发明所用的聚合物包括例如硅倍半氧烷(silsesquioxane)、笼状硅氧烷及其组合。所述聚合物在组合物中的量为1-99.5重量％，例如为60-98.5重量％。示例性有机基团R包括取代和未取代烷基、芳基和杂环基。所述烷基可以通常是具有例如1-20个碳原子的直链、支链或环状烷基，通常具有1-20个碳原子，如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、叔戊基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、硬脂基、环己基和2-乙基己基。在烷基链中和/或上，所述烷基可以例如，用杂原子取代，或者可以是非芳族环状基团，如环戊基、环己基、降冰片基、金刚烷基、哌啶基、四氢呋喃基和四氢噻吩基。示例性芳基包括具有6-20个碳原子，例如6-15个碳原子的那些，如苯基、甲苯基、苄基、1-萘基、2-萘基和2-菲基，并且可以用杂原子如羟基和/或氨基取代。杂环基可以是芳族的，例如噻吩、吡啶、嘧啶、吡咯、双萘(phosphole)、C4H5As(arsole)和呋喃。
R通常是取代和未取代的甲基、乙基、丙基、环戊基、环己基、苄基、苯基、金刚烷基以及它们的组合。
所述聚合物可以呈共聚物或更高级聚合物的形式，可以是无规的或嵌段类型的。所述聚合物可以包括例如一种或多种其它包含硅的单元，各单元中的比例为1-85重量％，例如，15-80重量％或25-60重量％，或25-50重量％(以聚合物为基准)。所述其它单元可以表示为例如硅倍半氧烷类、笼状硅氧烷类、硅氧烷类及其组合。例如，所述聚合物还包含通式(R1SiO1.5)所示单元，其中，R1是取代或未取代的有机基团，如R中所示的。例如，R和R1中的一个可以选自取代或未取代的烷基，R和R1中的另一个选自取代或未取代的芳基。所述聚合物可以是例如烷基硅聚合物，如包含甲基硅倍半氧烷单元和丁基硅倍半氧烷单元的共聚物，芳基硅聚合物如包含苯基硅倍半氧烷单元和三氟甲基苯基硅倍半氧烷单元的共聚物，或芳烷基硅共聚物如包含甲基和苯基硅倍半氧烷单元的共聚物。
合适的硅氧烷类包括例如通式((R2)2SiO)所示单元，其中，R2是取代或未取代的有机基团，如烷基，例如甲基、乙基、丙基等，或者芳基例如苯基、甲苯基等。
如上所述，所述聚合物的侧链基团可以任选取代。“取代的”是指一个或多个侧链基团上的一个或多个氢原子被另一取代基取代，所述取代基例如氘，卤素如氟、溴和氯，(C1-C6)烷基，(C1-C6)卤代烷基，(C1-C10)烷氧基，(C1-C10)烷基羰基，(C1-C10)烷氧基羰基，(C1-C10)烷基羰氧基，烷基胺，包含烷基硫的基团等。所述聚合物可以包含许多重复单元，是无规或嵌段的。本发明所用聚合物单元可以具有例如5-150个重复单元，通常约为10-35重复单元，本发明所用硅氧烷单元可以具有例如5-150重复单元，通常约为7-25个重复单元。因此，所述聚合物的分子量变化很大。通常，所述聚合物的重均分子量(Mw)约为500-15000，更好是约1000-10000，甚至更好是约1000-5000。
所述聚合物可以包含两种或多种官能端基，允许所述组合物的溶解性在光活化之后发生变化。这种端基可以是例如羟基、烷氧基如乙氧基、丙氧基、异丙氧基、羧基酯、氨基、酰氨基、环氧基、亚氨基、羧酸、酐、烯烃、丙烯酸类、乙缩醛、原酸酯、乙烯醚及其组合。以所述聚合物计，所述官能端基含量可以是例如约0.5-35重量％，例如约为1-10重量％，或约2-5重量％。
所述组合物还包含光活性组分。所述光活性组分改变干燥状态的组合物在显影剂中的溶解性。所述光活性组分通常在活化时产生酸或碱。在本发明中可以使用各种光活性组分，包括但不限于光致酸形成剂和光致碱形成剂。
本发明所用光致酸形成剂可以是暴露在光下时产生酸的任意化合物。已知合适的光致酸形成剂，包括但不限于卤化三嗪类、鎓盐、磺化酯类、取代的羟基酰亚胺、取代的羟基亚胺、叠氮化合物、萘醌如重氮萘醌、重氮化合物以及组合。
尤其有用的卤化三嗪类包括例如卤化烷基三嗪类如三卤代烷基-s-三嗪类。所述s-三嗪化合物是某种甲基-三卤代甲基-s-三嗪类和某种醛类或醛衍生物的缩合反应产物。这种s-三嗪化合物按照美国专利No.3954475和Wakabayashi等，Bulletin of the Chemical Society of Japan，42，2924-30(1969)中所述的步骤制备。例如，在美国专利No.5366846中公开了本发明有用的其它三嗪类光致酸形成剂。
具有弱亲核阴离子的鎓盐尤其适于用作本发明的光致酸形成剂。这种阴离子的例子是二价到七价金属或非金属(例如，锑、锡、铁、铋、铝、镓、铟、钛、锆、钪、铬、铪、铜、硼、磷和砷)的卤素配合物阴离子。合适鎓盐的例子包括但不限于重氮盐如二芳基重氮盐以及周期表中第VA和B族、IIA和B和I族的鎓盐，例如卤素鎓盐如碘鎓盐、季铵盐、盐和砷盐、锍盐如芳族锍盐、氧化锍盐或硒盐。合适的鎓盐例子如美国专利No.4442197、4603101和4624912中所述。通常是锍盐如六氟磷酸三苯基锍及其混合物。
本发明中用作光致酸形成剂的磺化酯包括例如磺酰氧基酮类。合适的磺化酯包括但不限于苯偶姻甲苯磺酸酯、α-(对甲苯磺酰氧基)乙酸叔丁基苯酯、甲苯磺酸2，6-二硝基苄酯以及α-(对甲苯磺酰氧基)乙酸叔丁酯。这种磺化酯如Journalof Photopolymer Science and Technology第4卷，No.3，337-340(1991)所述。
可以使用的取代羟基酰亚胺类包括例如N-三氟甲基磺酰氧基-2，3-二苯基马来酰亚胺和2-三氟甲基苯磺酰氧基-2，3-二苯基马来酰亚胺。合适的取代羟基亚胺类包括例如2-(次氮基-2-甲基苯亚甲基)-(5-羟基亚氨基丁基磺酰基)噻吩。在本发明中有用的叠氮化合物包括例如2，6-(4-叠氮苯亚甲基)环己酮。萘醌类可以包括例如2，3，4-三羟基二苯甲酮的2，1-重氮萘醌-4-磺酸酯。在重氮化合物中，可以使用1，7-二(4-氯代磺酰基苯基)-4-重氮-3，5-庚二酮。
本发明所用光致碱形成剂可以是在暴露到光下时能释放碱的任何化合物。合适的光致碱形成剂包括但不限于氨基甲酸苄酯类、苯偶姻氨基甲酸酯类、O-氨基甲酰基羟基胺类、O-氨基甲酰基肟类、芳族磺酰胺类、α-内酰胺类、N-(2-烯丙基乙烯基)酰胺类、芳基叠氮化合物、N-芳基甲酰胺类、4-(邻-硝基苯基)二氢吡啶类以及它们的组合。
当为负片作用材料时，本发明有用的改变溶解性的光活性组分的量是在暴露到光辐射下时足以改变组合物溶解性并使曝光部分不溶于显影剂的任意量。所述光活性组分在组合物中的量通常为0.1-25重量％，例如是0.1-12重量％。
在所述组合物中可以存在用于提高所述组合物形成的结构的挠性的一种或多种组分。这些提高挠性的材料通常包含许多官能团，选自羟基、氨基、硫醇、磺酸酯、羧酸酯、甲硅烷基酯、酐、氮丙啶、羟甲基甲基、甲硅烷基醚、环氧化物、氧杂环丁烷类、乙烯醚类、硅烷醇类及其组合。在提高挠性的材料中，所述官能团通常结合到主链材料上。示例性主链材料包括取代和未取代的烷烃和芳烃、醚、丙烯酸酯类、酚醛清漆类、聚酰亚胺类、聚氨酯类、聚酯类、聚砜类、聚酮类、富勒烯类、POSS硅、纳米粒子以及它们的组合。所述官能团可以作为端基存在于主链中，和/或存在于主链的一个或多个位置上。
增柔组分的例子是通式R3(OH)x所示的多元醇，式中，R3是有机基团，选自取代或未取代的(C2-C25)烷基、(C7-C25)芳基、(C8-C25)芳烷基、(C6-C25)环烷基以及它们的组合，式中，x是2或以上，且不超过碳原子数。当x＝2时，增柔组分的例子包括二醇类，是1，2-二醇类，如HOCH2-CHOH-(CH2)y-CH3，式中，y可以是例如0-22，如丙二醇和丁二醇。其它例子包括α，ω-二醇类，如HO-(CH2)z-OH，式中，z例如是2-25，如乙二醇，1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。当x＝3时，例子包括甘油和三羟甲基丙烷。
R3也可以是通式-O-(CR4 2)w-的聚醚，w是例如1-13，R4相同或不同，可以是例如H或通式C1-C12烷基、芳基、芳烷基或环烷基的取代或未取代的有机基团。增柔组分的例子包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷和聚四氢呋喃的聚醚二醇类。
所述提高挠性的组分的重均分子量例如为62-5000，例如为62-2000。在活化之前和之后，存在有效量的这种组分，提高干燥状态的组合物的柔韧性。所述具体的量取决于例如提高挠性的组分的主链以及官能团的类型和数量。这种组分在组合物中的量为0.5-35重量％，例如为2-20重量％。
除了上述增韧剂以外，可以使用硅氧烷类，如具有通式((R2)2SiO)所示单元的聚合物中所述的那些。
在本发明所述组合物中任选存在其它添加剂，包括但不限于表面流平剂、润湿剂、消泡剂、增粘剂、触变剂、填料、粘性改进剂等。在涂料组合物的领域中熟知这种添加剂。在所述组合物中可以使用表面流平剂如硅氧烷基油，如SILWETL-7604硅氧烷基油，购自Dow Chemical Company。应意识到在本发明的组合物中可以混合一种以上的添加剂。例如，润湿剂可以和触变剂混合。这种用于本发明的任选添加剂的量取决于具体的添加剂和所需的效果，并且在本领域那些技术人员的能力范围内。在所述组合物中存在的这种其它添加剂的量通常小于5重量％，例如小于2.5重量％。
本发明方法中所用的组合物可以任选地包含一种或多种有机交联剂。交联剂包括例如以三维方式连接组合物组分的材料。和包含硅的聚合物反应的芳族或脂族交联剂适用于本发明。这种有机交联剂会固化，和包含硅的聚合物形成聚合的网络结构，并降低在显影剂溶液中的溶解性。这种有机交联剂可以是单体或聚合物。本领域那些技术人员应理解在本发明中可以成功使用交联剂的组合。
本发明所用合适有机交联剂包括但不限于包含胺的化合物、包含环氧化物的材料、包含至少两个乙烯醚基团的化合物、烯丙基取代芳族化合物及其组合。典型的交联剂包括包含胺的化合物和包含环氧的材料。
用作本发明交联剂的所述包含胺的化合物包括但不限于蜜胺单体、蜜胺聚合物、烷基羟基(alkylol)甲基蜜胺类、苯代三聚氰胺树脂、苯代三聚氰胺-甲醛树脂、脲-甲醛树脂、甘脲-甲醛树脂以及组合。
本领域那些技术人员应理解合适的有机交联剂浓度取决于如交联剂活性以及组合物具体应用的因素。当使用时，所述交联剂在组合物中的量通常为0.1-50重量％，例如为0.5-25重量％或1-20重量％。
所述组合物任选包含一种或多种溶剂。这种溶剂有助于配制所述组合物，并有助于将所述组合物涂布到基材上。可以使用各种溶剂。合适的溶剂包括但不限于二醇醚类，如乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚和二丙二醇单甲醚，酯如甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚乙酸酯，二元酯，碳酸酯类如碳酸丙二酯、γ-丁内酯，酯类如乳酸乙酯、乙酸正戊酯和乙酸正丁酯，醇类如正丙醇、异丙醇，酮类如环己酮、甲基异丁酮、二异丁基酮和2-庚酮，内酯如γ-丁内酯和γ-己内酯，醚类如二苯醚和苯甲醚，烃类如均三甲苯、甲苯和二甲苯，以及杂环化合物如N-甲基-2-吡咯烷酮，N，N’-二甲基丙烯脲，或它们的混合物。
所述组合物可以通过按任意顺序混合包含硅的聚合物、催化组分以及其它任选的组分来制备。
所述底包层104(以及所述其它波导层)可以通过任意技术来形成，包括但不限于丝网印刷、幕涂、辊涂、狭缝涂布、旋涂、流涂、静电喷涂、喷涂或浸涂。当通过喷涂形成底包层时，任选使用加热喷枪。所述组合物的粘度可以进行调节，以满足通过粘度改进剂、触变剂、填料等进行的施涂方法的要求。
然后，所述涂布的基材可以加热干燥，基本上除去层上组合物中的任意溶剂。这种干燥可以在各种温度下进行，这取决于所选的具体溶剂。一般的干燥步骤可以在20-300℃的任意温度下进行，例如30-200℃。这种干燥可以在例如烘箱或热板上进行5秒到60分钟。所述底包层104通常沉积成厚度约1-100微米，例如约10-50微米的干燥状态。
参考图1B，所述底包层104之后进行光刻加工，形成一种或多种图案106。所述底包层104通常透过光掩模暴露在光辐射下，所述光掩模具有所需的图案，所述图案转印到底包层上。一般的光掩模包含例如玻璃上的铬图案、聚乙烯上的银图案或者聚酯上的重氮图案。所述辐射通常为10-2000mJ/cm2，例如，50-1000mJ/cm2。所述暴露的波长通常为290-450nm，例如300-400nm。或者可以使用无掩膜的暴露技术。合适的暴露方法包括例如接触成像、投影成像和激光直接刻写成像，包括通过多光子吸收进行激光直接刻写成像。
在暴露之后，底包层104暴露在显影溶液中，在此除去所述层一部分。在负片作用材料中，除去层中未暴露的区域。所述显影剂可以是水性或非水性显影剂溶液，或者它们的组合，并且可以任选包括一种或多种添加剂，例如消泡剂、表面活性剂等。一般的水性显影剂包括例如碱金属氢氧化物，如氢氧化钠和氢氧化钾水溶液，以及在水中的氢氧化四烷基铵，如氢氧化四甲基铵。这种显影剂的浓度通常为0.1-2N，例如0.15-1N，或0.26-0.7N。
一般的非水性显影剂包括例如酮类，例如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、2-辛酮、2-庚酮和甲基异戊基酮，醇类如乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇和苄醇，酯类如乙酸乙酯、丙酸乙酯和乳酸乙酯，二醇醚类如乙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚，二醇醚酯类如乙二醇单甲基醚乙酸酯和丙二醇单甲醚乙酸酯，芳烃如甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯等，以及它们的组合。
显影通常是在20-85℃，例如21-49℃下进行。剧烈搅拌时的显影时间为10分钟以内，例如在5分钟、在2分钟、在1分钟或在30秒内。显影可以在例如静态显影槽或喷雾槽中进行。一般的喷雾压力通常为5-40psi，例如为10-25psi。
在显影后，底包层104可以进行最终的固化步骤。所述固化可以是例如泛光(flood)曝光，例如在1-2J/cm2的光辐射下。此外，所述波导可以在例如约130-300℃的温度下在空气或惰性气氛如氮气或氩气中加热。
如图1C所示，之后在底包层104和基材102的暴露部分上形成芯层108，并如图1D所示形成波导芯110。选择芯材料，使所得芯的折射指数比底包层104高。所述构成芯层108的组合物是可光成像的或非可光成像的，并且可以选自上述用于底包层104的材料或其它已知材料。因此，芯110可以如所述光刻形成。或者，通过改变折射指数，例如在直接成像工艺中将芯层108暴露在光辐射下形成芯，无需通过物理方式除去芯层上的材料。
之后，在底包层104和芯110上形成顶包层112，如图1E所示。在所述示例方法中，顶包层112可以光成像。和底包层104中所述相同的材料可以用于顶包层112。所述顶包层的折射指数小于芯结构110的折射指数，通常和底包层相同或基本相同。顶包层112以和底包层104中所述相同的方式进行光刻加工，如图1F所示，由此形成图案114、116。
本发明所述方法允许包层104和112中一个或两个均进行光刻加工，在包层中形成图案。若所述底包层或顶包层没有通过光刻形成图案，则该层可以通过将整个表面暴露在光辐射下进行光固化，在此使用了光敏组合物。可以使用热活性组分如热酸形成剂或碱形成剂代替光活性组分，其中所述层可以热固化。
本发明所述方法允许在一层或多层(用于形成波导包层)上形成图案。这些图案可以用于例如波导互连(例如，连接到光纤)、对准精度(例如，对准基准)、电子器件放置(例如，器件凹口)和面外光转向(例如，光通路)的目的。本领域那些技术人员可以理解所述包层中的图案具有许多有用的用途。
本发明方法尤其适于制造电子器件，如印刷电路板和集成电路，它们包括光波导形式的光学功能器件。
图2说明了一种示例性电子器件118，它按照本发明通过光刻使包层形成图案来形成。除非另有所述，上述用于图1的方法和材料也是适用的。电子器件118可以是例如印刷电路板、半导体器件如集成电路或液晶显示器。器件118包括如上所述的电子器件基材102，例如，印刷电路板基材、半导体晶片或液晶显示器基材。底包层104在基材102的表面上形成，其中可以形成一种或多种图案。在所示器件中，所述底包层104通过暴露在光辐射下并进行显影来形成图像，并且在底包层中可以形成对准图案(对准基准)120、连接凹口122和电子器件凹口124。在之后加工过程中，所述对准图案120便于精确对准，例如在之后光刻加工中将光掩模对准基材，或者在激光切割过程中对准激光。例如，底包层中的互连凹口122可以提供放置接头(未显示)的凹口，它将部件如光信号载体(例如，光纤)连接到嵌入的波导如包括芯110A的波导上。器件凹口124暴露之前形成的金属化结构，它包括导线和粘结垫126，用于电连接一个或多个电子器件(未显示)。所述电子器件可以是例如光电子器件，如激光器或光电探测器。
芯结构110A和110B可以如上所述在底包层102上形成。之后，在部分底包层104和芯结构110A和110B的一部分上形成顶包层112。在顶包层中可以形成一种或多种图案。在示例的器件中，通过暴露在光辐射下并进行显影，可以使顶包层112形成图案。其中可以形成如连接狭缝128和光通路130的结构。所述连接狭缝128可以和接头啮合，如包括一个或多个光纤的接头连接到嵌入的波导110A上。所述狭缝几何形状仅仅是示例性的，可以有其它形状。连接狭缝128和连接凹口122可以用于固定接头。可以形成光通路130，使之和一个或多个芯结构110B光连通，并提供进入或离开波导的面外光通路。虽然已经说明了具体的包层图案，但是这种结构仅仅是示例性的，也可以有其它结构。
以下预知的实施例用于说明本发明的另一示例方面，但是决不是以任何方式限制本发明的范围。所述重量百分数以包含溶剂的整个组合物计。
实施例1
底包层(光致形成图案)
将45.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、54.84重量％苯基-甲基-二甲基硅倍半氧烷(42.5∶42.5∶15重量％，以聚合物计)、0.15重量％甲苯磺酸三苯基锍和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以2000rpm的速度将所述组合物旋涂到6英寸的涂布二氧化硅的硅晶片上，并在空气中在90℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为8微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸和形状的对准基准的图案，例如交叉线、同心圆和90°角。将800mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中曝光后烘烤2分钟。所述曝光的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中30秒。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。将所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此形成用对准基准形成图案的底包层。
芯结构
将45重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、40重量％苯基-甲基硅倍半氧烷(50∶50重量％，以聚合物计)、10重量％聚四氢呋喃、4.99重量％甲苯磺酸三苯基锍和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以2000rpm的速度将所述组合物旋涂到所述涂布包层并形成图案的晶片，并在空气中在90℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为8微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸和形状的芯的图案，例如长度为2-14cm、宽度为5-15微米的直线、分支和弯曲形状的芯。将800mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中后暴露烘烤2分钟。所述暴露的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中30秒。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。将所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此在形成图案的底包层上制造芯结构。
顶包层(光致形成图案)
除了图模上的图案不同以外，顶包层可以使用在形成底包层中所用的相同材料和步骤。所述图模包括尺寸在宽度50-1250微米、长度0.5-3cm之间变化的狭缝。由此形成包括光波导、在底包层中的对准基准以及在顶包层中的狭缝的器件。
实施例2
底包层
将35.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、59.99重量％苯基-甲基硅倍半氧烷(33∶67重量％，以聚合物计)、5重量％二羟基封端的聚环氧乙烷和0.01重量％DowSILWET L-7604硅氧烷基油混合。以1200rpm的速度将所述组合物旋涂到6英寸的涂布二氧化硅的硅晶片上，并在空气中在90℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为11.5微米。在200℃的热板中在空气中最终固化所述晶片。由此形成底包层。
芯结构
将35.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、54.79重量％苯基-甲基硅倍半氧烷(50∶50重量％，以聚合物计)、10重量％聚二苯基硅氧烷、0.20重量％甲苯磺酸三苯基锍和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以3000rpm的速度将所述组合物旋涂到所述涂布包层的晶片，并在空气中在110℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为8微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸和形状的芯的图案，例如长度为2-14cm、宽度为5-15微米的直线、分支和弯曲形状的芯。将43mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中后暴露烘烤30秒。所述曝光的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中2分钟。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。将所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此在底包层上制造芯结构。
顶包层(光致形成图案)
将35.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、57.99重量％苯基-甲基硅倍半氧烷(33∶67重量％，以聚合物计)、5重量％二羟基封端的聚环氧乙烷、0.2重量％全氟丁磺酸三苯基锍和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以1000rpm的速度将所述组合物旋涂到所述包含底包层和芯结构的晶片上，并在空气中在90℃的热板上在空气中软烘烤2分钟，使厚度为16微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸(50-1250微米宽、0.5-3cm长)的狭缝的图案。将300mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中后暴露烘烤30秒。所述曝光的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中2分钟。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。所述晶片在200℃下在热板上在空气中最终固化10分钟。由此形成包括光波导和顶包层中的狭缝的器件。
实施例3
底包层(光成像)
将45.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、50.84重量％苯基-甲基-二甲基硅倍半氧烷(32.5∶52.5∶15重量％，以聚合物计)、0.15重量％甲苯磺酸三苯基锍、4.00重量％聚环氧丁烷(MW 1000)和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以2000rpm的速度将所述组合物旋涂到6英寸的涂布二氧化硅的硅晶片上，并在空气中在90℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为8微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸和形状的对准基准的图案，例如交叉线、同心圆和90°角。将500mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中曝光后烘烤2分钟。所述曝光的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中30秒。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。将所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此形成用对准基准形成图案的底包层。
芯结构
将35.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、54.79重量％苯基-甲基硅倍半氧烷(50∶50重量％，以聚合物计)、10重量％聚二苯基硅氧烷、0.20重量％甲苯磺酸三苯基锍和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以3000rpm的速度将所述组合物旋涂到所述涂布包层并形成图案的硅晶片，并在空气中在110℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为8微米。将图模直接放在所述组合物上。所述图模包括用于形成各种尺寸和形状的芯结构的图案，例如长度为2-14cm、宽度为5-15微米的直线、分支和弯曲形状的芯结构。将43mJ/cm2的光辐射施加到所述结构上，之后在90℃的空气中曝光后烘烤30秒。所述曝光的晶片浸渍在0.7N氢氧化钠显影剂溶液(在37.8℃(100)下)中2分钟。所述晶片在去离子水中清洗并干燥。将所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此在底包层上制造芯结构。
顶包层
将45.00重量％丙二醇单甲醚乙酸酯、50.99重量％苯基-甲基-二甲基硅倍半氧烷(32.5∶52.5∶15重量％，以聚合物计)、4重量％聚环氧丁烷(MW 1000)和0.01重量％Dow SILWET L-7604硅氧烷基油混合。以1000rpm的速度将所述组合物旋涂到晶片上的底包层和芯，并在空气中在90℃的热板上软烘烤2分钟，使厚度为12微米。所述晶片加热至200℃，保持10分钟。由此形成包括光波导和在底包层中的对准基准的器件。

Claims (10)

1.一种形成具有光功能的器件的方法，所述方法包括：
在基材上形成光波导，包括在基材上形成包层和芯，其中，所述包层包含具有通式(RSiO1.5)所示单元的聚合物以及光活性组分，式中，R是取代或未取代的有机基团；
通过光刻将部分包层形成图案。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成光波导包括：
在基材上形成第一包层；
在第一包层上形成芯；
在第一包层和芯上形成第二包层；
其中，所述第一包层和/或第二包层包含聚合物，所述光刻形成图案包括将第一包层和/或第二包层的一部分光刻形成图案。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚合物还包含通式(R1SiO1.5)所示单元，R1是取代或未取代的有机基团，它不同于R。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物还包含通式((R2)2SiO)所示单元，式中，R2是取代或未取代的有机基团。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述光刻形成图案包括将第一芯层和/或第二包层暴露在光辐射下，并用显影剂水溶液进行显影。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述基材是印刷电路板基材。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述光刻形成图案包括在第一包层和/或第二包层中形成开孔，其中，所述开孔形成用于连接的光通路或结构。
8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述光刻形成图案包括在邻近波导的第一包层和第二包层中形成开孔，以暴露在下面的表面；所述方法还包括将光学器件或光电器件粘结到所述表面上，所述光学器件或光电器件和波导光连通。
9.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述光刻形成图案在第一包层和/或第二包层中形成对准图案，所述方法还包括使用对准图案进行对准。
10.一种形成具有光功能的印刷电路板的方法，所述方法包括：
在印刷电路板基材上形成第一包层；
在第一包层上形成芯；
在第一包层和芯上形成第二包层；
其中，所述第一包层和/或第二包层包含通式(RSiO1.5)和(R1SiO1.5)所示单元的聚合物以及光活性组分，其中，R和R1相互不同，选自取代或未取代的有机基团；
通过光刻将第一包层和/或第二覆层的部分形成图案。
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