CZ306971B6 - Způsob výroby flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob výroby flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů i zařízení pro jejich výrobu využívají pro nanášení polymerů, které tvoří mezivrstvu (2), vlnovodnou vrstvu (3) a homí krycí vrstvu (4) vlnovodů, automatický aplikátor filmů se spirálovým natahovacím pravítkem. Mezivrstva (2) je nanesena na flexibilní podložku (1). Pro vytvrzení mezivrstvy (2) a homí krycí vrstvy (4) a pro vytvoření kanálkové struktury ve vlnovodné vrstvě (3) je prováděn osvit UV zářením v osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů. Pro vyšší ochranu před mechanickým poškozením je vzniklý vlnovod ze všech stran zalaminován do ochranné folie (5) na laminátoru určeném pro laminaci papíru. Takto vyrobené optické vlnovody jsou určeny pro optické propojování až do vzdálenosti 40 cm pro vlnovou délku 850 nm

Description

Oblast techniky

Flexibilní mnohavidové optické planámí vlnovody řeší problém přenosu dat pomocí světla na střední vzdálenosti (do 40 cm). Tímto řešením lze dosáhnout vyšších přenosových rychlostí a objemu dat než v případě použití přenosu dat pomocí metalických propojení nebo bezdrátového spojení. Tyto optické vlnovody mohou být využity v datových centrech při propojování desek plošných spojů, pro spojení čip-čip nebo pro propojení rack-rack.

Dosavadní stav techniky

V optické telekomunikační technice pro distribuci optického signálu na velké vzdálenosti se používají optické vláknové vlnovody, kdy v páteřních sítích se používají křemenná optická jednovidová vlákna, jejichž geometrický rozměr jádro/plášť je 9/125 pm, nebo mnohavidová optická vlákna s geometrickými rozměry 50/125 pm nebo 62,5/125 pm.

Méně častěji se pro přenos dat a pro senzorové systémy s nižší přenosovou kapacitou a na kratší vzdálenosti používají také další typy mnohavidových optických vláken s rozměry např. 200/230 pm, 730/750 pm, 980/1000 pm a další.

Telekomunikační optické systémy v páteřních sítích používají vlnové délky 1550 nm, tzv. třetí telekomunikační okno, kdy křemenná vlákna mají nejnižší optický útlum nebo pak vlnové délky 1310 nm, tzv. druhé telekomunikační okno, kdy křemenná vlákna mají nejmenší disperzi.

V některých případech je používána vlnová délka 850 nm, takzvané první telekomunikační okno. Tato vlnová délka je používaná pro méně náročný přenos dat, a to jak po ekonomické, tak i technické stránce, který probíhá na kratší vzdálenosti s nižším objemem přenášených dat.

V posledních letech jsou také používána optická vlákna POF, Plastic Optical Fiber, s velkým průměrem vlnovodné vrstvy 980 pm, která jsou především používána pro datové přenosy v automobilovém průmyslu a tyto vlákna používají nejčastěji vlnové délky 650 nm.

S masovým rozvojem internetu a stále se zvyšujícími nároky na přenosové rychlosti je přenos dat, na krátké a střední vzdálenosti, který byl doposud výhradně prováděn pomocí metalického nebo pomocí bezdrátového spojení nahrazován přenosem dat pomocí optických linek. V poslední době je zaměřen vývoj a výzkum na optické vlnovody, které umožní optickou komunikaci na krátkou vzdálenost do 300 m (SR - Short Reach), velmi krátkou vzdálenost do 5 cm (ESR - Extra Short Reach) nebo dokonce na ultra krátkou vzdálenost do 1 cm (USR - Ultra Short Reach). Dále je také v současnosti především v datových centrech a u super rychlých výkonných počítačů testováno nahrazení metalického propojení, které pro přenos dat byl doposud používán elektrický signál, propojení pomocí optických vlnovodů, které umožní přenos a zpracování dat optického signálu. Pro tento typ přenosu dat jsou vyvíjeny nové typy optických planámích vlnovodů.

Optické planámí vlnovody jsou realizovány nanesením vlnovodné vrstvy na planámí podložku (substrát), nebo přímo difúzí do podložky. Pro realizaci vlastní fotonické struktury je pak základem kanálkový vlnovod, kde je vlno vodná struktura prostorově omezena.

Optické planámí vlnovody jsou vyráběny z polovodičových materiálů, optických skel, speciálních optických krystalů a nově jsou také testovány možnosti použití nových polymemích materiálů. Optické vlnovody v případě polovodičových vlnovodů jsou vyráběny pomocí technologií tenkých vrstev. V případě vlnovodů z optických skel a optických krystalů jsou nejěastěji vyráběny pomocí jednostupňové nebo dvoustupňové iontové výměny, popřípadě pomocí elektro difúze. Tyto technologické procesy jsou dobře zvládnuté, ale technologicky náročné a tedy

- 1 CZ 306971 B6 finančně nákladné. Tento typ technologických procesů také pracuje s chemickými látkami a materiály, které značně zatěžují životní prostředí.

Pro výrobu polymemích planámích optických vlnovodů je snaha použít technologických procesů, které jsou kompatibilní s technologickými procesy pro optické vlnovody vyrobené z polovodičů. Takto vyrobené planámí optické vlnovody mají geometrické rozměry takové, aby byly jednovidové, to znamená, že mají rozměry řádově mikrometry a délka těchto vlnovodů je jen několik málo milimetrů maximálně centimetrů. Tyto vlnovody jsou provozovány na obvyklých telekomunikačních vlnových délkách 1310 nm a 1550 nm. Pro optické propojování pomocí optických planárních vlnovodů pro střední vzdálenosti jsou používány mnohavidové vlnovody obvykle s rozměiy jádra vlnovodu 50x50 pm (šířka x výška) a jsou provozovány na vlnové délce 850 nm.

Pro přenos dat, který probíhá mezi deskami plošných spojů FR4 board-board, nebo k propojování čip-čip, rack-rack apod. bylo donedávna výhradně používáno propojení pomocí metalických vedení. V současnosti jsou vyvíjeny systémy, kde by metalické propojení bylo nahrazeno propojením optickým. Nejdříve bylo zkoušeno propojení pomocí optických vláken a v současnosti jsou studovány možnosti propojení pomocí optických planárních vlnovodů. Jedna z důležitých vlastností těchto vlnovodů je jejich mechanická ohebnost-flexibilita. Proto pro tento typ planámích optických vlnovodů jsou testovány nové polymemí vlnovody realizované na flexibilních podložkách.

Jsou známá řešení, kdy tyto vlnovody byly realizovány na podložkách z flexibilních tenkých fólií, podložkách Pyralux, Kapton nebo FR4. Realizované vlnovody měly geometrické rozměry 50x50 pm (výška x šířka) a byly určeny pro pracovní vlnové délky 850 nm. Tyto optické vlnovody byly vyrobeny pomocí metody rotačního lití, kde geometrické rozměry byly pak realizovány pomocí optické litografie a mokrého leptání. Nevýhodou tohoto řešení jsou vysoké pořizovací náklady na toto biografické zařízení. Další nevýhodou tohoto technologického postupu je možnost realizovat optické vlnovody s maximální délkou 4,5 cm v případě použití 2 optické litografie nebo maximálně 9,5 cm při použití 4 optické litografie. V současnosti je dostupná optická litografie s maximálním rozměrem 8 (20 cm). Takto by bylo možno realizovat vlnovody do maximální velikosti/délky 20 cm. Nevýhodou této metody je také neefektivní nanášení jednotlivých vrstev a nutnost většího množství materiálu pro vlnovodnou a krycí vrstvu. Při nanášení polymerů metodou rotačního lití, aby došlo k homogennímu/rovnoměrnému nanesení jednotlivých nanesení funkčních vrstev, je nutné před odstředěním polymerem pokrýt celou podložku, ze které je pak velké množství polymeru odstředěno a tedy ztraceno.

Je známé řešení pro výrobu polymemího vlnovodu na pevné podložce jako je Si (křemíková podložka), FR4 (podložka pro tištěné spoje, FR4 je označení pro vyztužené laminátové desky z epoxidového skelného laminátu) nebo sklo, které bylo popsáno v práci autorů N. Bamiedakis et al. s názvem Cost-Effective Multimode Polymer Waveguides for High-Speed On-Board Optical Interconnects, zveřejněné v IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 45, no. 4, 2009, kde autoři použili standartní fotolitografický proces a vytvořili vlnovod ve tvaru spirály z polymemích materiálů vyvinutých firmou Dow Corning, kde siloxane polymer OE-4140 byl použit jako jádro vlnovodu a polymer OE-4141 byl použit jako dolní mezivrstva a horní krycí vrstva.

Byla popsána i výroba polymemích vlnovodů na pevné podložce pomocí laserové litografie autory A. Elmogi et al. v článku Comparison of epoxy- and siloxane-based single-mode optical waveguides defined by direct-write lithography, zveřejněném v Optical Materials vol. 52, 2016 pp. 26-31, ale tato technologie neumožňuje jednoduchou výrobu dlouhých optických vlnovodů. Komerční laserové litografy z důvodu technologické náročnosti neumožňují osvit větší plochy než 15x15 cm, ale zpravidla tyto litografy umožňují osvit maximální plochy menší než 10x10 cm.

-2CZ 306971 B6

Byl také popsán postup pro výrobu polymemích vlnovodů pomocí metody flexible stamping (metoda lisování), která byla popsána autory J. Kobayashi et al. v článku Low loss polymer optical waveguide replicated from flexible film stamp made of polymeric materiál, zveřejněném v Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013) 072501. Tato metoda, ale opět neumožňuje vyrobit delší vlnovody než 10 cm, z důvodu, že nejsou k dispozici pro tyto aplikace lisy s většími rozměry razníku.

Je také známe řešení výroby optických mnohavidových vlnovodů, kde tyto vlnovody byly realizovány metodou roli to roli (metoda odvíjení z válce). Na fólii, která je odmotávána z válce a na kterou je nanesena mezivrstva, která je teplotně upravována a vytvrzena pomocí UV světla. Následuje nanesení vlnovodné vrstvy, do které je přes razník, který je umístěn na dalším válci, vytvořen hřebenový vlnovod. Vlnovodná vrstva je vytvrzena UV světlem a na závěr je na tuto vlnovodnou vrstvu nanesena ochranná krycí vrstva, která je ze stejného materiálu jako je optická mezivrstva nanesená na fólii, která slouží jako podložka. Výhodou této metody je, že flexibilní podložka je odmotávána z válce a lze tedy vyrobit velmi dlouhé planární optické vlnovody (desítky centimetrů až jednotky metrů). Nevýhodou této metody jsou vysoké náklady na pořízení tohoto jednoúčelového zařízení.

Nevýhodou výše zmíněných řešení je, že umožňují realizaci optických vlnovodů jenom za pomocí speciálního technologického vybavení, jehož pořizovací náklady jsou velice finančně náročné. Daná řešení umožňují realizaci optických vlnovodů jenom omezených rozměrů (cca do 10 cm ve výjimečném případě 20 cm) a také depozice je málo efektivní z důvodu větších ztrát materiálů při nanášení pomocí rotačního lití.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů a zařízení k provádění tohoto způsobu podle předkládaného vynálezu.

Nejprve se na flexibilní podložku nanese mezivrstva, po její tepelné úpravě a vytvrzení UV zářením se na tuto mezivrstvu nanese vlnovodná vrstva, v níž se po její tepelné úpravě vytvoří osvícením UV zářením přes fotolitografickou masku a následným vyvoláním kanálková struktura. Na tuto kanálkovou strukturu se pak nanese homí krycí vrstva, která se rovněž tepelně upraví a vytvrdí osvícením UV zářením. Podstatou nového způsobuje, že mezivrstva, vlnovodná vrstva i homí krycí vrstva se nanášejí pomocí spirálového natahovacího pravítka v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev a že dále mezivrstva a horní krycí vrstva se vytvrzují pomocí UV záření ve velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů a osvit vlnovodné vrstvy přes fotolitografickou masku probíhá také UV zářením ve velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů. Spirálové natahovací pravítko má podobu válcové tyče, kolem níž je omotán spirálovitý drát vytvářející závity, nebo spirálové natahovací pravítko sestává s válcové tyče s vyhloubenými závity.

Pro úsporu vstupních nákladů je výhodné, když procesy nanášení mezivrstvy, vlnovodné vrstvy i homí krycí vrstvy probíhají ve stejném automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev.

V tomto výhodném provedení se před aplikací alespoň některé z vrstev ze skupiny (mezivrstva, vlnovodná vrstva, homí krycí vrstva) v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev vymění spirálové natahovací pravítko.

Pro úsporu času při výrobě je možné jiné výhodné provedení, v němž alespoň některé z vrstev ze skupiny (mezivrstva, vlnovodná vrstva, horní krycí vrstva) jsou nanášeny v různých pro ně dedikovaných automatických motorizovaných aplikátorech filmů určených pro testování nanášení barev. Tyto různé dedikované automatické motorizované aplikátory filmů jsou osazeny spirálo-3CZ 306971 B6 vými natahovacími pravítky tak, že pro každý dedikovaný automatický motorizovaný aplikátor filmů se vybere speciální spirálové natahovací pravítko s hloubkou závitů zvolenou podle požadované tloušťky vrstvy, která je v daném dedikovaném automatickém motorizovaném aplikátoru filmů nanášena.

Je výhodné provádět nanášení mezivrstvy spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm. Nanesení vlnovodné vrstvy je výhodné provádět spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm. Nanesení homí krycí vrstvy je výhodné provádět spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm.

Pro úsporu vstupních nákladů je navrženo výhodné provedení, v němž procesy vytvrzování UV zářením mezivrstvy i horní krycí vrstvy, jakož i osvit UV zářením vlnovodné vrstvy přes fotolitografickou masku probíhají ve stejné velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů.

Pro úsporu času při výrobě je výhodné provedení, v němž alespoň některé z procesů ze skupiny (vytvrzování mezivrstvy UV zářením, vytvrzování horní krycí vrstvy UV zářením, osvit vlnovodné vrstvy UV zářením přes fotolitografickou masku) probíhají v různých osvitových jednotkách určených pro osvit desek plošných spojů.

Po nanesení horní krycí vrstvy je pro větší ochranu před mechanickým poškozením výhodné vzniklou strukturu sestávající z flexibilní podložky, mezivrstvy, vlnovodné vrstvy a homí krycí vrstvy zalaminovat ze všech stran do ochranné fólie. Toto zalaminování se s výhodou provádí na laminátoru určeném pro laminací papíru.

K provádění výše uvedeného způsobu je použito zařízení, které obsahuje alespoň jeden blok pro nanášení polymemích vrstev a alespoň jeden blok pro osvětlování těchto vrstev UV zářením. Podstatou nového zařízení je, že součástí každého bloku pro nanášení polymemích vrstev je automatický motorizovaný aplikátor filmů určený pro testování nanášení barev vybavený spirálovým natahovacím pravítkem. Toto spirálové natahovací pravítko je provedeno buď jako válcová tyč se závity, nebo jako drát obtočený okolo válcové tyče, kde tento obtočený drát vytváří závity kolem válcové tyče, přičemž hloubka závitů určuje tloušťku nanášené vrstvy. Aktivní plocha pro nanášení filmů v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů má šířku nejméně 20 cm, typicky 30 cm, a délku nejméně 30 cm, typicky 40 cm. Součástí každého bloku pro osvětlování UV zářením je velkoplošná osvitová jednotka určená pro osvit desek plošných spojů, přičemž tato osvitová jednotka má šířku osvitové plochy nejméně 40 cm, typicky 1 m, a délku osvitové plochy nejméně 40 cm, typicky 1 m.

V jednom výhodném provedení zařízení obsahuje právě jeden blok pro nanášení polymemích vrstev, přičemž automatický motorizovaný aplikátor filmů zařazený v tomto bloku je vybaven alespoň dvěma vyměnitelnými spirálovými natahovacími pravítky.

Mezi těmito vyměnitelnými spirálovými natahovacími pravítky je alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm a alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm.

V jiném výhodném provedení zařízení obsahuje více než jeden blok pro nanášení polymemích vrstev a/nebo více než jeden blok pro osvětlování UV zářením. Přitom spirálová natahovací pravítka v alespoň dvou blocích pro nanášení polymemích vrstev mají navzájem různé hloubky závitů a alespoň jeden z bloků pro osvětlování UV zářením obsahuje fotolitografickou masku.

-4CZ 306971 B6

Mezi spirálovými natahovacími pravítky zařazenými v různých blocích pro nanášení polymerních vrstev je alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm a alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm.

Je výhodné, jsou-li všechna spirálová natahovací pravítka, jimiž je osazen automatický motorizovaný aplikátor filmů nebo automatické motorizované aplikátory filmů, z nerezové oceli.

Ve výhodném provedení je koncové části zařízení za bloky pro nanášení polymemích vrstev planámích optických vlnovodů a bloky pro osvětlování těchto vrstev UV zářením zařazen laminátor určený pro laminaci papíru.

Výhodou tohoto způsobu a zařízení je zejména to, že umožňuje vyrábět flexibilní mnohavidové optické planámí vlnovody velkých rozměrů, až do délky 40 cm, a to s použitím technologií, které se dříve pro výrobu vlnovodů neužívaly a byly určené pro zcela odlišné aplikace. Tyto technologie jsou přitom podstatně levnější než technologie obvykle používané pro výrobu flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů, které navíc umožňovaly vyrábět jen kratší vlnovody. Flexibilní mnohavidové optické planámí vlnovody s délkou až 40 cm vyrobené podle nového řešení výhodně nahrazují metalická propojení nebo bezdrátová spojení mezi deskami plošných spojů FR4 board-board a při propojování čip-čip, rack-rack, protože umožňují dosáhnout vyšších přenosových rychlostí a objemů dat.

Objasnění výkresů

Příklad provedení optického planámího mnohavidového vlnovodu realizovaného pomocí výše uvedeného způsobu a zařízení je uveden na obr. 1.

Příklady uskutečnění vynálezu

Topologické schéma příkladného provedení optického planámího mnohavidového vlnovodu, který je vyroben pomocí způsobu a zařízení, které využívají automatické motorizované aplikátory filmů vybavené spirálovými natahovacími pravítky, je uvedeno na obr. 1. Rozměrové, teplotní a časové parametry jsou uváděny pro příklad výhodných provedení, jsou možná ale i jiná provedení vynálezu s odlišnými parametry.

Vlnovod je tvořen flexibilní podložkou i, na kterou je nanesena polymerní mezivrstva 2, která musí mít tloušťku minimálně 20 pm. Na mezivrstvě 2 je vlnovodná vrstva 3 s typickými rozměry 50x50 pm (výška x šířka) a délkou až 40 cm, na kterou je nanesena horní vrstva 4, která je ze stejného materiálu jako mezivrstva 2 a také musí mít minimální tloušťku 20 pm. V některých provedeních je pak možno pro větší odolnost mechanického namáhání provést zalaminování pomocí laminační fólie 5.

Automatický motorizovaný aplikátor filmů použitý v rámci předkládaného vynálezu je určen pro testování nanášení barev a nátěrových hmot, pro výrobu optických vlnovodů nebo fotonických struktur nebyl doposud použit. Automatický motorizovaný aplikátor filmů je vybaven spirálovým natahovacím pravítkem, případně sadou těchto pravítek. Spirálové pravítko má buď podobu válcové tyče s vyhloubenými závity, nebo obsahuje drát obtočený kolem válcové tyče. Ve druhém zmíněném případě jsou závity tvořeny spirálami drátu obtočeného kolem válcové tyče. Hloubka závitu je pak rovna tloušťce použitého drátu. Ve výhodném provedení mají všechny závity na jednom spirálovém natahovacím pravítku stejnou hloubku. Ve výhodném provedení je spirálové natahovací pravítko vyrobeno z nerezové oceli. Tloušťka aplikované vrstvy polymeru je určena parametry spirálového natahovacího pravítka, tedy zejména hloubkou a charakteristikou závitů., V rámci předkládaného vynálezu je tedy pro každou nanášenou vrstvu vybráno spirá-5CZ 306971 B6 love natahovací pravítko odpovídající požadované tloušťce vrstvy, a to buď v tomtéž automatickém motorizovaném aplikátoru filmů, kde se pak pravítka pro nanášení dalších vrstev vyměňují, nebo je každé tloušťce vrstvy přiřazen vlastní automatický motorizovaný aplikátor filmů s dedikovaným pravítkem. S výhodou lze využít například automatické motorizované aplikátory filmů značky TQC nebo automatický motorizovaný aplikátor filmů značky Elcometer 4340. Jednou z jejich výhod je, že tyto automatické motorizované aplikátory filmů zajistí homogenní nanesení vrstev díky přesně definované rychlosti posuvu spirálového natahovací pravítka.

Flexibilní podložka I může být z polymemích flexibilních fólií (například fólie Melinex® ST726 od firmy DuPont Teijin Films, HOSTAPHAN® GN2504600 fólie od firmy Mitsubishi Polyester Film GmbH nebo fólie PLEXIGLAS® Film OF058 od firmy Evonik Industries AG a další) nebo z materiálu Pyralux, Kapton nebo FR4. Na podložku I je mezivrstva 2 nanesena pomocí automatického motorizovaného aplikátoru filmů se spirálovým natahovacím pravítkem, jehož hloubka a charakteristika závitů odpovídají tloušťce mezi vrstvy 2. Tloušťka mezivrstvy 2 musí být větší nebo rovna 20 pm. V jednom z provedení může být mezivrstva 2 tvořena z polymerního materiálu epoxydové pryskyřice EpoClad. Vlastností této mezivrstvy 2 musí být nižší hodnota indexu lomu než vlnovodné vrstvy 3. Po nanesení mezivrstvy 2, kterou tvoří materiál EpoClad, je vrstva zahřívána na plotně pro ohřev desek na teplotu 50 °C po dobu 10 minut, potom je teplota postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minutu až do teploty 90 °C. Při této teplotě je vzorek ponechán po dobu 10 minut. Potom je vzorek ochlazen na pokojovou teplotu a vytvrzen pomocí UV záření po dobu 2 minut. Vytvrzení pomocí UV světlaje provedeno pomocí osvitové jednotky pro desky plošných spojů, která umožňuje velkoformátový osvit. Výhodou tohoto postupu jsou nižší pořizovací a provozní náklady než při použití optického litografu, přičemž pro vytváření struktur s rozměry 50 pm a větší je tato technologie dostatečně přesná a na rozdíl od optického litografu nepotřebuje přídavnou ochranu proti vibracím. Přitom na rozdíl od optických litografů umožňuje vytvářet struktury o délce až 40 cm, zatímco struktury vytvářené litografy umožňují výrobu struktur s maximální možnou délkou 10 cm, výjimečně 20 cm. Následuje opět ohřev na plotně na teplotu 50 °C po dobu 10 minut potom je teplota opět postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minutu, až do teploty 90 °C kdy je vzorek vystaven této teplotě po dobu 10 minut.

Následuje nanesení optické vlnovodné vrstvy 3, která je tvořena epoxydovou pryskyřicí EpoCore. Nanesení vrstvy je opět provedeno pomocí automatického motorizovaného aplikátoru filmů, kdy je použit takový typ spirálového natahovacího pravítka, aby byla tloušťka optické vlnovodné vrstvy 50 pm. Po nanesení pomocí automatického motorizovaného aplikátoru filmů je optická vlnovodná vrstva 3 zahřívána na teplotu 50 °C po dobu 10 minut potom je teplota postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minutu až do teploty 90 °C. Při této teplotě je vzorek ponechán po dobu 10 minut. Po ochlazení vzorku na pokojovou teplotu následuje vložení vzorku do velkoplošné osvitové jednotky pro desky plošných spojů, kde na vzorek je přiložena maska, která je tvořena maskou vytvořenou na tenké fólii tmavým polem s průhledným motivem čáry o šířce 50 pm. Vzorek je přes tuto masku osvícen UV zářením. Vzorek je pak zahříván na teplotu 50 °C po dobu 10 minut, potom je teplota postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minut až do teploty 90 °C. Při této teplotě je vzorek ponechán po dobu 10 minut. Po ochlazení vzorku na pokojovou teplotu dojde ke vložení vzorku do vývojky OrmoDev. Při tomto technologickém kroku je odleptána neosvícená část optické vlnovodné vrstvy 3. Po vytažení vzorku z vývojky je vzorek omyt v izopropylalkoholu a v demineralizované vodě. Takto je vytvořen optický mnohavidový kanálkový vlnovod 3 s rozměrem 50x 50 pm (výška x šířka) a délkou optického vlnovodu až 40 cm.

Následuje nanesení homí krycí vrstvy 4, která je tvořena stejným materiálem jako mezivrstva 2, epoxydovou pryskyřicí EpoClad. Nanesení homí krycí vrstvy 4 je opět provedeno pomocí automatického motorizovaného aplikátoru filmů, opět pomocí spirálového natahovacího pravítka takového typu, aby tloušťka horní krycí vrstvy 4 byla minimálně 20 pm. Po nanesení homí krycí vrstvy 4 je vzorek zahříván na plotně na teplotu 50 °C po dobu 10 minut, potom je teplota postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minut až do teploty 90 °C. Při této teplotě je vzorek

-6CZ 306971 B6 ponechán po dobu 10 minut. Potom je vzorek ochlazen na pokojovou teplotu a vytvrzen pomocí UV záření po dobu 2 minut v osvitové jednotce pro osvit desek plošných spojů. Následuje opět ohřev a to na teplotu 50 °C po dobu 10 minut potom je teplota opět postupně zvyšována rychlostí 10 °C za minut až do teploty 90 °C kdy je vzorek vystaven této teplotě po dobu 10 minut.

Následuje zalaminování optického vlnovodu do ochranné fólie 5 pro větší odolnost proti mechanickému poškození. Zalaminování je s výhodou provedeno pomocí laminátoru pro laminaci papíru. Vhodný je například laminátor pro kancelářské účely NeptuneTM 2 125 Laminator, kdy je použita standartní laminovací fólie s tloušťkou 80 pm.

Potom je optický vlnovod na obou koncích seříznut pomocí diamantové kotoučové pily, kde je pro dosažení optické kvality čel vlnovodů použito rychlost otáček 30 000 otáček za minutu s rychlostí posunu 1 mm/s.

Na závěr může být k optickému vlnovodu připevněn optický konektor (např. standartní MTO/MTP konektor), který není uveden na přiloženém výkrese a který umožní propojování běžně používaných optoelektronických modulů.

V jednom výhodném provedení je vlnovodná vrstva 3 nanášena ve stejném automatickém motorizovaném aplikátoru filmů jako mezivrstva 2 a horní krycí vrstva 4, přičemž mezi nanášením vrstev s odlišnou tloušťkou se v tomto automatickém motorizovaném aplikátoru filmů vymění spirálové natahovací pravítko. Toto provedení je úspornější, pokud jde o pořizovací náklady. Výměna pravítek ale způsobuje časovou ztrátu.

V jiném výhodném provedení, které umožňuje rychlejší výrobu vlnovodů, zahrnuje zařízení pro jejich výrobu dva nebo tři automatické motorizované aplikátory filmů, přičemž každý z aplikátorů je osazen spirálovým natahovacím pravítkem, jehož parametry odpovídají vrstvě, která je v něm nanášena. V případě dvou automatických motorizovaných aplikátorů filmů má první z nich spirálové natahovací pravítko s parametry pro nanesení mezivrstvy 2 a horní krycí vrstvy 4 a druhý automatický motorizovaný aplikátor filmů má spirálové natahovací pravítko s parametry pro nanesení vlnovodné vrstvy 3. V případě tří automatických motorizovaných aplikátorů filmů má každý z nich spirálové natahovací pravítko s parametry odpovídajícími vrstvě, která je v něm nanášena, tedy první aplikátor má spirálové natahovací pravítko s parametry pro mezivrstvu 2, druhý aplikátor spirálové natahovací pravítko s parametry pro vlnovodnou vrstvu 3 a třetí aplikátor spirálové natahovací pravítko s parametry pro horní krycí vrstvu 4.

Podobně může zařízení pro výrobu flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů zahrnovat jednu nebo více velkoplošných osvitových jednotek určených pro osvit desek plošných spojů. V jednom výhodném provedení, které zajišťuje nižší vstupní náklady, probíhají procesy vytvrzování UV zářením mezivrstvy 2 i horní krycí vrstvy 4, jakož i osvit UV zářením vlnovodné vrstvy 3 přes fotolitografickou masku, ve stejné velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů. Pro úsporu času mohou, ale některé z těchto procesů nebo všechny tyto procesy probíhat v různých velkoplošných osvitových jednotkách určených pro osvit desek plošných spojů.

Nejrychleji pak výroba flexibilních mnohavidových optických planámích vlnovodů proběhne ve výhodném provedení zařízení, které zahrnuje první automatický motorizovaný aplikátor filmů se spirálovým natahovacím pravítkem s parametry pro nanesení mezivrstvy 2, za nímž je zařazena velkoplošná osvitová jednotka určená pro osvit desek plošných spojů, v níž dojde k vytvrzení mezivrstvy 2 UV zářením. Následuje druhý automatický motorizovaný aplikátor filmů se spirálovým natahovacím pravítkem s parametry pro nanesení vlnovodné vrstvy 3, za nímž je zařazena druhá velkoplošná osvitová jednotka určená pro osvit desek plošných spojů, v níž dojde k osvitu vlnovodné vrstvy 3 UV zářením přes fotolitografickou masku. Dále je pak zařazen třetí automatický motorizovaný aplikátor filmů se spirálovým natahovacím pravítkem s parametry pro nanesení horní krycí vrstvy 4, za nímž je zařazena třetí velkoplošná osvitová jednotka určená pro

-7CZ 306971 B6 osvit desek plošných spojů, v níž dojde k vytvrzení horní krycí vrstvy 4 UV zářením. Mezi právě vyjmenované automatické motorizované aplikátory filmů a velkoplošné osvitové jednotky pro osvit desek plošných spojů jsou ještě vložena stanoviště pro mokré procesy a tepelnou úpravu, tak jak bylo popsáno výše. Na výstupu zařízení je pak zařazen laminátor pro laminaci papíru, na němž se provede zalaminování vyrobeného vlnovodu do ochranné fólie 5.

Průmyslová využitelnost

Předkládaný vynález je využitelný pro propojování mezi deskami plošných spojů FR4 boardboard, k propojování čip-čip, rack-rack pomocí optického signálu. Výhodou technologického postupu a zařízení dle předkládaného vynálezu je možnost výroby optických flexibilních vlnovodů dlouhých až 40 cm.

Claims (5)

1. Způsob výroby flexibilních mnohavidových optických planárních vlnovodů, při němž se nejprve nanese na flexibilní podložku (1) mezivrstva (2), po její tepelné úpravě a vytvrzení UV zářením se na mezivrstvu (2) nanese vlnovodná vrstva (3), v níž se po její tepelné úpravě vytvoří osvícením UV zářením přes fotolitografickou masku a následným vyvoláním kanálková struktura, na niž se pak nanese homí krycí vrstva (4), která se rovněž tepelně upraví a vytvrdí osvícením UV zářením, vyznačující se tím, že mezivrstva (2), vlnovodná vrstva (3) i homí krycí vrstva (4) se nanášejí pomocí spirálového natahovacího pravítka v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev a že dále mezivrstva (2) a homí krycí vrstva (4) se vytvrzují pomocí UV záření ve velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů a osvit vlnovodné vrstvy (3) přes fotolitografickou masku probíhá také UV zářením ve velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů, přičemž spirálové natahovací pravítko má podobu válcové tyče, kolem níž je omotán spirálovitý drát vytvářející závity, nebo spirálové natahovací pravítko sestává z válcové tyče s vyhloubenými závity.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že procesy nanášení mezivrstvy (2), vlnovodné vrstvy (3) i homí krycí vrstvy (4) probíhají ve stejném automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev pro úsporu vstupních nákladů.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že před aplikací alespoň některé z vrstev ze skupiny (mezivrstva (2), vlnovodná vrstva (3), homí krycí vrstva (4)) se v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů určeném pro testování nanášení barev vymění spirálové natahovací pravítko.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň některé z vrstev ze skupiny (mezivrstva (2), vlnovodná vrstva (3), homí krycí vrstva (4)) jsou nanášeny v různých pro ně dedikovaných automatických motorizovaných aplikátorech filmů určených pro testování nanášení barev, přičemž tyto různé dedikované automatické motorizované aplikátory filmů jsou pro úsporu času osazeny spirálovými natahovacími pravítky tak, že pro každý dedikovaný automatický motorizovaný aplikátor filmů se vybere speciální spirálové natahovací pravítko s hloubkou závitu zvolenou podle požadované tloušťky vrstvy, která je v daném dedikovaném automatickém motorizovaném aplikátoru filmů nanášena.

5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vy z n ač u j í cí se t í m , že nanesení mezivrstvy (2)je provedeno spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitu pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm, nanesení vlnovodné

-8CZ 306971 B6 vrstvy (3) je provedeno spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitu pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm a nanesení homí krycí vrstvy je provedeno spirálovým natahovacím pravítkem s hloubkou závitu pro nanesení vrstvy o předem zvolené tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm.

6. Způsob podle kteréhokoli z nároků, 1 až 5, vyznačující se tím, že procesy vytvrzování UV zářením mezivrstvy (2) i homí krycí vrstvy (4), jakož i osvit UV zářením vlnovodné vrstvy (3) přes fotolitografickou masku probíhají pro úsporu vstupních nákladů ve stejné velkoplošné osvitové jednotce určené pro osvit desek plošných spojů.

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že alespoň některé z procesů ze skupiny (vytvrzování mezivrstvy (2) UV zářením, vytvrzování horní krycí vrstvy (4) UV zářením, osvit vlnovodné vrstvy (3) UV zářením přes ťotolitografickou masku) probíhají pro úsporu času v různých osvitových jednotkách určených pro osvit desek plošných spojů.

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že po nanesení homí krycí vrstvy (4) je vzniklá struktura sestávající z flexibilní podložky (1), mezivrstvy (2), vlnovodné vrstvy (3) a homí krycí vrstvy (4) pro vyšší ochranu před mechanickým poškozením ze všech stran zalaminována do ochranné fólie (5) na laminátoru určeném pro laminaci papíru.

9. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, obsahující alespoň jeden blok pro nanášení polymemích vrstev a alespoň jeden blok pro osvětlování těchto vrstev UV zářením, vyznačující se tím, že součástí každého bloku pro nanášení polymemích vrstev je automatický motorizovaný aplikátor filmů určený pro testování nanášení barev vybavený spirálovým natahovacím pravítkem, které je provedeno buď jako válcová tyč se závity, nebo jako drát obtočený okolo válcové tyče, kde tento obtočený drát vytváří závity kolem válcové tyče, přičemž hloubka závitů určuje tloušťku nanášené vrstvy, a přičemž aktivní plocha pro nanášení filmů v automatickém motorizovaném aplikátoru filmů má šířku nejméně 20 cm, typicky 30 cm, a délku nejméně 30 cm, typicky 40 cm, a že součástí každého bloku pro osvětlování UV zářením je velkoplošná osvitová jednotka určená pro osvit desek plošných spojů, přičemž tato osvitová jednotka má šířku osvitové plochy nejméně 40 cm, typicky 1 m, a délku osvitové plochy nejméně 40 cm, typicky 2 m.

10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje právě jeden blok pro nanášení polymemích vrstev, přičemž automatický motorizovaný aplikátor filmů zařazený v tomto blokuje vybaven alespoň dvěma vyměnitelnými spirálovými natahovacími pravítky.

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že mezi vyměnitelnými spirálovými natahovacími pravítky je alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm a alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm.

12. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje více než jeden blok pro nanášení polymemích vrstev a/nebo více než jeden blok pro osvětlování UV zářením, přičemž spirálová natahovací pravítka v alespoň dvou blocích pro nanášení polymemích vrstev mají navzájem různé hloubky závitů a přičemž dále alespoň jeden z bloků pro osvětlování UV zářením obsahuje ťotolitografickou masku.

13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že mezi spirálovými natahovacími pravítky zařazenými v různých blocích pro nanášení polymemích vrstev je alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 20 pm do 30 pm a alespoň jedno s hloubkou závitů pro nanesení vrstvy o tloušťce z oboustranně uzavřeného intervalu od 45 pm do 55 pm.

-9CZ 306971 B6

14. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 13, vyznačující se tím, že všechna spirálová natahovací pravítka, jimiž je osazen automatický motorizovaný aplikátor filmů nebo automatické motorizované aplikátory filmů, jsou z nerezové oceli.

5 15. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 9 až 14, vyznačující se tím, že v jeho koncové části za bloky pro nanášení polymemích vrstev planámích optických vlnovodů a bloky pro osvětlování těchto vrstev UV zářením je zařazen laminátor určený pro laminaci papíru.