KR101111473B1 - 단거리 광 상호접속 장치 - Google Patents
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Abstract
광 접속 장치는 기판에 의해 지지된, 상부 클래딩(cladding) 층, 코어 중합체 층 및 하부 클래딩 층을 갖는 중합체 도파관을 포함하며, 거울 및 광학 바이어를 포함한다. 상기 코어 중합체 층은 입자 크기가 광 접속 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만인 나노입자 충전제를 갖는 중합체 물질을 포함한다. 광 접속 장치는 개별적, 다수의 또는 대량으로 평행한 채널을 단층 또는 다층 통신망에 포함한다.
광 접속 장치, 중합체 도파관, 클래딩 층, 코어 중합체 층, 나노입자 충전제, 평면외 거울, 바이어, 실록산 중합체, 인쇄 배선판, 스크린 인쇄, 스텐실 인쇄, 자외선
Description
[관련 출원]
본원은 2004년 7월 8일자로 출원된 미국 가특허원 제60/586,257호에 대하여 우선권을 주장하며, 이는 본원에서 참조로 인용되어 있다.
본 발명은 광 상호접속 구조물을 형성시키기 위한 방법 및 물질에 관한 것이다.
광 상호접속 장치를 포함하는 시스템은 빈번하게 정보를 높은 데이터 속도로 전송시키는 데에 사용된다. 예를 들어, 이러한 시스템은 보드-투-보드(board-to-board), 백플레인(backplane), 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN) 및 유사한 용도에 사용한다. 광 시스템은 전기 상호접속 시스템과 비교하여 이점이 있다. 광 시스템은 전자기성 간섭에 일반적으로 덜 민감하여 전송 효율을 증가시킨다.
칩-투-칩(chip-to-chip) 및 보드-투-보드 광통신용 단거리(< 2m) 광 상호접속 장치는 처음에는 미국 국방성에 의해 자금지원되어 10년 넘게 개발되고 있다. 이들 광 상호접속 장치에 대한 요구는 차세대(및 미래 세대) 컴퓨터 및 전기통신 시스템의 대역, 보안성, 신뢰성 및 크기 요건에 의해 발생된다. 오늘날 3 GHz에 근접하고 다음 수년 내에 5 GHz가 될 것으로 예상되는 내부 시계 속도로, 미래 컴퓨터 시스템의 속도를 제한하는 장애는 공급 컴퓨터 프로세서 칩으로부터 다른 컴퓨터 프로세서, DSP 및 데이터 저장 장치로 시계 속도와 동일하거나 이보다 높은 데이터 속도로 전송되는 데이터 전송 단계이다.
광 상호접속 장치를 포함하여, 이러한 접속 장애를 해결하는 기술이 많이 개발되었다. 대표적인 광 상호접속 시스템은 일반적으로 발광 장치(예를 들어, 레이저 전송기) 및 광 검출 장치(예를 들어, 도파관 물질에 의해 연결된 광다이오드)를 포함한다. 광 상호접속 시스템의 제조와 관련된 비용은 복잡한 제조방법이 사용되므로 고가이다. 따라서, 도파관의 광학적 광로 또는 광 상호접속 장치를 제작하는 비용 효율적인 방법이 당해 분야에서 요구되며, 이는 송신기로부터 표준 인쇄 배선판(PWB) 제작 공정에 매립되거나 굴곡 회로에 매립될 수 있는 수신기로 광을 유도한다.
기판, 바람직하게는 인쇄 배선판(PWB)의 표면 상의 임의의 두 지점을 연결할 수 있는 다중 방식 광 접속 장치가 필요하다. 이러한 광 접속 장치는 유리 및 다양한 강성 및 가요성 PWB 조성물(예를 들어, 유리 섬유 수지(FR4) 및 폴리이미드)을 포함하는, 넓은 면적 기판에 비용 효율적으로 확대될 수 있는 다중 방식 중합체 도파관을 위한 제작 공정을 필요로 한다. 다음에, 다중 방식 도파관을 평면외 거울(out of plane mirror)과 연결하여 광 접속 장치를 생성한다. 레이저 융삭, 반응성 이온 에칭(RIE), 마이크로톰 방법, 성형 및 유리 삽입 장치를 포함하여, 중합체 도파관에서 평면외 거울을 제작하는 다수의 상이한 기술이 과거에 사용되었다. 이러한 모든 선행 기술은 상기 공정을 수행하기 위해 고가의 기구를 필요로 하거나 상업적으로 실행가능한 공정에 적용하지 못하게 할 정도로 손실이 많은 거울을 생성시킨다. 평면외 거울 및 도파관은 PWB 제작 공정에 필요한 온도, 압력 및 화학적 환경을 견디기에 충분히 강해야 한다.
[발명의 요약]
광 접속 장치는 상부 클래딩(cladding) 층, 코어 중합체 층 및 하부 클래딩 층을 PWB 또는 다른 지지 기판에 갖는 중합체 도파관을 포함한다. 광 접속 장치는 도파관의 한쪽 말단 또는 양 말단에서 평면외 거울 및 바이어에 의해 완성되어 판을 통한 광 통과를 용이하게 한다. 광 접속 장치는 개별적, 다수의 또는 대량으로 평행한 채널을 단층 또는 다층 통신망에 포함한다. 코어 층, 클래딩 층 또는 이들 모두의 중합체 층은 바람직하게는 입자 크기가 광 접속 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만인 나노입자 충전제를 갖는 실록산 중합체 물질을 포함한다.
또한, 상부 클래딩 층, 코어 중합체 층 및 하부 클래딩 층을 갖는 중합체 도파관을 형성시키는 단계를 포함하는, 광 접속 장치를 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 여기서 코어층, 클래딩 층 또는 이들 모두의 중합체 층은 입자 크기가 인쇄 공정을 사용하는 광 접속 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만인 나노입자 충전제를 갖는 중합체 물질을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 도파관 및 인쇄 회로판을 도면으로 나타낸다.
도 2는 본 발명 도파관의 평면외 거울을 형성시키는 단계를 도면으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 도파관 및 인쇄 회로판을 형성시키는 공정을 도시한 블록도이다.
도 4는 여러 수준에 따라 다수의 광 도파관 연결로(1 내지 4)와, 본 발명에 따른 평면 내 및 인접 평면 도파관 교차점을 갖는 다층 구조물의 횡단면을 도면으로 나타낸다.
도 5는 지그재그형, 고밀도 및 삼차원 구조로 다양한 크기를 갖는 다수의 접속 장치를 포함하는 다수의 광 도파관 어레이를 삼차원 도면으로 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른, 넓은 철필(stylus)을 사용하여 12개의 도파관의 어레이에 형성된 평면외 거울 표면을 도면으로 나타낸다.
도 1에 대하여는, 본 발명에 따른 광 접속 장치(5)가 도시되어 있다. 전기 층(15) 및 광학 층(20)을 갖는 인쇄 배선판(PWB)(10)이 도시되어 있다. 광원(25) 및 광 수용기(30)는 PWB(10)의 상부 전기 표면(15)에 설치된다. 광원 및 광 수용기(25 및 30)는 PWB(10)의 상부 전기 층(15) 상의 고속 전자제품에 접속된다. 광 접속 장치(5)는 광원 및 광 수용기(25 및 30)에 접속되어 데이터가 광원으로부터 수용기로 전송되도록 허용한다.
광 접속 장치(5)는 상부 클래딩 층(40), 코어 중합체 층(45) 및 하부 클래딩 층(50)을 포함하는 중합체 도파관(35)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 측면에서, 코어 중합체 층(45)의 굴절률은 상부 및 하부 클래딩 층(40 및 50)보다 0.5 내지 5% 크다. 도파관(35)은 광원(25)을 PWB(10)에 형성된 바이어 또는 층간 전도성 경로(55)를 통해 광 수용기(30)로 접속시킨다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 광원 및 광 수용기(25 및 30)는 PWB(10)의 상부 전기 층(15)에 도파관(35)으로 연결되는 바이어(55) 위에서 부착된다.
도파관(35)은 도파관 광 신호를 PWB의 전기 층 상의 전기 부품에 결합시키기 위해 도시된 평면외 거울(60)을 포함한다. 바람직한 측면에서, 거울(60)은 도파관(35)에 대하여 약 45°이하의 각도를 갖는 전반사(TIR) 거울을 포함한다. 거울(60)은 양 말단에서 도파관(35)과 일체식으로 성형되며, 위에서 논의된 바이어(55)와 결합된다. 도파관(35)은 바람직하게는 100㎛ 이하 범위의 두께 치수를 갖고, 바람직한 사각형 횡단면을 갖지만, 도파관(35)의 다른 횡단면 및 두께가 본 발명에 의해 사용될 수 있다. 도파관(35)은 또한, 외부 자기 공급원 뿐만 아니라 접촉에 기인한 손상으로부터 도파관(35)을 보호하기 위해서 도파관(35)의 하부 표면에 형성된 임의의 보호 중합체 코팅(65)을 포함할 수 있다.
도 4에 대하여는, 다수의 광학 층(20)을 갖는 광 접속 장치(5)의 대체 양태가 도시되어 있다. 거울(60) 및 바이어(55)를 갖는 다수의 광학 층(OL1,OL2, OL3)이 이 양태에서 두 개의 인쇄 배선판(PWB1, PWB2) 사이에 삽입된다. 화살표는 조절된 발광기로부터 측면에 또는 배선판 스택 내부에 설치된 감광성 검출기로 광 운행의, 층 내부 및 층간 교차점을 포함하여 가능한 경로를 지시한다.
도 5에 대하여는, 본 발명의 광 접속 장치(5)의 추가 양태가 도시되어 있다. 이러한 도면의 전경에서, 4개의 광 접속 장치(5)가 상부 층의 X 방향을 따라 배열되어 도시된다. 이러한 삼차원 어레이의 횡단면은 4번째 광 접속 장치(5)에서 절단되어 6개의 도파관(35) 층을 아래에 도시한다. 이러한 어레이의 평면외 거울(60)은 Y 방향을 따른 위치에서 엇갈리게 하여 Z 방향을 따라 보이는 바와 같은 24개 도파관(35)의 2차원 어레이를 형성한다. 상부 좌측에 교대로 엇갈림 거울(60) 및 개별적 바이어(55)를 갖는 12개의 도파관(35) 묶음이 도시되어 있다. 도면의 우측에 평면외 거울(60)에서 끝나는 24개 도파관(35)의 고밀도 직선 어레이가 슬롯이 있는 바이어(55) 위에 도시되어 있다. 정밀 배향 구멍 또는 핀(80)은 광전자성 소자의 수동 배열을 가능하게 한다. 각각의 접속 장치는 기판(10) 또는 인접 층에 의해 지지되며, 본 발명에 따라 도파관(35), 바이어(55) 및 거울(60)을 갖는다.
본 발명 도파관(35)의 코어 중합체 층(45)은 열 분해 온도가 높고 부식성 용매에 내성이 있는 유기 및 무기 중합체를 포함한다. 특히 바람직한 중합체는 실록산을 포함하는 무기 조성물을 포함한다. 더욱 더 바람직한 중합체는 실록산 중합체-나노입자 혼성 물질계이다. 이러한 중합체는 PWB 제작 공정이 필요로 하는 온도, 압력 및 화학적 환경을 견디기에 충분히 강하고, 필수적인 낮은 손실을 제공한다.
중합체-나노입자 혼성체는 바람직하게는 경화성이며 관능성 그룹(예를 들어, 에폭시, 비닐에테르, 비닐에스테르, 비닐, 올레핀 및 아크릴레이트)을 함유하는 실록산 중합체를 포함한다. 당해 분야에서 일반적으로 공지된 적합한 촉매 및 가교결합제를 포함하는 추가 물질이 또한, 본 발명의 코어 중합체에 포함될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 코어 중합체는 광경화성이다. 특히 바람직한 양이온성 광경화성 중합체는 미국 특허 제5,861,467호에 기술되어 있으며, 이는 본원에서 참조로 인용된다. 양이온성 광경화된 중합체는 (A) 실록산 공중합체 및 (B) 광 분해성 산을 포함하는 경화성 도료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물에 적합한 광 분해성 산은 오늄염 및 특정한 니트로벤질 설포네이트 에스테르를 포함한다. 본 발명의 조성물에 화학식 R2I+MXn -, R3S+MXn -, R3Se+MXn -, R4P+MXn - 및 R4N+MXn -의 오늄염이 바람직하며, 여기서 R은 1 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 유기 라디칼이고, 이는 탄소수 1 내지 8의 알콕시 라디칼, 탄소수 1 내지 8의 알킬 라디칼, 니트로, 클로로, 브로모, 시아노, 카복시, 머캅토로부터 선택된 1 내지 4개의 1가 탄화수소 라디칼에 의해 치환될 수 있는 탄소 수 6 내지 20의 방향족 카보사이클릭 라디칼, 및 피리딜, 티오페닐, 피라닐 등을 포함하는 방향족 헤테로사이클릭 라디칼을 포함한다. 본원에서 위의 화학식에서 기호 M은 전이 금속(예를 들어, Sb, Fe, Sn, Bi, Al, Ga, In, Ti, Zr, Sc, V, Cr, Mn, Cs), 희토류 금속(예를 들어, 란탄 계열, 예를 들어, Cd, Pr, Nd 등) 및 준금속(예를 들어, B, P, As 등)을 포함하는 금속 또는 준금속이다. MXn -은 비염기성, 비친핵성 음이온이며, 예를 들어, BF4-, PF6-, AsF6-, SbF6-, SbCl6-, HSO4-, ClO4-, FeCl4=, SnCl6-, BiCl5= 등이다.
비스-디아릴 요오도늄염[예를 들어, 비스(도데실 페닐)요오도늄 헥사플루오로아르세네이트 및 비스(도데실페닐) 요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, 디알킬페닐 요오도늄 헥사플루오로안티모네이트 및 요오도늄 퍼플루오로페닐 보레이트]이 바람직하다.
본 발명의 조성물에서 광 분해성 산으로 유용한 니트로벤질 설포네이트는 다음 화학식 1을 갖는다:
위의 화학식 1에서,
Z는 알킬 그룹, 아릴 그룹, 알킬아릴 그룹, 할로겐 치환된 알킬 그룹, 할로겐 치환된 아릴 그룹, 할로겐 치환된 알킬아릴 그룹, 니트로 치환된 아릴 그룹, 니트로 치환된 알킬아릴 그룹, 니트로 및 할로겐 치환체를 갖는 아릴 그룹, 니트로 및 할로겐 치환체를 갖는 알킬아릴 그룹 및 화학식 C6H4SO3CHR'C6H4 - mQm(NO)2를 갖는 그룹으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
R'는 수소, 메틸 및 니트로 치환된 아릴 그룹으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
각각의 Q는 탄화수소 그룹, 하이드로카보녹시 그룹, NO2, 할로겐 원자 및 오 가노실리콘 화합물로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고,
m은 O, 1 또는 2의 값을 갖고,
단, Q는 산성 그룹이 아니다.
위에 개략된 양이온성 광경화성 중합체 이외에, 자유 라디칼 광경화성 중합체(예를 들어, 본원에서 참조로 인용된 미국 특허 제2,892,716호에 기술된 것)를 또한, 본 발명에 의해 사용할 수 있다. 본 발명의 자유 라디칼 중합체는 다음을 포함한다: 아크릴, 메타크릴, 설파이드, 비닐 케토, 비닐 아세테이트 및 불포화 폴리이미드계 중합체.
위에 개략된 광경화성 중합체 이외에, 열경화성 중합체를 또한, 본 발명에 의해 사용할 수 있다. 열경화성 시스템은 백금 촉매를 수소화규소 성분과 함께 사용하거나 수소화규소 관능기를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 과산화물 촉매화 시스템을 사용할 수 있다. 바람직한 열경화성 중합체는 분자당 평균 둘 이상의 반응성 관능성 그룹을 갖고, 수평균 분자량이 80,000 이하이고, 분자당 평균 0 내지 90mol%의 규소 결합된 페닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산을 하나 이상 포함한다. 오가노폴리실록산은 선형 또는 분지된 구조를 가질 수 있다. 오가노폴리실록산은 단독중합체 또는 공중합체일 수 있다. 반응성 그룹은 일반적으로 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖거나, 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 그룹일 수 있다. 오가노폴리실록산에서 알케닐 그룹은 말단, 늘어진 위치에 위치하거나 말단 및 늘어진 위치 둘다에 배치될 수 있다. 알케닐 그룹의 예는 비닐, 알릴, 부테닐 및 헥세닐을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또는, 반응성 그룹은 에폭시, 카비놀 또는 실라놀 관능기를 함유할 수 있다.
오가노폴리실록산에서 (반응성 그룹 이외에) 남은 규소 결합된 유기 그룹은 하이드로카빌 및 할로겐 치환된 하이드로카빌(이들은 둘다 지방족 불포화가 없다)로부터 독립적으로 선택된다. 이러한 1가 그룹은 일반적으로 1 내지 20개의 탄소 원자를, 또는 1 내지 10개의 탄소 원자를, 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다. 하이드로카빌 그룹의 예는 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다: 알킬(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 1-메틸에틸, 부틸, 1-메틸프로필, 2-메틸프로필, 1,1-디메틸페닐, 펜틸, 1-메틸부틸, 1-에틸프로필, 2-메틸부틸, 3-메틸부틸, 1,2-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실 및 옥타데실); 사이클로알킬(예를 들어, 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 메틸사이클로헥실); 아릴(예를 들어, 페닐 및 나프틸); 알킬아릴(예를 들어, 톨릴 및 크실릴); 및 아르알킬(예를 들어, 벤질 및 펜에틸). 할로겐 치환된 하이드로카빌 그룹의 예는 3,3,3-트리플루오로프로필, 3-클로로프로필, 클로로프로필 및 디클로로페닐을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 측쇄 그룹의 조성 및 몰량은 수득된 중합체의 굴절률이 최소한의 광 산란 손실로 나노입자/중합체 복합체를 형성하도록 선택된다.
혼성 물질의 나노입자 부분은 제작되는 광학 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만의 평균 입자 크기를 갖는 분산성 나노입자로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 800 내지 1000nm 파장을 전송시키기 위해서, 입자는 80nm 미만의 분산된 크기를 갖는다. 바람직하게는 나노입자는 용융 실리카, 훈증 실리카, 콜로이드성 실리카, 티타니아, 규소 또는 다른 나노 크기 물질을 포함하는 실리카를 포함하며, 이들은 모두 표면 처리제로 처리하거나 처리하지 않을 수 있다. 표면 처리제의 예는 중합체/나노입자 시스템의 분산성 및 안정성을 개선시키기 위한 유기 및 규소계 물질을 포함한다. 바람직한 측면에서, 크기가 80nm 미만의 입자 크기를 갖는 용융 실리카를 본 발명에 의해 사용할 수 있다.
위에 개략된 바와 같이, 나노입자 및 중합체는 혼화성이어서 두 가지 성분을 합치는 경우, 광의 산란을 방지해야 한다. 바람직하게는, 중합체 및 나노입자는 서로에게 근접한 굴절률을 갖는다. 바람직하게는, 중합체의 굴절률은 나노입자의 굴절률의 0.03 이내이다. 예를 들어, 용융 실리카의 나노입자를 사용하면, 850nm에서 1.45의 굴절률이 제공된다. 따라서, 중합체의 굴절률은 바람직하게는 1.48 내지 1.42 범위이다.
중합체/나노입자 혼성 물질은 또한, 아래에 더욱 상세하게 기술되는 방법을 사용하여 도파관의 형성에 허용되는 바람직한 요변성을 갖는다. 특히, 중합체/나노입자 혼성 물질은 1 sec-1의 측정 주파수에서 1 미만인, tan 델타 또는 G"/G'를 갖는다. 이는 인접 도파관의 형성을 허용하는 한편, 중합체 층이 경화되기 전에 도파관 사이에 분리를 유지시킨다.
본 발명의 바람직한 측면에서, 도파관 구조물의 제작은 인쇄 배선판 산업에 일반적인 대형 영역 적용에 용이하게 확대된다. 바람직하게는 인쇄 배선판 적용을 위한 확대 요건에 부합하는 제작 기술은 중합체 물질의 스크린 또는 스텐실 인쇄이다. 스크린 인쇄는 전자 및 디스플레이에 사용하기 위한 중합체 물질을 동시에 부착시키고 패턴화시키기 위해 잘 개발된 기술이다. 그러나 이 기술은 도파관 제작 공정에 사용하기 위해 개발되지는 않았다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 방법의 단계를 열거하는 블록도가 도시되어 있다. 제1 단계에서, 인쇄 배선판(PWB)에 연결 장치 및 바이어를 위한 구멍이 형성된다. 제2 단계에서, 연결 장치 핀 예비성형물을 PWB의 전기 측면에 결합시키고; 이에 의해, 연결 장치의 구멍 위치를 제한한다. 제3 단계는 PWB를 적합한 제제로 세정하고 접착 촉진제를 전기 및 광학 표면에 도포하여 후속 중합체 층의 도포를 보조함을 포함한다. 제4 단계는 광학 표면에 보호층의 도포를 포함한다. 제5 단계는 클래딩 중합체 층을 PWB의 전기 표면 상의 개방 바이어 속에 도포함을 포함한다. 제6 단계는 PWB의 전기 표면에, 참조 위치로서 제2 단계에서 결합된 연결 장치 핀을 사용하여 윈도우, 바이어 또는 소형 렌즈(lenslet) 어레이를 미세성형시키고 중합시킴을 포함한다. 제7 단계는 접착막 또는 땜납 마스크(solder mask)를 PWB에 도포하여 PWB의 전기 표면을 후속 처리 단계로부터 보호함을 포함한다. 제8 단계는 보호막을 PWB의 광학 표면으로부터 제거함을 포함한다. 제9 단계는 하부 클래딩 층을 광학 표면에 도포함을 포함한다. 하부 클래딩 층은 스핀 피복, 메니스커스(meniscus) 피복, 침지 피복, 커튼 피복 또는 스크린 인쇄할 수 있다. 하부 클래딩 층은 하부 클래딩 층을 도포한 후 평탄화시킨 다음에, 경화시킬 수 있다. 하부 클래딩 층은 접착성 배면 막에 도포한 후, 배선판에 적층시킬 수 있다. 하부 클래딩 층은 중합체(예를 들어, 유기 및 무기 물질)를, 이전에 위에 개략된 특성을 갖는 무기 실록산계 중합체를 포함하여 바람직한 물질과 함께 포함할 수 있다. 제10 단계는 PWB 상의 도파관 위치에 상당하는 하부 클래딩 층을 임의로 접착 촉진 처리함을 포함한다. 제11 단계는 코어 중합체 층을 부착시켜 목적하는 막 높이를 수득함을 포함한다. 코어 중합체 층은 스핀 피복법, 메니스커스 피복법, 커튼 피복법 또는 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 도포할 수 있다. 추가로 코어 중합체 층은 패턴화된 마스크와 스페이서의 직접 접촉에 의해 부착시킬 수 있다. 제12 단계는 코어 패턴을 바이어 위치에 대하여 배향시킨 다음에, 코어 중합체 층을, 바람직하게는 자외선 경화에 의해 경화시킴으로써 도파관을 측면으로 제한함을 포함한다. 제13 단계는 미경화 중합체를 코어 층으로부터 기계적 조력하의 용매를 사용하여, 필요한 경우, 광석판술 또는 스크린 또는 스텐실 인쇄에 대한 다른 대체 방법과 함께 세척함을 포함한다. 제14 단계는 PWB를 자외선에 노출시켜 임의의 잔류 코어 중합체 물질을 완전히 중합시킴을 포함한다. 제15 단계는 하부 클래딩 층 및 도파관을 접촉 촉진 처리함을 포함한다. 제16 단계는 충전제를 포함하는 상부 클래딩 층을 도파관 및 하부 클래딩 층 위에 도포함을 포함한다. 상부 클래딩 층은 블랭킷 피복 기술(예를 들어, 메니스커스 피복법, 커튼 피복법 또는 캐스팅)을 사용하여 도포할 수 있지만, 바람직하게는 상부 클래딩 층은 선택적으로 스크린 인쇄한다. 상부 클래딩 층은 중합체(예를 들어, 유기 및 무기 물질)를 이전에 위에서 개략된 특성을 갖는 무기 실록산계 중합체를 포함하는 바람직한 물질과 함께 포함할 수 있다. 제17 단계에서, 평면외 거울 위치에 근접하지만 이를 포함하지 않는 영역을, 자외선의 과다, 차폐 또는 유도된 점적 노출 적용에 의한 자외선 경화를 사용하여 경화시키고 중합시킨다. 제18 단계는 미경화 상부 클래딩 층에서 저접착성 철필 또는 섬유 팁을 사용하여 평면외 거울을 성형시킴을 포함한다. 도 2를 참조하면, 평면외 거울을 성형시키기 위한 단계의 도면 도해가 도시되어 있다. 거울은 바람직하게는 중합체 시스템의 자외선 경화와 함께 미세성형 방법을 병용하여 성형시킨다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 평면외 거울 제작 공정은 4개의 기본 단계를 포함한다. A 단계에서, 소량의 코어 중합체 물질을 45°로 연마된 섬유 팁에 도포한다. 섬유 팁은 일반적으로 100㎛ 이상이다. 바람직하게는 45°로 배향된 편평한 표면을 갖는 섬유 팁은 본 발명의 평면외 거울을 형성하는 중합체로 각도의 이동을 허용한다. 또한, 섬유 팁은 자외선 경화광을, 평면외 거울이 배치될 예정인 기판의 표면 상의 위치로 유도한다. 바람직한 측면에서, 섬유는 형성되는 수㎛의 평면외 거울 내에서 중합체를 경화시킬 뿐이며, 다른 평면외 거울이 특정 단계 및 반복 공정에서 순차적으로 형성되도록 한다. 첫번째 A 단계에서, 중합체는 또한 스크린 또는 스텐실 인쇄에 의해 부착시켜 A 단계에서 중합체를 섬유 팁에 놓을 필요성을 없앨 수 있다. B 단계에서, 섬유는 평면외 거울이 제작되는 위치 위에 배치되며, 중합체는 코어 중합체 층에 대하여 부착시킨다. C 및 D 단계에서, 중합체는 경화되어 코어 중합체 층과 일체적으로 성형되는 평면외 거울을 형성시킨 다음에, 섬유 팁은 D 단계에서 제거하거나 철회한다. 이 공정은 거울 표면당 0.1 dB 미만의 손실을 갖는 평면외 거울을 제조하는 것으로 입증되었다. 거울면의 중합공정은 투과 자외선의 전달에 의해 편재화되고, 전반사 또는 반사성 내부 표면을 사용하는 성형 철필에 의해 한정된다. 하나 이상의 축을 따라 정렬된 말단을 갖는 도파관의 어레이는 하나 또는 다수의 성형 표면을 갖는 넓은 철필을 동시에 사용하여 거울면이 생성된다.
도 6에 도시된 대체 양태에서, A 단계의 부하 단계는 생략할 수 있고, 이러한 경우에 평면외 거울은 상부 클래딩 층뿐만 아니라 코어 중합체 층에서 형성된다. 특히, 상부 클래딩 층을 도포한 후, 섬유 팁을 경화된 코어 층 위에 부착된 상부 클래딩 중합체 층의 미경화 영역에 적용한 다음에, 위에서 개략된 C 및 D 단계에서와 같이 경화시킬 수 있다.
제19 단계에서, PWB를 자외선에 과다 노출시켜 잔류 중합체 물질을 경화시킨다. 제20 단계는 평면외 거울을 금속 피복함을 포함한다. 금속은 쉐도우 마스크를 사용하여 도포할 수 있거나 스퍼터피복 알루미늄에 의해 또는 비전착성 금속 부착에 의해 도포할 수 있다. 제21 단계에서, 보호막(overcoat)을 PWB의 광학 표면에 도포한 후, 경화시켜 하부 층을 환경적 손상으로부터 보호한다. PWB가 다수의 광 상호접속 층을 갖는다면, 보호막 층을 상부 클래딩 층 및 금속 피복된 평면외 거울에 도포한 후, 제22 단계에서 상술된 바와 같이, 경화시킨다. 추가로 보호막을 경화시키기 전에 평탄화시킬 수 있다. 또는, 다중층의 제1 층인 상부 클래딩 층은 다음 코어 층의 하부 클래딩 층으로서 사용할 수 있다. 다음에, 제9 단계 내지 제20 단계를 반복하여 다음 광 상호접속 층을 형성시킨다.
본 발명은 예시적 방식으로 기술되었고, 사용된 전문용어는 사실상 제한보다는 설명하려는 것임을 이해해야 한다.
본 발명의 많은 변형 및 변화가 상기 교시의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구의 범위 내에서, 본 발명은 특정하게 기술된 것과 달리 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
Claims (30)
- 광학 및 전자 소자와 회로를 지지할 수 있는 기판,상부 클래딩(cladding) 층, 코어 중합체 층, 하부 클래딩 층, 및 중합체 도파관의 하부 표면 위에 형성된 자기적 및 기계적 보호 중합체 피막을 갖는 중합체 도파관(이때, 코어 중합체 층, 상하부 클래딩 층, 또는 이들 3개 층 모두는 tan 델타가 1 sec-1의 측정 주파수에서 1미만인 실록산 중합체-나노입자 혼성 물질을 포함하고, 실록산 중합체의 굴절률은 나노입자 충전제의 굴절률의 0.03 이내이다),상기 중합체 도파관에 의해 전송된 광을 상기 광학 및 전자 소자 또는 다른 중합체 도파관으로 유도하기 위한 거울 및상기 기판 및 상기 코어 중합체 층 또는 상하부 클래딩 층을 통한 광 전송을 허용하기 위한 바이어(via)를 포함하는 광 접속 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 나노입자 충전제가, 결합되어 광 전송을 지원하고 산란 또는 흡수를 통한 손실을 최소화하는 분산된 크기 및 굴절률을 갖고, 당해 크기가 광 접속 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만임을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 도파관의 두께가 100㎛ 이하임을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 에폭시, 비닐에테르, 비닐에스테르, 비닐, 올레펜 및 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 관능성 그룹을 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 자외선 경화성임을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 양이온성 광경화성 중합체를 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 광 분해성 산을 갖는 실록산 공중합체를 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 자유 라디칼 광경화성 중합체를 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 자유 라디칼 광경화성 중합체가 아크릴, 메타크릴, 설파이드, 비닐 케토, 비닐 아세테이트 및 불포화 폴리이미드계 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 열 경화성 중합체를 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 실록산 중합체가 분자당 평균 둘 이상의 반응성 관능성 그룹을 갖고, 수평균 분자량이 80,000 이하이며, 분자당 규소 결합된 페닐 그룹을 평균 0 내지 90mol% 갖는 오가노폴리실록산을 하나 이상 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 나노입자 충전제가 용융 실리카, 훈증 실리카, 콜로이드성 실리카, 티타니아 및 규소로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 나노입자 충전제가 실리카를 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 도파관이 도파관의 양 말단에서 형성된 거울들을 포함하고, 당해 거울이 도파관과 일체식으로 성형됨을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 거울들이 전반사 표면들을 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제1항에 있어서, 다수의 도파관을 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 제19항에 있어서, 다수의 도파관을 갖는 다층 구조물을 포함함을 특징으로 하는 광 접속 장치.
- 상부 클래딩 층, 코어 중합체 층 및 하부 클래딩 층을 갖는 중합체 도파관을 형성시키는 단계를 포함하는, 광 접속 장치의 제조방법으로서,이때 코어 중합체 층, 상하부 클래딩 층, 또는 이들 3개 층 모두는 tan 델타가 1 sec-1의 측정 주파수에서 1미만인 실록산 중합체-나노입자 혼성 물질을 포함하고,나노입자 충전제는 입자 크기가 스크린 인쇄 공정을 사용하는 광 접속 장치에 중요한 최단 파장의 1/10 미만인 나노입자를 포함하며,중합체 도파관을 형성시키는 단계는,인쇄 배선판에 연결 장치, 부품 및 바이어를 위한 구멍을 형성시키는 단계(1),연결 장치 핀 예비성형물을 상기 인쇄 배선판의 전기 측면에 결합시키는 단계(2),상기 인쇄 배선판을 세정제로 세정하고, 당해 인쇄 배선판의 전기 및 광학 표면을 접착 촉진 처리하는 단계(3),보호층을 상기 광학 표면에 도포하는 단계(4),클래딩 중합체 층을 상기 인쇄 배선판의 전기 표면 상의 개방 바이어 속에 도포하는 단계(5),윈도우, 바이어 또는 소형 렌즈(lenslet) 어레이를 상기 인쇄 배선판의 전기 표면에 미세 성형 및 중합시키는 단계(6),접착막 또는 땜납 마스크(solder mask)를 상기 인쇄 배선판에 도포하여 상기 전기 표면을 후속 처리 단계로부터 보호하는 단계(7),보호막을 상기 인쇄 배선판의 광학 표면으로부터 제거하는 단계(8),하부 클래딩 층을 광학 표면에 도포하는 단계(9),하부 클래딩 층을 접착 촉진 처리하는 단계(10),코어 중합체 층을 부착시켜 목적하는 막 높이를 수득하는 단계(11),코어 중합체 패턴을 바이어 위치에 대하여 정렬시킨 다음, 상기 코어 중합체 층을 경화시킴으로써 상기 도파관을 측면으로 한정하는 단계(12),미경화 중합체를, 필요한 경우, 상기 코어 중합체 층으로부터 기계 조력하의 용매를 사용하여 세척하는 단계(13),상기 인쇄 배선판을 자외선에 노출시켜 임의의 잔류 코어 중합체 물질을 완전히 중합시키는 단계(14),상기 하부 클래딩 층 및 도파관을 접착 촉진 처리하는 단계(15),충전제를 포함하는 상부 클래딩 층을 당해 도파관 및 당해 하부 클래딩 층 위에 도포하는 단계(16),거울 위치에 근접한 영역을 경화시키는 단계(17),미경화 상부 클래딩 층에서 저접착성 철필(stylus) 또는 섬유 팁을 사용하여 평면외 거울(out of plane mirror)을 성형시키는 단계(18),상기 인쇄 배선판을 자외선에 과다 노출시킴으로써 경화시켜 임의의 잔류 중합체 물질을 경화시키는 단계(19),상기 거울 표면을 금속 피복하는 단계(20) 및보호막을 상기 인쇄 배선판의 광학 표면에 도포한 후에 경화시켜 하부 층을 환경적 손상으로부터 보호하는 단계(21)를 포함하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제21항에 있어서, 다중층의 제1 층의 상부 클래딩 층을 다음 코어 층의 하부 클래딩 층으로서 사용한 후, 단계(9) 내지 단계(20)을 반복 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제21항에 있어서, 상부 클레딩 층을 부착시키기 전에 평면외 거울을 성형시키는 단계가,소량의 코어 중합체 물질을 45°로 연마된 섬유 팁에 도포하는 단계(a),섬유 팁을, 평면외 거울이 제작되는 위치 위에 배치하고, 상기 중합체를 부착시키는 단계(b),부착된 중합체를 경화시켜 평면외 거울을 코어 중합체 층과 일체식으로 형성시키는 단계(c) 및상기 섬유 팁을 제거하는 단계(d)를 포함함을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제25항에 있어서, 소량의 코어 중합체 물질을 섬유 팁에 도포하는 단계가 생략되고, 상기 섬유 팁이, 경화된 코어 층 위에 부착된 상부 클래딩 중합체 층의 미경화 영역에 적용됨을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제25항에 있어서, 거울면(facet)의 중합공정이 투과 자외선의 전달에 의해 편재화되고, 전반사 또는 반사성 내부 표면을 사용하는 성형 철필에 의해 한정됨을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제26항에 있어서, 거울면의 중합공정이 투과 자외선의 전달에 의해 편재화되고, 전반사 또는 반사성 내부 표면을 사용하는 성형 철필에 의해 한정됨을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제25항에 있어서, 하나 이상의 축을 따라 정렬된 말단을 갖는 도파관의 어레이가 하나 또는 다수의 성형 표면을 갖는 넓은 철필을 동시에 사용하여 거울면이 생성됨을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
- 제26항에 있어서, 하나 이상의 축을 따라 정렬된 말단을 갖는 도파관의 어레이가 하나 또는 다수의 성형 표면을 갖는 넓은 철필을 동시에 사용하여 거울면이 생성됨을 특징으로 하는, 광 접속 장치의 제조방법.
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