KR20060053175A - 인쇄회로기판의 형성 방법 - Google Patents

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쥐. 셀넛 제임스
엘. 모이니한 메튜
퍼그리아노 니콜라
디. 너드센 필립
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨.
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Abstract

광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (a) 제 1 인쇄회로기판을 제공하는 단계; (b) 상기 인쇄회로기판과 분리된 제 2 기판 상에 클래드 및 코어 구조체를 포함하는 광도파관 구조체를 형성하되, 상기 광도파관 구조체는 실리콘 함유 물질을 포함하는 단계; (c) 상기 제 2 기판으로부터 상기 광도파관을 분리하는 단계; 및 (d) 상기 인쇄회로기판에 상기 광도파관 구조체를 부착하는 단계를 포함한다. 본 발명은 하이브리드 인쇄회로기판, 즉, 전기 광학적 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 전자공학 및 광전자공학 산업계에서 특히 유용하다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매입 도파관 구조체는 다른 미세 입자들을 생성하는 인쇄회로기판 제조공정들에 의해 발생하는 오염으로부터 차단된 환경에서 제조될 수 있고, 향상된 광 특성을 갖는 도파관이 가능하게 한다.
본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 아래의 상세한 설명, 특허청구범위 및 첨부된 도면들을 검토하면 본 발명이 속하는 기술분야에 숙달된 자에게 명백하게 될 것이다.
인쇄회로기판, 광도파관, 클래드, 코어

Description

인쇄회로기판의 형성 방법{METHODS OF FORMING PRINTED CIRCUIT BOARDS}
도 1a 내지 1e는, 본 발명에 따라, 광도파관의 제조 단계별로 이를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2c는, 본 발명에 따라, 도 1의 광도파관을 결합시킨 인쇄회로기판의 제조 단계별로 이를 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는, 본 발명의 다른 양상에 따라, 광도파관의 제조 단계별로 이를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는, 본 발명에 따라, 도 3의 광도파관을 결합한 인쇄회로기판의 제조 단계별로 이를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5c는, 본 발명의 다른 양상에 따라, 광도파관 제조의 단계별로이를 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는, 본 발명에 따라, 도 5의 광도파관을 결합한 인쇄회로기판의 제조 단계별로 이를 도시한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다른 양상에 따라, 광도파관을 결합한 인쇄회로기판을 도시한 도면이다.
본 발명은 일반적으로는 인쇄회로기판(PCB)에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 인쇄회로기판에 상기 인쇄회로기판과는 별도의 기판 상에 형성된 광도파관을 결합시켜 광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 형성하는 방법에 관한 것이다.
광도파관은 코어와 상기 코어를 둘러싼 클래드를 포함하고, 클래드 대비 더 높은 코어의 굴절률로 인해 코어 내에서 방사광(optical radiation)이 전파하게 된다. 매입 광도파관(embedded optical waveguide)은 기판 상에 제 1 클래드층을 도포하고, 상기 제 1 클래드층 상에 코어층을 도포하고, 상기 코어층을 하나 이상의 코어 구조체로 패터닝하고, 상기 제 1 코어층 및 코어 구조체 위에 제 2 클래드층을 형성함으로써 형성될 수 있다. 상기 도파관 코어층은 통상 포토레지스트를 표준 포토리소그래피 및 에칭 공정을 사용하거나, 또는 광이미지 가능한 코어층을 노광 및 현상하여 패터닝된다. 예를 들면, Shelnut 등의 미국특허 제 6,731,857 호 및 미국 공개특허 US20040105652에서는 인쇄회로기판에 실세스퀴옥산(silsesquioxane) 성분을 이용하여 형성된 매입 광도파관을 개시하고 있다.
다른 회로기판의 제조 공정들과 같은 자리에서 광학층을 형성하는 것은 최종 광 구조체에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 도금 및 드릴링 공정과 같은 많은 회로기판 제조 공정들은 작은 입자들이나 다른 형태의 오염을 야기한다. 이러한 오염은 도파관 구조체의 제조 과정에서 도파관층에 함입되어, 예를 들면, 광 산란 및/또는 흡수를 통한 광 손실을 증가시켜 도파관의 광 전달 특성에 역효과를 미칠 수 있다. 이는 도파관 코어층에 특히 문제된다. 도파관 구조체는 일반적으로 표준 PCB 제조에서 통상적인 것보다 더 높은 해상도 패터닝을 요구하기 때문에, 이러한 오염은 코어 패터닝 시에 결함을 일으킬 수도 있다. 따라서 다른 회로기판 제조공정에 의해 발생하는 오염으로부터 차단된 환경 하에서 도파관를 제조할 수 있는 방법을 마련하는 것이 바람직하다.
따라서 위에 언급된 문제들 중, 하나 이상을 해결하거나 현저히 개선할 수 있는 광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 형성하는 개선된 방법에 대한 광전자 관련 산업계의 요구가 있다.
광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (a) 제 1 인쇄회로기판을 제공하는 단계; (b) 상기 인쇄회로기판과 분리된 제 2 기판 상에 클래드 및 코어 구조체를 포함하는 광도파관 구조체를 형성하되, 상기 광도파관 구조체는 실리콘 함유 물질을 포함하는 단계; (c) 상기 제 2 기판으로부터 상기 광도파관을 분리하는 단계; 및 (d) 상기 인쇄회로기판에 상기 광도파관 구조체를 부착하는 단계를 포함한다. 본 발명은 하이브리드 인쇄회로기판, 즉, 전기 광학적 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 전자공학 및 광전자공학 산업계에서 특히 유용하다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매입 도파관 구조체는 다른 미세 입자들을 생성하는 인쇄회로기판 제조공정들에 의해 발생하는 오염으로부터 차단된 환경에서 제조될 수 있고, 향상된 광 특성을 갖는 도파관이 가능하게 한다.
본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 아래의 상세한 설명, 특허청구범위 및 첨부된 도면들을 검토하면 본 발명이 속하는 기술분야에 숙달된 자에게 명백하게 될 것이다.
본 발명은 광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 형성하는 방법들을 제공한다. 간단히 언급하면, 상기 방법들은 제 1 기판 상에 광도파관 구조체를 형성하는 것을 포함한다. 광도파관 구조체의 클래드 및/또는 코어는 실리콘 함유 물질로부터 형성된다. 광도파관 구조체는 상기 제 1 기판으로부터 분리되고 인쇄회로기판에 부착된다.
다른 언급이 없는 한, 기재된 조성물의 성분들의 양은 용제가 전혀 없는 조성물을 기준으로 한 중량 퍼센트로 주어진다. "폴리머"라는 용어는 올리고머(oligomer), 다이머(dimer), 트리머(trimer), 테트라머(tetramer) 등을 포함하며, 호모폴리머 및 그 이상 차수의 폴리머들, 즉, 둘 이상의 서로 다른 모노머 단위들과 헤테로폴리머들로부터 형성된 폴리머들을 포함한다. "알킬"이라는 용어는 치환되거나 비치환되고, 체인의 내부 및 체인에 헤테로 원자들을 포함할 수 있는 선형, 브렌치 및 시클로알킬 그룹들을 의미한다. "방향족의"라는 용어는 치환되거나 비치환되고, 헤테로사이클들(heterocycles)을 포함할 수 있는 방향족 그룹들을 의미한다. "할로겐" 및 "할로"라는 용어들은, 플루오르(fluorine), 염소(chlorine), 브롬(bromine) 및 요오드(iodine)을 포함한다. 따라서 "할로겐화"이라는 용어는 플루오르화(fluorinated), 염소화(chlorinated), 브롬화(brominated), 요오드화(iodinated)를 의미한다. "상에" 및 "위에"라는 용어는 위치 관계를 정의함에 있어 상호 교차적으로 사용되며, 중간에 낀 층이나 구조체를 포함한다.
대표적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 기술하도록 한다. 도 1 및 2는 본 발명의 제 1 실시예의 양상에 따른 광 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 형성하는 공정의 흐름을 도시하고 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 광도파관이 형성될 기판(2)이 제공된다. 상기 기판의 물질은 형성할 도파관 구조체가 손상되지 않고 상기 기판으로부터 분리될 수 있는 것으로 선택된다. 통상적인 기판의 물질은, 예를 들면, 유리, 스테인레스스틸, 동박과 같은 금속 호일, 하이 임팩트 폴리스티렌(high impact polystyrene) 등을 포함한다. 선택에 따라, 기판으로부터 도파관 구조체를 용이하게 분리할 수 있게 하는 릴리즈층(release layer)(3)이 기판 상에 형성될 수 있다. 선택적인 릴리즈층으로서의 적합한 물질은, 예를 들면, 열적으로 또는 광화학적으로 처리된 실리콘들, 폴리비닐 스테아르산(polyvinyl stearate), 폴리비닐 카바메이트들(polyvinyl carbamate), 폴리 N-에틸-퍼플루오르악틸 술폰아미도에틸 메타아크릴산(poly N-ethyl-perfluoroactyl sulfanamidoethyl methacrylate) 및 Van Nostrand/Reinhold의 Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, 제 2 판에 기재된 다른 릴리즈 물질들을 포함한다. 선택에 따라, 기판은, 예를 들면, 산성 에천트(acid etchant) 안에의 동박과 같이, 용해되어 도파관 구조체를 릴리즈하는 희생 물질(sacrificial material)일 수도 있다.
도파관 구조체가 그 다음에 상기 기판(2) 상에 형성된다. 상기 도파관들은, 예를 들면, 제 1 클래드층의 형성, 코어층의 형성과 이에 이은 코어의 패터닝 및 제 2 클래드층의 형성을 포함하는 다층 공정에 의해 형성될 수 있다. 다른 대표적인 기술은 다광자 흡수를 이용하여 도파관의 내부 체적(internal volume)을 노출시켜 상기 노출된 체적에서의 굴절율의 변화를 일으킴으로서 코어층을 기계적으로 패터닝할 필요 없이 도파관를 형성하는 것이다.
상기 도파관의 클래드 및/또는 코어는 실리콘 함유 물질로 형성된다. 적합한 실리콘 함유 물질들은, 예를 들면, 실세스퀴옥산, 케이지드 실세스퀴옥산(caged silsesquioxane), 실록산, SOG 또는 도프 유리(doped glasses)(예를 들어, BPSG, PSG, BSG)와 같은 유리및 이들의 조합을 포함한다. 상기 도파관은, 예를 들면, 화학식 (RSiO1 .5) - R은 치환되거나 비치환 된 유기 그룹임 - 의 단위를 갖는 하이브리드 유기-무기 폴리머를 포함하는 조성물로부터 형성된다. 상기 폴리머는 1 내지 99.5wt%의 양으로, 예를 들면 60 내지 98.5wt%로 조성물에 포함될 수 있다. R에 대한 대표적인 유기 그룹은 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 및 헤테로사이클(heterocyclic) 그룹들을 포함한다. 알킬 그룹들은, 예를 들면, 1 내지 20개의 탄소 원자들을 갖는 곧은 사슬(straight chain), 측쇄(branched chain) 또는 환상 체인(cyclic chain)일 수 있으며, 통상 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, t-부틸, t-아밀, 옥틸, 데실, 도데실, 세틸, 스테아릴(stearyl), 시클로헥실및 2-에틸헥실과 같이 1 내지 20개의 탄소 원자들을 갖는다. 상기 알킬 그룹은 알킬 체인 내부 및/또는 상에서 헤테로 원자들로 치환될 수 있으며, 예를 들면, 또는 시클로펜틸, 시클로헥실, 노르보닐(norbonyl), 애더맨틀리(adamantly), 피퍼리디닐(piperidinyl), 테트라히드로푸라닐(tetrahydrofuranyl) 및 테트라히드로티오페틸(tetrahydrothiophenyl) 그룹들과 같은 비방향족 환상 그룹들일 수 있다. 대표적인 아릴 그룹은 6 내지 20 개의 탄소 원자들을 갖는 것들, 예를 들면, 페닐(phenyl), 토릴(tolyl), 벤질(benzyl), 1-나프틸(1-naphthyl), 2-나프틸(2-naphthyl) 및 2-페난트릴(2-phenanthryl)과 같이 6 내지 15 개의 탄소 원자들 갖는 것들을 포함하며, 이종 원자들, 예를 들면, 히드록시 및/또는 아미노와 같은 것들로 치환될 수 있다. 헤테로사이클릭(Heterocyclic) 그룹들은 방향족, 예를 들면, 디오펜(thiophene), 피리딘(pyridine), 피리미딘( pyrimidine), 피롤(pyrrole), 포스폴(phosphole), 아르솔(arsole) 및 퍼란(furane)일 수 있다. R은 치환 및 비치환된 메틸, 에틸, 프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 벤질(benzyl), 페닐(phenyl), 애더맨틸(adamantyl) 그룹들 및 이들의 조합일 수 있다.
상기 폴리머는 공중합체의 형태 또는 랜덤- 또는 블럭-타입의 더 높은 차수의 폴리머의 형태를 취한다. 상기 폴리머는 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 부가적인 실리콘 함유 단위들을 포함할 수 있으며, 이들 각 단위는 상기 폴리머를 기준하여 1 내지 85wt%, 예를 들면, 15 내지 80wt%, 25 내지 60wt%, 또는 25 내지 50wt%의 비율을 갖는다. 부가적인 유닛들은 예를 들면, 실세스퀴옥산, 케이지(cage) 실세스퀴옥산, 실록산및 이들의 조합일 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머는 화학식 R1SiO1 .5 - R1은 R과 관련하여 위에 기술한 바와 같이 치환 또는 비치환 유기 그룹임 - 의 단위들을 더 포함할 수 있다. R 및 R1 중 하나는, 예를 들면, 치환 또 는 비치환 알킬기 중에서 선택되고, R 및 R1 중 나머지는 예를 들면 치환 또는 비치환 아릴기로부터 선택된다. 상기 폴리머는 예를 들면, 메틸 실세스퀴옥산 단위들 및 부틸 실세스퀴옥산 단위들을 함유하는 공중합체와 같은 알킬 실리콘 폴리머; 페닐 실세스퀴옥산 단위들 및 트리플루오르메틸페닐-실세스퀴옥산 단위들을 함유하는 공중합체와 같은 아릴 실리콘 폴리머; 또는 메틸 및 페닐 실세스퀴옥산 단위들을 함유하는 공중합체와 같은 아르알킬(aralkyl) 실리콘 공중합체일 수 있다.
적합한 실록산 유닛들은, 예를 들면, 화학식 ((R2)2SiO) - R2 는 치환 또는 비치환 유기 그룹임 - 의 단위들, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필 및 기타 알킬 그룹, 또는 예를 들면 페닐, 톨릴(tolyl) 및 기타 아릴 그룹을 포함한다.
위 기술한 바와 같이, 폴리머의 사이드 체인 그룹(side chain group)은 선택적으로 치환될 수 있다. "치환된"은 하나 또는 그 이상의 사이드 체인 그룹 상의 하나 또는 그 이상의 수소 원자가 다른 치환 그룹, 예를 들면, 듀테륨, 플루오르, 브롬및 염소와 같은 할로겐, (C1-C6)알킬, (C1-C6)할로알킬, (C1-C10)알콕시, (C1-C10)알킬설퍼 함유 물질들 등에 의해 교체되는 것을 의미한다. 상기 폴리머들은 넓은 범위의 반복되는 단위들, 랜덤 또는 블럭을 포함할 수 있다. 본 발명에서 유용한 폴리머 단위들은, 예를 들면, 5 내지 150의 반복되는 단위들, 통상 약 10 내지 35의 반복 단위들을 가지며, 본 발명에서 유용한 실록산 단위들은 예를 들면, 5 내지 150의 반복 단위들, 통상 7 내지 25의 반복 단위들을 가질 수 있다. 따라서 상기 폴리머는 분자량에 있어서 매우 넓게 변한다. 통상, 상기 폴리머들은 중량 평균 분자량(Mw) 약 500 내지 15000, 더 일반적으로는 1000 내지 10000, 보다 더 일반적으로는 1000 내지 5000을 갖는다.
상기 폴리머들은 말단 그룹들 광조사(photoactivation) 후에 조성물에서의 용해도의 변동을 가능하게 하는 둘 또는 그 이상의 기능성 말단 그룹들을 포함할 수 있다. 이러한 말단 그룹들은 예를 들면, 히드록시; 에톡시(ethoxy), 프로폭시(propoxy), 이소프로폭시(isopropoxy)와 같은 알콕시; 카르복시 에스테르, 아미노, 아미도, 에폭시, 이미노(imino), 카르복실산(carboxyacid), 무수무(anhydride), 올레핀(olefinic), 아크릴(acrylic), 아세탈(acetal), 오르토에스테르(orthoester), 비닐에테르(vinylether)및 이들의 조합일 수 있다. 상기 기능성 말단 함량은, 예를 들면, 상기 폴리머를 기초로 약 0.5 내지 35wt%, 예를 들면, 약 1 내지 10wt%, 또는 2 내지 5wt%일 수 있다.
상기 조성물은 광활성 성분(photoactive component)을 더 포함할 수 있다. 상기 광활성 성분은 조사(activation)에 의해 통상 산 또는 염기를 생성하고 현상액에서 건조 상태의 조성물의 용해도를 변경한다. 다양한 광활성 성분들이 본 발명에 사용될 수 있으며, 광산성 발생제 및 광염기 발생제를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 유용한 상기 광산성 발생제는 광 노출에 의해 산을 발생하는 어떠한 화합물도 가능하다. 적합한 광산성 발생제는 알려진 할로겐화 트리아진(triazines), 아이오도늄염(onium salts), 술폰화 에스테르(sulfonated esters), 치환된 하이드록시이미드, 치환된 히드록실이민(hydroxylimines), 아지드(azides), 디아조나프토퀴논(diazonaphthoquinones)과 같은 나프토퀴논(naphthoquinones), 디아조( diazo) 화합물및 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
특히 유용한 할로겐화 트리아진은 예를 들면, 트리할로메틸-s-트리아진(trihalomethyl-s-triazines)과 같은 할로겐화 알킬 트리아진(alkyl triazines)을 포함한다. 상기 s-트리아진 화합물들은 특정 메틸-트리할로메틸-s-트리아진( methyl-trihalomethyl-s-triazines) 및 특정 알데히드 또는 알데히드 유도체들의 축합 반응 생성물들(condensation reation products)이다. 이러한 s-트리아진 화합물은 미국특허 제 3,954,475 호 및 와카바야시(Wakabayashi) 등의 Bulletin of the Chemical Society of Japan, 42,2924-30 (1969)에 공개된 방법에 따라 마련될 수 있다. 본 발명에 유용한 다른 트리아진 타입의 광산성 발생제들은 예를 들면, 미국특허 제 5,366,846 호에 개시되어 있다. 약한 친핵성 음이온들을 갖는 아이오도늄염은 본 발명의 광산성 발생제로서의 용도에 특히 적합하다. 이러한 음이온들의 예는 2가 내지 7가의 금속 또는 비금속 할로겐 복합 음이온들(halogen complex anions), 예를 들면, 안티몬, 주석, 철, 비스무스, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 티타늄, 지르코늄, 스탄듐, 크롬, 하프늄, 구리, 보론, 인및 비소이다. 적합한 아이오도늄염의 예는 주기율표 상의 그룹 VA 및 B, IIA 및 B및 I의 아이오도늄염 및 디아릴-디아조니움염와 같은 디아조니움염, 예를 들면, 아이오도니움염, 4급 암모늄, 포스포 및 아르소늄염과 같은 할로늄염, 방향족 술포늄염와 같은 술포늄염, 설폭소늄염 또는 셀레늄염을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 적합한 아이오도늄염 의 예는, 예를 들면, 미국특허 제 4,442,197 호, 제 4,603,101 호 및 제 4,624,912 호에 개시되어 있다. 트리페닐술포늄 헥사플루오르포스페이트와 같은 술포늄염 및 이들의 혼합물들이 일반적이다.
본 발명에서 광산성 발생기로서 유용한 술폰화 에스테르는 예를 들면, 술포닐옥시 케톤을 포함한다. 적합한 술폰화 에스테르는 벤조인 토실산, t-부틸페닐 알파-(p-톨루엔술포닐옥시)-아세테이트(t-butylphenyl alpha-(p-touenesulfonyloxy)-acetate), 2, 6-디니트로벤질 토실레이트 및 t-부틸 알파-(p-토우에네술포닐록시)-아세테이트를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 술폰화 에스테르는 예를 들면 Journal of Photopolymer Science and Technology, vol. 4, No. 3,337-340(1991)에 개시되어 있다.
사용될 수 있는 치환된 히드록시이미드(hydroxyimide)는 예를 들면, n-트리플루오르메틸술포닐옥시-2,3-디페닐말레이미드 및 2-트리플루오르메틸벤젠술포닐록시-2,3-디페닐말레이미드를 포함한다. 적합한 치환된 히드록실이미드는 예를 들면, 2-(-니트릴로-2-메틸벤질리덴)-(5-히드록시이미노부틸술포닐)-티오펜을 포함한다. 본 발명에 유용한 아지드(azide)는 예를 들면, 2,6-(4-아지도벤질리덴)시클로헥사논을 포함한다. 나프토퀴논은, 예를 들면, 2,3,4-트리히드록시벤조페논의 1-디아조나프토퀴논-4-술포네이트 에스테르를 포함한다. 디아조(diazo) 화합물 중에는, 1,7-비스(4-클로로술포닐 페닐)-4-디아조-3,5-헵탄디온이 사용될 수 있다.
본 발명에 유용한 광염기 발생제는 광 노출에 의해 염기를 발생하는 어떠한 화합물도 가능하다. 적합한 광염기 발생제는 벤질 카바메이트, 벤조인 카바메이트, O-카바모일히드록시아민, O-카바모일옥심, 아로마틱 술폰아미드, 알파-락탐(alpha-lactams), N-(2-알릴에테닐)아미드, 아릴아지드 화합물(arylazide compounds), N-아릴포름아미드(N-arylformamides), 4-(오쏘-니트로페닐)디히드로피리딘(4-(ortho-nitrophenyl)dihydropyridines) 및 이들의 조합을 포함한다.
용해도를 변경하기 위해 본 발명에서 유용한 광활성 성분의 양은, 부작용 물질(negative working material)의 경우에는, 화학선 방사에 노출되어 조성물의 용해도를 변경하고 현상액에서 노출된 부분을 불용해성으로 만들기에 충분한 어떠한 양이면 된다. 상기 광활성 성분은 통상 0.1 내지 25wt%, 예를 들면, 0.1 내지 12wt%의 양으로 조성물 내에서 존재한다.
상기 조성물로부터 형성된 구조체의 유연성을 향상시키기 위한 하나 또는 그 이상의 성분들이 상기 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 유연성-향상 물질은 통상 히드록시, 아미노, 티올(thiol), 술폰산 에스테르, 카르복실산 에스테르, 실릴 에스테르, 무수물, 아지리딘(aziridine), 메틸로메틸(methylolmethyl), 실릴 에테르, 에폭사이드, 옥세탄, 비닐 에테르, 실라놀 및 이들의 조합으로부터 선택된 다수의 기능성 그룹들을 포함한다. 상기 유연성-향상 물질들에서, 상기 기능성 그룹들은 통상 백본 물질(backbone material)에 부착된다. 대표적인 백본 물질은 치환 및 비치환 된 알킬 및 아릴 하이드로카본, 에테르, 아크릴산, 노볼락, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리케톤, 풀레렌(fullerenes), POSS 실리콘, 나노입자들및 이들의 조합을 포함한다. 상기 기능성 그룹들은 상기 백본 상에서 및/또는 상기 백본을 따라 하나 또는 그 이상의 위치에서 말단 그룹으로서 존재할 수 있다.
유연화 성분들의 예는, 화학식 R3(OH)x의 폴리올이되, 여기서 R3 는 치환 또는 비치환 된 (C2 - C25)알킬, (C7 - C25)아릴, (C8 - C25)아르알킬, (C6 - C25)시클로알킬 및 이들의 조합으로부터 선택되는 유기 그룹이고, x 는 2 또는 그 이상이지만 탄소 원자의 수를 초과하지 않는다. x가 2일 때, 유연화 성분의 예는 HOCH2-CHOH-(CH2)y-CH3 - y는 예를 들면, 프로필렌 글리콜 및 부틸렌 글리콜과 같은 0 내지 22임 - 와 같은 1,2 디올인 글리콜을 포함한다. 다른 예들은, HO-(CH2)z-OH - z는 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올 및 1,4-부탄디올과 같은 2 내지 25임 - 와 같은 α,ω-디올을 포함한다. x가 3일 때, 예들은 글리세린 및 트리메틸올프로판을 포함한다.
R3는 화학식 -O-(CR42)w- (w 는, 예를 들면, 1 내지 13임)의 폴리에스테르일 수도 있고, R4는 이와 같거나 다르고, 예를 들면, H, 또는 화학식 C1 - C12 알킬, 아릴, 아르알킬, 또는 시클로알킬의 치환되거나 비치환 된 유기 그룹일 수도 있다. 유연화 성분들의 예는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리부틸렌 옥사이드및 폴리테트라히드로푸랜(polytetrahydrofurane)을 포함한다.
유연성 향상 성분은 예를 들면, 62 내지 5000, 예를 들면, 62 내지 2000 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 이 성분은 조사(activation) 전 및 후에 건조된 상태에서의 조성물의 유연성을 향상시키기 위한 효과적인 양만큼 존재한다. 구체적인 양은 예를 들면, 유연성-향상 성분의 기능성 그룹들의 백본 및 타입 그리고 수에 의존한다. 이 성분은 예를 들면, 0.5 내지 35wt%, 예를 들면 2 내지 20wt%의 양으로 조성물 내에 존재한다.
앞서 말한 유연화제에 부가하여, 화학식 ((R2)2SiO)의 단위들을 갖는 폴리머와 관련하여 기술한 것들과 같은 실록산의 사용도 가능하다.
계면활성제(surface leveling agent), 습윤제(wetting agent), 거품방지제(antifoam), 부착강화제(adhesion promoter), 틱소트로픽제(thixotropic agent), 충진제(filler), 점도 변형제(viscosity modifier) 등의 다른 첨가물이 상기 조성물들에 선택에 따라 포함될 수 있다. 이러한 첨가물들은 코팅 조성물에 대한 기술분야에서 잘 알려져 있다. 계면 활성제는, Dow Chemical Company의 Silwet L-7604 실리콘-베이스 오일과 같은 실리콘-베이스 오일들이 상기 조성물들에 사용할 수 있다. 하나 이상의 첨가제가 본 발명의 조성물에 조합될 수 있을 것으로 사료된다. 본 발명에서 사용할 이러한 선택적인 첨가물들의 양은 구체적인 첨가물 및 요망되는 효과에 따라 다를 것이며, 이는 당업자의 능력의 범위 내에 있다. 이러한 다른 첨가물들은 통상 상기 조성물 내에서 5wt% 미만의 양으로, 바람직하게는 2.5wt% 미만으로 존재한다.
본 발명의 방법에 유용한 조성물은 임의적으로 하나 이상의 유기 가교제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 가교제는 3차원적인 방법으로 조성물의 성분을 연결하 는 물질을 포함한다. 실리콘 함유 폴리머와 반응하는 방향족 또는 지방성 가교제는 본 발명에서 사용하기 적합하다. 이러한 유기 가교제는 경화되어 실리콘 함유 폴리머와 중합된 네트워크를 형성할 것이며, 현상 용액 내의 용해도를 감소시킬 것이다. 이러한 유기 가교제는 모노머(monomer) 또는 폴리머일 수 있다. 가교제의 조합은 본 발명에서 성공적으로 사용될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 숙달된 자들에게 이해될 것이다.
본 발명에서 유용한 적절한 유기 가교제는, 제한되지는 않지만, 아민 함유 화합물, 에폭시 함유 물질, 적어도 2개의 비닐 에테르 그룹을 함유한 화합물, 아릴 대체 방향족 화합물 및 그 조합체를 포함한다. 전형적인 가교제는 아민 함유 화합물 및 에폭시 함유 물질을 포함한다.
본 발명에서 가교제로서 유용한 아민 함유 화합물은, 제한되지는 않지만, 멜라민 모노머, 멜라민 폴리머, 알키롤메틸 멜라민, 벤조구아나민 수지, 벤조구안아민-포름알데히드 수진, 우레아-포름알데히드 수지, 글리콜우릴-포름알데히드 수지및 이들의 조합을 포함한다.
적절한 유기 가교제 농도가 가교제 반응도 및 조성물의 특정 응용과 같은 요소에 의하여 변화될 것이라는 것이 본 기술 분야의 숙달된 자들에게 이해될 것이다. 사용시, 가교제는 전형적으로 0.1 내지 50 wt%, 예를 들어 0.5 내지 25 wt% 또는 1 내지 20 wt%의 양으로 조성물 내에 존재하다.
조성물은 임의적으로 하나 이상의 용매를 함유할 수 있다. 이러한 용매는 조성물의 제제화 및 기판 상에서의 조성물의 코팅에 도움이 된다. 매우 다양한 용매 가 이용될 수 있다. 적절한 용매는, 제한되지는 않지만, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르와 같은 글리콜 에테르, 메틸 셀로솔브 아세테이트, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 2염기성 에스테르와 같은 에스테르, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤과 같은 카보네이트, 에틸 락테이트, n-아밀 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트와 같은 에스테르, n-프로판올, 이소-프로판올과 같은 알콜, 사이클로헥사논, 메틸 이소부틸 케톤, 디이소부틸 케톤 및 2-헵타논과 같은 케톤, γ-부티로락톤 및 γ-카프로락톤과 같은 락톤, 디페닐 에테르 및 아니솔과 같은 에테르, 메시틸렌, 톨루엔 및 크실렌과 같은 하이드로카본, N-메틸-2-피롤리돈, N, N'-디메틸프로필렌에우레아와 같은 헤테로사이클릭 화합물 또는 그 혼합물을 포함한다.
조성물은 실리콘 함유 폴리머와 다른 임의의 성분들을 혼합물로 형태로 차례로 조합함으로서 제조될 수 있다.
다양한 기술, 예를 들어 스크린 프린팅, 커튼 코팅, 롤러 코팅, 슬롯 코팅, 스핀 코팅, 플러드(flood) 코팅, 정전기 스프레이, 스프레이 코팅 또는 딥(dip) 코팅에 의하여 폴리머층(polymeric layer)이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 조성물이 스프레이 코팅될 때, 가열된 스프레이건이 임의로 사용될 수 있다. 각 응용 방법을 위한 요구 조건들을 만족하기 위하여 점도 변형제(modifier), 틱소트로픽제, 충진제(filler) 등에 의하여 조성물의 점도가 조절될 수 있다. 층(들)의 두께는 특정 적용에 좌우될 것이다. 그러나, 건조 상태에서의 전형적인 두께 는 1 내지 100㎛, 예를 들어 10 내지 50㎛이다.
그 후, 코팅된 기판은 전형적으로 건조되어 코팅막으로부터 용매가 실질적으로 제거된다. 건조 공정은 예를 들어, 적외선 오븐, 대류 오븐, 대류/전도 오븐, 진공 오븐과 같은 오븐 내에서 또는 가열 플레이트 상에서 수행될 수 있다. 이러한 건조는 다양한 온도 및 시간에서 일어날 수 있으며, 선택된 특정 용매 및 건조 기술에 좌우된다. 적절한 온도는 존재하는 어떠한 용매를 실질적으로 제거하기 충분하면 된다. 전형적으로, 건조는 실온(25℃) 내지 170℃의 온도와 5초 내지 120분의 시간 조건에서 수행될 수 있다. 오븐을 사용할 때, 대표적인 시간은 10 내지 120분이며, 가열 플레이트에서는 10초 내지 10분이다.
제 1 클래드층(4)이 기판(2) 상에 (릴리즈층(3))과 함께 또는 릴리즈층 없이)형성되며, 코어층(6)이 제 1 클래드층(4) 상에 형성된다. 포토이미지 가능한 코어 재료의 경우, 코어층(6)은 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이 포토마스크(10)를 통하여 화학선 방사(8; actinic radiation)에 노출됨으로서 이미지화된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 코어층(6)의 노출되지 않은 부분은 현상되어 하나 이상의 코어 구조체(6')를 남긴다. 코어층(6)은 예를 들어, 표준 포토리소그래피를 사용한 다른 기술들 및 에칭 기술을 통하여 패터닝될 수 있다. 이 경우, 포토레지스트가 도파관 코어층 상에 코팅될 수 있고 원하는 패턴을 가진 아트워크(artwork)를 통하여 노출될 수 있다. 노출된 영역(포지티브 포토레지스트의 경우) 또는 노출되지 않은 영역(네거티브 포토레지스트의 경우)이 현상액 내에서 세정 제거된다. 반응성 이온 에칭과 같은 에칭에 의하여 패턴이 도파관 코어로 전사되며, 포토레지스 트는 제거된다. 코어 구조체(6')의 형성에 이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이 제 2 클래드층(12)이 제 1 클래드층(4) 및 코어 구조체(6') 상에 형성된다. 그로 인하여 제 1 클래드층(4), 코어층(6) 및 제 2 클래드층(12)을 포함한 도파관 구조체(14)가 형성된다.
최종 코어 구조체의 굴절률이 클래딩(cladding)의 굴절률보다 커야만 한다는 이해 하에, 제 1 클래드층, 코어층 및 제 2 클래드층을 위한 물질은 독립적으로 선택될 수 있다. 이들 층들의 두께는 5 내지 500㎛, 대표적으로는 8 내지 50㎛의 두께 범위를 갖고 크게 변화될 수 있다. 단일 모드 응용을 위해서는 6 내지 10㎛의 두께가 대표적인 반면에, 다중 모드 응용을 위해서는 40 내지 60㎛의 두께가 대표적이다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 그 다음에 도파관 구조체(14)가 기판(2)으로부터 분리된다. 예를 들어, 글라스 기판과 실세스퀴옥산 기반 도파관의 경우에 기판(2)으로부터의 도파관 구조체(14) 분리를 일으키기에 효과적인 온도 및 시간 조건에서도 1d에 도시된 구조체를 가열된 탈이온수 베쓰(deionized water bath) 내에 담금으로서 이러한 분리가 달성될 수 있다. 온도 및 시간이 특정 도파관 및 사용된 기판 재료에 좌우되는 반면에, 30 내지 100℃의 수온 및 60 내지 120분의 시간이 대표적이다. 분리후, 도파관 구조체가 조로부터 제거되며 예를 들어, 오븐 내에서 110℃의 온도로 15분 동안 가열되어 존재하는 액체가 제거된다.
예를 들어, 동박 기판의 경우, 기판의 제거는 에칭에 의하여 이루어질 수 있다. 적절한 에천트(etchant)는 예를 들어, 1%의 하이드로클로릭산, 1%의 설퓨릭산, 큐푸릭 클로라이드 및 설퓨릭 레록사이드를 포함한다.
릴리즈층이 기판(2)과 도파관 구조체(14) 사이에 사용되는 경우, 분리 기술은 도파관 클래드 및 릴리즈층 재료에 좌우될 것이다. 특정 릴리즈층, 예를 들어 폴리에틸렌 테라프탈레이트, 열적 또는 광화학적으로 경화된 실리콘 릴리이즈층, 폴리(테라플루오로틸렌), 폴리프로필렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리실록산 및 폴리아미드의 제거는 액체 매체를 사용하지 않고 릴리즈층과 기판으로부터 도파관을 벗겨내 제거함으로서 간단히 이루어질 수 있다. 도파관 구조체의 처리를 지지하기에 기계적으로 충분하다면, 기판으로서 고립된 릴리즈층은 사용될 수 있다. 일반적으로 공정 조건을 견디어 낼 수 있고 제조 완료후 도파관 재료의 용이한 제거를 허용하는 어떠한 기판이 사용될 수 있다.
상기 도 1과 관련하여 설명한 도파관 형성 및 분리과정 또는 분리에 이르는 과정은 인쇄회로기판의 기판이 제작되는 미립자의 대기로부터 격리된 깨끗한 환경, 예를 들어, 클라스(Class) 1000 또는 이보다 더 깨끗한 환경에서 유리하게 수행될 수 있다. 결과적으로, 광학적 손실 특성들 및 패턴 결함들과 같이 도파관 성능에 오염과 관련된 효과는 최소화되거나 제거될 수 있다. 다음으로 완성된 도파관 구조체는 인쇄회로기판의 어셈블리를 위해 인쇄회로기판 제작 영역 안에 이르게 된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판의 기판(18)이 제공된다. 일반적으로, 인쇄회로기판의 기판은 에폭시 수지의 시리즈 및 구리층들을 포함하는 박막의 시트이다. 박막 시트 상에는 에칭된 전자 회로들, 전도성 트레이스들 및 전자 소자들이 일측 또는 양측에 형성되거나 형성될 것이다. 기판의 디자인에 따라, 도파관 구조체는 기판 제조 공정에 더 빠르거나 더 늦은 단계에서 기판 안에 통합될 것이다.
상기 설명한 도파관 구조체(14)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판의 기판(18)과 접촉하여 부착된다. 그렇게 되기 전에, 접착제 물질(20), 예를 들어, 에폭시, 아크릴, 실리콘, 고무, ABS, 스틸렌/부타디엔, 폴리이소부틸렌, 폴리이소프렌 또는 이와 유사한 물질이, 도 2b에 도시된 바와 같이, 도파관 구조체(14) 및 인쇄회로기판의 기판(18)의 접촉 표면의 일측 또는 양측에 가해질 것이다. 사용되는 접착제에 따라, 다음 공정, 예를 들어 용제를 제거하기 위한 건조, 열경화, 또는 광경화가 사용될 것이다. 두 구조체는 예를 들어, 열 및 압력에 의한 라미네이션, 또는 부분적으로 경화된, 접착성의 제 2 클래드층을 사용하고 접착층으로서 상기 제 2 클래드층을 사용하는 기판에 도파관 구조체를 부착하는 다른 기술을 사용하여 부착될 수 있다.
인쇄회로기판의 기판(18)에 도파관 구조체(14)를 부착한 후에, 인쇄회로기판은 더 처리될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 유전층 및/또는 금속층들이 신호 전달을 위한 금속화된 구조체를 형성하기 위해 도파관 구조체(14) 위에 형성될 수 있다. 또한 예를 들어, VCSEL 칩과 같은 레이저 발산 장치 또는 광검출기와 같은 광전자 장치를 전기적으로 연결하는 것이 이 단계에서 수행될 것이다. 인쇄회로기판은 Printed Circuit Handbook, 제 5판, MaGraw-Hill(2001)에 설명된 바와 같은 공지의 기술을 사용하여 완성되도록 처리된다.
본 발명의 추가적인 실시예들은 남은 도면들을 참조하여 이하 설명될 것이 다. 설명된 곳을 제외하고, 상기의 설명은 또한 다른 실시예 양상에도 적용된다.
도 3은 본 발명과 관련된 다른 실시 방법을 도시한다. 이 과정은 도파관 구조체(14)가 오직 부분적으로 형성된다는 점에서, 도 1과 관련하여 상기 설명한 것과 다르다. 도파관 구조체(14)는 상기 설명한 바와 같이 형성된 제 1 클래드층(4) 및 도파관 코어 구조체(6')를 포함한다. 도파관 구조체(14)는 제 1 클래드층(4) 및 코어(6')가 형성된 후에 기판(2)으로부터 분리된다. 도 4a를 참조하면, 제 2 클래드층(12)은 인쇄회로기판의 기판(18)의 표면 위에 형성된다. 이 실시예에서, 제 2 클래드층(12)은 도파관 구조체(14)의 코어 구조체들(6')이 가해진 압력에서 제 2 클래드층에 삽입될 정도의 점도를 가져야 한다. 이것은 제 2 클래드 물질의 부분적인 건조에 의해 이루어질 것이다. 코어들을 인쇄 회로 기판의 기판(18) 및 제 2 클래드층(12)과 마주하게 한 상태에서, 코어 구조체(6')는 도 4b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 라미네이션에 의해 제 2 클래드층(12)에 접촉되고 그 안으로 밀린다. 재 2 클래드의 경화는 열에 의해 이루어질 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 양상을 도시하는데, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 코어 구조체(6')가 기판 위에 먼저 형성되고, 클래드층(12)이 기판(2) 및 코어 구조체(6') 위에 형성된다. 도파관 구조체(14)는 도 5c에 도시된 바와 같이 기판으로부터 분리된다. 도 6a를 참조하면, 클래드층(4)은 인쇄회로기판의 기판(18) 위에 형성된다. 코어의 노출된 부분들을 인쇄회로기판의 기판(18) 및 클래드층(4)과 마주하게 한 상태에서, 도파관 구조체(14)는 도 6b에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판 위의 클래드층(4)과 접촉하도록 된다. 클래드층(4)에 도파 관 구조체(14)의 부착은 열 및 압력에 의한 라미네이션과 같은 기술들에 의해 수행될 것이다.
앞의 실시예들은 인쇄회로기판의 기판의 한 표면에 부착된 광도파관 구조체를 도시하고 있으나, 다수의 도파관 구조체들이 기판의 같은 측 및/또는 다른 측들에 부착될 수 있음은 명백하다. 도 7은 기판의 반대편 위에 광도파관(14)이 형성된 인쇄회로기판(18)을 도시한다. 이러한 구조체는 광학적 상호 연결의 밀도를 증가시키기 위해 인정한다.
아래의 예측 실시예들은 본 발명의 더 다양한 양상들을 나타내고자 한 것이나, 어떤 양상도 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예들
실시예 1
A. 도파관 형성
클래드 (1) 형성
제 1 클래드층 조성물은 39.8wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49.99wt%의 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50), 10wt%의 폴리테트라하이드로퓨란, 0.2wt%의 아민 블록된 P-톨루엔 술폰산(an amine blocked p-toluene sulfonic acid) 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일 혼합물의 조합에 의해 형성된다. 상기 조성물은 유리 기판 위에 롤러 코팅되고, 15μm 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐(forced air oven)에서 약 90℃로 15분 동안 소프트 베이킹(soft- baked)되며, 이어서 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 하드 베이킹(hard-baked)된다.
코어 형성
코어층 조성물은 45wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아스테이트, 49wt%의 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50), 5wt%의 폴리디페닐실록산, 0.99wt%의 프리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일 혼합물의 조합에 의해 형성된다. 상기 조성물은 제 1 클래드층 위에 롤러 코팅되고, 50μm 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 10분 동안 소프트 베이킹 된다. 코어 구조체로 정의된 아트워크은 코어층의 바로 위에 놓인다. 상기 아트워크은 2cm 내지 14cm의 길이 및 25μm 내지 75μm 두께의 선형(linear), 분기된(branched), 그리고 구부러진(curved) 모양과 같이, 다양한 크기 및 모양의 도파관 형성을 위한 패턴을 포함한다. 800mJ/cm2의 화학선 방사가 상기 구조에 가해지고, 이어서 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 15분 동안 포스트- 노출-베이크(post-exposure-bake) 된다. 상기 노출된 기판은 약 38℃의 0.7N의 나트륨 수산화물 현상액에서 2분 동안 담긴다. 상기 기판은 이온이 제거된 물에서 헹궈지고 건조된다. 상기 층들은 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 베이킹된다.
클래드 (2) 형성
제 2 클래드층은 소프트 베이킹 후에 제 2 클래드층의 두께가 70μm인 것을 제외하고, 제 1 클래드층 형성에 사용되었던 것과 같은 조성물 및 절차에 따라 코어 구조체 및 제 1 클래드층 위에 형성된다. 그에 따라 광도파관이 형성된다.
도파관 분리
기판은 도파관 구조체를 기판으로부터 분리하기 위해, 약 99℃의 탈이온수 베쓰에 30분 동안 담긴다. 도파관 구조체는 베쓰로부터 제거되고 약 95℃의 오븐에서 30분 동안 건조된다.
B. 인쇄회로기판 형성
에폭시 수지침투가공제의 층상 및 라미네이팅을 포함하는 표준 라미네이션 방법들에 의해 마련된 두 층의 구리 서큐트리(circuitry) 내부층들 및 두 층의 인쇄된 서큐트리 외부층들을 가지는 다층의 구리 기반의 인쇄 기판이 제공된다. 회로 기판은 표면 위에 도파관 구조체가 결합되기 위한 영역을 가진다. 실리콘 접착제는 회로 기판의 결합 영역 위에 코팅된다. 도파관 구조체는 접착제 위에서 가압된다. 그리고 접착제는 약 50℃에서 30분 동안 경화된다. 스루홀(through hole)들은 도파관 및 회로 기판을 거쳐 형성된다. 구리는 회로 기판 위에 도금된다. 텐타블(tentable) 포토레지스트가 기판 표면에 위치하고, 포토마스크를 통해 노광, 현상되어 금속 트레이스 및 도금된 스루홀들을 한정하기 위한 마스크를 형성한다. 상기 구리는 에칭되어 구리 트레이스 도금된 스루홀들을 형성하고, 포토레지스트 마스크는 제거된다.
실시예 2
A. 도파관 형성
클래드 (1) 형성
제 1 클래드층은 39.8wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49.99wt%의 페닐-메틸 실세스퀴옥산(33:67), 10wt%의 부탄디올 디글리시딜 에테르, 0.2wt%의 아민 블록된 P-톨루엔 술폰산 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일의 혼합물로 스테인레스스틸 기판의 막 코팅에 의해 형성된다. 상기 조성물은 약 10μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 15분 동안 소프트 베이킹된다. 상기 조성물은 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 하드 베이킹된다.
코어 형성
코어층 조성물은 45wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49wt%의 페닐-메틸-디메틸 실세스퀴옥산(48:48:4), 5wt%의 폴리디페닐실록산, 0.99wt%의 프리페닐설포늄 트리플레이트 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일의 혼합물의 조합에 의해 형성된다. 상기 조성물은 제 1 클래드층 위에서 막 코팅되고, 약 50μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 10 분 동안 소프트 베이킹 된다. 실시예 1에 설명된 아트워크 및 다음의 과정은 가해지는 화학선 방사가 500mJ/cm2이라는 것을 제외하고, 코어 구조체의 형성에 사용된다.
클래드 (2) 형성
제 2 클래드층은 소프트 베이킹 후에 제 2 클래드층의 두께가 70μm인 것을 제외하고, 제 1 클래드층 형성에 사용되었던 것과 같은 조성물 및 절차에 따라 코어 구조체 및 제 1 클래드층 위에 형성된다. 그에 따라 광도파관이 형성된다.
도파관 분리
기판은 도파관 구조체를 기판으로부터 분리하기 위해, 약 50℃의 탈이온수 베쓰에 10분 동안 담긴다. 도파관 구조체는 베쓰로부터 제거되고 약 95℃의 오븐에서 30분 동안 건조된다.
B.인쇄회로기판 형성
다층의 구리 기반의 회로 기판은 실리콘 접착제 대신에 아크릴 접착제를 사용한다는 점 및 상기 접착제는 1000mJ/cm2의 화학선 방사에 노출되어 처리된다는 점을 제외하고, 실시예 1에 설명된 바와 같이 마련된다.
실시예 3
A. 도파관 형성
릴리즈층 (Release Layer) 형성
3μm 두께의 에폭시-폴리실록산 층은 릴리즈층을 형성하기 위해, 롤러 코팅에 의해 구리 클래드 패널 위에 형성되고, 약 100℃에서 15분 동안 처리된다.
클래드 (1) 형성
제1 클래드층은 롤러 코팅에 의해 릴리즈층 위에 형성되며, 제 1 클래드층의 조성물은 44.8wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49.99wt%의 페닐-메틸 실세스퀴옥산(33:67), 5wt%의 폴리카프로락톤, 0.2wt%의 아민 블록된 P-톨루엔 술폰산 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일의 혼합물이다. 상기 조성물은 약 10μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 15분 동안 소프트 베이킹 된다. 상기 조성물은 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 하드 베이킹 된다.
코어 형성
코어 구조체는 45wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49wt%의 페닐-메틸-디메틸 실세스퀴옥산(49:49:2), 5wt%의 폴리디페닐실록산, 0.99wt%의 프리페닐설포늄 트리플레이트 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일 의 혼합물의 조합에 의해 형성된 조성물을 사용한다는 점 및 500mJ/cm2의 화학선 방사에 코어층이 노출된다는 점을 제외하고, 실시예 1에 설명된 바와 같이 제 1 클래드층 위에 형성된다.
클래드 (2) 형성
제 2 클래드층은 소프트 베이킹 후에 제 2 클래드층의 두께가 70μm인 것을 제외하고, 제 1 클래드층 형성에 사용되었던 것과 같은 조성물 및 절차에 따라 코어 구조체 및 제 1 클래드층 위에 형성된다. 그에 따라 광도파관이 형성된다.
도파관 분리
도파관은 필링에 의해 릴리즈층 및 기판으로부터 제거된다.
B. 인쇄회로기판 형성
다층의 구리 기반의 회로 기판은 실리콘 접착제 대신에 UV 처리된 실리콘 접착제를 사용한다는 점 및 상기 접착제는 1000mJ/cm2의 화학선 방사에 노출되어 처리된다는 점을 제외하고, 실시예 1에 설명된 바와 같이 마련된다. 그에 따라 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 구조체가 형성된다.
실시예4
A. 도파관 형성
클래드 형성
제 1 클래드층은 39.8wt%의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 49.99wt%의 페닐-메틸 실세스퀴옥산(33:67), 10wt%의 부탄디올 디글리시딜 에테르, 0.2wt%의 아민 블록된 P-톨루엔 술폰산 및 0.01wt%의 Dow Silwet L-7604 실리콘 베이스 오일의 혼합물로 스테인레스스틸 기판의 막 코팅에 의해 형성된다. 상기 조성물은 약 10μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 15분 동안 소프트 베이킹 된다. 상기 구조는 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 하드 베이킹 된다.
코어 형성 및 도파관 분리
코어 구조체는 제 1 클래드층 위에 형성되고 도파관 구조체는 기판으로부터 분리하여 실시예2에 설명된 바와 같이 처리한다.
B. 인쇄회로기판 형성
에폭시 수지침투가공제의 층상(pre-preg) 및 라미네이팅을 포함하는 표준 라미네이션 방법들에 의해 마련된 두 층의 구리 서큐트리(circuitry) 내부층들 및 두 층의 인쇄된 서큐트리 외부층들을 가지는 다층의 구리 기반의 회로기판이 제공된다. 회로 기판은 표면 위에 도파관 구조체가 결합되기 위한 영역을 가진다. 회로 기판의 결합 영역은 제 2 클래드층을 형성하기 위해 제 1 클래드층 형성에 사용되 었던 것과 동일한 클래드 물질로 롤러 코팅된다. 제 2 클래드층은 80μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 90℃로 10분 동안 소프트 베이킹 된다. 분리된 도파관 구조체의 코어 구조체는 회로 기판 위의 제 2 클래드층과 접촉되게 놓여지고, 코어 구조체는 20 psi의 압력 하에서 클래드 안으로 가압된다. 전체 구조체는 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 처리된다. 스루홀들은 도파관 및 회로 기판을 거쳐 형성된다. 구리는 회로 기판 위에 도금된다. 텐타블 포토레지스트는 기판 표면에 도포되고, 포토마스트를 통해 노광, 현상되어 금속 트레이스 및 도금된 스루홀들을 한정하기 위한 마스크를 형성한다. 상기 구리는 에칭되어 구리 트레이스 및 도금된 스루홀들를 형성하고, 포토레지스트 마스크는 제거된다. 이에 따라 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이 구조체들이 형성된다.
실시예 5
A. 도파관 형성
코어 형성
코어 구조체는 실시예 2에 설명된 물질 및 절차와 다른 방법을 사용하여 스테인레스스틸 기판 위에 형성된다.
클래드 형성 및 도파관 분리
클래드층은 코어 구조체 위에 형성되고, 결과적으로 도파관 구조체는 실시예 2(클래드(2) 형성 및 도파관 분리)에 설명된 물질 및 절차를 사용하여 기판으로부터 분리된다.
B. 인쇄회로기판 형성
에폭시 수지침투가공제의 층상 및 라미네이팅을 포함하는 표준 라미네이션 방법들에 의해 마련된 두 층의 구리 서큐트리(circuitry) 내부층들 및 두 층의 인쇄된 서큐트리 외부층들을 가지는 다층의 구리 기반의 회로기판이 제공된다. 회로 기판는 표면 위에 도파관 구조체가 결합되기 위한 영역을 가진다. 회로 기판의 결합 영역은 제 2 클래드층을 형성하기 위해 제 1 클래드층 형성에 사용되었던 것과 동일한 클래드 물질로 롤러 코팅된다. 제 2 클래드층은 15μm의 두께를 위해 강제 순환식 건조 오븐에서 약 90℃로 10분 동안 소프트 베이킹 된다. 회로 기판을 향하고 있는 코어 구조체의 노출된 부분과 함께, 도파관 구조체는 회로 기판 위의 클래드층과 접촉되게 놓여지고, 약 100℃로 20psi의 압력 하에서 클래드에 대하여 가압된다. 전체 구조체는 강제 순환식 건조 오븐에서 약 180℃로 60분 동안 처리된다. 스루홀들은 도파관 및 회로 기판를 관통하여 형성된다. 구리는 회로 기판 위에 도금된다. 텐타블 포토레지스트가 기판 표면에 도포되고, 포토마스트를 통해 노광, 현상되어 금속 트레이스 및 도금된 관통홀들을 한정하기 위한 마스크를 형성한다. 상기 구리는 에칭되어 구리 트레이스 및 도금된 관통홀들을 형성하고, 포토레지스트 마스크는 제거된다. 이에 따라 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이 구조체들이 형성된다.
실시예 6 내지 10
실시예 1 내지 5에 마련된 도파관들은 각각, 각 실시예에서 설명한 바와 같은 절차를 사용하여 다층 회로 기판의 양측에 적용된다. 이에 따라 도 7에 나타난 바와 같은 구조체가 형성된다.
본 발명이 구체적인 실시예들과 관련하여 상세히 기술하고 있지만, 청구범위의 범위를 벗어남 없이, 다양한 변화 및 수정이 가해질 수 있고, 등가물이 채용될 수 있음은 당업계의 당업자들에게 명백하다.
본 발명은 하이브리드 인쇄회로기판, 즉, 전기 광학적 기능성을 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 전자공학 및 광전자공학계 산업에서 특히 유용하다.
본 발명에 따른 매입 도파관 구조체는 다른 미세 입자들을 생성하는 인쇄회로기판 제조공정들에 의해 발생하는 오염으로부터 차단된 환경에서 제조될 수 있고, 향상된 광 특성을 갖는 도파관이 가능하게 한다.

Claims (12)

  1. 광 기능성을 구비한 인쇄회로기판을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) 제 1 인쇄회로기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 인쇄회로기판과 분리된 제 2 기판 상에 클래드 및 코어 구조체를 포함하는 광도파관 구조체-상기 광도파관 구조체는 실리콘 함유 물질을 포함함-를 형성하는 단계;
    (c) 상기 제 2 기판으로부터 상기 광도파관을 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 인쇄회로기판에 상기 광도파관 구조체를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 함유 물질은 유리, 실록산, 또는 실세스퀴옥산인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 물질은 화학식 R1SiO1 .5의 단위들을 포함하는 폴리머이되, R1은 치환 또는 비치환된 유기 그룹인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 폴리머는 화학식 R2SiO1 .5의 단위들을 더 포함하되, R1은 치환 또는 비치환된 알킬기이고, R2는 치환 또는 미치환된 알킬기인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b1) 화학식 R1SiO1 .5 - R1은 치환 또는 비치환된 유기 그룹 및 복수의 기능성 말단기임 - 의 단위들; 및 화학선 방사에 노출시켜 상기 조성물의 용해도를 변경시키기 위한 제 1 성분을 포함하는 조성물로부터 코어층을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 코어층의 일부분을 화학선 방사에 노출시키는 단계; 및
    (b3) 상기 코어층을 현상함으로써, 상기 코어 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b1) 상기 제 2 기판 상에 제 1 클래드층을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 제 1 클래드층에 코어층을 형성하는 단계;
    (b3) 상기 코어층을 코어 구조체로 패터닝하는 단계; 및
    (b4) 상기 제 1 클래드층 및 코어층 상에 제 2 클래드층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b1) 상기 제 2 기판 상에 제 1 클래드층을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 제 1 기판 상에 코어층을 형성하는 단계; 및
    (b3) 상기 코어층을 코어 구조체로 패터닝하는 단계를 포함하고;
    단계 (d)에 앞서 상기 인쇄회로기판 상에 제 2 클래드층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 단계 (d)는 상기 제 1 클래드층 및 상기 코어 구조체를 상기 제 2 클래드층에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (b)는,
    (b1) 상기 기판 상에 코어층을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 코어층을 코어 구조체로 패터닝하는 단계; 및
    (b3) 상기 제 2 기판과 코어 구조체 상에 제 1 클래드층을 형성하는 단계를 포함하고;
    단계 (d)에 앞서 상기 인쇄회로기판 상에 제 2 클래드층을 형성하는 단계를 포함하되, 단계 (d)는 상기 제 1 클래드층 및 코어 구조체를 상기 제 2 클래드층에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (b)는 상기 제 2 기판과 광도파관 구조체의 사이에 릴리즈층(release layer)을 구비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (c)는 상기 제 2 기판 및 광도파관 구조체를 가열시킨 물과 접촉시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성된 광 기능성을 구비한 인쇄배선기판.
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