WO2009089560A2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement Download PDF

Info

Publication number
WO2009089560A2
WO2009089560A2 PCT/AT2009/000011 AT2009000011W WO2009089560A2 WO 2009089560 A2 WO2009089560 A2 WO 2009089560A2 AT 2009000011 W AT2009000011 W AT 2009000011W WO 2009089560 A2 WO2009089560 A2 WO 2009089560A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
photocurrent
optical
optoelectronic
structured
Prior art date
Application number
PCT/AT2009/000011
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009089560A3 (de
Inventor
Gregor Langer
Alexander Kasper
Volker Schmidt
Valentin Satzinger
Original Assignee
At & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by At & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft filed Critical At & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft
Publication of WO2009089560A2 publication Critical patent/WO2009089560A2/de
Publication of WO2009089560A3 publication Critical patent/WO2009089560A3/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1221—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths made from organic materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0274—Optical details, e.g. printed circuits comprising integral optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/10—Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
    • H05K2203/107—Using laser light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
    • H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
    • H05K3/0023—Etching of the substrate by chemical or physical means by exposure and development of a photosensitive insulating layer

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing at least one light waveguide according to the introductory parts of the independent claims.
  • JP 2002-357733 A discloses a printed circuit board element with a light waveguide between a transmitter component and a receiver component.
  • the two components are embedded in a polymerizable optical material that consists of two components with different refractive index.
  • a photocurrent emanating from the transmitter component is detected by a photodetector arranged outside this optical material via an optical fiber and a directional coupler, and the position of the optical fiber is adjusted until the photocurrent detected at the photodetector has a maximum. This is only about the optimal position of the optical fiber, wherein the light waveguide is subsequently structured in a conventional manner.
  • AT 503 585 A further describes a printed circuit board element and a method for the production thereof, wherein a light guide is structured as a connection between an optoelectronic component and a deflection mirror.
  • the component and the deflection mirror are embedded in a polymerizable material, which is structured by Mehrphotonenabsorption, as explained in more detail below.
  • a particularly advantageous technique is the direct structuring of a light waveguide in an optical photopolymer. merizable layered material in which the optoelectronic components are embedded, wherein in detail the respective light waveguide by photon irradiation, wherein it comes to Mehrphotonenabsorption is structured. This technique is described, for example, in AT 413 891 B.
  • this technique is such that the optoelectronic devices are mounted and contacted on a printed circuit board substrate, after which they are embedded in the optical material. Subsequently, the light waveguide is patterned between the optoelectronic components by irradiation, wherein a chemical reaction, namely polymerization, by simultaneous absorption of several (usually two) photons is activated. In view of the fact that normally two photons are absorbed simultaneously, this method is also called two-photon absorption method or TPA method (TPA - two-photon absorption).
  • TPA two-photon absorption method
  • the optical material is normally used for the irradiated laser wavelength (eg 800 nm) transparent so that it comes in opti ⁇ rule material no absorption and no polymerization onslui.
  • the radiation intensity is so high that the optical material simultaneously absorbs two or more photons, after which the said chemical reaction is activated.
  • An advantage here is also that, due to the transparency of the optical material for the excitation wavelength, all points in the layer of the optical material are reached, and thus three-dimensional structures can be written in the layer without problems.
  • Three-dimensional is understood to mean that the light waveguide not only has to run in one plane (the x / y plane), but can also vary in height (z direction), ie that the light waveguide in the x, y and z directions, but also that the light waveguide may have in its shape over its longitudinal extent changes in the x, y and z direction, such as the cross section of a circular shape to a flat elliptical shape, then again to a circular shape and further also to a high elliptical shape, etc. can change.
  • the multiphoton absorption process is a one-step patterning process in which no multiple exposures and No wet-chemical development steps are required, so that the structuring of the waveguide can be obtained particularly quickly and easily.
  • a further advantage here is that, in contrast to the earlier methods in which the optoelectronic components must be aligned mechanically to the light waveguide, in the multiphoton absorption method, the waveguide can be easily "zoomed" to the previously mounted optoelectronic components zoom
  • the optoelectronic components are measured in advance by means of an optical system, and the path of the light waveguide between the optoelectronic components measured in this way is calculated, thus making it possible to eliminate inaccuracies, such as twists or tiltings of the optoelectronic components
  • the desired positions of the waveguide ends in the z direction are determined by measuring the height of the optoelectronic components and calculating back to the z height of the active surfaces of the optoelectronic components Components (ie the
  • the invention provides a method and a device as defined in the independent claims.
  • Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.
  • the structuring of the light waveguide is carried out "actively", ie, during the structuring, the optoelectronic transmitter component, for example a laser diode, is activated so that it emits light
  • the optoelectronic transmitter component for example a laser diode
  • Bauele ⁇ element eg a photodiode
  • the Struktur istsweg of the waveguide is such actively controlled or adjusted that the photodiode current for the particular purpose will be optimal, so reaches a maximum in the normal case.
  • the present active patterning technique allows to realize an ideal waveguide in an optical connection between the respective optoelectronic components and inaccuracies in the assembly compensate the components or to avoid defects in the optical material.
  • said active patterning can be carried out easily, since the optoelectronic components are already integrated in the optical material, are easy to control, and the coupling between light waveguide and optoelectronic components via an optical (and not via a mechanical) method is performed. Furthermore, a strong deviation can be detected immediately, and a post-processing can be carried out immediately.
  • the procedure can be such that the components are measured beforehand in terms of position, rotation, etc. after which the transmitter device is driven to emit light detected at the receiver device.
  • the detected signal will generally be very low in this phase. It is then, for example, beginning at the transmitter component of the light waveguide in the direction of the receiver component - written to the calculated waveguide end point - through the aforementioned TPA structuring. The position of the waveguide start point is determined based on the survey data.
  • the light waveguide "grows", in the simplest case a straight waveguide, in its structuring direction, in particular the x direction, but by appropriate control of the beam guidance means, the photon beam or laser beam can also be continuously propagated in the y direction (FIG.
  • the photon laser beam may be deflected in various ways in the three directions (x, y, and z directions) in patterning the waveguide, changing the position of the focal point of the laser beam relative to the layer of the photopolymerizable optical material ,
  • the printed circuit board element may rest on a table which is moved in accordance with the three axes (x, y and z axes), whereas the laser unit or generally photon radiation unit is mounted stationary.
  • the sample table with the circuit board element fixed and let the laser beam unit to change its position in all three directions.
  • the table and / or the laser unit for example stepper motors, linear motors, but also - for small deflection movements - piezo actuators can be used.
  • One possibility is also to deflect the laser beam through the optics, in particular to perform very small and very fast changes in position with respect to the focal point;
  • the geometry of the focus can also be changed, for example via acoustooptic modulators or mirror systems by means of GaIvo or piezoactuators.
  • the movements of the laser beam are adjusted relative to the printed circuit board element in the x direction (waveguide direction) and at right angles thereto, in the y direction, for example by driving the sample table or the laser unit.
  • the vertical positioning, ie in the z-direction and small, faster x and y deflection movements of the photon beam can be realized via the optical or focusing unit.
  • the deviations in the transverse direction (y-direction) relative to the x / y-plane and in particular in the height direction (z-direction) are expediently taken into account for the minimum radius of curvature which applies to the course of the light waveguide, i. the deflection must not be greater than the maximum allowable curvature of the light waveguide to ensure proper light conduction in the light waveguide.
  • multiple waveguide sections may be generated, of which eventually the optimum waveguide section is used for the final light waveguide.
  • the most suitable waveguide section being determined on the basis of the measured electrical signal, corresponding to the photocurrent, and then proceeding from this waveguide section the remaining waveguide is written through to the other optoelectronic component.
  • This procedure is particularly suitable for straight light waveguides in which, after only a few millimeters, the light is focused on the opposing light by focusing the injected light. ing receiver component is blasted.
  • waveguide sections can be structured by one component, for example the transmitter component, in the direction of the other component, in particular to the receiver component, in such a way that they lie in Open the preliminary light waveguide.
  • waveguide sections with less favorable start coordinates will cause no or only a small increase in the photocurrent
  • those waveguide sections with optimal start coordinates ie approximately directly at the light exit point of the transmitter component, will cause an increase in the photocurrent.
  • the light waveguide is derived from one of the optoelectronic devices, such as the transmitter device, to the associated other device, e.g. structured to the receiver component, according to which the profile of the waveguide in a backward patterning to a component, so for example to the transmitter device, on the basis of the detection of the photocurrent is optimized as mentioned.
  • the final waveguide can be structured with a larger cross section than the probing waveguide. It is also advantageous if the probing waveguide is patterned with a lower photon beam power than the final waveguide.
  • the present active struc ⁇ turing can be used in the presence of optoelectronic transmitter and receiver arrays as ger components, wherein a these arrays associated waveguide array is structured with single waveguide channels; In the generation of these waveguide channels, the respective channel profile is determined according to a maximum photocurrent at the associated receiver and a minimum current, ie corresponding to a minimum crosstalk, at other receivers.
  • the active waveguide structuring it is also advantageously possible to connect the optoelectronic components not directly, but via other components, namely in particular via passive components, such as deflection mirrors, and it is accordingly also advantageous if at least two separate Waveguide for producing an optical connection via at least one passive component, eg a deflecting mirror, to be structured.
  • the active structuring explained above can lead to an optimum waveguide connection, and this also applies if, according to a further advantageous embodiment, separate waveguides are brought to a light input or output position on the surface of the optical layer Material leads, wherein one of the optoelectronic devices is disposed outside of the optical layered material.
  • At least one of the optoelectronic components is arranged outside the layer of the optical photopolymerizable material, but it is also conceivable to provide both components outside, if this is expedient or necessary for certain reasons. Nevertheless, even in these cases with a Eintial. Auskopplungs waveguide and embedded in the optical material deflecting the advantage of the present structuring are used.
  • a lens in particular for focusing purposes, can be patterned (active) using the present multiphoton absorption, the separate waveguide coupled with this lens.
  • a lens for coupling or decoupling by laser ablation or by a stamping process, as described, for example, in AT 503 585 B.
  • the active structuring can also lead to an optimal writing of mirror elements used in conjunction with active waveguide patterning, such as with an external photodiode.
  • the interpenetrating waveguides may have the same z-coordinate, i.
  • the waveguides can also be present at different heights and thus not touch each other, for example.
  • Such an arrangement can be provided as optoelectronic components, in particular in the case of transmitter and receiver arrays.
  • the apparatus which contains a photon beam unit, in particular a laser unit, with focusing unit and beam guiding means for bringing about a relative movement between the focus position of the photon beam and the printed circuit board element at least in the structuring direction and a control unit for driving the beam guiding means, thus relatively the focus position of the photon beam
  • the control unit is connected to a provided for operation of the photoelectric current generated in the operation between the optoelectronic transmitter component and the optoelectronic receiver component at the receiver component measuring unit and having evaluation means which are dependent determined by the measuring unit photocurrent determine the optimum focus position of the photon beam relative to the optical material and associated tracking signals for the Strahlstoryu make available.
  • the evaluation means provide coordinate signals in order to control the beam guiding or steering means in a manner known per se such that the focus position of the photon beam in the optical material is present at the desired location.
  • the measuring unit can also have several inputs in order to be able to measure a plurality of photon currents in the case of an optoelectronic receiver array, and the evaluation means are in this case
  • the beam guiding means may, as mentioned, comprise a two-axis drive means, for example with spindle drives and stepper motors, so as to cause not only the relative movement between the photon beam unit and the circuit board element in the structuring direction, the x-direction, but also a mechanical movement transverse thereto , in the plane parallel to the circuit board element level, so as by deflections in this transverse direction y - and further also by deflections in the height direction, the z-direction, eg by appropriate control of the focusing unit or optics of the photon beam unit - to find the most favorable position for the focal point (focus point) of the photon beam.
  • a two-axis drive means for example with spindle drives and stepper motors
  • the present technique can therefore be used to particular advantage in optoelectronic circuit boards with multimode or singlemode waveguides for high data transfer rates and large design freedoms, for rigid printed circuit boards as well as for flex printed circuit boards and rigid flex printed circuit boards, with one production is possible with high quantities. It thus becomes the realization of highly complex product applications, further miniaturization of printed circuit boards, an increase in the integration density of product features and improved functionality of the printed circuit boards to simple, cost-effective Way allows.
  • Such printed circuit boards, with structured according to the invention light waveguides can be used there with particular advantage, where applications require the highest data streams between components, modules or functional units (backplanes or multiprocessor boards) or a space-saving design of the links (mobile applications).
  • FIG. 1 shows in a schematic cross section a printed circuit board element with two optoelectronic components and a light waveguide extending therebetween;
  • FIG. 2 shows in a comparable schematic section a printed circuit board element with two optoelectronic components during their measurement before structuring the light waveguide;
  • FIG. 3 shows in a comparable section the principle underlying the active structuring of the light waveguide according to the invention
  • FIG. 5 is a sectional view similar to FIG. 4 of the active structuring of the light waveguide between two optoelectronic components, wherein additionally schematically in a block diagram an example of bringing about a relative movement between the printed circuit board element and the photon beam, namely for the activation of the photon beam unit and the control the focus position in the optical material of the board element is illustrated;
  • FIG. 6 shows, in a comparable section, a procedure with a mounting of short waveguide sections for the purpose of waveguide optimization
  • FIGS 7, 8 and 9 show three other possible ways of optimizing the light waveguides in the course of patterning due to the on-line measurement of the photocurrent
  • FIG. 10 shows a procedure in the presence of laser diode and photodiode arrays as optoelectronic components, for example in a horizontal cross section, according to a plane parallel to the plane of the printed circuit board element, wherein, in correspondence with Fig. 5, electronic units are additionally illustrated;
  • FIG. 11 is a sectional illustration comparable to FIG. 10 of the active structuring of a branching optical waveguide as an example of complex waveguide designs that can be produced according to the invention
  • FIGS. 12 shows in a sectional illustration comparable to FIGS. 10 and 11 the active structuring of two waveguides for producing an optical connection between two optoelectronic components via a passive component in the form of a deflecting mirror
  • FIGS. 13 and 14 show schematic cross-sectional views similar to FIGS. 1 to 9 of embodiments for producing an optical connection between an embedded first optoelectronic component and a second optoelectronic component arranged outside the optical layer of photopolymerizable material via a deflection mirror embedded in the optical layer 13, the receiver component is arranged outside the optical layer and, as shown in FIG. 14, the transmitter component radiates light from the outside of the optical layer, in particular laser light, into the optical layer, via a deflection mirror of the embedded photodiode as the receiver Supply optical signals to the optical component;
  • Figures 15A and 15B are partial cross-sectional views of optical signal beam out-of-order arrangements via a deflection mirror and a separate second waveguide, with lenses for multipoint absorption (Fig. 15A) and / or e.g. by laser ablation or by a stamping process (Figure 15B).
  • Fig. 16 in a schematic section similar to Fig. 10 of an arrangement with intersecting waveguides.
  • a printed circuit board element 1 is shown schematically and not to scale in a cross section, in which on a printed circuit substrate 2 optical components 3, 4, u. zw.
  • the optoelectronic components 3, 4, for example, a laser diode 3 and a photodiode 4 (when reference is made below to such concrete components for the sake of simplicity, this is of course not restrictive and, for example, instead of a photodiode 4, a phototransistor may be provided, etc.) in the printed circuit board element 1 more than just two components 3, 4, as shown in FIG.
  • optical layer 7 embedded, and in this optical layer 7 is between the two optoelectronic components 3, 4 a light waveguide 8 due to a Mehrphotonen absorption method structured.
  • this two- or multi-photon absorption structuring method and the materials for the optical layer 7 reference may be made, for example, to AT 413 891 B1 for the sake of simplicity.
  • Fig. 1 the active surface 9 of the laser diode 3 and the active surface 10 of the photodiode 4 are further illustrated, and the light waveguide 8 extends between these active surfaces 9, 10 of the two components 3, 4 in a central connection as possible, as can be achieved by the present technique of "active" structuring.
  • the z coordinates of the copper contact surfaces 5 and 6 can also be used to determine the z coordinates 9, 10 above, to the surface 13 of the optical layer 7, to be measured.
  • positions 9 'and 10' are taken as start position and end position of the light waveguide (8 in FIG 1).
  • the starting position 9 'thus calculated on the active surface 9 of the laser diode 3 and the end position 10' of the waveguide 8 on the active surface 10 of the photodiode 4 are not necessarily exactly in the optimum center position with respect to FIG active areas 9, 10 are provided, but this can be compensated in the present active waveguide structuring by the on-line structuring and verification during structuring.
  • the laser diode 3 or generally the optoelectronic transmitter component is electrically driven, so that light 14 is emitted, as in Fig. 3 with a plurality of beams schematically is indicated.
  • a connection e.g. the copper contact surface 6 of the photodiode 4 constantly detects the photocurrent of the photodiode 4, which is generated due to the light emission of the laser diode 3.
  • the initial lack of a light waveguide normally only a very small photocurrent will be measurable, if at all, at the beginning, u. mainly due to the divergence of the light beam of the laser diode 3 and because of the non-ideal orientation of the components 3, 4 relative to each other.
  • the light waveguide 8 is generally directed in the direction x, in, by means of a laser beam or generally photon beam 15 in accordance with the known TPA structuring method Direction to the calculated end point 10 'of the waveguide, inscribed.
  • the waveguide 8 during writing is constantly slightly in the y-direction (ie transverse to the plane in Fig. 4) and in the z-direction (ie in the vertical direction, perpendicular to the plane of the printed circuit board element. 1 ) distracted.
  • the calculated coordinates for the waveguide starting point 9 '- at the laser diode 3 - and the end point 10' - at the photodiode 4 are - as already indicated above in reality not necessarily the optimal positions for the realization of the best optical fiber connection. Deviations from the optimal points are, for example, due to inaccuracies due to the measurement method, but also to the structuring method, furthermore not always precisely determined parameters of the optical material (eg refractive index) of the optical layer 7, which are included in the calculation of the coordinates, and due to the application of the material caused irregularities of the optical layer 7.
  • the optical material eg refractive index
  • the laser diode 3 is activated so that it emits light, as explained with reference to FIGS. 1 and 2.
  • This light is received at least in part via the active surface 10 of the photodiode 4, and the electrical signal corresponding to the photocurrent is detected by means of a measuring unit 20, which is connected to the contact surface 6 of the photodiode 4, for example.
  • a control unit 21 is then connected, the evaluation means 22 for determining coordinates x, y and z for the optimum focus position 16 of the laser beam 15.
  • the laser beam is emitted by a laser unit 23 with an optical or focusing unit 24, wherein in the control unit 21 via the output 25 an optical control signal F is delivered to the optical unit 24, so as to obtain the optimum z-position of the focal point 16 to obtain.
  • the control unit 21 controls with two signals, the x and y signals, a drive unit 27 for the laser unit 23 or generally photon beam unit 23, wherein the drive unit 27 in the example shown, the laser unit 23 in a known per se , For example, via linear motors or stepper motors and spindle nuts or spindles (not shown in detail in FIG.
  • optical unit 24 can also be an adjustment of the position of the focal point 16 in the y-direction - in addition to that in the z-direction - are provided so as fast, short deflections in the y-direction together with the short, fast deflections in the Z direction in the course of the described active waveguide structuring to make.
  • the optical unit 24 and the drive unit 27 together form (beam) guiding or guiding means 29 to the Photonential. Laser beam 15 accordingly in the x, y and z direction to control.
  • FIG. 6 shows how a waveguide 8 is inserted into the optical waveguide 8. see layer is inscribed, wherein initially only short sections, for example, 8 ', 8'', starting from starting points 9', 9 '', are written. On the basis of the photocurrent signal picked up at the photodiode 4 (see FIG. 5), the optimum waveguide start section (with the starting point 17) can be determined upon detection of the maximum photocurrent signal, and only this becomes the complete light waveguide 8 bis written through to the correct end point 18 on the photodiode 4.
  • This technique is particularly suitable for rectilinear light waveguides 8, in which already after the first millimeter of waveguide structuring by focusing the light coupled into these waveguide sections, directing the light emitted at the laser diode 3 to the opposite detector component 4 (photodiode) results.
  • the waveguide section with the optimum starting point 17 has been structured as far as the photodiode 4, the sections 8 starting from the less suitable starting points 9 'and 9' ' 'and 8' ', however, were discontinued.
  • the light waveguide 8 does not necessarily have to have a precisely straight course, but - for example, to avoid defects in the optical material of the layer 7 - may also follow bends, as shown in FIG. 6 at about 30 is illustrated.
  • these further waveguide sections 8a, 8b are patterned in the direction of the photodiode 4 only after the preliminary structuring of a light waveguide 8 from the laser diode 3, wherein they receive such a course that they enter the provisionally structured waveguide 8 open.
  • Those waveguide sections 8a, 8b, the relatively bad starting points 9 r , 9 ? I which thus lead to a low photocurrent at the photodiode 4, will cause no increase in the photocurrent, optimal starting points, such as the starting point 17 (see also Fig. 4), however, cause an increase in the photocurrent at the photodiode 4th
  • the additional waveguide sections 8a, 8b can be left and into the final optical connection, even if they do not make a significant contribution to light transmission.
  • FIG. 8 Another variant for finding the optimum course of the optical connection is illustrated in FIG. 8.
  • a light waveguide 8 is started from the calculated start position 9 'on the side of the laser diode 3 and structured to the optimum end point 18 on the photodiode 4.
  • this waveguide 8 is optimized only for the photodiode interface.
  • another waveguide branch 31 is now structured, for example, approximately from the middle of the waveguide 8 back to the laser diode 3, towards the optimal starting point 17.
  • the optical-path optimization waveguide section 31 may also be started at a position closer to the laser diode 3, namely, at a position where no large changes in the photocurrent are expected to proceed toward the photodiode 4. Overall, then results in a final optimum light waveguide structure 8 from the starting point 17, with a parallel section from the starting point 9 ', and the union of the initial sections of the waveguide to the optimal end point 18 at the photodiode 4 and at its active Area 10.
  • This procedure is particularly suitable for curved waveguides 8, ie for waveguide configurations, which are provided when the two optoelectronic components 3, 4 are not provided directly opposite each other, but in the transverse direction (y-direction and / or z-direction) offset relative to each other, twisted or tilted.
  • Fig. 9 there is shown a technique in which a probing waveguide 31, 32 is interposed between the laser diode 3 and the photodiode 4, between the start points 17 and 9 'and the end point 18, respectively, and then, based on this probing Waveguide the final light waveguide 8 is structured, wherein the sounding waveguide 31, 32 is partially overwritten.
  • the sounding waveguide according to FIG. 9 can be made, for example, in accordance with that explained above with reference to FIG. 8 Principle to be structured; Accordingly, of the two sections 31, 32, the section 32 has been structured as the original part of the probing waveguide during writing in the x-direction, ie toward the photodiode 4, and the section 31 is in the course of a backward structuring to the laser diode third towards the optimal starting point 17, has been registered. For this reverse section, it was therefore expedient to use the same reference number as in FIG. 8, that is to say 31.
  • the probing waveguide 31, 32 may be provided with a reduced diameter compared to the final light waveguide 8, e.g. with a diameter of 20 .mu.m to 40 .mu.m, whereas the final waveguide 8 may have a final diameter of, for example, 30 .mu.m to 60 .mu.m.
  • a further advantageous possibility is further to structure the probing waveguide 31, 32 with a comparatively low laser power, in which case no maximum refractive index stroke is generated.
  • the optimal final optical waveguide 8 is finally written with the maximum laser ⁇ beam power so as to surrounding the maximum difference between the refractive indices of the waveguide 8 on the one hand and of the optical material of the layer 7 on the other hand, for optimal total reflection at the interface waveguide 8 / to obtain optical material of the layer 7.
  • the probing waveguide 31, 32 may have a smaller waveguide cross section than the final waveguide 8, but this is not necessary.
  • an arrangement with waveguides 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 arranged in an array 40 is schematically interposed, for example in a section parallel to the plane of the printed circuit board element, ie, to the x / y plane, through the optical layer 7 optical components 3, 4 provided, the latter by a laser diode array 41 and a photodiode array 42, each with a plurality of active surfaces 9.1, 9.2. 9.3, 9.4 or 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, are formed. Between these arrays 41, 42, the waveguide array 40 extends, wherein, for example, as shown in FIG. 10, a partially arcuate course of the individual channels 8.1 to 8.4 is provided, for example, because the diode arrays 41, 42 relative to each other in y- Direction are offset.
  • the control unit 21 is in turn connected to the output of the measuring unit 20, u. either via a multiple line system or via a bus in order to receive the corresponding photocurrent signals of the measuring unit 20 for all elements of the photodiode array 42.
  • conventional techniques such as time-division multiplexing or else frequency multiplexing, apart from the spatial multiplex already mentioned, can be used, according to the plurality of line conductors.
  • the received signals are re-evaluated to outputs 25 and 26, for example, control signals F and x, y for the optical unit (24 in Fig. 5) or drive unit (27 in Fig. 5) of the laser unit (23 in Fig. 5) to provide, for example, in turn, to achieve in this form, the relative movement between the laser beam and the sample (printed circuit board element 1).
  • control signals F and x, y for the optical unit (24 in Fig. 5) or drive unit (27 in Fig. 5) of the laser unit (23 in Fig. 5) to provide, for example, in turn, to achieve in this form, the relative movement between the laser beam and the sample (printed circuit board element 1).
  • the evaluation of the photocurrent signals can be done to optimize the complex waveguide design, with the waveguide array 40, as shown in FIG.
  • the photocurrent a certain optical connection, for example, from the active surface 9.1 to the associated active surface 10.1, maxi- mized, on the other hand interference or crosstalk to other channels are minimized, ie
  • the photocurrent at the diode elements 10.2, 10.3 and 10.4 of the photodiode array 42 should be minimal.
  • FIG. 11 Another example of a complex waveguide design is shown in FIG. 11 in a sectional view similar to that of FIG. Specifically, here is illustrated how a waveguide 8 branches into two arms 8A, 8B (a so-called "splitter” or Y-waveguide), with the two arms 8A, 8B inscribed to separate photodiodes 4A, 4B.
  • the two photodiodes 4A, 4B are opposed by a single laser diode 3.
  • the two split waveguide arms 8A, 8B can be optimized so that the same photocurrent is obtained at the two receiver components 4A, 4B.
  • FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment in which an optical connection between a transmitter component (laser diode 3) and a receiver component (receiver diode or photodiode 4) is produced via a passive component in the form of a deflection mirror 33 with a reflective surface 34 becomes.
  • the laser diode 3 and the photodiode 4 are not directly connected to each other, as in the previous examples, but via a detour, with the interposition of the deflection mirror 34.
  • the waveguide path from the laser diode 3 to the photodiode 4 on the described ⁇ be optimized manner, wherein a first separate waveguide 8 from the laser diode 3 to the deflection mirror 33 and a second separate waveguide 35 from the deflection mirror 33 to the photodiode 4 is actively structured.
  • the present active structuring i. Conversion of the photopolymerizable optical material of the layer 7 by multi-photon absorption can also be used to form the mirror surface 34.
  • one of the optoelectronic devices e.g. the photodiode 4 may also be provided outside the optical layer 7, in which case a deflecting mirror 33 'modified at least in its orientation then reflects the light beam towards the top of the optical layer 7.
  • the second separate waveguide 35 'in this case is directed vertically upwards to the surface of the optical layer 7 where the light beam is coupled out and finally impinges on the photodiode 4 provided at a distance therefrom, similar to the arrangement shown in FIG 12 in turn a measuring unit 20 is connected.
  • the transmitter component 3 can not only be a laser diode, but more generally a light source - an external light source - whereby, for example, a simple measurement of the intensity of the light during operation of the printed circuit board element 1 the task can be.
  • lenses 37 and 38 may also be incorporated for focusing.
  • the focusing lens 37 shown in Fig. 15A is also prepared by multiphoton absorption by photopolymerizing the material of the optical layer 7;
  • the lens 38 of FIG. 15B may be made by laser ablation or a stamping process, as is well known in the art. AT 503 585 B.
  • FIG. 16 also shows, in a representation similar to that of FIG. 10, an arrangement comprising a transmitter array 41 and a receiver array 42 and four waveguides 8.1 to 8.4 structured therebetween, wherein, in a modification of the embodiment according to FIG Crossover point 39 is schematically illustrated, in which the waveguide 8.2 the waveguide 8.1 over (or under) crosses; accordingly, the waveguide 8.1 leads from the transmitter element or starting point 9.1 to the end point 10.2, whereas the waveguide 8.2 leads from the starting point 9.2 to the end point 10.1.
  • the waveguide junctions which can also be produced with the aid of the present active structuring, the most diverse connections can be produced between the optoelectronic components, so that a great freedom of design is achieved.
  • the waveguides e.g. 8.1, 8.2, not only cross each other at a distance, but that these waveguides can penetrate each other, so for example, in the same height (on the same z-coordinate) can be.
  • circuit board elements are shown in the drawing only very simple and schematic, and that, for example Other components can be accommodated in the circuit board elements.
  • a plurality of transmitter and receiver components, with different optical waveguide connections can be provided in one printed circuit board element, and the printed circuit board elements can of course also be equipped with additional electronic components, apart from the optoelectronic components.
  • the circuit board elements in the form of so-called multilayer circuit boards with optical and / or electronic connections in several levels one above the other, as is also known per se.

Abstract

Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Licht-Wellenleiters (8) in einem optischen, photopolymerisierbaren, schichtförmigen Material eines Leiterplattenelements (1), zur Herstellung einer optischen Verbindung zwischen wenigstens einem optoelektronischen Sender-Bauelement (3) und wenigstens einem optoelektronischen Empfänger-Bauelement (4), wobei ein Photonenstrahl (15), vorzugsweise Laserstrahl, auf die Stelle des zu erzeugenden Wellenleiters (8) gerichtet und fokussiert wird und der Wellenleiter durch Mehrphotonenabsorption im optischen Material strukturiert wird, und wobei während der Strukturierung des Wellenleiters (8) ein Photostrom zwischen den optoelektronischen Bauelementen (3, 4) erzeugt wird, der am Empfänger-Bauelement (4) erfasst wird, und die Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) abhängig von der Amplitude des Photostroms gesteuert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Licht-Wellenleiters in einem Leiterplattenelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Licht-Wellenleiters gemäß den einleitenden Teilen der unabhängigen Ansprüche.
Zur Herstellung von integrierten optischen Signalverbindungen in Leiterplatten wurden bereits verschiedene Techniken vorgeschlagen, wie etwa die Anbringung einer optischen Kernschicht zwischen Mantelschichten, die einen Brechungsindex aufweisen, der verschieden von jenem der Kernschicht ist, wobei die Kernschicht mit den optoelektronischen Bauelementen optisch gekoppelt ist. Andererseits wurden auch bereits photolithographische Prozesse oder aber das Aushärten von Bereichen einer entsprechenden optischen Schicht durch UV-Licht vorgeschlagen.
- Aus der JP 2002-357733 A ist ein Leiterplattenelement mit einem Licht-Wellenleiter zwischen einem Senderbauelement und einem Empfängerbauelement bekannt. Die beiden Bauelemente sind in einem polymerisierbaren optischen Material eingebettet, dass aus zwei Komponenten mit unterschiedlichem Brechungsindex besteht. Bei der Herstellung wird ein vom Senderbauelement ausgehender Photostrom von einem außerhalb dieses optischen Materials angeordneten Photodetektor über eine Lichtleitfaser und einen Rich- tungskoppler erfasst, und es wird eine Justierung der Position der Lichtleitfaser vorgenommen, bis der am Photodetektor erfass- te Photostrom ein Maximum aufweist. Hierbei geht es nur um die optimale Position der Lichtleitfaser, wobei der Licht-Wellenleiter im Anschluss daran in herkömmlicher Weise strukturiert wird.
In der AT 503 585 A ist sind weiters ein Leiterplattenelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, wobei ein Lichtleiter eine Verbindung zwischen einem optoelektronischen Bauelement und einem Umlenkspiegel strukturiert wird. Das Bauelement und der Umlenkspiegel sind in einem polymerisierbaren Material eingebettet, welches durch Mehrphotonenabsorption, wie nachfolgend näher erläutert, strukturiert wird.
Aus der WO 2006/003313 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten optischen Schaltkreises bekannt, der in einem Block aus organischem Material eingebettet ist, welches ebenfalls durch Mehrphotonenabsorption polymerisierbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Technik ist die direkte Strukturierung eines Licht-Wellenleiters in einem optischen photopoly- merisierbaren schichtförmigen Material, in dem die optoelektronischen Bauelemente eingebettet sind, wobei im Einzelnen der jeweilige Licht-Wellenleiter durch Photonenbestrahlung, wobei es zur Mehrphotonenabsorption kommt, strukturiert wird. Diese Technik ist beispielsweise in der AT 413 891 B beschrieben.
Im Einzelnen wird bei dieser Technik derart vorgegangen, dass die optoelektronischen Bauelemente an einem Leiterplatten- substrat angebracht und kontaktiert werden, wonach sie im optischen Material eingebettet werden. Anschließend wird zwischen den optoelektronischen Bauelementen mittels Bestrahlung der Licht-Wellenleiter strukturiert, wobei eine chemische Reaktion, nämlich Polymerisation, durch gleichzeitige Absorption von mehreren (in der Regel zwei) Photonen aktiviert wird. Im Hinblick darauf, dass normalerweise zwei Photonen gleichzeitig absorbiert werden, wird dieses Verfahren auch Zweiphotonenabsorptions-Me- thode oder TPA-Methode (TPA - Two-Photon-Absorption) genannt. Das optische Material ist normalerweise für die eingestrahlte Laserwellenlänge (z.B. 800nm) transparent, so dass es im opti¬ schen Material zu keiner Absorption und zu keinem Polymerisati- onsprozess kommt. Im Fokusbereich des Laserstrahls oder allgemein Photonenstrahls ist jedoch die Strahlungsintensität so hoch, dass das optische Material zwei oder mehr Photonen gleichzeitig absorbiert, wonach die genannte chemische Reaktion aktiviert wird. Ein Vorteil ist dabei auch, dass durch die Transparenz des optischen Materials für die Anregungswellenlänge alle Punkte in der Schicht des optischen Materials erreicht und somit problemlos dreidimensionale Strukturen in der Schicht eingeschrieben werden können. „Dreidimensional" ist dabei so zu verstehen, dass der Licht-Wellenleiter nicht nur in einer Ebene (der x/y-Ebene) verlaufen muss, sondern auch in der Höhe (z- Richtung) variieren kann, d.h. dass sich der Licht-Wellenleiter in der x-, y- und z-Richtung erstrecken kann, aber auch, dass der Licht-Wellenleiter in seiner Form über seine Längserstreckung Veränderungen in x-, y- und z-Richtung aufweisen kann, etwa indem der Querschnitt von einer kreisförmigen Form zu einer flach elliptischen Form, dann wieder zu einer kreisförmigen Form und weiters auch zu einer hochstehend elliptischen Form usw. wechseln kann.
Der Mehrphotonen-Absorptionsprozess ist ein Einschritt- Strukturierungsprozess, bei dem keine Mehrfachbelichtungen und keine nass-chemischen Entwicklungsschritte erforderlich sind, so dass die Strukturierung des Wellenleiters besonders rasch und einfach erhalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist hier darin gelegen, dass im Gegensatz zu den früheren Verfahren, bei denen die optoelektronischen Bauelemente mechanisch zum Licht- Wellenleiter ausgerichtet werden müssen, bei der Mehrphotonen- Absorptionsmethode der Wellenleiter einfach an die zuvor montierten optoelektronischen Bauelemente heran „geschrieben" werden kann. Zu diesem Zweck werden die optoelektronischen Bauelemente vorab mittels eines optischen Systems ausgemessen, und der Weg des Licht-Wellenleiters zwischen den so vermessenen optoelektronischen Bauelementen wird berechnet. Damit können Un- genauigkeiten, wie Verdrehungen oder Verkippungen der optoelektronischen Bauelemente, die beim Bestücken, d.h. beim Montieren auf dem Leiterplattensubstrat, aufgetreten sind, ausgeglichen werden. Die Soll-Positionen der Wellenleiterenden in z-Richtung werden über eine Ausmessung der Höhe der optoelektronischen Bauelemente und Zurückrechnung auf die z-Höhe der aktiven Flächen der optoelektronischen Bauelemente (d.h. der Lichtemmissions- bzw. Lichtdetektionsflache der Bauelemente) realisiert. Gemäß AT 413 891 Bl wird davon ausgegangen, dass vorab die Messungen wie erwähnt durchgeführt werden, wonach die Strukturierung des Licht-Wellenleiters anhand der gemessenen Daten vorgenommen wird.
Mit dieser Methode werden die bei den früheren Techniken, bei denen die optoelektronischen Bauelemente mechanisch einjustiert und an den Wellenleiter angepasst werden, gegebenen Nachteile der teuren, zeitaufwändigen und ineffektiven Justierungsprozesse wesentlich gemindert; nichtsdestoweniger erscheint auch die Technik der nachträglichen Strukturierung des Licht-Wellenleiters nach dem beschriebenen Ausmessen der optoelektronischen Bauelemente verbesserungswürdig, vor allem was die Genauigkeit und die Effizienz der Anbindung der Licht-Wellenleiter an die optoelektronischen Bauelemente betrifft, wobei auch die Kostenfrage zu berücksichtigen ist.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung wie eingangs angegeben vorzuschlagen, wobei in rascher, effizienter Weise eine exakte optimierte Strukturierung des Licht-Wellenleiters in Anbindung an die optoelektronischen Bauelemente, die bereits zuvor montiert wurden, ermöglicht wird, und wobei die Kosten niedrig gehalten werden, wodurch die Entwicklung von integrierten optischen Verbindungen in Leiterplatten weiter vorangetrieben und eine Massenproduktion von optoelektronischen Leiterplattenelementen mit hohen Stückzahlen ermöglicht werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der vorliegenden Technik wird die Strukturierung des Licht-Wellenleiters „aktiv" vorgenommen, d.h. es wird während der Strukturierung das optoelektronische Sender-Bauelement, also beispielsweise eine Laserdiode, aktiviert, so dass es Licht emittiert. Während der nun folgenden Strukturierung des Licht- Wellenleiters wird das am optoelektronischen Empfänger-Bauele¬ ment (also z.B. einer Photodiode) ankommende Licht detektiert, und der Strukturierungsweg des Wellenleiters wird derart aktiv gesteuert oder nachgeregelt, dass der Photodiodenstrom für den jeweiligen Zweck optimal wird, im Normalfall also ein Maximum erreicht. Damit können Lichtsender und Lichtdetektor optimal, mit minimalen optischen Verlusten, miteinander optisch gekoppelt werden. Demgemäß erlaubt es die vorliegende aktive Strukturie- rungstechnik, einen idealen Wellenleiter in einer optischen Verbindung zwischen den jeweiligen optoelektronischen Bauelementen zu realisieren und Ungenauigkeiten bei der Bestückung der Bauelemente auszugleichen bzw. Störstellen im optischen Material zu umgehen. Dabei wird weiters der Vorteil erzielt, dass die genannte aktive Strukturierung leicht durchgeführt werden kann, da die optoelektronischen Bauelemente bereits im optischen Material integriert sind, leicht anzusteuern sind, und die Kopplung zwischen Licht-Wellenleiter und optoelektronischen Bauelementen über eine optische (und nicht über eine mechanische) Methode durchgeführt wird. Weiters kann eine starke Abweichung sofort erkannt werden, und auch eine Nachbearbeitung kann sofort durchgeführt werden. Eine nachträgliche Vermessung der optischen Verbindung über den Licht-Wellenleiter ist nicht mehr nötig, da die Vermessung bereits während der Strukturierung sozusagen „online" durchgeführt wurde. Diese Online-Messung führt auch dazu, dass etwaige defekte Teile, bei denen beispielsweise eine Nachbearbeitung nicht möglich ist oder nicht erfolgreich durchgeführt werden könnte, sofort bekannt sind und aus dem Produktioήspro- zess entfernt werden können.
Bei der vorliegenden Strukturierung des Licht-Wellenleiters kann, wenn beispielsweise die optoelektronischen Bauelemente einfach in der optischen Schicht eingebettet werden und eine direkte optische Verbindung zwischen den optoelektronischen Bauelementen hergestellt wird, derart vorgegangen werden, dass vorab die Bauelemente hinsichtlich Position, Verdrehung etc. vermessen werden, wonach das Sender-Bauelement angesteuert wird, damit es Licht emittiert, das am Empfänger-Bauelement detektiert wird. Das detektierte Signal wird allerdings in dieser Phase im Allgemeinen noch sehr gering sein. Es wird dann beispielsweise beginnend am Sender-Bauelement der Licht-Wellenleiter in Richtung Empfänger-Bauelement - zum berechneten Wellenleiterendpunkt hin - durch die vorgenannte TPA-Strukturierung eingeschrieben. Die Position des Wellenleiterstartpunkts wird aufgrund der Vermessungsdaten bestimmt. Je länger der Licht-Wellenleiter wird, und je näher er dem Empfänger-Bauelement kommt, umso höher wird der gemessene Photostrom am Empfänger-Bauelement. Während dieser Strukturierung „wächst" der Licht-Wellenleiter, im einfachsten Fall ein gerader Wellenleiter, in dessen Strukturierungsrich- tung, insbesondere der x-Richtung, es kann aber durch entsprechende Ansteuerung der Strahlführungsmittel der Photonenstrahl bzw. Laserstrahl laufend auch in y-Richtung (also quer zur Licht-Wellenleiter-Richtung x, jedoch in der x/y-Ebene parallel zum Leiterplattenelement) sowie in Höhenrichtung (z-Richtung, und zwar durch Verlagerung des Fokuspunktes) ausgelenkt werden, um so das Maximum des Photostroms am Empfänger-Bauelement zu finden. Auf diese Weise kann z.B. jener Lichtwellenleiterpfad ermittelt und realisiert werden, der den höchsten Photostrom liefert .
Im Einzelnen kann der Photonen- bzw. Laserstrahl auf verschiedene Arten in den drei Richtungen (x-, y- und z-Richtung) beim Strukturieren des Wellenleiters abgelenkt werden, wobei die Position des Fokuspunktes des Laserstrahls relativ zur Schicht des optischen photopolymerisierbaren Materials verändert wird. Beispielsweise kann das Leiterplattenelement auf einem Tisch aufliegen, der entsprechend den drei Achsen (x-, y- und z-Achse) bewegt wird, wogegen die Lasereinheit oder allgemein Photonen- strahleinheit stationär angebracht ist. Andererseits ist es auch denkbar, den Probentisch mit dem Leiterplattenelement fest anzuordnen und die Laserstrahleinheit ihre Position in allen drei Richtungen ändern zu lassen. Für diese Verstellungen des Tisches und/oder der Lasereinheit können beispielsweise Schrittmotoren, Linearmotoren, aber auch - für kleine Auslenkbewegungen - Pie- zoaktuatoren eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht auch darin, den Laserstrahl über die Optik abzulenken, um insbesondere sehr kleine und sehr schnelle Positionsänderungen betreffend Fokuspunkt durchzuführen; mit dieser Ablenkung mit Hilfe der Optik kann aber auch die Geometrie des Fokus geändert werden, etwa über akustooptische Modulatoren oder Spiegelsysteme mittels GaI- vo- oder Piezoaktuatoren. In der Praxis werden die Bewegungen des Laserstrahls relativ zum Leiterplattenelement in x-Richtung (Wellenleiter-Richtung) und im rechten Winkel dazu, in y-Rich- tung z.B. durch Antreiben des Probentisches oder der Lasereinheit eingestellt. Die vertikale Positionierung, also in z- Richtung sowie kleine, schnellere x- und y- Auslenkbewegungen des Photonenstrahls können über die Optik- bzw. Fokussiereinheit realisiert werden.
Bei den Abweichungen in der zur x/y-Ebene gelegenen Querrichtung (y-Richtung) und insbesondere in der Höhenrichtung (z- Richtung) wird zweckmäßig der minimale Krümmungsradius berücksichtigt, der für den Verlauf des Licht-Wellenleiters gilt, d.h. die Auslenkung darf nicht stärker sein als die maximal zulässige Krümmung des Licht-Wellenleiters, um die ordnungsgemäße Lichtleitung im Licht-Wellenleiter sicherzustellen.
Es können auch ausgehend vom Startpunkt, etwa vom Sender- Bauelement, mehrere Wellenleiter-Abschnitte erzeugt werden, von denen schließlich der optimale Wellenleiter-Abschnitt für den endgültigen Licht-Wellenleiter verwendet wird. Dabei kann beispielsweise derart vorgegangen werden, dass vorab mehrere kurze Wellenleiter-Abschnitte eine kurze Strecke eingeschrieben werden, wobei anhand des gemessenen elektrischen Signals, entsprechend dem Photostrom, der am besten geeignete Wellenleiter- Abschnitt ermittelt wird, und von diesem Wellenleiter-Abschnitt ausgehend wird dann der restliche Wellenleiter bis zum anderen optoelektronischen Bauelement durchgeschrieben. Diese Vorgangsweise eignet sich insbesondere für gerade Licht-Wellenleiter, bei denen schon nach den ersten Millimetern durch eine Fokussie- rung des eingekoppelten Lichts das Licht auf das gegenüberlie- gende Empfänger-Bauelement gestrahlt wird.
Andererseits können aber auch nach Strukturierung eines vorläufigen Licht-Wellenleiters weitere Wellenleiter-Abschnitte von dem einen Bauelement, beispielsweise dem Sender-Bauelement, in Richtung zum anderen Bauelement, insbesondere zum Empfänger-Bau¬ element, strukturiert werden, und zwar derart, dass sie in den vorläufigen Licht-Wellenleiter einmünden. In diesem Fall werden Wellenleiter-Abschnitte mit nicht so günstigen Startkoordinaten keine oder nur eine geringe Erhöhung des Photostroms bewirken, jene Wellenleiter-Abschnitte mit optimalen Startkoordinaten, also etwa direkt an der Lichtaustrittsstelle des Sender-Bauelements, werden eine Erhöhung des Photostroms bewirken.
Bei einer ähnlichen Vorgangsweise wird der Licht-Wellenleiter ausgehend von einem der optoelektronischen Bauelemente, etwa dem Sender-Bauelement, bis zum zugehörigen anderen Bauelement, z.B. zum Empfänger-Bauelement strukturiert, wonach der Verlauf des Wellenleiters in einer Rückwärts-Strukturierung zum einen Bauelement, also beispielsweise zum Sender-Bauelement, hin auf der Basis der Erfassung des Photostroms wie erwähnt optimiert wird.
Es ist auch von Vorteil, wenn vorab zumindest ein Sondierungs-Wellenleiter von einem der Bauelemente zum anderen auf der Basis des erfassten Photostroms strukturiert wird, wonach der endgültige Wellenleiter unter Überschreiben des Sondierungs-Wellenleiters strukturiert wird. Dabei kann der endgültige Wellenleiter mit einem größeren Querschnitt als der Sondierungs- Wellenleiter strukturiert werden. Auch ist es günstig, wenn der Sondierungs-Wellenleiter mit einer geringeren Photonenstrahl- Leistung als der endgültige Wellenleiter strukturiert wird.
Mit besonderem Vorteil kann die vorliegende aktive Struktu¬ rierung bei Vorliegen von optoelektronischen Sender- und Empfän- ger-Arrays als Bauelemente eingesetzt werden, wobei ein diesen Arrays zugehöriges Wellenleiter-Array mit einzelnen Wellenleiter-Kanälen strukturiert wird; bei der Erzeugung dieser Wellenleiter-Kanäle wird der jeweilige Kanal-Verlauf entsprechend einem maximalen Photostrom am zugehörigen Empfänger und einem minimalen Strom, d.h. entsprechend einem minimalen Übersprechen, an anderen Empfängern festgelegt.
Mit der vorliegenden Technik können nicht nur einfache Licht-Wellenleiter, mit geradem und/oder gekrümmten Verlauf etc., sondern auch sich verzweigende Wellenleiter strukturiert werden, wobei es in vorteilhafter Weise möglich ist, die Wellenleiter-Arme gemäß einem vorgegebenen Photostromverhältnis, z.B. mit gleich großen Photostromanteilen, zu strukturieren.
Im Rahmen der Erfindung mit der aktiven Wellenleiter-Strukturierung ist es auch mit Vorteil möglich, die optoelektronischen Bauelemente nicht direkt, sondern über andere Komponenten zu verbinden, nämlich insbesondere über passive Komponenten, wie Umlenkspiegel, und es ist demgemäß auch vorteilhaft, wenn zumindest zwei gesonderte Wellenleiter zur Herstellung einer optischen Verbindung über zumindest eine passive Komponente, z.B. einen Umlenkspiegel, strukturiert werden. Auch in diesem Fall kann die vorstehend erläuterte aktive Strukturierung zu einer optimalen Wellenleiter-Verbindung führen, und dies trifft weiters auch zu, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gesonderte Wellenleiter zu einer Licht- Ein- bzw. Auskopplungsposition an der Oberfläche des optischen schichtför- migen Materials führt, wobei eines der optoelektronischen Bauelemente außerhalb des optischen schichtförmigen Materials angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist somit zumindest eines der optoelektronischen Bauelemente außerhalb der Schicht des optischen Photopolymerisierbaren Materials angeordnet, denkbar ist es aber auch, beide Bauelemente außerhalb vorzusehen, wenn dies aus bestimmten Gründen zweckmäßig oder notwendig ist. Nichtsdestoweniger kann auch in diesen Fällen mit einem Einbzw. Auskopplungs-Wellenleiter und dem im optischen Material eingebetteten Umlenkspiegel der Vorteil der vorliegenden Strukturierung genützt werden.
Im weiteren kann dann beispielsweise auch mit Hilfe der vorliegenden aktiven Strukturierung an der Ein- bzw. Auskopplungs- Position oder etwas im Inneren der optischen Schicht eine Linse, insbesondere zu Fokussierungszwecken, mit Hilfe der vorliegenden Mehrphotonenabsorption (aktiv) strukturiert werden, wobei der gesonderte Wellenleiter mit dieser Linse gekoppelt wird. An sich ist es aber auch denkbar, eine Linse zum Einkoppeln oder Auskoppeln durch Laserablation oder durch einen Stempelprozess herzustellen, wie dies beispielsweise in AT 503 585 B beschrieben ist.
Die aktive Strukturierung kann überdies auch in einem solchen Fall zu einem optimalen Einschreiben von Spiegelelementen in Verbindung mit der aktiven Wellenleiter-Strukturierung, etwa bei einer externen Photodiode, verwendet werden.
Es ist ferner auch möglich, einander kreuzende bzw. einander schneidende Wellenleiter, nämlich auch mit einer Durchdringung von zwei Wellenleitern, zu strukturieren; die einander durchdringenden Wellenleiter können dabei dieselbe z-Koordinate haben, d.h. auf derselben Höhe liegen, die Wellenleiter können jedoch auch in unterschiedlichen Höhen vorliegen und so einander beispielsweise nicht berühren. Eine derartige Anordnung kann insbesondere im Fall von Sender- und Empfänger-Arrays als optoelektronische Bauelemente vorgesehen werden. Ein Vorteil bei einander kreuzenden Wellenleitern in unterschiedlichen Höhen liegt darin, dass eine gegenseitige Beeinflussung der Lichtsignale in den kreuzenden Wellenleiter vermieden wird. Einander kreuzende oder schneidende Wellenleiter ermöglichen eine große Designfreiheit .
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Photonen- strahleinheit, insbesondere Lasereinheit, mit Fokussiereinheit sowie Strahlführungsmittel zur Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen der Fokusposition des Photonenstrahls und dem Leiterplattenelement zumindest in der Strukturierungsrichtung und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Strahlführungsmittel enthält, um so die Fokusposition des Photonenstrahls relativ zur optischen Schicht des Leiterplattenelements zu steuern, wird zweckmäßig vorgesehen, dass die Steuereinheit mit einer zum Erfassen des im Betrieb zwischen dem optoelektronischen Sender- Bauelement und dem optoelektronischen Empfänger-Bauelement erzeugten Photostroms am Empfänger-Bauelement vorgesehenen Messeinheit verbunden ist und Auswertmittel aufweist, die abhängig vom von der Messeinheit erfassten Photostrom die optimale Fokusposition des Photonenstrahls relativ zum optischen Material ermitteln und zugehörige Nachführsignale für die Strahlführungsmittel zur Verfügung stellen. Dabei liefern die Auswertmittel Koordinaten-Signale, um die Strahlführungs- oder - lenkmittel in an sich bekannter Weise derart anzusteuern, dass die Fokusposition des Photonenstrahls im optischen Material an der gewünschten Stelle vorliegt.
Die Messeinheit kann dabei auch mehrere Eingänge haben, um mehrere Photonenströme im Falle eines optoelektronischen Empfänger-Arrays messen zu können, und die Auswertmittel sind in die- sem Fall mit Vorteil dazu eingerichtet, mehrere solche Photostrominformationen bei der Ermittlung der optimalen Fokusposition auszuwerten, wobei derart vorgegangen werden kann, dass die Fokusposition so geregelt wird, dass der Photostrom am zum gerade eingeschriebenen Wellenleiter gehörigen Empfängerelement maximal ist, wogegen der Photostrom an den anderen Empfängerelementen des Empfänger-Arrays minimal wird.
Die Strahlführungsmittel können wie erwähnt eine zwei-achsi- ge Antriebseinrichtung umfassen, beispielsweise mit Spindeltrieben und Schrittmotoren, um so nicht nur die Relativbewegung zwischen der Photonenstrahleinheit und dem Leiterplattenelement in der Strukturierungsrichtung, der x-Richtung, herbeizuführen, sondern auch eine mechanische Bewegung quer dazu, in der Ebene parallel zur Leiterplattenelement-Ebene, um so durch Auslenkungen in dieser Querrichtung y - sowie weiters auch durch Auslenkungen in der Höhenrichtung, der z-Richtung, z.B. durch entsprechende Ansteuerung der Fokussiereinheit bzw. Optik der Photonenstrahleinheit - die jeweils günstigste Position für den Brennpunkt (Fokuspunkt) des Photonenstrahls herauszufinden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit basierend auf den Vorteilen der TPA-Strukturierungsmethode eine aktive Änderung der Position des Fokuspunktes während des Einschreib- oder Strukturierungsvorgangs und damit eine aktive Strukturierung des Licht-Wellenleiters in der optischen Schicht des Leiterplattenelements realisiert. Es wird demgemäß ein „sich den optimalen Weg selbst suchender Licht-Wellenleiter" generiert. Dadurch wird eine schnelle, effektive und auch auf die Gegebenheiten (Position der optoelektronischen Bauelemente, Position der aktiven Zonen der Bauelemente) optimierte Anbindung von Wellenleitern an integrierte optoelektronische Bauelemente ermöglicht.
Die vorliegende Technik kann daher mit besonderem Vorteil in optoelektronischen Leiterplatten mit Multimode- oder Singlemode- Wellenleitern für hohe Datentransferraten und große Designfreiheiten eingesetzt werden, und zwar für Rigid-Leiterplatten ebenso wie für Flex-Leiterplatten und für Rigid-Flex-Leiterplatten, wobei eine Produktion mit hohen Stückzahlen möglich ist. Es wird somit die Realisierung hochkomplexer Produktapplikationen, eine weitere Miniaturisierung der Leiterplatten, eine Erhöhung der Integrationsdichte von Produktfeatures und eine verbesserte Funktionalität der Leiterplatten auf einfache, kostengünstige Weise ermöglicht. Derartige Leiterplatten, mit gemäß der Erfindung strukturierten Licht-Wellenleitern, können dort mit besonderem Vorteil eingesetzt werden, wo Applikationen höchste Datenströme zwischen Bauelementen, Modulen oder Funktionseinheiten (Backplanes oder Multiprozessor-Boards) oder ein platzsparendes Design der Verbindungsstrecken (mobile Anwendungen) benötigen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigen in der Zeichnung im Einzelnen:
Fig. 1 in einem schematischen Querschnitt ein Leiterplattenelement mit zwei optoelektronischen Bauelementen und einem sich dazwischen erstreckenden Licht-Wellenleiter;
Fig. 2 in einem vergleichbaren schematischen Schnitt ein Leiterplattenelement mit zwei optoelektronischen Bauelementen bei deren Vermessung vor Strukturierung des Licht-Wellenleiters;
Fig. 3 in einem vergleichbaren Schnitt das der erfindungsgemäßen aktiven Strukturierung des Licht-Wellenleiters zu Grunde liegende Prinzip;
Fig. 4 in einem vergleichbaren Schnitt eine Zwischenstufe bei der aktiven Strukturierung des Licht-Wellenleiters gemäß der Erfindung;
Fig. 5 in einer Schnittdarstellung ähnlich Fig. 4 die aktive Strukturierung des Licht-Wellenleiters zwischen zwei optoelektronischen Bauelementen, wobei zusätzlich schematisch in einer Art Blockschaltbild ein Beispiel für die Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen Leiterplattenelement und Photonenstrahl, nämlich für die Ansteuerung der Photonenstrahleinheit und die Regelung der Fokusposition im optischen Material des Leiterplattenelements, veranschaulicht ist;
Fig. 6 in einem vergleichbaren Schnitt eine Vorgangsweise mit einer Anbringung von kurzen Wellenleiter-Abschnitten zwecks Wellenleiter-Optimierung;
Die Fig. 7, 8 und 9 drei weitere mögliche Vorgangsweisen bei der Optimierung der Licht-Wellenleiter im Zuge der Strukturierung aufgrund der Online-Messung des Photostroms;
Fig. 10 eine Vorgangsweise bei Vorliegen von Laserdioden- und Photodioden-Arrays als optoelektronische Bauelemente, beispielsweise in einem horizontalen Querschnitt, gemäß einer Ebene parallel zur Ebene des Leiterplattenelements, wobei in Entsprechung zu Fig. 5 elektronische Einheiten zusätzlich veranschaulicht sind;
Fig. 11 in einer der Fig. 10 vergleichbaren Schnittdarstellung die aktive Strukturierung eines sich verzweigenden Licht- Wellenleiters als Beispiel für erfindungsgemäß herstellbare komplexe Wellenleiterdesigns;
Fig. 12 in einer der Fig. 10 und 11 vergleichbaren Schnittdarstellung die aktive Strukturierung von zwei Wellenleitern zur Herstellung einer optischen Verbindung zwischen zwei optoelektronischen Bauelementen über eine passive Komponente in Form eines Umlenkspiegels ; die Fig. 13 und 14 in schematischen Querschnittsdarstellungen ähnlich Fig. 1 bis 9 Ausführungsformen für die Herstellung einer optischen Verbindung zwischen einem eingebetteten ersten optoelektronischen Bauelement und einem außerhalb der optischen Schicht aus photopolymerisierbarem Material angeordneten zweiten optoelektronischen Bauelement über einen in 'der optischen Schicht eingebetteten Umlenkspiegel, wobei gemäß Fig. 13 das Empfänger-Bauelement außerhalb der optischen Schicht angeordnet ist und gemäß Fig. 14 das Sender-Bauelement von außerhalb der optischen Schicht Licht, insbesondere Laserlicht, in die optische Schicht hineinstrahlt, um über einen Umlenkspiegel der eingebetteten Photodiode als Empfänger-Bauelement optische Signale zuzuführen;
die Figuren 15A und 15B Teil-Querschnitte durch Anordnungen im Bereich des Auskoppeins des optischen Signalstrahls über einen Umlenkspiegel und einem gesonderten zweiten Wellenleiter, wobei an der Auskoppelstelle zur Fokussierung Linsen durch Mehrphotonenabsorption (Fig. 15A) und/oder z.B. durch Laserablation oder durch einen Stempelprozess (Fig. 15B) hergestellt -sind.
Fig. 16 in einem schematischen Schnitt ähnlich Fig. 10 einer Anordnung mit einander kreuzenden Wellenleitern.
In Fig. 1 ist schematisch und nicht maßstäblich in einem Querschnitt ein Leiterplattenelement 1 gezeigt, bei dem auf einem Leiterplattensubstrat 2 optische Bauelemente 3, 4, u. zw. einerseits ein Sender-Bauelement 3 und andererseits ein Empfänger-Bauelement 4, beispielsweise über Kupferkontaktflächen 5 bzw. 6, angebracht sind. Die optoelektronischen Bauelemente 3, 4, beispielsweise eine Laserdiode 3 und eine Photodiode 4 (wenn nachstehend der Einfachheit halber auf derartige konkrete Bauelemente Bezug genommen wird, ist dies selbstverständlich nicht einschränkend zu verstehen, und es kann beispielsweise anstatt einer Photodiode 4 auch ein Phototransistor vorgesehen sein usw.; auch können im Leiterplattenelement 1 mehr als bloß zwei Bauelemente 3, 4, wie in Fig. 1 gezeigt, enthalten sein) sind in einem optischen, schichtförmigen, photopolymerisierbaren Material, nachstehend kurz optische Schicht 7 genannt, eingebettet, und in dieser optischen Schicht 7 ist zwischen den beiden optoelektronischen Bauelementen 3, 4 ein Licht-Wellenleiter 8 aufgrund einer Mehrphotonen-Absorptionsmethode strukturiert. Hinsichtlich dieser Zwei- oder Mehrphotonen-Absorptions-Struktu- rierungmethode sowie der Materialien für die optische Schicht 7 kann der Einfachheit halber beispielsweise auf die AT 413 891 Bl verwiesen werden.
In Fig. 1 sind weiters die aktive Fläche 9 der Laserdiode 3 sowie die aktive Fläche 10 der Photodiode 4 veranschaulicht, und der Licht-Wellenleiter 8 erstreckt sich zwischen diesen aktiven Flächen 9, 10 der beiden Bauelemente 3, 4 in einer möglichst mittigen Anbindung, wie sie durch die vorliegende Technik der „aktiven" Strukturierung erzielt werden kann.
Hierfür werden beispielsweise die auf dem Leiterplattensubstrat 2 über die Kupferkontaktflächen 5, 6 angebrachten Bauele¬ mente 3, 4 nach der auf ihre Anbringung folgende Einbettung in der optischen Schicht 7 optisch vermessen; zu diesem Zweck kann ein optisches Beobachtungs- bzw. Messsystem, in der Fachsprache Vision-System 11 genannt, verwendet werden, wie ganz schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, um die x- und y-Koordinaten sowie eine etwaige Verdrehung und Verkippung der Bauelemente 3, 4 auszumessen; weiters kann beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls 12 nach der Reflektionsmethode die Höhe der Bauelemente 3, 4 also die z-Koordinate der Bauelemente 3, 4, gemessen werden. Auf diese Weise können die Position und die Tiefe der aktiven Flächen 9, 10 ermittelt werden, vgl. auch die Höhendifferenzen Zi und Z2- betreffend die aktiven Flächen 9, 10 der Laserdiode 3 bzw. der Photodiode 4 zur Oberfläche 13 des Leiterplattenelements 1 in Fig. 2.
Alternativ dazu können auch zur Ermittlung der z-Koordinaten 9, 10 die z-Koordinaten der Kupferkontaktflächen 5 bzw. 6 nach oben, zur Oberfläche 13 der optischen Schicht 7 hin, vermessen werden.
Aufgrund der gemessenen Daten (x-, y- und z-Koordinaten) betreffend die Bauelemente 3, 4 bzw. deren aktive Flächen 9, 10 werden Positionen 9' bzw. 10' als Startposition bzw. Endposition des Licht-Wellenleiters (8 in Fig. 1) berechnet. Wie dabei aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die so berechnete Startposition 9' an der aktiven Fläche 9 der Laserdiode 3 und die Endposition 10' des Wellenleiters 8 an der aktiven Fläche 10 der Photodiode 4 nicht unbedingt exakt in der optimalen Mittenposition bezüglich' der aktiven Flächen 9, 10 vorgesehen, was aber bei der vorliegenden aktiven Wellenleiter-Strukturierung durch die während der Strukturierung erfolgende Online-Vermessung und Überprüfung ausgeglichen werden kann.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird zwecks Strukturierung des Licht-Wellenleiters 8 (Fig. 1) die Laserdiode 3 oder allgemein das optoelektronische Sender-Bauelement elektrisch angesteuert, so dass Licht 14 emittiert wird, wie in Fig. 3 mit mehreren Strahlen schematisch angedeutet ist. Auf der Licht-Empfängerseite wird über einen Anschluss, z.B. die Kupferkontaktfläche 6 der Photodiode 4, ständig der Photostrom der Photodiode 4 detektiert, der aufgrund der Lichtemission der Laserdiode 3 erzeugt wird. Aufgrund des anfänglichen Fehlens eines Licht-Wellenleiters wird jedoch im Normalfall zu Beginn nur ein sehr geringer Photostrom, wenn überhaupt, messbar sein, u. zw. vor allem wegen der Divergenz des Lichtstrahls der Laserdiode 3 und wegen der nicht idealen Ausrichtung der Bauelemente 3, 4 relativ zueinander.
Gemäß Fig. 4 wird auf Basis der aufgrund der Vermessung berechneten Koordinaten des Startpunkts 9' des Licht-Wellenleiters 8 von dort weg der Licht-Wellenleiter 8 mit Hilfe eines Laserstrahls oder allgemein Photonenstrahls 15 gemäß der bekannten TPA-Strukturierungsmethode allgemein in Richtung x, in Richtung zum berechneten Endpunkt 10' des Wellenleiters hin, eingeschrieben. Um das Maximum des Photostroms an der Photodiode 4 zu erfassen, wird der Wellenleiter 8 beim Einschreiben ständig geringfügig in y-Richtung (also quer zur Zeichenebene in Fig. 4) und in z-Richtung (d.h. in Höhenrichtung, senkrecht zur Ebene des Leiterplattenelements 1) abgelenkt. Diese Ablenkung allgemein quer zur x-Richtung erfolgt jedoch unter Berücksichtigung des minimalen Wellenleiter-Bending-Radius, um nicht unnötig Licht im fertiggestellten Wellenleiter 8 zu verlieren. Auf diese Weise wird die jeweils optimale Fokusposition 16 für die Strukturierung des Licht-Wellenleiters 8 gefunden, nämlich jeweils jene Position, die beim gezeigten Beispiel, mit einem im Wesentlichen geradlinigen Wellenleiter 8 zwischen den Bauelementen 3, 4, den maximalen Photostrom an der Photodiode 4 ergibt.
Die berechneten Koordinaten für den Wellenleiter-Startpunkt 9' - an der Laserdiode 3 - und den Endpunkt 10' - an der Photodiode 4 - sind wie bereits vorstehend angedeutet in der Realität nicht unbedingt die optimalen Positionen für die Realisierung der besten Lichtleiterverbindung. Abweichungen von den optimalen Punkten sind beispielsweise auf Ungenauigkeiten bedingt durch die Vermessungsmethode, aber auch auf die Strukturierungsmetho- de, ferner auf nicht immer genau bestimmte Parameter des optischen Materials (z.B. Brechungsindex) der optischen Schicht 7, die in die Berechnung der Koordinaten mit einfließen, sowie auf durch die Aufbringung des Materials bedingte Unregelmäßigkeiten der optischen Schicht 7 zurückzuführen. Die theoretisch „optimalen" Positionen für den Startpunkt und den Endpunkt des Licht- Wellenleiters, an die sich der konkrete Wellenleiter 8 annähern sollte, um eine optimale optische Verbindung zwischen den Bauelementen 3, 4 zu erzielen, sind in Fig. 4 bei 17 (Startposition des Wellenleiters an der Laserdiode 3) bzw. 18 (Endposition des Wellenleiters an der Photodiode 4) angegeben.
Bevor nun anhand der Fig. 6 bis 11 verschiedene Möglichkeiten zur Erzielung der optimalen Start- und Endpunkte und des optimalen Verlaufs des Licht-Wellenleiters 8 erläutert werden, soll noch das Prinzip der Nachführung der Fokusposition 16 für den optimalen Verlauf des Licht-Wellenleiters 8 anhand des Schemas gemäß Fig. 5 näher erläutert werden.
Wie bereits erwähnt wird bei der vorliegenden aktiven Strukturierung die Laserdiode 3 aktiviert, so dass sie Licht emittiert, wie anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Dieses Licht wird zumindest zum Teil über die aktive Fläche 10 der Photodiode 4 empfangen, und das dem Photostrom entsprechende elektrische Signal wird mittels einer Messeinheit 20 erfasst, die beispielsweise mit der Kontaktfläche 6 der Photodiode 4 verbunden ist. An die Messeinheit 20 ist sodann eine Steuereinheit 21 angeschlossen, die Auswertmittel 22 zur Ermittlung von Koordinaten x, y und z für die optimale Fokusposition 16 des Laserstrahls 15 enthält. Der Laserstrahl wird von einer Lasereinheit 23 mit einer Optik- bzw. Fokussiereinheit 24 emittiert, wobei in der Steuereinheit 21 über den Ausgang 25 ein Optik-Steuersignal F an die Optikeinheit 24 abgegeben wird, um so die optimale z-Positi- on des Fokuspunktes 16 zu erhalten. Über einen Steuerausgang 26 steuert die Steuereinheit 21 mit zwei Signalen, den x- und y-Si- gnalen, eine Antriebseinheit 27 für die Lasereinheit 23 oder allgemein Photonenstrahleinheit 23 an, wobei die Antriebseinheit 27 im gezeigten Beispiel die Lasereinheit 23 auf an sich bekannte Weise, beispielsweise über Linearmotoren bzw. Schrittmotoren und Spindelmuttern bzw. Spindeln (in Fig. 5 nicht näher dargestellt) einerseits in Längsrichtung, d.h. x- Richtung, gemäß einer Führung 28, sowie andererseits quer dazu, jedoch in einer Ebene parallel zur Ebene des Leiterplattenelements 1, also in y- Richtung, bewegt. Dadurch wird über diese x/y-Steuerung im gezeigten Beispiel auch die optimale Position des Fokuspunktes 16 in der x/y-Ebene erhalten. Denkbar ist es aber auch, anstatt der Lasereinheit 23 das - auf einem nicht näher gezeigten Probentisch positionierte - Leiterplattenelement 1 in x-Richtung und in y-Richtung verstellbar vorzusehen, wogegen die Lasereinheit 23 stationär angebracht wird. Möglich ist es dabei auch, den Tisch mit dem Laserplattenelement 1 überdies in der z-Richtung zu verstellen, um so die Höhe, d.h. z-Koordinate, des Fokuspunktes 16 innerhalb der optischen Schicht 7 einstellen zu können.
Mittels der Optikeinheit 24 kann ferner auch eine Verstellung der Position des Fokuspunktes 16 in y-Richtung - zusätzlich zu jenem in z-Richtung - vorgesehen werden, um so schnelle, kurze Auslenkungen in der y-Richtung zusammen mit den kurzen, schnellen Auslenkungen in der z-Richtung im Zuge der beschriebenen aktiven Wellenleiter-Strukturierung vornehmen zu können. Die groben Einstellbewegungen, vor allem in x-Richtung und y-Richtung, können jedoch mit Hilfe der mechanischen Antriebseinheit für die Lasereinheit 23 oder aber für den Tisch samt Leiterplattenelement 1 vorgenommen werden.
Die Optikeinheit 24 und die Antriebseinheit 27 bilden gemeinsam (Strahl-) Führungs- bzw. Leitmittel 29, um den Photonenbzw. Laserstrahl 15 entsprechend in x-, y- und z-Richtung zu steuern .
In Fig. 6 ist gezeigt, wie ein Wellenleiter 8 in die opti- sehe Schicht eingeschrieben wird, wobei anfangs jeweils nur kurze Abschnitte, z.B. 8', 8'', ausgehend von Startpunkten 9', 9'', eingeschrieben werden. Anhand des an der Photodiode 4 abgenommenen Photostrom-Signals (siehe Fig. 5) kann bei Detektion des maximalen Photostrom-Signals der optimale Wellenleiter- Startabschnitt (mit dem Startpunkt 17) ermittelt werden, und nur dieser wird dann zum kompletten Licht-Wellenleiter 8 bis zum richtigen Endpunkt 18 an der Photodiode 4 durchgeschrieben.
Diese Technik eignet sich speziell für geradlinige Licht- Wellenleiter 8, bei denen sich schon nach den ersten Millimetern der Wellenleiter-Strukturierung durch eine Fokussierung des in diese Wellenleiter-Abschnitte eingekoppelten Lichts ein Richten des Lichts, das an der Laserdiode 3 emittiert wird, auf das gegenüberliegende Detektor-Bauelement 4 (Photodiode) ergibt.
Wie in Fig. 6 dabei zu ersehen ist, wurde der Wellenleiterabschnitt mit dem optimalen Startpunkt 17 (vgl. auch oben Fig. 4) bis zur Photodiode 4 strukturiert, die von den weniger gut geeigneten Startpunkten 9' bzw. 9'' ausgehenden Abschnitte 8' bzw. 8'' wurden jedoch nicht weitergeführt.
Ersichtlich ist weiters aus Fig. 6, dass der Licht-Wellenleiter 8 nicht unbedingt einen exakt geraden Verlauf haben muss, sondern - beispielsweise um Störstellen im optischen Material der Schicht 7 auszuweichen - auch gegebenenfalls Biegungen folgen kann, wie dies von Fig. 6 etwa bei 30 veranschaulicht ist.
Auch bei der Vorgangsweise gemäß Fig. 7 sind benachbart der Laserdiode 3 verschiedene Wellenleiter-Abschnitte, z.B. 8a, 8b, ersichtlich, um mit deren Hilfe den optimalen Wellenleiter 8 herauszufinden. Konkret werden bei dieser Ausführungsform diese - weiteren - Wellenleiter-Abschnitte 8a, 8b erst nach der - vorläufigen - Strukturierung eines Licht-Wellenleiters 8 von der Laserdiode 3 ausgehend in Richtung zur Photodiode 4 strukturiert, wobei sie einen derartigen Verlauf erhalten, dass sie in den vorläufig strukturierten Wellenleiter 8 einmünden. Jene Wellenleiter-Abschnitte 8a, 8b, die relativ schlechte Startpunkte 9r, 9? I haben, die somit zu einem niedrigen Photostrom an der Photodiode 4 führen, werden keine Erhöhung des Photostroms bewirken, optimale Startpunkte, wie der Startpunkt 17 (vgl. auch Fig. 4), bewirken hingegen eine Erhöhung des Photostroms an der Photodiode 4. In diesem Ausführungsbeispiel können die zusätzlichen Wellenleiter-Abschnitte 8a, 8b belassen werden und in die endgültige optische Verbindung mit eingebunden werden, auch wenn sie keinen wesentlichen Beitrag zur Lichtübertragung liefern.
Eine andere Variante zur Herausfindung des optimalen Verlaufs der optischen Verbindung ist in Fig. 8 veranschaulicht. Bei der hier beschrittenen Vorgangsweise wird zunächst, wie vorstehend anhand von Fig. 4 und 5 erläutert, ein Licht-Wellenleiter 8 von der berechneten Startposition 9' auf der Seite der Laserdiode 3 gestartet und bis zum optimalen Endpunkt 18 an der Photodiode 4 strukturiert. Dieser Wellenleiter 8 ist jedoch nur für das Photodioden-Interface optimiert. Um auch das Laserdioden-Interface zu optimieren, wird nun ein weiterer Wellenleiterzweig 31 beispielsweise ungefähr von der Mitte des Wellenleiters 8 weg zurück zur Laserdiode 3, zum optimalen Startpunkt 17 hin, strukturiert. Der Wellenleiter-Abschnitt 31 für die Optimierung der optischen Verbindung kann auch an einer Stelle näher zur Laserdiode 3 gestartet werden, nämlich an einer Stelle, ab der keine großen Änderungen im Photostrom mehr zu erwarten sind, wenn in Richtung zur Photodiode 4 hin fortgeschritten wird. Insgesamt ergibt sich dann eine endgültige optimale Licht-Wellenleiter-Struktur 8 vom Startpunkt 17, mit einem parallelen Abschnitt vom Startpunkt 9', und der Vereinigung der Anfangs-Abschnitte des Wellenleiters bis hin zum optimalen Endpunkt 18 an der Photodiode 4 bzw. an dessen aktiver Fläche 10.
Diese Vorgangsweise eignet sich mit besonderem Vorteil für gekrümmte Wellenleiter 8, also bei Wellenleiterausbildungen, die dann vorgesehen werden, wenn die beiden optoelektronischen Bauelemente 3, 4 nicht unmittelbar einander gegenüber vorgesehen sind, sondern in Querrichtung (y-Richtung und/oder z-Richtung) relativ zueinander versetzt, verdreht oder verkippt sind.
In Fig. 9 ist eine Technik gezeigt, bei der als erstes ein Sondierungs-Wellenleiter 31, 32 zwischen der Laserdiode 3 und der Photodiode 4, zwischen den Startpunkten 17 bzw. 9' und dem Endpunkt 18, eingeschrieben wird, wonach auf Basis dieses Sondierungs-Wellenleiters der endgültige Licht-Wellenleiter 8 strukturiert wird, wobei der Sondierungs-Wellenleiter 31, 32 teilweise überschrieben wird.
Wie aus einem Vergleich der Fig. 9 mit Fig. 8 ersichtlich ist, kann der Sondierungs-Wellenleiter gemäß Fig. 9 beispielsweise entsprechend dem vorstehend anhand der Fig. 8 erläuterten Prinzip strukturiert werden; demgemäß ist von den beiden Abschnitten 31, 32, der Abschnitt 32 als ursprünglicher Teil des Sondierungs-Wellenleiters beim Einschreiben in x-Richtung, d.h. zur Photodiode 4 hin, strukturiert worden, und der Abschnitt 31 ist im Zuge einer Rückwärts-Strukturierung zur Laserdiode 3 hin, zum optimalen Startpunkt 17, eingeschrieben worden. Für diesen Rückwärts-Abschnitt war daher zweckmäßig die selbe Bezugszahl wie in Fig. 8, also 31, zu verwenden.
Der Sondierungs-Wellenleiter 31, 32 kann mit einem gegenüber dem endgültigen Licht-Wellenleiter 8 verringerten Durchmesser, z.B. mit einem Durchmesser von 20μm bis 40μm, eingeschrieben werden, wogegen der endgültige Wellenleiter 8 einen endgültigen Durchmesser von beispielsweise 30μm bis 60μm aufweisen kann.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht weiters darin, den Sondierungs-Wellenleiter 31, 32 mit einer vergleichsweise geringen Laserleistung zu strukturieren, wobei dann kein maximaler Brechungsindex-Hub generiert wird. Der optimale, endgültige Licht-Wellenleiter 8 wird schließlich mit der maximalen Laser¬ strahlleistung eingeschrieben, um so den maximalen Unterschied zwischen den Brechnungsindizes des Wellenleiters 8 einerseits und des optischen Materials der Schicht 7 andererseits, für eine optimale Totalreflexion an der Grenzfläche Wellenleiter 8/ umgebendes optisches Material der Schicht 7 zu erhalten. Auch in diesem Fall kann der Sondierungs-Wellenleiter 31, 32 einen geringeren Wellenleiter-Querschnitt als der endgültige Wellenleiter 8 aufweisen, es ist dies jedoch nicht notwendig.
In Fig. 10 ist schematisch, beispielsweise in einem Schnitt parallel zur Ebene des Leiterplattenelements, also zur x/y-Ebe- ne, durch die optische Schicht 7, eine Anordnung mit in einem Array 40 angeordneten Wellenleitern 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 zwischen optischen Bauelementen 3, 4 vorgesehen, wobei letztere durch ein Laserdioden-Array 41 bzw. ein Photodioden-Array 42, jeweils mit mehreren aktiven Flächen 9.1, 9.2. 9.3, 9.4 bzw. 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, gebildet sind. Zwischen diesen Arrays 41, 42 erstreckt sich das Wellenleiter-Array 40, wobei beispielsweise wie aus Fig. 10 ersichtlich ein teilweise bogenförmiger Verlauf der einzelnen Kanäle 8.1 bis 8.4 vorgesehen ist, etwa, weil die Di- odenarrays 41, 42 relativ zueinander in y-Richtung versetzt sind.
In Analogie zum Schaltungsschema gemäß Fig. 5 ist auch in Fig. 10 die Messeinheit 20 gezeigt, die nun jedoch entsprechend der Anzahl der Empfangselemente (aktive Flächen 10.1 bis 10.4 des Photodioden-Arrays) entsprechend viele Messeingänge 20. i (mit i = beispielsweise 1, 2, 3, 4) aufweist. Die Steuereinheit 21 ist wiederum mit dem Ausgang der Messeinheit 20 verbunden, u. zw. entweder über ein Mehrfachleitungssystem oder aber über einen Bus, um die entsprechenden Photostrom-Signale der Messeinheit 20 für alle Elemente des Photodiodenarrays 42 zugeführt zu erhalten. Hierbei kann auf an sich herkömmliche Techniken, wie Zeitmultiplex oder auch Frequenzmultiplex, abgesehen von den bereits erwähnten Raummultiplex, zufolge der mehreren Leitungsadern, zurückgegriffen werden.
Im Auswertmittel 22 der Steuereinheit 21 werden die empfangenen Signale wieder ausgewertet, um an Ausgängen 25 bzw. 26 beispielsweise Ansteuerungssignale F bzw. x, y für die Optikeinheit (24 in Fig. 5) bzw. Antriebseinheit (27 in Fig. 5) der Lasereinheit (23 in Fig. 5) zur Verfügung zu stellen, um beispielsweise wiederum in dieser Form die Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Probe (Leiterplattenelement 1) zu erzielen. (Selbstverständlich kann auch eine andere der vorstehend angesprochenen Formen der Relativbewegung herbeigeführt werden.) Die Auswertung der Photostrom-Signale kann dabei zur Optimierung des komplexen Wellenleiter-Designs, mit dem Wellenleiter-Array 40, gemäß Fig. 10 derart erfolgen, dass einerseits der Photostrom einer bestimmten optischen Verbindung, beispielsweise von der aktiven Fläche 9.1 zur zugehörigen aktiven Fläche 10.1, ma- ximiert wird, andererseits Störungen oder Übersprechen auf andere Kanäle minimiert werden, d.h. wenn beispielsweise das Laserdiodenelement 9.1 aktiv ist, soll der Photostrom an den Diodenelementen 10.2, 10.3 und 10.4 des Photodioden-Arrays 42 minimal sein.
Ein anderes Beispiel für ein komplexes Wellenleiter-Design ist in Fig. 11 in einer Schnittdarstellung ähnlich jener von Fig. 10 gezeigt. Im Einzelnen ist hier veranschaulicht, wie sich ein Wellenleiter 8 in zwei Arme 8A, 8B verzweigt (ein so genannter „Splitter"" oder Y-Wellenleiter) , wobei die beiden Arme 8A, 8B zu gesonderten Photodioden 4A, 4B hin eingeschrieben sind. Den beiden Photodioden 4A, 4B steht eine einzelne Laserdiode 3 gegenüber. Bei herkömmlichen Techniken ist es praktisch nie mög- lieh, ein genaues Photostrom-Verhältnis, etwa 1:1, über die Wellenleiter-Arme 8A, 8B an den Photodioden 4A, 4B zu erhalten. Mit der vorliegenden aktiven Strukturierung oder Online-Vermessung können die beiden gesplitteten Wellenleiter-Arme 8A, 8B jedoch so optimiert werden, dass an den beiden Empfänger-Bauelementen 4A, 4B der gleiche Photostrom erhalten wird.
In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem eine optische Verbindung zwischen einem Sender-Bauelement (Laserdiode 3) und einem Empfänger-Bauelement (Empfangsdiode bzw. Photodiode 4) über eine passive Komponente in Form eines Umlenkspiegels 33 mit einer reflektierenden Fläche 34 hergestellt wird. Es werden also die Laserdiode 3 und die Photodiode 4 nicht direkt miteinander verbunden, wie bei den vorhergehenden Beispielen, sondern über einen Umweg, unter Zwischenschaltung des Umlenkspiegels 34. Auch in diesem Fall kann der Wellenleiter-Weg von der Laserdiode 3 zur Photodiode 4 auf die beschrie¬ bene Weise optimiert werden, wobei ein erster gesonderter Wellenleiter 8 von der Laserdiode 3 zum Umlenkspiegel 33 und ein zweiter gesonderter Wellenleiter 35 vom Umlenkspiegel 33 zur Photodiode 4 aktiv strukturiert wird.
Die vorliegende aktive Strukturierung, d.h. Umwandlung des optischen photopolymerisierbaren Materials der Schicht 7 durch Mehrphotonenabsorption, kann auch zur Herstellung der Spiegelfläche 34 verwendet werden.
Gemäß Fig. 13 kann eines der optoelektronischen Bauelemente, z.B. die Photodiode 4, auch außerhalb der optischen Schicht 7 vorgesehen sein, wobei dann ein zumindest in seiner Ausrichtung modifizierter Umlenkspiegel 33' den Lichtstrahl zur Oberseite der optischen Schicht 7 hin reflektiert. Demgemäß ist der zweite gesonderte Wellenleiter 35' in diesem Fall vertikal nach oben zur Oberfläche der optischen Schicht 7 zu richten, wo der Lichtstrahl ausgekoppelt wird und schließlich auf die in Abstand davon vorgesehenen Photodiode 4 auftrifft, an die im Übrigen ähnlich wie auch in Anordnung Fig. 12 wiederum eine Messeinheit 20 angeschlossen ist.
Anstatt den Wellenleiter 35' zu einer vordefinierten Auskopplungsposition zu lenken, ist es auch möglich, über diesen gesonderten Wellenleiter einen von einer außerhalb angeordneten Laserdiode 3 emittierten Laserstrahl einzukoppeln und über einen Umlenkspiegel 33' zur Photodiode 4 zu richten, wobei wiederum zwecks aktiver Strukturierung nach dem vorstehend ausführlich beschriebenen Prinzip Messmittel 20 mit der Photodiode 4 verbun¬ den sind. Es sei hier noch erwähnt, dass es sich bei dem Sender- Bauelement 3 nicht nur um eine Laserdiode, sondern ganz allgemein um eine Lichtquelle - eine externe Lichtquelle - handeln kann, wobei beispielsweise auch eine einfache Messung der Intensität des Lichts im Betrieb des Leiterplattenelements 1 die Aufgabe sein kann.
Gemäß Fig. 15A und 15B können an der Auskoppelstelle 36, wo der zweite gesonderte Wellenleiter 35' an der Oberfläche der optischen Schicht 7 endet, auch Linsen 37 bzw. 38 zwecks Fokussie- rung eingebaut werden. Die Fokussierungs-Linse 37 gemäß Fig. 15A wird dabei beispielsweise ebenfalls durch Mehrphotonenabsorption, durch Photopolymerisation des Materials der optischen Schicht 7, hergestellt; die Linse 38 gemäß Fig. 15B kann andererseits durch Laserablation oder durch einen Stempelprozess hergestellt sein, wie dies an sich bekannt ist, vgl. AT 503 585 B.
In Fig. 16 ist weiters in einer Darstellung ähnlich jener von Fig. 10 eine Anordnung mit einem Sender-Array 41 und einem Empfänger-Array 42 sowie vier dazwischen strukturierten Wellenleitern 8.1 bis 8.4 gezeigt, wobei in Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 10 nunmehr eine Überkreuzungsstelle 39 schematisch veranschaulicht ist, an der der Wellenleiter 8.2 den Wellenleiter 8.1 über- (oder unter-) kreuzt; demgemäß führt der Wellenleiter 8.1 vom Senderelement bzw. Startpunkt 9.1 zum Endpunkt 10.2, wogegen der Wellenleiter 8.2 vom Startpunkt 9.2 zum Endpunkt 10.1 führt. Mit Hilfe von derartigen Wellenleiter-Kreuzungen, die ebenfalls mit Hilfe der vorliegenden aktiven Strukturierung erzeugt werden können, können die verschiedensten Verbindungen zwischen den optoelektronischen Bauelementen erzeugt werden, so dass eine große Designfreiheit erzielt wird. Denkbar ist es dabei weiters, dass die Wellenleiter, z.B. 8.1, 8.2, nicht nur einander in einem Abstand kreuzen, sondern dass diese Wellenleiter auch einander durchdringen können, also beispielsweise in der gleichen Höhe (auf der selben z-Koordinate) liegen können.
In der vorliegenden Zeichnung wurden die verschiedenen Wellenleiter der Einfachheit halber immer durch Linien dargestellt, auch wenn sie einen gewissen Querschnitt aufweisen und so eher als „röhrenartig" anzusehen und darzustellen wären. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurde jedoch die schematische Darstellung mit bloß einer einfachen Linie gewählt.
Wenn die Erfindung vorstehend anhand von besonderen, vorteilhaften Ausführungsbeispielen erläutert wurde, so sind doch selbstverständlich weitere Abwandlungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich. So ist es in Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 11 auch möglich, mehr als zwei gesonderte Photodioden 4A, 4B über gesplittete Wellenleiter-Arme 8A, 8B usw. mit einer gemeinsamen Laserdiode oder allgemein mit einem gemeinsamen Sender-Bauelement 3 optisch zu koppeln. Selbstverständlich ist es dabei auch möglich, die Wellenleiter-Arme je nach Anordnung und Ausbildung der Photodioden bzw. der Empfänger-Bauelemente 4A, 4B usw. auch in unterschiedlichen z-Höhen (siehe Fig. 4) verlaufen zu lassen, und dies gilt selbstverständlich auch für die Ausführungsform gemäß Fig. 10. Weiters sollte klar sein, dass die Ausbildungen in der Zeichnung nur sehr einfach und schematisch dargestellt sind, und dass z.B. auch andere Bauelemente in den Leiterplattenelementen untergebracht sein können. Insbesondere können in einem Leiterplattenelement auch mehrere Sender- und Empfänger-Bauelemente, mit unterschiedlichen optischen Wellenleiter-Verbindungen, vorgesehen sein, und die Leiterplattenelemente können ferner selbstverständlich auch mit zusätzlichen elektronischen Bauelementen, abgesehen von den optoelektronischen Bauelementen, bestückt sein. Ferner können die Leiterplattenelemente in Form von so genannten Multilayer-Leiterplatten mit optischen und/oder elektronischen Verbindungen in mehreren Ebenen übereinander vorliegen, wie dies an sich ebenfalls bekannt ist. Weiters ist es auch denkbar, die Wellenleiter 8 nicht nur bis direkt an die optoelektronischen Bauelemente heranzuführen, sondern auch, sie in Abständen vor deren aktiven Flächen 9, 10 enden zu lassen, z.B. nachdem ein bestimmter Sollwert der Stärke des empfangenen Photostroms erreicht wurde.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Licht-Wellenleiters (8) in einem optischen, photopolymerisierbaren, schichtförmigen
Material eines Leiterplattenelements (1) , zur Herstellung einer optischen Verbindung zwischen wenigstens einem optoelektronischen Sender-Bauelement (3) und wenigstens einem optoelektronischen Empfänger-Bauelement (4), wobei ein Photonenstrahl (15), vorzugsweise Laserstrahl, auf die Stelle des zu erzeugenden Wellenleiters (8) gerichtet und fokussiert wird und der Wellenleiter durch Mehrphotonenabsorption im optischen Material strukturiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Strukturierung des Wellenleiters (8) ein Photostrom zwischen den optoelektronischen Bauelementen (3, 4) erzeugt wird, der am Empfänger-Bauelement (4) erfasst wird, und dass die Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) abhängig von der Amplitude des Photostroms gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) laufend mit kleinen Abweichungen quer zur Strukturierungsrichtung (x) geführt wird, um die vom Photostrom abhängige optimale Fokusposition (16) festzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wellenleiter-Abschnitte (81, 8 ' ' ; 8a, 8b) ausgehend von einem der optoelektronischen Bauelemente, insbesondere vom Sender-Bauelement (3), erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzeugung der Wellenleiter-Abschnitte (8', 81 1) jener Wellenleiter-Abschnitt, der einen minimalen oder maximalen Photostrom ergibt, als Startabschnitt für den endgültigen Wellenleiter (8) gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wellenleiter-Abschnitte (8a, 8b) nach Strukturierung eines durchgehenden Wellenleiters (8) ausgehend vom Sender-Bauelement (3) strukturiert werden, um den Verlauf des Wellenleiters (8) in seinem Startabschnitt im Hinblick auf den gewünschten Photostrom zu optimieren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (8) ausgehend von einem der optoelektronischen Bauelemente, insbesondere vom Sender- Bauelement (3) , bis zum zugehörigen anderen optoelektronischen Bauelement, insbesondere zum Empfänger-Bauelement (4), strukturiert wird, wonach der Verlauf (31) des Wellenleiters (8) in einer Rückwärts-Strukturierung, zum einen optoelektronischen Bauelement (3) hin, auf Basis der Erfassung des Photostroms optimiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorab zumindest ein Sondierungs-Wellenleiter (31, 32) von einem der optoelektronischen Bauelemente (3) zum anderen (4) auf der Basis des erfassten Photostroms strukturiert wird, wonach der endgültige Wellenleiter (8) unter Überschreiben des Sondierungs-Wellenleiters (31, 32) strukturiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Wellenleiter (8) mit einem größeren Querschnitt als der Sondierungs-Wellenleiter (31, 32) strukturiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondierungs-Wellenleiter (31, 32) mit einer geringeren Photonenstrahl-Leistung als der endgültige Wellenleiter (8) strukturiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen von optoelektronischen Bauelementen in Form von Sender- und Empfängerarrays (41, 42) ein diesen Ar- rays zugehöriges Wellenleiterarray (40) mit einzelnen Wellenleiter-Kanälen (8.1-8.4) strukturiert wird, bei deren Erzeugung der jeweilige Verlauf entsprechend einem maximalen Photostrom am zugehörigen Empfänger und einem minimalen Strom entsprechend einem minimalen Übersprechen zwischen dem Wellenleiter an den anderen Empfängern gesteuert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzweigungs-Wellenleiteranordnung, mit ei- nem sich in mehrere Arme (8A, 8B) aufteilenden Wellenleiter (8), strukturiert wird, wobei die Wellenleiter-Arme (8A, 8B) gemäß einem vorgegebenen Photostrom-Verhältnis, z.B. mit gleich großen Photostrom-Anteilen, strukturiert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei gesonderte Wellenleiter (8, 35; 35') zur Herstellung einer optischen Verbindung über zumindest eine passive Komponente, vorzugsweise einen Umlenkspiegel (33; 33'), strukturiert werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der gesonderten Wellenleiter (35') zu einer Licht- Ein- bzw. Auskopplungsposition (36) an der Oberfläche des optischen schichtförmigen Materials führt, wobei eines der optoelektronischen Bauelemente (4 bzw. 3) außerhalb des optischen schichtförmigen Materials (7) angeordnet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der eine gesonderte Wellenleiter (35') mit einer Linse (37, 38) gekoppelt wird, die vorzugsweise ebenfalls durch Mehrphotonenabsorption strukturiert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (35; 35') durch Mehrphotonenabsorption strukturiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei einander schneidende Wellenleiter durch Mehrphotonenabsorption strukturiert werden.
17. Vorrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Licht-Wellenleiters (8) in einem optischen, photopolymerisierbaren, schichtförmigen Material eines Leiterplattenelements (1) zur Herstellung einer optischen Verbindung zwischen wenigstens einem optoelektronischen Sender-Bauelement (3) und wenigstens einem optoelektronischen Empfänger-Bauelement (4), mit einer Photonenstrahl- einheit (23), enthaltend eine Fokussier - bzw. Optikeinheit (24), zum Abgeben und Fokussieren eines Photonenstrahls (15) im optischen Material, mit Führungsmitteln (29) zur Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen der Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) und dem Leiterplattenelement (1), und mit einer Steuereinheit (21) zum Ansteuern der Führungsmittel (29) zwecks Führung der Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) relativ zur optischen Schicht (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) mit einer zum Erfassen des im Betrieb zwischen dem optoelektronischen Sender-Bauelement (3) und dem optoelektronischen Empfänger-Bauelement (4) erzeugten Photostroms am Empfänger-Bauelement (4) vorgesehenen Messeinheit (20) verbunden ist und Auswertmittel (22) aufweist, die abhängig vom von der Messeinheit (20) erfassten Photostrom die optimale Fokusposition (16) des Photonenstrahls (15) relativ zum optischen Material (7) ermitteln und zugehörige Nachführsignale für die Strahlführungsmittel (29) zur Verfügung stellen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Photonenstrahleinheit (23) durch eine Lasereinheit gebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) mehrere Eingänge (20. i.), zum Messen mehrerer Photoströme an einem optoelektronischen Empfän- ger-Array (42), aufweist und die Auswertmittel (22) zum Auswerten mehrerer Photostrom-Informationen bei der Ermittlung der optimalen Fokusposition eingerichtet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (29) eine Antriebseinrichtung (27) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Photonenstrahleinheit (23) und dem Leiterplattenelement (1) in zwei zueinander rechtwinkeligen Richtungen (x, y) in einer zum Leiterplattenelement (1) parallelen Ebene (x/y) sowie die Fokus- sier- bzw. Optikeinheit (24) umfassen, die zum Verstellen der Fokusposition zumindest in einer zum Leiterplattenelement (1) senkrechten Richtung eingerichtet ist.
PCT/AT2009/000011 2008-01-16 2009-01-15 Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement WO2009089560A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT632008A AT505166B1 (de) 2008-01-16 2008-01-16 Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement
ATA63/2008 2008-01-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009089560A2 true WO2009089560A2 (de) 2009-07-23
WO2009089560A3 WO2009089560A3 (de) 2009-09-24

Family

ID=39944555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2009/000011 WO2009089560A2 (de) 2008-01-16 2009-01-15 Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT505166B1 (de)
WO (1) WO2009089560A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9470858B2 (en) 2013-01-11 2016-10-18 Multiphoton Optics Gmbh Optical package and a process for its preparation

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT12382U1 (de) * 2010-10-14 2012-04-15 Austria Tech & System Tech Optische sensoreinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067664A1 (en) * 1998-06-22 1999-12-29 The University Of Sydney An improved grating writing system
US20020085824A1 (en) * 2001-01-02 2002-07-04 Dugan Mark A. Index trimming of optical waveguide devices using ultrashort laser pulses for arbitrary control of signal amplitude, phase, and polarization
US20030035640A1 (en) * 2001-08-16 2003-02-20 Mark Dugan Method of index trimming a waveguide and apparatus formed of the same
WO2006003313A1 (fr) * 2004-06-11 2006-01-12 Universite Louis Pasteur, U.L.P. Procede de fabrication d’un bloc optique a circuit optique integre par photopolymerisation localisee d’une matrice organique par absorption a deux photons et bloc optique ainsi obtenu

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4549575B2 (ja) * 2001-05-31 2010-09-22 株式会社豊田中央研究所 光導波路の形成方法、及び光送受信モジュール
AT413891B (de) * 2003-12-29 2006-07-15 Austria Tech & System Tech Leiterplattenelement mit wenigstens einem licht-wellenleiter sowie verfahren zur herstellung eines solchen leiterplattenelements
AT503585B1 (de) * 2006-05-08 2007-11-15 Austria Tech & System Tech Leiterplattenelement sowie verfahren zu dessen herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067664A1 (en) * 1998-06-22 1999-12-29 The University Of Sydney An improved grating writing system
US20020085824A1 (en) * 2001-01-02 2002-07-04 Dugan Mark A. Index trimming of optical waveguide devices using ultrashort laser pulses for arbitrary control of signal amplitude, phase, and polarization
US20030035640A1 (en) * 2001-08-16 2003-02-20 Mark Dugan Method of index trimming a waveguide and apparatus formed of the same
WO2006003313A1 (fr) * 2004-06-11 2006-01-12 Universite Louis Pasteur, U.L.P. Procede de fabrication d’un bloc optique a circuit optique integre par photopolymerisation localisee d’une matrice organique par absorption a deux photons et bloc optique ainsi obtenu

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LE LUO ET AL.: "Optical microstructures fabricated by femtosecond laser two-photon polymerization" JOURNAL OF OPTICS A: PURE AND APPLIED OPTICS, Bd. 3, 2001, Seiten 489-492, XP002521647 *
SRISANIT N ET AL: "Laser writing correction of polymer waveguide fanouts" OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, Bd. 244, Nr. 1-6, 3. Januar 2005 (2005-01-03), Seiten 171-179, XP004697629 ISSN: 0030-4018 *
V. SCHMIDT ET AL.: "Application of two-photon 3D lithography for the fabrication of embedded ORMOCER waveguides" PROCEEDINGS OF THE SPIE, Bd. 6476, 22. Januar 2007 (2007-01-22), Seiten 64760P-1-64760P-9, XP002535138 *
YAN LI ET AL.: "Femtosecond laser micromachining and microfabrication in transparent materials" PROCEEDINGS OF THE SPIE, Bd. 6825, 2007, Seiten 68250K-1-68250K-10, XP002521646 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9470858B2 (en) 2013-01-11 2016-10-18 Multiphoton Optics Gmbh Optical package and a process for its preparation

Also Published As

Publication number Publication date
AT505166B1 (de) 2008-11-15
AT505166A4 (de) 2008-11-15
WO2009089560A3 (de) 2009-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3535615B1 (de) Verfahren zur herstellung eines optischen systems und optisches system
AT503585B1 (de) Leiterplattenelement sowie verfahren zu dessen herstellung
AT503027B1 (de) Leiterplattenelement mit optoelektronischem bauelement und licht-wellenleiter
DE112012003394B4 (de) Photonisch integrierte Schaltungsvorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung, Kopplungssystem einer photonisch integrierten Schaltung und Kopplungseinheit eines photonischen Chip
DE4416563C1 (de) Anordnung zur Ankopplung von optoelektronischen Komponenten und Lichtwellenleitern aneinander
DE102005031132B4 (de) Optoelektronisches Modul mit hohem Kopplungswirkungsgrad
DE10238741A1 (de) Planare optische Komponente und Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil
WO2019025222A1 (de) Lichtleiter-basiertes lidar-system
DE60036032T2 (de) Selbstausrichtende optomechanische crossbar-schalter
AT505166B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines licht-wellenleiters in einem leiterplattenelement
DE102021120767A1 (de) Laserverarbeitungsapparatur und Laserverarbeitungsverfahren
WO2021175967A1 (de) Lokalisierung von optischen koppelstellen
EP3510710B1 (de) Optokoppler mit einer optischen übertragungsstrecke und elektrischen anschlüssen und elektronische baugruppe, in der ein solcher optokoppler eingebaut ist
EP1623276B2 (de) Maskenloses lithographiesystem
EP2928280B1 (de) Messmarkensystem zur kalibrierung einer maschine
DE102018214803B4 (de) Vorrichtung zum Einkoppeln elektromagnetischer Wellen in einen Chip
WO2012143070A1 (de) Verfahren zum herstellen eines lichtwellenleiters in einem polymer
EP0603549A1 (de) Anordnung zur Verbindung mindestens eines lichtaussendenden Elementes mit mindestens einem lichtempfangenden Element
WO2011044606A1 (de) Leiterplattenelement und verfahren zur herstellung eines solchen leiterplattenelements
DE102012025565B4 (de) Optisches Kopplungssystem mit einem optischen Koppler und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium sowie Herstellung und Verwendung eines solchen Systems
DE19613755A1 (de) Optisches Koppelelement
DE102020204641A1 (de) Optische Kopplung und modenselektive Trennung oder Überlagerung von optischen Feldern
DE102004059945A1 (de) Sender und Empfänger für Lichtwellenleiterübertragung mit hoher Toleranz
DE102005062735A1 (de) Elektrooptische Baugruppe zum Multiplexen bzw. Demultiplexen eines optischen Signals
DE102021213707A1 (de) Optisches Phasenarray, LiDAR-System mit optischem Phasenarray und Verfahren zum Bearbeiten eines optischen Phasenarrays

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09702652

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09702652

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2