短程光学互连制造技术

光链路，包括：具有顶部包层、聚合物芯层和底部包层，通过具有反射镜和光学通路的基板支撑的聚合物波导管。聚合物芯层包括具有粒度小于光链路所考虑的最短波长的１／１０的纳米颗粒的聚合物材料。光链路包括在单或多层网络内单个、多个或者大量平行的通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及形成光学互连结构的方法与材料。
技术介绍
包括光学互连器件的系统常常用于在高数据率下传输信息。例如，这种系统用于板对板、底板、局域网(LAN)、广域网(WAN)和类似的应用中。当与电学互连系统相比时，光学系统具有一些优点。光学系统通常对电磁干扰不那么敏感，从而导致提高的传输效率。用于芯片对芯片和板对板光通信的短程(＜2m)光学互连已开发了10多年，主要由美国国防部提供资金。对这些光学互连的需求受到带宽、安全性、可靠性和下一代(未来)计算机与电信系统的尺寸要求驱动。采用当今接近3GHz且在接下来的几年中设计达到5GHz的内时钟频率的情况下，限制未来计算机系统速度的瓶颈是以与时钟频率相当或者更高的数据率下从源计算机处理器芯片传输数据并发送到其它计算机处理器、DSP和数据存储器件的步骤。已开发了许多技术来解决这一互连瓶颈，其中包括光学互连。典型的光学互连系统通常包括发光器件，例如激光发射器和光检测器件，例如通过波导管材料连接的光电二极管。与生产光学互连系统有关的成本高昂，这是因为所使用的制造方法复杂。因此，本领域需要制造波导管光程(或者光链路)的成本有效的方法，所述波导管光程将光从发射器导引到可能包埋在标准印刷线路板(PWB)制造工艺或者包埋在挠性电路中的接收器。仍需要多模光链路，它可连接在基板表面，优选印刷线路板(PWB)表面上的任何两点。这种光链路要求多模聚合物波导管的制造工艺，所述制造工艺可以成本有效地按比例放大到大面积基板，包括玻璃和各种刚性和挠性PWB板组合物，例如玻璃光纤-树脂(FR4)和聚酰亚胺。然后多模波导管与平面外(out-of-plane)反射镜结合，产生光链路。过去，已采用了数种不同的技术来制造聚合物波导管中的平面外反射镜，所述技术包括激光烧蚀、反应性离子蚀刻(RIE)、切片工艺、成型和玻璃插入器件。所有这些已有的技术或者要求昂贵的工具来实施该方法，或者产生具有高损耗的反射镜，结果该技术不可能应用于商业上可行的方法中。平面外反射镜和波导管应当足够坚固以耐受PWB制造工艺所要求的温度、压力和化学环境。专利技术概述光链路包括在PWB或其它支撑基板上的聚合物波导管，所述聚合物波导管具有顶部包层、聚合物芯层和底部包层。在波导管的一端或两端上通过平面外反射镜和通路完成光链路，以促进光通过板。光链路包括在单或多层网络内的单个、多个或者大量平行的通道。芯、包层或这二者聚合物层优选包括具有粒度小于光链路所考虑的最短波长1/10的纳米颗粒填料的硅氧烷聚合物材料。还公开了生产光链路的方法，该方法包括下述步骤使用印刷工艺，形成具有顶部包层、聚合物芯层和底部包层的聚合物波导管，芯、包层或者这二者聚合物层包括具有粒度小于的光链路所考虑的最短波长的1/10的纳米颗粒填料的聚合物材料。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的波导管和印刷电路板的示意图；图2是形成本专利技术的波导管的平面外反射镜的步骤的示意图；图3是形成本专利技术的波导管和印刷电路板方法的方框图；图4是根据本专利技术，在多级当中具有几个光波导管链路路径(1-4)、具有平面内和平面相邻的波导管交叉的多层结构的截面的示意图；图5是几个光波导管阵列的三维示意图，所述光波导管阵列包括交错、高密度和三维几何形状的各种尺寸的多链路；图6是根据本专利技术，使用宽针头，在12个波导管的阵列上形成的平面外反射镜表面的示意图。优选实施方案的详细说明参考图1，其示出了本专利技术的光链路5。示出了具有电学层15和光学层20的印刷线路板(PWB)10。光源25和光接收器30安装在PWB 10的顶部电学表面15上。光源和光接收器25、30在PWB 10的顶部电学层15上与高速电子器件相连。光链路5连接光源和光接收器25、30，从而允许数据从光源传输到接收器。光链路5包括聚合物波导管35，所述聚合物波导管35包括顶部包层40、聚合物芯层45和底部包层50。在本专利技术的优选方面中，聚合物芯层45的折射指数比上部和下部包层40、50大0.5-5％。波导管35通过在PWB 10内形成的通路或者层间传导路径55将光源连接到光接收器25、30上。从图1可看出，光源和光接收器25、30在连接到波导管35的通路55上方固定到PWB 10的顶部电学层15上。波导管35包括所示的在平面外的反射镜60以将波导光学信号耦合到PWB的电学层上的电气元件上。在优选的方面中，反射镜60包括相对于波导管35具有小于或等于约45°角度的全内反射(TUR)镜。在相对端处反射镜60与波导管35一体化形成，且与以上所述的通路55相连。波导管35的厚度优选最多100微米，且具有优选的正方形截面，但本专利技术可采用其它截面和厚度的波导管35。波导管35也可包括在波导管35的底表面70上形成的任选的保护性聚合物涂层65以保护波导管35避免外部磁性源以及因接触导致的损坏。参考图4，其示出了具有多层光学层20的光链路5的可供替代的实施方案。在这一实施方案中，在两个印刷线路板(PWB1，PWB2)10之间夹有带反射镜60和通路55的几层光学层(OL1、OL2、OL3)20。箭头表示光从已调制光发射器行进到安装在任何一侧上或者板元件内的光敏检测器的可能路径，其中包括层内和层间的交叉。参考图5，其示出了本专利技术的光链路5的额外实施方案。在该描述的最显著部分，示出了在顶部层上沿着X方向排列的4个光链路5。在第4个光链路5处切割这一三维阵列的截面，以显示下方的6个波导管35层。这一阵列的平面外反射镜60沿着Y-方向在适当的位置处交错，产生24个波导管35的2-D阵列，这可沿着Z方向观察到。在左上方示出了具有交替的交错反射镜60和单独通路55的一束12个波导管35。在该图的右边示出了在开槽通路55上的平面外反射镜60终止的24个波导管35的高密度线性阵列。精确校准孔或管脚(pin)80允许无源校准光电元件。根据本专利技术，每一链路被基板10或相邻层支撑，且拥有波导管35、通路55和反射镜60。本专利技术的波导管35中的聚合物芯层45包括具有高的热分解温度且耐腐蚀性溶剂的有机和无机聚合物。尤其优选的聚合物包括含硅氧烷的无机组合物。甚至更优选的聚合物是硅氧烷聚合物-纳米颗粒混杂材料体系。这种聚合物足够坚固，以耐受PWB制造工艺中所要求的温度、压力和化学环境并提供必不可少的低损耗。聚合物-纳米颗粒混杂物优选包括可固化且含有官能团(例如环氧基、乙烯基醚、乙烯基酯、乙烯基、olephinic和丙烯酸酯基)的硅氧烷聚合物。本领域通常已知的包括合适催化剂和交联剂的额外材料也可包括在本专利技术的芯聚合物内。优选地，本专利技术的芯聚合物可光固化。在美国专利5861467中公开了尤其优选的可光固化的阳离子聚合物，在此通过参考将其引入。可光固化的阳离子聚合物涉及包括下述物质的可固化的涂料组合物(A)硅氧烷共聚物和(B)可光解离的酸。用于本专利技术组合物的合适的可光解离的酸包括鎓盐和一些硝基苄基磺酸酯。优选用于本专利技术组合物的是具有下述通式的鎓盐R2I+MXn-、R3S+MXn-、R3Se+MXn-、R4P+MXn-和R4N+MXn-，其中R是具有1-30个碳原子的相同或不同的有机基团，其中包括具有6-20个碳原子的芳族碳环基团，所述芳族碳环基团可被选自具有1-8个碳原子的烷氧基、具有1-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光链路，其包括：能支撑光学和电子元件以及电路的基板；具有顶部包层、聚合物芯层和底部包层的聚合物波导管，其中聚合物芯层、或者顶部和底部包层、或者这二者包括具有纳米颗粒填料的聚合物材料；用于将通过聚合物波导管传输的光导引到光学和电子元件或者另一聚合物波导管的反射镜；和允许光传输通过基板和所述各层的通路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J小德格鲁特，S格罗沃，WK贝斯克伊，MJ戴尔，
申请(专利权)人：陶氏康宁公司，格姆法尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]