專利名稱：使用激光燒蝕形成電子和光學(xué)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子和/或光學(xué)元件。具體地，本發(fā)明涉及使用激光燒蝕技術(shù)形成電子和/或光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
使用光脈沖序列的信號(hào)傳輸在高速通訊中變得原來(lái)越重要。例如，光集成電路(OIC)對(duì)高帶寬光互連變得日益重要。因此，光學(xué)元件的集成電路例如波導(dǎo)，濾光器，光互連，透鏡，衍射光柵，光通路等變得越來(lái)越重要。
這種技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)具有理想性能的光學(xué)材料，且可以使用激光燒蝕技術(shù)對(duì)這種材料進(jìn)行圖案化以便形成這樣的光學(xué)元件。國(guó)際公開WO 03/005616公開了與設(shè)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生光信號(hào)的多級(jí)印制線路板(PWB)相關(guān)的激光燒蝕成形技術(shù)。該P(yáng)WB的整個(gè)上表面是用第一種聚合物光傳導(dǎo)層層壓形成。在整個(gè)上表面區(qū)域上層壓具有更高折射系數(shù)的第二種聚合物，該聚合物具有與第一層相同性質(zhì)。在該P(yáng)WB的邊緣上使用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)激光燒蝕在這些層上形成直到下面的銅層的槽。在該P(yáng)WB的上表面上層壓第一層的聚合物材料的附加層，從而形成光波導(dǎo)。通過(guò)激光燒蝕在通孔所在位置對(duì)另一部分三層結(jié)構(gòu)形成下至下面銅層的槽。
WO 03/005616公開了PolyguideTM作為該聚合物材料。按照理解，這種材料是丙烯酸酯基材料。然而，在形成光學(xué)元件中存在許多與丙稀酸酯的使用相聯(lián)系的缺點(diǎn)。例如，丙烯酸酯通常不適合在高溫應(yīng)用，例如芯片至芯片應(yīng)用中使用。在接近200℃的溫度，大多數(shù)丙稀酸酯材料開始分解和解聚，產(chǎn)生了例如光學(xué)性能劣化形式的可靠性問(wèn)題。因此，在激光光束附近的材料區(qū)域會(huì)由于局部的加熱發(fā)生光學(xué)和/或電學(xué)劣化。此外，丙稀酸酯與玻璃存在結(jié)構(gòu)和光學(xué)上不相似的缺點(diǎn)。作為選擇用于光纖和引出線(pigtail)結(jié)構(gòu)的通用材料，玻璃可提供有益的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。為了減小與光損失相聯(lián)系的問(wèn)題，希望使用具有比丙稀酸酯更接近玻璃性能的材料用于光學(xué)元件。另外，所述的聚合物材料必須可進(jìn)行層壓。層壓不是典型用于芯片至芯片應(yīng)用的晶片加工或與其相容的工藝。
因此存在對(duì)形成電子和/或光學(xué)器件的改良方法的需求，該方法可克服或顯著改善上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了形成電子和/或光學(xué)元件的方法。該方法包括(a)提供具有聚合物層的電子基板，其中該聚合物層包含具有式(R1SiO1.5)的單元的聚合物，其中R1是取代或未取代有機(jī)基團(tuán)；和(b)通過(guò)激光燒蝕除去聚合物層的選定部分。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了形成電子元件的方法。該方法包括(a)提供具有金屬層和聚合物層的印制線路板基板，其中該聚合物層包含具有式(R1SiO1.5)的單元的聚合物，其中R1是取代或未取代有機(jī)基團(tuán)；和(b)通過(guò)激光燒蝕除去聚合物層的選定部分。
通過(guò)閱讀下列描述，權(quán)利要求，和有關(guān)的附圖，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


將參照下列附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行討論，其中相同的參照數(shù)字代表相同的部件，且其中圖1(a)-(c)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面不同形成階段的嵌入光波導(dǎo)；圖2(a)-(d)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的光通路；
圖3(a)-(e)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的盲孔(blind via)；圖4(a)-(d)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的光學(xué)鏡面；圖5說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面形成的另一個(gè)光學(xué)鏡面；圖6(a)-(c)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的凹透鏡；圖7(a)-(c)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的凸透鏡；圖8(a)-(b)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的衍射光柵。
具體實(shí)施例方式
簡(jiǎn)要地說(shuō)，本發(fā)明提供了形成電子和/或光學(xué)元件的方法。該方法包括提供包含聚合物層的電子基板。該聚合物層包含具有式(R1SiO1.5)的單元的聚合物，其中R1是取代或未取代有機(jī)基團(tuán)。通過(guò)激光燒蝕除去選定部分的聚合物層。
如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”是指一個(gè)或多個(gè)除非另外明確說(shuō)明。同時(shí)如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“電子元件”包括含有光學(xué)和電子功能的光電子器件以及非光學(xué)的電子器件。該電子元件可以是，例如具有或不具有光學(xué)功能的印制線路板(PWB)，具有或不具有光學(xué)功能的集成電路(IC)等等。該光學(xué)元件可以是，例如光波導(dǎo)，光通路，轉(zhuǎn)向元件，透鏡，鏡面，衍射光柵等等。該光學(xué)元件可典型用于光電子器件而且該元件可作為電子元件的一部分原位形成或者作為可隨后加入電子元件的分立部件。
術(shù)語(yǔ)“電子基板”是指可用于制造如PWB和IC的電子元件的基板。特別適合的基板包括覆銅板的層壓表面和銅表面，銅箔，印制線路板內(nèi)層和外層，用于制造集成電路的晶片如硅，砷化鎵，和磷化銦晶片，包括但不限于液晶顯示(“LCD”)玻璃基板的玻璃基板，和包含電介質(zhì)涂層，覆層的基板等等。
該基板在其表面上包含可通過(guò)激光燒蝕形成圖案的聚合物層。
該聚合物層包含具有式(R1SiO1.5)的單元的聚合物，其中R1是取代或未取代有機(jī)基團(tuán)。除非另外明確說(shuō)明，用來(lái)形成該聚合物層的組合物的成分的數(shù)量以基于不包含任何溶劑的組合物的重量百分比給出(wt％)。如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“聚合物”包括低聚物，二聚物，三聚物，四聚物等等，且包括均聚物和更高階的聚合物，即由兩個(gè)或多個(gè)不同的單體單元形成的聚合物和雜聚物。術(shù)語(yǔ)“烷基”指直鏈，支鏈，和環(huán)狀烷基，該烷基可以是取代或未取代的且可以在鏈內(nèi)或鏈上包含雜原子。術(shù)語(yǔ)“芳香”指芳香基，該基團(tuán)可以是取代或未取代的并且可以包含雜環(huán)。
適用于本發(fā)明的聚合物包括，例如硅氧烷，倍半硅氧烷(silsesquioxanes)，籠型(caged)硅氧烷，和它們的組合。適合的倍半硅氧烷聚合物包括，例如POSS(多面體低聚倍半硅氧烷)基聚合物，和共同未決的美國(guó)申請(qǐng)No.10/307,904(代理人案卷號(hào)DN51203)和公開的美國(guó)申請(qǐng)NO.20020172492 Al中描述的那些聚合物，這里引用該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參考。該聚合物在該組合物中的存在數(shù)量可以是1至99.5wt％，例如60至98.5wt％。R的代表性有機(jī)基團(tuán)包括取代和未取代烷基，芳基和雜環(huán)基。該烷基可以是含有例如1至20個(gè)碳原子且典型為1至20個(gè)碳原子的直鏈，支鏈或環(huán)狀烷基，例如甲基，乙基，丙基，異丙基，叔丁基，叔戊基，辛基，癸基，十二烷基，十六烷基，十八烷基，環(huán)己基，和2-乙基己基。該烷基可以被雜原子在該烷基的鏈中或鏈上取代，或者可以是非芳環(huán)基例如環(huán)戊基，環(huán)己基，降冰片基(norbonyl)，金剛烷基(adamantly)，哌啶基，四氫呋喃基和四氫苯硫基。代表性芳基包括那些具有6至20個(gè)碳原子的芳基，如6至15個(gè)碳原子的芳基，例如苯基，甲苯基，芐基，1-萘酚基，2-萘酚基和2-菲基，且可以被雜原子取代。雜環(huán)基可以是芳香基，例如噻吩，吡啶，嘧啶，吡咯，phosphole，arsole，和呋喃。
R1的典型基團(tuán)是取代或未取代甲基，乙基，丙基，環(huán)戊基，環(huán)己基，芐基，苯基，金剛烷基，和它們的組合。
該聚合物可以表現(xiàn)為均聚物，無(wú)規(guī)或嵌段的共聚物或更高階的聚合物的形式。該聚合物可以包含例如一個(gè)或多個(gè)另外的含硅單元，對(duì)于每個(gè)單元具有1至85wt％范圍的比例，例如15至80wt％或25至60wt％，或25至50wt％。該另外單元可以是例如硅氧烷，倍半硅氧烷，籠型硅氧烷，和/或它們的組合。例如，該聚合物可以另外包含式(R2SiO1.5)的聚合單元，其中R2是如上面關(guān)于R1所述的取代或未取代有機(jī)基團(tuán)。R1和R2中的一個(gè)可以選自例如取代或未取代烷基，而R1和R2中的另一個(gè)選自取代或未取代芳基。
該聚合物可以是例如烷基硅聚合物如包含甲基倍半硅氧烷單元和丁基倍半硅氧烷單元的共聚物；芳基硅聚合物如包含苯基倍半硅氧烷單元和三氟甲基苯基-倍半硅氧烷單元的共聚物或芳烷基硅共聚物如包含甲基和苯基倍半硅氧烷單元的共聚物。
如上面所述，可以可選的取代該聚合物的側(cè)鏈基團(tuán)。“取代”是指該側(cè)鏈基上的一個(gè)或多個(gè)氫原子被另一個(gè)取代基替代，例如氘，鹵素如氟，溴，和氯，(C1-C6)烷基，(C1-C6)鹵代烷基，(C1-C10)烷氧基，(C1-C10)烷基羰基，(C1-C10)烷氧基羰基，(C1-C10)烷基羰基氧基，烷基胺，包含烷基硫的材料等等。該聚合物可以無(wú)規(guī)或嵌段地包含寬范圍的重復(fù)單元。適用于本發(fā)明的聚合物單元可以具有，例如5至150個(gè)重復(fù)單元，典型為約10至35個(gè)重復(fù)單元；而適用于本發(fā)明的硅氧烷單元可以具有例如5至150個(gè)重復(fù)單元，典型為約7至25個(gè)重復(fù)單元。因此，該聚合物的分子量可以廣泛變化。典型地，該聚合物具有約500至15000的重均分子量(Mw)，更典型為約1000至10000，更為典型的是約1000至5000。已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的組合物在水性顯影劑(developer)中的溶解速率會(huì)隨分子量Mw和數(shù)值平均分子量Mn的增加而減小。
該聚合物此外包含兩個(gè)或多個(gè)功能末端基團(tuán)，該基團(tuán)可使縮聚得以發(fā)生。這樣的末端基團(tuán)可以是，例如羥基；烷氧基例如乙氧基，丙氧基，異丙氧基；羧酸酯基(carboxyester)，氨基，酰氨基，環(huán)氧基，亞氨基，羧酸，酸酐，烯烴，丙烯酸類，縮醛，原酸酯，乙烯醚，和它們的組合。其中，典型為羥基。基于該聚合物，該功能末端的含量可以是例如約0.5至35wt％，例如約1至10wt％，或約2至5wt％。
該聚合物可進(jìn)一步可選地包含一個(gè)或多個(gè)硅氧烷單元，例如式(R32SiO)的單元，其中R3是取代或未取代烷基或芳基。這樣的代表性硅氧烷包括苯基和甲基取代的硅氧烷。
可以通過(guò)已知的方法使用容易得到的初始材料來(lái)制備所述的聚合物材料。例如，可以通過(guò)50wt％甲基-三乙氧基-硅烷和50wt％苯基-三乙氧基-硅烷的縮合反應(yīng)來(lái)合成包含50∶50甲基-苯基硅的共聚物。
該組合物可選包含用于改變?cè)摻M合物的溶解度的活性成分，例如，如果希望該物層是可光成像的。該活性成分在活化時(shí)可典型產(chǎn)生酸或堿。可以在本發(fā)明中使用許多活性成分，其中包括但不限于光酸產(chǎn)生劑(photoacid generator)，光堿(photobase)產(chǎn)生劑，熱酸產(chǎn)生劑和熱堿產(chǎn)生劑。
適用于本發(fā)明的光酸產(chǎn)生劑可以是任何在曝露于光時(shí)產(chǎn)生酸的一種或多種化合物。適合的光酸產(chǎn)生劑是熟知的，且包括但不限于，鹵代三嗪，鎓鹽，磺化酯，取代羥基酰亞胺，取代羥基亞胺，疊氮化合物，萘醌如重氮萘醌，重氮化合物，和它們的組合。
適用于本發(fā)明的光堿產(chǎn)生劑可以是任何在曝露于光時(shí)放出堿的化合物。適合的光堿產(chǎn)生劑包括但不限于，氨基甲酸芐酯，苯偶姻氨基甲酸酯，O-氨基甲?；u基胺，O-氨基甲?；浚枷慊酋０?，α-內(nèi)酰胺，N-(2-烯丙基乙烯基)酰胺，芳基疊氮化合物，N-芳基甲酰胺，4-(正-硝基苯基)二氫吡啶，和它們的組合。
適用于本發(fā)明的熱酸產(chǎn)生劑可以是任何在加熱活化時(shí)產(chǎn)生酸的一種或多種化合物?？梢酝ㄟ^(guò)非直接的方法例如對(duì)流加熱或通過(guò)直接加熱的方法例如激光加熱技術(shù)來(lái)提供該加熱。
適合的熱酸產(chǎn)生劑是眾所周知的，且包括但不限于鹵代三嗪，酸的銨鹽，鎓鹽，磺化酯，取代羥基酰亞胺，取代羥基亞胺，疊氮化合物，萘醌如重氮萘醌，重氮化合物，和它們的組合。
在負(fù)片工作材料(negative working material)的情形下，適用于本發(fā)明來(lái)改變?nèi)芙舛鹊慕M分的數(shù)量是當(dāng)曝露至光化輻射或熱量時(shí)，任何可充分催化含硅聚合物偶聯(lián)以產(chǎn)生不溶于水性顯影劑的偶聯(lián)部分的數(shù)量。當(dāng)使用時(shí)，該活性成分在組合物中的存在數(shù)量典型為0.1至25wt％，例如0.1至12wt％。
其它可選存在于該組合物中的添加劑包括但不限于，表面均平劑，潤(rùn)濕劑，消泡劑，附著促進(jìn)劑，觸變劑等等。這樣的添加劑在涂層組合物的領(lǐng)域中是眾所周知的?？梢栽谠摻M合物中使用例如硅樹脂基的油的表面均平劑，例如購(gòu)自Dow Chemical Company的SILWET L-7604的硅樹脂基油。在本發(fā)明的組合物中結(jié)合使用一種以上的添加劑是可以理解的。例如潤(rùn)濕劑可以與觸變劑結(jié)合。這樣的可選添加劑可以從許多來(lái)源購(gòu)得。用于本發(fā)明的這些可選添加劑的數(shù)量將取決于具體的添加劑和需要的效果，并在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力之內(nèi)。這些其它添加劑在該組合物中的存在數(shù)量典型小于5wt％，例如小于2.5wt％。
該組合物可選包含一種或多種有機(jī)交聯(lián)劑。交聯(lián)劑包括，例如將該組合物的組分以三維方式連接起來(lái)的材料。與該含硅聚合物反應(yīng)的芳香或脂肪交聯(lián)劑適合用于本發(fā)明。這種有機(jī)交聯(lián)劑將發(fā)生固化，從而與含硅聚合物形成聚合網(wǎng)絡(luò)，并減小在顯影劑溶液中的溶解度。這種有機(jī)交聯(lián)劑可以是單體或聚合物。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員理解可以在本發(fā)明中成功使用交聯(lián)劑的組合。適用于本發(fā)明的有機(jī)交聯(lián)劑包括但不限于含胺化合物，含環(huán)氧的材料，含有至少兩個(gè)乙烯醚基的化合物，烯丙基取代的芳香化合物，和它們的組合。
典型的交聯(lián)劑包括含胺化合物和含環(huán)氧的材料。在本發(fā)明中用作交聯(lián)劑的含胺化合物包括但不限于三聚氰胺單體，三聚氰胺聚合物，烷醇甲基三聚氰胺，苯胍胺樹脂，苯胍胺甲醛樹脂，脲-甲醛樹脂，甘脲-甲醛樹脂，和它們的組合。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員理解，適合的有機(jī)交聯(lián)劑濃度可隨例如交聯(lián)劑的活性和該組合物的特定應(yīng)用而變化。當(dāng)使用時(shí)，該一種或多種交聯(lián)劑在該組合物中的存在數(shù)量典型為0.1至50wt％，例如0.5至25wt％或1至20wt％。
該組合物可選包含一種或多種溶劑。這樣的溶劑有助于本組合物的配置，還有助于將其涂覆于基板上。可以使用許多溶劑。適合的溶劑包括但不限于，二醇醚例如乙二醇一甲醚，丙二醇一甲醚，二丙二醇一甲醚；酯類例如，甲基乙酸溶纖劑，乙基乙酸溶纖劑，乙酸丙二醇一甲醚酯，乙酸二丙二醇一甲醚酯，二價(jià)酸酯，碳酸酯如碳酸丙烯酯，γ-丁內(nèi)酯，酯類如乳酸乙酯，乙酸正戊酯和乙酸正丁酯，醇類如n-丙醇，異丙醇，酮類如環(huán)己酮，甲基異丁酮，二異丁酮和2-庚酮，內(nèi)酯如γ-丁內(nèi)酯和γ-己內(nèi)酯，醚類如二苯醚和苯甲醚，烴類如均三甲基苯，甲苯和二甲苯，和雜環(huán)化合物如N-甲基-2-吡咯烷酮，N，N-二甲基丙烯脲，或它們的組合。
可以通過(guò)在混合物中以任何順序混合含硅聚合物和其它可選成分來(lái)制備該組合物。
可以通過(guò)多種技術(shù)由上述的組合物在基板表面上形成聚合物層，這些技術(shù)包括但不限于，絲網(wǎng)印刷，幕涂，輥涂，縫式隙涂布(slot coating)，旋涂，流涂，靜電噴涂，噴涂，或浸漬涂布。當(dāng)對(duì)該組合物進(jìn)行噴涂時(shí)，可以可選地使用加熱噴槍?？梢酝ㄟ^(guò)粘度調(diào)節(jié)劑，觸變劑，填料等調(diào)節(jié)該組合物的粘度以便滿足各種施用方法的要求。該層的厚度將取決于具體的應(yīng)用。然而，典型的干態(tài)厚度是1至100μm，例如約10至50μm。
然后典型將涂覆的基板干燥直到從涂層中基本除去溶劑?？梢栽诤嫦淙缂t外烘箱，對(duì)流烘箱，對(duì)流/傳導(dǎo)烘箱，真空烘箱中，或在熱板上進(jìn)行該干燥。這種干燥可以在不同的溫度和時(shí)間下進(jìn)行，這取決于所選的具體溶劑和干燥技術(shù)。適合的溫度是能夠基本除去任何存在的溶劑的溫度。典型地，可以在室溫(25℃)至170℃的任何溫度下進(jìn)行該干燥并持續(xù)5秒鐘至120分鐘的時(shí)間。當(dāng)使用烘箱時(shí)，典型的時(shí)間是10至120分鐘而對(duì)于熱板是10秒鐘至10分鐘。
通過(guò)激光燒蝕去除該聚合物層的選定，預(yù)先確定的部分。該激光燒蝕系統(tǒng)包含常規(guī)的激光源，例如可產(chǎn)生聚焦準(zhǔn)直光束的激基或YAG激光器。該激光燒蝕系統(tǒng)可進(jìn)一步包含聚焦透鏡，遮蓋物(mask)，而且可以選擇包含其它光學(xué)元件，例如鏡面和附加透鏡?？梢栽跓g步驟期間選擇和改變光束在聚合物材料上聚焦點(diǎn)的相對(duì)位置以及該光束相對(duì)于基板的入射角，使得預(yù)定體積的材料被燒蝕。這可以典型通過(guò)使激光器固定而移動(dòng)自動(dòng)載物臺(tái)上的基板來(lái)實(shí)現(xiàn)，但也可以通過(guò)例如使基板固定而移動(dòng)激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)兩者的組合。
該激光束典型為脈沖形式，并基于具體的聚合物材料選擇脈沖寬度和能量密度以便以需要的速率燒蝕聚合物材料的局部。這些值可根據(jù)例如材料和激光器系統(tǒng)而廣泛變化。該脈沖典型具有1飛秒至100納秒的寬度，例如5至30納秒。該激光束的能量密度典型為0.001mJ/cm2至10J/cm2，例如0.1至5J/cm2。特定位置的材料可接受該激光束的一個(gè)或多個(gè)脈沖，這取決于待去除的材料的數(shù)量。該激光的燒蝕速率將取決于例如具體的聚合物材料，能量密度和脈沖寬度。該激光燒蝕速率典型為1至100nm/脈沖。如果希望在具有聚合物層沉積的表面停止燒蝕，該表面應(yīng)當(dāng)具有相對(duì)于該聚合物層較低的燒蝕速率。該激光的輸出可以使用不同的波長(zhǎng)，例如193nm，248nm，355nm和10200nm中的一種或多種。
現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，該

了本發(fā)明的代表性方面。圖1說(shuō)明了一個(gè)典型的嵌入光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)可以部分上通過(guò)本發(fā)明的激光燒蝕技術(shù)形成。如圖1所示，提供在其表面形成有嵌入光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4電子基板2。該電子基板2可以是任何前述的電子基板，且典型為PWB基板。該嵌入光波導(dǎo)4是由上述聚合組合物的多個(gè)層形成。這些層包括第一個(gè)包覆層6，形成于第一個(gè)包覆層上隨后圖案化成中心結(jié)構(gòu)8的中心層，和形成于第一個(gè)包覆層和中心結(jié)構(gòu)之上的第二個(gè)包覆層10。該嵌入波導(dǎo)可以包含一個(gè)或多個(gè)(如圖所示)中心結(jié)構(gòu)。構(gòu)成嵌入波導(dǎo)4的第一包覆層6，中心，第二包覆層10的一個(gè)或多個(gè)可以是可光成像的，且在該最終的中心結(jié)構(gòu)的折射系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于包覆層的折射系數(shù)的條件下，并據(jù)此理解可以分別對(duì)該材料進(jìn)行選擇。這些層的厚度可以廣泛變化，具有5至500μm的厚度，例如典型為8至50μm?？梢允褂美鐦?biāo)準(zhǔn)的光刻和刻蝕技術(shù)，或者在可光成像材料的情形下通過(guò)光刻曝光和顯影形成該中心結(jié)構(gòu)8。人們還可以使用激光燒蝕以相同的方式形成疊層排列的多個(gè)嵌入光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，如圖1(c)所示。
該基板2可進(jìn)一步包含形成于其表面中或表面上的多個(gè)對(duì)齊基準(zhǔn)12?？梢詫⒃搶?duì)齊基準(zhǔn)12用于隨后部件的對(duì)準(zhǔn)和/或激光束14相對(duì)于基板2的對(duì)準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)基板2表面上的層形成圖案來(lái)形成對(duì)齊基準(zhǔn)12，例如使用標(biāo)準(zhǔn)光刻和刻蝕技術(shù)。用于該層的材料可以是該激光體系能夠識(shí)別并用于對(duì)準(zhǔn)用途的任何材料。
一旦使激光14和基底2相互對(duì)準(zhǔn)，使激光14相對(duì)于基板2移動(dòng)以便使激光束16沿一定路線穿過(guò)該嵌入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，如虛線箭頭所示。該路線典型包括一系列增量式移動(dòng)，并在每次停止時(shí)使用多個(gè)激光束脈沖以便從嵌入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4的表面上去除材料。以這種方式，激光4可除去一片嵌入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4并留下光學(xué)平滑的端面16，如圖1(b)所示。作為這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果，可以將該嵌入波導(dǎo)連接至具有更低光學(xué)和插入損失的光纖。在多個(gè)以疊層排列的嵌入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的情形中，可以方便地對(duì)該疊層同時(shí)進(jìn)行燒蝕處理。
圖2(a)-(d)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面形成光通路結(jié)構(gòu)的方法。如圖2(a)所示，提供在其表面上可能包含一個(gè)或多個(gè)層的電子基板2。如上面根據(jù)圖1所述，在該基板2上形成嵌入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括第一個(gè)中心層6，一個(gè)或多個(gè)中心結(jié)構(gòu)8，和第二個(gè)中心層10?？梢栽谠撉度氩▽?dǎo)結(jié)構(gòu)4上形成一個(gè)或多個(gè)附加層18，例如，包含金屬鍍覆結(jié)構(gòu)用于電子連接光電子器件20的上層。隨后通過(guò)激光燒蝕或濕法刻蝕貫穿層18，和通過(guò)激光燒蝕貫穿嵌入光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，形成通路22，如圖2(b)所示，由此形成光通路22?？梢允褂孟嗤募す鉄g工藝在層18和嵌入波導(dǎo)4中形成通路。通路22在橫截面上典型為圓形，雖然也可以使用其它幾何形狀。該光學(xué)通路22的直徑典型為25至1000μm，例如75至500μm。
光通路22允許光信號(hào)在嵌入波導(dǎo)4和另一個(gè)元件之間通過(guò)，另一個(gè)元件例如光電探測(cè)器如光電二極管，光源如激光發(fā)射器件即VCSEL芯片，或光傳播元件如光纖。為使光在嵌入波導(dǎo)4和其它元件之間通過(guò)，可以在該光通路中安置轉(zhuǎn)向元件如鏡面24，如圖2(c)所示。該鏡面可以是放置于光通路22中的分立元件或者可以按照下面的描述在原位形成?？蛇x地，可以用具有與中心的折射系數(shù)相匹配的折射系數(shù)的聚合物材料填充光通路22。示例實(shí)施方案沒有使用這種填充。圖2(d)說(shuō)明了將激光發(fā)射器件20結(jié)合至光通路22之上的層18的情形。如箭頭所示，光線由激光發(fā)射器件20向下傳播通過(guò)光通路22。該光線從鏡面24的表面反射開，并通過(guò)嵌入波導(dǎo)4的中心結(jié)構(gòu)8?？梢耘c光接收器件如光電探測(cè)器一起使用一個(gè)相反光路，該光接收器件代替該激光發(fā)射器件。
圖3(a)-(e)對(duì)一個(gè)典型盲孔在不同形成階段進(jìn)行了說(shuō)明。在PWB制造中典型使用盲孔來(lái)電子連接兩個(gè)彼此隔開金屬鍍覆層。圖3(a)說(shuō)明了形成于電子基板2上的第一個(gè)金屬層26。用于金屬層26的典型金屬包括，例如銅和銅合金。在金屬層26上形成一個(gè)或多個(gè)附加層28。從層28上除去待形成盲孔的位置處的材料，如虛線所標(biāo)記。這暴露出金屬層26的一部分上表面，形成一部分盲孔結(jié)構(gòu)30，如圖3(b)所示?？梢允褂靡阎募夹g(shù)例如干法刻蝕或激光燒蝕從層28上除去該材料。如圖3(c)所示，使用已知的技術(shù)如電鍍，用金屬如銅或銅合金填充該盲孔部分以便形成金屬柱32。
如圖3(d)所示，在第一個(gè)金屬層26和可選的一個(gè)或多個(gè)層28上形成一個(gè)或多個(gè)如上所述的聚合物層。在圖解表示的該實(shí)施方案中，該聚合物層形成如上所述的嵌入波導(dǎo)4，該嵌入波導(dǎo)包含第一個(gè)包覆層6，由中心層形成的中心結(jié)構(gòu)8，和第二個(gè)包覆層10。這一個(gè)或多個(gè)聚合物層可以另外或可選地包含非光學(xué)，電介質(zhì)層。然后通過(guò)激光燒蝕穿過(guò)該聚合物層形成與金屬柱32成一直線的通路34，并用金屬填充該通路，由此建立金屬柱32。如圖3(e)所示，可選在該一個(gè)或多個(gè)聚合物層上形成一個(gè)或多個(gè)附加層36，然后形成通路并用金屬填充，如上面根據(jù)圖3(b)所述。在該一個(gè)或多個(gè)聚合物層和可選層36上形成第二個(gè)金屬層38。由此該盲孔通過(guò)金屬柱32提供了第一個(gè)金屬層26和第二個(gè)金屬層38之間的電子連接。
圖4(a)-(d)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的光學(xué)鏡面。在基板2上形成一個(gè)或多個(gè)該聚合物層，如圖4(a)所示。在這個(gè)示例實(shí)施方案中，該聚合物層如上所述形成嵌入波導(dǎo)4。如圖4(b)所示，通過(guò)激光燒蝕從該嵌入光波導(dǎo)4上除去一部分聚合物材料以便形成成角度的端面40，如圖4(c)所示。對(duì)于圖解的實(shí)施方案，對(duì)端面和基板表面之間的角θ進(jìn)行選擇以便最終結(jié)構(gòu)可以將通過(guò)嵌入光波導(dǎo)的光線向上反射至基本垂直的面，反之亦然。角θ典型為約45°。然后在嵌入波導(dǎo)4的端面40形成反射層42，該反射層由金屬形成，例如鋁，金，銅，銀，或其它反射材料，如圖4(d)所示。可以通過(guò)多種技術(shù)如濺射，蒸發(fā)，非電鍍和/或電鍍形成反射層42。該反射層42典型具有0.05至1μm的厚度。因此可以使用該鏡面作為轉(zhuǎn)向元件以便反射來(lái)自嵌入波導(dǎo)4的光線如箭頭所示，或?qū)⒐饩€從該鏡面上部的光源反射進(jìn)入該嵌入波導(dǎo)。
圖5說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面形成的光學(xué)鏡面。上面關(guān)于圖4(a)-(d)的描述一般也適用于本發(fā)明的這個(gè)方面。然而，鏡面的形成使得通過(guò)激光燒蝕除去一部分嵌入光波導(dǎo)從而形成成角度的端面40，該端面具有端面和基板表面之間的夾角θ從而該最終結(jié)構(gòu)可以將通過(guò)嵌入波導(dǎo)的光線以向下反射至基本垂直的面，或反之依然。該角θ典型為約135°。
圖6(a)-(c)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的凹透鏡?？梢酝ㄟ^(guò)在電子基板2上涂覆該聚合物組合物的層44來(lái)形成該透鏡。通過(guò)激光燒蝕除去該聚合物上表面的局部46，控制在該表面的燒蝕的程度以產(chǎn)生凹形表面。對(duì)于在基板表面上形成多個(gè)鏡面的情況，可以通過(guò)激光燒蝕鏡面周圍的區(qū)域?qū)⒃撶R面分開。可以在電子基板上待使用的位置原位形成該鏡面。可選地，可以使用該方法來(lái)形成可用于光學(xué)或光電子器件的分立透鏡元件。以類似的方式，可以通過(guò)去除聚合物薄膜的局部46而在聚合物層44中留下凸形表面來(lái)形成凸透鏡，如圖7(a)-(b)所示。
圖8(a)-(b)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面不同形成階段的衍射光柵耦合器?？梢匝匾粋€(gè)或多個(gè)嵌入波導(dǎo)4的部分長(zhǎng)度形成該示例衍射光柵?？梢匀缟纤鲈陔娮踊?上提供該聚合物組合物的第一個(gè)包覆層6和中心層8。在形成該中心結(jié)構(gòu)之前或之后，以預(yù)定的間距和角度在中心8中燒蝕形成狹縫48，該間距和角度決定了衍射光柵耦合器的λ的耦合效率。如果尚未形成中心結(jié)構(gòu)則在中心層圖案化成中心結(jié)構(gòu)，并在第一個(gè)包覆層6和該中心結(jié)構(gòu)上形成第二個(gè)包覆層。
還設(shè)想了可以在本發(fā)明的聚合物材料中形成的其它激光燒蝕結(jié)構(gòu)，且不認(rèn)為該典型實(shí)施方案是限制性的。例如，在該聚合物材料中使用激光燒蝕形成的設(shè)想用于容納光學(xué)連接器的水平開口或垂直開口或溝槽，例如用于將光纖連接至一個(gè)或多個(gè)嵌入波導(dǎo)。
雖然根據(jù)具體的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，使用等同條件可以做出多種改變和修改而不背離權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.形成電子和/或光學(xué)元件的方法，該方法包括(a)提供包含聚合物層的電子基板，其中該聚合物層包含含有式(R1SiO1.5)的單元的聚合物，其中R1是取代或未取代有機(jī)基團(tuán)；和(b)通過(guò)激光燒蝕除去聚合物層的選定部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其中(b)的激光燒蝕的聚合物層形成光學(xué)元件的至少一部分。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該光學(xué)元件包含多個(gè)光波導(dǎo)，其中(b)包括通過(guò)激光燒蝕拋光該光波導(dǎo)的端面。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該光波導(dǎo)是疊層排列的嵌入光波導(dǎo)。
5.權(quán)利要求2的方法，其中該光學(xué)元件是穿過(guò)該層形成的光通路。
6.權(quán)利要求2的方法，其中該光學(xué)元件是透鏡，鏡面，或衍射光柵中的一種或多種。
7.權(quán)利要求1的方法，其中(b)的激光燒蝕的聚合物層形成層間電介質(zhì)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該電子基板是印制線路板基板，該基板此外在其表面包含金屬層和多個(gè)波導(dǎo)中心結(jié)構(gòu)，其中將激光與作為對(duì)齊基準(zhǔn)的波導(dǎo)中心結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)之后進(jìn)行激光燒蝕。
9.權(quán)利要求1的方法，其中該電子基板是還包含金屬層的印制線路板基板，其中該激光燒蝕在聚合物層中形成溝槽以便容納光連接器。
10.權(quán)利要求1的方法，其中該電子基板是還包含金屬層的印制線路板基板，其中該激光燒蝕在聚合物層中形成通路，且進(jìn)一步包括用銅或其合金填充該通路。
全文摘要
提供了形成電子和/或光學(xué)元件的方法。該方法包括(a)提供具有聚合物層的電子基板，其中該聚合物層包含具有式(R
文檔編號(hào)B23K26/40GK1645988SQ200410082138
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者M·L·莫伊尼漢, C·J·科蘭格洛, J·G·謝爾諾特, B·M·西卡德, N·帕格里諾 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯電子材料有限責(zé)任公司