大芯径中空波导的制造方法技术

公开了用于制造用于指引相干光的光子引导系统的方法。该方法包括使用锯割、激光烧蚀、光致抗蚀剂的激光直接写入、光结构化、和蚀刻中的至少一个工艺在宿主层（１０２）中形成通道（１０６）。施加一层高反射性材料（１１０）以基本上覆盖通道（１０６）的内部。在通道（１０６）上耦合具有高反射性材料层（１２６）的盖体（１２０）以形成大芯径中空波导（１５０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
随着电路板上的计算机芯片速度增加至甚至更快的速度，芯片间通信中的通信瓶 颈正在变成更大的问题。一种可能的解决方案是使用光纤来将高速计算机芯片互连。然而， 大多数电路板涉及许多层且常常要求其制造中的公差小于一微米。物理地设置光纤并将该 光纤连接到芯片可能过于不准确并耗费时间而不能在电路板制造工艺中广泛地采用。在电路板周围和之间路由光信号可能增加显著的附加复杂性。因此，适于出售的 芯片之间的光学互连已经证明是不可靠的，尽管需要宽带数据传输。附图说明图Ia是由衬底(substrate)承载的宿主层(host layer)的实施例的图示； 图Ib示出了在图Ia的宿主层中形成的通道的实施例；图Ic示出了施加在图Ib的通道上以形成基础部分(base portion)的反射涂层的实 施例；图Id示出了具有反射涂层的盖部分的实施例； 图Ie示出了依照实施例的耦合到图Ic的基础部分的盖部分； 图If示出了在多个层压层中形成的通道的实施例； 图Ig示出了在多个层压层中形成的多个通道的实施例；图2是描绘用于制造用于指引相干光的光子引导装置的方法500的实施例的流程图； 图3是描绘用于制造用于指引相干光的光子引导装置的方法600的实施例的流程图； 图如示出了以100晶向使用蚀刻工艺在宿主层中形成的通道的实施例； 图4b示出了来自于图如的第一和第二通道被耦合以形成基本上为正方形的大芯径中 空金属波导的实施例；图如示出了以110晶向使用蚀刻工艺在宿主层中形成的通道的实施例； 图4d示出了依照实施例的被耦合到图如的基础部分的盖部分； 图5是描绘用于制造用于指引相干光的光子引导装置的方法700的实施例的流程图； 图6a示出了用来将两个电路板互连的大芯径中空波导的实施例； 图6b示出了用来将电路板上的电子组件互连的大芯径中空波导的实施例； 图6c示出了具有以预定的角度切割以使得能够将改向装置插入到槽(slot)中的槽的 大芯径中空波导的实施例；图7a示出了具有反射涂层的大芯径中空波导的二维阵列的实施例； 图7b示出了具有反射涂层的大芯径中空波导的三维阵列的实施例；以及 图7c示出了被耦合到电路板和多个子卡的中空金属波导阵列的实施例。具体实施例方式用于在电路板上的计算机芯片之间形成光学互连的一种方法是使用在电路板上 形成的光学波导。光学波导可能由于使用平版印刷或类似工艺在电路板上形成波导的能力而比光纤通信优越。通常用诸如聚合物和/或电介质之类的基本上光学透明的材料在电路 板上形成波导。还可以在未被安装在电路板上的其它类型的衬底上形成使用平版印刷或类 似工艺制造的光学波导。例如，可以在柔性衬底上形成(一个或多个)光学波导以产生具有 一个或多个光学波导的带状电缆。以这种方式形成光学波导能够提供以在现代多层电路板上使用的所需物理公差 构造的互连。然而，可以在芯片和电路板制造中用来形成板上波导的聚合物、电介质、及其 它材料通常明显比光纤更有损耗。事实上，板上波导中的损耗量已经是限制光学波导互连 的接受的因素之一。用来构造波导的聚合物可以具有每厘米0.1 dB的损耗。相反，光纤中 的损耗约为每千米0.1 dB。因此，聚合物波导可以具有比光纤中的损耗大几个数量级的损耗。另外，典型的波导通常被制造为具有大致上与其被设计为要载送的光的波长成比 例的尺寸。例如，被配置为载送IOOOnm光的单模波导可以具有用于较高指数芯区的1000 nm至5000 nm (1 μπι至5 μ m)的尺寸且被较低指数包覆区围绕。多模波导可以具有用 于芯区的约20 60 μ m的等级的较大尺寸。单模和多模波导两者都具有用于芯的约0.2 至0. 3的相对高的数值孔径(NA)和0. 01至0. 02的包层(clad)折射率对比度。数值孔径 确定来自发射纤维的射束的发散。较大的NA将导致与纤维间间隔有关的不良耦合。因此， 连接此尺寸的波导可能是昂贵且具有挑战性的。使用这些波导也难以实现被引导光束的分裂(splitting)和分接(tapping)。产 生并连接波导的成本已经历史地减少其在最常见的应用中的使用。依照本专利技术的一个方 面，已经认识到需要与其它波导和光学装置互连起来更加简单且能够显著地减少光学波导 中的损耗量的廉价光子引导装置。依照本专利技术的实施例，图Ia至Ie提供制造光子引导装置的方法的图示。此光学 波导由具有高反射包覆层的空芯组成。其根据与常规光学波导不同的衰减全内反射的原理 操作，常规光学波导依赖于以在波导的芯与包层之间形成的临界角的全内反射。图Ia示出 由衬底104承载的宿主层102。衬底可以由多种不同类型的材料组成。例如，衬底可以是 诸如塑料的柔性材料或印刷电路板材料。可以将电路板材料配置为刚性或柔性的。可替换 地，衬底可以由半导体材料形成。宿主层102可以在衬底材料顶部上形成。宿主层还可以是一种柔性材料，诸如聚 合物或半导体材料，以使得能够使用标准平版印刷工艺来处理该材料。如图Ib中所示，可 以在宿主层中形成通道106。术语大芯径的使用意图意指通道106的高度105和/或宽度107基本上大于在光 子引导装置中被指引的相干光的波长。例如，高度或宽度可以是相干光的波长的50至超过 100倍。通道的高度和宽度通常被选择为相对类似。如果一个尺寸基本上不同于另一个，则 由于当两个尺寸基本上不同时发生的光束的偏振的解耦，在通道中载送的光束中可能发生 损耗。因此，尺寸的比通常小于十。可以使用许多工艺来形成通道106。已经开发了若干不同的工艺来以将使得高速 调制光信号(大于每秒1千兆位)能够穿过通道行进(其中(一个或多个)输出光信号具有期 望的特性)的方式来形成通道。已经开发的工艺包括锯割衬底以形成通道、激光微加工、激 光直接记录、光结构化、以及沿着期望结晶轴的蚀刻。下文将进一步描述这些工艺。在一个实施例中，可以使用锯来形成沿着宿主层102的预定长度的具有期望高度 105和宽度107的通道。例如，可以使用切割锯来形成所述至少一个通道。切割锯是一种 采用装配有极薄的金刚石刀片或金刚石线以切割、分割、或开槽于半导体晶片、硅、玻璃、陶 瓷、晶体、聚合物或塑料、以及许多其它类型的材料的高速心轴的锯。在一个实施例中，可以 使用具有单个刀片的锯来一次形成单个通道。该通道可以具有与刀片的宽度基本上类似的 宽度。用锯片切割的通道的宽度称为切口宽度。可替换地，可以用刀片进行多遍以形成具 有比刀片宽的宽度的通道。在另一实施例中，切割锯可以包括刀片组，该刀片组包括可以用 来在一遍中切割多个波导通道的两个或更多刀片。在另一实施例中，切割锯可以包括多个 心轴，其包括在心轴之间的变化间隙处具有类似或不同刀片的两个或更多心轴，以在一遍 中形成单个或多个波导通道。为了促使减少光子引导装置内的相干光的散射，可以对通道106的壁进行平滑化 以减少或消除粗糙。理想地，沿着该壁的任何突出特征应基本上小于相干光的波长。根据 波导的期望光学质量，还可以使用蚀刻工艺对(一个或多个)通道进行抛光以获得光滑的侧壁。在一个实施例中，可以将Disco牌DFD651切割锯与Disco牌NBdB 2050刀片一 起使用以在硅宿主层中形成一个或多个通道106。NBC系列刀片是超薄型金刚石刀片和铝 轮毂的组合，提供增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造用于指引相干光的光子引导系统的方法，包括：使用选自由对通道（１０６）进行锯割、模制、和压印组成的组的至少一个工艺在宿主层（１０２）中形成通道（１０６），以形成被配置为将至少一个电路板上的电子电路互连的波导，其中，通道（１０６）具有基本上大于相干光的波长的高度（１０５）和宽度（１０７）中的至少一个；施加一层高反射性材料（１１０）以基本上覆盖通道（１０６）的内部；在所述通道上耦合盖体（１２０）以形成大芯径中空波导（１５０），其中，所述盖体包括高反射性材料层（１２６）。

【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叶，N迈尔，CR拉尼，RN比克内尔，PK罗森伯格，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US