Способ формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате

Авторы патента:

Воронцов Леонид Викторович (RU)

Даниленко Дмитрий Александрович (RU)

G03F7/00 - Фотомеханическое, например фотолитографическое, изготовление рельефных (текстурированных) поверхностей или поверхностей с рисунком, например печатные поверхности; материалы для этих целей, например содержащие фоторезисты; устройства, специально приспособленные для этих целей (использующие фоторезистные структуры для специальных процессов см. соответствующие подклассы, например B44C,H01L, а также рубрики, например H01L 21/00,H05K)

G02B6/12 - типа интегральной схемы (получение или обработка отдельных кристаллов C30B; электрические интегральные схемы H01L 27/00)

B81C1/00 - Изготовление или обработка устройств или систем, выполненных внутри общей подложки или на ней (B81C 3/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2536790:

Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" (RU)

Изобретение относится к области радиоэлектроники и касается способа формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате. Способ заключается в том, что берут заготовку, в состав которой входит прозрачный полимер, над соответствующим местом заготовки располагают фоторезист и воздействуют на него штампом. Через прозрачную маску штампа осуществляют экспозицию УФ-излучением и покрывают внешнюю поверхность оптического тракта из отвердевшего фоторезиста светоотражающим металлическим слоем путем напыления. Технический результат заключается в упрощении способа формировании канала и улучшении эксплуатационных характеристик изделий. 5 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике. В нем предлагается новый способ формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате. Почему переходят в оптику при передаче сигнала между электронными модулями на одной печатной плате? Дело в том, что при больших частотах (скоростях передачи) в несколько гигабит в секунду в медных проводниках (дорожках) печатной платы возникают сильные искажения сигналов, как за счет увеличения сопротивления самих проводников, так и из-за резонансных явлений.

Выход ищут в использовании оптического соединения, когда исходный электрический сигнал при помощи микролазера преобразуют в оптический, затем осуществляют передачу оптического сигнала по волокну (полимерному оптическому волноводу), прием оптического сигнала микрофотодетектором, преобразование оптического сигнала в исходный электрический.

Оптический сигнал в этом случае необходимо передать с наименьшими потерями, так как мощность микролазера очень мала, а излучение имеет свойство в значительной степени рассеиваться.

Известны различные способы решения этой задачи.

«Соединения к источникам и детекторам света, связанным с электронными чипами, обеспечивают разнообразные варианты конфигураций оптических межсоединений, герметизированных гибкими прочными пленками. <…>:

* волноводы прикреплены к поверхности платы для связи края платы с чипом или между чипами. <…>;

* используется гибкая перемычка для соединения с верхней поверхностью чипа. Такая конфигурация обеспечивает разнообразные соединения, такие как концевой контакт к чипу, чип к чипу или чип к зажиму множества стекловолокон вне платы;

* перемычка вне основания от концевого контакта к чипу и между чипами;

* гибридные варианты, содержащие связи либо на, либо вне основания, к зеркалу и набору линз для обеспечения соединений к нижней стороне основания или к оптическому слою между основаниями;

* многоярусный пленочный волновод обеспечивает набор межсоединений между объединительной, дочерней и дочерними платами» (http://www.circuitrv.ru/joumal/article/2254).

Это справедливо и для модулей на печатной плате. Лазер устанавливают либо вверху, либо внизу модуля. Поэтому для передачи оптического сигнала между электронными модулями существует проблема поворота луча. (Следует отметить, что гибкие перемычки обладают низкими эксплуатационными характеристиками.)

В диссертации (Karppinen M. High bit-rate optical interconnects on printed wiring board. Micro-optics and hybrid integration, Edita prima Oy, Helsinki, 2008, p.71-72) для решения этих проблем используют микролинзы и зеркала для поворота луча. Однако линзы и зеркала требуют тщательной юстировки, и при серийном производстве это оказывается узким местом.

В (Takahara H. Optoelectronic Packaging Trends in Japan. Stanford University, US-Asia TMC, May 2003, p.6) луч последовательно от лазера проходит прозрачный полимер, микролинзу, воздух, снова микролинзу, полимер, зеркало, оптический волновод, снова зеркало, полимер, микролинзу, воздух, опять микролинзу, полимер и попадает в микрофотодетектор. Здесь тоже требуется тщательная установка микролинз и зеркал.

Этот способ формирования канала для передачи оптического сигнала принимается за прототип.

Технический результат изобретения - существенное упрощение в формировании канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате в случае многократной повторяемости и значительное улучшение эксплуатационных характеристик этой группы модулей.

Известна наноимпринтная литография (НИЛ) - «недорогая технология получения технологического рисунка с высоким разрешением и на больших площадях.

Ключевые преимущества НИЛ-технологии - минимальный размер получаемых структур, высокие точность и воспроизводимость при переходе от пластины к пластине и повторяемость по всей их площади.

Наиболее широко распространены три метода НИЛ - термоконтактная литография, УФ-наноимпринтная фотолитография и микроконтактная печать <…><…>

<…>

УФ-НИЛ - одна из наиболее известных технологий этой группы, используется для получения структур на всей поверхности пластин диаметром до 300 мм. Она сочетает в себе несколько важных особенностей - высокий уровень повторяемости и точность ориентации элементов на пластине, что обеспечивает одновременное нанесение микро- и наноструктур, а также длительный срок службы используемых штампов, поскольку в техпроцессе последние не подвергаются воздействию высоких температур и давления. <…>

<…>

Хотя максимальное разрешение процесса составляет менее 50 нм, в настоящее время УФ-НИЛ наиболее широко используется для получения структур с размерами от 20 мкм до 200 нм для создания микрооптических устройств, фотонных и микрожидкостных элементов, широкого спектра всемозможных сенсорных структур. <…>

<…>

Достоинства УФ-НИЛ, начиная от протекания процесса при комнатных температурах и заканчивая низкими (менее 1 бара) усилиями прижима штампа, позволяют получать структуры с высочайшей точностью и увеличивать производительность используемых УФ-НИЛ-систем. Применяемые мягкие штампы компенсируют неровности и изгибы поверхности пластины и дают возможность наносить рисунок на всю ее поверхность за один технологический цикл, обеспечивая очень высокое разрешение (менее 50 нм) на всей площади пластины» (Чабанов А. УФ-наноимпринтная фотолитография с мягкими штампами. Наноиндустрия, 2010, №2, с. 8-10).

Предлагается использовать технологию УФ-НИЛ для формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате в целом (фиг. 1-4).

С этой целью:

1. Берут маску (штамп) 2 и заготовку 3, в состав которой входит прозрачный полимер 1 (фиг. 1).

2. Над соответствующим местом заготовки располагают фоторезист 4 и воздействуют на него штампом (фиг. 2).

3. Осуществляют экспозицию УФ-излучением 5 через прозрачную маску (фиг. 3).

4. Внешнюю поверхность тракта из отвердевшего фоторезиста 6 (фиг. 4) покрывают светоотражающим металлическим слоем путем напыления.

Фрагмент некоторой оптической системы, которая может быть получена предложенным способом, приведен на фиг. 5. Здесь 7 - зеркало, 8 - VCSEL (лазер), 9 - модуль, 10 - подложка, 11 - оптический луч, 12 - оптический волновод, 13 - проводник электрического тока.

Необходимо отметить, что даже при использовании технологии УФ-НИЛ с подогревом температура при штамповке не более 200-250°C.

Допустимая температура для чипа 310-370°C. Усилие прессования таково, что никакого разрушительного воздействия на чипы или изменяющего их выходные характеристики не оказывает.

В предлагаемом изобретении полученная оптическая система не имеет воздушных промежутков. Это объясняется тем, что теперь не требуется юстировать микролинзы, для чего требовалось их перемещение в воздушном пространстве. Сейчас необходимость в юстировке оптических элементов отпала. Все допуска на размеры заложены в расчете и обеспечиваются формой штампа (маски), точность изготовления которого определяется прямо из оптического выпуска (документ, которым завершается расчет оптической системы, в котором указываются все допуски к расстояниям и точности изготовления отдельных поверхностей). Поэтому обеспечивается принцип «монолитного исполнения» этой группы модулей, что значительно улучшает ее эксплуатационные характеристики (температурный диапазон, вибрации, перегрузки и др.).

Данный способ решает задачу перехода от опытного (или единичного) производства электронных модулей со встроенными оптическими межсоединениями (из-за необходимости в юстировке элементов и настройке оптической системы) к серийному и массовому производству этих модулей (за счет возможности единовременных трудозатрат на расчет и изготовление штампа/штампов и последующей высокопроизводительной передачи формы штампа форме фоторезиста, образующего оптическую систему).

Способ формирования канала для передачи оптического сигнала между электронными модулями на одной печатной плате, заключающийся в том, что берут заготовку, в состав которой входит прозрачный полимер, отличающийся тем, что берут маску (штамп), над соответствующим местом заготовки располагают фоторезист, воздействуют на него штампом, через прозрачную маску осуществляют экспозицию УФ-излучением и покрывают внешнюю поверхность оптического тракта из отвердевшего фоторезиста светоотражающим металлическим слоем путем напыления.

Похожие патенты:

Способ записи изображений // 2534814

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа записи изображений. Способ включает в себя формирование на подложке светочувствительного слоя из наноалмазной пленки и облучение наноалмазной пленки сфокусированным излучением лазера по заданной программе с целью получения нужного изображения.

Носитель информации // 2533821

Изобретение относится к носителям информации. Предложен носитель информации, последовательно включающий в себя подложку, выбранную из покрытой полимером бумаги, синтетической бумаги и пластмассовых пленок, первый краскоприемный слой и второй краскоприемный слой, причем первый краскоприемный слой содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из оксида алюминия, гидрата оксида алюминия и высокодисперсного диоксида кремния, поливиниловый спирт и борную кислоту, причем массовое соотношение содержания борной кислоты и поливинилового спирта в первом краскоприемном слое составляет 2,0% масс.

Светочувствительная негативная полимерная композиция // 2533490

Изобретение относится к светочувствительным негативным полимерным композициям, подходящим для образования тонкой структуры фотолитографическим способом. Предложена светочувствительная негативная полимерная композиция, содержащая (a) содержащее эпоксидные группы соединение, (b) первую ониевую соль, содержащую структуру катионной части, представленную формулой (b1), и структуру анионной части, представленную формулой (b2), и (c) вторую ониевую соль, содержащую структуру катионной части, представленную формулой (c1), и структуру анионной части, представленную формулой (c2).

Полиуретановый состав и его применение для получения голографических сред // 2531625

Настоящее изобретение относится к полиуретановому составу для получения голографических сред, включающему: (A) полиизоцианатную компоненту, содержащую по крайней мере один полиуретановый форполимер с концевой изоцианатной группой с функциональностью по изоцианатным группам от 1,9 до 5,0, у которого изоцианатная группа связана с первичным алифатическим остатком и который основан на соединениях с гидроксильными функциональными группами с функциональностью по гидроксильным группам от 1,6 до 2,05, (Б) реагирующие с изоцианатами простые полиэфирные полиолы, (B) уретановые акрилаты и/или уретановые метакрилаты с по меньшей мере одной ароматической структурной единицей и с коэффициентом преломления более 1,50 при 405 нм, которые свободны от изоцианатных групп и гидроксильных групп, (Г) радикальные стабилизаторы, (Д) фотоинициаторы на основе сочетаний боратных солей и одного или нескольких красителей с полосами поглощения, которые по крайней мере частично покрывают область спектра от 400 до 800 нм, (Е) в случае необходимости катализаторы и (Ж) в случае необходимости вспомогательные вещества и добавки.

Способ электрохимической рентгеновской бесконтактной литографии // 2529592

Изобретение относится к области нанотехнологии, описывает способ электрохимического структурирования поверхности материалов и может быть использовано при изготовлении элементов микроэлектроники, однослойных и многослойных печатных плат, оптических элементов, а также других тонкопленочных структур.

Светочувствительная полимерная композиция, способы получения структуры и головка для подачи жидкости // 2526258

Изобретение относится к светочувствительной полимерной композиции, пригодной для получения различных микроустройств для микроэлектромеханических систем и других систем, а также к способу получения структуры и к головке для подачи жидкости.

Способ нанесения прецизионного фотолитографического рисунка на цилиндрическую поверхность оптической детали и приспособление для контактного экспонирования изображения для его осуществления // 2519872

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и предназначено для нанесения фотолитографического рисунка на рабочую поверхность цилиндрических диафрагм оптико-механического блока в сканирующем устройстве для выработки кодового сигнала управления ориентацией по Солнцу космических аппаратов.

Полиуретановый состав и его применение для получения голографических сред // 2518125

Настоящее изобретение относится к полиуретановому составу для получения голографических сред. Данный состав включает: A) полиизоцианатный компонент; B) изоцианат-реакционно-способный компонент, включающий, по меньшей мере, 50 вес.% в расчете на общую смесь B) полиэфирполиолов В1) со среднечисленными молекулярными весами больше 1000 г/моль, которые имеют показатель преломления nD 20<1,55 и содержат одно или несколько оксиалкильных звеньев формул (I)-(III): -СН2-СН2-О- (I) -CH2-CH(R)-O- (II) -СН2-СН2-СН2О- (III), при этом R является алкильным или арильным остатком, который может быть замещен или прерван гетероатомами; C) соединения, которые имеют показатель преломления nD 20>1,55 и содержат группы, реагирующие при действии актиничного излучения с этилен-ненасыщенными соединениями с полимеризацией (отверждаемые излучением группы), и сами не содержат NCO-групп; D) стабилизаторы радикалов; E) фотоинициаторы; F) при необходимости катализаторы; G) при необходимости вспомогательные вещества и добавки.

Формирование рисунка // 2518084

Изобретение относится к способу формирования рисунка электронного или фотонного материала на подложке, применению фторполимера в приготовлении снабженного рисунком электронного или фотонного материала на подложке, способу изготовления электронного прибора на подложке, а также к электронному или фотонному прибору.

Фотополимерная композиция и ее применение для изготовления голографических сред // 2515991

Настоящее изобретение относится к фотополимерной композиции для изготовления голографических сред, включающей трехмерно-сшитые органические полимеры A) или их предшественники в качестве матрицы, а также соединения B), содержащие группы, которые при действии актиничного излучения реагируют с ненасыщенными соединениями с этиленовыми фрагментами с образованием полимеров (радиационно-отверждаемые группы), и которые растворены в этой матрице или находятся в ней в распределенном состоянии, а также компонент C), представляющий собой, по меньшей мере, один фотоинициатор, при этом плотность полимерной сшивки органического полимера, выраженная через среднюю молекулярную массу MC двух сегментов, соединенных полимерными мостиками, составляет величину от 2685 г/моль до 55000 г/моль.

Температурно-чувствительный композит для фотонных кристаллов // 2533812

Использование: для получения температурно-чувствительного композитного фотонного кристалла и измерения температуры, а также контроля других параметров посредством данного фотонного кристалла.

Нанорезонатор // 2513657

Изобретение относится к области лазерной техники. Нанорезонатор состоит из двух гребенчатых пересекающихся фотонно-кристаллических волноводов, в месте пересечения образующих резонансную камеру.

Соединительный вывод и устройство отображения с соединительным выводом // 2492598

Интегрально-оптический волновод с активированной сердцевиной, двойной светоотражающей оболочкой и способ его изготовления // 2457519

Изобретение относится к устройствам интегральной оптики и может быть использовано для усиления оптических сигналов и лазерной генерации. .

Способ регистрации сигналов измерительных преобразователей на основе брэгговских решеток, записанных в едином волоконном световоде // 2413259

Изобретение относится к области мониторинга деформации и термических процессов с использованием контрольно-измерительных систем на основе волоконных брэгговских решеток.

Способ получения световодных каналов в жидкой среде // 2403596

Изобретение относится к физике жидких сред, а точнее к оптике жидких сред. .

Регулируемое устройство управления светом и регулируемый способ управления светом // 2363968

Интегрально-оптический делитель излучения // 2338224

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к делителям оптического излучения. .

Сканирующее устройство управления лучом лазера для предпосевной обработки семян // 2321032

Изобретение относится к области совершенствования низкоинтенсивных лазерных устройств в сельском хозяйстве, преимущественно для предпосевного облучения семян, и может быть использовано в биологии, медицине для исследования влияния доз и интенсивности лазерного облучения на биообъект.

Интегрально-оптический модуль для волоконно-оптического гироскопа // 2298819

Способ соединения, герметичная конструкция, изготовленная данным способом, и система герметичных конструкций // 2536076

Использование: для соединения герметичных корпусов устройств на базе микроэлектромеханических систем (МЭМС). Сущность изобретения заключается в том, что формирование на поверхности как первой пластины, так и второй пластины стопы из первого металла, подверженного окислению на воздухе; формирование на верхней поверхности каждой стопы из первого металла слоя второго металла, температура плавления у которого ниже, чем у первого металла (причем толщину слоя второго металла выбирают достаточной для предотвращения окисления верхней поверхности первого металла); приведение слоя второго металла на первой пластине в контакт со слоем второго металла на второй пластине, чтобы образовать зону соединения, и приложение к первой и второй пластинам давления соединения при температуре зоны соединения, которая ниже температуры плавления второго металла, чтобы инициировать соединение, причем давление соединения выбирают достаточным для деформирования слоев второго металла в зоне соединения.