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一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置的制作方法

文檔序號:2725375閱讀:329來源:國知局
專利名稱:一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型屬于光電子器件的制造領(lǐng)域,具體涉及一種直寫制備聚合 物光波導(dǎo)的裝置。
背景技術(shù)
平板與條形光波導(dǎo)是光學(xué)系統(tǒng)小型化、集成化需求下的產(chǎn)物。每年都 有大量有關(guān)波導(dǎo)材料、器件原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方法與測試技術(shù)以及系 統(tǒng)應(yīng)用等方面的新成果研究報道,尋求低損耗以及用于單片集成的波導(dǎo)材 料和相應(yīng)的制造工藝一直為人們所關(guān)心。傳統(tǒng)的Si02平面波導(dǎo)制備技術(shù)具有損耗低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點, 一直作為制備光波導(dǎo)的主流材料之一。但是,由于制備過程中高溫工藝引起的材料雙折射,使得Si02基器件通常具有大的偏振依賴性。同時,Si02的熱光系數(shù)較小,無法制作數(shù)字熱光開關(guān),更不能制作電光調(diào)制器件等。新型聚合物材料是目前平面波導(dǎo)技術(shù)研究和發(fā)展的一個方向。與Si02相比,聚合物材料通常具有較大的熱光系數(shù)和電光系數(shù),可以制作低串?dāng)_、低偏振依賴性、 帶寬大的數(shù)字光開關(guān)等。與傳統(tǒng)的無機光波導(dǎo)材料相比,有機聚合物光波導(dǎo)材料具有較高的電 光耦合系數(shù)、較低的介電常數(shù)、較短的響應(yīng)時間和較小的熱損耗等特點。 而且,用聚合物材料來制作光波導(dǎo),加工工藝簡單,無須高溫加熱處理, 只要通過勻膠、光刻等工藝即可制得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光電集成器件,且所制備 的器件輕巧、機械性能好,適用于制作大型光學(xué)器件和撓性器件。聚酰亞 胺(PI)是目前電子材料中最有發(fā)展前途的有機高分子材料之一 (見"含氟 聚酰亞胺高分子光波導(dǎo)工藝的研究",梁東波,陳抱雪,袁一方上海理工大學(xué)學(xué)報Vo125 No3 2003 ),其優(yōu)異的綜合性能可滿足微電子工業(yè)對材料 的苛刻要求,因此受到工業(yè)界與科技界的廣泛重視。 在聚合物光波導(dǎo)的制作工藝方面,傳統(tǒng)的聚合物光波導(dǎo)制備工藝是先 在干凈的硅片上旋涂一層聚合物薄膜,高溫處理使薄膜固化,然后采用磁 控濺射技術(shù)在制備好的聚合物薄膜上沉積一層金屬膜。所需的微圖形通過 傳統(tǒng)的光刻技術(shù)轉(zhuǎn)移到金屬膜上,具體的光刻工藝包括前處理、勻膠、前 烘、對準(zhǔn)、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠等眾多步驟。光刻完畢后就進行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕。在ICP刻蝕中受光刻膠保護留下的金屬微圖形膜被用作掩膜層,保護其下的聚合物層免受等離子體的轟擊。未被保 護的聚合物在等離子體的轟擊下去掉,形成所需要的聚合物微結(jié)構(gòu)層(同時注意控制ICP刻蝕時間,以免等離子體轟擊破壞下包層),再采用腐蝕劑將金屬微圖形膜腐蝕掉,剩下的具有微圖形結(jié)構(gòu)的聚合物層即成為波導(dǎo)材 料的芯層。最后在制作好的波導(dǎo)芯層上旋涂聚合物上包層,加熱處理使上 包層固化,就形成了光波導(dǎo)層。上述傳統(tǒng)的光波導(dǎo)制備技術(shù)工藝穩(wěn)定,所制備的光波導(dǎo)層質(zhì)量高,在大規(guī)模生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢。不足之處在于所需要的裝備昂貴、制造 工序多、貴重材料浪費多、環(huán)境污染大、柔性化程度低、制作周期長和成 本高等。特別是對于小批量生產(chǎn)而言,上述過程顯然導(dǎo)致制造成本的大幅 度上升。為了彌補現(xiàn)有傳統(tǒng)光波導(dǎo)制造技術(shù)的不足,1990年以來,人們開發(fā)了 各種直寫技術(shù)(Direct Writing),如微細筆直寫、金剛石刀具直寫、激光直寫、 激光微細熔覆直寫等。由于直寫技術(shù)一般具有CAD/CAM功能,無需掩膜就 可實現(xiàn)柔性化制造,且加工精度高,速度快,無污染,成本低。并且,直 寫技術(shù)能夠使得設(shè)計人員足不出戶就可以在數(shù)小時內(nèi)將軟件設(shè)計圖形加工 成實際的產(chǎn)品,滿足小批量、多品種的電子產(chǎn)品制造要求,因此在微機械、 微器件與生物芯片的制造、材料原位合成等領(lǐng)域逐漸實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。在上述直寫技術(shù)中,具有代表性的技術(shù)是微細筆直寫電子元器件技術(shù)。 它主要是采用特殊設(shè)計的微細筆,利用工作臺的CAD/CAM功能,直接將電 子漿料置放于基板表面的指定位置,形成線路板或者功能元器件的過程。 關(guān)于Micropen (微細筆)直寫布線的具體設(shè)計方法詳見美國專利"CarlE, Drumheller. Inking System for Producing Circuit Patterns. US Patent4485387, 1984."(申請人Carl E, Drumheller. —種制造線路圖形的噴墨系統(tǒng),美國 專利號USPatent4485387)發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置,該裝置 具有簡化工藝、縮短制作周期和降低制造成本的特點。本實用新型提供的一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置,其特征在于 氣源通過氣管與壓力控制裝置相連,壓力控制裝置通過施壓氣管與微細筆 相連,用于控制施壓氣管中氣流的通斷和調(diào)節(jié)氣壓大小,并向微細筆的儲 料腔中的漿料提供所需的壓力。本實用新型裝置采用專門設(shè)計的微細筆裝置直寫波導(dǎo)芯層,以替代傳統(tǒng) 工藝中的光刻工藝,以達到簡化工藝、縮短制作周期、降低制造成本的目 的。采用本實用新型直寫裝置可以在已有的整體下包層上直寫芯層。它具 有工藝簡單(不需要制作掩模-光刻等復(fù)雜的工藝),設(shè)備造價低、效率高, 制作周期短等特點。而且,利用Si作為襯底材料,便于將直寫技術(shù)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相容,如制備掩埋型的聚合物光波導(dǎo)器件的工藝與ic工藝相容,有利于實現(xiàn)光電器件的集成制造。

圖l為本實用新型裝置的原理示意圖;圖2為本實用新型裝置所采用的微細筆的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本實用新型裝置的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。 本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示,氣源5通過氣管6與壓力控制 裝置7相連。壓力控制裝置7通過施壓氣管8與微細筆9相連,用于控制施壓
氣管8中氣流的通斷和調(diào)節(jié)氣壓大小,并向微細筆9的儲料腔中的槳料提供 所需的壓力。在通常情況下,筆筒內(nèi)施壓氣壓的壓力范圍為0.001MPa— 0.50MPa。微細筆9的結(jié)構(gòu)如圖2所示,減壓裝置12位于筆帽13內(nèi),并與位于 筆帽13頂部的施壓氣管8相連,筆帽13的下端與筆筒16的上端螺紋連接并實 現(xiàn)密封,構(gòu)成儲料腔14,儲料腔14用于儲存待沉積的聚合物材料15,筆筒 16的下端為筆尖17。減壓裝置12的作用在于使氣壓比較平緩地加到儲料腔 14內(nèi),施加壓力的大小是影響線寬的一個因素。另外筆尖17內(nèi)徑的大小也 是影響線寬的主要因素之一,通常情況下,筆尖17的內(nèi)徑為20um—200um, 外徑為120 u m--260 " m,具體根據(jù)所需要寫的線條寬度以及施加氣壓的大 小予以選擇。壓力控制裝置7接通時,向微細筆的筆筒內(nèi)施壓,使?jié){料從筆尖17流出; 斷開時泄掉微細筆筆筒內(nèi)的壓力,由于筆尖的毛細作用而使?jié){料及時停止 流出。當(dāng)微細筆在基板上移動時,筆尖17便可在基板上寫下所需圖案和線寬的光波導(dǎo)。 實例l如圖3所示,第二調(diào)壓閥23、第三壓力表24和電磁閥25串聯(lián)構(gòu)成壓力控 制裝置7。壓縮氮氣源18依次經(jīng)過氣源開關(guān)19、第一壓力表20、第一調(diào)壓閥 21和第二壓力表22與第二調(diào)壓閥23相連。當(dāng)電磁閥25開通時,氣流依次通 過各部件后經(jīng)施壓氣管8進入微細筆9。微細筆9裝在工作臺26上,基板10固 定于工作臺26上,控制器27通過電機控制微細筆9的運動。微細筆9中筆尖 17的內(nèi)徑為60um,外徑為120um。使用時首先打開氣源開關(guān)19,壓縮氮氣源18便供給一定壓力的氣體, 其壓力由第一壓力表20測定,第一調(diào)壓閥21調(diào)節(jié)輸出壓力,輸出壓力由監(jiān) 測輸出氣壓的第二壓力表22測定。監(jiān)測施壓氣壓的第二壓力表24監(jiān)測第二 調(diào)壓閥23調(diào)節(jié)后的壓力,以保證通過電磁閥25供給恒定壓力的氣流,此氣 流通過施壓氣管8進入微細筆9內(nèi)。第一電磁閥25由控制器27通過控制芯片 控制其通斷??刂破?7—方面控制電磁閥25的通斷,以保證微細筆15正常工作,另
一方面也通過電機控制工作臺的滑塊運動,從而使固定于滑塊上的微細筆9運動。基板10固定在工作臺上,這樣微細筆可在基板10上運動,基板10到 微細筆9的高度可調(diào),并且此高度直接影響到線寬的大小。
權(quán)利要求1、一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置,其特征在于氣源(5)通過氣管(6)與壓力控制裝置(7)相連,壓力控制裝置(7)通過施壓氣管(8)與微細筆(9)相連,用于控制施壓氣管(8)中氣流的通斷和調(diào)節(jié)氣壓大小,并向微細筆(9)的儲料腔中的漿料提供所需的壓力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置,其特征在于: 壓力控制裝置(7)由調(diào)壓閥、壓力表和電磁閥串聯(lián)構(gòu)成。
專利摘要本實用新型公開了一種直寫制備聚合物光波導(dǎo)的裝置,其特征在于氣源通過氣管與壓力控制裝置相連,壓力控制裝置通過施壓氣管與微細筆相連,用于控制施壓氣管中氣流的通斷和調(diào)節(jié)氣壓大小,并向微細筆的儲料腔中的漿料提供所需的壓力。采用本實用新型直寫裝置可以在已有的整體下包層上直寫芯層,它具有工藝簡單(不需要制作掩模-光刻等復(fù)雜的工藝),設(shè)備造價低、效率高,制作周期短等特點。本實用新型便于將直寫技術(shù)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相容,如制備掩埋型的聚合物光波導(dǎo)器件的工藝與IC工藝相容,有利于實現(xiàn)光電器件的集成制造。
文檔編號G02B6/13GK201017057SQ20062016335
公開日2008年2月6日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者曾曉雁, 朱大慶, 李祥友, 李金洪, 王澤敏, 董林紅 申請人:華中科技大學(xué)
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