一种聚合物光波导芯片的制作方法与流程

本发明涉及光波导技术领域，尤其涉及一种聚合物光波导芯片的制作方法。

背景技术：

光波导芯片是光互连技术的基本器件，传统的光波导芯片材料主要是二氧化硅、硅、化合物半导体等无机材料。近年来，聚合物材料因其加工工艺简单，价格低廉，易于集成等特点，被广泛应用于光波导芯片的制作。

目前有多种聚合物光波导芯片的制作工艺，但这些方法在被广泛使用的同时，也存在着许多的问题。例如反应离子蚀刻法工艺装置复杂，难以控制其制备过程；平板影印法对于制备的光波导芯片尺寸的控制还不尽如人意；光漂白技术对于所使用的聚合物材料的种类有特定的要求，其对材料的适应性较差；激光烧蚀无法满足光波导芯片较高的表面平整度；热模压印法对材料的热稳定性及金属压模的平整度有较高的要求；刮刀法则依赖于操作员的技术熟练度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚合物光波导芯片的制作方法，以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。

本发明实施例提供一种聚合物光波导芯片的制作方法，包括：

制作凹模具；

将聚合物芯层材料涂覆于所述凹模具的表面；

控制压板的位移，使所述压板对所述聚合物芯层材料进行施压，使得所述聚合物芯层材料填充所述凹模具的凹槽，并使得所述压板与所述凹模具表面的距离为第一距离；

加热固化所述聚合物芯层材料；

将所述聚合物芯层材料与所述凹模具、所述压板剥离，得到聚合物光波导阵列；

对所述聚合物光波导阵列进行切割分块，得到聚合物光波导芯片。

优选的，在真空箱体中完成所述聚合物光波导阵列的制作。

优选的，所述真空箱体的真空度为0～-0.1mpa。

优选的，通过超快激光对硅晶圆直写制作所述凹模具。

优选的，所述凹模具的凹槽深度为0.3mm、凹槽宽度为0.3mm、凹槽周期为1.5mm。

优选的，所述聚合物芯层材料为聚二甲基硅氧烷聚合物。

优选的，通过单轴驱动器控制所述压板的位移。

优选的，所述第一距离为0.3mm。

优选的，所述加热固化的温度为60℃~70℃，所述加热固化的时间为12~24小时。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本发明实施例中，利用凹模具制作脊形波导，通过控制凹模具的凹部几何尺寸，可有效控制光波导芯片的脊宽、脊高；通过控制压板与凹模具表面的距离，可有效控制光波导芯片脊两边的芯厚度；采用聚合物材料制作光波导芯片具有加工工艺简单，价格低廉，易于集成的优点；机械按压和加热固化的操作对装置要求较低、对材料的适应性较强；根据需要对聚合物光波导阵列进行切割分块，可以得到相应尺寸的光波导芯片。本发明提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法可以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法中的凹模具的结构示意图；

图3为图2中的凹模具的局部放大图；

图4为图3中的凹模具的左视图。

其中，1-凹模具，2-聚合物芯层材料，3-压板。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚合物光波导芯片的制作方法，以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。

本发明实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种聚合物光波导芯片的制作方法，包括：

制作凹模具；

将聚合物芯层材料涂覆于所述凹模具的表面；

控制压板的位移，使所述压板对所述聚合物芯层材料进行施压，使得所述聚合物芯层材料填充所述凹模具的凹槽，并使得所述压板与所述凹模具表面的距离为第一距离；

加热固化所述聚合物芯层材料；

将所述聚合物芯层材料与所述凹模具、所述压板剥离，得到聚合物光波导阵列；

对所述聚合物光波导阵列进行切割分块，得到聚合物光波导芯片。

利用凹模具制作脊形波导，通过控制凹模具的凹部几何尺寸，可有效控制光波导芯片的脊宽、脊高；通过控制压板与凹模具表面的距离，可有效控制光波导芯片脊两边的芯厚度；采用聚合物材料制作光波导芯片具有加工工艺简单，价格低廉，易于集成的优点；机械按压和加热固化的操作对装置要求较低、对材料的适应性较强；根据需要对聚合物光波导阵列进行切割分块，可以得到相应尺寸的光波导芯片。本发明提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法可以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种聚合物光波导芯片的制作方法，如图1(a)-(f)所示，包括以下步骤：

步骤1：制作凹模具，如图1(a)所示。

通过超快激光对硅晶圆直写制作所述凹模具1。所述硅晶圆优选为6英寸双抛硅晶圆，所述硅晶圆也可以为其他规格的硅晶圆。

所述凹模具1的结构如图2、图3、图4所示。其中，图3为图2中的凹模具的局部放大图；图4为图3中的凹模具的左视图。所述凹模具1的总长为a的整数倍，所述凹模具1的总宽为b的整数倍，所述所述凹模具1的凹槽宽度为c，所述所述凹模具1的凹槽周期为d，所述所述凹模具1的凹槽深度为e，所述硅晶圆的厚度为f。

一种优选的情况，所述凹模具1的凹槽深度为0.3mm、凹槽宽度为0.3mm、凹槽周期为1.5mm。上述尺寸的调整范围均为±2μm。

所述凹模具1的凹部几何尺寸决定最终得到的聚合物光波导芯片的脊宽、脊高。

所述凹模具1经过清洗、烘干后放入真空箱体以备使用。所述真空箱体的箱体表面安装有玻璃观察窗和真空手套，用于在抽真空的情况下的观察和操作。所述真空箱体与真空泵通过高压管相连，所述真空泵用于抽真空。

使用真空箱能有效减少气体混入聚合物材料，避免聚合物材料在制作过程中出现气泡，避免出现波导缺陷，引起光的散射。所述真空箱体的真空度优选为0～-0.1mpa。

步骤2：将聚合物芯层材料涂覆于所述凹模具的表面，如图1(b)所示。

所述聚合物芯层材料2为聚二甲基硅氧烷聚合物（pdms）。其中，pdms的预聚体：固化剂（质量比）=10:1。一种优选的情况，在所述真空箱体中，取2.5～3ml的所述聚合物芯层材料2涂覆于所述凹模具1的表面。

步骤3：控制压板的位移，使所述压板对所述聚合物芯层材料进行施压，使得所述聚合物芯层材料填充所述凹模具的凹槽，如图1(c)所示。

具体的，所述压板3安装在单轴驱动器上，所述单轴驱动器安装在所述真空箱体内壁上，通过所述单轴驱动器控制所述压板3的位移，对所述聚合物芯层材料2实施精确按压。即利用机械按压的方式，通过所述压板3对所述聚合物芯层材料2进行施压，使得所述聚合物芯层材料2填充所述凹模具1的凹槽。

步骤4：控制压板的位移，使所述压板对所述聚合物芯层材料进行施压，使得所述压板与所述凹模具表面的距离为第一距离，如图1(d)所示。

即对所述聚合物芯层材料进行施压，使得所述聚合物芯层材料填充所述凹模具的凹槽后，继续通过所述压板3对所述聚合物芯层材料2进行施压，使得所述压板3与所述凹模具1表面的距离为第一距离。

具体的，通过控制所述单轴驱动器的位移，实现控制所述压板3的位移。一种优选的情况，所述第一距离为0.3mm。所述第一距离的调整范围为±2μm。

所述第一距离决定最终制得的聚合物光波导芯片脊两边的芯厚度。

步骤5：加热固化所述聚合物芯层材料。

固定所述压板3后，将所述压板3四周残余的所述聚合物芯层材料2清理干净，然后对所述聚合物芯层材料2进行加热固化操作。加热器安装在所述真空箱内，且位于所述真空箱底部，所述加热器采用辐射传热的方式对所述真空箱体内进行加热。所述加热固化的温度为60℃~70℃，所述加热固化的时间为12~24小时。

步骤6：将所述聚合物芯层材料与所述凹模具、所述压板剥离，得到聚合物光波导阵列，如图1(e)所示。

完成固化后，将所述聚合物芯层材料2与所述凹模具1、所述压板3剥离开。

步骤7：对所述聚合物光波导阵列进行切割分块，得到聚合物光波导芯片，如图1(f)所示。

将经固化的所述聚合物芯层材料2从所述真空箱体内取出，获得成型的聚合物光波导阵列，按图2中划分网格的方式对所述聚合物光波导阵列进行切割，经打磨、清洗、烘干等工序即可得到总共20块聚合物光波导芯片。所述聚合物光波导芯片的包层为空气。

所述凹模具1的尺寸可控，划分网格的方式任意可选，因此可以根据需要制作制定尺寸的光波导芯片。

本发明利用凹模具制作脊形波导，通过控制凹模具的凹部几何尺寸，可有效控制光波导芯片的脊宽、脊高；通过控制压板与凹模具表面的距离，可有效控制光波导芯片脊两边的芯厚度；采用聚合物材料制作光波导芯片具有加工工艺简单，价格低廉，易于集成的优点；机械按压和加热固化的操作对装置要求较低、对材料的适应性较强；根据需要对聚合物光波导阵列进行切割分块，可以得到相应尺寸的光波导芯片。本发明提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法可以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。此外，使用真空箱能避免聚合物材料在制作过程中出现气泡，避免出现波导缺陷。

本发明实施例提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法至少包括如下技术效果：

在本发明实施例中，利用凹模具制作脊形波导，通过控制凹模具的凹部几何尺寸，可有效控制光波导芯片的脊宽、脊高；通过控制压板与凹模具表面的距离，可有效控制光波导芯片脊两边的芯厚度；采用聚合物材料制作光波导芯片具有加工工艺简单，价格低廉，易于集成的优点；机械按压和加热固化的操作对装置要求较低、对材料的适应性较强；根据需要对聚合物光波导阵列进行切割分块，可以得到相应尺寸的光波导芯片。本发明提供的一种聚合物光波导芯片的制作方法可以简化制作流程、提高制作效率、降低制作成本、减少产品次品率。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。