具有光学功能的印刷电路板的形成方法转让专利
申请号 : CN200710306247.6
文献号 : CN101287330B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : E·安朱德斯 , P·D·肯德森
申请人 : 罗门哈斯电子材料有限公司
摘要 :
提供了一种形成具有光学功能的印刷电路板的方法。该方法包括在印刷电路板衬底上施加干膜，然后在所述干膜上形成光波导。本发明发现尤其适用于电子学和光电子学产业。
权利要求 :
1.一种形成具有光学功能的印刷电路板的方法，该方法包括：在印刷电路板衬底上施加聚合干膜层；以及
在所述干膜层上直接形成光波导，该光波导包括芯和包围所述芯的包覆层，所述光波导的形成包括：在干膜层上直接形成第一包覆层；
在第一包覆层上形成芯层；
使芯层图案化来形成芯；以及
在第一包覆层和芯上形成第二包覆层。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述干膜层是可作为焊料掩模或介电干膜层的类型。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所述光波导芯和/或包覆层包含化学式为RSiO1.5的单元，其中R是取代的或未取代的有机基团。
4.权利要求1的方法，其特征在于，所述方法还包括以层叠结构在上述光波导上形成第二光波导。
5.权利要求4的方法，其特征在于，所述方法还包括在光波导上施加第二干膜层以及在第二干膜层上直接形成第二光波导。
6.权利要求1的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成包覆层之前，处理所述干膜层的表面来改进与光波导的粘着性。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述处理步骤包括以下操作中的一种或多种：机械研磨或用电晕放电、火焰、臭氧或等离子进行处理。
8.权利要求1的方法，其特征在于，所述方法还包括在印刷电路板衬底上形成电路。
9.权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，所述光波导芯和包覆层包含化学式为RSiO1.5的单元，其中R是取代的或未取代的有机基团。
10.权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，所述干膜层由选自丙烯酸酯、聚氨酯和环氧树脂的材料形成。
11.权利要求9的方法，其特征在于，所述干膜层由选自丙烯酸酯、聚氨酯和环氧树脂的材料形成。
说明书 :
技术领域
本发明一般涉及光电子学领域。具体地，本发明涉及具有光学功能的印刷电路板的形成方法。
背景技术
在高速通讯和数据传输中采用光脉冲序列的信号传输正变得日益重要。例如，对于高带宽光学互联光学，集成电路的重要性正在增加。结果是，例如波导、滤波器、光学互联、透镜、衍射光栅等的光学组件的集成正变得日益重要。
以嵌入的光波导的形式结合到印刷电路板(PCBs)的光学层是公知的。例如，Shelnet等人的美国专利No.6,731,857和美国已公开申请No.US20040105652公开了在印刷电路板衬底上嵌入由硅倍半氧烷化学物质形成的光波导。光波导包括一个芯和包围芯的包覆层，由于与包覆层相比芯的高折射率，从而在芯内传输光辐射。光波导可以通过以下方式形成：在衬底上涂布底部包覆层，在底部包覆层上涂布可光成像的芯层，通过光刻法使得芯层图案化，来形成芯结构，以及在底部包覆层和芯结构上形成顶部包覆层。
在印刷电路板的形成中使用的衬底通常由通过织物布料强化的树脂构成。通常使用的材料包括，例如，环氧树脂、聚酰亚胺和氰酸酯，玻璃丝为常用的织物。在这些材料中，一般使用例如玻璃纤维强化的环氧树脂例如FR-4印刷电路板衬底。当例如如上所述的光波导直接形成在这样的印刷电路板衬底上时，会损害光学性能。认为在波导中的光学损失至少部分是由印刷电路板衬底的表面形貌变化造成的。
以嵌入的光波导的形式结合到印刷电路板(PCBs)的光学层是公知的。例如，Shelnet等人的美国专利No.6,731,857和美国已公开申请No.US20040105652公开了在印刷电路板衬底上嵌入由硅倍半氧烷化学物质形成的光波导。光波导包括一个芯和包围芯的包覆层，由于与包覆层相比芯的高折射率，从而在芯内传输光辐射。光波导可以通过以下方式形成：在衬底上涂布底部包覆层，在底部包覆层上涂布可光成像的芯层，通过光刻法使得芯层图案化，来形成芯结构，以及在底部包覆层和芯结构上形成顶部包覆层。
在印刷电路板的形成中使用的衬底通常由通过织物布料强化的树脂构成。通常使用的材料包括，例如，环氧树脂、聚酰亚胺和氰酸酯，玻璃丝为常用的织物。在这些材料中，一般使用例如玻璃纤维强化的环氧树脂例如FR-4印刷电路板衬底。当例如如上所述的光波导直接形成在这样的印刷电路板衬底上时，会损害光学性能。认为在波导中的光学损失至少部分是由印刷电路板衬底的表面形貌变化造成的。
发明内容
因而本领域需要能够解决与本领域的情形相关的这个问题的具有光学功能的印刷电路板的形成方法。本发明提供了一种具有光学功能的印刷电路的形成方法。本方法包括向印刷电路板衬底施加一个干膜层，以及在干膜层上直接形成光波导，光波导包括芯和包围芯的包覆层，所述光波导的形成包括：在干膜层上直接形成第一包覆层；在第一包覆层上形成芯层；使芯层图案化来形成芯；以及在第一包覆层和芯上形成第二包覆层。根据本发明的进一步的方面，可以通过层叠工艺，例如真空层叠、加热辊层叠或切片层叠，在印刷电路板衬底上施加干膜层。干膜层可以由能作为焊料掩模或电介质干膜层的材料形成。光波导芯和/或包覆层可以包括化学式(RSiO1.5)的单元，其中R为取代的或未取代的有机基团。在包覆层形成之前，可以处理干膜层的表面来改善与波导的粘着性。这种处理可以包括，例如，以下处理中的一种或多种：机械抛光或应用电晕放电、火焰、臭氧或等离子体的处理。本发明进一步提供了通过本发明的方法形成印刷电路板的方法。本发明的方法和器件可以提供具有改进的光学损耗性能的光波导。
本领域的普通技术人员通过以下的说明书，权利要求书和所附附图的，可以很容易了解本发明的其它目标和优点。
本领域的普通技术人员通过以下的说明书，权利要求书和所附附图的，可以很容易了解本发明的其它目标和优点。
附图说明
下面将通过参考下面的附图来讨论本申请，其中相同的数字表示相同的特征，以及其中：
附图1A-C说明了可用于本发明的示例性的干膜；
附图2A-E说明了根据本发明的一个方面的在其形成的不同阶段的具有光学功能的印刷电路板；以及
附图3说明了根据本发明的另一方面的包括层叠设置的多个波导的印刷电路板；
附图1A-C说明了可用于本发明的示例性的干膜；
附图2A-E说明了根据本发明的一个方面的在其形成的不同阶段的具有光学功能的印刷电路板；以及
附图3说明了根据本发明的另一方面的包括层叠设置的多个波导的印刷电路板；
具体实施方式
本发明提供了一种具有光学功能的印刷电路板的形成方法。本方法包括将干膜层施加到印刷电路板衬底以及在干膜层上形成光波导。
附图1A-C显示了在本申请的方法中使用的示例性干膜1的横截面。合适的干膜包括，例如，在形成焊料掩膜或电介质层中一般使用的干膜。合适的这种干膜材料包括，例如，丙烯酸酯、聚氨酯、以及环氧树脂。合适的干膜可从，例如，美国麻萨诸塞州马尔博罗的罗门哈斯电子材料(Rohm and Hass ElectronicMaterials，Marlborough，MA USA)，日本的日合摩顿(Nichigo-Morton)和台湾的永恒化学公司(Eternal Chemical Company)购得。合适的商业材料包括例如：来自罗门哈斯电子材料有限公司的LAMMINARTME9112干膜，日本的日合摩顿销售的商品名为Alpho的材料，购自永恒化学公司的可用的DynamaskTM5016光热-固化环氧丙烯酸干膜。
所示的干膜1包括载体衬底2，在载体衬底上的聚合层4，以及任选的保护覆盖层6。保护覆盖层6例如，可以如附图1A所示设置在聚合层4的上面的干膜的正面上或如附图1B所示设置在干膜的背面上。例如，如果多层干膜薄片以层叠方式设置、或如附图1C所示干膜以卷的形式8保存，则需要使用背面保护覆盖层。保护覆盖层6对聚合体层4提供保护，通常为可以从剩余的干膜剥去的可除去薄膜或薄片的形式。载体衬底2起到对聚合层4以及干膜的其它任何层的机械支承的功能。在后续的使用中载体衬底2通常从剩余的干膜上除去。
附图2A-E显示了在其形成的不同阶段、在印刷电路板上的光波导结构。如附图2A所示，提供印刷电路板衬底10。印刷电路板衬底通常由树脂，例如，通过织物布料例如玻璃纤维布料加固的环氧树脂、聚酰亚胺或氰酸酯构成。通常使用玻璃纤维加固的环氧树脂衬底，例如FR-4衬底。
如上所述的干膜1被粘附于印刷电路板衬底10以形成用来在其上形成光波导底部包覆层的基底。与用来形成光波导的印刷电路板衬底表面相比，干膜提供相对平的表面。例如在将干膜施用于印刷电路板衬底之后，用使用例如来自美国纽约的维科设备有限公司(Veeco Instruments，inc.，New York，USA)的例如DektakTM触针剖面测量仪，测得干膜的糙度通常等于或小于1.5μm。认为在其上形成波导的表面的改善的平整度会导致光学损耗降低。用来将干膜粘附到衬底的合适的技术包括，例如层叠，如真空层叠、加热辊层叠或切片层叠。在一个示例性的方法中，将干膜1放置在加热辊层叠机中，将保护覆盖层6从聚合层4剥下，使得所述聚合层4与印刷电路板衬底10接触，并用加热和加压的辊11将其层叠到印刷电路板衬底10上。虽然条件将根据特殊材料而改变，但是层叠温度通常为从大约21至150℃，例如，大约25至110℃。压力通常为从大约0.1至5kg/cm2，例如，大约0.3至2kg/cm2。滚筒11的速度通常为大约1.5至600cm/min，例如，大约30至150cm/min。在层叠之后，可以从聚合层4和印刷电路板衬底10上移除载体衬底2，通常是通过剥下而除去。对于可热固化的组合物，接下来可通过热处理使得聚合层4固化。通常的固化温度为从大约120至200℃，例如从大约145至180℃，固化时间通常为从大约0.5至5小时，例如从大约1至3小时。任选地，为了促进与将要形成的光波导的粘着性的目的，可以对干膜表面进行处理。这种表面处理可以包括，例如以下操作中的一种或多种：机械研磨、通过电晕放电、火焰、臭氧、或等离子体处理，以及形成粘附促进层。
然后光波导结构形成在干膜聚合层4上，通常如图所示与所述干膜聚合层4直接接触。波导可以例如多层工艺形成，所述多层工艺包括形成第一包覆层，形成芯层，然后对芯进行图案化，然后形成第二包覆层。参考附图2B，第一包覆层12形成在干膜层4上。以下描述这个层和其它层的合适组成。第一包覆层(以及将被描述的其它波导层)可以通过已知的技术形成，这些技术包括，但是不限于：丝网印刷、幕涂、辊涂、条缝涂布、旋涂、整片涂布、静电喷涂法、喷涂、或浸涂。当进行喷涂时，可以任选地使用被加热的喷枪。可以通过粘度条件结、触变剂等来调节组合物的粘度，以满足应付对于各种方法的需求。第一包覆层通常淀积至在干状态中从1至200μm的厚度，例如，从1至100μm或10至50μm。可根据例如第一包覆组合物中活性组分的种类，通过例如热固化和/或光致固化来固化第一包覆层12。热固化温度通常从90℃至300℃，例如从90℃至220℃。这种固化通常需要5秒至1小时的时间。这种固化可以通过在烤箱中或轻便电炉上加热衬底来进行。或者波导包覆层可以用例如1至2Joules/cm2的光化辐射进行浸没曝光，然后在90℃至300℃，例如从90℃至220℃进行热固化。
如附图2C所示，然后在第一包覆层12上形成芯层14。芯层通常涂布至从大约1至100μm的厚度，例如，从大约8至60μm。然后例如通过烘焙，使得被涂布衬底温和地固化来除去涂层中的溶剂。根据所选的具体溶剂，这种固化可以在不同的温度发生。合适的温度为足以基本除去存在的任意溶剂的任意温度。根据例如衬底和热平衡，温和固化通常在从室温(25℃)至300℃的温度下进行。这种固化能够在烤箱中或轻便电炉上进行，例如，从5秒至60分钟的时间。固化之后，使得芯层图案化。对于光刻材料的情况，芯层可以通过对光化辐射曝光来成像。这种方法包括，例如，接触成像，投影成像，以及包括通过多光子吸收激光直接写入式成像的激光直接写入式成像。例如，如通过附图2C中的掩膜16定义的曝光图案限定了波导芯的几何形状，其通常但不一定具有约数厘米至数米的长度以及数微米至数百微米的宽度。
在曝光之后，可以对组合物进行曝光后固化，通常在40至170℃的温度下进行固化。固化时间可以改变但是一般从大约30秒至大约1小时。例如通过与合适的显影剂接触，可以移除未曝光区域，仅仅在衬底上保留剩下曝光区域，因而形成附图2D中的芯结构14′。
在显影之后，结构可以经历最后的固化步骤。例如，固化能包括浸没曝光，例如使用1至2焦耳/cm2的光化辐射。此外，或作为取代，可以在空气或例如氮气或氩气纸类的惰性气体中，在从大约130℃至300℃的温度加热波导。
然后，如附图2E显示，第二包覆层18如上所述可以形成在第一包覆层12和芯结构14′上。第二包覆层材料可以与第一包覆层相同或不同，通常为相同的材料。第二包覆层能够热活化和/或光激活来提供上文关于第一包覆层所述的波导结构。第二包覆层通常沉积至一定的厚度。第一包覆层通常沉积至干态厚度为1至200μm，例如，从1至100μm或10至50μm。
在印刷电路板衬底上形成光波导结构之后，可以进一步处理印刷电路板。例如，可以在波导结构上形成一个或更多个电介质层和/或金属层从而形成用于信号通路的金属化结构。在这个阶段也可以进行对光电器件例如光电探测器或激光发射器件，例如VCSEL芯片的电连接。使用例如在Coombs，印刷电路手册(Printed Circuit Handbook)，第五版，McGraw-Hill(2001)中描述的这些公知技术来完成印刷电路板的加工。例如，如附图3所示，对于某些应用，可能需要光波导形成为两层或更多层波导的多级设置。如所述多个波导层可以彼此堆叠。这种情况中，如上所述的干膜层4可以提供于其间，作为基底层以及提供在任意一层或多层波导之间。
根据本发明的一个示例性的方面，波导材料可以是包括分子式(RSiO1.5)的硅倍半氧烷单元的组合物，其中干膜和湿化学组合物中的R是相同或不同的。可以使用包括其它聚合物体系的其它材料。聚合物在组合物中的含量可为1-99.5重量％，例如60-98.5重量％。通常用于R的有机基团包括取代的和未取代的烷基，芳基和杂环基团。烷基可以是例如具有1至20碳原子的直链，支链或环状基团，通常包含1-20个碳原子，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、叔戊基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基、环己基、以及2-乙基己基。例如，烷团可以是可在烷基链内和/或上被杂环原子取代，或可以是非芳香性的环状基团，例如，环戊基、环己基、降冰片基、金刚烷基(adamantly)、哌啶基、四氢呋喃基和四氢噻吩基。示例性的芳基包括具有6至20个碳原子例如，6至15个碳原子的芳基，例如苯基、甲苯基、苄基、1-萘基、2-萘酯基和2-菲基，可以由杂环原子取代，例如羟基和/或氨基。杂环基团可以是芳香类的，例如，噻吩、吡啶、嘧啶、吡咯、磷皂(phosphole)、埃索(arsole)、和呋喃。R通常是取代的和未取代的甲基、乙基、丙基、环戊基、环己基、苄基、苯基、金刚烷基(adamantly)，及其组合。
聚合物可以为共聚物或更高级聚合物的形式，为无规的或嵌段的形式。聚合物可以包含，例如，基于聚合物的一种或多种另外的含硅单元，对于每一种单元的比例为1-85wt％，例如，15至85wt％或25至60wt％，或25至50wt％。另外的单元例如可以描述为硅倍半氧烷、笼形硅氧烷、硅氧烷及其组合。例如，聚合物可以进一步包含化学式(R1SiO1.5)的单元，其中R1是如上文关于R所述的取代的或未取代的有机基团。R和R1中的一个例如可以选自取代的或未取代的烷基团，R和R1中的另一个选自取代的或未取代的芳基。聚合物例如可以是烷基硅聚合物，例如包含甲基硅倍半氧烷单元和丁基硅倍半氧烷单元的共聚物；芳基硅聚合物，例如包含苯基硅倍半氧烷单元和三氟甲基苯基-硅倍半氧烷单元的共聚物或芳烷基硅共聚物，例如包含甲基和苯基硅倍半氧烷单元的共聚物。
合适的硅氧烷包括，例如，化学式((R2)2SiO)的单元，其中R2是取代的或未取代的有机基团，例如烷基，例如，甲基、乙基、丙基等，或芳基，例如，苯基、甲苯基等。
如上所述，聚合物的侧基可以任选地被取代。“取代”意为在一个或多个侧链基上的一个或多个氢原子可以被另一个取代基代替，所述另外的取代基是例如，氘、氟、溴、和氯纸类的卤素，含(C1-C6)烷基、(C1-C6)卤代烷基、(C1-C10)烷氧基、(C1-C10)烷基羰基、(C1-C10)烷氧基羰基、(C1-C10)烷基羰氧基、烷基胺、含烷基硫的材料等。聚合物可以包含很宽范围的重复单元。因而，聚合物分子量可以发生很大的改变。通常聚合物具有从大约500至15000的重均分子量(Mw)，更优选从大约1000至10,000。
聚合物可以包括两种或更多种的允许在光激活后合成物的溶解度改变的功能端基。这种端基可以为，例如，羟基；乙氧基、丙氧基、异丙氧基之类的烷氧基；羧基酯、氨基、酰氨基、环氧基团、亚氨基、羧酸、酸酐、烯烃的、丙烯酸类基团、缩醛、原酸酯、乙烯基醚、及其组合。功能端基的含量(基于聚合物)可以为，例如，从大约0.5至35重量％。
由组合物形成的聚合层可以是可光成像的，且包含基于光激活来用来改变层的溶解度的组分。所述光活性组分改变干态下的层在显影剂中的溶解度。光活性组分通常在活化的时候产生酸或碱。在本发明中可以使用多种光活性组分，包括，但是不限于光生酸生成剂(photoacid generator)和光生碱生成剂(photobase generator)。
可用于本发明的光生酸生成剂可以为能够在曝光时产生酸的任何化合物。合适的光生酸生成剂是公知的，包括，但是不限于卤化三嗪、鎓盐、磺化酯、取代羟基酰亚胺、取代的羟基亚胺、叠氮化物、重氮萘醌纸类的萘醌、重氮化合物、及其组合。
有用的卤化三嗪包括，例如，三卤甲基-s-三嗪的卤化烷基三嗪。s-三嗪化合物为特定的甲基-三卤甲基-s-三嗪和特定的醛或醛衍生物的缩合反应产物。这种s-三嗪化合物可以根据在美国专利第3,954,475号和Wakabayashi等人，日本化学学会公报(Bulletin of the Chemical Society of Japan)，42，2924-30(1969)中公开的程序来配备。例如，在美国专利第5,366,846号中公开了在可用于本发明的其它三嗪型光生酸生成剂。
具有弱亲核性阴离子的鎓盐尤其适合用作为本发明的光生酸生成剂。这种阴离子的例子为二价到七价的金属或非金属的卤素络合阴离子，所述金属或非金属是例如，锑、锡、铁、铋、铝、镓、铟、钛、锆、钪、铬、铪、铜、硼、磷和砷。合适的鎓盐的例子包括，但是不限于，重氮鎓盐(diazonium)，例如二芳基重重氮鎓盐，以及周期表的VA族和B，IIA和B和I族的鎓盐，例如碘鎓盐之类的卤鎓盐、季铵盐、季鏻盐、砷鎓盐，锍盐，如芳族硫鎓盐、氧硫鎓盐(sulfoxonium)和硒鎓盐。在例如，美国专利第4,442197；4,603,101；以及4,624912号中公开了合适的鎓盐的例子。其中优选锍盐，例如三苯基锍六氟磷酸盐及其混合物。
可以作为本发明的光生酸生成剂的磺化酯包括，例如，磺酰氧基酮。合适的磺化酯包括，但是不限于，苯偶姻甲苯磺酸酯、叔丁基苯基α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯、2，6-二硝基苄基甲苯磺酸酯、以及叔丁基α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯。例如，在光敏聚合物科学和技术(Photopolymer Science andTechnology)，第4卷，第3期，337-340(1991)中公开了这种磺化酯。
可以使用的取代的羟基酰亚胺包括，例如，n-三氟甲基磺酰氧基-2，3-二苯马来酰亚胺和2-三氟甲基苯磺酰氧基-2，3-二苯马来酰亚胺。合适的取代的羟基亚胺包括，例如，2-(-次氮基-2-甲基亚苄基)-(5-羟亚氨基丁基磺酰基)-噻吩。可用于本发明的叠氮化物包括，例如，2，6-(4-叠氮亚苄基)环己酮。萘醌可以包括，例如，2，3，4-三羟(基)苯甲酮的2，1-重氮基萘醌-4-磺酸酯。在重氮基化合物中，可以使用1，7-二(4-氯磺酰苯基)-4-重氮基-3，5-庚烷二酮。
可用于本发明的光生碱生成剂可以是能够在曝光的时候放出碱的的任意化合物。合适的光生碱生成剂包括，但是不限于，氨基甲酸苄酯、苯偶姻氨基甲酸酯、O-氨基甲酰基羟基胺、O-氨基甲酰基肟、芳族磺酰胺、α-乳胺，N-(2-烯丙基乙烯基)酰胺、芳基叠氮化物、N-芳基甲酰胺、4-(邻-硝基苯基)二氢吡啶、及其组合。
在负性工作材料的情况中，光活性组分的含量是对光化辐射曝光时足够改变聚合层的溶解度且使得被曝光的部分不溶于显影剂中的任意含量。光活性组分在组合物中的含量通常为0.01-25重量％，例如0.1-25重量％或0.1-12重量％。
用于可光成像的波导芯和/或包覆层的显影剂可以是水性或非水性的显影剂溶液，或它的组合，并且可以任选地包含一种或多种添加剂，例如，防沫剂、表面活性剂等。常规的水性显影剂包含，例如，溶于水中的氢氧化钠和氢氧化钾之类的的碱金属氢氧化物，以及如为溶于水中的氢氧化四甲基铵之类的四烷基季铵氢氧化物。这种显影剂的浓度通常为0.1-2N，例如，0.15-1N，或0.26-0.7N。
通常的非水性显影剂包含，例如，丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、2-辛酮、2-庚酮和甲基异戊基酮之类的酮；乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇和苯甲醇之类的醇；乙酸乙酯、丙酸乙酯和乳酸乙酯之类的酯；乙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚之类的二醇醚；乙二醇一甲醚乙酸酯和丙二醇单甲基醚乙酸酯之类的二醇醚酯；甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯等之类的芳族化合物，及其组合。
显影通常是在20-85℃的温度进行的，例如21-49℃。在剧烈搅拌下，显影时间可以在十分钟的时间内，例如，在五分钟内、在二分钟内、在一分钟内、或在30秒内。例如，可以在静电显影室或喷雾室内进行显影。通常喷雾压力范围从5至40磅/平方英寸，例如从10至25磅/平方英寸。
在所述组合物中可包含用来提高由所述组合物构成的结构的挠性的一种或多种组分。这些挠性改进材料通常包含选自羟基、氨基、硫醇、磺酸酯、羧酸酯、甲硅烷基酯、酐、氮丙啶、羟甲基甲基、甲硅烷醚、环氧基团、氧杂环丁烷、乙烯基醚、硅烷醇及其组合的多个官能团。在挠性改进材料中，官能团通常结合到主链材料。示例性的主链材料包括取代和未取代的烷基和芳基烃、醚、丙烯酸酯、线型酚醛清漆、聚酰亚胺、聚氨酯、聚酯、聚砜、聚酮、富勒烯、POSS硅、纳米粒子、及其组合。官能团可以在主链上和/或沿着主链的一个或多个位置作为端基存在。
挠性组分的例子为公式R3(OH)x的多羟基化合物，其中R3为选自可取代的或未取代的(C2-C25)烃基、(C7-C25)芳基、(C8-C25)芳烷基、(C6-C25)环烃基、及其组合的有机基团，其中x等于或大于2，并且不超过碳原子数。当x为2时，挠性组分的例子包括作为1，2二醇的甘醇，例如，HOCH2-CHOH-(CH2)y-CH3其中y可以为，例如0-22，例如丙二醇和丁二醇。其它例子包括例如作为HO-(CH2)z-OH的α，ω-二醇，其中z为，例如2-25，例如乙二醇、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。当x为3时的实例包括丙三醇和三羟甲基丙烷。
R3也可以是式-O-(CR42)w-的聚醚，其中w是，例如1-13，R4是相同或不同的，可以是例如，H，或可取代的或未取代的C1-C12烃基、芳基、芳烷基或环烷基的有机基团。挠性组分的实例包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烯，以及四氢呋喃的聚醚二醇。
挠性改进组分可以具有例如，从62至5000的重均分子量，例如，62-2000。该组分的含量能够有效地改进活化之前和之后在干状态下的组合物的挠性。具体的数量将取决于例如挠性改进组分的主链和官能团类型和数量。在组合物中该组分的含量可为例如0.5-35重量％，例如2-20重量％。
除了前述挠性改进组分，还可以使用硅氧烷，例如上文中关于具有式((R2)2SiO)的单元的聚合物所述的硅氧烷。
所述组合物中可以包含的其它添加剂包括，但是不限于，表面流平剂、润湿剂、消泡剂、粘合增进剂、触变剂、填充剂、粘度改进剂，等等。这些添加剂在涂料组合物领域中是公知的。在所述组合物中可以使用表面流平剂，例如硅树脂基油，如购自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的SIL WET-L7604硅树脂基油。可以意识到可以将一种以上的添加剂结合起来用于本发明的组合物。例如，润湿剂可以与触变剂混合应用。在该组合物中这些任选的添加剂的量将取决于具体的添加剂和所需的效果，这是本领域的技术人员力所能及的。这些其它的添加剂在所述组合物中的含量通常小于5重量％，例如小于2.5重量％。
可用于本发明的组合物可以任选地包含一种或多种有机交联剂。交联剂包括，例如，以三维方式连接组合物的组分的材料。与含硅聚合物反应的芳族或脂族交联剂均适合在本发明中使用。这种有机交联剂将通过固化与含硅聚合物形成聚合网络结构，减少在显影液中的溶解度。这种有机交联剂可以是单体或聚合物。本领域的技术人员可以意识到在本发明中可以成功地使用各种交联剂的组合。
可用于本发明的合适的有机交联剂包括，但是不限于，含胺化合物、含环氧基团的材料、含有至少两个乙烯醚基团的化合物、烯丙基取代的芳族化合物、及其组合。通常的交联剂包括含胺化合物和含环氧基团的材料。
可在本发明中作为交联剂的含胺化合物包括，但是不限于，三聚氰胺单体、三聚氰胺聚合物、羟烷基甲基三聚氰胺、苯基胍胺树脂、苯基胍胺-甲醛树脂、脲-甲醛树脂、甘脲-甲醛树脂、及其组合。
本领域的技术人员可以意识到合适的有机交联剂的浓度将随例如为交联剂活性和合成物的具体应用的因素而改变。当使用时，组合物中交联剂的含量通常为0.1-50重量％，例如，0.5-25重量％或1-20重量％。
在光波导的情况中，可以使用一种或多种添加剂来调节聚合物层例如，芯和/或包覆层的折射率。
组合物通常还包含溶剂。可以使用许多种溶剂，例如：乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚、和二丙二醇单甲醚之类的二醇醚；如为甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚乙酸酯之类的酯；二元酯；碳酸异丙烯酯之类的碳酸盐；γ-丁内酯；乳酸乙酯、乙酸正戊酯和乙酸正丁酯之类的酯；正丙醇、异丙醇之类的乙醇；环己酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮和2-庚酮之类的酮；γ-丁内酯和γ-己内酯之类的的内酯；二苯醚和苯甲醚之类的醚；均三甲苯、甲苯和二甲苯之类的烃；N-甲基-2-吡咯烷酮，N，N’-二甲基丙烯脲之类的杂环化合物；及其混合物。
以下实施例用来进一步说明本发明的多个方面，但是不能认为在任一方面对本发明的范围构成限定。
实施例
提供具有7628/1080玻璃纤维织物的四个FR4电路板衬底。每一个衬底的表面粗糙度采用维科设备的DektakTMV200-Si触针剖面测量仪来测量。这些测量结果在表1中显示。采用丙酮清洁衬底并用压缩空气干燥。用Morton Thiokol300型加热辊层叠机在230°F(110℃)，4英尺/分钟(122cm/分钟)和40psi(275.8千帕)下，40微米厚的DynamaskTM5016可光热-固化的环氧丙烯酸干膜(台湾的永恒化学公司)加热辊层叠在每一个衬底上。在Olec Accuprint AP-30-800Super Eight曝光单元上在500mJ/cm2采用UV辐射对干膜层进行曝光。移除每一个干膜层的PET盖板，并且干膜层对于额外的3000mJ/cm2曝光。被涂敷电路板在150℃的强迫通风炉中被水平放置一个小时。每一个被涂敷的干膜的表面糙度采用触针剖面测量仪测量，结果在表1中显示。
表格1
如从表格1可以看出，与电路板衬底相比，干膜涂敷的电路板衬底提供平坦得多的表面。
接下来，在每个电路板的干膜层上形成光波导。底部包覆层化合物物被直接涂敷到每一个干膜层上。底部包覆层组合物包含59.0重量％的硅倍半氧烷聚合物，35.0重量％的丙二醇单甲醚乙酸酯和6.0重量％添加剂，所述添加剂包括增塑剂、光生酸产生剂、稳定剂和湿润剂/流动控制剂。底部包覆层在90℃温和烘焙15分钟，用Tamarack 161C曝光装置在300Mj/cm2用紫外辐射曝光，以及在90℃进行10分钟的曝光后烘焙。最后在145℃进行固化/硬烘60分钟。底部包覆层的干厚度为大约48微米。
然后将芯层组合物涂敷到各个电路板的底部包覆层上。芯层组合物包含58.4重量％的硅倍半氧烷聚合物，39.9重量％的丙二醇单甲醚乙酸酯和1.7重量％的包括光生酸产生剂、稳定剂和湿润剂/流动控制剂的添加剂。芯层在90℃温和烘焙30分钟，使用250mJ/cm2的紫外辐射，通过限定芯图案的布线图(50微米宽×1米长)进行曝光，然后在90℃进行10分钟的曝光后烘焙。曝光后的芯层用碱性水显影液显影来形成波导芯结构。最后在145℃执行固化/剧烈烘焙60分钟。芯的厚度是43微米。
对于每一个电路板，采用对于底部包覆层描述的相同的化合物和程序在芯和底部包覆层上形成顶部包覆层。顶部包覆层的干厚度是大约75微米。波导的光学损失采用LaserMax LAS830-100SW二极管激光器和具有Si二极管探测器的Gigahertz Optik P-9710功率计来测量。根据下述方程式来计算光学损失，结果在表2中显示：
光学损失(db/cm)＝-10log(功率输出/功率输入)/波导长度.
比较例
具有7628/1080玻璃纤维织物的四个FR4电路板衬底采用丙酮清洁并采用压缩空气干燥。光波导直接形成在每一个电路板上并且采用在以上实例中描述的材料和程序测量光学损失。光学损失测量结果在表2中显示。
表2
如在表2中看到的，直接形成在干膜层上的波导的光学损失显著地低于形成在电路板衬底上的波导。
相关申请交叉引用
本申请依据U.S.C.§119(e)要求2006年12月31日提交的临时申请No.60/883047的优先权，该文献引入其全部内容作为参考。
附图1A-C显示了在本申请的方法中使用的示例性干膜1的横截面。合适的干膜包括，例如，在形成焊料掩膜或电介质层中一般使用的干膜。合适的这种干膜材料包括，例如，丙烯酸酯、聚氨酯、以及环氧树脂。合适的干膜可从，例如，美国麻萨诸塞州马尔博罗的罗门哈斯电子材料(Rohm and Hass ElectronicMaterials，Marlborough，MA USA)，日本的日合摩顿(Nichigo-Morton)和台湾的永恒化学公司(Eternal Chemical Company)购得。合适的商业材料包括例如：来自罗门哈斯电子材料有限公司的LAMMINARTME9112干膜，日本的日合摩顿销售的商品名为Alpho的材料，购自永恒化学公司的可用的DynamaskTM5016光热-固化环氧丙烯酸干膜。
所示的干膜1包括载体衬底2，在载体衬底上的聚合层4，以及任选的保护覆盖层6。保护覆盖层6例如，可以如附图1A所示设置在聚合层4的上面的干膜的正面上或如附图1B所示设置在干膜的背面上。例如，如果多层干膜薄片以层叠方式设置、或如附图1C所示干膜以卷的形式8保存，则需要使用背面保护覆盖层。保护覆盖层6对聚合体层4提供保护，通常为可以从剩余的干膜剥去的可除去薄膜或薄片的形式。载体衬底2起到对聚合层4以及干膜的其它任何层的机械支承的功能。在后续的使用中载体衬底2通常从剩余的干膜上除去。
附图2A-E显示了在其形成的不同阶段、在印刷电路板上的光波导结构。如附图2A所示，提供印刷电路板衬底10。印刷电路板衬底通常由树脂，例如，通过织物布料例如玻璃纤维布料加固的环氧树脂、聚酰亚胺或氰酸酯构成。通常使用玻璃纤维加固的环氧树脂衬底，例如FR-4衬底。
如上所述的干膜1被粘附于印刷电路板衬底10以形成用来在其上形成光波导底部包覆层的基底。与用来形成光波导的印刷电路板衬底表面相比，干膜提供相对平的表面。例如在将干膜施用于印刷电路板衬底之后，用使用例如来自美国纽约的维科设备有限公司(Veeco Instruments，inc.，New York，USA)的例如DektakTM触针剖面测量仪，测得干膜的糙度通常等于或小于1.5μm。认为在其上形成波导的表面的改善的平整度会导致光学损耗降低。用来将干膜粘附到衬底的合适的技术包括，例如层叠，如真空层叠、加热辊层叠或切片层叠。在一个示例性的方法中，将干膜1放置在加热辊层叠机中，将保护覆盖层6从聚合层4剥下，使得所述聚合层4与印刷电路板衬底10接触，并用加热和加压的辊11将其层叠到印刷电路板衬底10上。虽然条件将根据特殊材料而改变，但是层叠温度通常为从大约21至150℃，例如，大约25至110℃。压力通常为从大约0.1至5kg/cm2，例如，大约0.3至2kg/cm2。滚筒11的速度通常为大约1.5至600cm/min，例如，大约30至150cm/min。在层叠之后，可以从聚合层4和印刷电路板衬底10上移除载体衬底2，通常是通过剥下而除去。对于可热固化的组合物，接下来可通过热处理使得聚合层4固化。通常的固化温度为从大约120至200℃，例如从大约145至180℃，固化时间通常为从大约0.5至5小时，例如从大约1至3小时。任选地，为了促进与将要形成的光波导的粘着性的目的，可以对干膜表面进行处理。这种表面处理可以包括，例如以下操作中的一种或多种：机械研磨、通过电晕放电、火焰、臭氧、或等离子体处理，以及形成粘附促进层。
然后光波导结构形成在干膜聚合层4上，通常如图所示与所述干膜聚合层4直接接触。波导可以例如多层工艺形成，所述多层工艺包括形成第一包覆层，形成芯层，然后对芯进行图案化，然后形成第二包覆层。参考附图2B，第一包覆层12形成在干膜层4上。以下描述这个层和其它层的合适组成。第一包覆层(以及将被描述的其它波导层)可以通过已知的技术形成，这些技术包括，但是不限于：丝网印刷、幕涂、辊涂、条缝涂布、旋涂、整片涂布、静电喷涂法、喷涂、或浸涂。当进行喷涂时，可以任选地使用被加热的喷枪。可以通过粘度条件结、触变剂等来调节组合物的粘度，以满足应付对于各种方法的需求。第一包覆层通常淀积至在干状态中从1至200μm的厚度，例如，从1至100μm或10至50μm。可根据例如第一包覆组合物中活性组分的种类，通过例如热固化和/或光致固化来固化第一包覆层12。热固化温度通常从90℃至300℃，例如从90℃至220℃。这种固化通常需要5秒至1小时的时间。这种固化可以通过在烤箱中或轻便电炉上加热衬底来进行。或者波导包覆层可以用例如1至2Joules/cm2的光化辐射进行浸没曝光，然后在90℃至300℃，例如从90℃至220℃进行热固化。
如附图2C所示，然后在第一包覆层12上形成芯层14。芯层通常涂布至从大约1至100μm的厚度，例如，从大约8至60μm。然后例如通过烘焙，使得被涂布衬底温和地固化来除去涂层中的溶剂。根据所选的具体溶剂，这种固化可以在不同的温度发生。合适的温度为足以基本除去存在的任意溶剂的任意温度。根据例如衬底和热平衡，温和固化通常在从室温(25℃)至300℃的温度下进行。这种固化能够在烤箱中或轻便电炉上进行，例如，从5秒至60分钟的时间。固化之后，使得芯层图案化。对于光刻材料的情况，芯层可以通过对光化辐射曝光来成像。这种方法包括，例如，接触成像，投影成像，以及包括通过多光子吸收激光直接写入式成像的激光直接写入式成像。例如，如通过附图2C中的掩膜16定义的曝光图案限定了波导芯的几何形状，其通常但不一定具有约数厘米至数米的长度以及数微米至数百微米的宽度。
在曝光之后，可以对组合物进行曝光后固化，通常在40至170℃的温度下进行固化。固化时间可以改变但是一般从大约30秒至大约1小时。例如通过与合适的显影剂接触，可以移除未曝光区域，仅仅在衬底上保留剩下曝光区域，因而形成附图2D中的芯结构14′。
在显影之后，结构可以经历最后的固化步骤。例如，固化能包括浸没曝光，例如使用1至2焦耳/cm2的光化辐射。此外，或作为取代，可以在空气或例如氮气或氩气纸类的惰性气体中，在从大约130℃至300℃的温度加热波导。
然后，如附图2E显示，第二包覆层18如上所述可以形成在第一包覆层12和芯结构14′上。第二包覆层材料可以与第一包覆层相同或不同，通常为相同的材料。第二包覆层能够热活化和/或光激活来提供上文关于第一包覆层所述的波导结构。第二包覆层通常沉积至一定的厚度。第一包覆层通常沉积至干态厚度为1至200μm，例如，从1至100μm或10至50μm。
在印刷电路板衬底上形成光波导结构之后，可以进一步处理印刷电路板。例如，可以在波导结构上形成一个或更多个电介质层和/或金属层从而形成用于信号通路的金属化结构。在这个阶段也可以进行对光电器件例如光电探测器或激光发射器件，例如VCSEL芯片的电连接。使用例如在Coombs，印刷电路手册(Printed Circuit Handbook)，第五版，McGraw-Hill(2001)中描述的这些公知技术来完成印刷电路板的加工。例如，如附图3所示，对于某些应用，可能需要光波导形成为两层或更多层波导的多级设置。如所述多个波导层可以彼此堆叠。这种情况中，如上所述的干膜层4可以提供于其间，作为基底层以及提供在任意一层或多层波导之间。
根据本发明的一个示例性的方面，波导材料可以是包括分子式(RSiO1.5)的硅倍半氧烷单元的组合物，其中干膜和湿化学组合物中的R是相同或不同的。可以使用包括其它聚合物体系的其它材料。聚合物在组合物中的含量可为1-99.5重量％，例如60-98.5重量％。通常用于R的有机基团包括取代的和未取代的烷基，芳基和杂环基团。烷基可以是例如具有1至20碳原子的直链，支链或环状基团，通常包含1-20个碳原子，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、叔戊基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基、环己基、以及2-乙基己基。例如，烷团可以是可在烷基链内和/或上被杂环原子取代，或可以是非芳香性的环状基团，例如，环戊基、环己基、降冰片基、金刚烷基(adamantly)、哌啶基、四氢呋喃基和四氢噻吩基。示例性的芳基包括具有6至20个碳原子例如，6至15个碳原子的芳基，例如苯基、甲苯基、苄基、1-萘基、2-萘酯基和2-菲基，可以由杂环原子取代，例如羟基和/或氨基。杂环基团可以是芳香类的，例如，噻吩、吡啶、嘧啶、吡咯、磷皂(phosphole)、埃索(arsole)、和呋喃。R通常是取代的和未取代的甲基、乙基、丙基、环戊基、环己基、苄基、苯基、金刚烷基(adamantly)，及其组合。
聚合物可以为共聚物或更高级聚合物的形式，为无规的或嵌段的形式。聚合物可以包含，例如，基于聚合物的一种或多种另外的含硅单元，对于每一种单元的比例为1-85wt％，例如，15至85wt％或25至60wt％，或25至50wt％。另外的单元例如可以描述为硅倍半氧烷、笼形硅氧烷、硅氧烷及其组合。例如，聚合物可以进一步包含化学式(R1SiO1.5)的单元，其中R1是如上文关于R所述的取代的或未取代的有机基团。R和R1中的一个例如可以选自取代的或未取代的烷基团，R和R1中的另一个选自取代的或未取代的芳基。聚合物例如可以是烷基硅聚合物，例如包含甲基硅倍半氧烷单元和丁基硅倍半氧烷单元的共聚物；芳基硅聚合物，例如包含苯基硅倍半氧烷单元和三氟甲基苯基-硅倍半氧烷单元的共聚物或芳烷基硅共聚物，例如包含甲基和苯基硅倍半氧烷单元的共聚物。
合适的硅氧烷包括，例如，化学式((R2)2SiO)的单元，其中R2是取代的或未取代的有机基团，例如烷基，例如，甲基、乙基、丙基等，或芳基，例如，苯基、甲苯基等。
如上所述，聚合物的侧基可以任选地被取代。“取代”意为在一个或多个侧链基上的一个或多个氢原子可以被另一个取代基代替，所述另外的取代基是例如，氘、氟、溴、和氯纸类的卤素，含(C1-C6)烷基、(C1-C6)卤代烷基、(C1-C10)烷氧基、(C1-C10)烷基羰基、(C1-C10)烷氧基羰基、(C1-C10)烷基羰氧基、烷基胺、含烷基硫的材料等。聚合物可以包含很宽范围的重复单元。因而，聚合物分子量可以发生很大的改变。通常聚合物具有从大约500至15000的重均分子量(Mw)，更优选从大约1000至10,000。
聚合物可以包括两种或更多种的允许在光激活后合成物的溶解度改变的功能端基。这种端基可以为，例如，羟基；乙氧基、丙氧基、异丙氧基之类的烷氧基；羧基酯、氨基、酰氨基、环氧基团、亚氨基、羧酸、酸酐、烯烃的、丙烯酸类基团、缩醛、原酸酯、乙烯基醚、及其组合。功能端基的含量(基于聚合物)可以为，例如，从大约0.5至35重量％。
由组合物形成的聚合层可以是可光成像的，且包含基于光激活来用来改变层的溶解度的组分。所述光活性组分改变干态下的层在显影剂中的溶解度。光活性组分通常在活化的时候产生酸或碱。在本发明中可以使用多种光活性组分，包括，但是不限于光生酸生成剂(photoacid generator)和光生碱生成剂(photobase generator)。
可用于本发明的光生酸生成剂可以为能够在曝光时产生酸的任何化合物。合适的光生酸生成剂是公知的，包括，但是不限于卤化三嗪、鎓盐、磺化酯、取代羟基酰亚胺、取代的羟基亚胺、叠氮化物、重氮萘醌纸类的萘醌、重氮化合物、及其组合。
有用的卤化三嗪包括，例如，三卤甲基-s-三嗪的卤化烷基三嗪。s-三嗪化合物为特定的甲基-三卤甲基-s-三嗪和特定的醛或醛衍生物的缩合反应产物。这种s-三嗪化合物可以根据在美国专利第3,954,475号和Wakabayashi等人，日本化学学会公报(Bulletin of the Chemical Society of Japan)，42，2924-30(1969)中公开的程序来配备。例如，在美国专利第5,366,846号中公开了在可用于本发明的其它三嗪型光生酸生成剂。
具有弱亲核性阴离子的鎓盐尤其适合用作为本发明的光生酸生成剂。这种阴离子的例子为二价到七价的金属或非金属的卤素络合阴离子，所述金属或非金属是例如，锑、锡、铁、铋、铝、镓、铟、钛、锆、钪、铬、铪、铜、硼、磷和砷。合适的鎓盐的例子包括，但是不限于，重氮鎓盐(diazonium)，例如二芳基重重氮鎓盐，以及周期表的VA族和B，IIA和B和I族的鎓盐，例如碘鎓盐之类的卤鎓盐、季铵盐、季鏻盐、砷鎓盐，锍盐，如芳族硫鎓盐、氧硫鎓盐(sulfoxonium)和硒鎓盐。在例如，美国专利第4,442197；4,603,101；以及4,624912号中公开了合适的鎓盐的例子。其中优选锍盐，例如三苯基锍六氟磷酸盐及其混合物。
可以作为本发明的光生酸生成剂的磺化酯包括，例如，磺酰氧基酮。合适的磺化酯包括，但是不限于，苯偶姻甲苯磺酸酯、叔丁基苯基α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯、2，6-二硝基苄基甲苯磺酸酯、以及叔丁基α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯。例如，在光敏聚合物科学和技术(Photopolymer Science andTechnology)，第4卷，第3期，337-340(1991)中公开了这种磺化酯。
可以使用的取代的羟基酰亚胺包括，例如，n-三氟甲基磺酰氧基-2，3-二苯马来酰亚胺和2-三氟甲基苯磺酰氧基-2，3-二苯马来酰亚胺。合适的取代的羟基亚胺包括，例如，2-(-次氮基-2-甲基亚苄基)-(5-羟亚氨基丁基磺酰基)-噻吩。可用于本发明的叠氮化物包括，例如，2，6-(4-叠氮亚苄基)环己酮。萘醌可以包括，例如，2，3，4-三羟(基)苯甲酮的2，1-重氮基萘醌-4-磺酸酯。在重氮基化合物中，可以使用1，7-二(4-氯磺酰苯基)-4-重氮基-3，5-庚烷二酮。
可用于本发明的光生碱生成剂可以是能够在曝光的时候放出碱的的任意化合物。合适的光生碱生成剂包括，但是不限于，氨基甲酸苄酯、苯偶姻氨基甲酸酯、O-氨基甲酰基羟基胺、O-氨基甲酰基肟、芳族磺酰胺、α-乳胺，N-(2-烯丙基乙烯基)酰胺、芳基叠氮化物、N-芳基甲酰胺、4-(邻-硝基苯基)二氢吡啶、及其组合。
在负性工作材料的情况中，光活性组分的含量是对光化辐射曝光时足够改变聚合层的溶解度且使得被曝光的部分不溶于显影剂中的任意含量。光活性组分在组合物中的含量通常为0.01-25重量％，例如0.1-25重量％或0.1-12重量％。
用于可光成像的波导芯和/或包覆层的显影剂可以是水性或非水性的显影剂溶液，或它的组合，并且可以任选地包含一种或多种添加剂，例如，防沫剂、表面活性剂等。常规的水性显影剂包含，例如，溶于水中的氢氧化钠和氢氧化钾之类的的碱金属氢氧化物，以及如为溶于水中的氢氧化四甲基铵之类的四烷基季铵氢氧化物。这种显影剂的浓度通常为0.1-2N，例如，0.15-1N，或0.26-0.7N。
通常的非水性显影剂包含，例如，丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、2-辛酮、2-庚酮和甲基异戊基酮之类的酮；乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇和苯甲醇之类的醇；乙酸乙酯、丙酸乙酯和乳酸乙酯之类的酯；乙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚之类的二醇醚；乙二醇一甲醚乙酸酯和丙二醇单甲基醚乙酸酯之类的二醇醚酯；甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯等之类的芳族化合物，及其组合。
显影通常是在20-85℃的温度进行的，例如21-49℃。在剧烈搅拌下，显影时间可以在十分钟的时间内，例如，在五分钟内、在二分钟内、在一分钟内、或在30秒内。例如，可以在静电显影室或喷雾室内进行显影。通常喷雾压力范围从5至40磅/平方英寸，例如从10至25磅/平方英寸。
在所述组合物中可包含用来提高由所述组合物构成的结构的挠性的一种或多种组分。这些挠性改进材料通常包含选自羟基、氨基、硫醇、磺酸酯、羧酸酯、甲硅烷基酯、酐、氮丙啶、羟甲基甲基、甲硅烷醚、环氧基团、氧杂环丁烷、乙烯基醚、硅烷醇及其组合的多个官能团。在挠性改进材料中，官能团通常结合到主链材料。示例性的主链材料包括取代和未取代的烷基和芳基烃、醚、丙烯酸酯、线型酚醛清漆、聚酰亚胺、聚氨酯、聚酯、聚砜、聚酮、富勒烯、POSS硅、纳米粒子、及其组合。官能团可以在主链上和/或沿着主链的一个或多个位置作为端基存在。
挠性组分的例子为公式R3(OH)x的多羟基化合物，其中R3为选自可取代的或未取代的(C2-C25)烃基、(C7-C25)芳基、(C8-C25)芳烷基、(C6-C25)环烃基、及其组合的有机基团，其中x等于或大于2，并且不超过碳原子数。当x为2时，挠性组分的例子包括作为1，2二醇的甘醇，例如，HOCH2-CHOH-(CH2)y-CH3其中y可以为，例如0-22，例如丙二醇和丁二醇。其它例子包括例如作为HO-(CH2)z-OH的α，ω-二醇，其中z为，例如2-25，例如乙二醇、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。当x为3时的实例包括丙三醇和三羟甲基丙烷。
R3也可以是式-O-(CR42)w-的聚醚，其中w是，例如1-13，R4是相同或不同的，可以是例如，H，或可取代的或未取代的C1-C12烃基、芳基、芳烷基或环烷基的有机基团。挠性组分的实例包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烯，以及四氢呋喃的聚醚二醇。
挠性改进组分可以具有例如，从62至5000的重均分子量，例如，62-2000。该组分的含量能够有效地改进活化之前和之后在干状态下的组合物的挠性。具体的数量将取决于例如挠性改进组分的主链和官能团类型和数量。在组合物中该组分的含量可为例如0.5-35重量％，例如2-20重量％。
除了前述挠性改进组分，还可以使用硅氧烷，例如上文中关于具有式((R2)2SiO)的单元的聚合物所述的硅氧烷。
所述组合物中可以包含的其它添加剂包括，但是不限于，表面流平剂、润湿剂、消泡剂、粘合增进剂、触变剂、填充剂、粘度改进剂，等等。这些添加剂在涂料组合物领域中是公知的。在所述组合物中可以使用表面流平剂，例如硅树脂基油，如购自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的SIL WET-L7604硅树脂基油。可以意识到可以将一种以上的添加剂结合起来用于本发明的组合物。例如，润湿剂可以与触变剂混合应用。在该组合物中这些任选的添加剂的量将取决于具体的添加剂和所需的效果，这是本领域的技术人员力所能及的。这些其它的添加剂在所述组合物中的含量通常小于5重量％，例如小于2.5重量％。
可用于本发明的组合物可以任选地包含一种或多种有机交联剂。交联剂包括，例如，以三维方式连接组合物的组分的材料。与含硅聚合物反应的芳族或脂族交联剂均适合在本发明中使用。这种有机交联剂将通过固化与含硅聚合物形成聚合网络结构，减少在显影液中的溶解度。这种有机交联剂可以是单体或聚合物。本领域的技术人员可以意识到在本发明中可以成功地使用各种交联剂的组合。
可用于本发明的合适的有机交联剂包括，但是不限于，含胺化合物、含环氧基团的材料、含有至少两个乙烯醚基团的化合物、烯丙基取代的芳族化合物、及其组合。通常的交联剂包括含胺化合物和含环氧基团的材料。
可在本发明中作为交联剂的含胺化合物包括，但是不限于，三聚氰胺单体、三聚氰胺聚合物、羟烷基甲基三聚氰胺、苯基胍胺树脂、苯基胍胺-甲醛树脂、脲-甲醛树脂、甘脲-甲醛树脂、及其组合。
本领域的技术人员可以意识到合适的有机交联剂的浓度将随例如为交联剂活性和合成物的具体应用的因素而改变。当使用时，组合物中交联剂的含量通常为0.1-50重量％，例如，0.5-25重量％或1-20重量％。
在光波导的情况中，可以使用一种或多种添加剂来调节聚合物层例如，芯和/或包覆层的折射率。
组合物通常还包含溶剂。可以使用许多种溶剂，例如：乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚、和二丙二醇单甲醚之类的二醇醚；如为甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、二丙二醇单甲醚乙酸酯之类的酯；二元酯；碳酸异丙烯酯之类的碳酸盐；γ-丁内酯；乳酸乙酯、乙酸正戊酯和乙酸正丁酯之类的酯；正丙醇、异丙醇之类的乙醇；环己酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮和2-庚酮之类的酮；γ-丁内酯和γ-己内酯之类的的内酯；二苯醚和苯甲醚之类的醚；均三甲苯、甲苯和二甲苯之类的烃；N-甲基-2-吡咯烷酮，N，N’-二甲基丙烯脲之类的杂环化合物；及其混合物。
以下实施例用来进一步说明本发明的多个方面，但是不能认为在任一方面对本发明的范围构成限定。
实施例
提供具有7628/1080玻璃纤维织物的四个FR4电路板衬底。每一个衬底的表面粗糙度采用维科设备的DektakTMV200-Si触针剖面测量仪来测量。这些测量结果在表1中显示。采用丙酮清洁衬底并用压缩空气干燥。用Morton Thiokol300型加热辊层叠机在230°F(110℃)，4英尺/分钟(122cm/分钟)和40psi(275.8千帕)下，40微米厚的DynamaskTM5016可光热-固化的环氧丙烯酸干膜(台湾的永恒化学公司)加热辊层叠在每一个衬底上。在Olec Accuprint AP-30-800Super Eight曝光单元上在500mJ/cm2采用UV辐射对干膜层进行曝光。移除每一个干膜层的PET盖板，并且干膜层对于额外的3000mJ/cm2曝光。被涂敷电路板在150℃的强迫通风炉中被水平放置一个小时。每一个被涂敷的干膜的表面糙度采用触针剖面测量仪测量，结果在表1中显示。
表格1
如从表格1可以看出，与电路板衬底相比，干膜涂敷的电路板衬底提供平坦得多的表面。
接下来，在每个电路板的干膜层上形成光波导。底部包覆层化合物物被直接涂敷到每一个干膜层上。底部包覆层组合物包含59.0重量％的硅倍半氧烷聚合物，35.0重量％的丙二醇单甲醚乙酸酯和6.0重量％添加剂，所述添加剂包括增塑剂、光生酸产生剂、稳定剂和湿润剂/流动控制剂。底部包覆层在90℃温和烘焙15分钟，用Tamarack 161C曝光装置在300Mj/cm2用紫外辐射曝光，以及在90℃进行10分钟的曝光后烘焙。最后在145℃进行固化/硬烘60分钟。底部包覆层的干厚度为大约48微米。
然后将芯层组合物涂敷到各个电路板的底部包覆层上。芯层组合物包含58.4重量％的硅倍半氧烷聚合物，39.9重量％的丙二醇单甲醚乙酸酯和1.7重量％的包括光生酸产生剂、稳定剂和湿润剂/流动控制剂的添加剂。芯层在90℃温和烘焙30分钟，使用250mJ/cm2的紫外辐射，通过限定芯图案的布线图(50微米宽×1米长)进行曝光，然后在90℃进行10分钟的曝光后烘焙。曝光后的芯层用碱性水显影液显影来形成波导芯结构。最后在145℃执行固化/剧烈烘焙60分钟。芯的厚度是43微米。
对于每一个电路板，采用对于底部包覆层描述的相同的化合物和程序在芯和底部包覆层上形成顶部包覆层。顶部包覆层的干厚度是大约75微米。波导的光学损失采用LaserMax LAS830-100SW二极管激光器和具有Si二极管探测器的Gigahertz Optik P-9710功率计来测量。根据下述方程式来计算光学损失，结果在表2中显示：
光学损失(db/cm)＝-10log(功率输出/功率输入)/波导长度.
比较例
具有7628/1080玻璃纤维织物的四个FR4电路板衬底采用丙酮清洁并采用压缩空气干燥。光波导直接形成在每一个电路板上并且采用在以上实例中描述的材料和程序测量光学损失。光学损失测量结果在表2中显示。
表2
如在表2中看到的，直接形成在干膜层上的波导的光学损失显著地低于形成在电路板衬底上的波导。
相关申请交叉引用
本申请依据U.S.C.§119(e)要求2006年12月31日提交的临时申请No.60/883047的优先权，该文献引入其全部内容作为参考。