高精度玻璃微加工技术:激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)

顺应电子元器件小型化、多功能化、开发周期缩短化等需求,先进封装在半导体产业的比重稳步提升。先进封装技术的发展得益于通孔互连技术的演进和加工精度的显著提高。

硅通孔(TSV)和玻璃通孔(TGV)是常用两种通孔互联加工方式。与硅相比,玻璃材质具有高频电学特性优良、机械稳定性强、成本低、幅面不受限等优异特性, 因此TGV技术被广泛应用于射频组件、光电器件、MEMS器件等特殊应用场景。

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随着玻璃薄片化,传统的玻璃加工方法由于其自身局限性,无法同时满足小孔径、大深宽比、细间距、高一致性的加工要求。为此行业内对通孔的可靠性研究提出了不同新工艺想法。

大族显视与半导体拥有多年对玻璃的超快激光精密加工经验,积极组织团队联合用户蚀刻工艺,连续攻克加工难题,研发出激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP),并验证解决在深径比(基板厚度/孔径)大的基材上加工微孔的问题。

激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)

激光诱导蚀刻快速成型技术是采用超快激光对玻璃进行定向改质,再经后续化学蚀刻将玻璃的改质通道进行放大形成通孔。该技术的基础是利用超快激光作用在玻璃材料后,使得相应区域发生相变,进而相变区域在化学腐蚀过程中表现出不同的腐蚀效率。激光聚焦光斑极小及高圆度保证了微孔形貌尺寸一致性,柔性激光加工系统的灵活性保证了产品设计者依据自身需求进行独特设计,提高TGV量产的效率、质量与可靠性。

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图1 激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)原理——玻璃高效微孔(TGV)

大族显视与半导体的激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)在高精度微孔的高效率加工领域优势突出。目前该款设备已在客户处通过验证并稳定量产。在加工200μm厚的玻璃时,可实现打孔数高达1000个/秒,孔径<50μm,每个微孔的真圆度控制在1μm以内。同时,也验证了通过改变光束整形技术与用户多种刻蚀工艺可实现不同尺寸和锥度微孔的量产制备。

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图2 全自动精密激光钻孔设备DSI-G-STC-1001-A


技术参数

玻璃通微孔(TGV)

材料最大加工范围

方片:200mmX200mm(更大范围可定制)

圆片:8寸(更大范围可定制)

材料最大加工厚度

0.5mm

加工图形尺寸精度

±0.005mm,CPK>1.33@200mmX200mm

加工图形位置精度

±0.005mm,CPK>1.33@200mmX200mm

加工效率

>1000孔/秒

孔锥度

<12°@T=0.5mm

孔圆度

<0.001mm

孔崩边

<0.001mm

良率

>99%


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图3 激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)——玻璃高效微孔(TGV)效果


LIERP技术不仅应用于玻璃通孔(TGV)的量产制备,也可用于玻璃的图案异形切割。实现玻璃异形切割仅需让激光光束沿着系统预设切割轨迹路径移动,使改性点均匀分布在切割路径上,由无数个激光脉冲点延伸成线,构成各种闭合图形,并利用后续蚀刻工艺有效地精准去除改性玻璃区域,得到预设图案。目前该项应用已在摄像头孔、面部识别等领域通过验证,并得到广泛推广。

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图2 精密激光切孔机DSI-G-FIC1003-A


技术参数

异形切割去除

材料最大加工范围

方片:200mmX200mm(更大范围可定制)

圆片:8寸(更大范围可定制)

材料最大加工厚度

5mm

激光加工效率(外形切割)

>100mm/s

激光加工效率(内孔切割)

>10孔/秒(以直径2mm圆孔为例)

加工图形尺寸精度

±0.005mm,CPK>1.33@200mmX200mm

加工图形位置精度

±0.005mm,CPK>1.33@200mmX200mm

加工图形轮廓

<0.03@200mmX200mm

边缘锥度

<1°@T=5mm

边缘崩边和披锋

<0.01mm

断面粗糙度

<200nm

良率

>99%


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图5 激光束激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)——高效切割钻孔效果图

大族显视与半导体坚持贯彻集团“激光+X”战略,将激光应用拓展到不同场景,成为精细行业中基础工业装备及自动化的主要供应商,创新科技工业,为新型领域应用提供多样化方案。

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