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技術背景：傳(chuan) 統方案遇瓶頸，TGV 技術破局而出

圖1 TSV用於(yu) 半導體(ti) 芯片垂直互聯

相較於(yu) 成熟的矽通孔蝕刻技術，玻璃深孔刻蝕長期缺乏高效方案，難以實現高質量、高深徑比通孔/溝槽的製備。目前常見的光敏玻璃法、幹法刻蝕、激光燒蝕法均存在一定的局限，比如激光燒蝕法製備會(hui) 導致側(ce) 壁粗糙、崩邊，給後續工藝埋下可靠性隱患。TGV激光誘導孔蝕刻技術的出現，恰好解決(jue) 了這個(ge) 關(guan) 鍵難題。通過超短脈衝(chong) 激光（皮秒或飛秒）誘導玻璃產(chan) 生連續改性區域，與(yu) 未改性區域的玻璃相比，改性區域玻璃在蝕刻液中的刻蝕速率更快。該過程不會(hui) 在玻璃中產(chan) 生裂紋，並且允許在玻璃中加工出盲孔和通孔，從(cong) 而成為(wei) 目前更具應用優(you) 勢的製備方案。

02

技術原理：“激光改性 + 化學蝕刻”雙步實現精密成型

圖3 激光誘導蝕刻過程示意圖

激光改性環節采用的是國神光電超快飛秒激光器，該激光器脈寬＜600fs，加工過程為(wei) 冷加工，具備超高加工精度，還廣泛應用於(yu) 藍寶石切割、玻璃二維碼打標、不鏽鋼精密打孔/切割、發動機冷卻管微孔加工等領域，其核心技術參數如下表所示。

圖4 超快飛秒激光器外觀示意圖

表1 超快飛秒激光器技術參數表 

1. 激光誘導改性：給玻璃 “做標記”

飛秒超快激光聚焦到玻璃內(nei) 部，發生多光子電離過程，激發電子與(yu) 其他電離粒子組成等離子體(ti) ，形成的等離子體(ti) 與(yu) 激光共振吸收並傳(chuan) 遞能量，在皮秒時間尺度內(nei) 將動能和沉積的能量通過弛豫過程轉移到玻璃結構，導致局部玻璃結構發生變化。對於(yu) 玻璃來說，激光在短時間內(nei) 將高能量局部傳(chuan) 送到玻璃表麵，產(chan) 生熱機械效應，改變玻璃表麵的膨脹和密度，形成對化學蝕刻敏感的區域，如圖5所示。

圖5 超短脈衝(chong) 激光誘導玻璃產(chan) 生的部分性質改變（轉自文獻）（a）折射率改變；（b）熱導率改變

超短脈衝(chong) 激光作用導致玻璃結構中的二氧化矽矽氧鍵平均鍵角減小並生成納米衍射光柵結構，如圖6所示。激光改性後的區域對後續化學蝕刻具有選擇性，形成高深徑比玻璃通孔。

圖6 納米衍射光柵的形成（轉自文獻）

2. 化學蝕刻：精準 “雕刻” 成型

超短脈衝(chong) 激光作用後，玻璃基板中應力增加產(chan) 生拉伸斷裂，這些拉伸斷裂表現為(wei) 微米尺寸的徑向分布的微裂紋。在相同化學蝕刻條件下，製備的通孔直徑受微裂紋和玻璃表麵激光改性區的尺寸影響很大。

圖7展示了激光作用後改質區具有微裂縫的玻璃基板蝕刻過程。蝕刻劑對激光作用後的石英玻璃基板的刻蝕主要包括三個(ge) 部分：（i）對激光改性區的蝕刻，（ii）對微裂縫的蝕刻，以及（iii）對未受到激光影響區域的蝕刻。化學蝕刻時中心孔優(you) 先沿微裂紋方向生長，呈現出“蜘蛛”狀紋路，隨著蝕刻時間延長，孔徑變大，孔型逐漸修整成圓形，最終形成規整孔道。在蝕刻溶液與(yu) 蝕刻時間相同的情況下，較小的微裂縫有利於(yu) 得到更小尺寸和更好形狀的蝕刻孔。

圖7 改質區具有微裂紋的改性蝕刻過程變化

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技術優(you) 勢：多維度突破，適配高端封裝需求

通過TGV激光誘導孔蝕刻技術，可製備得到不同厚度、不同材質玻璃基板的通孔，證實了TGV技術的兼容能力。調節蝕刻溫度和時間，還能精準控製孔徑大小和垂直度——比如 40℃下蝕刻20分鍾，就能獲得垂直度接近90°的高質量通孔，製備得到的圓孔孔徑~20μm，深徑比>10：1，通孔內(nei) 壁粗糙度小於(yu) 60nm。

圖8 製備的通孔平麵及剖麵效果

在此基礎上，該技術還可拓展至異形孔、盲孔（槽）及微流道等複雜結構的加工，製備得到的方形通孔孔徑最小可達50μm，孔周圍無殘渣，邊緣無裂紋、崩邊。

圖9 製備的方形孔平麵及剖麵效果

在光電顯示、生物醫療、光通信、消費電子等領域，常需用到玻璃盲孔（未穿透玻璃厚度的孔）和盲槽（未穿透玻璃厚度的凹槽）結構，結合TGV精密加工技術（激光直接加工+化學蝕刻）可實現深度、尺寸可控的高精度結構。

圖10 不同類型盲孔（槽）的製備效果

相較於(yu) 傳(chuan) 統製備方法，TGV激光誘導孔蝕刻技術的優(you) 勢十分突出：（i）蝕刻選擇性高，改性區與(yu) 未改性區蝕刻速率差異大，成型更精準；（ii）孔道質量優(you) 異，無裂紋、側(ce) 壁平整，避免崩邊等缺陷，提升後續互聯可靠性；（iii）加工靈活性強，可加工通孔、盲孔，還能實現方形、六邊形等異形孔結構；（ⅳ）高深徑比適配，先進技術可支撐高深徑比結構製備，滿足高密度封裝需求。

這些優(you) 勢讓它在半導體(ti) 先進封裝、高端電子器件等領域具備極強的實用價(jia) 值，成為(wei) 推動玻璃轉接板產(chan) 業(ye) 化的核心動力。

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應用前景：賦能多領域，開啟封裝技術新征程

隨著技術不斷成熟，TGV 激光誘導孔蝕刻技術正在賦能多個(ge) 前沿領域：（i）半導體(ti) 先進封裝，用於(yu) 2.5D集成轉接板，實現芯片與(yu) 基板的高效互聯；（ii）高頻電子器件，適配 5G、高性能計算需求，降低信號傳(chuan) 輸損耗；（iii）光電集成模塊：結合玻璃透光性，實現光電器件的高密度封裝；（ⅳ）汽車電子、物聯網設備：滿足小型化、高可靠性的封裝要求。