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飞秒GHz激光器在TGV中的应用

光电汇OESHOW

2024-10-25

随着人工智能芯片对封装要求的不断提升，不少头部企业正在进行先进封装上技术更新迭代，其中在封装材料上的革新，玻璃基板目前最为热门。玻璃材料的高稳定性，热膨胀系数低，高频电学特性，低成本，优越的气密性和抗腐蚀性等特点，致使它有望取代硅基转板封装材料。而且玻璃基板已经成功应用到Micro LED，MEMS，AiP，IPD等多个领域。

玻璃基板的核心工艺之一是制备TGV（Through glass Via，玻璃通孔），TGV技术需要兼顾成本、速度及质量要求。而制约玻璃通孔技术发展的主要困难之一是 TGV 成孔技术，其需要满足高速、高精度、高深宽比、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。目前最为主流的TGV成孔技术为激光诱导刻蚀法，该方法是通过脉冲激光诱导玻璃产生连续的变性区，变性玻璃放置到刻蚀液中进行刻蚀，变性的玻璃区域在刻蚀液中刻蚀的速率较未变性的玻璃会更快。

玻璃基板上形成深宽比的TGV尤其是在半导体先进封装领域至关重要。通过飞秒激光进行玻璃的激光诱导刻蚀，可以形成低锥度，高深宽比的TGV，并且形成的玻璃通孔低破碎，无裂纹，孔内侧壁光滑。

EKSPLA 推出的Femtolux 30这款GHz飞秒激光器，通过GHz Burst 加工模式可以形成高深宽比，高质量的TGV。通过GHz Burst 将单个高脉冲能量的脉冲细分到50个小脉冲中，可以实现80:1以上的高深宽比TGV，但是如果玻璃厚度变化，需要精确的控制Burst中脉冲数量以及能量等参数。EKSPLA也验证了不同玻璃材料，包括：AN100,BK7,BF33,D263,EXG,和soda-lime等。

在EXG玻璃中通过GHz burst辅助冲击钻孔形成高深宽比的TGV（图片由Akoneer提供）

在soda-lime玻璃中通过GHz burst辅助冲击钻孔形成高深宽比的TGV（图片由Akoneer提供）

另外，Femtolux 30这款激光器可以提供MHz+GHz burst 模式，通过该模式辅助加工可以实现从下自上的钻孔技术，形成TGV。这种自下向上的钻孔技术可以形成零锥度的孔，且结合MHz+GHz burst模式提高整个加工过程的吞吐量，经过测试在BF33和D263玻璃中形成了大面积，高速600 mm3/min，高质量的200 μm直径的TGV。

自上而下钻孔（Top-down milling，TDM）和自下而上钻孔（Bottom-up milling，BUM）技术示意图

在SCHOTT BF33/D263 玻璃中结合MHz+GHz burst模式自下向上钻孔形成大面积200 μm直径的孔（图片由FTMC提供）

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EKSPLA位于东欧的超快中心，立陶宛首都维尔纽斯，是全球知名的超快激光，激光系统，激光核心元器件制造商和超快激光应用方案提供商。EKSPLA也是立陶宛激光协会和波罗的光学协会的领导者，和全球所有的知名高校/研究机构，以及重要的工业客户都有密切的合作。EKSPLA同时还承担着欧盟重大的战略级国际激光开发项目。

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