在現(xiàn)代電子設(shè)備不斷向小型化、高性能化發(fā)展的趨勢下，三維集成技術(shù)成為了推動行業(yè)進步的關(guān)鍵力量。玻璃通孔(TGV)技術(shù)作為三維集成中的重要一環(huán)，因其在高頻性能、成本控制及機械穩(wěn)定性等方面的顯著優(yōu)勢，正逐漸成為先進封裝領(lǐng)域的研究熱點與發(fā)展方向。

為了滿足不同應用場景對TGV的需求，TGV制造工藝需要具備多項關(guān)鍵特性。首先，高精度是基礎(chǔ)要求，需要精確控制通孔的尺寸、位置和形狀，以確保與芯片等其他組件的精準對接。其次，高深寬比是衡量TGV制造工藝水平的重要指標，在一些高端應用中，要求通孔的深寬比達到100:1甚至更高，這對加工工藝的能力提出了極大的挑戰(zhàn)。此外，良好的表面質(zhì)量也是必不可少的，通孔內(nèi)部及周圍的玻璃表面應光滑、無裂紋、無雜質(zhì)，以保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

LIWE技術(shù)優(yōu)勢顯著

使用LIWE技術(shù)制造TGV的工藝是由德國樂普科首次提出，其工藝原理為：首先是用飛秒激光對玻璃的局部區(qū)域進行誘導改性，然后再用化學藥液腐蝕改性區(qū)域進行各向異性的刻蝕，化學藥液可以是氫氟酸（HF）溶液或者氫氧化鉀（KOH）溶液。LIWE技術(shù)的優(yōu)勢有多個方面。

LIWE工藝步驟 來源：《玻璃通孔技術(shù)的射頻集成應用研究進展》（喻甜等）

高精度加工能力：激光的高能量密度能夠?qū)崿F(xiàn)對玻璃材料的微觀改性，改性區(qū)域的尺寸可以精確控制在微米甚至納米量級，在后續(xù)的刻蝕過程中，由于只有改性區(qū)域被快速刻蝕，因此可以精確地形成尺寸精度極高的通孔結(jié)構(gòu)。 高深寬比實現(xiàn)：高深寬比是TGV制造中的一個關(guān)鍵指標，對于提高電子設(shè)備的集成度和性能具有重要意義。LIWE工藝在實現(xiàn)高深寬比TGV方面表現(xiàn)出色。通過合理選擇激光參數(shù)、吸收劑種類以及優(yōu)化濕法刻蝕工藝條件，可以在玻璃基板上制造出深寬比高達100:1甚至更高的通孔。 良好的表面質(zhì)量：LIWE工藝能夠?qū)崿F(xiàn)良好的表面質(zhì)量，經(jīng)過該工藝加工的玻璃通孔，其內(nèi)部和周圍的玻璃表面光滑，幾乎無裂紋、無重鑄層和雜質(zhì)殘留。這是因為激光誘導的改性過程是在局部微觀區(qū)域進行，對玻璃整體結(jié)構(gòu)的熱影響較小，避免了因高溫導致的玻璃材料變形和表面缺陷的產(chǎn)生。

LIWE工藝的應用領(lǐng)域

微機電系統(tǒng)（MEMS）：在壓力傳感器中，TGV用于實現(xiàn)芯片與外部環(huán)境的壓力傳遞和電氣連接，同時起到隔離和保護芯片的作用。激光誘導濕法刻蝕工藝能夠制造出高精度、高深寬比且表面質(zhì)量良好的TGV，滿足了MEMS器件對微小尺寸、高性能以及可靠性的要求。通過LIWE工藝制造的TGV，可以精確控制其尺寸和位置，確保壓力傳感器的靈敏度和精度。 光電子器件:在光電子器件領(lǐng)域，TGV技術(shù)對于實現(xiàn)光信號的高效傳輸和芯片之間的光互連至關(guān)重要。例如，在光通信模塊中，TGV用于連接不同的光芯片和光學元件，實現(xiàn)光信號的垂直耦合和傳輸。LIWE工藝能夠制造出高精度、低損耗的TGV，滿足光電子器件對光信號傳輸質(zhì)量的嚴苛要求。通過LIWE工藝制造的TGV，可以精確控制其直徑和深度，確保光信號在通孔中的傳輸損耗最小化。

未來展望

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，預計LIWE工藝將在未來取得更大的突破。一方面，工藝的精度和效率將進一步提高，能夠制造出更小尺寸、更高深寬比且質(zhì)量更穩(wěn)定的TGV和復雜微結(jié)構(gòu)，滿足不斷提升的應用需求。另一方面，LIWE工藝將與其他新興技術(shù)（如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等）深度融合，實現(xiàn)工藝過程的智能化控制和優(yōu)化，進一步降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。此外，隨著對環(huán)保要求的日益嚴格，綠色環(huán)保型LIWE工藝將成為未來的發(fā)展趨勢，為玻璃微結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。總之，LIWE藝有望在推動電子封裝技術(shù)、微納制造技術(shù)以及相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。

參考來源:

陳力.玻璃通孔技術(shù)研究進展

喻甜.玻璃通孔技術(shù)的射頻集成應用研究進展

DELMDAHL. Laser drilling of high-density through glass vias (TGVs) for 2.5D and 3D packaging

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