近日，東京大學宣布成功開發(fā)出一項針對下一代半導體玻璃基板的“激光微孔加工技術(shù)”，可在玻璃材料上實現(xiàn)高精度、極小孔徑與高縱橫比的微孔加工。實驗中采用的玻璃基板為AGC公司生產(chǎn)的“EN-A1”。

01

新光刻技術(shù)研發(fā)：

基于芯片小型化的現(xiàn)實需求

隨著光刻技術(shù)的迭代升級，半導體芯片的物理尺寸持續(xù)縮小。與此同時，承載半導體芯片的電路板在布線設(shè)計上，既面臨著線路精細化的迫切需求，也需要滿足大面積集成的發(fā)展趨勢。此外，除了5G、6G通信領(lǐng)域，更高頻率的信號傳輸在其他前沿技術(shù)場景中的重要性也與日俱增。

傳統(tǒng)電路板普遍采用樹脂作為基板材料，但為了適配上述技術(shù)要求，基板材料正逐步從樹脂向玻璃轉(zhuǎn)型。玻璃材料具備顯著優(yōu)勢：一方面，其高頻信號損耗低，能更好地滿足高速通信的性能需求；另一方面，玻璃基板在大面積范圍內(nèi)能保持優(yōu)異的平整度，且熱膨脹系數(shù)與硅高度匹配，可有效提升器件的可靠性。

在電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，前后層布線需要大量通孔實現(xiàn)電氣連接，而高密度布線則對微孔加工提出了嚴苛要求。然而，玻璃作為典型的脆性材料，在加工直徑極小的深孔時面臨顯著挑戰(zhàn)——鉆孔過程中容易因應(yīng)力集中導致開裂，難以實現(xiàn)直線度和精度兼具的加工效果。

目前，玻璃微鉆孔技術(shù)主要分為化學蝕刻和激光鉆孔兩類，但這兩種工藝均存在局限性，尚未發(fā)展為成熟的量產(chǎn)技術(shù)。因此，全球范圍內(nèi)正掀起針對玻璃精細鉆孔與高縱橫比鉆孔技術(shù)的研發(fā)熱潮，旨在突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，推動玻璃基板在先進電子封裝領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。

02

激光雕琢EN-A1玻璃

解鎖半導體微加工新篇

東京大學研發(fā)團隊采用單一激光加工工藝，成功在EN-A1玻璃上完成微穿透孔加工。作為半導體襯底材料，EN-A1玻璃兼具優(yōu)異的電氣性能與熱特性。

借助超短脈沖深紫外激光器，團隊實現(xiàn)了對玻璃材料的微米級精密加工——穿透孔直徑小于10微米，縱橫比可達20:1。此前，基于酸性溶液的蝕刻工藝難以制備高縱橫比孔結(jié)構(gòu)，而深紫外激光直接加工技術(shù)不僅突破了這一瓶頸，更實現(xiàn)了無裂紋的高質(zhì)量孔型加工。此外，該工藝無需化學處理步驟，可顯著減少液體廢棄物處理帶來的環(huán)境負擔。

上方和側(cè)面觀察EN-A1玻璃上鉆孔的微孔顯微圖像

來源：Toshio Otsu.High-aspect-ratio, 6-μm-diameter through-glass-via fabrication into 100-μm thick EN-A1 by dry laser micro-drilling process

這一成果是下一代半導體制造后處理技術(shù)的重要里程碑。隨著襯底芯材與中介層材料向玻璃基過渡，該技術(shù)為玻璃基板的通孔加工提供了關(guān)鍵解決方案。未來，其有望在小芯片（Chiplet）技術(shù)中推動半導體器件向更小型化、更高集成復雜度的方向發(fā)展。

參考來源

東京大學物性研究所

Toshio Otsu.High-aspect-ratio, 6-μm-diameter through-glass-via fabrication into 100-μm thick EN-A1 by dry laser micro-drilling process

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