一文了解玻璃基板设备环节之钻孔、显影和电镀

玻璃基板产业链整体大致分为原料、设备、技术、生产、封装检测、应用等重要环节。本文将介绍玻璃基板设备环节中的钻孔、显影、电镀设备。

1、钻孔设备：主要使用激光诱导深蚀刻技术

钻孔是玻璃通孔工艺的核心步骤，需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求，以达到低成本、快速可规模化量产的目标。目前主流技术为使用LPKF公司研发的激光诱导深蚀刻技术(LIDE)。

传统钻孔工艺与LIDE技术对比

大族半导体LIERP工艺流程

目前激光改性技术的开发应用在欧美日成熟度领先，国内也有部分企业进行此技术工艺的开发，并在取得国际领先。如大族数控成功研制出激光诱导蚀刻快速成型技术（LIERP），验证解决了在深径比(基板厚度/孔径)大的基材上加工微孔的问题。实现各种尺寸盲孔、异形孔、圆锥孔制备。并率先在国内客户验证并成功实现量产。此外，帝尔激光、德龙激光等公司也具备了类似的激光钻孔设备技术。

来源：帝尔激光

2、显影设备：以激光显影为主流

半加成法工序中，曝光显影工序是指将设计的电路线路图形转移到PCB基板上，此后方可进行电镀。根据大族数控2024年年报，根据曝光时是否使用底片，曝光技术主要可分为激光直接成像技术（LDI）和传统菲林曝光技术。相对于使用菲林材料的传统曝光工序，激光直接成像技术使用了全数字生产模式，省去了传统曝光技术中的多道工序流程，并避免了传统曝光中由于菲林材料造成的质量问题。

直接成像（DI）：计算机将电路设计图形转换为机器可识别的图形数据，并由计算机控制光束调制器实现图形的实时显示，再通过光学成像系统将图形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的基板表面上，完成图形的直接成像和曝光。

优势：直接成像设备在光刻精度、对位精度、良品率、环保性、生产周期、生产成本、柔性化生产、自动化水平等方面具有优势，成为目前曝光工艺中的主流发展技术。

来源：大族数控2024年报

显影是玻璃基板高密度布线的关键。相对于有机衬底而言，玻璃表面的粗糙度小，所以在玻璃上可以进行高密度布线，这种技术进一步减小了芯片的体积，其中多层RDL（重布线层）堆叠技术是目前较为先进的一种布线技术，流程中需要多次使用显影和曝光：

一次显影：首先在第一层RDL的基础上进行压膜，然后通过显影制作通孔并暴露出第一层RDL的铜焊盘，接着进行种子层溅射。

二次显影：后将高分辨率的光刻薄膜层压在基板上侧并进行高精度的曝光、显影。最后采用电镀工艺填充通孔并用旋转金刚刀进行表面平坦化，去除光刻薄膜并完成种子层刻蚀。

3、电镀设备：有望采用磁控溅射+湿法电镀

经过曝光显影后，玻璃基板的种子层形成需要使用溅射和电镀无电解铜工艺。

1）磁控溅射：提高靶材利用率

在电镀之前，种子层需要先经过溅射形成镀膜。根据HarborSemi，溅射镀膜主要是在靶材表面形成等离子体，并且利用等离子体中荷能粒子轰击靶表面，使被溅射出来的粒子在基体表面形成镀层，即利用溅射现象而成膜的方法。

近年来，磁控溅射技术在增加金属电离、提高靶材利用率、提高沉积速率和避免反应溅射中的靶材中毒等方面不断发展：

原理：在真空环境下，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子（Ar+）和电子，电子飞向基片。而氩离子则在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子。这些中性的靶原子或分子会沉积在基片上，从而形成薄膜。此外，产生的二次电子在加速飞向基片的过程中，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，并在该区域内围绕靶面作圆周运动，从而提高了溅射的效率和沉积速率。

磁控溅射技术原理

优势：磁控溅射技术因其高速、低温、低损伤等优点而被广泛应用于制备各种薄膜，如金属膜、化合物膜等。这种技术不仅成膜速率高，而且基片温度低，对膜层的损伤也较小。在实际应用中，可以通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，来获得不同材质和不同厚度的薄膜，从而满足各种需求。

2）湿法电镀：工艺简便精细

磁控溅射后，玻璃基板需要电镀铜。目前主流方案为湿法电镀（即水电镀）：

湿法电镀工艺优势：无需对玻璃表面进行蚀刻，因此可以保持玻璃的光滑度并可以形成精细的图案。湿式电镀工艺能够在各种玻璃通孔形状上一次性形成金属膜。即使在高纵横比的玻璃通孔内部也可形成强导电膜，这在干法工艺上难以实现。由于湿法电镀工艺不需要蚀刻，因此可以在玻璃管等特殊形状材料的内表面和/或外表面上形成导电和/或反射膜。

来源：KOTO江东电气

水电镀的技术壁垒：主要在于改善“边缘效应”，提升镀膜的均匀性、一致性和稳定性。

目前存在的技术难点：玻璃通孔的孔径较大，电镀时间长，且与常用金属（如Cu）的黏附性较差，容易造成玻璃衬底与金属层之间的分层现象，导致金属层卷曲甚至脱落等现象。

来源：亚智科技

来源：慧博智能投研及各大官网，侵删

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