一片玻璃,要在上面打出上万个比头发丝细得多的孔。孔壁不能有崩边,孔形要规整,通孔率要高,后面还要在孔里做金属化、走电信号。这不是工艺演示,这是先进封装行业正在量产验证的事。

难的从来不是"能不能打穿",而是打完之后玻璃还是不是一块符合电学与可靠性要求的基板。机械钻头会在脆性材料上留下微裂纹,长脉冲激光会把能量烤进材料里留下重凝层和热影响区,而玻璃恰好是最怕这两样的材料之一。于是话题最终落到一根线上:光要以什么方式、在什么条件下进入这块玻璃。
玻璃基板最近两年被频繁提起,原因是它在几个关键指标上有机会替代传统有机基板:表面平整度高,热膨胀系数可调,刚性好,在高密度布线与大尺寸封装场景下的翘曲控制更有余地。对封装厂来说,这意味着一块更"稳"的地基。
产业侧的信号已经比较集中。2026年被行业视为玻璃基板商业化验证元年,台积电2026年6月公开表示已设立试点产线,京东方板级试验线在2026年上半年实现全自动化通线(公开报道产能口径为1000片/月)。市场机构Omdia预计全球玻璃基板市场2026年约186亿美元,2030年突破320亿美元。

要让电信号穿过这块玻璃,就需要TGV(ThroughGlassVia,玻璃通孔)。它相当于玻璃基板里的"绣花针眼":孔足够细,密度足够高,孔壁足够完整,才能完成后续的金属化与互连。
先说机械方式。玻璃的硬度不低,但脆性明显,机械钻削在出口处容易崩边,孔壁会残留微裂纹。这些微裂纹当下不一定致命,但在后续的热循环与机械应力下会成为裂纹扩展的起点,直接影响可靠性。
再说激光,但不是所有激光都合适。紫外或纳秒级激光加工玻璃,本质仍是热加工主导:激光能量先在材料里转成热,热量向四周扩散,把周围的材料一起加热。结果是孔边缘出现重凝层、热影响区和微裂纹,需要额外做蚀刻或退火来清理,工艺链条被拉长,良率也更难控制。
这里有个容易被忽略的物理分界。激光能量进入材料后,电子先吸收能量,再把能量传给晶格,这个能量传递需要一个时间尺度,通常在皮秒量级。当脉宽长于这个尺度时,晶格有足够时间跟着升温,热扩散就发生了;当脉宽短到这个尺度以下,能量还来不及扩散就已经完成沉积,材料直接被气化或改性,热影响区被压得很小。行业里把这一现象称作"冷加工",它正是超快激光(皮秒与飞秒)与长脉冲激光的根本差别。
与之对应,考核光学元件的口径也变了。脉宽压到皮秒、飞秒量级之后,元件的损伤行为不再由平均功率决定,而由峰值功率密度与多光子电离等机制主导。同一片镜片,在纳秒设备上表现正常,换到超快设备上就可能因为峰值功率密度过高而失效。这也是超快激光产线上,窗口片和反射镜要重新选型的原因。

目前行业内被广泛采用、也最接近量产的TGV路线是两步走:先用飞秒激光在玻璃内部聚焦,沿预定路径做出改性区,改性区域的化学稳定性与周围玻璃不同;随后用湿法蚀刻,让蚀刻液沿改性区快速作用,形成通孔。激光负责"写路径",化学负责"清通道",两者配合把热损伤控制在很小的范围。
这条路线对光的要求集中在三点。
- 一是焦深。高斯光束的焦深很浅,改性区覆盖不了玻璃厚度,于是行业普遍改用无衍射特性更好的贝塞尔光束,把能量沿轴向拉成一段细长的"光针"。首选器件是玻璃轴棱镜(锥透镜),配合DOE做匀化与整形,这是近两年在TGV产线上被反复讨论的元件之一。
- 二是定位与一致性。一片玻璃上要打成千上万个孔,位置精度、孔间距一致性、光斑圆度都要稳。加工面是平面大范围扫描时,场镜的像方远心度、聚焦光斑的一致性与畸变控制就直接决定孔位精度。
- 三是干净。玻璃表面与内部的缺陷、颗粒、污染是激光损伤最常见的起始点。飞秒段峰值功率密度高,一处微小污染就足以让局部吸收异常、改性区偏离预期。洁净度因此不是维护问题,而是工艺参数的一部分。

把上面三条要求翻译成元件清单,链路大致是这样:

其中镀膜这一段值得单独说。行业公开技术资料给出的经验是:纳秒段常用电子束沉积膜,皮秒与飞秒段常用溅射膜。原因不难理解,超快激光看的是峰值功率密度,膜层的致密度、吸收损耗与缺陷密度直接决定它能不能扛住;溅射工艺在膜层致密性上更有优势,因此成为超快段的主流选择。选膜系时把脉宽、波长、单脉冲能量、重复频率与光斑大小一并给到供应商,比只报一个平均功率更接近真实工况。
激埃特在这类场景里的位置,是配合工艺方把元件这一段吃下来:远心场镜与扩束镜的定制、保护窗口片的基材与膜系匹配、膜系匹配与镀膜工艺配合,以及交付前的逐片检测。
超快激光的光学选型有个特点:参数表只能筛掉明显不合适的,最终能不能用,要靠实测。建议走这样三步:
第一步,拿真实工件打样。把要加工的玻璃(成分、厚度)、目标孔形与深径比、激光参数一起给到光学供应商,用你们的条件打一组样,看改性区形貌、蚀刻后的孔壁质量与通孔率。这一步最有价值,因为它同时验证了光学件和工艺窗口。
第二步,量化验收口径。除了常规的尺寸与外观,建议把三件事写进验收:损伤阈值与实测工况的余量、光斑圆度与场镜在大幅面下的位置一致性、来料洁净度与包装方式。前两项决定能不能长期稳定跑,后一项决定你有没有把损伤的起始点挡在门外。
第三步,把维护制度化。超快产线上的窗口片不是"坏了再换"的耗材,它的洁净状态会直接影响改性质量。检查频率、清洁方式与更换标准最好写成文件,这比事后追查废片便宜得多。

玻璃基板这件事,行业现在的焦点在产能与良率,但良率最终会落到几个很具体的环节上,光怎么进玻璃就是其中之一。2026年还是验证年,工艺路线、设备形态、光学配置都还有调整空间,先把手里的条件拿去打一组样,比看一百份参数表更接近答案。



