在 5G、AI、汽车电子飞速发展的今天，先进封装技术正朝着高密度、高频化、小型化方向加速演进。玻璃转接板凭借其优异的电学特性、气密性、透过性和耐腐蚀性，成为解决硅基转接板性能损耗、成本高昂的核心方案，其中TGV（玻璃通孔）制备技术更是决定转接板性能的关键！今天我们一起深入了解TGV 激光诱导孔蚀刻技术，这项能精准打造高深径比玻璃孔道的新科技，正在重塑半导体封装的未来格局。
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技术背景：传统方案遇瓶颈，TGV 技术破局而出
图1 TSV用于半导体芯片垂直互联
相较于成熟的硅通孔蚀刻技术，玻璃深孔刻蚀长期缺乏高效方案，难以实现高质量、高深径比通孔/沟槽的制备。目前常见的光敏玻璃法、干法刻蚀、激光烧蚀法均存在一定的局限，比如激光烧蚀法制备会导致侧壁粗糙、崩边，给后续工艺埋下可靠性隐患。TGV激光诱导孔蚀刻技术的出现，恰好解决了这个关键难题。通过超短脉冲激光（皮秒或飞秒）诱导玻璃产生连续改性区域，与未改性区域的玻璃相比，改性区域玻璃在蚀刻液中的刻蚀速率更快。该过程不会在玻璃中产生裂纹，并且允许在玻璃中加工出盲孔和通孔，从而成为目前更具应用优势的制备方案。
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技术原理：“激光改性 + 化学蚀刻”双步实现精密成型
图3 激光诱导蚀刻过程示意图
激光改性环节采用的是国神光电超快飞秒激光器，该激光器脉宽＜600fs，加工过程为冷加工，具备超高加工精度，还广泛应用于蓝宝石切割、玻璃二维码打标、不锈钢精密打孔/切割、发动机冷却管微孔加工等领域，其核心技术参数如下表所示。
图4 超快飞秒激光器外观示意图
表1 超快飞秒激光器技术参数表
1. 激光诱导改性：给玻璃 “做标记”
飞秒超快激光聚焦到玻璃内部，发生多光子电离过程，激发电子与其他电离粒子组成等离子体，形成的等离子体与激光共振吸收并传递能量，在皮秒时间尺度内将动能和沉积的能量通过弛豫过程转移到玻璃结构，导致局部玻璃结构发生变化。对于玻璃来说，激光在短时间内将高能量局部传送到玻璃表面，产生热机械效应，改变玻璃表面的膨胀和密度，形成对化学蚀刻敏感的区域，如图5所示。
图5 超短脉冲激光诱导玻璃产生的部分性质改变（转自文献）
（a）折射率改变；（b）热导率改变
超短脉冲激光作用导致玻璃结构中的二氧化硅硅氧键平均键角减小并生成纳米衍射光栅结构，如图6所示。激光改性后的区域对后续化学蚀刻具有选择性，形成高深径比玻璃通孔。
图6 纳米衍射光栅的形成（转自文献）
2. 化学蚀刻：精准 “雕刻” 成型
超短脉冲激光作用后，玻璃基板中应力增加产生拉伸断裂，这些拉伸断裂表现为微米尺寸的径向分布的微裂纹。在相同化学蚀刻条件下，制备的通孔直径受微裂纹和玻璃表面激光改性区的尺寸影响很大。
图7展示了激光作用后改质区具有微裂缝的玻璃基板蚀刻过程。蚀刻剂对激光作用后的石英玻璃基板的刻蚀主要包括三个部分：（i）对激光改性区的蚀刻，（ii）对微裂缝的蚀刻，以及（iii）对未受到激光影响区域的蚀刻。化学蚀刻时中心孔优先沿微裂纹方向生长，呈现出“蜘蛛”状纹路，随着蚀刻时间延长，孔径变大，孔型逐渐修整成圆形，最终形成规整孔道。在蚀刻溶液与蚀刻时间相同的情况下，较小的微裂缝有利于得到更小尺寸和更好形状的蚀刻孔。
图7 改质区具有微裂纹的改性蚀刻过程变化
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技术优势：多维度突破，适配高端封装需求
通过TGV激光诱导孔蚀刻技术，可制备得到不同厚度、不同材质玻璃基板的通孔，证实了TGV技术的兼容能力。调节蚀刻温度和时间，还能精准控制孔径大小和垂直度——比如 40℃下蚀刻20分钟，就能获得垂直度接近90°的高质量通孔，制备得到的圆孔孔径~20μm，深径比>10：1，通孔内壁粗糙度小于60nm。
图8 制备的通孔平面及剖面效果
在此基础上，该技术还可拓展至异形孔、盲孔（槽）及微流道等复杂结构的加工，制备得到的方形通孔孔径最小可达50μm，孔周围无残渣，边缘无裂纹、崩边。
图9 制备的方形孔平面及剖面效果
在光电显示、生物医疗、光通信、消费电子等领域，常需用到玻璃盲孔（未穿透玻璃厚度的孔）和盲槽（未穿透玻璃厚度的凹槽）结构，结合TGV精密加工技术（激光直接加工+化学蚀刻）可实现深度、尺寸可控的高精度结构。
图10 不同类型盲孔（槽）的制备效果
相较于传统制备方法，TGV激光诱导孔蚀刻技术的优势十分突出：（i）蚀刻选择性高，改性区与未改性区蚀刻速率差异大，成型更精准；（ii）孔道质量优异，无裂纹、侧壁平整，避免崩边等缺陷，提升后续互联可靠性；（iii）加工灵活性强，可加工通孔、盲孔，还能实现方形、六边形等异形孔结构；（ⅳ）高深径比适配，先进技术可支撑高深径比结构制备，满足高密度封装需求。
这些优势让它在半导体先进封装、高端电子器件等领域具备极强的实用价值，成为推动玻璃转接板产业化的核心动力。
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应用前景：赋能多领域，开启封装技术新征程
随着技术不断成熟，TGV 激光诱导孔蚀刻技术正在赋能多个前沿领域：（i）半导体先进封装，用于2.5D集成转接板，实现芯片与基板的高效互联；（ii）高频电子器件，适配 5G、高性能计算需求，降低信号传输损耗；（iii）光电集成模块：结合玻璃透光性，实现光电器件的高密度封装；（ⅳ）汽车电子、物联网设备：满足小型化、高可靠性的封装要求。
未来，随着工艺参数的持续优化，这项技术还将在更多异形孔加工、超薄/厚玻璃基板应用中突破，为先进封装技术的发展注入新动能。
