CN104923925A - 一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法，包括以下步骤：在玻璃衬底待形成通孔位置处制作一定厚度的金属垫(pad)；通过激光将所述待形成通孔位置处的金属垫(pad)和玻璃衬底均烧蚀去除；以及形成所述玻璃通孔后，将所述金属垫清洗去除。本发明的玻璃通孔制作方法通过廉价的激光器，例如C02激光器即可以实现快速有效制作玻璃通孔，减少产生的玻璃熔渣、裂纹、崩边等问题。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃加工技术领域，更具体地涉及一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法。
背景技术
随着芯片封装集成度的增加，封装体趋于短、小、轻、薄，玻璃基转接板因其优良的成本优势及极低的损耗特性，关注度极高。玻璃材料中含有多种金属氧化物，并且Si-O(8eV)键能远大于Si-Si键能(3.4eV)，Bosch刻蚀工艺不适合用于玻璃衬底，因此，在玻璃转接板制作工艺过程中，玻璃通孔制作及金属化是个极大的挑战。已报道有多种方法制作玻璃通孔，如激光烧蚀、湿法刻蚀、干法刻蚀、高温玻璃回流和电火花穿孔等，但都有各自的局限性。目前主流的玻璃通孔制作是采用激光打孔的方法，该方法可在较厚的玻璃衬底上制作通孔，单孔制作速率快。但激光打孔的问题在于，该工艺属于串行工艺，只能单个孔制作，很难多孔同时制作；且由于激光，特别是CO2激光器的热效应，孔周围会再沉积玻璃熔渣，孔周围容易出现崩边现象，孔内壁会出现微裂纹，这些问题严重影响后续的通孔填充工艺及整体的可靠性。
现有技术中提出了多种方法来提高打孔质量，例如文章“Advances inCO2-Laser Drilling of Glass Substrates”，提出了三种减缓激光打孔的热效应：第一种，在激光打孔过程中加热整个衬底至100-400℃，该方法大大降低激光烧蚀产生的裂纹和损伤，缺点是需要在激光打孔设备上配置加热装置，代加工的玻璃衬底尺寸有限，高温工艺影响加工精度；第二种，在激光打孔之前，用非聚焦的激光进行局部预热，然后再聚焦激光进行打孔，该方法避免了整片衬底加热的情况，提高了加工精度，缺点是单孔加工时间增加，对于孔密度较大的衬底不适用；第三种，在打孔完成后，对衬底进行退火处理，释放应力，该方法可降低甚至避免微裂纹及其他损伤的出现，缺点是退火时间较长，不适应大规模量产。
文章“Laser Drilling of High-Density Through Glass Vias(TGVs)for2.5D and 3D Packaging”涉及了采用准分子激光器的加工方法，准分子激光属于冷激光，具有很小的热效应，可实现几乎零微裂纹等损伤的玻璃通孔，缺点是准分子激光设备价格昂贵，相对于CO2激光器，打孔速率慢。
发明内容
有鉴于上述技术问题，本发明的主要目的之一在于提供一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法，以便利用廉价的激光器快速有效地制作玻璃通孔，减少产生的玻璃熔渣、裂纹、崩边等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法，包括以下步骤：
在玻璃衬底待形成通孔位置处制作金属垫；
通过激光将所述待形成通孔位置处的金属垫和玻璃衬底均烧蚀去除；以及
形成所述玻璃通孔后，将所述金属垫清洗去除。
其中，所述金属垫的直径大于所述通孔直径。
其中，所述金属垫为铜垫或铝垫。
其中，所述金属垫的厚度为几十纳米至十几微米。
其中，清洗去除金属垫时，同时也去除掉玻璃熔渣。
其中，所述激光器为二氧化碳激光器。
基于上述技术方案可知，本发明的技术方案具有如下有益效果：可采用价格较低的CO2激光器，大大降低设备成本；金属垫制作工艺成熟，易于实现；通孔完成后，玻璃熔渣落在金属垫上，去除金属的同时玻璃熔渣也同时被去除，避免了玻璃熔渣对金属化的影响；由于孔周围制作有金属垫，在激光打孔时减小甚至避免了玻璃崩边的现象；激光打孔时，金属垫吸收热量，被加热至很高的温度；同时，金属垫将热量传递给其下方的玻璃衬底，对其下方的玻璃衬底进行加热，减小了孔壁周围的温度梯度，减缓了应力，大大减小甚至避免了微裂纹等损伤的出现。
附图说明
图1是制作完金属垫后玻璃基板的俯视图及正视图；
图2是激光烧蚀金属垫后玻璃基板的俯视图及正视图；
图3是打孔完成后玻璃基板的俯视图及正视图。
附图标记说明：
101-金属垫；102-玻璃衬底；103-玻璃通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种减小激光热效应的玻璃通孔制作方法，通过在孔位置处制作一定厚度的金属垫(pad)，激光打孔时，金属垫吸收热量，并将热量向其下方传递，对玻璃衬底进行局部加热。该方法可减小甚至避免孔内微裂纹及损伤的出现，便于后续金属填充工艺。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明。
如图1所示，在激光烧蚀之前，利用成熟的制造工艺在干净的玻璃衬底上制作一定厚度和大小的金属垫，如金属铜、金属铝等，优选为采用半加成电镀工艺制作厚度为几十纳米至几十微米的铜垫。金属垫直径大于待形成通孔的直径。
所使用的激光器可以为CO2激光器。调节激光加工工艺参数，使激光光束对准金属垫，持续烧蚀金属。激光烧蚀玻璃之前，先将孔位置处的金属垫烧蚀去除，去除面积与需要制作的孔的面积同样大小。之后激光继续烧蚀玻璃，制作玻璃通孔。激光加工工艺参数，在烧蚀的不同阶段可以根据要求进行调节。
通孔制作完成后，将金属清洗去除，优选采用湿法工艺去除金属垫，在去除金属垫的同时，也可以同时去除玻璃上的熔渣。这样保证了孔周围表面的平坦化特性，保证了后续孔金属化及布线的可靠性。
由于金属垫具有良好的热导率，在激光打孔时，可将预留的圆环金属垫加热至很高的温度，加热的圆环金属垫将热量传递给其下方的玻璃，使孔位置处的玻璃温度升高，缩小孔侧壁附近的温度梯度，减小甚至避免孔侧壁微裂纹的出现，避免了玻璃熔渣直接沉积在玻璃表面，避免了玻璃孔崩边现象。
经过大量地实验测试，本发明的玻璃通孔制作方法通过廉价的激光器，例如CO2激光器即可以实现快速有效制作玻璃通孔，而不会产生玻璃熔渣、裂纹、崩边等问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种降低激光热效应的玻璃通孔制作方法，包括以下步骤：
在玻璃衬底待形成通孔位置处制作金属垫；
通过激光将所述待形成通孔位置处的金属垫和玻璃衬底均烧蚀去除；以及
形成所述玻璃通孔后，将所述金属垫清洗去除。
2.如权利要求1所述的玻璃通孔制作方法，所述金属垫的直径大于所述通孔直径。
3.如权利要求1所述的玻璃通孔制作方法，其中所述金属垫为铜垫或铝垫。
4.如权利要求1所述的玻璃通孔制作方法，其中所述金属垫的厚度为几十纳米至十几微米。
5.如权利要求1所述的玻璃通孔制作方法，其中清洗去除金属垫时，同时也去除掉玻璃熔渣。
6.如权利要求1所述的玻璃通孔制作方法，其中所述激光器为二氧化碳激光器。
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