DE102014113339A1 - Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen in einem Material - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen mittels einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, innerhalb von transparenten oder transmissiven Materialien. Für jede Ausnehmung wird ein Filament durch abwechselnde Selbstfokussierung und Defokussierung von Laserpulsen im transparenten Material erzeugt, wodurch lineare Ketten von Modifikationen oder Kanäle modifizierten Materials mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser entstehen. Indem das Material zumindest in seinen modifizierten Bereichen einem anisotropen Materialabtrag, beispielsweise einem Ätzverfahren unterzogen wird, entstehen anstelle der Filamente Ausnehmungen oder Durchbrechungen in dem Material.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen mittels einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, innerhalb von transparenten oder transmissiven Materialien, wobei für jede Ausnehmung ein Filament durch abwechselnde Selbstfokussierung und Defokussierung von Laserpulsen im transparenten Material erzeugt wird, wodurch lineare Ketten von Modifikationen oder durchgehende Kanäle modifizierten Materials mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser entstehen und die Ausnehmungen anschließend durch anisotropen Ätzabtrag an den Stellen der Filamente gebildet werden.
  • Aus der US 6,154,593 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleiters in einem Glas bekannt, der für die optische Kommunikation oder dergleichen verwendbar ist, der durch Fokussieren eines Laserstrahles mit ausreichender Energie zum Induzieren der Strukturänderung nutzbar ist. Hierzu wird in dem Glas der Brennpunkt des Laserstrahles durch relatives Verschieben des Brennpunktes bezüglich des Glases bewegt, um so in dem Glas einen kontinuierlichen Bereich mit verändertem Brechungsindex zu schaffen.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der US 2013/126573 A1 bekannt. Dabei wird gepulste Laserstrahlung so in das Material fokussiert, dass eine Selbstfokussierung aufgrund des optischen Kerr-Effektes auftritt. Im Gegensatz zu der US 6,154,593 A wird die Materialbearbeitung beim beschriebenen Verfahren unterhalb der Schwelle für optischen Durchbruch ausgeführt. Daher ist entgegen konventioneller Materialbearbeitung mit Pikosekunden- und Femtosekundenpulsen eine schwächere Fokussierung des Laserstrahles nötig.
  • Aus der DE 10 2010 025 966 B4 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem ersten Schritt auf das Glassubstrat fokussierte Laserimpulse gerichtet werden, deren Strahlungsintensität so stark ist, dass es zu lokaler, athermischer Zerstörung entlang eines filamentartigen Kanals im Glas kommt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die filamentartigen Kanäle zu Löchern aufgeweitet, indem gegenüberstehenden Elektroden Hochspannungsenergie zugeführt wird, was zu dielektrischen Durchbrüchen durch das Glassubstrat entlang der filamentartigen Kanäle führt. Diese Durchbrüche erweitern sich durch elektrothermische Aufheizung und Verdampfung von Lochmaterial, bis der Vorgang bei Erreichen des gewünschten Lochdurchmessers durch Abschalten der Energiezufuhr gestoppt wird.
  • Weiterhin ist aus der EP 2 503 859 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Glassubstrat mit Durchgangslöchern versehen wird, wobei das Glassubstrat aus einem Isolator wie Glas, beispielsweise Silikatglas, Saphir, Kunststoff oder Keramik, und Halbleitern wie Silizium besteht. Das Glassubstrat wird mit einem Laser, beispielsweise einem Femtosekundenlaser, bestrahlt, der auf einen Fokuspunkt an einer gewünschten Position innerhalb des Glassubstrates fokussiert wird. Die Durchgangslöcher werden mit einem Verfahren erzeugt, bei dem das Glassubstrat mit den durch den Laser modifizierten Bereichen in eine Ätzlösung getaucht wird und so die modifizierten Bereiche aus dem Glassubstrat entfernt werden. Dieses Ätzen nutzt den Effekt, dass im Vergleich zu Bereichen des Glassubstrates, die nicht modifiziert wurden, der modifizierte Bereich extrem schnell geätzt wird. Auf diese Weise können Sackbohrungen oder Durchgangsöffnungen erzeugt werden. Für das Füllen der Durchgangsöffnung eignet sich eine Kupferlösung. Um eine gewünschte "Tiefenwirkung", also ein Durchgangsloch zwischen den Substrataußenseiten zu erreichen, muss der Fokuspunkt bei fortgesetzter Bestrahlung entsprechend verlagert, also in Richtung der Z-Achse nachgeführt werden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen zu schaffen, welches größere Ausnehmungstiefen bei gleichem Durchmesser erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem das Material zumindest in seinen modifizierten Bereichen beispielsweise durch ein Ätzverfahren, wie beispielsweise durch Flüssigätzen, Trockenätzen oder Dampfphasenätzen, oder durch Verdampfen mittels Hochspannung oder Hochfrequenz einem anisotropen Materialabtrag unterzogen wird und so Ausnehmungen oder Durchbrechungen in das Material eingebracht werden. Durch den anisotropen Materialabtrag ist für den eigentlichen Materialabtrag kein sequentielles, sondern ein flächig einwirkendes Abtragsverfahren nutzbar, welches lediglich geringe Anforderungen an den Prozess stellt. Vielmehr lässt sich über die Einwirkungsdauer der Materialabtrag quantitativ und qualitativ für alle in der beschriebenen Weise vorbehandelten und dementsprechend modifizierten Bereiche zugleich durchführen, sodass der Zeitaufwand für die Erzeugung der Vielzahl der Ausnehmungen oder Durchbrechungen in der Summe wesentlich reduziert ist.
  • Bei geeigneter Wahl von Pulsenergie und Pulsdauer, vor allem bei der bevorzugten Verwendung von Pulsfolgen mit einer Wiederholrate im Megahertz-Bereich und Pulsdauern kleiner als 10 Pikosekunden, entstehen Filamente aufgrund von gegenläufigen Effekten, nämlich der Selbstfokussierung aufgrund des Kerr-Effektes und der Defokussierung durch Beugung aufgrund des kleinen Strahldurchmessers.
  • Durch ein Gleichgewicht beider Effekte kann der Laserstrahl durch das für die Wellenlänge transparente Material propagieren, wobei sein Durchmesser zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
  • Dabei können bei hohen Spitzenintensitäten im Laserstrahl in vorteilhafter Weise auch weitere Effekte, wie Plasmabildung, zur stärkeren Defokussierung genutzt werden.
  • In der Praxis verläuft das Wechselspiel zwischen Defokussierung und Selbstfokussierung periodisch, sodass eine Kette von modifizierten Materialbereichen entsteht. Je nach Ausprägung der Effekte kann auch ein zusammenhängender Kanal, ein sogenannter Plasmakanal entstehen.
  • Grundsätzlich kann die Ausbildung des Filamentes auf einen Teilabschnitt der maximalen Materialstärke des Materials beschränkt bleiben. Die Ausbildung des Filamentes endet, wenn der Strahl das Kerr-Medium verlässt und divergiert oder wenn die Intensität des Strahles so weit abgenommen hat, dass die defokussierende Beugung die Selbstfokussierung überwiegt.
  • Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Verfahren zum Einbringen einer Mehrzahl von Durchbrechungen in ein als Interposer oder Mikrobauteil einsetzbares Glassubstrat eingesetzt wird, um auf diese Weise besonders wirtschaftlich ein mit Durchbrechungen versehenes Glassubstrat herzustellen.
  • Besonders praxisrelevant ist der Einsatz derartiger Glassubstrate als sogenannte Interposer zur elektrischen Verbindung der Anschlüsse mehrerer homogener oder heterogener Mikrochips. Ein Mikrochip als Prozessorkern hat typischerweise auf seiner Unterseite auf relativ kleiner Fläche verteilt mehrere Hundert Kontaktpunkte in engem Abstand zueinander. Wegen dieses engen Abstandes können diese Kontaktpunkte nicht direkt auf eine Schaltungsplatte, das sogenannte Motherboard, aufgebracht werden. Es wird deshalb ein Interposer als Verbindungselement eingesetzt, mit welchem die Kontaktierungsbasis verbreitert werden kann.
  • Ein derartiger Interposer besteht vorzugsweise aus Glas oder Silizium und enthält beispielsweise Kontaktflächen, Umverdrahtungen, Durchkontaktierungen sowie aktive und nicht aktive Komponenten.
  • Als Interposer wird in der Praxis beispielsweise eine mit Glasfaser verstärkte Epoxydharzplatte eingesetzt, die mit einer Anzahl von Löchern versehen ist. Auf der Oberfläche der Glasfasermatte laufen Leiterbahnen, die in die jeweiligen Löcher hineinführen, um diese zu verfüllen, und auf der anderen Seite der Glasfasermatte bis zu den Anschlusskontakten des Prozessorkernes führen. Bei Auftreten von Erwärmung kommt es allerdings zu unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen dem Kernprozessor und der Glasfasermatte und damit zu mechanischen Spannungen zwischen diesen beiden Komponenten.
  • Die Filamente könnten durch eine Laserbearbeitung eingebracht werden, bei der eine Positionierung des Bearbeitungskopfes und die Bestrahlung abwechselnd durchgeführt werden. Vorzugsweise wird hingegen, während die Strahlung auf das Material gelenkt wird, eine stetige Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Material vorgenommen, sodass also der Laserstrahl kontinuierlich in einer "fliegenden" Bewegung über das Material geführt wird, sodass also eine ununterbrochene Änderung der Relativposition eine extrem schnelle Bearbeitungsdauer ergibt.
  • Dabei kann die relative Position des Materials in Bezug auf den Bearbeitungskopf mit konstanter Geschwindigkeit verändert werden, sodass bei einer konstanten Pulsfrequenz der Abstand der zu erzeugenden Modifikationen einem vorbestimmten Rastermaß folgt.
  • Besonders bevorzugt wird die Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge betrieben, für die das Material transparent ist, sodass eine Durchdringung des Substrates sichergestellt ist. Insbesondere wird dadurch eine im Wesentlichen zylindrische Modifikationszone koaxial zu der Strahlachse herum sichergestellt, die zu einem konstanten Durchmesser der Durchbrechung oder der Ausnehmung führt.
  • Darüber hinaus kann es auch von Vorteil sein, wenn durch die Strahlungsquelle zusätzlich auch ein Oberflächenbereich abgetragen wird, um die Einwirkungszone des anisotropen Abtrages derart auszugestalten, dass ein kegelförmiger Einlassbereich der Filamente entsteht. Auf diese Weise kann die spätere Durchkontaktierung vereinfacht werden. Zudem wird in diesem Bereich beispielsweise die Einwirkung eines Ätzmittels konzentriert.
  • Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Strahlungsquelle mit einer Pulsdauer von weniger als 50 ps, vorzugsweise weniger als 10 ps betrieben werden.
  • Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung wird das Material insbesondere nach der Modifikation mit einer flächigen, zumindest einzelne, insbesondere eine Vielzahl von nachfolgend einzubringenden Durchbrechungen abdeckenden Metallschicht versehen. In einem folgenden Schritt werden die modifizierten Bereiche so abgetragen, dass eine von der Metallschicht einseitig verschlossene Ausnehmung erzeugt wird. Dabei wird die Metallschicht vorzugsweise nach der Modifikation, jedoch vor dem Materialabtrag aufgebracht, sodass nach dem Materialabtrag die beispielsweise als Leiterbahn aufgebrachte Metallschicht die Ausnehmung verschließt und dadurch zugleich eine optimale Basis für eine daran anzubringende Kontaktierung bildet. Die Durchkontaktierung erfolgt dabei im Bereich der Ausnehmung mit an sich bekannten Verfahren. Indem die Metallschicht als Leiterbahn aufgebracht wird, kann zudem in einfacher Weise ein gewünschtes Schaltbild erzeugt werden.
  • Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung des Verfahrens wird das Material vor einer Laserbehandlung mit einem Ätzresist auf zumindest einer Oberfläche flächig beschichtet. Durch Einwirkung des Laserstrahles als bevorzugte elektromagnetische Strahlungsquelle wird zugleich in einer punktförmigen Einwirkungszone das Ätzresist auf zumindest einer Oberfläche abgetragen und die Modifikation in dem Material erzeugt. Auf diese Weise werden die nicht modifizierten Bereiche vor einer unerwünschten Einwirkung im nachfolgenden Ätzprozess geschützt und die Oberfläche des Materials daher nicht beeinträchtigt. Dabei behindert das Ätzresist nicht die Modifikation des darunter liegenden Materials. Vielmehr ist das Ätzresist für die Laserstrahlung entweder durchlässig oder wird nahezu punktförmig durch die Laserstrahlung abgetragen, beispielsweise also verdampft. Weiterhin ist nicht ausgeschlossen, dass das Ätzresist solche Substanzen enthält, die für die Modifikation unterstützend wirken, beispielsweise also den Modifikationsvorgang beschleunigen.
  • Selbstverständlich kann vor dem Auftrag des Ätzresists auf eine der Außenflächen des Materials die vorstehend beschriebene Metallschicht aufgebracht werden, um diese nach dem Entfernen des Ätzresists als Basis für die gewünschte Durchkontaktierung zu verwenden.
  • Das Ätzresist könnte nach dem Abschluss der Behandlung auf der Oberfläche des Materials verbleiben. Vorzugsweise wird jedoch das Ätzresist in an sich bekannter Weise nach dem anisotropen Materialabtrag von der Oberfläche des Materials entfernt.
  • Grundsätzlich ist das Verfahren nicht auf bestimmte Materialzusammensetzungen des Materials beschränkt. Besonders Erfolg versprechend ist es allerdings, wenn das Material als einen wesentlichen Materialanteil ein Aluminosilikat, insbesondere ein Boro-Aluminosilikat aufweist.
  • Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstand benachbart in dem Material erzeugter Filamente entlang einer Trennlinie derart realisiert, dass die modifizierten Bereiche unmittelbar aneinandergrenzen oder einen sehr geringen Abstand zueinander aufweisen, um auf diese Weise definierte Materialbereiche abzutrennen.
  • Die Trennung erfolgt nach dem Einbringen der Filamente entlang der Trennlinie infolge von inneren Spannungen des Materials oder aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung. Alternativ oder ergänzend können die inneren Spannungen auch durch thermische Spannungen, insbesondere durch eine starke Temperaturdifferenz hervorgerufen werden.
  • Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt einzelne Verfahrensschritte zum Einbringen einer Mehrzahl von Filamenten in ein Substrat 2 aus einem als Kerr-Medium geeigneten Material zur Herstellung eines als Kontaktierungselement in der Leiterplattenfertigung bestimmten Interposers 1. Hierzu wird die elektromagnetische Strahlung einer Strahlungsquelle 3 auf die Oberfläche des Substrates 2 gerichtet. Das Substrat 2 weist als einen wesentlichen Materialanteil ein Boro-Aluminosilikat auf, um so eine Temperaturausdehnung ähnlich der von Silizium sicherzustellen. Die Materialstärke d des Substrates 2 beträgt zwischen 50 µm und 500 µm.
  • Die Einwirkungsdauer der elektromagnetischen Strahlung 3 wird dabei äußerst kurz gewählt, sodass lediglich ein Filament in dem Substrat 2 konzentrisch um eine Strahlachse erzeugt wird, ohne dass es zu einer wesentlichen Zerstörung bzw. einem erheblichen Materialabtrag des Materials kommt.
  • Hierzu wird die elektromagnetische Strahlungsquelle 3 mit einer Wellenlänge betrieben, für die das Substrat 2 transparent ist. Ein derart modifizierter Bereich 4 ist in 1b dargestellt.
  • In einem nachfolgenden, in 1c dargestellten Verfahrensschritt erfolgt in den so geschaffenen Filamenten des Substrates 2 ein anisotroper Materialabtrag, sodass Ausnehmungen 5 entstehen, welche die Basis für eine spätere Kontaktierung bilden.
  • Alternativ können die benachbarten Filamente jedoch einen derart geringen Abstand aufweisen, dass dadurch eine Trennfläche entlang der linienförmigen Aneinanderreihung der modifizierten Bereiche 4 in dem Substrat 2 erzeugt wird, wobei der Bruch durch innere Spannungen oder äußere Krafteinwirkung vollzogen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6154593 A [0002, 0003]
    • US 2013/126573 A1 [0003]
    • DE 102010025966 B4 [0004]
    • EP 2503859 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen mittels einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, innerhalb von transparenten oder transmissiven Materialien, wobei für jede Ausnehmung ein Filament durch abwechselnde Selbstfokussierung und Defokussierung von Laserpulsen im transparenten Material erzeugt wird, wodurch lineare Ketten von Modifikationen oder durchgehende Kanäle modifizierten Materials entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zumindest in seinen modifizierten Bereichen insbesondere durch ein Ätzverfahren, wie beispielsweise durch Flüssigätzen, Trockenätzen oder Dampfphasenätzen, oder durch Verdampfen mittels Hochspannung oder Hochfrequenz einem anisotropen Materialabtrag unterzogen wird und dadurch Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen in das Material eingebracht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung für die Dauer mehrerer Einzelpulse auf das Material gelenkt wird.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Ausnehmungen und/oder Durchbrechungen versehene Material als Interposer oder Mikrobauteil eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strahlungseinwirkung ein Oberflächenbereich abgetragen wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat mit einem wesentlichen Materialanteil von Glas und/oder Silizium eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinwirkung auf das Material während einer insbesondere stetigen Relativbewegung zwischen einer Strahlachse der elektromagnetischen Strahlung und dem Material vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge betrieben wird, für die das Material transparent ist.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle mit einer Pulsdauer von weniger als 50 ps, vorzugsweise weniger als 10 ps betrieben wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbart in dem Material erzeugter Filamente derart bemessen wird, dass die modifizierten Bereiche unmittelbar aneinandergrenzen oder einen sehr geringen Abstand zueinander aufweisen, und dass entlang der die Filamente verbindenden Linie Materialbereiche abgetrennt werden.
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DE102014113339.0A DE102014113339A1 (de) 2014-09-16 2014-09-16 Verfahren zur Erzeugung von Ausnehmungen in einem Material
SG11201702091WA SG11201702091WA (en) 2014-09-16 2015-08-07 Method for introducing at least one cutout or aperture into a sheetlike workpiece
EP15762474.3A EP3195706B1 (de) 2014-09-16 2015-08-07 Verfahren zum einbringen mindestens einer ausnehmung oder einer durchbrechung in ein plattenförmiges werkstück
EP22167179.5A EP4061101A1 (de) 2014-09-16 2015-08-07 Verfahren zum einbringen mindestens einer ausnehmung oder einer durchbrechung in ein plattenförmiges werkstück
JP2017512917A JP6782692B2 (ja) 2014-09-16 2015-08-07 板状の加工物に少なくとも一つの窪み又は穴を配設する方法
KR1020197015976A KR20190065480A (ko) 2014-09-16 2015-08-07 판 모양의 작업물 안으로 적어도 하나의 컷아웃부 또는 구멍을 도입하기 위한 방법
ES15762474T ES2923764T3 (es) 2014-09-16 2015-08-07 Procedimiento para introducir al menos un rebaje o una ruptura en una pieza de trabajo en forma de placa
MYPI2017700845A MY196621A (en) 2014-09-16 2015-08-07 Method for Introducing at Least One Cutout or Aperture Into a Sheetlike Workpiece
KR1020217005121A KR20210022773A (ko) 2014-09-16 2015-08-07 판 모양의 작업물 안으로 적어도 하나의 컷아웃부 또는 구멍을 도입하기 위한 방법
PCT/DE2015/100333 WO2016041544A1 (de) 2014-09-16 2015-08-07 Verfahren zum einbringen mindestens einer ausnehmung oder einer durchbrechung in ein plattenförmiges werkstück
CN201580049903.1A CN107006128B (zh) 2014-09-16 2015-08-07 用于在板状工件内加工至少一个凹槽或穿孔的方法
LTEPPCT/DE2015/100333T LT3195706T (lt) 2014-09-16 2015-08-07 Būdas bent vienai išpjovai arba angai išpildyti lakšto formos ruošinyje
KR1020177007041A KR20170044143A (ko) 2014-09-16 2015-08-07 판 모양의 작업물 안으로 적어도 하나의 컷아웃부 또는 구멍을 도입하기 위한 방법
US15/511,272 US11610784B2 (en) 2014-09-16 2015-08-07 Method for introducing at least one cutout or aperture into a sheetlike workpiece
KR1020237018486A KR20230084606A (ko) 2014-09-16 2015-08-07 판 모양의 작업물 안으로 적어도 하나의 컷아웃부 또는 구멍을 도입하기 위한 방법
SG10201902331XA SG10201902331XA (en) 2014-09-16 2015-08-07 Method for introducing at least one cutout or aperture into a sheetlike workpiece
TW104129751A TWI616939B (zh) 2014-09-16 2015-09-09 一種用於將至少一凹槽或一穿孔做入一板狀工件的方法
JP2020118488A JP7049404B2 (ja) 2014-09-16 2020-07-09 板状の加工物に少なくとも一つの除去部又は穴を設ける方法
US17/711,136 US20220223434A1 (en) 2014-09-16 2022-04-01 Method for making a recess or opening into a planar workpiece using successive etching

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017103788A1 (de) 2016-05-31 2017-05-04 Lpkf Laser & Electronics Ag Erzeugung von metallisierten Durchgangslöchern im Randbereich eines TFT-Displays
CN110405369A (zh) * 2018-04-27 2019-11-05 肖特股份有限公司 用于在由脆硬材料制成的基板的体积中产生微结构的方法
DE102019111634A1 (de) * 2019-05-06 2020-11-12 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen in einem Glassubstrat
US11062986B2 (en) 2017-05-25 2021-07-13 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US11078112B2 (en) * 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
US11114309B2 (en) 2016-06-01 2021-09-07 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
DE102020120370B3 (de) 2020-08-03 2022-02-03 Infineon Technologies Ag Mems-sensor mit partikelfilter und verfahren zu seiner herstellung
WO2022022873A1 (de) * 2020-07-28 2022-02-03 Lpkf Laser & Electronics Ag Substrat aus glas und ein verfahren zu seiner herstellung
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
US11774233B2 (en) 2016-06-29 2023-10-03 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6154593A (en) 1996-03-18 2000-11-28 Japan Science & Technology Corp Optical device and formation of optical waveguide using light-induced effect on refractive index
DE102010025966B4 (de) 2010-07-02 2012-03-08 Schott Ag Interposer und Verfahren zum Herstellen von Löchern in einem Interposer
EP2503859A1 (de) 2009-12-25 2012-09-26 Fujikura, Ltd. Substrat mit einem durchführungsdraht und herstellungsverfahren dafür
US20130126573A1 (en) 2010-07-12 2013-05-23 Filaser Inc. Method of material processing by laser filamentation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6154593A (en) 1996-03-18 2000-11-28 Japan Science & Technology Corp Optical device and formation of optical waveguide using light-induced effect on refractive index
EP2503859A1 (de) 2009-12-25 2012-09-26 Fujikura, Ltd. Substrat mit einem durchführungsdraht und herstellungsverfahren dafür
DE102010025966B4 (de) 2010-07-02 2012-03-08 Schott Ag Interposer und Verfahren zum Herstellen von Löchern in einem Interposer
US20130126573A1 (en) 2010-07-12 2013-05-23 Filaser Inc. Method of material processing by laser filamentation

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017103788A1 (de) 2016-05-31 2017-05-04 Lpkf Laser & Electronics Ag Erzeugung von metallisierten Durchgangslöchern im Randbereich eines TFT-Displays
US11114309B2 (en) 2016-06-01 2021-09-07 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
US11774233B2 (en) 2016-06-29 2023-10-03 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes
US11062986B2 (en) 2017-05-25 2021-07-13 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US11078112B2 (en) * 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
US11534754B2 (en) 2018-04-27 2022-12-27 Schott Ag Method for producing fine structures in the volume of a substrate composed of hard brittle material
CN110405369A (zh) * 2018-04-27 2019-11-05 肖特股份有限公司 用于在由脆硬材料制成的基板的体积中产生微结构的方法
WO2020224706A1 (de) 2019-05-06 2020-11-12 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur herstellung von mikrostrukturen in einem glassubstrat
US11377387B1 (en) 2019-05-06 2022-07-05 Lpkf Laser & Electronics Ag Method for producing microstructures in a glass substrate
DE102019111634A1 (de) * 2019-05-06 2020-11-12 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen in einem Glassubstrat
WO2022022873A1 (de) * 2020-07-28 2022-02-03 Lpkf Laser & Electronics Ag Substrat aus glas und ein verfahren zu seiner herstellung
DE102020120370B3 (de) 2020-08-03 2022-02-03 Infineon Technologies Ag Mems-sensor mit partikelfilter und verfahren zu seiner herstellung

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