[发明专利]一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置及方法

说明书

本发明公开一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置及方法。其中，玻璃打孔装置包括激光出射装置、锥透镜、4f系统、聚焦镜和位移台，激光出射装置形成入射激光，锥透镜将入射激光转变为贝塞尔光束，贝塞尔光束射入4f系统后，将经过透射式整形器件，最终射出4f系统，或贝塞尔光束射入4f系统后，将在偏振分束棱镜处被反射，经过1/4波片然后到达反射式整形器件，经反射式整形器件反射，再次经过1/4波片然后穿过偏振分束棱镜，最终射出4f系统，聚焦镜对平行的各个贝塞尔光束进行聚焦，形成多点贝塞尔光束，位移台搭载玻璃样品，并带动玻璃样品移动。本发明可成倍地提高玻璃通孔的加工效率，而不影响孔加工的质量和锥度，非常适合大幅面TGV的工程化应用。

技术领域

本发明涉及超快激光微纳加工技术领域，尤其涉及一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置及方法。

背景技术

随着智能手机、物联网、汽车电子、高性能计算、5G、人工智能等新兴领域的蓬勃发展，各种新的应用对先进封装提出更高的要求，硅基转接板2.5D集成技术作为先进系统集成技术，可实现多芯片高密度三维集成，易于实现异质集成，近年得到了迅猛的发展。然而硅基转接板成本高、电学性能差成为阻碍其进一步发展的重要因素。

玻璃作为一种可能替代硅基转接板的材料，玻璃通孔（TGV）与硅通孔（TSV）相比，具有低成本、大尺寸超薄玻璃衬底易获取、高频电学性能优异、机械稳定性强等优点，目前已成为3D半导体封装领域研究重点和热点。

制约玻璃转接板技术发展的主要困难之一就是TGV深孔成形工艺。近年来，许多研究工作都在致力于研发低成本、小尺寸、细间距、无损快速成孔技术，现已开发的玻璃成孔技术有等离子体刻蚀、喷砂法、聚焦放电、光敏玻璃、电化学、激光烧蚀等。但这些方法都存在一些无法克服的缺点，比如：喷砂法和电化学法孔径及孔间距大；光敏玻璃价格昂贵；等离子体刻蚀工艺复杂；聚焦放电和激光刻蚀存在锥度。综合来看，由于玻璃材料易碎、表面平滑、化学惰性特点，现有技术尚不能实现TGV规模化生产及应用。

激光诱导化学腐蚀是基于激光技术和化学方法发展起来的一种新型TGV技术，先利用超快激光在玻璃内加工形成改性区域，然后采用化学腐蚀剂对改性区域进行腐蚀，既克服了激光直接刻蚀速度慢、存在裂纹的缺点，也解决了化学腐蚀无法定向蚀刻的问题。具有成孔快、可制作高密度高深宽比的玻璃通孔、无损伤的优点，有望成为TGV的主流技术。然而，激光由于高斯分布及其聚焦特性，在加工玻璃改性区域时总是存在锥度的问题，导致刻蚀出来的孔不垂直，影响器件性能。

贝塞尔光束是一种无衍射光束，在一定距离内可以随着距离增加而光斑保持不变，即可认为其具有较长的焦深，这对于玻璃高深径比直通孔的加工来说是一种绝佳的工具。可以先采用贝塞尔光束对玻璃进行改性，然后再对改性后的玻璃进行化学腐蚀，即可实现高质量的玻璃直通孔。目前此方法已在工程上得到应用，具有不错的加工效果。但随着工程需求的持续增加，对加工效率的要求也越来越高，现有加工效率越来越难以满足工程上对大幅面高密度的加工追求，非常有必要开发新型的可极大提高加工效率的玻璃通孔加工工艺方法，为TGV技术的工程化应用和先进封装技术的实现乃至于对未来新兴半导体产业的发展提供必要的支持和推动力量。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置及方法，可成倍地提高玻璃通孔的加工效率，而不影响孔加工的质量和锥度，非常适合大幅面TGV的工程化应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置，包括激光出射装置、锥透镜、4f系统、聚焦镜和位移台；

所述激光出射装置用于形成入射激光；

所述锥透镜设置在激光出射装置后，用于将入射激光转变为贝塞尔光束；

所述4f系统设置在锥透镜后，且：