基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用技术方案

基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用，加工方法包括：在玻璃晶圆上产生预设小孔；开启蚀刻仪器上的超声功能，将配置好的蚀刻液倒入蚀刻仪器的蚀刻槽中预热；蚀刻仪器上的磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向，同时磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直；玻璃晶圆放入装有蚀刻液的蚀刻槽中，使直流电源的平行电极板间产生直流电场，通过调控磁场的大小，利用蚀刻液蚀刻玻璃晶圆的预设小孔，蚀刻预设小孔至需要的直径；对玻璃晶圆进行清洗并干燥。系统，用于实现上述的加工方法；本方案能效地解决了现有技术中使用激光诱导深刻蚀加超声辅助蚀刻玻璃通孔的方法所形成的玻璃通孔的精度不高、粗糙和不一致的问题。一致的问题。一致的问题。

Processing method, system and application of glass hole based on magnetic field and ultrasonic pulse

【技术实现步骤摘要】
基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用


[0001]本专利技术涉及三维集成封装转接板制造的
，尤其涉及一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃孔的加工方法、系统及应用。

技术介绍

[0002]转接板(Interposer)是三维集成微系统中高密度互联和集成无源元件的载体，是实现三维集成的核心材料。目前数字电路(如DRAM、逻辑芯片)的三维集成普遍应用的是以硅为转接板的通孔技术(Through Silicon Via，TSV)。然而，对于高频应用，要求转接板材料必须具有低介电损耗和低介电常数，以减少基板的射频功率耗散、增加自谐振频率。但是，由于硅是一种半导体材料，硅通孔周围的载流子在电场或磁场作用下可以自由移动，对邻近的电路或信号产生影响，降低芯片高频性能。此外，也因为硅的半导体特性，硅通孔还需要在通孔内制作电隔离层、扩散阻挡层、种子层以及无空隙的铜填充，不仅工艺复杂，而且寄生电容明显，往往难以满足三维集成射频微系统的性能要求。玻璃材料没有自由移动的电荷，介电性能优良，以玻璃替代硅材料的玻璃通孔技术(Through Glass Via，TGV)可以避免硅通孔的高频损耗问题。此外，玻璃通孔技术可以省去铜填充前的前阻挡层和氧化覆膜层制作；同时显著减小镀铜层与基板之间的过孔电容，降低过孔有源和无源电路之间的电磁干扰。这样不仅大幅提高射频微系统的性能、减小体积，而且可大幅降低工艺复杂度和加工成本。因此，对射频微系统而言，玻璃是最合适的转接板材料，而玻璃通孔则是理想的射频微系统三维集成解决方案。
[0003]玻璃微加工TGV成孔的制作的方法有以下几种1)超声波钻孔；2)喷砂法；3)湿法刻蚀；4)干法刻蚀；5)激光刻蚀；6)机械钻孔。然而，这些方法都存在精度低、成本高、过孔结构差、刻蚀速率低等问题。为了改善玻璃通孔的质量及精度，目前已发展出了利用超声辅助，结合一种激光诱导深刻蚀加工玻璃通孔的工艺。国内也发展出了针对玻璃通孔蚀刻处理的改进方法，超声是由高频振动的振源激发，并引起振源周围介质振动而形成的。振源的振动能量经介质传递到玻璃通孔进而对表面蚀刻反应过程产生影响。引入超声进行辅助蚀刻的方法，能够增强化学蚀刻反应的活性，促进反应产物的扩散，有效避免反应产物再次沉积于表面。但当前利用激光诱导深刻蚀加超声辅助蚀刻玻璃通孔的方法使玻璃通孔的精度不是很高，且玻璃通孔表面不是很光滑和玻璃通孔存在大小不一致等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种基于磁场辅助协同超声脉冲电化学加工玻璃通孔的方法，其通过激光诱导作用，预设小孔，产生纳米空隙，使蚀刻液更易进入预设小孔内部发生反应。
[0005]本专利技术还提出一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的装置，其用于执行上述的磁场辅助协同超声脉冲电化学加工玻璃通孔的方法。
[0006]本专利技术还提出一种装置在制备三维集成封装转接板中的应用。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，包括：以下步骤：
[0009]S1：采用激光诱导对玻璃晶圆的目标区域进行处理，使在玻璃晶圆上产生预设小孔；
[0010]S2：开启蚀刻仪器上的超声功能，将配置好的蚀刻液倒入蚀刻仪器的蚀刻槽中预热；
[0011]S3：开启蚀刻仪器上的磁场，使磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向，同时磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直；
[0012]S4：待蚀刻仪器加热至所需温度时，将玻璃晶圆放入装有蚀刻液的蚀刻槽中，开启直流电源开关，使直流电源的平行电极板间产生直流电场，通过调控磁场的大小，利用蚀刻液蚀刻玻璃晶圆的预设小孔，蚀刻预设小孔至需要的直径；
[0013]S5：对蚀刻液蚀刻后的玻璃晶圆进行清洗并干燥。
[0014]S6：通过光学显微镜观察玻璃通孔的孔径及通孔内壁的光滑性。
[0015]优选地，所述步骤S2中，蚀刻液包括：HF溶液；
[0016]蚀刻液的温度为20
‑
80℃，蚀刻液的浓度为5
‑
25％。
[0017]优选地，所述步骤S3中，磁场强度为10
‑
200mT。
[0018]更优地，直流电压为0.5
‑
2V，电流频率为10
‑
100Hz。
[0019]优选地，步骤S2中，超声设备发出的超声波频率为40
‑
80KHz。
[0020]更优地，步骤S4中，腐蚀时间为60
‑
400min。
[0021]优选地，步骤S4中，电场垂直于玻璃表面，与预设小孔的方向平行，且与超声方向垂直，与磁场方向垂直。
[0022]一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的装置，包括：激光诱导模块、蚀刻仪器和清洗模块；
[0023]所述激光诱导模块，用于对玻璃晶圆的目标区域进行激光诱导处理，使在玻璃晶圆上产生预设小孔；
[0024]所述蚀刻仪器包括：加热模块、蚀刻槽、超声模块、电场模块和磁场模块；
[0025]所述加热模块，用于调节所述蚀刻槽的温度；
[0026]所述蚀刻槽，用于放置蚀刻液及玻璃晶圆；
[0027]所述超声模块，用于形成超声环境；
[0028]所述电场模块，用于在直流电源的平行电极板间产生直流电场；
[0029]所述磁场模块，用于形成磁场，且磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向、磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直。
[0030]优选地，还包括：磁场控制开关器；
[0031]所述磁场控制开关器用于调节所述磁场模块的磁场强度大小。
[0032]一种装置在制备三维集成封装转接板中的应用，所述装置为上述的一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的装置。
[0033]本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0034]本方案为基于磁场辅助协同超声脉冲电化学加工玻璃通孔的方法，其通过激光诱导作用，预设小孔，产生纳米空隙，使蚀刻液更易进入预设小孔内部发生反应，有效地解决
了现有技术中使用激光诱导深刻蚀加超声辅助蚀刻玻璃通孔的方法所形成的玻璃通孔的精度不高、粗糙和不一致的问题。
附图说明
[0035]图1为激光预设小孔示意图。
[0036]图2为实施例A的蚀刻结果结构示意图。
[0037]图3为实施例B的蚀刻结果结构示意图。
[0038]图4为实施例C的蚀刻结果结构示意图。
[0039]图5为对比例A1的蚀刻结果结构示意图。
[0040]图6为对比例A2的蚀刻结果结构示意图。
[0041]图7为对比例A3的蚀刻结果结构示意图。
[0042]图8为玻璃周围的电场、磁场及超声的分布示意图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，其特征在于，包括：以下步骤：S1：采用激光诱导对玻璃晶圆的目标区域进行处理，使在玻璃晶圆上产生预设小孔；S2：开启蚀刻仪器上的超声功能，将配置好的蚀刻液倒入蚀刻仪器的蚀刻槽中预热；S3：开启蚀刻仪器上的磁场，使磁场方向垂直于玻璃预设小孔方向，同时磁场方向与直流电场方向垂直，磁场方向又与超声方向垂直；S4：待蚀刻仪器加热至所需温度时，将玻璃晶圆放入装有蚀刻液的蚀刻槽中，开启直流电源开关，使直流电源的平行电极板间产生直流电场，通过调控磁场的大小，利用蚀刻液蚀刻玻璃晶圆的预设小孔，蚀刻预设小孔至需要的直径；S5：对蚀刻液蚀刻后的玻璃晶圆进行清洗并干燥。2.根据权利要求1所述的一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，蚀刻液包括：HF溶液；蚀刻液的温度为20
‑
80℃，蚀刻液的浓度为5
‑
25％。3.根据权利要求1所述的一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中，磁场强度为10
‑
200mT。4.根据权利要求3所述的一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，其特征在于，直流电压为0.5
‑
2V，电流频率为10
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100Hz。5.根据权利要求3或4所述的一种基于磁场协同超声脉冲对玻璃通孔的加工方法，其特征在于，步骤S2中，超声设备发...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，李彪，温官海，刘祚辉，赖声宝，陈新，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：