[发明专利]用于在透明材料中的钻孔的系统和方法

说明书

一种用于在具有相对的第一表面及第二表面的基板中形成穿孔的方法，其可包括将激光脉冲的一聚焦光束导引至该基板中穿过该基板的该第一表面且随后穿过该基板的该第二表面。激光脉冲的该聚焦光束可具有一波长，该基板对于该波长至少实质上是透明的，且激光脉冲的该聚焦光束的光束腰部相比于该第一表面更接近于该第二表面。激光脉冲的该聚焦光束的特征在于脉冲重复率、在该基板处的峰值光学强度及在该基板处的平均功率，其足以：熔融该基板中靠近该第二表面的区域，由此在该基板内产生熔融区；向该第一表面传播该熔融区；且蒸发或沸腾该基板的材料并被定位于该熔融区内。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2018年10月8日申请的美国临时申请案第62/742,694号的权益，该申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的具体实例大体上相关于基板的处理，且更特定而言是关于镭射钻孔，诸如基板中的穿孔。

背景技术

存在对具有用于电子应用的精确成型孔的薄玻璃的极大关注。所述孔用导电材料填充，且用于将电信号自一个零件传导至另一零件，从而允许精确连接中央处理单元、内存芯片、图形处理单元或其他电子组件。对于此类应用，在上述组件中具有金属化孔的基板通常称为「插入件」。与当前使用的插入件材料(诸如光纤加强型聚合物或硅)相比，玻璃具有大量有利特性。玻璃可在不需要抛光的情况下形成薄且平滑的大薄板，其具有比有机替代物更高的硬度及更高的尺寸稳定性，其比硅好得多的电绝缘体，其具有比有机选项更好的尺寸(热及刚度)稳定性，且其可调整为不同的热膨胀系数以控制集成电路中的堆叠变形。

各种孔形成方法可用于在玻璃中产生孔，诸如热压、光机器可用的玻璃的微影、放电钻孔、粉末喷砂及广泛多种镭射钻孔制程。利用所述技术中的任一者，挑战大体上关于以足够高的孔形成速率(孔/秒)形成质量足够好(低开裂率、适当大小或圆度)的孔，其最终影响成本。举例而言，玻璃的热压的困难在于形成尺寸足够小(小于或等于约100微米)的孔，放电钻孔可能难以以紧密的孔间距(亦即，小于约50微米的孔与孔的距离)进行，使用光束开孔对孔进行镭射钻孔可能很慢(例如，约1个孔/秒)，且准分子镭射处理及光可加工玻璃可能具有较大初始投资成本。

已研发出制造尤其高质量的孔的习知镭射钻孔制程。举例而言，UV纳秒镭射可以用于冲击式钻孔制程中，以使用每孔的多个(例如，数百个)激光脉冲在玻璃零件中制造导孔(每一个的直径约为10微米)。该零件随后用酸蚀刻以扩大导孔并达成目标尺寸。随后将蚀刻孔金属化，将重布层添加至扇出电信号中，且将各零件切割成较小片段以产生功能性插入件。然而，用UV纳秒镭射进行的镭射钻孔可为耗时的制程，且利用冲击式钻孔(亦即，在同一位置处一个脉冲之后的另一脉冲)，可能需要数百个脉冲来将个别孔钻至所需深度。由于精确镭射钻孔平台的投资成本可能极大(接近$1M/机器)，因此孔形成的速度是全部插入件生产成本中的关键参数。此外，蚀刻玻璃零件使得，一旦经过蚀刻，难以确保不同玻璃零件具有实质上相同的厚度。

另一习知镭射钻孔制程涉及单次镭射制程，其中在需要孔的任何地方使用具有贝塞尔光束量变曲线(Bessel beam profile)的单一激光脉冲来改质玻璃部分，且随后用酸从孔中蚀刻该零件。尽管此制程可用于每秒产生至多5000个孔(200μs/孔)，但制程仍需要蚀刻，如上文所论述，其使得难以确保制成品中玻璃零件的厚度均匀。此外，具有贝塞尔光束量变曲线的激光脉冲难以使用习知光束转向技术(例如，电流计反射镜等)快速偏转。因此，形成相对稀疏的孔图案所需的时间通常比5000孔每秒慢得多。