[发明专利]在挠性基材板中连续制造孔的方法和与此相关的产品

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年7月10日提交的系列号为62/190823的美国临时申请的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景

玻璃相对于传统的晶体硅和有机基材在用作半导体应用中的电插入件(electrical interposer)基材上具有许多优势。玻璃的一个优势在于，其可被制成大平坦面板的形式—即，被制成远超传统300mm晶片尺寸的尺寸，甚至在一侧上高达数米。玻璃的另一个优势在于玻璃的机械刚性。玻璃的另一个优势在于其高电阻抗。这在较高的频率下特别有用，特别是对于用于高数据传输速率的无线电频率(RF)而言。此外，可通过例如融合成形法来形成具有很平坦且光滑表面的特种玻璃基材，减少或消除了任何对于昂贵抛光步骤的需求。玻璃板的这种低粗糙度或表面品质允许利用密集的(紧密间隔)电轨迹来对其进行图案化。

目前，半导体市场被晶体硅占领，而半导体芯片本身则最主要由硅制成。因此，已建成了大量硅晶片的基础设施，而可以像处理硅那样进行处理且可以表现得像硅那样的玻璃可用于已经建成的基础设施中。幸运的是，当需要时，玻璃可被切割成晶片的形状。而且，可对玻璃组合物进行调整以使其具有与硅的热膨胀系数相似的热膨胀系数(例如约3ppm/C)。

所得到的这种玻璃晶片的一种用途是简单地作为载体基材，在该载体基材上固定和处理薄硅晶片。其它用途包括使用玻璃晶片以形成用于RF组件或电插入件的基材。插入件例如能够提供在两个电处理芯片之间传输电信号的互连板(interconnecting board)，例如在一个CPU(中央处理单元)与另一个CPU之间，或者在CPU与GPU(图形处理单元)之间，或者在CPU与其它下方装置之间。为了以这种方式使用玻璃晶片，所述晶片需要在其中具有许多(例如约成百上千个或更多个)位于应用特定位置处的孔。为了产生电连接，在玻璃表面形成金属轨迹的图案，并且以相同精确的方式使用板件印刷和金属气相沉积或电镀来对这些孔的内部进行金属化。

一旦进行了金属化，就可将玻璃引入电路板中，并使芯片与其结合。随后，对晶片进行切割以分离出个体组件。

传统的玻璃插入件由已经被切割成所需尺寸和形状的晶片形成。将这些晶片载入激光系统中。这些激光系统可使用机械固定或视觉对准来对齐晶片边缘或晶片上的其它对准点。激光处理随后在这些晶片内生成所需的孔图案。随后卸载这些晶片。这是一次一个型的操作。这种处理流程会导致多个制造低效。

库存管理可产生问题。终端用户可需要多种晶片尺寸和形状(直径为100、150、200、300mm且带凹槽、平坦的等的具有各种尺寸的面板，各自具有不同的组成或厚度)，且这些尺寸和形状必须提前制成，并且保持充足量的库存。

图案精度(例如相对于晶片边缘放置孔的精度)也不如最理想的情况。由于通常利用机械划刻和断裂处理并随后进行边缘打磨处理来切割晶片，制得的晶片的几何构型和尺寸的精度通常为±100微米或更大。这会反过来导致相对于晶片几何边缘放置孔图案处发生变化。这种不确定性会导致下游处理(例如用于金属轨迹图案化的板件印刷步骤)中定位孔图案所需的对齐复杂度迅速增加。

切割和精整晶片的成本也可以很大。尽管机械划刻和断裂设备相对廉价，但是因为需要除去的材料量以及还因为具有这种切割和打磨能力的设施并不总是与插入件钻孔处理设备共同设置，将晶片边缘打磨成所需准确形状的时间和成本可以是很大的(例如几十美元/晶片)。此外，机械边缘打磨的主要目的是除去来自机械切割处理的损伤，改善晶片边缘的可靠性或强度，以使晶片能够在运输和下游工艺处理中幸存。然而，晶片边缘在最终插入件/芯片应用中不起作用，因为插入件小块由晶片切出，因而任意经过精整的边缘都被丢弃。所以，对于晶片边缘的真正要求仅仅是具有足够的强度和处理可靠性。

存在对于激光处理基材板(例如玻璃基材板)的需要，所述基材板用于需要带孔洞玻璃板的应用中，例如在RF和插入件产品中。

发明概述

本文提供了在目标基材中进行切割和钻孔的系统和方法，所述系统和方法使用激光(例如脉冲激光)和光学系统来在诸如玻璃基材板这样的目标基材内生成激光束的线聚焦。脉冲激光切割和钻孔系统和方法利用各个体激光爆发脉冲生成在某些实施方式中延伸穿过玻璃板整个厚度的孔或缺陷，并且允许激光系统通过生成一系列形成轮廓或所需部件形状的孔眼来将目标基材切割和分离成任意所需的轮廓。由于玻璃基材板是脆性的，随着打孔的轮廓将会发生开裂，允许玻璃基材板分离成由孔眼限定的任意所需形状。