为何要在玻璃上“钻”小孔？| 天工开问㊶
封面新闻记者 车家竹 谭羽清
1微米的长度是1米的一百万分之一，是1毫米的一千分之一。那如果在玻璃上“钻”出微米级小孔，又是怎样一种情形呢？
目前产学界普遍认为，对三维封装基板，尽管玻璃微波性能优异，此前一直受限于互连通孔直径较大、孔密度低而导致的集成度较低，随着产学界的不断研究，玻璃通孔技术也逐渐走向成熟。
何谓第三代玻璃通孔？
当前玻璃微细加工的最先进技术
1月19日，在第三届天府科技云服务大会上，成都迈科科技有限公司董事长，电子科技大学教授张继华带来了“第三代玻璃通孔技术”。
第三代玻璃通孔技术
“简单来说，就是在玻璃上打孔、填充和上下互联，以玻璃为楼板构建集成电路的高楼大厦。”张教授在接受封面新闻记者专访时，将玻璃通孔技术用了一个“搭房子”的比喻解释。
记者查阅资料发现，TGV玻璃通孔技术被认为是下一代三维集成的关键技术。玻璃是一种可能替代硅基转接板的材料，与硅通孔（TSV）相比，TGV具有低成本、大尺寸超薄玻璃衬底易获取、高频电学性能优异等特点，目前TGV已成为半导体3D封装领域研究重点和热点。
张继华和他的团队，创新将TGV玻璃通孔技术推进到第三代，采用精准激光诱导和湿法工艺，既具有超高精度三维加工能力——最小孔径小于5微米、最小节距6微米，可通孔金属化、表面布线、三维堆叠，又具有灵活广泛的材料选择性。
玻璃孔径最小能到5微米
玻璃通孔技术到现在已经推进到第三代，为什么是第三代？张教授解释称：“我本身从这个方向差不多有15年的时间，最开始玻璃通孔技术就是用高功率激光去硬烧出来，这个孔相对来说孔径会比较大，然后表面比较粗糙，这种方式跟以前的陶瓷的加工方式很相似，所以它优势不明显。”
“到后来它发展到第二代，在这个阶段下会使用一种特殊玻璃，我们称之为叫光敏玻璃，就像光刻胶一样，有光敏属性，用特殊的光照了之后，它会发生光化学反应，这样它的孔距会更小，然后孔的质量也比较好，但这种材料太特殊了，而且成本很高。第二代加工方式，最大的问题还在于处理完之后很容易变形，或者是收缩程度不一样，会导致基板翘曲，这些对后面的商业封装带来不太好的影响。”张继华说。
“直到后来发展到第三代玻璃通孔技术，相对结合了第一代和第二代的优势，用一个小功率的特殊激光器来处理这个玻璃，并不是直接打成一个孔，而是让它发生一个光化学反应。这样的话对玻璃材料的选择也没有很严格的限制了，那么它的应用场景一下就扩大了。”
玻璃通孔技术示意图
百变钢化为绕指柔？
平衡玻璃强度和柔性之间的矛盾
电子消费领域中折叠屏手机也曾刮过一股热潮。手机显示屏一般由盖板玻璃、触摸感应层、前面板、显示背板组成，尽管显示面板可以通过超薄玻璃UTG实现可折叠，但市面上的显示背板只能采用厚重的钛合金，因为厚玻璃是无法折叠的，而超薄玻璃在强度上又难以满足背板的强度要求。
而张继华主导研发的TGV3.0玻璃微加工技术，在玻璃需要弯折的部分采用微结构，将厚度200微米的厚玻璃加工成可折叠玻璃，曲率半径达2毫米以下，可折叠次数超过20万次，有效平衡了玻璃强度和柔性之间的矛盾。有望替代笨重、易疲劳的钛合金显示背板。
通过玻璃通孔工艺处理的折叠屏显示背板
通过玻璃通孔等一系列加工改性的工艺，原本不可折叠的玻璃基板就可以变成可折叠的玻璃，而且可选厚度范围更宽、重量也可减轻75%。
对于未来的技术优化方向，张继华表示将从一大一小方向进行拓展。“‘一大’就是现在的基板的尺寸尽可能去做大，现在我们做的大小基本上是晶圆级的，下一步的话可能很多应用就需要面板级的，就好比我们显示器一样的，从3.5代到4.5代到现在8.5代，基本的尺寸变大也能让单个的成本显著降低。大家知道硅基板尺寸放大是很困难的，这是玻璃基板的特殊优势。”
第三届天府科技云服务大会展出样品
“另一个方向就叫做‘一小’就是指我们的加工孔径，还有微结构的特征尺寸都要更精细，我们今年下半年可能会突破亚微米的孔径，基板尺寸也会覆盖510*515毫米。作为国内玻璃通孔技术的倡导者与引领者，我们也希望能够成为先进封装技术的领头羊”
（图片由受访者提供）