本發(fā)明涉及一種在厚度小于3毫米的板狀工件內(nèi)加工至少一個(gè)凹槽或穿孔的方法。

背景技術(shù)：

作為信息處理器磁芯的微芯片，典型地在其下側(cè)比較小的表面上，彼此間距狹小地分布好幾百個(gè)接觸點(diǎn)。由于間距狹小，這些接觸點(diǎn)不能直接加工在所謂母板的電路板上。所以使用一種由絕緣材料制成的所謂內(nèi)插件作為連接元件，可通過它可以加寬觸點(diǎn)基板。絕緣和外包接線層例如由玻璃、玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂或硅組成，以及必須設(shè)有許多穿孔。

玻璃作為內(nèi)插件材料是特別有利的，因?yàn)樗裙璞阋?，而且它在熱膨脹方面能與有源元件例如微處理器相適應(yīng)。將玻璃加工成可交付使用的內(nèi)插件成為一種挑戰(zhàn)。尤其是在玻璃工件內(nèi)為了通孔金屬化要經(jīng)濟(jì)地加工許多穿孔，這在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有經(jīng)濟(jì)的解決辦法。

由de102010025966b4已知一種方法，其中第一步將聚焦的激光脈沖對準(zhǔn)玻璃工件，它的輻射強(qiáng)度如此高，以致它導(dǎo)致玻璃內(nèi)沿一個(gè)通道不透輻射熱地局部破壞。在第二個(gè)工藝步驟中將這些通道擴(kuò)展成穿孔，為此供給相對置的電極高壓電，這導(dǎo)致沿通道通過玻璃工件介電穿孔。這些穿孔通過電熱加熱以及蒸發(fā)孔的材料來擴(kuò)展，直至在達(dá)到期望的孔徑時(shí)通過切斷供電停止此過程。作為替代方式或補(bǔ)充方式，通道也可以通過反應(yīng)性氣體來擴(kuò)展，將氣體借助噴嘴對準(zhǔn)孔的位置。也可以通過供給的腐蝕性氣體擴(kuò)展穿孔。業(yè)已證實(shí)存在的缺點(diǎn)是所述過程比較復(fù)雜，它首先必須通過不透輻射熱地破壞貫穿工件，再在下一個(gè)步驟中必須將通道的直徑擴(kuò)展成孔。

由us2013/126573a1已知一種通過制造長絲(filament)加工玻璃的方法。術(shù)語長絲表示在介質(zhì)內(nèi)部基于自動調(diào)焦不衍射的射束擴(kuò)展。在恰當(dāng)選擇脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間的情況下，尤其在優(yōu)先使用具有在兆赫范圍內(nèi)的重復(fù)率以及脈沖持續(xù)時(shí)間短于10微微秒的脈沖序列時(shí)，基于互相相反的效果，亦即基于克爾效應(yīng)的自動調(diào)焦和基于小的射束直徑通過衍射的散焦形成長絲。通過平衡這兩種效果，激光束可以通過這種能透射所述波長的材料傳播，在這里激光束的直徑至少基本上保持常數(shù)。在所說明的方法中材料加工在低于光學(xué)擊穿的閾值的情況下實(shí)施。因此與用微微秒和毫微微秒脈沖的傳統(tǒng)的材料加工不同，需要激光束的一種弱聚焦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，能在材料內(nèi)各向異性地對缺損點(diǎn)(fehlstellen)實(shí)施濕化學(xué)或干蝕刻。由此能逐漸增大在第一步內(nèi)制造的缺損點(diǎn)，并因而制成凹槽或穿孔。本方法允許用非常短的時(shí)間制造許多凹槽或穿孔。按本發(fā)明上述技術(shù)問題通過一種按權(quán)利要求1所述特征的方法得以解決。由從屬權(quán)利要求可得知本發(fā)明的其他擴(kuò)展設(shè)計(jì)。

因此按本發(fā)明采用了一種方法，其中例如激光束以這樣的方式短時(shí)間對準(zhǔn)玻璃工件，亦即在工件材料內(nèi)，優(yōu)選地沿激光束的射束軸線，只進(jìn)行一連串的修正，而不導(dǎo)致破壞工件，以及其中，下一步僅在工件的那些事先借助激光束獲得缺損點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)實(shí)施各向異性的材料去除，并由此在玻璃工件內(nèi)加工凹槽或穿孔。典型地通過激光束在工件內(nèi)制成線狀連串的氣孔。通過腐蝕劑的侵蝕增大各個(gè)氣孔。

就本發(fā)明而言，術(shù)語工件的穿孔應(yīng)指的是通過工件整個(gè)厚度延伸的孔，例如貫通孔，而不通過工件整個(gè)厚度延伸的孔，例如盲孔，則稱為凹槽。

缺損點(diǎn)在下面理解為局部有邊界的氣孔和/或化學(xué)修正。

在這里凹槽或穿孔由于逐步侵蝕多個(gè)互相排成一列的缺損點(diǎn)形成，為此通過蝕刻過程逐步連接事先制成的缺損點(diǎn)，它們通過腐蝕作用已擴(kuò)展為工件內(nèi)的空腔。于是腐蝕液迅速從一個(gè)缺損點(diǎn)流到另一個(gè)缺損點(diǎn)。在此過程中重力的影響不起決定性作用。確切地說，以與從下向上類似的方式從上向下推進(jìn)蝕刻，所以尤其蝕刻過程可以在兩個(gè)外側(cè)同時(shí)開始。

通過這些在工件內(nèi)部作為修正造成的缺損點(diǎn)，使蝕刻過程遵循一條所述缺損點(diǎn)排列在其上的線進(jìn)行。所述的線可以是直線或按照一種幾乎任意的結(jié)構(gòu)，它通過蝕刻過程精確地保持這條線。因此第一次也可以制成一種可以說是任意的剖面結(jié)構(gòu)。

雖然通過較長的持續(xù)作用時(shí)間與在工件內(nèi)處于更內(nèi)部的缺損點(diǎn)相比在面朝外側(cè)的缺損點(diǎn)區(qū)內(nèi)導(dǎo)致較大的擴(kuò)展，但能觀察到仍然是一種在總體上小的錐形擴(kuò)展。如此制成的凹槽或穿孔結(jié)構(gòu)，在蝕刻過程結(jié)束后的特征在于連續(xù)的橫截面擴(kuò)展和收縮，在這里，橫截面擴(kuò)展和收縮既不必有一致的橫截面積，也不必與相鄰的橫截面擴(kuò)展和收縮有一致的間距。因?yàn)槿绱苏f明的結(jié)構(gòu)相應(yīng)于蚯蚓(lat.lumbicusterrestris)的外形，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員將其稱為蚯蚓狀結(jié)構(gòu)。

術(shù)語蚯蚓狀結(jié)構(gòu)涉及規(guī)則和不規(guī)則的橫截面擴(kuò)展和收縮，它們的過渡過程可以是連續(xù)或不連續(xù)的。在這里橫截面擴(kuò)展或收縮可以在一個(gè)相對于主軸線或與之傾斜的橫截面內(nèi)延伸。此外，相鄰的橫截面擴(kuò)展或收縮也可以具有不處于同一條直線上的中心，所以橫截面擴(kuò)展或收縮彼此交錯(cuò)排布。相鄰橫截面擴(kuò)展的高度也可以一致或相互不同。此外，凹槽或穿孔的主軸線當(dāng)然也可以與表面法線不同，相對于工件表面傾斜延伸，而橫截面擴(kuò)展和收縮沿一個(gè)與工件表面平行的平面定向。

蚯蚓狀結(jié)構(gòu)與由現(xiàn)有技術(shù)已知的另一種方法類似，這種方法稱為反應(yīng)牲離子深度蝕刻(deepreactiyeionetching，drie)。在這里涉及一種各向異性的干蝕刻過程，它同樣使用于在硅內(nèi)制造微結(jié)構(gòu)，例如造成硅內(nèi)通孔金屬化。因此，在實(shí)施按本發(fā)明的方法時(shí)不必或只須細(xì)微地調(diào)整后續(xù)的過程。凹槽或穿孔由于逐步蝕刻多個(gè)彼此排列成行的缺損點(diǎn)構(gòu)成，為此通過蝕刻過程逐漸擴(kuò)展連接事先制成的缺損點(diǎn)，它們通過蝕刻作用已擴(kuò)展成工件內(nèi)的空腔。于是腐蝕液迅速從一個(gè)缺損點(diǎn)流到另一個(gè)缺損點(diǎn)。在此過程中重力的影響不起決定性作用。確切地說，以與從下向上類似的方式從上向下推進(jìn)蝕刻，所以尤其蝕刻過程可以在兩個(gè)外側(cè)同時(shí)開始。

通過這些在工件內(nèi)部作為修正造成的缺損點(diǎn)，使蝕刻過程遵循一條所述缺損點(diǎn)排列在其上的線進(jìn)行。所述線可以是直線或按照一種幾乎任意的結(jié)構(gòu)，通過蝕刻過程精確地保持這條線。因此第一次也可以制成一種可以說是任意的剖面結(jié)構(gòu)。

雖然通過較長的持續(xù)作用時(shí)間與在工件內(nèi)處于更內(nèi)部的缺損點(diǎn)相比在面朝外側(cè)的缺損點(diǎn)區(qū)內(nèi)導(dǎo)致較大的擴(kuò)展，但能觀察到仍然是一種在總體上小的錐形擴(kuò)展。

如此制成的凹槽或穿孔結(jié)構(gòu)，在蝕刻過程結(jié)束后的特征在于連續(xù)的橫截面擴(kuò)展和收縮，在這里，橫截面擴(kuò)展和收縮既不必有一致的橫截面積，也不必與相鄰的橫截面擴(kuò)展和收縮有一致的間距。根據(jù)要蝕刻的缺損點(diǎn)數(shù)量和密度，橫截面擴(kuò)展和收縮的直徑差可以小于1μm或小于100nm，所以凹槽或穿孔能顯得甚至微觀光滑。

在玻璃內(nèi)的修正可以通過激光束發(fā)生，激光束借助衍射性光學(xué)元件成形為，使它造成線狀連串的修正。這些修正可以通過系列脈沖或通過單個(gè)脈沖造成。

基于本方法的成效，制成的凹槽或穿孔有一種特有的形狀，因?yàn)榛旧细飨蛲宰饔玫奈g刻法特別強(qiáng)烈地侵蝕工件中的修正區(qū)，以及修正區(qū)典型地以線狀連串修正的形狀存在，所以在凹槽或穿孔的外表面形成許多同心的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

基于所述的穿孔結(jié)構(gòu)，本方法特別好地適用于制造內(nèi)插件，因?yàn)殡S著逐步蝕刻缺損點(diǎn)形成的同心的環(huán)形微結(jié)構(gòu)，能保證以后的金屬層在孔內(nèi)有特別高的附著強(qiáng)度。

對于應(yīng)用有特別重要意義的是，使用這種工件作為所謂的內(nèi)插件，用于電連接多個(gè)同質(zhì)或異質(zhì)微芯片的接頭。作為信息處理器磁芯的微芯片，典型地在其下側(cè)比較小的表面上，彼此間距狹小地分布好幾百個(gè)接觸點(diǎn)。由于間距狹小，這些接觸點(diǎn)不能直接加工在所謂母板的電路板上。所以使用內(nèi)插件作為連接元件，可以通過它加寬觸點(diǎn)基板。

這種內(nèi)插件優(yōu)選地由玻璃或硅組成，并包含例如接觸面、外包接線層、通孔鍍敷層以及有源和無源元件。

已知按本發(fā)明如此加工的凹槽間隔可以進(jìn)一步減小，因?yàn)橥ㄟ^激光束并未導(dǎo)致?lián)p壞工件，而僅僅導(dǎo)致修正或變換，在這種情況下同時(shí)還能降低激光器功率。特別優(yōu)選的是，激光器用一種能透射玻璃工件的波長工作，從而保證貫穿玻璃工件。由此尤其保證圍繞同軸于激光束軸線的基本上圓柱形的修正區(qū)，這導(dǎo)致穿孔或凹槽有恒定的直徑。

對于硅的加工特別有利的是波長大于1.1μm。

在尤其由硅制成的工件中制造凹槽或穿孔時(shí)特別有利的是，將激光束傳播方向定向?yàn)椋股涫S線相對于晶體對稱線成大約0°、45°或90°角。

與由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法相比，可顯著縮短脈沖持續(xù)時(shí)間。在按本發(fā)明方法的一項(xiàng)特別有利的設(shè)計(jì)中，激光器以脈沖持續(xù)時(shí)間短于100毫微秒直到少于1微微秒工作。

在恰當(dāng)選擇脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間的情況下，尤其在優(yōu)先使用具有在兆赫范圍內(nèi)的重復(fù)率以及脈沖持續(xù)時(shí)間短于10微微秒的脈沖序列時(shí)，基于互相相反的效果，亦即基于克爾效應(yīng)的自動調(diào)焦和基于小的射束直徑通過衍射的散焦形成長絲。

本方法原則上不限于工件規(guī)定的材料。保證成功的是使用介電材料，如玻璃。尤其確保成功的是，使用具有重要材料成分鋁硅酸鹽，尤其硼鋁硅酸鹽的玻璃。

優(yōu)選地，工件至少在其修正區(qū)例如通過蝕刻法，比如通過液體腐蝕、干蝕刻或氣相腐蝕，或通過借助高壓或高頻蒸發(fā)，經(jīng)受一次各向異性的材料去除，以便能在工件內(nèi)加工凹槽或穿孔。通過各向異性的材料去除可利用于真正的材料去除，非順序的，而是面狀作用的去除法，這種方法對過程只提出低的要求。確切地說，經(jīng)過持續(xù)作用時(shí)間，對于所有以所說明的方式預(yù)處理并經(jīng)過與之相應(yīng)的修正的區(qū)域，在數(shù)量和質(zhì)量上同時(shí)實(shí)施材料去除，所以用于制造多個(gè)凹槽或穿孔所耗費(fèi)的總時(shí)間量明顯減少。

通過平衡這兩種效果，激光束可以通過這種能透射所述波長的工件傳播，在這里激光束的直徑至少基本上保持常數(shù)。

在這種情況下，在激光束內(nèi)高峰值強(qiáng)度時(shí)，還能以有利的方式將其他效果，例如等離子體形成，利用于更強(qiáng)地散焦。

實(shí)際上周期性地經(jīng)過在散焦與自動調(diào)焦之間的交替變化，從而形成一系列經(jīng)修正的材料區(qū)。根據(jù)效應(yīng)的成果，也可以形成連貫的通道，所謂的等離子通道。

原則上，長絲的構(gòu)成可保持限于在材料的最大材料厚度的部分區(qū)段。當(dāng)射束離開克爾介質(zhì)并發(fā)散時(shí)，或當(dāng)射束的強(qiáng)度減小至使散焦的衍射勝過自動調(diào)焦的程度時(shí)，終止長絲的構(gòu)成。

實(shí)際上例如使用玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂板作為內(nèi)插件，該環(huán)氧樹脂板設(shè)有許多小孔。印制導(dǎo)線在玻璃纖維墊表面延伸，它們引入各自的小孔中，充填小孔，并在玻璃纖維墊的另一側(cè)，一直引向處理器磁芯的連接觸點(diǎn)。當(dāng)然，在發(fā)生加熱時(shí)，導(dǎo)致在磁芯處理器與玻璃纖維墊之間不同的膨脹，并因而導(dǎo)致這兩個(gè)元件之間產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。

可以通過激光加工來加工長絲，此時(shí)交替地進(jìn)行定位所述加工頭與輻射。優(yōu)選地，與之相反，而將輻射轉(zhuǎn)向操控到工件上，使加工頭與工件之間連續(xù)相對運(yùn)動，并因而將激光束導(dǎo)引到工件上“飄動”運(yùn)動，從而極其迅速的持續(xù)加工時(shí)間造成相對位置的一種不間斷的改變。

在這里可以用恒定的速度改變材料相對于加工頭的相對位置，從而在恒定的脈沖頻率下使要制成的修正的間距遵循預(yù)定的線距(rastermaβ)。

特別優(yōu)選的是，輻射源以一種能透射工件的波長工作，從而保證貫穿工件。由此尤其保證圍繞同軸于激光束軸線的基本上圓柱形的修正區(qū)，這導(dǎo)致穿孔或凹槽有恒定的直徑。

除此之外也可能有利的是，通過輻射源還附加地切除一個(gè)表面區(qū)，為的是以這樣的方式提供各向異性去除的作用區(qū)，亦即形成長絲的一個(gè)圓錐形進(jìn)入?yún)^(qū)。以此方式可以簡化以后的鍍敷。為此在該區(qū)域例如集中作用腐蝕劑。

按本發(fā)明方法的一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)，輻射源能以脈沖持續(xù)時(shí)間短于50ps，優(yōu)選地短于10ps工作。

在本發(fā)明另一種同樣保證具有特殊成效的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，工件尤其在修正后設(shè)置一個(gè)面狀的，覆蓋至少單個(gè)，尤其多個(gè)相繼加工的穿孔的金屬層。在接著的步驟中，經(jīng)修正的區(qū)域被去除為，使之造成一個(gè)被金屬層單側(cè)封閉的凹槽。在這里金屬層優(yōu)選地在修正后，然而在材料去除前施加，從而在材料去除后敷設(shè)為印制導(dǎo)線的金屬層封閉所述凹槽，并由此同時(shí)為施加在其上的觸點(diǎn)接通構(gòu)成最佳基礎(chǔ)。在這里，所述觸點(diǎn)接通在凹槽的區(qū)域內(nèi)通過已知的方法實(shí)現(xiàn)。此外通過施加金屬層作為印制導(dǎo)線，可以簡單地制成所期望的線路圖。

在本方法另一種同樣保證具有特殊成效的設(shè)計(jì)中，工件在激光器處理前在至少一個(gè)表面上將抗蝕膜平面敷層。同時(shí)，通過作為優(yōu)選的電磁輻射源的激光束的作用，在點(diǎn)狀作用區(qū)去除在至少一個(gè)表面上的抗蝕膜，并在工件內(nèi)造成修正。以此方式，防止未修正的區(qū)域在后續(xù)的蝕刻過程不期望的作用，并因而不損害材料表面。在這里抗蝕膜不阻礙修正處于其下方的材料。確切地說，抗蝕膜對于激光束或能透射，或被激光束可以說是點(diǎn)狀去除，也就是說例如蒸發(fā)。此外也不排除下述可能，即，抗蝕膜含有這些對于修正起支持的作用的物質(zhì)，也就是說例如加速修正過程。

當(dāng)然，在材料外表面之一上敷設(shè)抗蝕膜前施加前面已說明的金屬層，使其在去除抗蝕膜后用作期望的觸點(diǎn)接通的基礎(chǔ)。

所述抗蝕膜在處理結(jié)束后可以留在材料表面。然而優(yōu)選的是，在各向異性的材料去除后以已知的方式從材料表面除去抗蝕膜。

本方法原則上不限于材料的規(guī)定的材料組成。當(dāng)然尤其確保成功的是，作為一種重要的材料成分工件具有鋁硅酸鹽，尤其有硼鋁硅酸鹽。

按本發(fā)明另一種同樣特別切合實(shí)際的設(shè)計(jì)，在工件中制成的相鄰長絲沿分隔線的間距設(shè)計(jì)為，使修正區(qū)直接毗連或彼此有很小的距離，為的是以此方式能分離規(guī)定的材料區(qū)。

由于材料的內(nèi)應(yīng)力或基于外部作用力，所述分離在施加長絲后沿分隔線進(jìn)行。作為替代或補(bǔ)充，內(nèi)應(yīng)力也可以由熱應(yīng)力，尤其由于大的溫差引起。

附圖說明

本發(fā)明允許有不同的實(shí)施形式。為了進(jìn)一步說明其基本原理，在附圖中表示了其中之一并在下面說明。這些附圖分別表示原理圖，其中：

圖1表示在工件內(nèi)加工凹槽時(shí)的工藝過程；

圖2表示不同凹槽可能的形態(tài)；以及

圖3表示不同凹槽其他可能的形態(tài)。

具體實(shí)施方式

圖1表示借助多個(gè)工藝過程在板狀工件內(nèi)通過用激光束輻射以及接著蝕刻加工穿孔的過程圖解，包括在板狀工件1內(nèi)加工穿孔時(shí)的一個(gè)個(gè)工藝步驟。為此，在圖1a中激光束2對準(zhǔn)工件表面。工件1的厚度d在這里達(dá)3mm。激光束2的持續(xù)作用時(shí)間選擇為極短，所以僅同心地圍繞激光束的射束軸線進(jìn)行工件1的修正。激光器用一種能透射工件1的波長工作。以此方式修正的具有缺損點(diǎn)3的區(qū)域在圖1b中表示為線狀連串氣孔的形式。在下一個(gè)圖1c中表示的工藝步驟中，在工件1通過缺損點(diǎn)構(gòu)成的、事先已通過激光束2經(jīng)受修正的那些區(qū)域內(nèi)，基于圖中沒有表示的腐蝕劑的作用，導(dǎo)致各向異性的材料去除。由此，沿圓柱形的作用區(qū)在工件1內(nèi)形成凹槽4作為穿孔。

穿孔在外表面上有多種同心的環(huán)形結(jié)構(gòu)，如在圖2a和2b以及圖3a至3c中可看到的那樣。

凹槽4在這里由于逐步腐蝕多個(gè)彼此排成一列的缺損點(diǎn)3形成，為此通過蝕刻過程逐步連接事先制成的缺損點(diǎn)3，它們通過蝕刻作用擴(kuò)展成工件1中的空腔。于是腐蝕液迅速從一個(gè)缺損點(diǎn)3流到另一個(gè)缺損點(diǎn)3。因?yàn)樵诖诉^程中重力的影響不起決定性作用，所以蝕刻的推進(jìn)既從上方也從下方進(jìn)行以及在兩個(gè)外側(cè)同時(shí)開始。通過腐蝕劑在外側(cè)區(qū)域內(nèi)相比為較長的持續(xù)作用時(shí)間，導(dǎo)致在外表面區(qū)域內(nèi)缺損點(diǎn)3的一種錐形擴(kuò)展，如在圖2b中可看到的那樣。

通過這些在工件1內(nèi)部作為修正造成的缺損點(diǎn)3，使蝕刻過程遵循一條缺損點(diǎn)3排列在其上的線5進(jìn)行。所述的線5可以是直線或按照一種幾乎任意的結(jié)構(gòu)，通過蝕刻過程精確地保持這條線。因此第一次也可以制成一種可以說是任意的剖面結(jié)構(gòu)。

雖然通過較長的持續(xù)作用時(shí)間與在工件內(nèi)處于更內(nèi)部的缺損點(diǎn)相比在面朝外側(cè)的缺損點(diǎn)區(qū)內(nèi)導(dǎo)致較大的擴(kuò)展，但能觀察到仍然是一種在總體上小的錐形擴(kuò)展。

如此制成的凹槽4或穿孔結(jié)構(gòu)，在蝕刻過程結(jié)束后的特征在于連續(xù)的橫截面擴(kuò)展和收縮，它的外形使人想起蚯蚓，在這里，橫截面擴(kuò)展和收縮既不必有一致的橫截面積，如在圖2b和3c中可看到的那樣，也不必與相鄰的橫截面擴(kuò)展和收縮有一致的間距a1、a2，如圖3c中所示。其中，橫截面擴(kuò)展或收縮可以排列在相對于主軸線的一個(gè)橫截面內(nèi)，或如圖3a中所示排列在相對于與主軸線傾斜的橫截面內(nèi)。

此外相鄰的橫截面擴(kuò)展或收縮也可以有中心，這些中心處于一條相對于工件1表面傾斜的公共線5上，從而使這些橫截面擴(kuò)展或收縮彼此錯(cuò)開排列，在這種情況下這些橫截面擴(kuò)展和收縮，如在圖3a中表示的那樣可以傾斜于外表面定向，或如在圖3b中表示的那樣可以平行于外表面定向。

如在圖3c中可看到的那樣，相鄰橫截面擴(kuò)展各自的圖形重心有一個(gè)偏移量，所以它們尤其沒有排列在一條公共的直線上。