(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211088286.4 (22)申请日 2022.09.07 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115138997 A (43)申请公布日 2022.10.04 (73)专利权人 武汉引领光学技 术有限公司 地址 430000 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区九峰街道高新四路40号葛洲坝太 阳城9栋502-A006(自贸区武汉片区) (72)发明人 曾密宗　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 万文广 (51)Int.Cl. B23K 26/382(2014.01)B23K 26/064(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (56)对比文件 CN 112894146 A,2021.0 6.04 CN 113296175 A,2021.08.24 CN 114789298 A,202 2.07.26 CN 2148679 94 U,2021.1 1.26 US 2022032398 A1,202 2.02.03 CN 204975 690 U,2016.01.20 CN 213437 786 U,2021.0 6.15 CN 111679349 A,2020.09.18 CN 112192325 A,2021.01.08 杜坤等.飞秒激光非金属微 孔加工研究进 展. 《激光与光电子学进 展》 .(第1 1期),第1- 6页. 审查员 张素敏 (54)发明名称 一种多点贝 塞尔光束玻璃打孔装置及方法 (57)摘要 本发明公开一种多点贝塞尔光束玻璃打孔 装置及方法。 其中， 玻璃打孔装置包括激光出射 装置、 锥透镜、 4f系统、 聚焦镜和位移台， 激光出 射装置形成入射激光， 锥透镜将入射激光转变为 贝塞尔光束， 贝塞尔光束射入4f系统后， 将经过 透射式整形器件， 最终射出4f系统， 或贝塞尔光 束射入4f系统后， 将在偏振分束棱镜处被反射， 经过1/4波片然后到达反射式整形器件， 经反射 式整形器件反射， 再次经过1/4波片然后穿过偏 振分束棱镜， 最终射出4f系统， 聚焦镜对平行的 各个贝塞尔光束进行聚焦， 形成多点贝塞尔光 束， 位移台搭载 玻璃样品， 并带动玻璃样品移动。 本发明可成倍地提高玻璃通孔的加工效率， 而不 影响孔加工的质量和锥度， 非常适合大幅面TGV 的工程化应用。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115138997 B 2022.12.06 CN 115138997 B 1.一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置， 其特征在于： 包括激光出射装置、 锥透镜、 4f系 统、 聚焦镜和位移台； 所述激光出射装置用于形成入射激光； 所述锥透 镜设置在激光出射装置后， 用于将入射激光 转变为贝 塞尔光束； 所述4f系统设置在锥透 镜后， 且： 4f系统的傅里叶面上设有透射式整形器件， 贝塞尔光束射入4f系统后， 将经过透射式 整形器件， 最 终射出4f系统， 从而压缩贝塞尔光束的主瓣直径并对其进 行多光束整 形， 形成 若干平行的贝 塞尔光束； 或4f系统的傅里叶面上设有反射式整形器件， 4f系统中还设有偏振分束棱镜、 1/4波 片， 贝塞尔光束射入4f系统后， 将在偏振分束棱镜处被反射， 经过1/4波片然后到达反射式 整形器件， 经反射式整形器件反射， 再次经过1/4波片然后穿过偏振分束棱镜， 最终射出4f 系统， 从而压缩贝塞尔光束的主瓣直径并对其进行多光束整形， 形成若干平行 的贝塞尔光 束； 所述聚焦镜设置在4f系统后， 用于对平行的各个贝塞尔光束进行聚焦， 形成多点贝塞 尔光束； 所述位移台用于搭 载玻璃样品， 并带动玻璃样品移动。 2.根据权利要求1所述的一种 多点贝塞尔 光束玻璃打孔装置， 其特征在于： 所述透射式 整形器件为透射DOE或透射 光栅。 3.根据权利要求1所述的一种 多点贝塞尔 光束玻璃打孔装置， 其特征在于： 所述反射式 整形器件为反射DOE或反射 光栅或压电扫描装置 。 4.根据权利要求1所述的一种 多点贝塞尔 光束玻璃打孔装置， 其特征在于： 所述激光出 射装置包括激光器和扩束镜， 激光器发出的激光经过扩束镜放大形成入射激光后进入锥透 镜， 将入射激光 转变为贝 塞尔光束。 5.根据权利要求4所述的一种 多点贝塞尔 光束玻璃打孔装置， 其特征在于： 所述激光器 发出的激光 为高斯光束。 6.一种多点贝塞尔 光束玻璃打孔方法， 其特征在于： 采用权利要求1 ‑5任意一项所述的 一种多点贝 塞尔光束玻璃打孔装置， 包括以下步骤： S1、 将玻璃样品搭 载至位移台； S2、 使激光出射装置形成入射激光， 入射激光经过锥透镜后， 将形成贝塞尔光束， 贝塞 尔光束经过4f系统后， 将形成若干平行的贝塞尔光束， 平行的各个贝塞尔光束通过聚焦镜 进行聚焦， 将形成多点贝 塞尔光束； S3、 通过位移台带动玻璃样品移动至聚焦镜后， 对玻璃样品进行打孔加工作业； S4、 采用化学溶液对打孔加工后的玻璃样品进行化学腐蚀， 得到具有成形群孔的玻璃 成品。 7.根据权利要求6所述的一种 多点贝塞尔 光束玻璃打孔方法， 其特征在于： 所述化学溶 液为HF溶液或KOH溶 液。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115138997 B 2一种多点贝塞 尔光束玻璃打孔 装置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及超快激光微纳加工技术领域， 尤其涉及一种多点贝塞尔光束玻璃打孔 装置及方法。 背景技术 [0002]随着智能手机、 物联 网、 汽车电子、 高性能计算、 5G、 人工智能等新兴领域的蓬勃发 展， 各种新的应用对先进封装提出更高的要求， 硅基转接板2.5D集成技术作为先进系统集 成技术， 可实现多芯片高密度三维集成， 易于实现异质集成， 近年得到了迅猛的发展。 然而 硅基转接 板成本高、 电学性能差成为阻碍其进一 步发展的重要因素。 [0003]玻璃作为一种可能替代硅基转接板的材料， 玻璃通孔 （TGV） 与硅通孔 （TSV） 相比， 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、 机械稳定性强等优点， 目前 已成为3D半导体封装领域研究重点和热点。 [0004]制约玻璃转接板技术发展的主要困难之一就是T GV深孔成形工艺。 近年来， 许多研 究工作都在致力于研发低 成本、 小尺寸、 细间距、 无损快速成孔技术， 现已开发的玻璃成孔 技术有等离子体刻蚀、 喷砂法、 聚焦放电、 光敏玻璃、 电化学、 激光烧蚀等。 但这些方法都存 在一些无法克服的缺点， 比如： 喷砂法和电化学法孔径及孔间距大； 光敏玻璃价格昂贵； 等 离子体刻蚀工艺复杂； 聚焦放电和激光刻蚀存在锥度。 综合来看， 由于玻璃材料易碎、 表面 平滑、 化学惰性特点， 现有技 术尚不能实现TGV规模化 生产及应用。 [0005]激光诱导化学腐蚀是基于激光技术和化学方法发展起来的一种新型TGV技术， 先 利用超快激光在玻璃内加工形成改性区域， 然后采用化学腐蚀剂对 改性区域进行腐蚀， 既 克服了激光直接刻蚀速度 慢、 存在裂纹的缺点， 也解决了化学腐蚀无法定向蚀刻的问题。 具 有成孔快、 可制作高密度高深 宽比的玻璃通孔、 无损伤的优点， 有望成为TGV的主流技术。 然 而， 激光由于高斯分布及其聚焦特性， 在加工玻璃改性区域时总是存在锥度的问题， 导致刻 蚀出来的孔 不垂直， 影响器件性能。 [0006]贝塞尔光束是一种无衍射光束， 在一定距离内可以随着距离增加而光斑保持不 变， 即可认为其具有较长的焦深， 这对于玻璃高深径比直通孔的加工来说是一种绝佳的工 具。 可以先采用贝塞尔光束对玻璃进 行改性， 然后再对改性后的玻璃进 行化学腐蚀， 即可实 现高质量的玻璃直通孔。 目前此方法已在工程上得到应用， 具有不错的加工效果。 但随着工 程需求的持续增加， 对加工效率的要求也越来越高， 现有加工效率越来越难以满足工程上 对大幅面高密度的加工追求， 非常有必 要开发新型的可极大提高加工效率的玻璃通孔加工 工艺方法， 为TGV技术的工程化应用和先进封装技术的实现乃至于对未来新兴半导体产业 的发展提供必要的支持和推动力量。 发明内容 [0007]本发明的目的在于针对已有的技术现状， 提供一种多点贝塞尔光束玻璃 打孔装置 及方法， 可成倍地提高玻璃通孔的加工效率， 而不影响孔加工的质量和锥度， 非常适合大幅说　明　书 1/5 页 3 CN 115138997 B 3