[📚세미피디아] Through Glass Via (TGV 기술), 유리 기판이란?

 

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[📚세미피디아] Through-silicon via, TSV란?

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인터포저

인터포저는 한 연결부와 다른 연결부 사이의 전기적 인터페이스 연결을 위해 사용되는 기판이다. 인터포저의 목적은 연결을 더 넓은 피치로 확산시키거나 다른 피치의 연결로 재배선하는 것이다. 인터포저는 많은 수의 비아(via)가 있는 다양한 형태의 기판을 나타낸다. 2.5D 인터포저는 짧은 상호 연결 길이, 낮은 전력 소비, 낮은 패키징 비용으로 높은 상호 연결 밀도를 가질 것으로 예상된다. 높은 상호 연결 밀도의 필요성은 고밀도 비아에 대한 수요를 창출한다. 인터포저는 단일 플랫폼/패키지에 다수의 IC를 이종 집적하는 데 사용된다. 또한 극소 I/O 피치와 라인 간격이 필요할 때 패키지 또는 보드에 밀집된 IC를 허용한다. 고성능 애플리케이션에는 극고밀도 I/O, 극고 차원 안정성, 극저 워페이지, 고온 안정성, 낮은 CTE 불일치를 가진 현재의 인터포저 기술이 필요하다.

유리 인터포저는 탁월한 치수 안정성, 실리콘 다이와 잘 어울리는 가변적인 열팽창 계수(CTE), 높은 열 안정성, 높은 전기 저항성을 제공한다.

유리의 조성을 바꿀 수 있어 특정 애플리케이션에 맞춰 유리 특성을 조정할 수 있다. 유리는 실리콘에 비해 초고 저항성과 낮은 전기적 손실 등 RF 부품에 이상적인 기판 특성을 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 유리가 인터포저 기술의 새로운 후보 소재로 주목받고 있다.

 

유리 웨이퍼 및 유리 패널 형식

유리는 웨이퍼 형태와 패널 형태로 제조될 수 있다. 초박형 버전을 포함한 다양한 두께가 가능하다. 융착 성형 공정을 통해 큰 크기(1m 초과)의 고품질 기판을 형성할 수 있다. 유리 기판 크기를 확장하는 것 외에도 약 100μm 두께의 초슬림 유연 유리를 제공할 수 있다. 100μm 두께의 웨이퍼 또는 패널 크기의 대형 기판을 제공하면 유리 인터포저 제조 비용을 크게 줄일 수 있다.

유리 인터포저의 확립된 적용 분야 중 하나는 RF 패키징이다. 이는 특히 고주파에서의 낮은 전기적 손실과 같은 유리의 특수한 특성에 기반한다. 상대적으로 높은 강성과 열팽창 계수를 조정할 수 있는 능력은 유리 코어 기판과 본딩 스택의 변형을 관리하는 데 장점을 제공한다.

유리 웨이퍼를 활용한 웨이퍼 레벨 패키징은 MEMS 장치의 수명과 신뢰성을 보장하는 핵심 기술이다. TSV 기술은 MEMS 패키징에 자주 사용된다. 센서 제조에 유리 캡핑 웨이퍼가 사용되는 경우, 유리 기판을 통과하는 수직 연결을 제공하는 유리관통비아를 활용할 수 있다. 전체 유리 패널 또는 일부를 활용하는 새로운 유형의 패키징 기판이 개발되고 있다. 이런 유형의 패키징 기판은 포토닉스 패키징, 고성능 컴퓨팅 등의 분야에 적용된다.

다이 내장에 기판으로 사용될 때 유리는 기존 웨이퍼 레벨 팬아웃(WLFO) 패키징 기술에서는 찾아볼 수 없는 많은 이점을 제공한다. 유리의 매끄러운 표면과 높은 치수 안정성은 대형 패널에서도 실리콘과 유사한 재분배 배선과 BEOL 수준의 I/O를 가능하게 하며, 초고밀도 I/O와 낮은 비용의 조합을 실현한다. 유리의 CTE를 조정할 수 있어 기판에 직접 부착할 수 있다. 또한 유리는 몰드 화합물에 비해 높은 저항성, 뛰어난 내습성, 높은 표면 평활도를 제공한다.

 

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유리관통비아(TGV)

유리 인터포저는 유리 기판에 많은 구멍이 있어 유리 기판을 통해 수직 전기 연결을 제공하는 것을 말한다. 이를 Through Glass Via(TGV) 기판이라고 한다. 유리 기판에 제조된 비아는 블라인드 비아 또는 관통 비아일 수 있다. 비아는 다양한 직경과 모양으로 제조될 수 있다. 비아의 종횡비(aspect ratio)와 테이퍼 각도와 같은 다른 중요 매개변수도 있다. 종횡비는 비아 직경과 깊이의 관계를 나타낸다. 테이퍼 각도는 비아 입구의 개방각을 정의한다.

 

유리관통비아의 제조

관통홀 비아의 형성은 인터포저에 필수적이다. TGV 기판은 레이저와 식각 기술을 결합하여 제조한다. 레이저는 유리 내부의 구조를 약화시킨 예정된 영역을 만든다. 이를 통해 주변 재료보다 이 영역의 식각률이 증가한다. 이 공정을 레이저 유도 식각이라고 한다. 이 공정은 유리에 균열을 만들지 않으며 블라인드 비아와 관통 비아를 만들 수 있다. 첨단 레이저 가공 및 식각 기술을 통해 매우 높은 종횡비의 비아를 만들 수 있다. 일반적인 비아 직경은 20-100㎛이고, 종횡비는 1:4 - 1:10 수준이다.

 

테이퍼 각도

고성능 컴퓨팅, 5G 통신, IoT 애플리케이션의 대역폭 수요 증가로 인해 2.5D 및 3D 인터포저로의 전환이 필요해졌다. 이에 따라 수직 상호 연결을 위한 높은 종횡비의 TGV가 요구되며, 고주파 손실을 줄여야 한다. 또한 밀집된 다수의 비아, 즉 고밀도 비아에 대한 요구도 있다. 동일한 면적에 높은 비아 밀도를 얻으려면 각 비아가 최소 공간을 차지해야 한다. 이러한 요구사항은 작은 테이퍼 각도를 필요로 하며, 큰 테이퍼 각도를 가진 비아는 바람직하지 않다.

RENA의 독특한 식각 기술

고종횡비의 홀을 얻기 위해서는 고선택성 식각 공정이 필요하다. 사용하는 유리에 따라 때로는 산 식각으로 충분할 수 있다. 그러나 많은 경우 산 식각의 결과가 요구사항을 충족하지 못한다. 식각이 매우 빠르기 때문에 선택성이 낮아, 고종횡비를 달성할 수 없고 높은 테이퍼 각도로 이어진다. RENA는 알칼리 매체 기반의 최적화된 고선택성 식각 공정을 제공한다. RENA 식각 공정은 매우 높은 선택성을 유지하면서 공정 시간을 단축할 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=1H9-zneZOkM&pp=ygUQ6riA65287IqkIOq4sO2MkA%3D%3D

장점:

• 1도까지 매우 낮은 테이퍼 각도
• 매우 짧은 공정 시간
• 고종횡비 비아

RENA는 웨이퍼와 패널 형식 모두에 대한 식각 솔루션을 제공한다. TGV는 6인치 웨이퍼부터 12인치 웨이퍼, 510x515mm, 457x610mm, 600x600mm 패널 형식으로 제조할 수 있다.

TGV (Through glass vias)/ Interposers

TGV (Through glass vias)/ Interposers

Sensors | Free Full-Text | Application of Through Glass Via (TGV) Technology for Sensors Manufacturing and Packaging

Application of Through Glass Via (TGV) Technology for Sensors Manufacturing and Packaging

https://www.youtube.com/watch?v=IP39gGR9OVs

초록

유리는 우수한 기하 공차, 뛰어난 내열·내화학성, 탁월한 고주파 전기적 특성, 그리고 완벽한 기밀봉인 능력 등의 탁월한 특성으로 인해 전자기계, 열, 광학, 생의학, 그리고 RF 장치를 포함한 다양한 센서 및 MEMS 포장 응용 분야에서 매우 유용한 기판으로 부각되고 있다. 이러한 응용 분야에서 Through Glass Via (TGV) 기술은 유리 기판을 통한 전기적 상호연결을 만들어내는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 논문은 TGV 제작과 그 통합 기술, 즉 관통 비아 형성 및 금속화에 대한 연구 진척상황을 종합적으로 정리하였다. 또한 과학 커뮤니티에서 달성된 TGV 기술의 주요 검증 및 신뢰성 성과도 검토하였다. 더불어 MEMS 센서 등의 다양한 센서에 TGV 기술이 적용된 사례와 향후 TGV 기술의 잠재적 응용 및 발전 방향도 요약하였다.

5G, 스마트카, 의료용 기기 등 산업의 발전으로 인해 전자제품은 점점 더 휴대성과 편의성이 높아지도록 설계되고 있다. 센서의 제조, 집적화, 포장에 많은 연구가 투자되고 있는데, 이는 성능과 신뢰성을 높이고 비용을 줄이기 위해서이다. MEMS 센서 포장이 장치 제조 비용의 최대 30%를 차지할 수 있으며, 봉지 능력과 상호연결성이 장치 성능에 큰 영향을 미쳐 센서 생산과 응용에 중요하다. 웨이퍼 레벨 포장은 제조 효율성과 뛰어난 장치 성능을 보여, 디바이스 레벨 포장에 비해 크기 감소와 비용 절감의 장점이 있다.

Through Glass Via(TGV)는 유리 기판을 관통하는 수직 전기 상호연결로, TSV와 대응된다. 유리 기판은 일반적인 실리콘이나 SOI 기판보다 우수한 전기적 특성과 낮은 기생 캐패시턴스를 가져 고주파 신호 전송을 용이하게 한다. 또한 유리의 뛰어난 광학적 특성으로 MOEMS 등 광학 응용에 더 적합하다. 유리 조성과 표면 처리를 조절하면 열팽창 계수(CTE)와 기계적 강도를 변경할 수 있어 금속 접착력, 응력 제어, 신뢰성이 향상된다. TGV 기술은 50-900μm 두께와 6-12인치 웨이퍼, 510x515mm-1500x800mm 기판 크기를 지원한다. 유리 공정은 TGV 내벽에 절연층을 증착할 필요가 없어 실리콘 기판보다 제조 비용이 낮다. 유리는 애노딕 본딩, 직접 본딩 등 기술로 실리콘이나 다른 유리 기판에 접합될 수 있어 가속도계, 자이로스코프 등 관성 센서에 적합한 안정적인 진공 환경을 제공한다. TGV 공정으로 고밀도, 고종횡비 유리 비아의 제작 및 금속화가 가능해 장치 크기 감소와 고성능 전기 상호연결이 실현된다. 인텔에 따르면 유리 기판 기술로 패키지 내 칩 면적을 50% 늘릴 수 있고, ABF 플라스틱에 비해 두께를 절반으로 줄여 신호 속도와 전력 효율도 높일 수 있다.

TGV에 관한 보고와 연구는 많지만, 센서 분야에 TGV 기술을 적용하는 소개와 종합은 적다. TGV 핵심 공정인 유리 비아 형성과 금속화에 대해서도 전자가 후자보다 리뷰가 더 많다. 이 논문은 과학계의 발전과 성과를 종합하여 TGV 제작 기술의 연구 진전, 비아 형성과 금속화 기술을 개괄하고, TGV의 센서 응용과 현재 과제 및 전망을 살펴본다.

https://www.youtube.com/watch?v=wt8Pz7q-e48&pp=ygUQ6riA65287IqkIOq4sO2MkA%3D%3D

 

유리 비아의 형성 및 금속화 기술

석영, 붕규산염, 소다-석회, 고알루미나 유리 등 다양한 유리는 주로 실리카와 기타 산화물로 구성되어 있다. 유리 기판은 크기, 두께, 재료 특성 등 다양한 옵션이 있다. Corning, Asahi, Schott 등 주요 유리 제조업체는 2m×2m 이상의 대형 패널 유리와 50μm 미만의 초박막 유리, 얇고 유연한 유리 재료를 제공한다. Corning의 AF32 유리는 12인치 웨이퍼나 30cm×30cm 사각 기판으로 30-500μm 두께가 가능하고, Schott의 BOROFLOAT 붕규산 유리는 230cm×170cm 사각 기판으로 0.7-25.4mm 두께 범위이다. 다양한 TGV 공정이 다양한 기판, 두께, 직경을 처리할 수 있다. 웨이퍼 레벨 포장에서 보통 고품질 붕규산 유리나 석영 유리가 기판으로 쓰이며, 비아 직경은 10-100μm, 종횡비는 1-70 수준이다. 센서 포장 및 제조 목적에 따라 더 큰 크기(300μm 이상)와 낮은 종횡비(1 미만)도 필요할 수 있다.

TGV 핵심 공정은 비아 형성과 금속화다. 이 장에서는 유리 관통홀 형성 방법인 연마젯 미세가공, 전기화학적 방전가공, 레이저 어블레이션, 감광성 유리 등의 확립된 기술을 설명한다. 각각의 공정 원리, 관통홀 형성 능력, 처리 가능한 유리 종류 등 세부사항을 제시한다. 또한 유리 관통홀 형성 기술을 기반으로 한 각종 금속화 기술의 원리, 특성, 발전 동향도 함께 소개한다.

https://www.youtube.com/watch?v=4PQD8q4sjaA&t=319s

2.1. 유리 비아 형성 기술

2.1.1. 연마젯 가공(Abrasive Jet Machining, AJM)

연마젯 가공은 특정 표면 형상을 만들기 위해 연마제 분사를 이용하는 비전통적 공정이다. AJM 공정은 일반적으로 Al2O3, 석류석, SiC, 다이아몬드 입자 등의 연마재를 사용하며, 금속, 유리, 세라믹, 폴리머, 복합재 등 다양한 기판을 처리할 수 있다. AJM은 대형 고두께 기판 가공에 적합하며 블라인드 홈, 블라인드 홀, 비아 구조를 형성하거나 재료 표면을 연마할 수 있다. 비가공 영역 국부 처리와 보호는 기판 표면에 입자 내성 금속이나 폴리머 마스크를 증착하여 달성한다. AJM은 기존 기계가공보다 비용 효율적이고 정확한 대안이 될 수 있다. 이 비열적 가공법은 재료 특성에 영향을 주지 않아 비clean room 환경에서도 사용할 수 있으며, 반도체 제조, 전자 기기, 마이크로 유체 채널, MEMS 등에 널리 쓰인다.

 

첨가제를 포함한 연마제 가공은 유체 매질 종류에 따라 연마 슬러리 분사, 연마수 분사, 연마공기 분사 등 3가지로 구분된다. 연마공기 분사는 샌드블라스팅이나 파우더블라스팅으로도 알려져 있다. 공기와 슬러리/물 기반 시스템 간 연마제 흐름 패턴에 차이가 있지만, 유리 내 침식 패턴은 주로 취성 침식에 의한 균열과 부스러기 발생으로 유사하다. 슬러리를 매질로 사용하는 공정은 집중된 분사 영역과 낮은 충돌 영향으로 상대적으로 작은 침식 범위를 보인다. 하지만 기판 표면에 도달하기 전 제트가 빨리 감속된다. 동일 제트 압력에서 연마 슬러리 분사의 침식률은 연마공기 분사보다 크게 낮다.

 

AJM 기술은 유리 절단과 드릴링 분야에서 상당히 성숙한 수준이다. 주로 5-100μm 크기의 Al2O3 연마재가 사용되며, 내부 거칠기를 낮추려면 더 작은 연마재를 사용한다. 연마재는 압축 공기, 물, 슬러리에 의해 분사되며 제트 질량의 1-8.2% 비율로 함유된다. 주요 공정 변수는 입사각, 제트 압력, 노즐 거리, 노즐 내경, 제트 내 연마재 질량 비율 등이다. 단일 홀 가공 시간은 수 초이며, 가공 속도는 공기 환경에서 0.1-32μm/s, 슬러리 환경에서 0.6-4.4μm/s 범위다. 마스크 처리와 다중 노즐 병렬 가공으로 효율을 높일 수 있다. 직경 0.3-6mm, 최대 종횡비 약 5의 비아를 만들 수 있다. 한쪽에서 분사하므로 입구가 더 크고 출구가 작은 테이퍼진 형태의 홀이 만들어진다. 양면을 정밀하게 정렬 및 대칭 가공하면 이중 콘 비아도 가능하다. 바닥 형상은 공기압과 입자 속도에 따라 오목(U자형), 평평, 볼록(W자형) 등으로 달라진다. 마스크 없이 직접 가공하면 제트 직경의 4배 가량 더 큰 비아가 생기고, 마스크로 바닥 형상과 주변 흰화 영역을 제어할 수 있다. 초음파 진동 지원 연마수 분사(UV-ASJ)는 취성-연성 천이 메커니즘을 유발해 원하는 방식으로 소재 탈락이 가능하게 하고, 작은 연마재와 낮은 운동에너지로 균일한 드릴링, W자형 감소, 표면 거칠기 개선, 효율 향상을 이룬다. 전반적으로 AJM은 대형 고두께 유리 기판의 저종횡비 비아 가공에 적합하다. 비아 형성 원리와 모델에 대한 연구는 비교적 진전되었지만, 신속한 천공이 어렵고 내벽 거칠기가 높아 후속 금속화가 어려운 편이다.

https://www.youtube.com/watch?v=0TQM4jZVyag&t=547s&pp=ygUQ6riA65287IqkIOq4sO2MkA%3D%3D

2.1.2. 전기화학적 방전 가공(Electrochemical Discharge Machining, ECDM)

전기 방전 방식은 유리에서 분열과 고압을 이용해 열을 발생시킨다. 이로 인해 용융된 유리가 기판에서 튀어나와 비아가 형성된다. 열처리로 내벽을 광택 연마하고 잔류 응력도 제거한다. 이 기술은 마스크나 클린룸 없이 석영유리, 소다-석회 유리, 무알칼리 유리 등에 비아를 뚫을 수 있다. 방전 가공은 가공보다 효율적이어서 각 비아를 0.2-0.5초 만에 완성할 수 있고, 다수 방전 포트로 동시 처리도 가능하다. 100-500μm 두께 유리에 비아를 뚫을 수 있는데, 두꺼운 유리일수록 더 많은 용융 유리가 튀어나오므로, 100-200μm 두께의 얇은 유리가 선호된다. 이 방법은 작고 미세 피치의 비아 어레이 가공이 가능한 높은 공정 자유도를 제공한다. 얇은 유리에서는 직경 20μm, 피치 60μm의 비아를, 두꺼운 유리에서는 상부 직경 60μm, 하부 직경 40μm의 비아를 만들 수 있다.

 

전기화학적 방전 가공, 즉 스파크 assisted 화학 조각(SACE)은 전기화학 가공과 전기 방전 가공을 결합한 기술이다. ECDM은 작업 전극 맞춤으로 대면적 비아 어레이의 병렬 가공을 이뤄낼 수 있어, EDM의 높은 공정 효과와 유연성을 상속한다. ECDM으로 가공한 비아의 직경과 형상은 공구 전극 크기와 표면 거칠기에 관련된다. 전극 크기와 거칠기가 감소하면 열영향부와 오버컷이 줄어든다. 평균 제거 속도는 드릴링 3μm/s, 가공 50μm/s이다. 사용된 전극 폭은 80-150μm이며, 드릴링 시 전면 150-300μm, 후면 100-200μm의 오버컷이 있어 비아 최소 크기는 280-300μm이다. 방전 과정에 자기 교반을 추가하면 기포 응집과 침식 효과를 최적화할 수 있어 비아 종횡비 증가와 열영향부 감소가 가능하다. ECDM은 저비용, 소규모 공정이지만 드릴링 속도가 느리고 무작위적이다. 수직 비아 형성이 어렵고, 열영향부 존재가 신뢰성에 영향을 준다.

 

2.1.3. 감광성 유리

SiO2 유리에 알칼리, 알칼리 토금속 산화물, Al 등의 금속, 그리고 Au, Ag 등의 감광성 활성 성분을 첨가하면 감광성 유리가 만들어진다. 특정 파장의 광에 노출되면 감광성 유리 내부에 반응이 일어나고, 후속 열처리로 영구적인 특성 변화가 발생한다. 화학적 식각으로 유리 미세구조를 형성할 수 있다. Schott의 FOTURAN II 등 일반적인 감광성 유리는 UV 조사 시 광화학 반응으로 자유 전자가 발생한다. 500-600°C 가열하면 유리 내 도핑된 Ag+가 전자를 흡수하여 금속 Ag 원자가 되고, 이 핵이 Li2SiO3 결정 생성 중심이 된다. Li2SiO3의 불화수소 식각률은 영향받지 않은 부분의 20-50배 높아, 선택적 유리 식각으로 비아 등 미세구조를 만들어낼 수 있다.

 

감광성 유리는 UV 레이저 조사 또는 마스크리스 변형으로 가공할 수 있다. 두 공정 모두 종횡비 8 이상(25-35), 수직성(기울기 1° 미만), 내벽 거칠기(1μm 미만) 우수한 비아 형성이 가능하다(그림 1). Brokmann 등은 플라즈마 식각을 기존 습식 식각과 비교해, 새로운 미세구조 제어와 마이크로시스템 제작의 자유도를 보여주었다. 감광성 유리는 고밀도 상호연결과 마이크로시스템 집적에 유망하지만, 포토리소그래피와 레이저 공정의 고비용, 유리 자체의 고비용, 복잡한 가공 등의 과제를 극복해야 한다.

그림 1. 습식 식각 후 감광성 유리 비아의 SEM 이미지: (a) 단면 모습, (b) 내벽 표면 모습 [45]

https://www.youtube.com/watch?v=LfwutKQh09A&pp=ygUQ6riA65287IqkIOq4sO2MkA%3D%3D

2.1.4. 유리 리플로우 공정

유리 리플로우 공정은 용융 유리의 유동성을 활용하여 예비 공간에 흘러들어가 목적한 구조를 만든다. 일반적으로 DRIE로 실리콘 기판을 처리해 역구조를 형성한 뒤, 이 실리콘 기판을 유리 기판과 양극 접합한다. 이어서 접합된 웨이퍼를 용융 온도로 가열하면 유리가 실리콘 공동 내부로 흘러들어가 완전히 채워진다(그림 2). 리플로우된 기판을 연마해 유리와 실리콘을 일부 제거하면 실리콘-유리 기판이 완성된다. 이 기술로 링, 기어, 튜닝 포크 등 유리 미세 구조물을 만들 수 있다. 웨이퍼 레벨 패키징에서 저저항 실리콘은 수직 전기 연결에, 유리는 신호 절연과 소자 보호에 이용된다.

 

그림 2. 작은 공동으로 유리 리플로우 공정. (a) 실리콘 기둥 몰드, (b) 실리콘 모세관 몰드, (c) 기둥 몰드에서 3차 리플로우 조건 하 침투 깊이, (d) 모세관 몰드에서 3차 리플로우 조건 하 침투 깊이 [48]

유리 리플로우 기술은 유리 마이크로렌즈 어레이와 실리콘 내장 센서의 기밀 봉지 제작에 적용되었다. Haque 등은 이 기술로 압전 압력 센서, 기밀 봉지된 공진기 등 적합한 패키지 기판을 만들었다. Toan 등은 작은 패턴 유리 충진 어려움과 대형 공동·미세홈·모세관으로의 유리 역류 현상을 다뤘다. 실리콘 기판에 50nm SiO2 필름 추가가 유리 윤활성을 높인다고 했다. 모세관 내 제한 공간과 높은 표면 장력으로 유리 충진이 어려운데, 지속 시간 연장이 역류 충진력을 높인다. Li 등은 이중면 리플로우로 리플로우 후 공동 형성 문제를 해결했고, Liu 등은 유리 기판 대신 나노 유리 분말을 써서 충진 효과와 양극 접합 및 연마 공정을 개선했다. Nguyen 등은 광학 미세유체, 3D-MEMS 등에 이 기술을 적용했다. Kuang 등은 유리 리플로우로 실리콘 기판에 TGV를 만들고, 3중 양극 접합으로 웨이퍼 레벨 진공 패키징을 완성했다.

 

2.1.5. 레이저 어블레이션(LD)

연마젯 가공 등 기계적 방식으로는 100μm 미만 직경의 비아 형성이 어렵다. 반면 레이저 어블레이션은 열충격과 기화로 미세 비아를 만들어내 직경이 작고 종횡비가 높은 비아 형성에 효과적이다. 레이저는 PCB 기판 등 다양한 재료의 절단과 드릴링에 널리 쓰인다. 유리 기판 레이저 가공 연구가 상당히 진전되었다. 일반적으로 IR CO2, UV-YAG, ArF 엑시머 레이저가 사용된다. 레이저 어블레이션은 마스크가 필요 없고 신속한 처리가 가능해 대량 생산에 적합하지만, 열영향부 확대, 홀 열 손상, 가장자리 돌출 등의 과제가 있다. 이는 유리 표면에 유기층 추가, 냉각액 침지, 사전 가열, 초단 펄스 레이저 사용 등으로 최적화할 수 있다.

 

가시광 범위에서 유리의 흡수율이 낮아, UV와 IR 레이저가 유리 가공에 더 효율적이다. 그러나 가시광 영역에서도 피코초, 펨토초 등 초단 펄스 레이저로 다광자 흡수를 통해 비아를 만들 수 있다. 단펄스 레이저의 비열처리 가공으로 유리 내 열 손상을 줄일 수 있지만, 응력파 생성으로 홀 내벽에 미세균열이 생길 수 있다. CO2 레이저는 장비가 단순하고 가격이 저렴해 오래 산업계에서 널리 쓰였다. 500μm Schott D263Teco 유리에 직경 100μm 미만, 피치 400μm의 비아를 만들 수 있다. 140μm 두께 폴리머 적층 유리에서는 입구 직경 120μm, 출구 직경 75μm의 관통홀을 가공할 수 있다.

 

피코초 레이저 가공 속도는 CO2 레이저보다 500배 빠른 10m/s에 달한다. 약 1μs 지연 후 다광자 흡수로 역치 온도에 도달하면, 선형 흡수로 조사 부위가 급격히 가열되어 직경 10-20μm의 비아가 생성된다. 액체 지원 CO2 레이저 가공으로 6W 출력, 11.4mm/s 주사 속도에서 100-200μm 크기의 균열·탄화 없는 비아 어레이를 만들 수 있다. 500μm 손상부 결함 방지를 위해 액체 지원 가공이 필요한데, 800μm 유리에 직경 100μm 비아를 열영향부 15μm, 테이퍼 2μm로 가공할 수 있다. 유리 표면에 PDMS 보호층을 추가하면 열 효과로 인한 표면 돌출이 15.1μm에서 최소 1.2μm로 줄어든다.

https://www.youtube.com/watch?v=V3BDUo0BshM&pp=ygUQ6riA65287IqkIOq4sO2MkA%3D%3D

 

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