本文主題是通孔以及如何最好地確保通孔的質(zhì)量和可靠性。對(duì)于此工藝領(lǐng)域，我沒(méi)有太多的專業(yè)知識(shí)，也無(wú)法分享太多大多數(shù)人不了解的知識(shí)。然而，我最近頻繁地參與了一種通孔技術(shù)，這種技術(shù)對(duì)我們中的一些人來(lái)說(shuō)可能不僅僅具有學(xué)術(shù)上的興趣。它涉及在通常不與PCB制造相關(guān)聯(lián)的材料中制作通孔：玻璃基板中的過(guò)玻璃通孔（Through- Glass Vias，TGV）。

過(guò)去10年，玻璃基板越來(lái)越受到行業(yè)的關(guān)注。與通常用作基板的玻纖/有機(jī)樹(shù)脂面板相比，玻璃基板具有多種優(yōu)勢(shì)。除了具有優(yōu)異的介質(zhì)性能外，玻璃在更廣泛的環(huán)境條件下具有更好的尺寸穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)極其緊密的層間互連覆蓋。玻璃還能承受更高的溫度，因此玻璃基板PCB可以在更寬的溫差范圍內(nèi)可靠運(yùn)行。

在電源分布的設(shè)計(jì)規(guī)則中，玻璃還有其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，且由于具有更高的尺寸穩(wěn)定性和耐熱性，玻璃可能實(shí)現(xiàn)的互連密度增加到了驚人的10倍。無(wú)需太多的想象力就能意識(shí)到，這意味著電子設(shè)備在相同的空間可具有更多的功能。采用雙面貫穿孔玻璃基板PCB的樣品設(shè)備證明該技術(shù)符合理論預(yù)期。

目前，TVG技術(shù)的主要障礙是如何在玻璃中形成通孔。各家玻璃企業(yè)已經(jīng)提供了厚度從0.3mm（0.012英寸）到0.9mm（0.035英寸）不等的具有所需介質(zhì)性能的玻璃配方。厚度小于0.3mm的玻璃難以搬運(yùn)，并且由于破裂而導(dǎo)致良率低。使用常規(guī)鉆孔技術(shù)不可行；鉆孔會(huì)對(duì)玻璃造成太多損傷，玻璃易破裂和破損。目前唯一可行的替代方案是激光鉆孔，但激光鉆孔也存在問(wèn)題。

用激光器在玻璃上鉆TGV需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，即使是0.3 mm的玻璃（我們討論的是在550 x 510毫米[22 x 20英寸]的玻璃基板上鉆數(shù)百萬(wàn)個(gè)通孔）。樣品生產(chǎn)可以證明這一概念可行，但對(duì)于批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)太慢。更快的方法是使用激光誘導(dǎo)來(lái)修改玻璃結(jié)構(gòu)，使其穿過(guò)通孔所在的玻璃，然后蝕刻弱化的玻璃以形成TGV。

但是，玻璃的最佳蝕刻劑是氫氟酸（hydrofluoric acid，HF），它的使用并不簡(jiǎn)單。蝕刻玻璃所需的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%（濃縮HF為49%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），它不會(huì)致命，但會(huì)引起燒傷。過(guò)去10年，我使用了大量的HF來(lái)蝕刻鈦、電視和手機(jī)顯示器。然而，通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施和培訓(xùn)，提供安全的工作環(huán)境并不難。

激光感應(yīng)完成后，就可通過(guò)將基板浸泡在適當(dāng)強(qiáng)度的HF槽中8~10小時(shí)來(lái)蝕刻通孔。這仍然非常慢，甚至未經(jīng)改型的玻璃對(duì)HF的抵抗力更強(qiáng)，它仍然會(huì)蝕刻至一定程度，導(dǎo)致不理想的玻璃厚度變化。有限的測(cè)試表明，噴射蝕刻可將通孔形成時(shí)間縮短到1小時(shí)或更短，具體取決于玻璃的厚度，同時(shí)表面厚度變化較小。我預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，我們的實(shí)驗(yàn)室會(huì)對(duì)蝕刻玻璃通孔進(jìn)行更多的測(cè)試。

大多數(shù)玻璃PCB都是雙面的，但也有多層樣品。對(duì)于多層，出于顯而易見(jiàn)的原因，厚度小于0.3mm的玻璃是理想的，但也因?yàn)殡S著玻璃厚度逐漸從0.2mm向0.1mm變化，可以使用激光器來(lái)制作通孔，而不是使用激光誘導(dǎo)和蝕刻來(lái)制作通孔。

主要的缺點(diǎn)是——假設(shè)你可以在不破壞玻璃的情況下搬運(yùn)它——激光照射會(huì)在其表面留下微裂紋。必須在激光照射后用HF從玻璃表面蝕刻1~2μm來(lái)去除這些微裂紋。這是最理想的工藝，因?yàn)榕c其他通孔形成方法相比，它的速度更快，前提是克服了薄玻璃的搬運(yùn)問(wèn)題。我也希望很快能在實(shí)驗(yàn)室里看到更多的玻璃變薄測(cè)試！

總結(jié)：

如果你認(rèn)為現(xiàn)在對(duì)FR-4基板中的通孔很感興趣，那么想想未來(lái)會(huì)發(fā)生的一切，你會(huì)看清一切。玻璃基板的優(yōu)勢(shì)如此之大，它們的時(shí)代可能會(huì)更早到來(lái)。