次世代半導体パッケージ向けガラスコア基板加工に適用可能、特殊光学系を用いない深穴加工を実証

株式会社光響は、当社超高精密フェムト秒レーザー加工機「Femto-pro」を用い、ガラスなどの透明体に対する穴あけ加工の技術実証に成功いたしました。本成果は、次世代半導体パッケージにおけるガラスコア基板加工への応用可能性を見据えたものです。

近年、AI半導体やHPC（高性能計算）分野の進展により、チップレット構造を用いた先端パッケージ技術の高度化が進んでいます。これに伴い、従来の有機基板やシリコンインターポーザに代わる材料として、ガラスコア基板が注目されています。

ガラスコア基板は、高い絶縁性、低熱膨張、優れた平坦性に加え、高周波信号伝送に適した特性を有しており、大規模・高密度パッケージへの適用が期待されています。

こうしたガラスコア基板の実用化においては、TGV（貫通穴）形成技術が重要となります。TGVは、ガラスコア基板の表裏を電気的に接続するためのビア形成技術であり、加工品質や量産性がパッケージ性能に大きく関わります。従来のTGV形成では、レーザー改質とエッチングを組み合わせた複雑な工程が用いられることが多く、加工プロセスの複雑化や設備コスト、品質ばらつきといった課題があります。

当社では、これらの課題に対し、よりシンプルかつ直接的なレーザー加工によるガラス穴あけプロセスの可能性を検証することを目的として、本技術実証を実施しました。

【技術概要】
本加工は、フェムト秒レーザーにおいて、当社独自の「GHz Pulse Injection Technology」を活用することで実現したものです。GHz帯の高繰り返しパルス列を透明体内部へ高密度に注入することで、安定したエネルギー付与を可能にしました。

また、従来の透明体内部加工で一般的に用いられるベッセルビームなどの特殊光学系を使用せず、シンプルな光学構成で加工を実現している点も特長です。これにより、装置構成の簡素化および量産装置への適用可能性が期待されます。

【加工事例】
本技術による加工実証として、以下の結果を確認しております。
- 15 mm厚のクラウンガラスに対し、深さ4 mmの穴あけ加工
- 1.2 mm厚のソーダガラスに対する貫通加工（裏面穴径 5 μm、アスペクト比 240）

これにより、ガラス材料に対する深穴加工および貫通加工の両方において、本手法の有効性を確認しました。本成果は、高アスペクト比のTGV形成やガラスコア基板加工に向けた基礎検証として位置付けられます。

【使用装置概要】
本加工には、当社超高精密フェムト秒レーザー加工機「Femto-pro」を使用しています。Femto-proは、3波長の超短パルスレーザーが出せるフェムト秒レーザー光源と精密加工ステージをプラットフォームとしたフェムト秒レーザー加工機です。材料特性に応じた柔軟な加工条件の設定が可能です。研究開発用途から半導体関連材料の加工検証まで幅広く対応します。

【本加工の特長】
本加工事例の主な特長は以下の通りです。
- TGV形成を想定したガラス材料への深穴加工の実証
- ベッセルビーム等の特殊光学系を用いないシンプル構成
- GHz Pulse Injection Technology による透明体内部加工
- 量産プロセスへの応用を見据えた装置構成の簡素化

当社では、各種レーザー加工装置の提案および技術相談に対応しております。半導体パッケージ用途を含むガラス材料加工や難加工材料へのレーザー適用について、用途に応じた加工手法の検討支援を行っております。