激光诱导深度蚀刻|一种高精度玻璃微加工技术

发展历程            

激光诱导深度蚀刻（LIDE）技术由德国LPKF Laser & Electronics SE公司于2017年推出，主要应用于微系统与半导体制造领域。
2018年，该技术被引入OLED显示屏制造流程，用于制备精细玻璃掩膜板（FGM），逐步替代传统的精细金属掩膜板（FMM）。随着技术发展，LIDE的应用重点逐步转向集成电路先进封装领域，包括制造具有玻璃通孔（TGV）的玻璃晶圆与面板，广泛应用于半导体封装和MEMS器件制造。在高频射频与毫米波通信组件领域，该技术可用于加工高精度TGV、BGV、玻璃空腔与盲槽等微结构，这些结构在介电波导中承担电磁耦合与信号转换功能，支持150 GHz及以上频段射频信号的传输需求。
2019年5月，LIDE技术在美国举办的国际信息显示学会显示周（SID Display Week）上获得SID荣誉奖。
2020年5月，LPKF与日本电气硝子（NEG）达成协议，授权NEG使用LIDE技术批量生产包括盖板玻璃、基板玻璃在内的多种玻璃组件。同年，中国国家知识产权局确认了LPKF公司LIDE^®核心专利的有效性；2022年，欧洲专利局也对该核心专利予以确认。
2025年10月，由德国弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所（Fraunhofer IZM）主导的玻璃面板技术联盟（GPTG）在柏林正式启动。LPKF作为GPTG的发起方之一，为该联盟提供基于LIDE^®技术的高精度TGV制造解决方案。

工艺原理

激光诱导深度蚀刻（LIDE）是一种基于激光改性与湿法蚀刻组合的玻璃微加工工艺，该技术通过在薄玻璃基板上依次执行激光改性处理与化学蚀刻步骤，深宽比最高可至1:50、孔径最小可做到5 μm的微结构。
第一步：激光改性
该阶段利用激光脉冲对玻璃内部指定区域进行局部改性，激光可作用于玻璃全厚度或设定深度。经激光处理后的区域在化学性质上发生变化，使其在后续蚀刻中由常见的各向同性蚀刻行为转变为各向异性蚀刻，为制备孔径为5um以上的通孔或盲孔提供结构基础。该处理方式属于非接触加工，不引入机械应力，从而避免机械钻孔可能导致的微裂纹问题。
第二步：湿法化学蚀刻
在蚀刻过程中，整片玻璃表面置于化学蚀刻液中，激光改性区域的蚀刻速率高于未改性区域，从而实现选择性蚀刻。该方法可形成圆形、沟槽或平底等多种几何形状的结构，并适用于微米至毫米尺度范围内的玻璃芯片加工。与传统湿法刻蚀辅助激光钻孔工艺相比，该工艺对深宽比和横向蚀刻的控制能力有所提升。
相较于光刻等复杂工艺路线，该技术加工步骤较少，适用于玻璃通孔、空腔等结构的大批量制造，目前在半导体封装与高频组件等领域有应用。

应用领域

激光诱导深度蚀刻（LIDE）技术适用于对结构精度要求较高的玻璃微加工领域，已在微芯片、传感器制造中获得应用，并逐步扩展至汽车电子、航空航天与消费电子等产业。

在德国联邦教研部（BMBF）支持的GlaRA研究项目中，LPKF Laser & Electronics SE 与弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所（Fraunhofer IZM）合作，利用LIDE技术开发了集成化高频通信系统（如雷达传感器），实现了多功能模块在小型化设备中的高效集成。

该技术的主要应用方向包括：
半导体封装：用于制备先进面板级与晶圆级封装所需的玻璃通孔（TGV）结构，制造适用于毫米波雷达与射频通信系统的玻璃中介板，支撑基于玻璃衬底的系统级封装（SiP）实现；
微流控芯片：加工用于“芯片实验室”设备的复杂微流体通道与腔室结构；
微机电系统：制造用于传感器与执行器等器件的高精度玻璃部件；
光电子器件：制备具有高质量光学特性的玻璃微结构，适用于显示器件等光电组件；
生物技术：制造适用于活体单细胞成像的微孔阵列，该结构支持细胞长期培养、克隆扩增及迁移研究，便于对细胞活动过程进行持续观测；
免疫分析：加工用于免疫细胞毒性研究的微孔结构，适用于分析贴壁细胞与悬浮细胞间的相互作用。

技术特点

激光诱导深度蚀刻（LIDE）技术具有以下工艺特性：
加工质量：所得玻璃微结构无碎屑、微裂纹及残余内应力，玻璃基材的机械强度与光学透明度得以保持。
加工精度：可实现亚微米级精度的玻璃微结构加工，该类结构适用于微透镜阵列等需要高分辨率成像的光学元件。
工艺扩展性：该技术适用于复杂玻璃元件的大规模生产。
光学性能：采用该技术制作的精细玻璃掩膜板（FGM）无阴影效应与起皱现象。
加工方式：采用贝塞尔光束进行加工，其长焦深特性使激光能够一次性对材料全厚度实现均匀改性，支持任意复杂平面图形的加工。