ガラスの微細加工の技術を解説！基板の製造に選ばれる理由とは
ガラスの微細加工とは？おもな種類を紹介
ガラスの微細加工とは、ガラス材料に対してミクロン単位、場合によってはそれ以下の精度で穴あけや溝形成、切断などをおこなう加工技術のことです。近年では電子部品や半導体分野でガラス基板の採用が進んでおり、それに伴い微細加工技術の重要性も高まっています。
ガラスは硬く脆い特性を持つため、従来の機械加工では高精度な加工が難しい材料でした。しかし現在では、レーザー加工や、レーザーとウェットエッチングを組み合わせることなどにより、安定した微細加工が可能になりつつあります。さらに、ガラスを貫通する電極構造であるTGV（Through-Glass Vias）といった先端技術も実用化されています。
ここでは、近年注目を集めているガラスの微細加工の種類について、詳しくみていきましょう。
レーザー加工
レーザー加工は、ガラスの微細加工の中でもフェムト秒レーザーやピコ秒レーザーといった極めて短いパルス幅のレーザーを照射し、ガラス表面や内部を瞬間的に除去・改質する加工方法です。熱影響を最小限に抑えながらエネルギーを局所的に集中できるため、クラックや欠けを抑えた高精度な孔あけや切断ができます。
この微細加工は、レーザーの焦点位置や出力条件を制御することで、数十μmレベルの微細な穴や複雑な形状にも対応できる点が大きな特徴です。また非接触加工であるため、工具摩耗の影響を受けず、安定した加工品質を維持しやすいメリットもあります。
一方で、装置コストが高く、加工速度や厚みなどの条件によってはコストが増加しやすい点は注意が必要です。高精度や微細化が求められるガラス基板やTGV前工程など、付加価値の高い用途に適した微細加工技術といえます。
レーザー×ウェットエッチング
レーザー×ウェットエッチングは、ガラスの微細加工においてレーザーによる改質とフッ酸などの薬液を用いてガラスを化学的に溶解させる加工方法です。
この方法では機械的な力を加えないため、ガラスへのダメージを抑えながら均一な加工ができます。レーザー×ウェットエッチングは面全体を一括で処理できるため、複数箇所を同時に加工できる点も特徴です。
さらに、ほかの微細加工技術と組み合わせることで、ガラス基板の加工精度と品質をより高めることも可能です。
TGV（Through-Glass Vias）
TGV（Through-Glass Vias）は、ガラス基板を貫通する導通孔を形成し、その内部にめっきで金属を充填することで電気的接続を実現する微細加工技術です。
ガラス基板の表裏を直接接続できるため配線長が短くなり、信号遅延を抑えた高密度配線や三次元実装が可能です。
また、ガラス基板はシリコン基板と比較して誘電率および誘電損失が低く、高周波信号の伝送損失を抑えられる特性を持ちます。この特性により、TGV構造は高速通信や高周波用途において有利な技術として位置づけられています。
基板の製造にガラスの微細加工が選ばれる理由
近年、半導体や電子部品の高性能化に伴い、基板材料としてガラスを採用するケースが増えています。とくに高速通信や高密度実装といった分野では、低誘電率・低誘電正接や寸法安定性に優れるガラス基板が優れた特性を発揮します。
ガラスは電気特性に優れるだけでなく、平坦性にも優れた材料です。そのため、微細加工との相性が良く、精密な配線の形成や高精度な位置決めが求められる基板に適しています。
また、TGVのような立体配線構造を組み合わせることで、さらなる高密度化や小型化にも対応可能です。
ここでは、ガラスが基板の材料として選ばれる具体的な理由を詳しく解説していきます。
高速・高周波対応の電気特性
ガラスの微細加工が基板分野で注目される理由の一つが、優れた電気特性です。低誘電率・低誘電正接という特性を持つガラスは、信号伝送時の損失を抑えられる材料です。高速・高周波領域においても信号の減衰や歪みを最小限に抑えられ、通信品質の向上につながります。
また、シリコン基板と比較してガラスは誘電率が低く、寄生容量の低減にもつながります。その結果、信号干渉の抑制や伝送速度の向上が期待でき、高周波用途においても有利です。このような特性が、次世代デバイスにおけるガラス基板の採用を後押ししています。
平坦性と寸法の安定性
ガラスの微細加工が基板分野で評価される理由として、優れた平坦性と寸法安定性が挙げられます。ガラスはもともと表面の平滑性が高く、研磨工程と組み合わせることでナノレベルの平坦性を実現できます。この特性により、微細加工による配線や電極形成の精度が向上し、高密度実装に適した基板を安定して製造することが可能です。
また、熱膨張係数が低いガラスは、温度変化による寸法変動が小さい材料です。リフロー工程などの加熱プロセスにおいても変形や反りが発生しにくく、実装精度の安定化につながります。とくに微細加工を施した高密度基板では、わずかな寸法変化が不良の原因となるため、この安定性は重要な要素です。
TGV（Through-Glass Vias）技術の進化
TGV（Through-Glass Vias）技術は、ガラスの微細加工の中でも近年大きく進化しており、ガラス基板の採用を大きく後押ししています。
従来は加工難易度の高さが課題でしたが、レーザー加工やウェットエッチングを組み合わせたプロセスの高度化により、高アスペクト比かつ小径の貫通孔形成が可能となり、微細加工の適用範囲が大きく広がっています。
とくに、孔径の小型化やピッチの微細化、多数孔の一括形成といった技術の進歩により、より多くの配線を限られた面積に配置できるようになりました。
半導体メーカーやパッケージメーカーでもTGV技術の導入が進んでおり、最先端の基板技術として高密度実装や高周波対応を実現する手段に活用されています。
EBINAXのガラス微細加工（TGV）技術を紹介
EBINAXでは、TGV（Through-GlassVia）加工において、LPKFのLIDE技術を用いた加工方法を採用しています。一般的なレーザー加工やブラスト加工と比べて、クラックや欠けの発生を極限まで抑えた、高品質で生産性の高い微細貫通孔の形成が可能です。
加工スペックは穴径Φ20μm〜、アスペクト比最大10、側壁面粗度Ra≦0.08μm、穴位置精度±5μmに対応しています。
対応ガラス素材はEagleXG・TEMPAX・OA-11・合成石英・PYREX（SG3.3）など多岐にわたり、基板サイズは100mm（角・丸）から510×515mmまで幅広く対応しています。
次世代のガラス微細加工に関する課題解決は、EBINAXにご相談ください。
ガラスの微細加工はEBINAXにお任せください
ガラスの微細加工、なかでもTGV加工は、加工精度・素材適合性・後工程との連携など、多くの要素が品質を左右する高度な技術です。
EBINAXは、クラックフリーな高精度加工、多様なガラス素材への対応、素材調達からめっき・仕上げまでの一貫製造体制、社内完結の評価・品質保証体制により、試作から量産まで安定した品質での支援が可能です。
「この仕様で加工できるか確認したい」「まだ仕様が固まっていない段階から相談したい」という場合でも、お気軽にお問い合わせください。
