Perçage au laser de pièces en verre et en silice fondue

Le perçage au laser est utilisé pour réaliser des micro-trous, des trous borgnes, des vias coniques, des fentes et des trous de formes personnalisées dans le verre et les substrats optiques. Il convient à la silice fondue, au verre de quartz, au verre borosilicaté, au saphir, à la vitrocéramique, au verre optique, au silicium, au CaF₂, au verre revêtu et aux céramiques techniques.

Les capacités de perçage au laser disponibles comprennent des diamètres de trous compris entre 5 et 500 μm, une tolérance de diamètre pouvant aller jusqu'à ±2 μm, une précision de positionnement pouvant aller jusqu'à ±2 μm et un pas pouvant aller jusqu'à 50 μm pour les réseaux de trous à haute densité. Les méthodes de perçage peuvent inclure le perçage par percussion, le trépanage, le perçage hélicoïdal et la gravure chimique assistée par laser.

Parmi les applications typiques, on peut citer les vias traversants dans le verre, les orifices d'entrée et de sortie microfluidiques, les plaques de buses pour imprimantes à jet d'encre, les orifices de dégagement pour MEMS, les alésages de ferules de fibres optiques et les orifices de pression pour les fenêtres de capteurs. Nous pouvons usiner des pièces en verre percées au laser sur mesure à partir de fichiers DXF, GDS-II ou de fichiers de coordonnées, avec en option un lissage HF, un nettoyage par ultrasons, une inspection optique et une vérification de position.

Qu'est-ce que le perçage au laser ?

Le perçage au laser du verre et des substrats optiques est un procédé de micro-usinage sans contact dans lequel un faisceau laser fortement focalisé enlève de la matière le long de l'axe z afin de réaliser des trous traversants, des trous borgnes et des vias coniques dont les diamètres varient de quelques microns à plusieurs centaines de microns. Contrairement au perçage mécanique à commande numérique (CNC), qui est limité par le diamètre et la rigidité de l’outil, le perçage au laser ne nécessite aucun outil physique : c’est la taille du spot focalisé qui détermine le diamètre minimal du trou, ce qui permet d’obtenir des caractéristiques bien inférieures à ce que peut réaliser n’importe quelle perceuse mécanique. Trois stratégies principales de perçage au laser sont utilisées en fonction de la géométrie du trou et du substrat : le perçage par percussion à impulsion unique (le plus rapide, pour les petits trous peu profonds), le trépanage à impulsions multiples (pour les trous plus grands ou plus profonds avec une qualité de paroi contrôlée) et le perçage hélicoïdal (pour la finition de paroi la plus fine et la tolérance de diamètre la plus serrée). Les lasers ultrarapides à picosecondes et à femtosecondes permettent une ablation à froid avec des zones affectées par la chaleur négligeables, produisant des parois de trous nettes et sans fissures, même dans des matériaux fragiles tels que le saphir, la silice fondue et la vitrocéramique. Les réseaux de vias traversant le verre (TGV) destinés à l’encapsulation avancée des semi-conducteurs comptent parmi les applications les plus exigeantes, nécessitant des milliers de trous positionnés avec précision, avec des tolérances de diamètre de l’ordre de ±2 µm.

Capacités de traitement

Plage de diamètres des trous : 5 µm – 500 µm (laser) ; en complément du perçage CNC (≥ 300 µm)
Tolérance de diamètre : ±2 µm (trépanage de précision) ; ±5 µm (standard)
Précision de positionnement : ±2 µm sur l'ensemble du substrat
Rapport profondeur/diamètre : Jusqu'à 50:1 (percussion + trépanation combinées)
Types de trous : Trous traversants, trous borgnes, trous de passage coniques, formes non circulaires (fentes, carrés, formes personnalisées)
Rugosité de surface (Ra) : 0,5 – 2,0 µm (à la sortie du forage) ; ≤ 0,2 µm (après gravure)
Densité maximale des matrices : Pas de 50 µm de centre à centre

Matériaux compatibles

1	Silice fondue	Corning 7980 / Tosoh ES-2000
2	Verre de quartz	SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1
3	Verre borosilicaté	PYREX 7740 / BOROFLOAT 33
4	Verre sodocalcique	Float / Trempé
5	Saphir	Plan C / Plan A
6	Vitrocéramique	ZERODUR / PYROCERAM 9606
7	Verre optique	BK7 / N-BK7
8	Silicium	Zone de flottation / Czochralski
9	CaF₂	Résistant aux UV / Résistant aux infrarouges
10	Verre revêtu	ITO / AR / substrats à revêtement métallique
11	Céramiques techniques	Al₂O₃ / AlN / Si₃N₄

Choix de la stratégie de forage

Forage à percussion : Ablation sur l'axe à impulsion unique ou multiple — temps de cycle le plus rapide, idéale pour les trous peu profonds de Ø < 50 µm, léger effilement inévitable
Trépanation : Le spot laser suit une trajectoire circulaire — meilleure qualité des parois, tolérance de diamètre plus serrée, adapté à des diamètres compris entre 50 et 500 µm
Forage hélicoïdal : Trajectoire d'usinage en spirale avec avance en Z — finition de paroi optimale (Ra ≤ 0,5 µm), idéale pour les vias de précision à rapport d'aspect élevé
LACE (gravure au laser et haute fréquence) : Pré-modification au laser suivie d'une gravure chimique — parois ultra-lisses, rapport d'aspect pouvant atteindre 100:1
Choix de la stratégie : Percussion pour la vitesse · Trépanage pour le contrôle de la taille · Hélicoïdal pour la qualité · LACE pour un rapport aspect/épaisseur extrême

Applications typiques

Vias traversants sous verre (TGV) : Réseaux de vias à haute densité dans des interposeurs en verre pour l'encapsulation avancée de semi-conducteurs
Traversées microfluidiques : Trous traversants d'entrée et de sortie dans des puces microfluidiques en verre collé
Plaques de buses pour imprimantes à jet d'encre : Réseaux d'orifices de précision en silice fondue et en silicium pour têtes d'impression à jet d'encre et têtes de distribution
Dispositifs MEMS : Gravure de trous d'accès et de vias de libération dans des substrats MEMS en verre
Embouts pour fibres optiques : Alésages de précision pour l'alignement de fibres monomodes dans des ébauches de ferrules en verre
Capteurs aérospatiaux : Orifices de prise de pression dans les fenêtres des capteurs en saphir et en silice fondue

Spécifications personnalisées

Nous acceptons les commandes de perçage laser sur mesure à partir de fichiers DXF, GDS-II ou de fichiers de coordonnées fournis par le client, que ce soit pour des prototypes à trou unique ou pour la production de réseaux à haute densité comportant des milliers de trous par substrat. Les paramètres personnalisables comprennent le diamètre des trous, leur profondeur, l’angle de conicité, le niveau de qualité des parois et le choix de la stratégie de perçage. Pour les applications de vias traversants dans le verre, nous proposons des flux de travail intégrés combinant le perçage au laser avec l’ensemencement de cuivre sans courant, le remplissage des vias et la planarisation par CMP. Des services post-perçage — notamment le lissage à l’acide fluorhydrique, le nettoyage par ultrasons, l’inspection optique et la vérification de position par machine à mesurer tridimensionnelle (CMM) — sont disponibles dans le cadre d’une offre de traitement complète. Tous les substrats percés sont livrés avec des cartes indiquant le diamètre des trous, des rapports sur la précision de positionnement et une traçabilité complète des matériaux.