基于近红外光谱相干干涉技术的透明玻璃盲孔深度无损检测方法研究

为解决高深宽比盲孔玻璃通孔(BGV)深度测量难题，研究人员通过集成近红外(NIR)光谱相干干涉技术，开发出新型无损检测系统。该研究创新性地采用二向色分束器实现双波段光路共享，结合高斯插值傅里叶变换峰值提取算法，在55μm孔径、深宽比达5:1的BGV测量中取得与扫描电镜(SEM)高度一致的结果，为先进电子封装提供关键工艺监控手段。

　　

在5G毫米波芯片和三维集成封装领域，盲孔玻璃通孔(BGV)技术因其优异的电学性能和低寄生电容成为关键突破口。然而，随着孔径缩小至55μm、深宽比(AR)提升至5:1，传统检测方法遭遇严峻挑战：扫描电镜(SEM)的破坏性检测导致样本报废，可见光(VIS)波段测量因玻璃透明特性产生信号干扰，而深宽比增大使得侧壁粗糙度引发的光散射效应愈发显著。这些瓶颈严重制约着高端电子器件的良率控制。

天津大学精密仪器与光电子工程学院的研究团队在《Optics》发表论文，提出革命性的解决方案。通过将自主研发的检测系统升级为双波段集成架构，创新性地结合近红外(NIR)光谱相干干涉技术与可见光显微成像，配合高斯插值傅里叶变换(DFT)算法，成功实现高精度无损检测。研究采用激光烧蚀法制备的BGV样本队列，包含深宽比3:1至5:1的测试结构，侧壁锥度达4.4°的复杂形貌为验证系统性能提供理想载体。

反射模型构建

建立透明基底多光束干涉理论模型，通过系数α定量表征玻璃表面与通孔开口的光强分配比例。该模型成功解析了NIR波段在粗糙侧壁条件下的信号增强机制，为双波段系统设计提供理论支撑。

BGV深度评估

对AR 5:1的BGV实测表明，系统可稳定检测单个通孔深度，测量重复性达0.12μm。与SEM结果的相关系数优于99%，且能同步获取基底厚度和剩余玻璃厚度数据，实现"三位一体"测量。

算法创新

开发的DFT谱峰高斯插值算法将深度分辨率提升至纳米级，有效克服传统快速傅里叶变换(FFT)在频谱泄漏方面的局限。实验显示该算法处理速度较传统方法提升3倍，满足在线检测实时性需求。

这项研究突破性地解决了透明材料高深宽比微结构检测的世界性难题，其双波段共光路设计为光学检测系统集成提供新范式。特别值得关注的是，该方法可直接迁移至硅通孔(TSV)等半导体封装检测领域，为Zizheng Wang团队倡导的"光谱物理量解析"方法论开辟了更广阔的应用前景。研究获得国家重点研发计划(2022YFF0708301)等项目的支持，相关技术已在天芯光电等企业实现成果转化。