激光诱导深度刻蚀中参数—中间变量关联与工艺窗口输出方法

本发明涉及激光精密加工的，尤其涉及到一种激光诱导深度刻蚀（laserinduced deep etching, lide）中参数—中间变量关联与工艺窗口输出方法。

背景技术：

1、玻璃通孔（through glass via, tgv）技术是实现玻璃基板三维互连的关键工艺，在先进封装、射频器件、mems等领域具有广泛应用。激光诱导深度刻蚀（lide）作为一种高效的tgv加工方法，通过激光对玻璃进行选择性改性，再结合湿法刻蚀实现高深宽比通孔的制备。

2、然而，在lide/tgv的实际加工过程中，激光参数（如脉冲能量、脉宽、重复频率、扫描速度等）、刻蚀参数（如酸液浓度、刻蚀温度、刻蚀时间等）以及边界条件（如夹持方式、换热条件、结构尺寸等）数量众多，且各参数之间存在强耦合关系。工程实践中，工艺参数的选取主要依赖操作人员的经验或单因素试验，缺乏系统化的参数影响分析手段。这种经验化的选参方式存在以下不足：

3、第一，缺少可复用的"参数→中间变量→风险/窗口"的结构化传递过程。当加工设备更换、材料批次变更或载具边界条件改变时，原有的经验窗口难以直接迁移与复现，导致工艺调试周期长、成本高。

4、第二，热场分布、材料改性程度、残余应力等关键物理量通常分散在不同的分析环节或仿真模块中，中间态变量的定义不统一，难以形成跨工序的耦合接口，阻碍了多物理场分析结果向工艺决策的有效转化。

5、第三，即使通过仿真或实验获得了应力场或孔形貌结果，也缺乏可实施的特征提取规则与风险组合规则，无法直接将复杂的场量信息转化为可用于工艺决策的安全窗口与优先调参建议。

6、第四，现有方法缺少面向量测数据的参数标定与更新闭环机制。当材料批次发生变化或边界条件改变时，模型中的关键标定参数（如有效吸收系数、深度衰减系数、热弛豫时间、刻蚀动力学参数等）无法及时更新，导致模型预测结果与实际情况偏离，难以保持长期有效性。

7、因此，亟需一种能够系统化建立参数与中间变量关联、统一提取与组合规则、直接输出工艺窗口并支持闭环更新的方案，以提升lide/tgv工艺在不同设备与材料条件下的可迁移性和决策效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光诱导深度刻蚀中参数—中间变量关联与工艺窗口输出方法。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

3、激光诱导深度刻蚀中参数—中间变量关联与工艺窗口输出方法，包括以下步骤：

4、s1、定义单点参数集合和中间变量集合；

5、s2、基于所述单点参数集合和中间变量集合，构建参数—中间变量关联图谱；

6、s3、基于所述关联图谱，对每个单点参数定义允许区间与步长策略，形成可扫描的参数空间，并确定优先扫描集合，对优先扫描集合中的参数施加相对比例扰动；

7、s4、基于所述参数空间中的参数输入进行多物理场建模，计算获得中间变量场量；

8、s5、基于所述中间变量场量，定义可复用的特征提取算子，从所述场量中提取用于决策的特征量；

9、s6、基于所述特征量，对温度、改性、应力和形貌特征进行统一量纲处理后按权重组合，得到综合裂纹风险指标，并基于所述综合裂纹风险指标与形貌约束判定函数输出安全工艺窗口；

10、s7、基于所述安全工艺窗口，对优先扫描集合中的各单点参数计算参数敏感性及归一化敏感性，并输出调参优先级与调参方向；

11、s8、基于所述调参优先级，采集实测数据对关键标定参数进行标定更新，并重复执行步骤s4至步骤s7，直至安全工艺窗口的变化满足收敛条件。

12、进一步地，所述单点参数集合：

13、；

14、其中，为单脉冲能量，为脉宽，为重复频率，为扫描速度，为光斑直径，为聚焦深度，为非线性吸收相关参数，为有效吸收系数，为深度衰减系数，该些参数均为激光单点参数；

15、为酸液有效浓度，为刻蚀温度，为刻蚀时间，为传质强度参数，均为刻蚀动力学参数，为反应级数，为活化能，为改性增益参数，该些参数均为刻蚀单点参数；

16、均为结构参数，为边界条件集合，该些参数均为结构与边界单点参数；

17、为热弛豫时间，为导热系数，为材料密度，为材料比热，并定义材料热扩散率，该些参数均为材料热参数与热弛豫参数；

18、所述中间变量集合：

19、；

20、其中，为扫描间距，为重叠率，为线能量，为热源分布，为温度场，为温度梯度场，为沉积能量分布，为改性程度分布，为改性阈值，为饱和阈值，为热应变，为本征应变，为应力场，为残余应力，为主应力，为主应力峰值，为未改性刻蚀速率，为改性刻蚀速率，为刻蚀选择比，为界面法向速度，为材料指示函数，为孔形貌特征序列，为综合裂纹风险指标，为安全工艺窗口，为参数敏感性，为调参方向。

21、进一步地，步骤s2中，参数—中间变量关联图谱的节点集合，其中为单点参数集合，为中间变量集合，为输出节点集合；有向边集合中的典型依赖关系包括：

22、；

23、；

24、；

25、；

26、；

27、；

28、；

29、为线膨胀系数，为本征应变幅值系数，为扫描轨迹函数。

30、进一步地，步骤s3中，对每个给出允许区间与步长策略，规定优先扫描集合，其余参数固定为基准值；在敏感性计算中，扰动量设为，其中为预设值；

31、对不同量纲的参数，按相对比例扰动；

32、对于无法直接测量的标定参数，有效吸收系数和深度衰减系数根据激光改性深度、透过率变化、显微截面观察结果或反求拟合获得；刻蚀动力学参数和改性增益参数根据未改性样本与改性样本的刻蚀速率试验拟合获得；热弛豫时间根据材料类型、文献参考值、瞬态热响应测试结果或反求结果确定。

33、进一步地，步骤s5包括：

34、从场量中提取用于决策的特征量：

35、

36、；

37、；

38、为温度峰值；为温度梯度峰值；

39、定义改性区，环带区域；

40、其中为最短距离，、、为预设阈值；

41、在环带区域内提取残余应力特征：

42、；

43、对于孔形貌，提取孔锥度随刻蚀时间的演化序列；

44、为孔口直径，为孔底直径；

45、提取孔在深度处的等效半径；

46、提取孔侧壁轮廓随深度与时间的函数。

47、进一步地，步骤s6中，得到的综合裂纹风险指标如下：

48、；

49、其中，为材料断裂强度参考值，为温度梯度参考值，为刻蚀选择比参考值，为锥度参考值，、、、、分别为对应权重系数；

50、安全工艺窗口的判定条件为：

51、；

52、其中，表示形貌约束判定函数，当孔口尺寸、孔底尺寸、锥度、侧壁轮廓满足预设要求时，取1，否则取0；

53、安全工艺窗口的输出方式为可行参数组合列表、二维参数平面上的封闭窗口、窗口边界点集、等风险曲线或满足约束条件的样本簇。

54、进一步地，步骤s7中，对每个计算参数敏感性：

55、；

56、以及归一化敏感性：

57、；

58、其中，表示参数对综合风险指标的影响程度；

59、将与降序排列输出调参优先级，并输出方向作为调参方向提示；当为正时，表示参数增大使风险增大；当为负时，表示参数增大使风险减小。

60、进一步地，步骤s8中，所述标定更新依据采集的孔口和孔底尺寸、锥度、侧壁轮廓、残余应力测量结果、裂纹统计结果以及加工稳定性统计数据，对、、、、、、、、、、进行标定更新；更新后重复执行步骤s4至步骤s7，直至两次迭代中的变化小于预设阈值或满足目标要求。

61、与现有技术相比，本技术方案原理及优点如下：

62、1、通过提供统一的参数组织方式，把设备设定、实验条件、材料属性和边界条件纳入同一套参数框架，解决传统方法中参数分散、难以系统化管理的问题。

63、2、把热、改性、应力、刻蚀和形貌等分散结果统一组织为中间变量层，使参数到风险、窗口之间的传递链更加清晰，便于追溯"某一单点参数变化会通过哪些中间态变量影响最终风险"。

64、3、不依赖某一个特定求解器，便于接入已有物理模型、商业仿真软件或实验量测结果，因此更利于工程迁移和跨平台复用。

65、4、不仅输出风险值，还可直接输出安全窗口、窗口边界、优先调参顺序和调参方向，从而显著提高工艺决策效率，减少试错成本。

66、5、设置量测驱动的闭环更新过程，能够在材料批次变化和设备状态变化时保持模型的可用性和预测精度，延长工艺模型的有效生命周期。