CN107710891A - 在基板上形成贯通连接的过孔和导体的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在电介质材料中的垂直和水平取向上形成导电或导热过孔的方法具有以下步骤：(a)在具有通孔过孔或盲孔过孔的电介质材料的平面表面上沉积包含金属颗粒的粉末；(b)干燥沉积的金属颗粒粉末；(c)将金属粉末的粉末抛光到通孔过孔或盲孔过孔中；(d)在电介质材料的相反侧上重复步骤(a)‑(c)；和(e)重复步骤(a)‑(d)，直到检测不到未填充的过孔。

Description

在基板上形成贯通连接的过孔和导体的方法

相关申请的交叉引用

本申请是要求了于2016年4月4日提交的美国专利申请序列号15/090,164、名称为“METHOD FOR CREATING THROUGH-CONNECTED VIAS AND CONDUCTORS ON A SUBSTRATE”的优先权的国际申请，该美国专利申请要求于2015年4月2日提交的美国临时专利申请序列号62/142,458、名称为“System and Method for Creating Through-Connected Vias andConductors on a Glass Substrate”的优先权，其各自全部说明书整体通过引用并入本申请。

背景技术

技术领域

本公开涉及半导体领域，且更特别地涉及利用多芯片模块(MCM)的2.5-和3-维封装制造半导体。

对现有技术的讨论

2.5-D和3-D封装是以前被称为MCM(多芯片模块)的对已经完善的概念的新颖的实施方式。薄的玻璃、硅或其它电介质基板材料形成为具有多个孔或过孔(vias)，使所述多个孔或过孔金属化，以这种方式使得在一个电路平面和第二电路平面之间形成连接。集成电路封装行业是指将这些互连基板作为插入件。制造在插入件中的孔通常非常小，例如直径为5μm至100μm，深度为50μm至500μm。每平方厘米的孔数可以是数百甚至数千。在制造这些孔所需的处理之后，下一步是使孔金属化以提供从一个电路平面或基板到另一个电路平面或基板的导电路径。

现有技术用于使插入件通孔和盲孔金属化的工艺被称为“铜电镀”法，其非常昂贵且缺乏制造可扩展性。金属化方法包括压力气相沉积(PVD)或溅射沉积的组合以形成籽层(seed layer)，接着进行铜电镀。具有非常复杂的铜电镀操作的溅射或PVD法在材料和操作成本方面非常昂贵，并且需要训练有素的技术人员来操作该过程。运行这些过程所需的设备非常昂贵，且难以适应高产量制造。根据孔直径和纵横比，每个基板的铜电镀工艺需要1至8小时。电镀工艺要求对每个基板在具有复杂的分析和分配控制以及具有在基板上精确电场分布的单个工艺元中进行电镀。

延伸超出基板表面的电镀铜沉积物在本领域中被称为“覆盖层(over burden)”。为了使铜电镀沉积物与基板表面平齐或成一平面，需要利用化学机械抛光(CMP)进行二次加工。CMP工艺的维护和操作需要高度熟练的技术人员进行监控和控制，以获得始终如一的结果。铜是相对软的金属，且用于机械去除多余铜的方法受到将软铜加载到研磨材料中的制约。

将铜或其它导电材料沉积在插入物基板的过孔中的第二种方法利用金属油墨。金属油墨通常是使用分散在粘合树脂或其它聚合物中以便于孔填充和防止金属粉末氧化的封端剂中来配制的。在孔被具有树脂或封端剂的金属油墨填充之后，需要使所有有机材料挥发并将其从金属粉末中除去以实现合理的导电性。使这些有机化合物挥发所需的温度可能达到400C至500C。使有机化合物挥发后残留的碳灰可能会不利地影响最佳导电性，并为孔的不连续填充留下很大的潜在可能性。在填充的孔或过孔中，有不连续或电气开放区域的潜在可能性是不可接受的。

大多数这些工艺仅以非常有限的孔长/宽比进行，且狭窄或特别宽的孔难以以一致的方式制造。

需要一种系统和方法，其中具有通孔或盲孔过孔的硅、玻璃或其它电介质或半导体基板材料可以以非常低的操作或材料成本以高度导电的金属进行金属化，并且只需要有限的受过良好训练的技术人员。该过程易于按比例确定规模，设备成本明显低于所有其它工艺方法。所得的孔的金属化是导电的(接近铜块)，在热循环测试期间耐氧化，并且几乎没有甚至没有不连续或电气开放过孔的潜在可能性。

还需要在一个基板上制造孔的大范围的纵横比的能力，例如，在传导区域中达到所需的过孔密度，以及当热量传导用于冷却安装在所述基板/插入件上的部件时填充非常宽的孔。

发明内容

因此，发明人已经构思并归纳为实施一种用于在基板上形成贯通连接的过孔和导体的系统和各种方法。

根据本发明的优选实施例，一种用于在电介质材料中的垂直和水平取向上形成导电或导热过孔的方法，具有以下步骤：(a)在具有通孔或盲孔过孔的电介质材料的平面表面上沉积包含金属颗粒的粉末；(b)干燥沉积的金属颗粒粉末；(c)将金属粉末的粉末抛光到通孔或盲孔过孔中；(d)在电介质材料的相反侧上重复步骤(a)-(c)；和(e)重复步骤(a)-(d)，直到检测不到未填充的过孔。

根据本发明的另一个实施例，金属颗粒包含纯金属、合金金属和纯金属的混合物中的其中一种。在另一个实施例中，粉末包含纳米、亚纳米或亚微米尺寸的金属颗粒。在另一个实施例中，所得的导热或导电过孔与电介质材料的表面成一平面。在另一个实施例中，所述方法还包括利用旋转和振动力来实现通孔或盲孔过孔的期望的填充密度。在本发明的另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：将非极性溶剂应用到电介质材料的一个或多个平面表面以使金属颗粒在过孔内聚集，从而实现其进一步致密化。在本发明的另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：将电介质材料封装在聚合物封包中，并对封包进行真空密封，以在电介质材料和聚合物封包的内层之间形成紧密的密封。在本发明的另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：使聚合物封包经受等静压和恒温以使过孔填充密度最大化并产生金属颗粒的颗粒与颗粒之间的结合或烧结。在本发明的另一个实施例中，恒温至少基于金属颗粒的材料类型和电介质材料的过孔纵横比来选择。

附图说明

图1示出了形成于基板中的通孔过孔的横截面的示例。

图2示出了填充有镀银纳米尺寸铜颗粒的通孔过孔的横截面。

图3示出了说明纳米尺寸镀银铜颗粒的第一阶段压缩或致密化的横截面，典型的体积减小率为30％。

图4示出了通孔过孔的第二次填充的横截面，具有在顶部和底部新添加的纳米尺寸镀银颗粒以及中部之前致密化的纳米尺寸镀银铜微粒的部分。

图5示出了在最终压缩或致密化和烧结以形成与基板表面水平的平面之后完全填充的通孔过孔的横截面。

图6示出了放置或滴落到基板上的颗粒。

图7示出了将填充有纳米颗粒的基板放入可真空密封袋中。

图8示出了密封袋和内部基板的轮廓。

图9示出了安装在插入件基板上的各种部件的示例性组件的概况。

图10示出了比较硅插入件和玻璃插入件的重要特征的表格。

图11示出了插入件制造过程的高层表示。

具体实施方式

一个或多个不同的发明可以在本申请中描述。此外，对于本文所描述的一个或多个发明，可以描述许多替代实施例；应当理解，这些仅是为了说明的目的而呈现的，不限制本文包含的发明或者不以任何方式限制呈现在本文的权利要求。本发明中的一个或多个可以广泛地应用于许多实施例中，正如从本公开可以显而易见地看出那样。通常，对实施例进行充分详细的描述，以使本领域的技术人员能够实施一个或多个发明，且应当理解，可以利用其它实施例，并且在不脱离特定发明的范围的情况下可以作出结构、逻辑、软件、电气和其它改变。因此，本领域的技术人员将认识到，可以通过各种修改和改变来实施一个或多个发明。本文所述的一个或多个发明的特定特征可以参照一个或多个特定实施例或附图来描述，其构成本公开的一部分，且其中，一个或多个发明的具体实施例通过示例的方式示出。然而，应当理解，这些特征不限于在一个或多个具体实施例或附图中的使用，参照这些具体实施例或附图对这些特征进行描述。本公开内容既不是对一个或多个发明的所有实施例的字面描述，也不是在所有实施例中必须存在的一个或多个发明的特征的罗列。

本专利申请中提供的部分的标题和本专利申请的标题仅为方便起见，不以任何方式限制本公开。

彼此之间有联系的多个部件的实施例的描述并不意味着所有这些部件都是必须的。相反，可以描述各种可选部件来说明一个或多个本发明的各种可能的实施例，以便更全面地说明发本明的一个或多个方面。类似地，尽管可以以顺序次序描述过程步骤、方法步骤、算法等，但是除非另有具体说明，否则这样的过程、方法和算法通常可以配置为以交替的次序进行。换句话说，本专利申请中可能描述的步骤的任何顺序或次序本身并不表示要求以该顺序执行步骤。所描述过程的步骤可以以任何实际的顺序执行。此外，尽管描述或暗示为非同时发生(例如，因为一个步骤描述为在另一步骤之后)，但是一些步骤也可以同时执行。此外，通过附图中的图示描述的过程并不意味着所述过程不包括对其的其它变化和修改，不意味着所述过程或其任何步骤对于一个或多个本发明是必需的，且不意味着所述过程是优选的。此外，通常每个实施例描述步骤一次，但这并不意味着它们必须发生一次，或者每次过程、方法或算法进行或执行时它们只可能发生一次。在一些实施例中或某些情况下可以省略一些步骤，或者在给定的实施例或情况下一些步骤可以执行超过一次。

为了清楚起见，有时将以单数形式描述本文描述或引用的技术和机制。然而，应当理解，除非另有说明，否则特定实施例可以包括技术的多次迭代或机制的多个实例。图中的过程描述或框应理解为表示模块、段或代码部分，其包括用于实现该过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令。替代实施方式包括在本发明的实施例的范围内，其中，例如，本领域的普通技术人员将能够理解，根据所涉及的功能性，功能可不以所示或所讨论的顺序执行，包括基本上同时或以相反的顺序。

所使用的制造方法和材料主要涉及当前同时用于2.5-D和3-D堆叠集成电路的集成电路封装标准，但不限于此；特别涉及要求使用电介质基板(工业界称为插入件)的那些标准，更特别地，涉及用于高容量制造的新型低成本、高可靠性过孔(盲孔和通孔)金属化方法的设计。

在优选的实施例中，将以银涂覆或覆盖的铜颗粒从非极性溶剂中除去并干燥。干燥的金属颗粒经过尺寸过滤并筛分到基板上。基板通常是具有多个小孔的薄玻璃、硅或石英材料。孔可以完全穿过基板钻出，或者在一些情况下仅部分地穿过基板形成盲孔。孔径要求没有上限。为10μm至25μm的典型的孔径以及通常为100μm至500μm的深度是常见的。孔直径和孔深度之间的纵横比对于该过程来说是无限制的。另外，多个不同的孔直径可以设置在同一基板中。将振动台设定为使已经被筛分或喷射到基板表面上的纳米金属颗粒从基板的一侧移动到另一侧的频率。选择正确的频率允许金属颗粒填充所有的盲孔和通孔，达到理想的或最优的颗粒密度。在基板中的孔已经被填充并且基板表面上的所有剩余金属颗粒已被去除之后，基板表面暴露于非极性溶剂的薄层。溶剂使金属颗粒聚结，从而使颗粒在基板的孔内部分粘合或互锁。

在用纳米尺寸的颗粒填充通孔过孔的另一种方法中，不需要对基板进行后化学/机械平面化处理以达到高颗粒密度。在这种方法中，将镀银铜颗粒从非极性溶剂中除去并干燥。干燥的金属颗粒经过尺寸小过滤并筛分到基板上。基板通常是具有多个小孔的薄玻璃、硅或石英材料。孔可以完全穿过基板钻出，或者在一些情况下仅部分地穿过基板形成盲孔。孔直径要求没有上限。为10μm至25μm的典型的孔径以及通常为100μm至500μm的深度是常见的。孔直径和孔深之间的纵横比对于该过程来说是无限制的。另外，多个不同的孔直径可以设置在同一基板中。可将振动台设定为使已经被筛分或喷射到基板表面上的纳米金属颗粒从基板的一侧移动到另一侧的频率。选择正确的频率允许金属颗粒填充所有的盲孔和通孔，达到理想的或最优的颗粒密度。在基板中的孔已经被填充并且基板表面上的所有剩余金属颗粒已被去除之后，基板表面暴露于非极性溶剂的薄层。溶剂使金属颗粒聚结，从而使颗粒在基板的孔内部分粘合或互锁。本领域的普通技术人员将理解，尽管本文所述的实施例描述了使用纳米尺寸颗粒填充通孔过孔，但是可以使用其它粒径，只要颗粒足够小能够有效地填充通孔过孔即可(因为在本领域中已经注意到这种过孔的尺寸可以千差万别)。例如，根据本发明，可以使用亚微米和亚纳米尺寸的颗粒。此外，除了镀银铜纳米颗粒的优选实施例之外，还可以使用较不贵重金属芯颗粒外部(即，外表面)上的其它贵金属涂层，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。此外，在一些情况下，尺寸可以不严格地在纳米颗粒尺寸范围内，也可以由于各种原因适当地且有时期望地更大或更小。此外，在一些实施例中，可以应用金属混合物，使得贵金属合金涂层施加到较不贵重金属或金属合金芯颗粒的外表面，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。

此外，还有另一种使沉积的纳米尺寸颗粒致密化在通孔过孔中的方法，以实现所有通孔和盲孔的稳定和均匀的导电性。在这种情况下，在基板中的所有孔或过孔已经填充有纳米金属颗粒之后，基板在底部和顶部表面上都覆盖有薄的(0.025mm)铝或其它未污染金属片。在某些情况下，可以使用金属化或非金属化的合适的薄塑料箔。所选择的金属在高压和高温下对纳米尺寸的金属颗粒没有附着力。基板连同薄的金属覆盖物放置在四条边中有三条边被热密封的气密密封袋或封包中。气密封包连同已经放置在内部的基板一起抽真空以从封包内部除去任何剩余的气体，然后机械地或热密封剩余的第四边。气体不可渗透的封包内的基板放置在温热的等静压(WIP)室内。根据金属颗粒的类型、尺寸和填充密度，压力室设定为5000psi至30,000psi，并且在120C至200C的温度下，经过足以使金属颗粒表面烧结或扩散在一起的一段时间。将基板从气体不可渗透的封包中取出，并且再次用金属颗粒将孔填充至基板的顶部表面。将基板再次置于真空密封的气体不可渗透的封包中，并以适于纳米金属粉末的尺寸和类型的一定时间、温度和压力进行再加工。重复在正确的温度下填充和加压的过程，直到填充有金属颗粒的孔或过孔与基板的表面成一平面。本领域的普通技术人员应当理解，根据本发明可以使用除了WIP之外的其它室条件，一般取决于所使用的颗粒材料和过孔纵横比。例如，在一些实施例中，可以使用冷等静压(CIP)(通常低于120C)或高温等静压(HIP)(通常高于200C)的室来代替WIP室。

图1示出了形成在基板101中的通孔过孔100的示例性横截面。基板101中的过孔腔可以具有许多形状，包括但不限于圆柱形、锥形圆柱和沙漏形。可以使用各种方法来形成这样的腔，包括但不限于蚀刻、离子铣削或离子束蚀刻、激光钻孔等。

图2示出了通孔过孔200的示例性横截面，其中镀银纳米尺寸铜颗粒202填充基板201中的腔。类似地，其它腔或孔也可以从两侧(在适用的情况下)类似地填充。

图3示出了基板301中的通孔300的示例性横截面，说明纳米尺寸镀银铜颗粒302的第一阶段压缩或致密化。典型的体积减小量为约30％。

图4示出了基板401中的通孔400的示例性横截面，说明在三个部分中的通孔过孔的第二次填充，具有纳米尺寸镀银颗粒404和406以及先前形成的纳米尺寸镀银铜颗粒405的致密部分。

图5示出了在最终压缩或致密化和烧结500之后形成与玻璃表面502平面水平的完全填充的通孔501过孔的示例性横截面。

图6-8示出了一些示例性使用情况，其中可以使用以下步骤来填充玻璃插入件或其它基板上的过孔(或其它开口)。

图6示出了被放置或滴落到具有孔(TGV等)的基板602上的颗粒601的伪等距视图600，以及应用沉积垫(未示出)之前，在它们中的一些(未示出)之间的槽的过孔间连接件。

图7示出了放置具有TGV的填充有纳米颗粒的基板701(通常为晶圆尺寸)和填充有所述纳米颗粒的其它特征的伪等距视图700，然后将基板701放入通常由金属化或非金属化的薄塑料箔制成的可真空密封袋702中。

图8示出了密封的真空袋801的伪等距视图800，其示出了密封的基板802的轮廓。

此处为根据本发明的实施例对图6-8中所示的步骤的详细描述。

步骤1、将镀有银601的纳米铜倾注在玻璃的平坦表面602上，以完全干燥，如图6所示。在一些情况下，可以采用真空和/或加热用于干燥目的。

步骤2、一旦镀有银的纳米铜干燥，则使用用于晶圆尺寸目标物的标准抛光机开始将粉末抛光到具有预钻孔的玻璃基板中。通常，用于纳米粉末的沉积系统使用双轮或三轮垫。通常，垫的材料采用例如聚氨酯制成，并覆盖有例如连接至抛光机的薄的柔韧的硅树脂衬垫(sock)。也可以采用其它方法，例如刮刀系统(squeegee system)等，或者可以使用任何功能性等同的方法。

步骤3、在晶圆反面上重复步骤1和2。

步骤4、检查是否有空隙(看起来是空的孔)。如果没有空隙，执行步骤5。如果有空隙，返回步骤2。

步骤5、从玻璃的两个表面去除多余的纳米粉末，通常采用刮刀类型的工具。

步骤6、将玻璃基板放入可真空密封袋中，如图7所示。基板连同薄的金属覆盖物放置在四条边中有三条边被热密封的气密密封袋或封包中。在一些情况下，在基板放置于袋中之前，在基板中的所有孔或过孔和/或槽已经填充有纳米金属颗粒之后，基板在底部和顶部表面上都覆盖有薄的(0.025mm)铝或其它未污染金属片。所选择的金属在高压和高温下对纳米尺寸的金属颗粒没有附着力。

步骤7、真空密封袋，确保良好的真空密封，如图8所示。气密封包连同已经放置在内部的基板一起抽真空以从封包内部除去任何剩余的气体，然后机械地或热密封剩余的第四边。

步骤8、置于等压压力系统中进行致密化。不透气封包内的基板放置在WIP室内。根据金属颗粒类型、尺寸和填充密度，压力室设定为5000psi至30,000psi，并且在120C至200C的温度下足以使金属颗粒表面烧结或扩散在一起的一段时间。

将基板从气体不可渗透的封包中取出，再次用金属颗粒将孔再填充到基板的顶部表面。将基板再次放置在真空密封的气体不可渗透的封包中，并以适合纳米金属粉末尺寸和类型的一定时间、温度和压力进行再处理。重复在正确的温度下填充和加压的过程，直到填充有金属颗粒的孔或过孔与基板的表面成一平面。

例如，用于纳米粉末的沉积系统使用通常用于抛光晶圆的双轮或三轮垫。沉积垫材料、速度、压力等是一些重要的元素，并且根据用于填充基板的实际材料、使用的压力等而变化，并且可以针对每个组合进行不同的调整以获得最佳结果。通常，垫材料由聚氨酯制成并且覆盖有附着在抛光机上的薄柔性硅树脂衬垫。一个重要的方面是纳米颗粒和玻璃之间的界面材料使得颗粒不粘附到材料上，并且该材料对于实际使用的纳米尺寸颗粒是无孔的，通常在5nm至15nm的范围内。通常，沉积垫上的压力设定为约0.25kg(0.1-1.0kg范围)，典型的转速大致在120至160(范围100-200)rpm之间。另外，在某些情况下，各种振动频率范围为5000至20,000振荡每分钟，幅度在0.2mm至0.6mm的范围内可以应用于玻璃基板，以进一步优化给定的材料组合等的结果，以获得增强的封装密度。频率和振幅设置主要取决于颗粒尺寸；然而，为了获得最佳的振动设置，孔壁的表面光洁度、孔直径、深度和几何形状(即，锥形、沙漏形状等)都需要考虑。

图9示出了根据本文公开的系统和方法的一个方面，上述和通篇所述部件的示例性组件900的概述。在该示例中，多个设备903a-n设置在玻璃插入件901的顶部，而底部是附加的设备904a-n。插入件901具有几个贯通玻璃或贯通硅的过孔的部分，包括示例性部分902a-n(为了清楚和简洁而没有对其它部分编号)。附加的插入件或其它类型的层以绿色显示，为设备903a-n的组装结构的一部分。这些层可用于额外的互连。一些互连可以在玻璃或硅插入件的顶部或底部上形成。

图10示出了比较硅插入件和玻璃插入件的特征的表1000。玻璃插入件最大的优点之一是充分的气密性；也就是说，构成完全密封的外壳是可能的，即使是在晶圆尺寸的情况下。此外，玻璃插入件提供光学透明度，一个随着更高的速度而愈发重要的特性，其通常需要芯片上的光学接口，因此通过玻璃连接这些光学接口的能力使该方法非常有价值。这种透明度对于医疗和生物医学应用也可能具有战略优势，例如用于扫描(smay)在玻璃另一侧测试的某些特征的激光。

图11示出了根据本文公开的系统和方法的一个方面的插入件制造工艺1100的高层表示。步骤1 1101起始于大小为G2至G4.5的经证明的大容量显示屏。在步骤2中1102将面板玻璃切割成直径为150mm、200mm或300mm的晶圆。然后根据设计规格抛光晶圆，并且粘附阳极结合层。在步骤3中1103在玻璃晶圆中钻孔。孔通常都非常小，例如直径为5μm至100μm，深度为50μm至500μm。在步骤4中1104将这些孔填充并气密密封，热膨胀系数(TCE)使镀银纳米铜与基板匹配。匹配可能涉及改变颗粒尺寸(通常为5-20nm)以及银与铜的比率(通常银与铜的比率为1％至8％)。在步骤5中1105根据设计规格对最终的插入件进行图案化。

插入件在生命科学医学诊断和三维集成方面有很多应用。医疗诊断芯片实验室(LOAC)的实例包括玻璃-EN-A1(glass-EN-A1)型或类似基板；氟树脂(cytop)/ALX-疏水性或类似涂层；这些中形成的微泵和微反应器，以及石英低自发荧光设备。玻璃插入件封装也用于手机、平板电脑、显示器和用于远程诊断的传感器。

穿过具有纳米铜填充材料的玻璃过孔(TGV)的玻璃插入件的主要特征如下：该过程使用TCE使镀银纳米铜与基板匹配。匹配可能涉及改变颗粒尺寸(通常为5-20nm)以及银与铜的比率(通常银与铜的比率为1％至8％)；孔例如直径为25μm，间距为130μm；晶圆或基板厚度可以为250μm至500μm，通常具有200mm或300mm直径。它们可以由高性能合成石英或玻璃提供，非常适用于晶圆级封装(WLP)的TSV和密封。可以应用再分布层，并且过孔在层之间提供导电性。

作为有意义的副作用，也可以具有其自己的应用，薄塑料箔，例如，麦拉(Mylar)箔，用于在等静压压力致密化过程中保护基材，可以赋予其少量纳米颗粒，使得能够在基板具有用于导体的槽的那些区域中形成高度柔性的导体。因为这些导体不是局部层，所以在重复的机械操作中它们不太可能破裂。因此，在一些情况下，可以使用没有过孔而仅有槽的基板在麦拉或一些其它类似的合适的薄塑料箔上形成导电图案。在去除箔之后，可以对基板进行无金属蚀刻并重新使用。通过结合纳米颗粒形式的不同材料，可赋予整个电路各种不同种类的箔。

在一些情况下，在用于使硅、玻璃或其它具有高导电金属的通孔或盲孔过孔的电介质基板材料金属化的系统中，镀银纳米铜可以倾倒在平坦表面上以完全干燥。当镀银纳米铜干燥时，将粉末抛光在具有预钻孔的玻璃基板中。看起来是空的孔可以再次用粉末抛光，然后在晶圆的背面重复该过程。然后从玻璃的两个表面去除多余的纳米粉末。然后将玻璃基板放置在可真空密封袋中，并将袋密封。将密封袋放置在等压压力系统中用于致密化。所得到的基板可以用于医学诊断LOAC用途，例如但不限于玻璃EN-A1、Cytop/ALX-疏水性/微泵/微反应器和石英低自动荧光设备。其还可以用于玻璃插入件封装，例如但不限于手机、平板电脑、显示器和用于远程诊断的传感器，以及用于2.5和3-D封装的玻璃插入件；更高层次的系统集成；用于射频(RF)应用的玻璃插入件，毫米和微波封装；用于射频、毫米和微波器件的部件；远程电信(40至80GHz)；未来电话；测试和烧焊插座部件；芯片实验室；光子学和光电子元件；微流体；MEMS(微电机械系统)和生物芯片；喷墨头；可穿戴设备；个人电子设备；和其它应用。此外，用纳米尺寸的颗粒填充通孔过孔可以获得高颗粒密度，并消除对基板进行后化学/机械平面化的要求。此外，沉积的纳米尺寸的颗粒致密化到通孔过孔中可以在所有通孔和盲孔中实现稳定和均匀的导电性。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行改变和修改。例如，在某些情况下，除了详细讨论的那些之外，例如热传导和良好的发射率，纳米颗粒还可以具有一系列性质。另外，一定范围内的波长的吸收或反射可能包括光、红外辐射、紫外线和X射线。此外，气密性、疏水性或亲水性可能变化；以及在以硅、石英、玻璃和聚合物构建3-D结构中可以利用的特定的化学吸附或通道性质，其中，相较于包含树脂、粘合剂和其它化学添加剂用于容易地填充、分散或印刷到这些几何形状中或其上(包含上述物质在许多情况下全部或部分地不利地改变所使用的纳米颗粒的期望性质)，本文所述的填充和致密化过程提供显著改善的性能。这些和其它改变或修改意在包括在如所附权利要求中所表达的本公开的范围内。

技术人员将意识到上述各种实施例的一系列可能的修改。因此，本发明由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种用于在电介质材料中的垂直和水平取向上形成导电或导热过孔的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在具有通孔过孔或盲孔过孔的电介质材料的平面表面上沉积包含金属颗粒的粉末；

(b)干燥沉积的金属颗粒的粉末；

(c)将金属粉末的粉末抛光到通孔过孔或盲孔过孔中；

(d)在电介质材料的相反侧上重复步骤(a)-(c)；

(e)重复步骤(a)-(d)，直到检测不到未填充的过孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其中金属颗粒包含纯金属、合金金属和纯金属混合物中的其中一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末包含纳米、亚纳米或亚微米尺寸的金属颗粒。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述粉末包含纳米、亚纳米或亚微米尺寸的金属颗粒。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所得的导热或导电过孔与电介质材料的表面成一平面。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括利用旋转和振动力来实现通孔过孔或盲孔过孔的期望的填充密度的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：将非极性溶剂应用到电介质材料的一个或多个平面表面以使金属颗粒在过孔内聚集，从而实现其进一步致密化。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：将所述电介质材料封装在聚合物封包中，并对所述封包进行真空密封以在所述电介质材料和所述聚合物封包的内层之间形成紧密密封。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：使聚合物封包经受等静压和恒温以使过孔填充密度最大化并产生金属颗粒的颗粒与颗粒之间的结合或烧结。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述恒温至少基于金属颗粒的材料类型和电介质材料的过孔纵横比来选择。

11.根据权利要求2所述的方法，其中应用金属混合物，使得贵金属涂层施加到较不贵重金属芯颗粒的外表面上，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。

12.根据权利要求4所述的方法，其中应用金属混合物，使得贵金属涂层施加到较不贵重金属芯颗粒的外表面上，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。

13.根据权利要求2所述的方法，其中应用金属混合物，使得贵金属合金涂层施加到较不贵重金属或金属合金芯颗粒的外表面上，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。

14.根据权利要求4所述的方法，其中应用金属混合物，使得贵金属合金涂层施加到较不贵重金属或金属合金芯颗粒的外表面上，实现更容易加工、更好的导电性和密封性。