CN109843819A - 具有具形态学属性的孔的制品及其制造方法 - Google Patents

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金宇辉
F·A·卡拉莫四世
E·A·库克森科瓦
D·W·小莱弗斯克
G·A·皮希
A·B·肖瑞
R·S·瓦格纳
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Abstract

公开了包含具有孔的玻璃基基材的制品、包含具有孔的制品的半导体封装件以及在基材中制造孔的方法。在一个实施方式中，一种制品包括玻璃基基材，所述玻璃基基材具有第一表面、第二表面以及从第一表面延伸的至少一个孔。所述至少一个孔具有内壁，该内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm。所述至少一个孔具有存在于第一表面的第一开口，其具有第一直径。基于玻璃基基材的平均厚度，第一平面由玻璃基基材的第一表面限定。凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007。

Description

具有具形态学属性的孔的制品及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请依据35U.S.C.§119要求于09/08/2016提交的系列号为62/384923的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
背景
技术领域
本公开一般涉及其中具有蚀刻的孔的制品。特别地，本公开涉及具有孔，并且所述孔具有所需形态学的制品，以及涉及用于制造所述制品的激光和蚀刻方法。
背景技术
基材(例如硅)已经被用作设置在各电器部件(例如印刷电路板、集成电路等)之间的中介层。穿过基材的金属化通孔提供了通过中介层的路径以使电信号在中介层的相对侧之间通过。玻璃是一种极有利于电信号传输的基材材料，因为其具有良好的尺寸稳定性，可调的热膨胀系数(“CTE”)，在高频电性能下的极优良的低电损耗，具有高的热稳定性，以及具有以一定的厚度和大的面板尺寸来形成的能力。然而，在玻璃中介层市场的开发中，穿过玻璃的通孔(“TGV”)形成和金属化存在两个主要挑战。
孔的形态学属性在玻璃基材中的孔能够被适当金属化中起到作用。内壁过于粗糙的孔可造成导电材料不能粘附于壁的表面，并且还可形成高的电阻，特别是在高的工作频率下尤为如此。再者，穿过玻璃基材的经激光钻取及蚀刻的孔可能具有围绕孔开口的凹陷、凸起和其他异常。这些异常对下游工艺产生问题，所述下游工艺例如在基材的表面上沉积重布层。
因此，需要具有形态学属性得到改进的孔的替代性制品，以及获得这种改进的形态学属性的方法。
发明内容
在第1个方面中，一种制品包括玻璃基基材，所述玻璃基基材具有第一表面、第二表面、以及从第一表面延伸的至少一个孔。所述至少一个孔具有内壁，该内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm。所述至少一个孔具有存在于第一表面处的第一开口，其具有第一直径。基于玻璃基基材的平均厚度，第一平面由玻璃基基材的第一表面限定。凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007。从第一平面到所述至少一个孔的第一开口处的第一表面测量凹陷深度。
根据第1个方面所述的第2个方面，其中，所述至少一个孔是从第一表面延伸到第二表面的穿孔，使得在第二表面上存在具有第二直径的第二开口，基于玻璃基基材的平均厚度由玻璃基基材的第二表面限定第二平面，并且第二凹陷深度与所述至少一个孔的第二直径的比值小于或等于0.007。从第二平面到所述至少一个孔的第二开口处的第二表面测量第二凹陷深度。
根据第2个方面所述的第3个方面，其中，第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm。
根据第2个方面所述的第4个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径大于或等于第一直径和第二直径中的最大者的80％。
根据第2个方面所述的第5个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
根据前述任一个方面所述的第6个方面，其中，凹陷深度与第一直径的比值小于或等于0.005。
根据前述任一个方面所述的第7个方面，其中，凹陷深度与第一直径的比值小于或等于0.003。
根据前述任一个方面所述的第8个方面，其中，内壁的表面粗糙度Ra在0.1μm至1μm的范围内。
根据前述任一个方面所述的第9个方面，其中，所述至少一个孔的第一直径在5μm至250μm的范围内。
根据第1至7个方面中任一个方面所述的第10个方面，其中，所述至少一个孔的第一直径在5μm至100μm的范围内。
根据前述任一个方面所述的第11个方面，其中，所述玻璃基基材对390nm至1100nm范围内的至少一种波长是透明的。
根据前述任一个方面所述的第12个方面，其中，所述至少一个孔为多个孔。
根据第1和6至12个方面中任一个方面所述的第13个方面，其中，所述至少一个孔是盲孔。
根据前述任一个方面所述的第14个方面，其中，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm。
根据前述任一个方面所述的第15个方面，其中，所述玻璃基基材的平均厚度与所述至少一个孔的第一直径的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第1个方面所述的第16个方面，其中，所述至少一个孔是穿孔，使得在第二表面上存在具有第二直径的第二开口，第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm，第一直径和第二直径各自在5μm至250μm的范围内，并且玻璃基基材的平均厚度与第一直径和第二直径中的至少一者的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第16个方面所述的第17个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述至少一个孔的腰部直径大于或等于第一直径和第二直径中的最大者的80％。
根据第16个方面所述的第18个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
在第19个方面中，一种半导体封装件包括玻璃基基材，所述玻璃基基材包括第一表面、第二表面、以及从第一表面延伸的至少一个孔。所述至少一个孔包括内壁，该内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm。所述至少一个孔包括存在于第一表面上的具有第一直径的第一开口和位于第二表面上的具有第二开口的第二开口。基于玻璃基基材的平均厚度，第一平面由玻璃基基材的第一表面限定。凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007。凹陷深度从第一平面到所述至少一个孔的第一开口处的第一表面测量。在所述至少一个孔中设置有导电材料。所述半导体封装件还包括半导体装置，其与设置在所述至少一个孔中的导电材料电耦合。
根据第19个方面所述的第20个方面，其中，第二凹陷深度与所述至少一个孔的第二直径的比值小于或等于0.007，其中，第二凹陷深度从第二平面到所述至少一个孔的第二开口处的第二表面测量，基于玻璃基基材的平均厚度由玻璃基基材的第一表面限定第二平面。
根据第20个方面所述的第21个方面，其中，第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm。
根据第21个方面所述的第22个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径大于或等于第一直径和第二直径中的最大者的80％。
根据第21个方面所述的第23个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
根据第19至23个方面中任一个方面所述的第24个方面，所述半导体封装件还包括设置在玻璃基基材的第一表面上的导电层，其中，所述导电层与设置在所述至少一个孔中的导电材料电耦合。
根据第19至24个方面中任一个方面所述的第25个方面，其中，凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.005。
根据第19至25个方面中任一个方面所述的第26个方面，其中，凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.003。
根据第19至26个方面中任一个方面所述的第27个方面，其中，所述至少一个孔的内壁的表面粗糙度Ra在0.1μm至1μm的范围内。
根据第19至27个方面中任一个方面所述的第28个方面，其中，第一直径在5μm至250μm的范围内。
根据第19至第28个方面中任一个方面所述的第29个方面，其中，所述至少一个孔为多个孔。
根据第19至29个方面中任一个方面所述的第30个方面，其中，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm。
根据第19至30个方面中任一个方面所述的第31个方面，其中，所述玻璃基基材的平均厚度与所述第一直径的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第19个方面所述的第32个方面，其中，第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm，第一直径和第二直径各自在5μm至250μm的范围内，并且玻璃基基材的平均厚度与第一直径和第二直径中的至少一者的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第32个方面所述的第33个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述至少一个孔的腰部直径大于或等于第一直径和第二直径中的最大者的80％。
根据第32个方面所述的第34个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
根据第32个方面所述的第35个方面，其中，所述半导体封装件为射频天线芯片。
在第36个方面中，一种制品包括玻璃基基材，所述玻璃基基材包括第一表面、第二表面、以及从第一表面和第二表面中的至少一者延伸的至少一个孔，其中，所述至少一个孔包括表面粗糙度Ra小于或等于1μm的内壁，所述至少一个孔包括在第一表面处的具有第一直径的第一开口，并且第一直径在5μm至250μm的范围内。
根据第36个方面所述的第37个方面，其中，内壁的表面粗糙度Ra小于或等于0.3μm。
根据第36个方面或第37个方面所述的第38个方面，其中，内壁的表面粗糙度Ra小于或等于0.2μm。
根据第36至38个方面中任一个方面所述的第39个方面，其中，所述至少一个孔的第一直径在5μm至100μm的范围内。
在第40个方面中，一种在基材中形成孔的方法包括：向基材施加脉冲激光束以在基材中形成至少一个激光破坏区域，以及在液体蚀刻溶液中蚀刻所述基材以扩大所述至少一个激光破坏区域，从而在基材中形成至少一个孔，使得所述至少一个孔包括表面粗糙度Ra小于或等于1μm的内壁；所述至少一个孔包括存在于基材的第一表面上的具有第一直径的第一开口，并且凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007，其中，凹陷深度从第一平面到所述至少一个孔的第一开口处的第一表面测量，所述第一平面基于基材的平均厚度，由基材的第一表面限定。
根据第40个方面所述的第41个方面，其中，蚀刻溶液的蚀刻速率在1μm/分钟至10μm/分钟的范围内。
根据第41个方面所述的第42个方面，其中，蚀刻溶液的蚀刻速率在3μm/分钟至4μm/分钟的范围内。
根据第40至第42个方面中任一方面所述的第43个方面，其中，蚀刻溶液的pH在1.0至2.0的范围内。
根据第40至第42个方面中任一方面所述的第44个方面，其中，蚀刻溶液的pH在1.0至2.0的范围内，并且蚀刻溶液提供小于约4μm/分钟的蚀刻速率。
根据第40至第44个方面中任一方面所述的第45个方面，其中，对基材进行蚀刻还包括向蚀刻溶液施加超声搅拌，所述超声搅拌的频率在40kHz至192kHz的范围内。
根据第40个方面所述的第46个方面，其中，蚀刻溶液包含1.5M HF和1.6M HNO3。
根据第40个方面所述的第47个方面，其中，蚀刻溶液包含1.5M HF和1.6M HNO3，蚀刻溶液的温度在10℃至30℃的范围内，并且向蚀刻溶液施加超声搅拌，所述超声搅拌的频率在40kHz至192kHz的范围内。
根据第40至47个方面中任一个方面所述的第48个方面，其中，向基材施加脉冲激光束还包括：将牺牲覆盖层附贴于基材的表面，相对于基材将激光束定位在预定的位置中并且使该位置对应于所述至少一个孔的所需位置，通过在预定位置处反复脉冲激光束而在牺牲覆盖层中形成所述至少一个激光破坏区域，以及将激光束脉冲到穿孔中，所述穿孔形成于预定位置处的牺牲覆盖层中，从而在基材中形成所述至少一个破坏区域。
根据第48个方面所述的第49个方面，其中，激光束的数值孔径在约0.02至约0.4之间，并且激光束的聚焦位置在牺牲覆盖层的表面的约100μm内。
根据第48个方面或第49个方面所述的第50个方面，其中，激光束的波长为约355nm，激光束的脉冲宽度在约5ns至约75ns之间，激光束以约1kHz至约30kHz的重复频率脉冲，并且激光束的脉冲能在约25μJ至约175μJ之间。
根据第40至47个方面中任一个方面所述的第51个方面，其中，向基材施加脉冲激光束还包括：通过将脉冲激光束聚焦成沿着束传播方向取向的激光束焦线，并将激光束焦线引导到基材中，来形成将所述至少一个激光破坏区域限定到基材中的破坏迹线。
根据第51个方面所述的第52个方面，其中，激光束焦线延伸穿过基材的整个本体。
根据第51个方面或第52个方面所述的第53个方面，其中，脉冲激光束的波长为约532nm。
根据第51至53个方面中任一个方面所述的第54个方面，其中，脉冲激光束包括一系列脉冲串，每个激光束包括一系列脉冲。
根据第54个方面所述的第55个方面，其中，每个脉冲串中的脉冲数在10至20的范围内，并且每个脉冲串的平均能量在100μJ至200μJ的范围内。
根据第40至55个方面中任一个方面所述的第56个方面，其中，内壁的表面粗糙度Ra在0.1μm至1μm的范围内。
根据第40至56个方面中任一个方面所述的第57个方面，其中，所述至少一个孔的第一直径在5μm至250μm的范围内。
根据第57个方面所述的第58个方面，其中，第一直径在5μm至100μm的范围内。
根据第40至58个方面中任一个方面所述的第59个方面，其中，所述基材对390nm至1100nm范围内的至少一种波长是透明的。
根据第40至59个方面中任一个方面所述的第60个方面，其中，所述基材为玻璃基基材。
根据第40至第60个方面中任一个方面所述的第61个方面，其中，所述至少一个孔为多个孔。
根据第40至第61个方面中任一个方面所述的第62个方面，其中，所述至少一个孔为盲孔。
根据第40至61个方面中任一个方面所述的第63个方面，其中，所述至少一个孔是穿孔，使得在第一表面上存在具有第二直径的第一开口，并且在第二表面上存在第二开口，第二平面基于基材的平均厚度由基材的第二表面限定，并且第二凹陷深度与所述至少一个孔的第二直径的比值小于或等于0.007，其中，第二凹陷深度从第二平面到所述至少一个孔的第二开口处的第二表面测量。
根据第63个方面所述的第64个方面，其中，第一开口具有第一直径，第二开口具有第二直径，并且第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm。
根据第64个方面所述的第65个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径大于或等于第一开口的第一直径和第二开口的第二直径中的最大者的80％。
根据第64个方面所述的第66个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
根据第40至66个方面中任一个方面所述的第67个方面，其中，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm。
根据第40至66个方面中任一个方面所述的第68个方面，其中，所述基材的平均厚度与所述至少一个孔的第一直径的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第40个方面所述的第69个方面，其中，所述基材为玻璃基基材，所述至少一个孔是穿孔，使得具有第二直径的第二开口存在于第二表面上，第一开口具有第一直径，第二开口具有第二直径，第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm，第一直径和第二直径各自在5μm至250μm的范围内，并且基材的平均厚度与第一直径和第二直径中的至少一者的纵横比在1:1至15:1的范围内。
根据第69个方面所述的第70个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述至少一个孔的腰部直径大于或等于第一开口的第一直径和第二开口的第二直径中的最大者的80％。
根据第69个方面所述的第71个方面，其中，所述至少一个孔包括腰部，其具有腰部直径，并且所述腰部直径在第一开口的第一直径和第二开口的第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
第72个方面，其包含根据第40至71个方面中任一个方面来制造的制品。
在以下的详细描述中给出了本公开的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
附图所示的实施方式实际上是示意性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求书所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
图1根据本文所述和所示的一个或多个实施方式示意性地描绘了被构造成其中具有孔的晶片的一种示例性制品；
图2A根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了其中具有孔的一种示例性制品的顶视图；
图2B根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了其中具有孔的一种示例性制品的顶视图，该图用于确定所述制品的平均厚度；
图3A根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了圆柱形孔；
图3B根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了沙漏形孔；
图4根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，图示了制品中的孔的圆度的计算；
图5根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，图示了孔的图像中的示例性检测边缘；
图6根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性描绘了计算孔的内壁的粗糙度的一种示例性计算机实现的方法；
图7根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，图示了一个示例性孔的内表面的粗糙度Ra；
图8A根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了在孔的开口周围具有凹陷区域的示例性孔；
图8B根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了具有孔阵列的示例性制品；
图9根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了包含本文所述的制品来作为中介层的一种示例性半导体封装件；
图10根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了打开激光钻取的激光破坏区域或导孔的一种示例性蚀刻方法；
图11根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地描绘了在制品中形成激光破坏区域或导孔的示例性激光系统；
图12A-12C是根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，对于皮秒激光器而言，示例性的激光发射根据时间变化的图；
图13A是例示了使用图11所绘的示例性激光系统，针对不同的脉冲串能量和每个脉冲串中的次脉冲数目，玻璃中的孔的形态学的图像；
图13B是示出了在不同的激光脉冲能下进行激光暴露和蚀刻后，玻璃基基材上的孔的顶视图的图像；
图13C是示出了在不同的脉冲能下进行激光暴露和蚀刻后，玻璃基基材上的孔的侧视图的图像；
图14图示了高斯-贝塞尔光束的峰值轴上强度与沿着光束传播(光学)轴的距离关系的实验测量情况；
图15根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地例示了用于形成穿过制品的激光破坏区域或导孔的示例性冲击激光钻取系统；
图16根据本文所述和所示的一个或多个实施方式，示意性地例示了在制品中打开激光破坏区域或导孔的示例性蚀刻设备；
图17图示了在蚀刻过程期间超声搅拌对玻璃制品的表面粗糙度的影响；
图18A-18F是例示了蚀刻溶液的pH对围绕孔的开口的凹陷深度的影响的孔的图像；
图19图示了蚀刻溶液的pH对围绕孔的开口的凹陷深度的影响；以及
图20图示了降低蚀刻速率并增加蚀刻溶液的pH对围绕孔的开口的凹陷深度的影响。
具体实施方式
通常，参考附图，本公开的实施方式一般涉及可以用作半导体封装件中的中介层的制品，所述制品具有便于成功地进行下游加工的孔(例如通孔)和表面属性，所述下游加工包括但不限于通孔的金属化和施加重布层(RDL)以用于半导体装置、射频(RF)装置(例如天线、开关等)、中介层装置、微电子装置、光电装置、微电子机械系统(MEMS)装置及可以利用通孔的其他应用。
更具体地，本文所述的实施方式涉及具有孔的制品，所述孔通过激光破坏和蚀刻方法形成，并且所述孔具有所需的形态学属性，这些形态学属性尤其包括具有低表面粗糙度(Ra小于1μm)的内壁以及围绕孔的开口的凹陷深度D凹陷，使得凹陷深度D凹陷与表面处的孔的开口直径的比值小于0.007。最后，所述孔可以用导电材料涂覆或填充。具有低的内壁表面粗糙度的孔允许增加导电材料与内壁之间的粘附性以及降低电阻。孔的开口周围的小的凹陷深度D凹陷提高了下游工艺的可靠性。
本公开的实施方式还涉及激光钻取和蚀刻的方法，所述方法使得到的制品具有所需形态学的孔。本文所述的具有所需的孔形态学的制品(例如玻璃制品)可以例如用作半导体装置(例如RF天线)中的中介层。
下文具体描述制品、半导体封装件以及在基材中形成孔的方法的各个实施方式。
图1示意性地例示了其中设置有多个孔120的示例性制品100的透视图。图2示意性地例示了图1所示的示例性制品100的俯视图。虽然图1和2描绘了被构造成晶片的制品100，但应理解，制品可以呈现任何形状，例如但不限于面板。本文所述的制品由光透射性基材制造，该光透射性基材能够使具有可见光谱内的波长的辐射通过。例如，所述基材可以透射至少70％、至少75％、至少80％、至少85％或至少90％的390nm至700nm范围内的至少一种波长。所述基材可以是玻璃基基材。如本文所使用的，玻璃基基材材料意为玻璃(包括熔凝二氧化硅)和玻璃陶瓷。在一些实施方式中，所述基材可以是玻璃，并且该玻璃可包括熔凝二氧化硅、含碱金属的玻璃、不含碱金属的玻璃(例如不含碱金属的碱性铝硼硅酸盐玻璃)或各层包含不同玻璃组合物的层压玻璃件。在一些实施方式中，基材可以具有低的热膨胀系数(例如小于或等于4ppm/℃)，在其他实施方式中，基材可以具有高的热膨胀系数(例如大于4ppm/℃)。
如上所述，制品100可以用作电子装置中的中介层，以使电信号在连接到制品100的第一表面110的一个或多个电子部件与连接到制品100的第二表面112的一个或多个电子部件之间通过。制品100的孔120填充有导电材料，以提供可以使电信号通过的导电通孔。孔120可以例如是穿孔或盲孔。如本文所使用的，穿孔从第一表面110延伸到第二表面112而延伸穿过基材的厚度。如本文所使用的，盲孔从第一表面110或第二表面112中的一者出发，但不一直延伸到第一表面110或第二表面112中的另一者，从而仅部分地延伸通过基材的厚度。在制品100的第一表面110或第二表面112中可以形成其他特征，例如但不限于可以被金属化以提供一种或多种电迹线的图案的通道。还可以提供其他特征。
根据最终用途，制品100可以呈现任何尺寸和形状。作为例示而非限制，制品100的厚度T可以在25μm至3,000μm的范围内。制品100的孔120的开口直径D相对较小，例如但不限于小于或等于250μm、小于或等于200μm、小于或等于150μm、小于或等于100μm、小于或等于100μm、小于或等于50μm、小于或等于20μm或者小于或等于10μm。如本文所使用的，开口直径D是孔在基材的第一表面或第二表面处的开口的直径。简要参考图8A，孔120的开口在位置131处，该位置131标志着凹陷区域123的弯曲斜面与孔120的垂直壁124之间的过渡。垂直壁124的起始处——因此孔120的开口的起始处在位置131处，在该位置131处，孔入口的切线TL与由制品100的平均厚度T限定的第一平面126之间的角α大于或等于75度。孔120的开口直径D通过下述来计算：找到由光学显微镜成像的孔120的入口边缘的最小二乘最优拟合圆圈的直径。孔120的节距p是相邻各孔120之间的中心到中心的间距，根据所需应用，其可以为任何尺寸，例如但不限于10μm、50μm、100μm、250μm、1000μm，或者为任何范围的变化节距，例如10μm至100μm、25μm至500μm、10μm至1000μm或250μm至2000μm。
如本文所定义的，制品100的平均厚度T通过计算三个厚度测量的平均值来确定，由于孔120的形成，该计算在第一表面110或第二表面112上的任何凹陷区域123之外的地方进行(参见图8A和8B)。如本文所定义的，厚度测量通过干涉仪来进行。如下文更详细描述的，激光破坏和蚀刻方法可以在形成于制品100中的孔周围建立凹陷区域123。因此，平均厚度T通过在凹陷区域之外的三个位置测量制品100的厚度来确定。如本文所使用的，短语“在凹陷区域之外”意为在离最近的孔120的距离为500μm至2,000μm的地方进行测量。此外，为了获得制品的平均厚度的精确表示，测量点应彼此远离至少100μm。换言之，在距离测量点100μm以内不应有另一个测量点。
现在参考图2B，该图示意性地描绘了确定制品100的平均厚度T的一个非限制性实例。应理解，实施方式不限于图2B所示的孔120的构造和测量点位置M1、M2和M3，并且图2B仅用于例示的目的。图2B所示的示例性制品100具有多个孔，其中的三个编号为120A、120B和120C。在测量点M1、M2和M3处通过干涉仪进行三个厚度测量。如上所述，厚度测量应在制品100的任何凹陷区域(例如通过制造孔而产生的凹陷区域)以外的地方进行。就测量点M1而言，最近的孔是孔120A。测量点M1离孔120A的距离MD1在500μm至2,000μm的范围内。类似地，测量点M2离孔120B的距离MD2以及测量点M3离孔120C的距离MD3在500μm至2000μm的范围内。应注意，虽然图2B例示了对于测量点M1、M2和M3，最近的孔120A-120C是不同的，但是实施方式不限于此。作为非限制性实例，单个孔可以用作确定离最近的孔(例如孔120A)的距离的参照点。
在测量点M1、M2和M3处通过干涉仪进行了三个厚度测量后，对该三个厚度测量求平均值以计算平均厚度T。
如上所述，可以采用任何已知技术使孔120(以及一些实施方式中的其他特征)填充有导电材料，所述技术包括但不限于溅射、无电镀覆和/或电解镀覆、化学气相沉积等。导电材料可以为，例如铜、银、铝、钛、金、铂、镍、钨、镁或任何其他合适的材料。当孔120被填充时，它们可以使设置在制品100的第一表面110和第二表面112上的电子部件的电迹线电耦合。
孔120的形态学对孔120的最终填充品质起到作用。孔的内部形状(即，轮廓)和粗糙度对金属化工艺的成功起到重要作用。例如，纹理过于粗糙的孔可导致不良的金属化并且金属化以后的电性能不足。另外，根据所使用的金属化工艺——糊料填充、真空溅射、电镀等——对孔中的腰部(最窄点)的尺寸进行调整可以是有利的。在一些情况中，有利的是尽可能具有圆柱形孔(大的腰部％)(例如>50％、>60％或>75％或>80％)，在其他情况中，或期望具有特定腰部开口的孔(例如腰部％为20-80％、或20-60％、或30-50％、或40-50％、或35-45％)。金属化工艺，例如真空沉积涂覆，常具有视线问题，这意味着施加的涂层无法到达粗糙纹理的最内部区域。或者，在单侧溅射工艺中，沙漏形孔的下部区域可能难以被涂覆，因为表面中的一些点“遮蔽”其他点而使其无法进行涂覆工艺。然而，对于一些金属化工艺，沙漏形的孔可能是期望的，因为相比于圆柱形孔，这可以允许更容易地涂覆表面。任何非最佳的形状或粗糙纹理也可在金属化之后导致可靠性问题，例如，当零件经受环境应力(如热循环)时可发生裂开和其他失效问题。另外，沿着制品的顶表面和底表面，当应用重布层工艺时，靠近孔120的入口和/或出口的凹陷或凸起也可导致镀覆、涂覆和结合问题。因此，应严格控制孔的形态学以制造技术上可行的产品。本公开的实施方式提供了具有所需形态学属性、容差的制品，以及获得具有所述形态学属性和容差的制品的示例性制造方法。
图3A和3B独立地示意性例示了制品100中的两个孔120、120′。图3A所示的孔120基本上为圆柱形，使得第一直径D1(例如第一表面处的第一开口的直径)基本上等于第二直径D2(例如第二表面处的第二开口的直径)，并且沿着孔120的整个长度的直径基本上等于第一直径D1和第二直径D2。然而，图3B所示的孔120′具有“沙漏”形状，使得存在腰部直径W，其小于第一直径D1和第二直径D2。如本文所使用，腰部直径W是指位于第一表面与第二表面之间的孔的最窄部分。应注意，腰部无需出现在孔的深度中的中点处，而是可以出现在所述两个表面之间的任意点处。如上所述，对于金属化工艺，“沙漏”形的孔可能是不期望的，因为由于窄的腰部的原因，导电材料可能无法完全沉积在孔中。
在一些实施方式中，腰部直径W可以大于或等于第一直径D1和第二直径D2中的最大者的80％。在可能期望“沙漏”形状的其他实施方式中，腰部直径W在第一直径D1和第二直径D2中的最大者的20％至100％的范围内。在其他实施方式中，腰部直径W可以是第一直径D1和第二直径D2中的最大者的85％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的90％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的30％至100％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的40％至100％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的50％至100％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的60％至100％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的70％至100％，第一直径D1和第二直径D2中的最大者的80％至100％，或者第一直径D1和第二直径D2中的最大者的90％至100％。
在一些实施方式中，第一直径D1基本上等于第二直径D2。作为示例而非限制，第一直径D1与第二直径D2之间的差小于或等于2μm、小于或等于1.50μm、小于或等于1μm、小于或等于0.75μm、小于或等于0.5μm、小于或等于0.25μm、小于或等于0.1μm或者小于或等于0μm。
制品100的厚度T与孔直径D1或D2的纵横比不受本公开限制。在一些实施方式中，该纵横比在1:1至15:1的范围内。该纵横比可以由最终产品的规格规定。孔的直径(包括D1、D2和W)可以例如通过用光学显微镜对孔成像，以及计算孔120的边缘的最小二乘最优拟合的圆圈来测定。
通过利用下述制造方法，在整个制品100上保持了孔直径和腰部直径的均匀性。在一些实施方式中，对于在制品100中具有期望的相等直径的孔120，被构造成直径最高达300mm的晶片的制品100，其上的孔的直径均匀性为±3％。在一些实施方式中，对于在制品100中具有期望的相等直径的孔120，被构造成直径最高达300mm的晶片的制品100，其上的腰部直径均匀性为±5％。如本文所使用的，孔直径均匀性由表达式确定，其中D最小是在具有所需的相等直径的各孔120之中，在表面(制品100的顶表面或底表面中的任一者)上的最小孔直径，D最大是在具有所需的相等直径的各孔120之中，在与D最小的表面相同的表面上的最大孔直径，且D平均是所述表面上的具有所需相等直径的各孔120之间的平均直径。
如本文所使用的，腰部直径均匀性由表达式确定，其中，W最小是在具有所需相等直径的各孔120之中的最小腰部直径，W最大是在具有所需相等直径的各孔120之中的最大腰部直径，且W平均是在具有所需相等直径的各孔120之间的平均腰部直径。
在制品100中精确地布置孔120在最终产品中也可能是重要的。作为一个非限制性实例，对于被构造成直径最高达300mm的晶片的制品100，孔至孔的布置精度可以小于±5μm、小于±4μm、小于±3μm、小于±2μm或小于±1μm。作为另一个非限制性实例，对于被构造成尺寸最高为600mm×600mm的面板的制品100，孔至孔的布置精度可以小于±10％、小于±9μm、小于±8μm、小于±7μm、小于±6μm、小于±5μm、小于±4μm、小于±3μm、小于±2μm或小于±1μm。虽然存在各种对齐技术，但是在本公开中，此处采用“最优拟合”的对齐方案。为了确定孔的布置精度，一旦测量了制品的所有孔，则具有m个孔的制品的点集{C1,C2,…,Cm}可以通过旋转和平移(但不通过缩放)进行转换，以匹配点集{N1,N2,…,Nm}，点集{N1,N2,…,Nm}为制品上的孔的标称位置，从而使的量最小化。
可影响金属化工艺的另一个形态学属性是孔120的圆度。孔120的圆度还可以影响制品100作为中介层的性能。例如，非圆形孔可能无法完全连接到制品100的表面上的导电迹线。另外，在用导电材料填充孔之后，非圆形孔可导致不能与沉积在表面上的重布层对齐。此外，金属化的孔120的电阻率可受到非圆形孔的不利影响，当高频信号传播通过制品100时尤为如此。
图4示意性地描绘了样品孔的圆度。如本文所使用，圆度通过将圆圈拟合到孔120的显微图像上来确定。将H＝{h1,h2,…,hn)作为从上方观察(例如从孔120的显微图像观察)时，沿着孔120的边缘识别到的点hi＝(xi,yi)的集合。所述点的分辨率可以但不限于约1μm/像素。可精确评估一个最小二乘拟合圆圈。该圆圈的中心点C＝(xc,yc)及其半径R使的量最小化。
给定距离(直径)di＝dist(hi,C)的集合，可得到最小值d最小和最大值d最大。d最大-d最小的差在本文中称为圆度。因此，全部的距离di均相等的理论上完美的圆圈将具有相等的d最大和d最小数值，从而使圆度值为零。较大的圆度值表示不那么圆的孔。本文所述的制品的圆度小于或等于5μm、小于或等于4μm、小于或等于3μm、小于或等于2μm、小于或等于1μm或者等于0μm。
如上所述，孔120的内壁的表面粗糙度不利地影响金属化工艺，造成高频下电学性能不足以及可靠性问题(例如裂开或其他失效问题)。下文所述的工艺能够得到具有孔120、并且该孔120具有光滑内表面的制品100，该光滑内表面促进了导电材料与内表面的粘附。如本文所使用，“光滑内表面”是孔的内表面的表面粗糙度Ra为如下的内表面，所述表面粗糙度Ra为小于或等于1μm、小于或等于0.9μm、小于或等于0.8μm、小于或等于0.7μm、或者小于或等于0.6μm、小于或等于0.5μm、小于或等于0.4μm、小于或等于0.3μm、小于或等于0.2μm、小于或等于0.1μm、在0.1μm至1μm的范围内、在0.1μm至0.5μm的范围内或在0.1μm至0.3μm的范围内。
图5-7图示了一种确定孔120的内表面的表面粗糙度Ra的方法，该内表面可以是弯曲的。因此，本公开的实施方式提供了用于确定弯曲表面的表面粗糙度Ra的计算机实现的方法。根据所述方法，捕获孔的侧面轮廓图，例如通过光学显微镜捕获。对孔的图像进行边缘检测算法以确定孔的边缘和基材的本体。作为非限制性实例，采用ImageJ中的“最小值方法”，在ImageJ中写入的宏将孔的侧面轮廓的8位图像转换成二进制数。随后，采用边缘检测算法，其中对图像中的每一行进行扫描直到在强度标尺中检测到从0到255的过渡(对应于孔的边缘)。
图5图示了由边缘检测算法检测到的孔的轮廓。参考图6，在框302中，显示孔的边缘位置对比基材的深度中的位置(即，孔的边缘现在看起来是经过旋转或是水平的)。虽然框302仅示出了一半的孔轮廓，但应理解，可以对孔的两侧进行分析和评估。在框304中，使用最小二乘最小化拟合程序，将检测到的边缘305拟合成多项式曲线307，其通常是如下类型的二次多项式：y＝ax2+bx+c，其中y是水平轴到检测边缘的距离，x是对应于基材中的深度的水平轴上的位置，a、b和c是拟合程序期间计算的常数。接着，在框306中，通过从检测到的边缘数据305中减去拟合的多项式曲线307来移除固有曲率，并且计算残差以得到矫直的粗糙度分布309。在框308中，可以从矫直的粗糙度分布309中求得各种统计粗糙度参数，例如但不限于Ra、Rq、Rz、最高峰、最低谷、顶直径、底直径和腰部百分比。
上述统计参数使用来自孔的边缘的数据计算，所述边缘延伸所述孔的整个深度的至少50％、至少80％、至少90％或至少95％。也就是说，粗糙度数据不应表示仅为孔的侧面的小块(例如50μm×50μm的小区域)的粗糙度。相反，应尽可能大地捕获通过孔的深度的壁内表面，以在表面分析中捕获任何隆起、凸出或其他不理想的特征。任何这些特征最终将会影响通过真空沉积或液相镀覆方法沉积的导电材料均匀且彻底地涂覆和填充孔的能力。因此，在分析孔的内部粗糙度时忽略某些区域是没有用处的，因为具有缺陷的任何区域将妨碍后续的金属化步骤的成功。
表面粗糙度Ra是孔品质的良好指标。图7图示了在图311中的表面粗糙度Ra的确定。等分线ML位于矫直的粗糙度分布309的平均深度处，所述矫直的粗糙度分布309由Z(x)限定。Ra定义为所述分布相对于等分线ML的偏差Z(x)的绝对值的算术平均值：
如上所述，通过采用下文所述的孔制造方法，制品100的孔120具有表面粗糙度Ra低的内表面，该低的表面粗糙度Ra小于1μm。
另一个形态学属性是由孔120限定的开口附近的制品100的表面形状。当进行随后的工艺(例如重布层施加工艺)时，孔附近的凹陷、凸起或其他异常可导致镀覆、涂覆和结合问题。
图8A示意性地例示了示例性制品100中的两个孔120。每个孔120具有在第一表面110处的第一开口121以及在第二表面112处的第二开口125。如图8A所示，第一凹陷区域123围绕第一开口121，第二凹陷区域127围绕第二开口125。这些凹陷区域是蚀刻工艺的效果。在蚀刻工艺期间移除围绕孔的材料可造成在孔的外周周围出现凹陷或突起。例如，相比于未被激光破坏的玻璃，经过激光破坏的玻璃可以更快的速率来蚀刻，从而形成凹陷区域。当对玻璃基材进行蚀刻而不搅拌时，可以形成突起。例如，当对玻璃基基材进行蚀刻而未搅拌时，从孔的内部移除的玻璃基材料可以在孔的入口和/或出口处积聚。
使这些凹陷区域的凹陷深度D凹陷最小化改进了例如作为中介层装置的制品100。当存在凹陷时，玻璃基基材与随后沉积的金属层之间可形成空穴。当将中介层装置的重布层施加于制品100的一个或两个表面时，最小化的凹陷深度D凹陷可以减少镀覆、涂覆和结合问题。
在一些实施方式中，围绕开口的凹陷区域的凹陷深度D凹陷小于或等于所需深度，例如所需深度为小于或等于约0.2μm、小于或等于约0.15μm、小于或等于约0.1μm、或者小于或等于约0.05μm、在约0.01μm至约0.2μm的范围内、在约0.01μm至约0.15μm的范围内、在约0.05μm至约0.2μm的范围内、在约0.05μm至约0.15μm的范围内、在约0.1μm至约0.2μm的范围内、或者在约0.1μm至约0.15μm的范围内。
图8A例示了一种确定凹陷区域的凹陷深度D凹陷的方法。基于制品100的平均厚度T，第一平面126由制品100的第一表面110限定。类似地，基于制品100的平均厚度T，第二平面128由制品100的第二表面112限定。如上文关于图2B所述，制品的平均厚度T通过对由干涉仪进行的三个厚度测量取平均值来确定，所述测量在任意凹陷区域123之外的地方进行(即，在与凹陷区域123相距500μm至2,000μm内的距离处进行)。
在第一表面11-处的孔120的凹陷深度D凹陷从第一平面126到孔120的开口处的第一表面110来测量，孔120的开口处为孔120的垂直壁124的起始位置131(即，从凹陷区域123过渡到孔120的垂直壁124的位置)。垂直壁124的起始位置131通过测量凹陷区域123、127的弯曲表面的切线TL与第一平面126或第二平面128之间的角α来确定。垂直壁124的起始位置131以及因此所致的孔120的开口位置是角α大于75度的位置。换言之，凹陷区域123、127是其中的所有角α均小于75度的区域。作为非限制性实例，第一凹陷区域123和第二凹陷区域127的深度D凹陷可以用光学表面轮廓计来测量，例如用购自翟柯公司(Zygo Corporation)的NewView 7300来测量。
应注意，孔的直径越大，在孔开口附近的凹陷深度D凹陷越大。这可能是因为直径更大的孔要求更长的蚀刻时间，因此在蚀刻工艺期间从玻璃基材中移除了更多的材料。如下文更详细描述的，在一些实施方式中，孔制造方法的参数是使半径R以内的修整区域的凹陷深度D凹陷与平均孔直径的比值小于或等于0.007、小于或等于0.006、小于或等于0.006、小于或等于0.005、小于或等于0.004、小于或等于0.003、小于或等于0.002或者小于或等于0.0015。
在一些情况中，具有中心到中心的间距(即节距)较小的孔阵列，相比于孔阵列之外的玻璃表面，在孔阵列处的整个玻璃表面可以凹陷。当孔之间的间距小于由于蚀刻工艺所致的围绕孔的凹陷区域的半径时，可以出现该凹陷区域。作为示例而非限制，小于约300μm、小于约200μm、小于约150μm、小于约μm或小于约50μm的孔之间的节距p可造成制品的表面在孔阵列处凹陷。
图8B描绘了具有孔120的阵列129的一种示例性玻璃制品100′，其中，中心到中心的间距造成了第一表面110和第二表面112在孔120的阵列129处变得凹陷。特别地，在孔120的阵列129处的第一表面110和第二表面112分别从第一平面126和第二平面128凹陷凹陷深度D凹陷。如上所述，第一平面126和第二平面128可以通过平均厚度T确定。应理解，第一表面110处的凹陷深度D凹陷可以与第二表面112处的凹陷深度D凹陷不相同。在本文所述的实施方式中，对激光工艺参数和蚀刻工艺参数进行控制，以使第一表面110或第二表面112中的任意一者处的凹陷深度D凹陷与制品的平均厚度T的比值小于0.007。
现在参考图9，该图示意性地例示了一种示例性半导体封装件190。半导体封装件190包括位于第一半导体装置185和第二半导体装置186与基材187之间的制品100，该制品100用作中介层。第一金属化层181(例如第一重布层)设置在中介层100的第一表面110上，第二金属化层182(例如第二重布层)设置在中介层100的第二表面112上。在例示的实施方式中，第一半导体装置185通过第一球栅阵列183电耦合到第一金属化层181和中介层100，第二半导体装置186通过第二球栅阵列184电耦合到第一金属化层181和中介层100。第二金属化层182和中介层100通过第三球栅阵列188电耦合到基材187。应理解，本公开的实施方式不受球栅阵列互连限制，并且可以使用任意其他互连。孔120是通孔，其用导电材料(例如铜)金属化以使电信号通过中介层100。
半导体封装件的功能不受本公开限制。作为一个非限制性实例，半导体封装件可以是用于无线通信装置的高频射频(“RF”)装置(例如频率在约100kHz至约100GHz之间)。经过蚀刻的穿孔的光滑内壁提供了低的高频电阻，这在这种高频RF装置中是期望的。
本公开的实施方式还包括在制品100中制造具有上述形态学属性的孔120的方法。一般而言，孔120通过激光破坏和蚀刻工艺来制造，其中，通过施加激光束形成激光破坏区域或导孔，然后通过蚀刻溶液进一步打开所述激光破坏区域或导孔，从而获得具有所需直径和形态学的孔120。
现在参考图10，该图示意性地例示了进行孔制造方法的示例性制品100。一般来说，首先通过制品100的本体形成激光破坏区域140或导孔。激光破坏区域140在制品100中形成了破坏区，当施加蚀刻溶液130后，该破坏区比未被破坏的区域以更快的蚀刻速率来蚀刻。蚀刻溶液130通过激光破坏区域140和第一表面110及第二表面112从制品100移除材料(例如玻璃材料)。如虚线示意性所示，蚀刻溶液130以一定的速率来移除材料，并且在激光破坏区域140附近的区域处的速率比第一表面110和第二表面112处的速率更快。可以向制品100施加蚀刻溶液130直到在第一表面110处获得所需的第一直径D1和/或在第二表面112处获得所需的第二直径D2。下面详细描述各种激光和蚀刻方法。
应注意，并非所有的激光方法可以用于在制品100的玻璃材料中产生高品质的孔。例如，将热能过度沉积到玻璃中可以形成微裂纹，玻璃片可能从玻璃中的激光入口孔或出口孔喷出，并且烧蚀方法常可形成非常粗糙的表面。所有的这些特征形成了随后的化学蚀刻既无法移除也无法光滑化的非理想形状。
图11例示了可用于形成激光破坏区域或导孔的第一种独特的激光方法，该方法快速有效地产生了高的品质(例如，如上所述的光滑内壁、最小凹陷区域深度等)。该方法使用短脉冲激光并结合线聚焦光学器件来钻取导孔或激光破坏区域，利用每个激光脉冲，这些导孔或激光破坏区域完全穿过玻璃片的主体。图11例示了用于产生这种扩展焦点的光学器件150。第2015/0166395号美国专利公开提供了关于示例性线聚焦过程的更多细节，所述文献通过引用全文纳入本文。
光学器件可以包括轴棱镜154，其接收过来的脉冲激光束152并沿着轴棱镜154的光学轴产生线焦点155。然后，伸缩透镜组件接收激光束152，所述伸缩透镜组件包括第一透镜156和第二透镜158，所述第一透镜156对接收自轴棱镜154的激光束152进行校准，所述第二透镜158将激光束聚焦成至少部分通过制品100的主体的线焦点159。在图11所示的实例中，线焦点159延伸通过制品的第一表面110和第二表面112。
该方法的一个优点在于每个激光脉冲(或图12A-12C所述的脉冲串)充分形成了导孔或激光破坏区域140。因此，制造导孔或激光破坏区域140的时间极短(例如，采用单个脉冲为约10皮秒，或者例如即使是采用完整的脉冲串的脉冲也为约几百纳秒)。
所述线聚焦方法的另一个优点在于其使得破坏穿过玻璃的主体，从而在蚀刻后得到了顶直径和底直径(即，D1和D2)近乎相等的孔120。这与许多其他的激光成孔方法中可存在的明显锥形形成对比，在这些其他的激光成孔方法中，常可在孔壁中看到恒定的角度(例如10度)，或者通孔的顶部和底部可以具有完全不同的尺寸，例如直径相差约10μm。
在线聚焦的情况中，孔的内部粗糙度可以通过改变孔形成过程的参数来控制。特别地，这些参数可被分成两类：激光参数和蚀刻参数。下面描述线过程的激光参数，并且蚀刻参数将在下文详细描述。
已经观察到，孔的品质大大地取决于所用的激光条件。材料对脉冲激光束的波长来说应是透明的。作为例示而非限制，波长可以在355nm至1100nm的范围内。常用的高能脉冲激光波长包括1064nm及其谐波(532nm、355nm)，或1030nm及其谐波(515nm、343nm)。特别地，已经观察到波长为约532nm的激光束产生了高品质的孔120，并且相比于使用更长的波长(例如1064nm)，其内表面粗糙度更低。
脉冲持续时间和强度应足够短以实现多光子吸收效应。可以使用超短脉冲器，例如皮秒或飞秒激光源。在一些实施方式中，可以使用约10皮秒的脉冲激光。操作本文所述的这种皮秒激光可以产生“脉冲串”160，其包含次脉冲160A。图12A示出了两个连续的脉冲串160，每个脉冲串160包含三个次脉冲160A。产生脉冲串是激光操作的一种类型，其中脉冲的发射不是为均匀且稳定的流的形式而是为密集的次脉冲簇。每个脉冲串160包含多个持续时间非常短的单独的次脉冲160A(例如至少2个次脉冲、至少3个次脉冲、至少4个次脉冲、至少5个次脉冲、至少10个次脉冲、至少15个次脉冲、至少20个次脉冲或更多)。也就是说，脉冲串160是次脉冲160A的“贮藏器”，并且各脉冲串160通过比每个脉冲串中的各相邻脉冲的分离更长的持续时间来彼此分离。参考图12B，该图绘制了针对图12A的单个次脉冲160A的激光发射相对于时间的图，次脉冲的脉冲持续时间Td可以最高达100皮秒(例如0.1皮秒、5皮秒、10皮秒、15皮秒、18皮秒、20皮秒、22皮秒、25皮秒、30皮秒、50皮秒、75皮秒或它们之间的值)。在单个脉冲串160A中的这些单独的次脉冲160A在本文中称为次脉冲，以表示它们出现在单个脉冲串中的事实。在脉冲串160中的每个单独的次脉冲160A的能量或强度可以不等于脉冲串中的其他次脉冲，并且脉冲串中的多个次脉冲的强度分布在由激光设计决定的时间上常遵循呈指数衰减。
参考图12C，优选地，在本文所述的示例性实施方式的脉冲串160中的各个次脉冲160A与脉冲串中的后续次脉冲在时间上间隔持续时间Tp，其为1纳秒至50纳秒(例如10-50纳秒、或10-30纳秒，其中时间常由激光腔设计决定)。对于给定的激光，脉冲串160中的各个次脉冲160A之间的时间间隔Tp(次脉冲之间的间隔)相对较均匀(±10％)。例如，在一些实施方式中，脉冲串160中的各个次脉冲160A与后续的次脉冲在时间上可以间隔约20纳秒(50MHz)。例如，对于产生的次脉冲间隔Tp为约20纳秒的激光，将脉冲串中的次脉冲间的间隔Tp保持在相差约±10％以内，或者相差约±2纳秒以内。具有次脉冲160A的各个脉冲串160之间的时间(即，各脉冲串之间的时间间隔Tb)将显著更长(例如0.25微秒≤Tb≤1000微秒，例如1-10微秒或3-8微秒)。在本文所述的激光的示例性实施方式中，对于脉冲串的重复率或重复频率为约200kHz的激光来说，时间间隔Tb为约5微秒。
激光脉冲串重复率(在本文中也被称为脉冲串重复频率)被定义为脉冲串160中的第一次脉冲160A至后续的脉冲串160中的第一次脉冲160A之间的时间。在一些实施方式中，脉冲串重复频率可以在约1kHz至约4MHz的范围内。更优选地，激光脉冲串重复率可以在例如约10kHz至650kHz的范围内。各个脉冲串中的第一次脉冲至后续的脉冲串中的第一脉冲之间的时间Tb可以为0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)至1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)至40微秒(25kHz脉冲串重复率)或2微秒(500kHz脉冲串重复率)至20微秒(50k Hz脉冲串重复率)。精确的时间安排、脉冲持续时间和脉冲串重复率可以根据激光设计而变化，但是具有高强度的短的次脉冲(Td<20皮秒，优选地Td≤15皮秒)显示出特别有效。一般来说，对于固定的每个脉冲串的能量，增加其中的脉冲数目改变了材料所经历的峰值强度，以及能量的时间分布。一般地，较大的次脉冲数目得到了更佳的孔品质和大的工艺窗口(例如，大于10个次脉冲/脉冲串)。
用于对材料进行改性的脉冲串能的量将取决于基材的材料组成和用于与基材作用的线焦点的长度。作用区域越长，散布的能量越多，因而将需要更高的脉冲串能。精确的时间安排、次脉冲持续时间和脉冲串重复率可以根据激光设计而变化，但是具有高强度的短的次脉冲(<15皮秒或≤10皮秒)显示出对该技术特别有效。
每个脉冲串160的能量以及每个脉冲串中的次脉冲160A的数目影响得到的孔120的特性。如果脉冲串能低于某个阈值(所述阈值取决于基材组成和厚度)，则在蚀刻后，在激光处理期间形成的横向裂纹会导致形成不受控的轮廓。另一方面，当脉冲串能过高时，壁显示出更高的粗糙度数值并且入口和出口具有椭圆形状。
图13A-C例示了对于固定的激光波长(532nm)，每个脉冲串的能量和每个脉冲串中的次脉冲数目对孔特性的影响。图13A例示了使用532nm及随后使用下述蚀刻方法时，对于不同的脉冲串能和每个脉冲串中的次脉冲数目，在400μm厚的Eagle玻璃中的孔的形态学。蚀刻方法将导孔或激光破坏区域打开到约80μm的直径。对于图13A-13C，蚀刻方法在室温下使用包含1.5M HF和1.6M HNO3的蚀刻溶液以及80kHz的三维超声搅拌。超声搅拌由新泽西州特伦顿市的克斯特超声波公司(Crest Ultrasonics)销售的型号为4HI10146ST的TRU-SWEEPTM提供。
图13B是在激光暴露和蚀刻后，在400μm厚的Eagle玻璃基材上的孔的顶视图。如图13B所示，当脉冲串能过高时，由于横向裂纹为蚀刻剂产生了优先的方向，因此孔变成椭圆形(图像170)。图像170中所示的玻璃基材是用脉冲串能为180μJ的激光脉冲串能来钻取的。当脉冲串的能量过低时，孔闭合，即使在蚀刻后也如此(图像174)。图像174描述了在暴露于脉冲串能为180μJ的激光后的玻璃基材。图像172示出了在蚀刻之前和之后均为圆形的具有良好圆度的孔。产生图像172所示的孔的脉冲串能为90μJ。图13C描述了在脉冲串能过高、过低和理想的情况下，400um厚的EXG玻璃中的孔的侧面轮廓(截面图)，其中脉冲串能过高的为图像171(180μJ脉冲串能)、过低的为图像175(40μJ脉冲串能)，理想的为图像173(90μJ脉冲串能)。
另外，光学能在材料的整个厚度上均匀分布可以产生更光滑的孔。如果光学能在材料的一个部分中过大，其可产生微裂纹而不仅是对材料进行改性。这些微裂纹产生了优选的蚀刻路径，并导致在孔的侧壁中形成隆起以及形成了椭圆形的孔。然而，如果在材料的一个部分中的能量过低，则不产生优先的路径，从而导致蚀刻后无法形成孔，或者是无法控制蚀刻剂路径的方向，这可导致在孔的侧壁中形成大的“凸出”。解决方案是延长焦线的长度，以将整个玻璃厚度上的功率变化保持在低水平。事实上，可以有利的是将整个玻璃厚度上的能量密度变化保持在小于10％。这可以通过增加进入图11例示的轴棱镜154的激光束152的直径来实现，这使沿着光学轴的能量分布变平。图14示出了高斯-贝塞尔光束的峰值强度的实验测量情况。这是根据沿光学轴距离而变化的每个径向光束分布中的峰值强度。图14例示的激光束使用图11所示的轴棱镜和双透镜望远镜来形成，所述双透镜望远镜形成了约2mm长的线焦点。
增加具有平顶分布的焦线的长度提供了以下优势：将激光束中的光学能仅限制在材料中或材料附近的区域，从而使光学系统更有效并因此能够使用较低能量的激光。
图15示意性例示了第二种示例性激光方法。图15例示的第二种激光方法为冲击激光钻取方法，其使用约30ns脉冲激光下的紫外(“UV”)(例如355nm)和一层或多层牺牲覆盖层。示例性的冲击激光钻取方法描述于第2014/0147623号美国公开，所述文献通过引用全文纳入本文中。
图15例示了用于示例性激光钻取方法250的部件。激光钻取方法250的部件一般包括制品100、牺牲覆盖层300和激光束252。如上所述，制品100可以为玻璃制品。牺牲覆盖层300可以由任何材料制成，例如但不限于玻璃、聚合物、油墨、蜡等。在图15所示的实施方式中，牺牲覆盖层300和制品100可以可移除式地附着。制品100可以通过直接物理接触或通过间接附着，以可分离的方式附着于牺牲覆盖层300。
在牺牲覆盖层300的底表面312与制品100之间可以存在间隙301。间隙301可以是薄间隙，例如小于200μm、小于100μm或小于50μm。间隙301可以是当制品100与牺牲覆盖层300通过直接物理接触而附着时形成的空气间隙。或者，间隙301可以填充有油或其他化学物质，当通过化学附着使玻璃制品200与牺牲覆盖层300附着时，所述油或其他化学物质提供附着。
待在制品100中形成的孔的所需位置和图案可以基于制品100的所需用途，在形成孔120之前确定。参考图15，可以将激光束252定位成在由透镜253聚焦后，入射到牺牲覆盖层300的顶表面310。可以将激光束252定位在牺牲覆盖层300的顶表面310上的某个位置中，该位置对应于制品100中的孔的预定位置。
激光束252可以为能够钻取牺牲覆盖层300和制品100的具有光学性质的任意激光束。在一个实施方式中，激光束252可以为紫外(UV)激光束，其是三倍频掺钕原钒酸钇(Nd:YVO4)激光，并且发射约355nm的波长。激光束252可以与牺牲覆盖层300的材料作用，从而使材料蒸发，在玻璃牺牲覆盖层的情况中，产生了使材料从玻璃喷出的等离子体，从而形成孔。虽然上文描述了Nd:YVO4激光，但应认识到可以使用能够在牺牲覆盖层300中形成穿孔的任意激光。入射在牺牲覆盖层300上的激光束252的数值孔径可以在0.01至0.5之间，例如在0.02至0.4之间、在0.05至0.3之间、在0.06至0.2之间，优选为0.07。激光束252相对于牺牲覆盖层300的顶表面310的焦点可以置于顶表面310的约200μm以内，例如在顶表面310的约100μm以内，或者在顶表面310的约50μm以内。
参考图15，可以将激光束252脉冲在预定位置处，以在牺牲覆盖层300中形成穿孔320。脉冲持续时间可以为约20纳秒至约40纳秒、或约25纳秒至约35纳秒、或约30纳秒。脉冲的重复率可以在1kHz至150kHz之间，例如在1kHz至75kHz之间，或在1kHz至15kHz之间。例如，每个脉冲的能量可以为75-150μJ。在牺牲覆盖层300中形成穿孔所需的脉冲数将取决于牺牲覆盖层300的材料和厚度而变化。
一般来说，每个通过牺牲覆盖层300的激光脉冲形成约0.75μm的孔深度。因此，在300μm厚的玻璃中制造穿孔可需要约400个脉冲，在400μm厚的玻璃中制造穿孔可需要约675个脉冲，在700μm厚的玻璃中制造穿孔可需要约950个脉冲。可以脉冲所需的任意次数的激光束，以在牺牲覆盖层300中形成穿孔。
可以将激光束252脉冲到牺牲覆盖层300中的穿孔320中，从而在预定位置处将制品100暴露于激光束252，所述预定位置是在牺牲覆盖层300中形成穿孔320的位置。可以进行任意次数的将激光束252脉冲到穿孔320中，以在制品100中形成孔120。虽然图15描绘的是盲孔120，但应理解，制品100中的孔120的深度取决于施加到制品100的脉冲数，并且不受本公开限制。例如，制品100中的孔120可以是穿孔，或者可以是具有任意所需深度的盲孔。
当使用上述冲击激光钻取技术时，得到的经过激光钻取的孔往往非常光滑，具有“火焰抛光的”纹理，并且测得的内壁的表面粗糙度在约0.2μm Ra至约0.8μm Ra之间。为了获得这些低的Ra值，应最佳地控制激光束的数值孔径，以将激光束聚焦在材料的表面。牺牲覆盖层抑制了激光入口孔处的破坏。另外，小范围内的脉冲能(例如75-150μJ的脉冲能)限制了因为对材料过度加热而产生的微裂纹的形成。如果遵循这些工艺参数，则可以制造具有光滑的内部和顶孔/底孔非常圆(<5um的圆度)的孔。即使是经过下文更详细描述的酸蚀刻之后，仍保留这一低的粗糙度。
现将描述待与上述中的一种激光方法结合使用来获得所需的孔的形态学的蚀刻方法。
现在参考图16，该图示意性地例示了用来打开经过激光钻取的导孔或激光破坏区域的一种示例性蚀刻设备400。示例性蚀刻设备400一般可以包括保持蚀刻溶液404的容器402，保持一个或多个制品100的保持器407，以及一个或多个超声换能器403，该超声换能器403是可控的以在蚀刻溶液404中产生超声搅拌406。在一些实施方式中，可以将蚀刻溶液404保持在内部容器中，该内部容器位于由外部容器保持的水或另一种液体中，如第15/177,431号美国申请所述，所述文献通过引用全文纳入本文。在这样的实施方式中，将超声换能器403设置在外部容器中，并且赋予水超声搅拌，该超声搅拌随后被传输到内部容器中的蚀刻溶液。
虽然制品100被显示为保持在垂直位置，但是实施方式不限于此。例如，可以将制品100保持在水平位置或任意其他位置。
如上所述，控制制品100中的孔120的内壁表面粗糙度的另一个因素是蚀刻条件。当激光束破坏材料时，产生了横向裂纹。如果蚀刻速率过低，则酸具有足够的时间扩散到这些横向裂纹中，从而使横向裂纹扩展并沿玻璃厚度产生了凸出。相反，如果蚀刻速率过高，则酸无法扩散到激光破坏线或导孔中，并且孔将以沙漏形状打开(参见图3B)。蚀刻过程应足够地快，以在横向裂纹到达距孔中心过远处之前被蚀刻，但又应足够地慢，以使沿着玻璃厚度的蚀刻是均匀的并且获得期望的孔纵横比。
对于由碱金属硼铝硅酸盐玻璃[例如由纽约州康宁镇的康宁股份有限公司(Corning Incorporated)销售的Eagle]制造的制品，当打开由上述两种激光方法中的一种制造的激光破坏区域或导孔时，约1μm/分钟至10μm/分钟的蚀刻速率提供了具有光滑内壁的孔(Ra<1μm，以上文所述的方法测量)。作为另一个实例，蚀刻速率可以在1μm/分钟至4μm/分钟的范围内，或者在3μm/分钟至4μm/分钟的范围内。作为针对Eagle玻璃获得约1μm/分钟的蚀刻速率的蚀刻溶液和方法的一个非限制性实例，包含1.5M HF和1.6MHNO3的蚀刻溶液、在约40kHz至约192kHz的频率范围内的超声搅拌以及20℃的蚀刻溶液温度提供了本文所述的具有光滑内壁的孔。作为另一个非限制性实例，包含3M HF,2.4M HNO3的蚀刻溶液以约2μm/分钟的速率，在约40kHz至约192kHz的频率范围内并在20℃下蚀刻Eagle玻璃。在一些实施方式中，超声搅拌的频率可以在最低频率与最高频率之间来回变动。
超声搅拌和蚀刻溶液的pH影响制品(包括顶表面和底表面)的表面粗糙度。参考图17，采用三种不同的蚀刻溶液来代表不同的pH水平。HF和HNO3提供了小于或等于零的pH(图17中的方块)，HF提供了1至2范围内的pH(图17中的菱形)。HF和NH4F提供了更高的2至3范围内的pH值(图17中的三角形)。加深的形状表示施加超声搅拌时的情况。超声搅拌为40kHz并且由型号为4HI10146ST的TRU-SWEEPTM提供。在利用超声搅拌和不利用超声搅拌的情况下均使用上文提及的蚀刻溶液来蚀刻400μm Eagle样品。如图17图示的，当在低pH蚀刻溶液中蚀刻时，玻璃较粗糙。当在低pH蚀刻剂(HF、HF-HNO3)中蚀刻玻璃时，超声搅拌使经过蚀刻的表面更粗糙，但是在高pH蚀刻剂(HF-NH4F)中没有这种情况。
在一个非限制性实例中，使用上文所述的线聚焦的钻取方法在300μm厚的Eagle玻璃基材中形成8个激光钻取的孔。样品孔由某种光学器件制造，所述光学器件产生半峰全宽约1.3mm的焦线长度、532nm的波长以及180μJ的激光脉冲串能，并且具有15个次脉冲/脉冲串。然后在室温下使用包含1.5M HF和1.6MHNO3的蚀刻溶液以及80kHz的三维超声搅拌对玻璃基材进行蚀刻。超声搅拌由型号为4HI10146ST的TRU-SWEEPTM提供。下面参考表1，在蚀刻后，样品孔的内壁的平均表面粗糙度小于0.2μm Ra，其使用上文所述的计算方法得到。
表1.在300μm Eagle玻璃中形成的孔的表面粗糙度(Ra)
还可以控制蚀刻过程的参数以使图8A所示的围绕孔120的凹陷深度D凹陷最小化。如上所述，在蚀刻过程期间，可在孔120的顶部和/或底部开口周围出现凹陷，以及在各孔之间出现平台区域，在该平台区域中应保持低的表面粗糙度，从而能够在下游处理期间将其他材料结合到零件的表面。已经发现可以采取两种方法来抑制围绕孔120的凹陷深度D凹陷：(1)降低孔打开期间的蚀刻速率和(2)增加蚀刻溶液的pH。
图18A-18F示出了在由纽约州康宁镇的康宁股份有限公司销售的200μm Eagle玻璃中打开20μm、50μm和90μm直径的孔时，增加pH的影响。通过紫外(UV)激光冲击钻取过程形成导孔图案。在该过程中，使用高斯光学器件将355nm、约30纳秒的脉冲激光聚焦成在玻璃基材表面的约6μm 1/e2直径的光斑。在蚀刻之前，使用各个激光脉冲，以5kHz的重复率以及60-90μJ的脉冲能钻穿玻璃基材中的“导”孔。在该冲击钻取过程中，每个激光脉冲以约1μm/脉冲的速率移除小的玻璃深度，并且孔的总深度由具体的孔位置处所使用的脉冲数目控制。结果形成了直径为约5-15μm的略微锥形的导孔，随后通过液体蚀刻过程扩大该导孔。虽然使用这一特定的激光过程来形成图18A-18F详细示出的蚀刻结果，但应理解，这些结果也可适用于通过其他激光方法(例如上文所述的基于贝塞尔光束的钻取)形成的导孔的蚀刻。
与图18A-18C对应的高pH蚀刻溶液被配制为3M的HF和1M的NH4F，并且pH为约1.6。与图18D-18F对应的低pH蚀刻溶液被配制为3M的HF和2.4M的HNO3，并且pH为约0.4。在蚀刻期间施加40kHz的超声能以搅拌玻璃和蚀刻溶液。图18A-18F是由康涅狄格州的米德尔敦的翟柯公司销售的光学干涉仪捕获到的图像。图18A-18F中的阴影变化表示孔周围的表面波度和凹陷的程度。图19图示了使用所述两种不同的蚀刻溶液所得到的具有20μm、50μm和90μm直径的孔的玻璃制品的凹陷深度D凹陷。图18A-18F和19例示了通过在具有较高pH的蚀刻溶液中蚀刻经过激光钻取的玻璃，围绕孔的表面凹陷得到了显著抑制。
下表2提供了另外的非限制性的示例性蚀刻溶液及具有超声搅拌时的相应的观察到的蚀刻速率和估计的pH值。
表2.示例性的蚀刻溶液和对应的蚀刻速率及pH
图20图示了对于包含400μm厚的Eagle玻璃并且该玻璃具有直径为20μm、50μm和90μm的孔的玻璃制品，减小蚀刻速率(曲线500)和增加pH的影响。如图20所示，减小蚀刻速率和增加pH降低了围绕孔的开口的凹陷深度D凹陷。
如上所述，激光和蚀刻工艺参数使得凹陷深度D凹陷与孔的开口直径D的比值小于或等于0.007、小于或等于0.0040、小于或等于0.005、小于或等于0.003、小于或等于0.002或者小于或等于0.0015。表3例示了图20所示的非限制性实例的凹陷深度与开口直径的比值(D凹陷/D)。
表3.示例性凹陷深度与开口直径的比值(D凹陷/D)
如上表3所示，减小由蚀刻溶液提供的蚀刻速率以及增加蚀刻溶液的pH均降低了凹陷深度与开口直径的比值(D凹陷/D)。
简要参考图8A，蚀刻过程使孔120的入口122圆化。相反，激光或机械钻取的孔的侧面轮廓在孔的顶表面或底表面与孔的垂直壁之间通常具有尖锐的角度过渡(例如90度)，在蚀刻过程期间移除玻璃材料提供了弯曲的孔入口122(即，从玻璃基材100的表面110、112到孔的内壁124的过渡)。
在蚀刻过程期间，玻璃基材的物理性质有所改变。作为一个非限制性实例，对于熔合拉制的玻璃基材，本文所述的蚀刻溶液增加了玻璃基材的表面粗糙度(例如从蚀刻前的约0.2nm–约0.4nm(Ra)增加到蚀刻后的约0.6nm(Ra))。玻璃基材的表面粗糙度可以通过任何已知或仍待开发的测量技术来测量。另外，在已经经过蚀刻但未经过酸清洗(例如由酸，如HCl、H2SO4等清洗)的玻璃基材的表面处可存在氟化物。氟化物可以通过任何合适的方法来检测，例如但不限于飞行时间二次离子质谱。由此，氟化物的存在可以指示玻璃基材已经经过了蚀刻。
另外，酸蚀刻还在玻璃基材的表面上产生表面浸出层。当对包含改性剂[例如碱金属和碱土金属(如K、Na、Ca、Mg等)]的玻璃组合物进行蚀刻时，这些改性剂被移除并被质子(H+)替换而进入玻璃基材的深度。这一从玻璃基材的表面延伸到一定深度的区域被称为表面浸出层。作为示例而非限制，表面浸出层的厚度可以小于100nm，例如在10nm至20nm之间、在10nm至30nm之间、在10nm至40nm之间、在10nm至50nm之间、在10nm至60nm之间、在10nm至70nm之间、在10nm至80nm之间、在10nm至90nm之间以及在10nm至100nm之间。该表面浸出层能够存在于每个暴露于蚀刻溶液的表面处，例如在玻璃基材的顶表面、底表面和孔的侧壁上。该表面浸出层，以及因此改性剂的缺失可通过二次离子质谱检测。应注意，表面浸出层不存在于由熔凝二氧化硅制造的经过蚀刻的玻璃基材中。
玻璃基材中的改性剂(例如K、Na、Ca和Mg)还可在由上述激光束形成的激光破坏位置处被耗尽。例如，如果孔是通过激光过程形成的，则相比于玻璃基材的其他区域，在激光钻取的孔附近将存在更少的改性剂。然而，在蚀刻过程期间，还从未被激光破坏的玻璃基材的表面移除改性剂。
应理解，本文所述的实施方式涉及具有孔的制品，所述孔具有所需的形态学属性，其尤其包括具有低粗糙度(Ra小于1μm)的内壁以及小于200nm的围绕孔的开口的凹陷深度D凹陷。具有低的内壁表面粗糙度的孔允许增加导电材料与内壁之间的粘附性。这提供了高的热稳定性以及高频率下的极优良的电损耗。围绕孔的开口的小的凹陷深度D凹陷通过最大程度地减少表面为波状时存在的镀覆、涂覆和结合问题而增加了下游工艺(例如重布层施加工艺)的可靠性。
本公开的实施方式还涉及激光钻取和蚀刻的方法，所述方法使得到的制品具有所需形态的孔。特别地，实施方式涉及激光线聚焦方法和冲击激光钻取方法，所述激光线聚焦方法能够迅速形成通过制品的激光破坏区域或导孔，所述冲击激光钻取方法能够产生具有最小横向微裂纹的激光钻取的孔。具有约1μm/分钟至约10μm/分钟的蚀刻速率以及在1.0至2.0之间的高pH值的蚀刻溶液打开了由上述两种方法中的一种制造的激光钻取的孔，使得所述孔具有表面粗糙度低的内壁以及围绕孔开口的小的凹陷深度D凹陷。具有本文所述的所需孔形态学的制品(例如玻璃制品)例如可以用作半导体装置(例如RF天线)中的中介层。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (29)

1.一种制品，其包括：
玻璃基基材，其包括第一表面、第二表面、以及从第一表面延伸的至少一个孔，其中：
所述至少一个孔包括内壁，所述内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm；
所述至少一个孔在第一表面处存在具有第一直径的第一开口；
基于玻璃基基材的平均厚度，第一平面由玻璃基基材的第一表面限定；并且
凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007，其中，从第一平面到所述至少一个孔的第一开口处的第一表面测量凹陷深度。
2.如权利要求1所述的制品，其中：
所述至少一个孔是从第一表面延伸到第二表面的穿孔，使得具有第二直径的第二开口存在于第二表面上；
基于玻璃基基材的平均厚度，第二平面由玻璃基基材的第二表面限定；并且
第二凹陷深度与所述至少一个孔的第二直径的比值小于或等于0.007，其中，从第二平面到所述至少一个孔的第二开口处的第二表面测量第二凹陷深度。
3.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中，凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.005。
4.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中，内壁的表面粗糙度Ra在0.1μm至1μm的范围内。
5.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中，所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm。
6.如前述权利要求中任一项所述的制品，其中：
所述至少一个孔是穿孔，使得所述至少一个孔在第二表面上存在具有第二直径的第二开口；
第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm；
所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm；
第一直径和第二直径各自在5μm至250μm的范围内；并且
玻璃基基材的平均厚度与第一直径和第二直径中的至少一者的纵横比在1:1至15:1的范围内。
7.如权利要求6所述的制品，其中：
所述至少一个孔包含具有腰部直径的腰部；并且
所述至少一个孔的腰部直径大于或等于第一直径和第二直径中的最大者的80％。
8.如权利要求6所述的制品，其中：
所述至少一个孔包含具有腰部直径的腰部；并且
所述腰部直径在第一直径和第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
9.一种制品，其包括：
玻璃基基材，其包括第一表面、第二表面、以及从第一表面和第二表面中的至少一者延伸的至少一个孔，其中：
所述至少一个孔包括内壁，所述内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm；
所述至少一个孔包含在第一表面处的具有第一直径的第一开口；并且
第一直径在5μm至250μm的范围内。
10.如权利要求9所述的制品，其中，内壁的表面粗糙度Ra小于或等于0.3μm。
11.如权利要求9或10所述的制品，其中，所述至少一个孔的第一直径在5μm至100μm的范围内。
12.一种半导体封装件，其包括：
如前述权利要求中任一项所述的制品，所述制品在所述至少一个孔中设置有导电材料；和
半导体装置，其与设置在所述至少一个孔中的导电材料电耦合。
13.一种在基材中形成孔的方法，所述方法包括：
向基材施加脉冲激光束以在基材中形成至少一个激光破坏区域；以及
在液体蚀刻溶液中蚀刻基材，以扩大所述至少一个激光破坏区域，从而在基材中形成至少一个孔，使得：
所述至少一个孔包括内壁，所述内壁的表面粗糙度Ra小于或等于1μm；
所述至少一个孔包含具有第一直径的第一开口，其存在于基材的第一表面上；和
凹陷深度与所述至少一个孔的第一直径的比值小于或等于0.007，其中，从第一平面到所述至少一个孔的第一开口处的第一表面测量凹陷深度，并且第一平面基于基材的平均厚度由基材的第一表面限定。
14.如权利要求13所述的方法，其中，液体蚀刻溶液的pH在1.0至2.0的范围内，并且液体蚀刻溶液提供小于约4μm/分钟的蚀刻速率。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，对基材进行蚀刻还包括向液体蚀刻溶液施加超声搅拌，所述超声搅拌的频率在40kHz至192kHz的范围内。
16.如权利要求13-15中任一项所述的方法，其中：
液体蚀刻溶液包含1.5M HF和1.6M HNO3；
液体蚀刻溶液的温度在10℃至30℃的范围内；并且
向液体蚀刻溶液施加超声搅拌，所述超声搅拌的频率在40kHz至192kHz的范围内。
17.如权利要求13-16中任一项所述的方法，其中，向基材施加脉冲激光束还包括：
将牺牲覆盖层固定于基材的表面；
相对于基材将激光束定位在预定位置中并且使该位置对应于所述至少一个孔的所需位置；
通过在预定位置处反复脉冲激光束而在牺牲覆盖层中形成所述至少一个激光破坏区域；以及
将激光束脉冲到在预定位置处的牺牲覆盖层中形成的穿孔中，从而在基材中形成所述至少一个破坏区域。
18.如权利要求17所述的方法，其中，激光束的数值孔径在约0.02至约0.4之间，并且激光束的聚焦位置在牺牲覆盖层的表面的约100μm内。
19.如权利要求18所述的方法，其中，激光束的波长为约355nm，激光束的脉冲宽度在约5ns至约75ns之间，激光束以约1kHz至约30kHz的重复率脉冲，并且激光束的脉冲能在约25μJ至约175μJ之间。
20.如权利要求13-19中任一项所述的方法，其中，向基材施加脉冲激光束还包括：通过将脉冲激光束聚焦成沿着光束传播方向取向的激光束焦线，并将激光束焦线引导到基材中，来形成破坏迹线，所述破坏迹线将所述至少一个激光破坏区域限定到基材中。
21.如权利要求20所述的方法，其中，激光束焦线延伸通过基材的整个本体。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中，脉冲激光束包含一系列脉冲串，每个激光束包含一系列的脉冲。
23.如权利要求22所述的方法，其中：
每个脉冲串中的脉冲数目在10至20的范围内；并且
每个脉冲串的平均能量在100μJ至200μJ的范围内。
24.如权利要求13-23中任一项所述的方法，其中，内壁的表面粗糙度Ra在0.1μm至1μm的范围内。
25.如权利要求13-24中任一项所述的方法，其中，所述基材是玻璃基基材。
26.如权利要求13-25中任一项所述的方法，其中：
所述至少一个孔是穿孔，使得在第二表面上存在具有第二直径的第二开口；
基于基材的平均厚度，第二平面由基材的第二表面限定；并且
第二凹陷深度与所述至少一个孔的第二直径的比值小于或等于0.007，其中，从第二平面到所述至少一个孔的第二开口处的第二表面测量第二凹陷深度。
27.如权利要求13-26中任一项所述的方法，其中：
所述基材是玻璃基基材；
所述至少一个孔是穿孔，使得在玻璃基基材的第二表面上存在具有第二直径的第二开口；
第一直径与第二直径之间的差小于或等于2μm；
所述至少一个孔的圆度小于或等于5μm；
第一直径和第二直径各自在5μm至250μm的范围内；并且
基材的平均厚度与第一直径和第二直径中的至少一者的纵横比在1:1至15:1的范围内。
28.如权利要求27所述的方法，其中：
所述至少一个孔包含具有腰部直径的腰部；并且
所述至少一个孔的腰部直径大于或等于第一开口的第一直径和第二开口的第二直径中的最大者的80％。
29.如权利要求27所述的方法，其中：
所述至少一个孔包含具有腰部直径的腰部；并且
所述腰部直径在第一开口的第一直径和第二开口的第二直径中的最大者的20％至100％的范围内。
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