JP2018108907A - ガラス板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔を有するガラス板であって、該貫通孔における導電性物質の充填性を高めることができる、ガラス板を提供する。【解決手段】貫通孔２を有するガラス板１であって、ガラス板１の厚みが、５０μｍ以上、２ｍｍ以下であり、貫通孔２の孔径が、５００μｍ以下であり、貫通孔２のテーパー角θが、８６度以上であることを特徴としている。【選択図】図２

Description

本発明は、貫通孔を有するガラス板及び該ガラス板の製造方法に関する。

貫通孔を有するガラス板の用途としては、例えば、ガラスインターポーザーが知られている。ガラスインターポーザーにおいては、ガラス板の貫通孔に導電性物質が充填されて用いられている。

下記の特許文献１には、貫通孔を有するガラス板の製造方法として、ガラス板にＣＯ_２レーザーを照射して貫通孔を形成する方法が開示されている。特許文献１では、ガラス板の上に開口部を有する金属膜を載置した状態で、該開口部内に露出するガラス板にＣＯ_２レーザーが照射されている。それによって、テーパー度合いの小さい貫通孔が形成できるとされている。

特開２０１６−７８０３８号公報

しかしながら、特許文献１のガラス板では、貫通孔のテーパー度合いを十分に小さくすることができなかった。そのため、特許文献１のガラス板をガラスインターポーザーなどに用いた場合には、貫通孔における導電性物質の充填性が十分でなかった。

特に、近年、２．５Ｄ実装や３Ｄ実装のガラスインターポーザーが検討されており、貫通孔の孔径がより小さくなる傾向にあるため、貫通孔における導電性物質の充填性を高めることが益々求められている。

本発明の目的は、貫通孔を有するガラス板であって、該貫通孔における導電性物質の充填性を高めることができる、ガラス板及び該ガラス板の製造方法を提供することにある。

本発明に係るガラス板は、貫通孔を有するガラス板であって、前記ガラス板の厚みが、５０μｍ以上、２ｍｍ以下であり、前記貫通孔の孔径が、５００μｍ以下であり、前記貫通孔のテーパー角が、８６度以上であることを特徴としている。

本発明に係るガラス板は、前記ガラス板が、ガラス板本体と、前記ガラス板本体上に設けられた樹脂層とを備えることが好ましい。

本発明に係るガラス板は、前記ガラス板本体の厚みが、５００μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係るガラス板は、前記貫通孔の孔径が、１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係るガラス板は、インターポーザーとして用いることが好ましい。

本発明に係るガラス板の製造方法は、貫通孔を有するガラス板の製造方法であって、支持台の上に、ガラス板を載置して固定する工程と、前記支持台の上に固定された前記ガラス板に、パルスレーザーを照射することにより、前記ガラス板に貫通孔を形成する工程と、を備え、前記パルスレーザーを照射するに際し、目的とする前記貫通孔の形状に沿って前記パルスレーザーを走査することを特徴としている。

本発明に係るガラス板の製造方法は、前記パルスレーザーの波長が、１０００ｎｍ以上であることが好ましい。

本発明に係るガラス板の製造方法は、前記パルスレーザーが、フェムト秒レーザーであることが好ましい。

本発明に係るガラス板の製造方法は、前記ガラス板が、ガラス板本体と、前記ガラス板本体の主面上に設けられた樹脂層とを備え、前記ガラス板の前記樹脂層側からパルスレーザーを照射することが好ましい。

本発明によれば、貫通孔を有するガラス板であって、該貫通孔における導電性物質の充填性を高めることができる、ガラス板を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガラス板を示す模式的平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係るガラス板の製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、パルスレーザーの走査方法を説明するために、ガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。 ガラスインターポーザーを用いたデバイスの一例を示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガラス板を示す模式的平面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。

図１に示すように、ガラス板１は、複数の貫通孔２を有する。貫通孔２は、図２に示すガラス板１の第１の主面１ａから第２の主面１ｂに至るように設けられている。なお、ガラス板１の第１及び第２の主面１ａ，１ｂは、互いに対向するように設けられている。

本実施形態において、ガラス板１は、ガラス板本体３及び第１の樹脂層４を備える。ガラス板本体３上に、第１の樹脂層４が設けられている。なお、ガラス板本体３は、ガラス板１の第２の主面１ｂ側に設けられている。第１の樹脂層４は、ガラス板１の第１の主面１ａ側に設けられている。

ガラス板１の厚みは、５０μｍ以上、２ｍｍ以下である。貫通孔２の孔径は、５００μｍ以下である。貫通孔２のテーパー角θは、８６度以上である。なお、図２において、テーパー角θは、ガラス板１の第２の主面１ｂと、内側面１ｃとのなす角である。内側面１ｃは、ガラス板１において、貫通孔２に望む側面である。また、貫通孔２の孔径は、第１の主面１ａにおける貫通孔２の孔径Ｄ１と、第２の主面１ｂにおける貫通孔２の孔径Ｄ２との双方が、上記範囲内にあることが望ましい。

本実施形態においては、貫通孔２のテーパー角θが、８６度以上であるため、貫通孔２に導電性物質を充填する際に、導電性物質の充填性を高めることができる。貫通孔２における導電性物質の充填性を高めることができるので、ガラス板１は、ガラスインターポーザーなどの用途に好適に用いることができる。特に、貫通孔２の孔径が５００μｍ以下と小さい場合においても導電性物質の充填性を高めることができるので、２．５Ｄ実装や３Ｄ実装のガラスインターポーザーに、より一層好適に用いることができる。

本実施形態のガラス板１は、貫通孔２を１ｃｍ^２あたり１０００個以上有している。ガラス板１は、貫通孔２を１ｃｍ^２あたり５０００個以上有していることが好ましく、１００００個以上有していることがより好ましい。貫通孔２は、一般に、１ｃｍ^２あたり３００００個以下である。

貫通孔２の孔径は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下である。貫通孔２の孔径が上記上限以下である場合、ガラスインターポーザーなどの用途に、より一層好適に用いることができる。なお、貫通孔２の孔径は、一般に、５０μｍ以上である。なお、貫通孔２のピッチは、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ〜２００μｍ、さらに好ましくは２５μｍ〜５０μｍである。本明細書において、貫通孔２のピッチは、互いに隣接する貫通孔２の中心間の距離である。

貫通孔２のテーパー角θは、好ましくは８７度以上、より好ましくは８８度以上、さらに好ましくは８９度以上、特に好ましくは９０度である。貫通孔２のテーパー角θが、上記下限以上又は９０度である場合、貫通孔２における導電性物質の充填性をより一層高めることができる。

また、ガラス板１の厚みは、好ましくは、７５μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは４００μｍ以下、さらに好ましくは２５０μｍ以下である。ガラス板１の厚みが上記下限以上である場合、より一層割れ難くなる。また、ガラス板１の厚みが上記上限以下である場合、ガラス板１をガラスインターポーザーとして用いたデバイスなどにおいて、より一層の低背化を図ることができる。

本実施形態において、ガラス板本体３の厚みは、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは１５０μｍ以下である。ガラス板本体３の厚みが上記上限以下である場合、ガラス板１をガラスインターポーザーとして用いたデバイスなどにおいて、より一層の低背化を図ることができる。ガラス板本体３の厚みは、一般に１０μｍ以上である。

ガラス板本体３の材料は、特に限定されないが、例えば、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。また、強化ガラスとして用いられるアルミノシリケートガラスであってもよい。

第１の樹脂層４の厚みは、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは６０μｍ以上である。第１の樹脂層４の厚みが上記下限以上である場合、ガラス板本体３がより一層割れ難くなる。第１の樹脂層４の厚みは、一般に１５０μｍ以下である。

なお、図２に示すように、第１の樹脂層４は、光学粘着フィルム４ａ上にＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）４ｂが積層されることにより構成されている。もっとも、ＰＥＴフィルム４ｂの代わりに他の樹脂フィルムを用いてもよい。他の樹脂フィルムとしては、アクリルフィルムなどが挙げられる。光学粘着フィルム４ａの代わり他の粘着剤を用いてもよいし、粘着剤を用いなくてもよい。また、第１の樹脂層４は、塗膜であってもよい。

次に、ガラス板１の製造方法について説明する。

ガラス板の製造方法；
図３は、本発明の第１の実施形態に係るガラス板の製造方法の一例を示す模式的断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、ガラス板本体３上に第１の樹脂層４が設けられたガラス板１を用意し、ガラス板１を支持台１０の上に載置する。ガラス板１は、ガラス板本体３及びＰＥＴフィルム４ｂを、光学粘着フィルム４ａを介して貼り合わせることにより用意することができる。また、ガラス板１を支持台１０の上に載置するに際しては、液体層１１を介在させて載置する。

次に、図３（ｂ）に示すように、液体層１１を冷却して凝固させ、凝固層１２にすることにより、凝固層１２を介してガラス板１を支持台１０の上に固定する。例えば、液体層１１として水を用いる場合、液体層１１の温度を０℃以下まで冷却することにより液体層１１を凝固することができる。０℃より高い温度で液体層１１を凝固させたい場合には、凝固点が０℃より高い液体（例えば、アントラニル酸メチル、ミリスチン酸メチル、ジメチルスルホキシド等）を用いて液体層１１を形成すればよい。なお、液体層１１を凝固させる方法として、例えば、支持台１０として、ペルチェ素子等を用いて、液体層１１を冷却して凝固させてもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、凝固層１２により支持台１０の上に固定されたガラス板１に、パルスレーザー１３を照射して、ガラス板１に貫通孔２を形成する。パルスレーザー１３を照射する際には、目的とする貫通孔２の平面形状に沿ってパルスレーザー１３を走査させ、描画する。より具体的には、パルスレーザー１３を図４（ａ）に示す位置から、目的とする貫通孔２の平面形状に沿って操作させ、図４（ｂ）に示す位置まで描画する。続いて、パルスレーザー１３を図４（ｂ）に示す位置から、目的とする貫通孔２の平面形状に沿って走査させ、図４（ａ）に示す位置まで描画する。この操作を少なくとも１回以上行うことにより、ガラス板１に貫通孔２を形成する。

パルスレーザー１３を照射している間は、凝固層１２の凝固状態を維持することが好ましい。

パルスレーザー１３の波長は、１０００ｎｍ以上であることが好ましく、１３００ｎｍ以上であることがより好ましく、１５００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。パルスレーザー１３の波長の上限値は、特に限定されるものではないが、２０００ｎｍ程度であることが一般的である。

パルスレーザー１３は、１０ピコ秒以下のパルスレーザーであることが好ましく、より好ましくは、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーであり、特に好ましくは、フェムト秒レーザーである。このようなパルス幅の小さいレーザーを用いることにより、多光子吸収現象を生じさせ、周辺部分に熱を拡散させることなくアブレーション加工することができる。

ガラス板１に所定の個数の貫通孔２を形成した後、図３（ｄ）に示すように、凝固層１２の温度を上昇させて凝固層１２を融解して液体層１１にする。液体層１１にした後、貫通孔２が形成されたガラス板１を支持台１０から取り外す。液体層１１の厚みは、使用する液体に応じて適宜調整される。凝固層１２にしたときに、ガラス板１を固定することができ、液体層１１にしたときに、ガラス板１を取り外すことができるような厚みであればよい。

本実施形態の製造方法の特徴は、目的とする貫通孔２の平面形状に沿ってパルスレーザー１３を走査させ、描画することによってガラス板１に貫通孔２を形成することにある。このような製造方法により得られた貫通孔２においては、テーパー角θを８６度以上にすることができる。そのため、貫通孔２に導電性物質を充填する際に、導電性物質の充填性を高めることができる。また、貫通孔２における導電性物質の充填性を高めることができるので、得られたガラス板１は、ガラスインターポーザーなどに好適に用いることができる。

また、本実施形態の製造方法においては、ガラス板１の第１の樹脂層４側からパルスレーザー１３を照射することが好ましい。ガラス板１側からパルスレーザー１３を照射すると孔がガラス板１を貫通する際に、レーザーの衝撃により第１の樹脂層４に気泡が生じ、孔が精度よく加工できない場合があるが、第１の樹脂層４側からパルスレーザー１３を照射することで、レーザーの衝撃により第１の樹脂層４に気泡が生じるのをより一層確実に防止することができる。

なお、本実施形態の製造方法では、液体層１１を凝固させることによりガラス板１を支持台１０上に固定する方法を説明したが、これに限定されるものではなく、他の方法によりガラス板１を支持台１０に固定してもよい。また、ガラス板１を支持台１０に固定せずに、パルスレーザー１３を照射してもよい。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。

図５に示すように、ガラス板２１では、ガラス板本体３の第１の樹脂層４とは反対側の主面３ａ上に、第２の樹脂層５が積層されている。第２の樹脂層５は、光学粘着フィルム５ａ上にＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）５ｂが積層されることにより構成されている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

ガラス板２１においても、貫通孔２のテーパー角θが、８６度以上であるため、貫通孔２に導電性物質を充填する際に、導電性物質の充填性を高めることができる。また、貫通孔２における導電性物質の充填性を高めることができるので、ガラス板２１は、ガラスインターポーザーなどの用途に好適に用いることができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るガラス板における貫通孔部分を拡大して示す模式的断面図である。

図６に示すように、ガラス板３１では、第１の樹脂層４が設けられていない。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

ガラス板３１においても、貫通孔２のテーパー角θが、８６度以上であるため、貫通孔２に導電性物質を充填する際に、導電性物質の充填性を高めることができる。また、貫通孔２における導電性物質の充填性を高めることができるので、ガラス板３１は、ガラスインターポーザーなどの用途に好適に用いることができる。

第１〜第３の実施形態で示すように、本発明においては、ガラス板本体の片面又は両面に樹脂層が設けられていてもよいし、樹脂層が設けられていなくてもよい。樹脂層を設けることによりガラス板本体の厚みを薄くした場合においても、ガラス板本体をより一層割れ難くすることができる。

（ガラスインターポーザー）
図７は、ガラスインターポーザーを用いたデバイスの一例を示す模式的断面図である。本発明のガラス板は、上述のように、ガラスインターポーザーとして用いることができるものである。図７は、ガラスインターポーザー４１の使用例を示している。図７に示すように、プリント基板５０の上には、貫通電極５１が設けられており、貫通電極５１は、ガラスインターポーザー４１の貫通孔４２に通されている。貫通孔４２に通されている貫通電極５１は、ガラスインターポーザー４１の上に搭載された積層半導体６０の貫通電極６１に接続されている。

上記実施形態においては、本発明における貫通孔を有するガラス板を、ガラスインターポーザーとして用いることについて説明しているが、本発明における貫通孔を有するガラス板の用途は、これに限定されるものではなく、その他の用途にも用いることができる。

具体的には、本発明のガラス板は、複数の貫通孔を所望の大きさ、ピッチで精度良く形成されており、耐熱性にも優れ、乾熱滅菌処理等の熱処理を施しても繰り返し使用することができるため、例えば、医療用途において、細胞浮遊液から所望のサイズの細胞を、高精度で、効率良く分離・抽出するためのフィルターとしても用いることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（実施例）
実施例においては、まず、ガラス板本体３としてのガラスフィルム（日本電気硝子社製、商品名「ＯＡ−１０Ｇ」，厚み：１５０μｍ）に、光学粘着フィルム４ａ（厚み：２５μｍ）を介して、ＰＥＴフィルム４ｂ（厚み：３８μｍ）を貼り合わせ、ガラス板１を用意し、支持台の上に固定した。次に、支持台の上に固定されたガラス板１の第１の樹脂層４側からフェムト秒レーザーを照射することにより、ガラス板１に貫通孔２を形成した。なお、フェムト秒レーザーを照射するに際には、目的とする貫通孔２の形状に沿ってフェムト秒レーザーを走査させた。得られたガラス板１において、第１の主面１ａにおける貫通孔２の孔径Ｄ１、第２の主面１ｂにおける貫通孔２の孔径Ｄ２、及びテーパー角θを測定した。なお、貫通孔２の孔径Ｄ１及びＤ２は、デジタルマイクロスコープを用いて第１及び第２の主面１ａ，１ｂの表面形状を観察し、それぞれランダムに選んだ１０個の貫通孔２における孔径の平均値から求めた。また、テーパー角θは、ガラス板本体３の厚みをｔとし、この厚みｔと、貫通孔２の孔径Ｄ１及びＤ２とから、下記式（１）により算出した。

テーパー角θ＝ｔａｎ^−１［２ｔ／（Ｄ１−Ｄ２）］…式（１）

結果を下記の表１に示す。

１，２１，３１…ガラス板
１ａ，１ｂ…第１，第２の主面
１ｃ…内側面
２…貫通孔
３…ガラス板本体
３ａ…主面
４，５…第１，第２の樹脂層
４ａ，５ａ…光学粘着フィルム
４ｂ，５ｂ…ＰＥＴフィルム
１０…支持台
１１…液体層
１２…凝固層
１３…パルスレーザー
４１…ガラスインターポーザー
４２…貫通孔
５０…プリント基板
５１…貫通電極
６０…積層半導体
６１…貫通電極

Claims (9)

1. 貫通孔を有するガラス板であって、
   前記ガラス板の厚みが、５０μｍ以上、２ｍｍ以下であり、
   前記貫通孔の孔径が、５００μｍ以下であり、
   前記貫通孔のテーパー角が、８６度以上である、ガラス板。
2. 前記ガラス板が、ガラス板本体と、前記ガラス板本体上に設けられた樹脂層とを備える、請求項１に記載のガラス板。
3. 前記ガラス板本体の厚みが、５００μｍ以下である、請求項２に記載のガラス板。
4. 前記貫通孔の孔径が、１００μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板。
5. インターポーザー用である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板。
6. 貫通孔を有するガラス板の製造方法であって、
   支持台の上に、ガラス板を載置して固定する工程と、
   前記支持台の上に固定された前記ガラス板に、パルスレーザーを照射することにより、前記ガラス板に貫通孔を形成する工程と、
   を備え、
   前記パルスレーザーを照射するに際し、目的とする前記貫通孔の形状に沿って前記パルスレーザーを走査する、ガラス板の製造方法。
7. 前記パルスレーザーの波長が、１０００ｎｍ以上である、請求項６に記載のガラス板の製造方法。
8. 前記パルスレーザーが、フェムト秒レーザーである、請求項６又は７に記載のガラス板の製造方法。
9. 前記ガラス板が、ガラス板本体と、前記ガラス板本体の主面上に設けられた樹脂層とを備え、前記ガラス板の前記樹脂層側からパルスレーザーを照射する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。

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