TW202032672A - 包含貫孔的裝置及用於製造貫孔的方法與材料 - Google Patents

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Abstract

一種裝置包含玻璃基板、複數個電子部件、金屬化層及複數個貫孔。複數個電子部件在玻璃基板之第一表面上。金屬化層在玻璃基板之與第一表面相對的第二表面上。複數個貫孔延伸穿過玻璃基板。至少一個貫孔與電子部件及金屬化層電連通。

Description

包含貫孔的裝置及用於製造貫孔的方法與材料
本申請案根據專利法主張於2019年7月19日申請之美國臨時申請案序號第62/876,131號及於2018年10月19日申請之美國臨時申請案序號第62/747,959號之優先權之權益，依據各案之內容並且將各案之內容以其全文引用方式併入本文。
本揭示案一般而言關於穿過玻璃貫孔(through glass via)。更具體而言，本揭示案關於用於電子裝置的雷射形成的穿過玻璃貫孔。
與液晶顯示器(LCD)及有機發光二極體(OLED)顯示器相比，微型發光二極體(microLED)顯示器可具有更高的亮度及更高的對比度。取決於特定的應用，微型LED顯示器可具有其他益處。為了實現高解析度及大面積顯示器，需要製造具有基於低溫多晶矽(LTPS)的主動矩陣背板或氧化物薄膜電晶體(TFT)的微型LED顯示器。顯示器配置可包含頂部發光的微型LED面板，而驅動器板位於顯示器背側。若這些顯示面板用於大面積的覆瓦狀(tiled)顯示應用中，則應以允許緊密的覆瓦與覆瓦間距（例如，覆瓦之間的間距小於100微米）的方式來製造兩個基板表面之間的電互連。
玻璃基板中的金屬化貫孔可用於將玻璃基板之第一側上的部件電互連至玻璃基板之第二側上的部件。在玻璃基板中有多種製造貫孔的方法。然而，這些方法主要專注於在薄玻璃（例如，小於0.3毫米）中及小的基板尺寸（例如，小於300毫米）上以高密度製造高品質貫孔。製造貫孔的一種方法利用雷射損傷及數小時的玻璃蝕刻製程。使用雷射損傷及數小時的玻璃蝕刻製程製造的貫孔具有幾乎垂直的側壁。為了能夠利用現有的大尺寸世代的顯示玻璃處理，貫孔應在厚度大於約0.3毫米的玻璃基板中製造。將貫孔的深寬比(aspect ratio)限制為5:1的近似值，對於直側壁結構，貫孔直徑將為約60微米。該60微米的直徑將在畫素(pixel)佈局內佔用大量空間。另外，使用已經針對中介層(interposer)或其他應用進行了最佳化的貫孔製造過程造成以較高成本的製程製造出過度設計的貫孔。可使用雷射在玻璃中產生穿過玻璃貫孔或微孔。然而，基於直接雷射燒蝕的微孔鑽孔產生不希望的碎屑，並且還在微孔周圍產生輪緣(rim)。
本揭示案之一些實施例關於一種裝置。裝置包含玻璃基板、複數個電子部件、金屬化層及複數個貫孔。複數個電子部件在玻璃基板之第一表面上。金屬化層在玻璃基板之與第一表面相對的第二表面上。複數個貫孔延伸穿過玻璃基板。至少一個貫孔與電子部件及金屬化層電連通。至少一個貫孔包含在第一表面處的第一直徑及在第二表面處的大於第一直徑的第二直徑，使得第二直徑與第一直徑的比率大於1.5:1。
本揭示案之其他實施例關於用於製造貫孔的方法。該方法包含在玻璃基板之第一表面上方施加第一凝膠層的步驟。該方法包含雷射燒蝕玻璃基板以形成穿過該玻璃基板的穿孔洞(via hole)使得來自雷射燒蝕的碎屑被捕捉在第一凝膠層中的步驟。該方法包含從第一表面移除第一凝膠層的步驟。
本揭示案之又其他實施例關於用於收集由於雷射燒蝕而產生的碎屑的材料。該材料包含第一溶液及第二溶液。第一溶液包含按重量計在水中5%至10%的聚乙烯醇(PolyVinyl Alcohol; PVA)。第二溶液包含按重量計在水中1%至10%的四硼酸鈉(Sodium Tetraborate)。
本揭示案之又其他實施例關於一種裝置。裝置包含玻璃基板、複數個電子部件、金屬化層及複數個貫孔。複數個電子部件在玻璃基板之第一表面上。金屬化層在玻璃基板之與第一表面相對的第二表面上。複數個貫孔延伸穿過玻璃基板。至少一個貫孔與電子部件及金屬化層電連通。至少一個貫孔至少部分地填充有絕緣、導電或半導電材料。
本文揭示的方法及材料可用於形成包含實質上無碎片且實質上無輪緣的雷射形成的穿過玻璃貫孔的裝置。藉由雷射燒蝕及凝膠層以收集碎屑並且防止在穿孔洞周圍形成輪緣，可快速並且有成本效益地製造穿孔洞。因此，可在不使用通常用於藉由雷射損傷及蝕刻製程形成的貫孔的有毒化學物質的情況下形成穿孔洞。可在相同的基板中形成不同形狀及尺寸的穿孔洞。亦可形成具有各種漸縮角(taper angle)的穿孔洞。另外，可在基板上製造其他部件（例如，電子部件）之前或之後形成穿孔洞。可重新使用在雷射燒蝕期間用於收集碎屑並且使輪緣形成最小化的凝膠層。
另外的特徵及優點將於以下的實施方式中記載，並且部分地對於熟習此項技術者而言從該實施方式將為顯而易見的，或藉由實踐本文所述的實施例而認知，本文包含以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應理解，前述一般性描述及以下實施方式兩者僅為示例性的，並且欲提供用於理解申請專利範圍之本質及特性的概要或架構。本文包含附圖以提供進一步理解，並且附圖併入此說明書中且構成此說明書之部分。圖式繪示一或更多個實施例，且圖式與說明一起用以解釋各種實施例之原理及操作。
現將詳細參照本揭示案之實施例，實施例之實例繪示於附圖中。在圖式各處將儘可能使用相同的元件符號來指稱相同或類似的部件。然而，本揭示案可以許多不同的形式來實現，並且不應被解釋為限於本文記載的實施例。
在本文中可將範圍表示為從「約」一個特定值，及/或至「約」另一個特定值。當表示上述範圍時，另一個實施例包含從該個特定值及/或至該另一個特定值。類似地，當藉由使用先行詞「約」將數值表示為近似值時，將理解該特定值形成另一個實施例。將進一步理解，每個範圍之端點關於另一個端點皆為有意義的並且獨立於該另一個端點。
本文使用的方向性用語──例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部、垂直、水平──僅為參照所繪製的圖式而作出，而不欲暗示絕對定向。
除非另外明確說明，否則本文記載的任何方法決不欲解釋為要求以特定順序實行該方法的步驟，亦無要求以任何設備、特定的定向來實行。因此，當方法請求項實際上並未敘述該方法的步驟所要遵循的順序時，或當任何設備請求項實際上並未敘述對個別部件的順序或定向時，或當在申請專利範圍或說明中並未另外特定說明步驟將限於特定的順序時，或當並未敘述對設備之部件的特定順序或定向時，決不欲在任何態樣中推斷順序或定向。此適用於任何可能的非表達的解釋依據，包含：關於步驟之安排、操作流程、部件之順序或部件之定向之邏輯事項；自語法組織或標點符號得到的簡單含義，以及；說明書中描述的實施例之數量或類型。
如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數指示物。因此，例如，除非上下文另有明確指示，否則對「一」部件的參照包含具有兩個或多於兩個上述部件的態樣。
與中介層或其他應用相比，在顯示應用中，基板可能更大，玻璃可能更厚，可使用相對較少的貫孔，並且某些貫孔的要求可放寬。例如，對於邊緣尺寸大於約100、200、300、400、500、700、1000或2000毫米的玻璃基板；玻璃厚度可小於約2、1、0.7、0.6、0.5、0.4或0.3毫米。玻璃基板邊緣尺寸與玻璃厚度之這些組合可能增加對貫孔直徑的限制，並且增加畫素佈局內放置之挑戰。儘管將基板描述為玻璃，但在某些示例性實施例中，基板可為陶瓷或玻璃陶瓷材料。在其他實施例中，基板可包含實質上類似或不同材料的多層。
因此，本文揭示了可用於顯示器的玻璃電子基板。隨著顯示解析度提高，用以容納發射體、TFT、導線及其他部件的畫素內的面積更小。因此，畫素內部件之大小應最小化。另外，對於頂部發光的覆瓦式(tiled)顯示器，可在基板頂表面與背表面之間使用電互連。以頂部發光的微型LED顯示器為例，應將玻璃基板之頂部上的微型LED及TFT矩陣（例如，LTPS、氧化物、非晶矽或有機半導體）與位於玻璃基板下方的驅動板電互連。電貫孔可提供這種互連能力。這些貫孔應具有最小尺寸及高度對齊的放置，以適於高解析度顯示畫素之擁擠的佈局內。典型的畫素在垂直或水平方向上可具有小於約1毫米或小於約700、500、400、300或200微米的畫素間距。儘管具體提及TFT主動矩陣，但對小直徑高對齊貫孔的需求亦適用於被動矩陣及直接驅動器配置。使用本文揭示的貫孔及貫孔製造過程的顯示應用或其他應用造成比先前的製造過程更快的生產量及更低的成本。儘管以微型LED顯示器為例進行討論，但其他應用可包含液晶顯示器、OLED顯示器及非顯示裝置。
現參照第1圖，描繪了示例性裝置100之剖面圖。裝置100包含玻璃基板102、複數個電子部件104、金屬化層105及複數個貫孔106。在某些示例性實施例中，裝置100為顯示裝置，並且複數個電子部件104包含複數個薄膜電晶體。在其他實施例中，裝置100為非顯示裝置，並且電子部件大體可存在於兩個基板表面上。複數個電子部件104在玻璃基板102之第一表面108上。金屬化層105在玻璃基板102之與第一表面108相對的第二表面110上。複數個貫孔106延伸穿過玻璃基板102。每個貫孔106與金屬化層105電連通並且經由導體112與電子部件104電連通。在其他實施例中，貫孔106可與電子部件104直接實體接觸。亦可能存在不與金屬化層電連通的貫孔結構。貫孔可與表面上最近的電子部件距離約500、200、100、50、20或10微米內。每個貫孔106包含在第一表面108處的第一直徑及在第二表面110處的大於第一直徑的第二直徑，如以下將參照第2A圖~第3B圖更詳細地描述。每個貫孔106可從第二表面110至第一表面108漸縮(tapered)。因此，每個貫孔106在第一表面108處的直徑小於在第二表面110處的直徑。每個貫孔106在第一表面108處的直徑較小，這與非漸縮的貫孔相比，允許電子部件104之間的間距減小。如此一來，可將貫孔106精確地放置在擁擠的高解析度顯示背板內。
玻璃基板102可例如在第一表面108與第二表面110之間具有約0.3毫米或更大的厚度。每個貫孔106可包含在第一表面108與第二表面110之間的直線側壁116。每個貫孔106可包含在貫孔之側壁116上的共形導電層114（例如，Cu）。共形導電層114可形成在第一表面108處被夾止(pinched off)的圓錐形。共形導電層114可藉由減少導電材料114與玻璃基板102之不同的熱膨脹之效應來實現與高溫裝置處理的相容性。在其他實施例中，每個貫孔106可由導電材料完全地填滿。
每個貫孔106之共形導電層114可能夠承受住更高的溫度偏移，而沒有由於完全地填滿導電材料的貫孔所觀察到的失效。例如，完全地填滿的貫孔可能遭受在貫孔周圍的玻璃中的應力破裂以及導電材料從貫孔中衝出的問題。這是由於導電材料與周圍玻璃之間的熱膨脹不匹配。若貫孔被共形地填充並且在一端被夾止，則貫孔可能夠承受住熱偏移，例如，大於約攝氏300、400、500或600度。每個貫孔106之共形導電層114可在每個貫孔之側壁116上具有小於約50、20、10、5、2或1微米的厚度。
在某些示例性實施例中，每個貫孔106可在每個貫孔之側壁116上的共形導電層114內填充有材料118。無論為絕緣的、導電的或是半導電的，材料118亦可具有大於每攝氏度約百萬分之20、15、10或5的熱膨脹係數。填充每個貫孔106的材料118可使製程污染最小化、提供機械支撐或提供其他效果。例如，可將溶膠-凝膠材料用於材料118。溶膠-凝膠材料可與LTPS、氧化物、非晶矽或有機TFT處理相容。溶膠-凝膠材料亦可承受住大於約攝氏300、400、500或600度的熱偏移。在某些示例性實施例中，材料118可能並非如第1圖所示完全地填滿貫孔。按體積計，每個貫孔之側壁116上的共形導電層114之間的材料118可將開口填充大於約10%、20%、50%、80%、90%、95%或99%。材料118亦可延伸超過貫孔之表面開口。亦可使用另外適合的材料118，包含但不限於玻璃、玻璃陶瓷或熱膨脹係數小於、大於或等於相鄰基板102的其他適合的材料。
第2A圖及第2B圖分別為示例性穿孔洞200a及200b之剖面圖。穿孔洞200a及200b分別形成穿過包含第一表面108及第二表面110的玻璃基板102。穿孔洞200a及200b從第二表面110至第一表面108漸縮，並且包含在第一表面108與第二表面110之間的直線側壁116a。總體上，穿孔洞200a及200b可具有平截頭體(frustum)形狀。穿孔洞200a包含在第一表面108處的第一直徑202a及在第二表面110處的大於第一直徑202a的第二直徑204a。同樣地，穿孔洞200b包含在第一表面108處的第一直徑202b及在第二表面110處的大於第一直徑202b的第二直徑204b。然而，對於穿孔洞200b，第一直徑202b及第二直徑204b分別大於穿孔洞200a之第一直徑202a及第二直徑204a。在其他實施例中，穿孔洞200a及200b可具有對於每個穿孔洞相似的一個直徑及對於每個穿孔洞不同的另一個直徑。
第一直徑202a或202b可在裝置側（即，玻璃基板102之第一表面108）上，並且例如小於約100、50、40、30、20或10微米。反之，玻璃基板110之第二側110上的第二直徑204a或204b可具有例如大於約50、100、150或200微米的直徑。在某些實施例中，第二直徑204a及204b與第一直徑202a及202b之比率分別可為例如大於約1.5:1、2:1、5:1、10:1或15:1。玻璃基板102之厚度與第一直徑202a或202b的比率可為例如大於約2:1、5:1、10:1、20:1或50:1。第2A圖及第2B圖中所示的貫孔形狀與用於中介層及其他應用（即，具有垂直側壁的貫孔）的貫孔形狀相反。當然，第2A圖及第2B圖中所示的貫孔形狀可為其他適合的形狀，如圓柱形狀（例如，參見第2C圖）或沙漏形狀（例如，參見第2D圖）。
玻璃基板102之第一表面108處的較小的第一直徑202a及202b使得能夠在高解析度顯示器之擁擠的畫素佈局內有效地整合。在玻璃基板102之第二表面110處的較大的第二直徑204a及204b使得能夠有效地金屬化並且放寬背側圖案化設計規則。一般而言，貫孔200a及200b之結構允許在玻璃基板之需要精確的畫素佈局及整合的側上使用較小的貫孔尺寸，而在玻璃基板之受益於放寬的對齊公差(tolerance)的側上允許較大的貫孔尺寸。用於顯示或非顯示應用的某些裝置設計可能在相同的基板表面上具有直徑小的貫孔的最有效的佈局。其他設計可受益於在一個基板表面上具有一些直徑較小的貫孔，以及在另一個基板表面上具有直徑小的其他貫孔。
可將穿孔洞200a及200b放置在例如與用於純電連接的部件以外的電子部件相距小於約100、50、20或10微米的位置。例如，電子部件可包含TFT、電容器、電感器、積體電路(IC)或其他部件。較小的第一直徑202a及202b使得其能夠緊密接近其他部件。
在某些示例性實施例中，具有不同尺寸的穿孔洞200a及200b兩者皆可形成在單一玻璃基板102中，如在第1圖之裝置100中。例如，裝置100之複數個貫孔106之第一部分之每個貫孔可具有比裝置100之複數個貫孔106之第二部分之每個貫孔更大的尺寸。在其他實施例中，單一玻璃基板102可包含三個或更多個具有不同尺寸的穿孔洞。這與單一基板內的典型貫孔相反，在其中由於在所有貫孔位置皆經歷類似的蝕刻條件的情況下使用的典型雷射損傷及蝕刻製程，貫孔皆具有相同的尺寸。然而，在本揭示案中，由於可在相同的形成階段在單一基板上形成具有不同直徑的貫孔，因此貫孔的直徑可跨基板變化，而無需經歷顯著的製程步驟的增加。例如，在單一玻璃基板內較小直徑的貫孔可經形成用以承載資料訊號，而較大直徑的貫孔可經形成用以承載較高的電流驅動功率。
第3A圖及第3B圖分別為示例性穿孔洞300a及300b之剖面圖。穿孔洞300a及300b分別形成穿過包含第一表面108及第二表面110的玻璃基板102。穿孔洞300a及300b從第二表面110至第一表面108漸縮，並且包含在第一表面108與第二表面110之間的彎曲的側壁116b。穿孔洞300a包含在第一表面108處的第一直徑302a及在第二表面110處的大於第一直徑302a的第二直徑304a。同樣地，穿孔洞300b包含在第一表面108處的第一直徑302b及在第二表面110處的大於第一直徑302b的第二直徑304b。然而，對於穿孔洞300b，第一直徑302b及第二直徑304b分別大於穿孔洞300a之第一直徑302a及第二直徑304a。在其他實施例中，穿孔洞300a及300b可具有對於每個穿孔洞相似的一個直徑及對於每個穿孔洞不同的另一個直徑。在某些示例性實施例中，穿孔洞300及300b兩者皆可形成在單一玻璃基板102中，如在第1圖之裝置100中。
彎曲的側壁116b在金屬化及貫孔填充製程期間可能有利於迫使導電材料之橋接發生在較小的第一直徑302a及302b表面處。這種橋接可自然地產生在玻璃基板102之第一表面108處夾止的貫孔。第一直徑302a及302b以及第二直徑304a及304b之尺寸可分別類似於如先前參照第2A圖及第2B圖所描述的第一直徑202a及202b以及第二直徑204a及204b之尺寸。在某些示例性實施例中，在單一基板內可存在具有不同側壁幾何形狀的貫孔。例如，直線漸縮、非直線漸縮、直線垂直、非直線垂直或其他具有相同或不同直徑的貫孔剖面幾何形狀可存在於相同的基板內。這些貫孔可沿相同方向定向，或亦可相反定向。
第4A圖~第4C圖為繪示用於在玻璃基板之一側上使用凝膠層來製造穿孔洞的示例性方法的剖面圖。第4A圖為玻璃基板102及凝膠層400之剖面圖。凝膠層400施加在玻璃基板102之第一表面108上方。在某些示例性實施例中，施加凝膠層400的步驟可包含將凝膠層400噴塗至玻璃基板102之第一表面108。在其他實施例中，施加凝膠層400的步驟可包含將凝膠層400旋塗至玻璃基板102之第一表面108。可將凝膠層400施加至約0.5毫米或更大的厚度。凝膠層400在玻璃基板102之第一表面108上提供臨時保護塗層，以在雷射燒蝕製程期間保護第一表面108（第4B圖）。凝膠層400用於收集在雷射燒蝕期間產生的碎屑，並且使在雷射燒蝕期間可能在每個貫孔周圍產生的任何峰至谷(peak-to-valley)邊緣輪緣高度最小化。儘管將材料被描述為凝膠，但該層可包含替代材料，這些替代材料暫時施加至基板而產生共形塗層。
在兩種凝膠層施加方法（即，噴塗及旋塗）中，可使用兩步驟施加材料。例如，在第一步驟中，可施加一層聚乙烯醇(PVA)溶液至大於約0.5毫米的厚度以覆蓋玻璃基板。在第二步驟中，可在PVA上將四硼酸鈉溶液霧化(mist)。在某些示例性實施例中，施加凝膠層400的步驟可包含施加一層按重量計在水中約5%至10%的PVA的第一溶液，並且在第一溶液之層上將按重量計在水中約1%至10%的四硼酸鈉的第二溶液霧化。在施加凝膠層400之後，玻璃基板102準備好被雷射燒蝕。替代地，若在施加之後期望一定的凝膠層400厚度，則可在雷射燒蝕之前使水從溶液蒸發出以使凝膠層變薄。在玻璃基板102上形成凝膠層400的步驟確保在凝膠層與玻璃基板之間沒有氣隙。另外，在玻璃基板102上形成凝膠層400允許可變的表面條件。儘管傳統的保護層需要施加至平坦的表面上，但凝膠層400可施加在玻璃基板102上的所有現存結構上方，如將在以下參照第6A圖~第6圖更詳細地描述的電子部件或玻璃之實體特徵。
第4B圖為在雷射燒蝕形成穿孔洞402之後的玻璃基板102及凝膠層400之剖面圖。雷射404用於雷射燒蝕玻璃基板102以形成穿過玻璃基板102的穿孔洞402，使得來自雷射燒蝕的碎屑406被捕捉在凝膠層400中。雷射燒蝕是從玻璃基板102之第二表面110至第一表面108，以形成穿孔洞，該穿孔洞包含在第一表面108處的第一直徑及在第二表面110處的大於第一直徑的第二直徑。在某些實施例中，較大的第二直徑與較小的第一直徑之間的比率可例如從約1.5變化至約15。由於凝膠層400，碎屑406實質上不重新形成至玻璃基板102上，如以下更詳細地描述。由於碎屑406實質上不重新形成至玻璃基板102上，因此玻璃基板之表面不會變得顯著粗糙，因此消除或減少拋光玻璃基板的需求。在雷射燒蝕期間，雷射入射處的凝膠層400之凝膠被雷射束推開，使得凝膠不與玻璃基板102結合。
若將雷射脈衝發出，並且玻璃基板上沒有凝膠層，則被燒蝕的材料會在玻璃基板之表面上整個圍繞穿孔洞重新形成並且甚至形成達到毫米。碎屑可能足夠熱，使得碎屑可附著至玻璃基板表面並且成為玻璃之一部分。可藉由拋光或蝕刻移除這些碎屑。當如第4B圖中描繪的凝膠層400在玻璃基板102之表面上並且將雷射脈衝發出時，碎屑不重新形成至玻璃基板之第一表面108上，而是將碎屑406實質上捕捉在凝膠層400之內部。碎屑406保持在凝膠層400中，並且不接觸玻璃基板102之第一表面108。除了收集碎屑的凝膠層400之外，在雷射燒蝕之後凝膠重新形成（例如，凝膠自我修復）至玻璃基板102之第一表面108上，以保護新形成的貫孔不受其他碎屑或雷射損傷之副產物的影響。其他保護材料層可一次性使用，其中一旦將雷射引入該點，則保護材料亦將被燒蝕掉，並且無法保護新形成的貫孔不受另外的碎屑的影響。
當將雷射404引入沒有凝膠層的玻璃基板102並且燒蝕玻璃基板時，雷射亦從穿孔洞之中間熔化周圍的材料。這種熔化在內部導致玻璃基板之局部壓實，並且朝向穿孔洞之開口材料被推向上並且被遠離玻璃基板，從而形成輪緣，該輪緣的尺寸可為微米級。藉由添加凝膠層400，輪緣的形成不會在玻璃基板102之第一表面108上發生或以大大降低的程度發生。這有助於維持玻璃基板102之表面品質，使得可針對多種用途達成貫孔而沒有由於輪緣引起的屏障。
可由單一雷射404（例如，CO2 雷射）實行雷射燒蝕，以形成漸縮的結構，而無需顯著的蝕刻。若需要，則仍可使用蝕刻製程作為清潔步驟以完成貫孔形成。顯著的蝕刻步驟之消除劇烈地減少與貫孔形成關聯的整體製程時間及成本，特別是對於與其他應用相比每個基板可能具有更少貫孔的顯示應用。消除或大幅減少貫孔蝕刻步驟同時使每個貫孔的雷射處理量少量增加為提高整體製程產量的折衷方案。
可在進行實質性的電子處理之前、在裝置製造過程之最後或在裝置製造過程的中間，在玻璃基板102中形成穿孔洞402。貫孔形成製程之位置取決於貫孔形成之前或之後可能發生的特定製程步驟要求。作為處理之一部分，可在穿孔洞形成之前的任何步驟中施加臨時保護凝膠層400，並且可在穿孔洞形成之後的任何步驟中移除該臨時保護凝膠層400。另外，穿孔洞形成可產生盲穿孔洞結構。在這種情況下，主要產生穿孔洞，然後在隨後的步驟中形成在較小直徑側的最終開口或連接。該最終開口可藉由蝕刻製程來產生。若藉由光微影圖案化的蝕刻製程對其進行控制，則可非常精確地控制較小直徑的貫孔開口之位置，以實現畫素內的整合。該小的蝕刻開口亦可在雷射燒蝕製程之前產生。
雷射404可例如包含各種反射鏡及透鏡（例如1、2或4吋透鏡）。雷射404可形成穿孔洞402，穿孔洞402的上部直徑（即，在第二表面110處）在約150至250微米之間，而下部直徑（即，在第一表面108處）在約10至150微米之間。在某些示例性實施例中，xyz平台（未圖示）可用於相對於雷射404移動玻璃基板102。例如，雷射404可具有5.5、9.3或10.6微米的波長。雷射404可例如為30瓦雷射，以提供在200微秒的波形中數百個50微秒的脈衝以形成每個穿孔洞402。雷射404亦可為80瓦雷射，以提供在280微秒的波形中27微秒的脈衝以形成每個穿孔洞402。在其他實施例中，可藉由提供脈衝列(pulse train)以在約15毫秒或更短時間內燒蝕穿過孔洞來使用其他雷射功率及波形來形成每個穿孔洞402。雷射光束不受凝膠層400的阻礙。
第4C圖為在移除凝膠層400之後的玻璃基板102之剖面圖。從玻璃基板102之第一表面108移除凝膠層400。在藉由雷射處理玻璃基板102之後，凝膠層400仍然完整並且含有碎屑406。當要移除凝膠層400時，可使用任何適合的製程來移除凝膠層。移除凝膠層400的一種方式為藉由剝離凝膠層並且留下乾淨的表面。移除凝膠層400的另一種方式為藉由將凝膠層溶解於水中或於水及表面活性劑清潔劑的溶液中。這兩種方法都將使玻璃基板102之第一表面108沒有碎屑。在移除凝膠層400之後，若需要，則可將凝膠層放置在另一個基板上並且重新使用而非丟棄。凝膠層之多次使用可減少成本並且節省材料成本。為了重新使用凝膠層400，可將凝膠層從一個基板剝離並且放置至另一個基板上，並且可施加少量的力以將凝膠層黏附至基板。
第5A圖~第5C圖為繪示用於在玻璃基板之兩側上使用凝膠層來製造穿孔洞的示例性方法的剖面圖。第5A圖為玻璃基板102、第一凝膠層500a及第二凝膠層500b之剖面圖。在玻璃基板102之第一表面108上方施加第一凝膠層500a。在玻璃基板102之第二表面110上方施加第二凝膠層500b。在某些示例性實施例中，施加每個凝膠層500a及500b的步驟可包含將第一凝膠層500a噴塗至玻璃基板102之第一表面108以及將第二凝膠層500b噴塗至玻璃基板102之第二表面110。在其他實施例中，施加每個凝膠層500a及500b的步驟可包含將第一凝膠層500a旋塗至玻璃基板102之第一表面108以及將第二凝膠層500b旋塗至玻璃基板102之第二表面110。
施加每個凝膠層500a及500b的步驟可例如包含施加按重量計在水中5%至10%的聚乙烯醇(PVA)之第一溶液之層以及在針對每個凝膠層500a及500b的第一溶液之層上將按重量計在水中1%至10%的四硼酸鈉之第二溶液霧化。可例如施加第一凝膠層500a及第二凝膠層500b兩者皆至約0.5毫米或更大的厚度。凝膠層500a及500b在玻璃基板102之第一表面108及第二表面110上提供臨時保護塗層，以在雷射燒蝕製程期間分別保護第一表面108及第二表面110（第5B圖）。凝膠層500a及500b用於收集在雷射燒蝕期間產生的碎屑，並且使在雷射燒蝕期間可能在每個貫孔周圍產生的任何峰至谷邊緣輪緣高度最小化。例如，若不使用凝膠層，則峰至谷邊緣輪緣高度（即，輪緣之頂部至基板表面）可大於約1、5、10或30微米。藉由在雷射燒蝕期間使用凝膠層，峰至谷邊緣輪緣高度可例如小於約1、0.5、0.1、0.05或0.02微米。藉由在雷射燒蝕期間使用凝膠，峰至谷邊緣輪緣高度可例如在1~500、2~100或5~20奈米之範圍內。
第5B圖為在雷射燒蝕形成穿孔洞502之後的玻璃基板102、第一凝膠層500a及第二凝膠層500b之剖面圖。雷射404用於雷射燒蝕玻璃基板102以形成穿過玻璃基板102的穿孔洞502，使得來自雷射燒蝕的碎屑506a被捕捉在第一凝膠層500a中，並且來自雷射燒蝕的碎屑506b被捕捉在第二凝膠層500b中。雷射燒蝕為從玻璃基板102之第二表面110至第一表面108，以形成包含第一表面108處的第一直徑及第二表面110處的大於第一直徑的第二直徑的穿孔洞。第一凝膠層500a及第二凝膠層500b亦實質上分別防止在第一表面108上及在第二表面110上的每個貫孔502周圍形成輪緣。
第5C圖為在移除第一凝膠層500a及第二凝膠層500b之後的玻璃基板102之剖面圖。從玻璃基板102之第一表面108移除第一凝膠層500a，並且從玻璃基板102之第二表面110移除第二凝膠層500b。每個凝膠層500a及500b例如可藉由分別從第一表面108及第二表面110剝離凝膠層來移除，或藉由洗滌（例如，用水）玻璃基板102以溶解凝膠層500a及500b，如先前參照第4C圖所述。
第6A圖及第6B圖為繪示在玻璃基板之兩側上施加凝膠層之前用於在玻璃基板上製造部件的示例性方法的剖面圖。第6A圖為設備600之剖面圖。設備600包含玻璃基板102，玻璃基板102具有在玻璃基板102之第一表面108上的電子部件602及604以及玻璃特徵606及608。可在施加第5圖之第一凝膠層500a或第二凝膠層500b之前在玻璃基板102之第一表面108上製造電子部件602及604以及玻璃特徵606及608。
第6B圖為第6A圖之設備600之剖面圖，其中施加了第一凝膠層500a及第二凝膠層500b。第一凝膠層500a施加在玻璃基板102之第一表面108上方並且覆蓋電子部件602及604以及玻璃特徵606及608。因此，在雷射燒蝕期間保護電子部件602及604以及玻璃特徵606及608免受碎屑的影響。第二凝膠層500b施加在玻璃基板102之第二表面110上方。然後，可藉由雷射404來處理設備600，如先前參照第5B圖所描述及繪示的形成穿孔洞。
第7A圖為在使用之前用於收集由於雷射燒蝕引起的碎屑的示例性材料700之剖面圖。材料700可包含按重量計在水中5%至10%的聚乙烯醇(PVA)之第一溶液以及按重量計在水中1%至10%的四硼酸鈉之第二溶液。材料700可具有在60000與140000 n泊(npoise)之間的黏度。在其他實施例中，材料700可由具有類似黏度的其他溶液製成。材料700可為如第7A圖所示的黏著片(tacky sheet)的形式，以附著至待被雷射燒蝕的基板（例如，先前描述的玻璃基板102）。
材料700之組成便宜且無毒。由於材料700為非牛頓固體(non-newtonian solid)，因此可在使用之後將材料從基板剝離。藉由由皆溶於水的離子及聚合物製成，若在藉由水洗滌移除凝膠之後在基板上留下任何殘留物，則材料700亦允許容易清潔。
第7B圖為示例性材料700在使用之後的剖面圖，其中碎屑702被捕捉在材料700內。材料700之黏著片為可重複使用的，使得材料700可附著至另一個待被雷射燒蝕的基板以在該另一個基板之雷射燒蝕期間收集另外的碎片。藉由使用用於在玻璃基板中雷射燒蝕穿孔洞的材料700，不需要後化學蝕刻。該材料易於施加至基板，並且在雷射燒蝕之後藉由剝離該材料而容易地移除。該材料可施加在預先存在的表面特徵上方並且符合它們的形狀。該材料收集來自雷射燒蝕的碎屑，因此造成無碎屑的表面。另外，顯著減少了穿孔洞周圍的輪緣形成。藉由使用材料700，形成穿孔洞的製程成本低且速度快，並且具有簡單且廉價的設置。最後，本文揭示的使用材料700的貫孔形成製程可用於不同的玻璃類型及應用。
對於熟習此項技術者而言將為顯而易見的是，在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下，可對本揭示案之實施例進行各種修改及變化。因此，預期本揭示案涵蓋這些修改及變化，只要他們落入所附申請專利範圍及其均等物之範疇內。
100:裝置 102:玻璃基板 104:電子部件 105:金屬化層 106:貫孔 108:第一表面 110:第二表面/第二側 112:導體 114:共形導電層 116:側壁 116a:直線側壁 116b:彎曲的側壁 118:材料 200a:穿孔洞 200b:穿孔洞 200c:穿孔洞 200d:穿孔洞 202a:第一直徑 202b:第一直徑 202c:第一直徑 202d:第一直徑 204a:第二直徑 204b:第二直徑 204c:第二直徑 204d:第二直徑 300a:穿孔洞 300b:穿孔洞 302a:第一直徑 302b:第一直徑 304a:第二直徑 304b:第二直徑 400:凝膠層 402:穿孔洞 404:雷射 406:碎屑 500a:第一凝膠層 500b:第二凝膠層 502:穿孔洞 506a:碎屑 506b:碎屑 600:設備 602:電子部件 604:電子部件 606:玻璃特徵 608:玻璃特徵 700:材料 702:碎屑
第1圖為包含複數個貫孔的示例性裝置之剖面圖；
第2A圖~第2C圖為具有直線(linear)側壁的示例性穿孔洞之剖面圖；
第2D圖、第3A圖及第3B圖為具有彎曲的側壁的示例性穿孔洞之剖面圖；
第4A圖~第4C圖為繪示使用玻璃基板之一側上的凝膠層來製造穿孔洞的示例性方法的剖面圖；
第5A圖~第5C圖為繪示使用玻璃基板之兩側上的凝膠層來製造穿孔洞的示例性方法的剖面圖；
第6A圖及第6B圖為繪示在玻璃基板之兩側上施加凝膠層之前在玻璃基板上製造部件的示例性方法的剖面圖；
第7A圖為在使用之前用於收集由於雷射燒蝕而產生的碎屑的示例性材料之剖面圖；及
第7B圖為第7A圖之示例性材料在使用之後的剖面圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:裝置
102:玻璃基板
104:電子部件
105:金屬化層
106:貫孔
108:第一表面
110:第二表面/第二側
112:導體
114:共形導電層
116:側壁
118:材料

Claims (23)

  1. 一種裝置，包括： 一玻璃基板；複數個電子部件，該複數個電子部件在該玻璃基板之一第一表面上；一金屬化層，該金屬化層在該玻璃基板之與該第一表面相對的一第二表面上；及複數個貫孔，該複數個貫孔延伸穿過該玻璃基板，至少一個貫孔與一電子部件及該金屬化層電連通，其中至少一個貫孔包括在該第一表面處的一第一直徑及在該第二表面處的一第二直徑，該第二直徑大於該第一直徑，使得該第二直徑與該第一直徑的一比率大於1.5:1。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該等貫孔中的至少一者從該第二表面至該第一表面漸縮。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中該至少一個漸縮的貫孔包括在該第一表面與該第二表面之間的直線側壁。
  4. 如請求項2所述之裝置，其中該至少一個漸縮的貫孔包括在該第一表面與該第二表面之間的彎曲的側壁。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該等貫孔中的至少一者包括在該貫孔之側壁上的一共形導電層。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中該等貫孔中的至少一者至少部分地填充有一絕緣、導電或半導電材料。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該絕緣、導電或半導電材料選自一溶膠-凝膠、玻璃或玻璃陶瓷材料中之至少一者。
  8. 如請求項1所述之裝置，其中該複數個貫孔之一第一部分之每個貫孔的尺寸大於該複數個貫孔之一第二部分之每個貫孔的尺寸。
  9. 如請求項1所述之裝置，其中該裝置包括一顯示器，並且該複數個電子部件包括複數個薄膜電晶體。
  10. 一種用於製造貫孔的方法，該方法包括以下步驟： 在一玻璃基板之一第一表面上方施加一第一凝膠層； 雷射燒蝕該玻璃基板，以形成穿過該玻璃基板的一穿孔洞，使得來自該雷射燒蝕的碎屑被捕捉在該第一凝膠層中；及 從該第一表面移除該第一凝膠層。
  11. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟： 在該雷射燒蝕的步驟之前，在該玻璃基板之與該第一表面相對的一第二表面上方施加一第二凝膠層；及在該雷射燒蝕的步驟之後，從該第二表面移除該第二凝膠層，其中，該雷射燒蝕的步驟包括雷射燒蝕該玻璃基板以形成穿過該玻璃基板的該穿孔洞，使得來自該雷射燒蝕的碎屑被捕捉在該第一凝膠層及該第二凝膠層中。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該雷射燒蝕為從該玻璃基板之一第二表面至該第一表面以形成該穿孔洞，該穿孔洞包括在該第一表面處的一第一直徑及在該第二表面處的一第二直徑，該第二直徑大於該第一直徑。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該雷射燒蝕為從該玻璃基板之該第一表面至一第二表面以形成該穿孔洞，使得該第一凝膠層減少在該第一表面上圍繞該貫孔的一輪緣之形成。
  14. 如請求項10所述之方法，其中施加該第一凝膠層的步驟包括將該第一凝膠層噴塗至該玻璃基板之該第一表面。
  15. 如請求項10所述之方法，其中施加該第一凝膠層的步驟包括將該第一凝膠層旋塗至該玻璃基板之該第一表面。
  16. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟： 在施加該第一凝膠層的步驟之前，在該第一表面上製造電子部件。
  17. 如請求項10所述之方法，其中施加該第一凝膠層的步驟包括施加按重量計在水中5%至10%的聚乙烯醇(PVA)之一第一溶液之一層，並且在該第一溶液之該層上將按重量計在水中1%至10%的四硼酸鈉之一第二溶液霧化。
  18. 一種用於收集由於雷射燒蝕而引起的碎屑的材料，該材料包括： 按重量計在水中5%至10%的聚乙烯醇(PVA)之一第一溶液；及 按重量計在水中1%至10%的四硼酸鈉之一第二溶液。
  19. 如請求項18所述之材料，其中該材料的一黏度在60000與140000 n泊(npoise)之間。
  20. 如請求項18所述之材料，其中該材料為一黏著片的形式，以附著至待被雷射燒蝕的一基板。
  21. 如請求項20所述之材料，其中該黏著片為可重複使用的。
  22. 一種裝置，包括： 一玻璃基板； 複數個電子部件，該複數個電子部件在該玻璃基板之一第一表面上； 一金屬化層，該金屬化層在該玻璃基板之與該第一表面相對的一第二表面上；及 複數個貫孔，該複數個貫孔延伸穿過該玻璃基板，至少一個貫孔與一電子部件及該金屬化層電連通， 其中至少一個貫孔至少部分地填充有一絕緣、導電或半導電材料。
  23. 如請求項21所述之裝置，其中該絕緣、導電或半導電材料選自一溶膠-凝膠、玻璃或玻璃陶瓷材料中之至少一者。
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