TW202212282A - 用於穿玻璃通孔應用之高氧化硼低氧化鋁無鹼玻璃 - Google Patents

Abstract

一種物件，包括：一頂表面；一底表面；一中間平面，該中間平面位於該頂表面與該底表面之間；一通孔，該通孔自該頂表面延伸至該底表面，使得該通孔在該頂表面及/或該底表面處具有直徑D ₁；該通孔在該中間位置處具有直徑D _w；且(D _w/D ₁)×100的值在4至85之範圍內。一種基於矽酸鹽的組成物，包括：40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂，＞0莫耳%-25莫耳%的MO，＞0莫耳%-15莫耳%的Al ₂O ₃，＞0莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃，＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂，及視情況≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅，使得MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。

Description

用於穿玻璃通孔應用之高氧化硼低氧化鋁無鹼玻璃

相關申請案之交叉引用

本申請案根據專利法主張2020年7月30日提交的美國臨時案序列第63/059105號之優先權權益，該臨時案之內容係本文之依託且以引用方式整體併入本文中。

技術領域。本揭露總體係關於用於玻璃通孔應用之無鹼玻璃及包含至少一個通孔之物件。

不承認本文所引用的任何參考文獻構成先前技術。申請人明確保留質疑任何引用文獻之準確性及切合性的權利。

目前，對用於電子設備應用之具有精密形成孔之薄玻璃結構(例如，作為用於RF、中介層及微LED應用之再分佈層(redistribution layer，RDL))存在強烈的興趣。該等孔填充有用於傳導電信號以允許中央處理單元、記憶體晶片、圖形處理單元或其他電子組件之精確連接的傳導材料。對於此類應用，其中具有金屬化孔的基板通常稱為「中介層」。與傳統中介層材料(例如，纖維強化聚合物或矽)相比，玻璃具有許多有利性質。玻璃無需拋光即可形成為薄的光滑大型薄片，玻璃相比有機替代物具有更高的剛度及更大的尺寸穩定性，玻璃相比矽係好得多的電絕緣體，玻璃相比有機選擇物具有更好的尺寸(熱及剛度)穩定性，且玻璃可定製為不同的熱膨脹係數以控制積體電路中的堆疊翹曲。

用於在玻璃中創建孔的傳統的孔形成方法(例如，熱壓製、可光機械加工玻璃微影術、放電鑽孔、粉末爆炸、雷射鑽孔等)遭受品質控制問題，如出現開裂、大小/形狀控制或低形成速率(孔/秒)問題，所有此等問題最終影響成本。例如，熱壓製不能形成足夠小尺寸(100 µm或更小)的玻璃孔，放電鑽孔難以形成具有緊密孔節距的孔(50 µm或更小的孔至孔距離)，使用光束打孔的雷射鑽孔費時(約1孔/秒)，且準分子雷射處理具有巨大的初始資金成本。此外，目前使用的玻璃材料之組成不足以提供經受加工時所要的通孔縱橫比。

本揭露提出用於穿玻璃通孔應用之改良孔形成方法及其玻璃組成物。

在一些實施例中，一種基於矽酸鹽的組成物，包含：40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂，＞0莫耳%-25莫耳%的MO，＞0莫耳%-15莫耳%的Al ₂O ₃，＞0莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃，及＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂，其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。

在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物進一步包含≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含5莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含＞6.5莫耳%的B ₂O ₃。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含4莫耳%-9莫耳%的Al ₂O ₃。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含＜10莫耳%的Al ₂O ₃。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含：＞0莫耳%-10莫耳%的CaO；＞0莫耳%-10莫耳%的MgO；＞0莫耳%-10莫耳%的SrO；及＞0莫耳%-15莫耳%的BaO。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含：＞0莫耳%-7莫耳%的CaO；＞0莫耳%-7莫耳%的MgO；＞0莫耳%-6莫耳%的SrO；及＞0莫耳%-11莫耳%的BaO。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含60莫耳%-75莫耳%的SiO ₂。

在一些實施例中，一種基於矽酸鹽的組成物，包含：40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂，＞0莫耳%-25莫耳%的MO，＜10 mol莫耳%的Al ₂O ₃，＞6.5莫耳%的B ₂O ₃，及＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂，其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。

在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物進一步包含≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含：＞0莫耳%-10莫耳%的CaO；＞0莫耳%-10莫耳%的MgO；＞0莫耳%-10莫耳%的SrO；及＞0莫耳%-15莫耳%的BaO。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含：＞0莫耳%-7莫耳%的CaO；＞0莫耳%-7莫耳%的MgO；＞0莫耳%-6莫耳%的SrO；及＞0莫耳%-11莫耳%的BaO。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物包含60莫耳%-75莫耳%的SiO ₂。

在一些實施例中，一種物件，包含：一頂表面；一底表面；一中間平面，該中間平面位於該頂表面與該底表面之間；一通孔，該通孔自該頂表面延伸至該底表面，其中該通孔在該頂表面及/或該底表面處具有直徑D ₁；其中該通孔在該中間位置處具有直徑D _w；且其中(D _w/D ₁)×100的值在4至85之範圍內。

在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該(D _w/D ₁)×100的值在4至35之範圍內。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該(D _w/D ₁)×100的值在35至60之範圍內。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該(D _w/D ₁)×100的值在60至85之範圍內。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該物件包含一基於矽酸鹽的組成物，該基於矽酸鹽的組成物包括：40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂，＞0莫耳%-25莫耳%的MO，＞0莫耳%-15莫耳%的Al ₂O ₃，＞0莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃，及＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂，其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。在可與其他態樣或實施例中任一個組合的一個態樣中，該基於矽酸鹽的組成物進一步包含≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。

在以下描述中，每當一群組係描述為包含一群組要素中之至少一者及其組合時，應理解，該群組可包含互相獨立或組合的任何數目的彼等所列舉要素，本質上由其組成或由其組成。類似地，每當一群組係描述為由一群組要素中之至少一者及其組合組成時，應理解，該群組可由互相獨立或組合的任何數目的彼等所列舉要素組成。除非另外規定，否則值之範圍在被敘述時包括該範圍之上限及下限二者以及上限與下限之間的任何範圍。亦應理解，說明書及附圖中所揭示之各種特徵可以任何及所有組合使用。

在本文中所列舉之數值範圍包含上限值及下限值之情況下，除非在特定情況下另外陳述，否則該範圍意欲包括其端點及該範圍內的所有整數及分數。並不意欲將申請專利範圍之範疇限於定義範圍時所列舉的具體值。另外，當量、濃度或其他值或參數作為範圍、一或多個較佳範圍或較佳上限值及較佳下限值之列表給出時，這應理解為具體揭示由任何範圍上限或較佳上限值及任何範圍下限或較佳下限值之任何對形成的所有範圍，而不管此類對是否係單獨揭示的。最後，當用語「約」用於描述範圍之值或端點時，本揭露應理解為包括所提及的具體值或端點。當範圍之數值或端點不敘述「約」時，範圍之數值或端點意欲包括兩個實施例：一個由「約」修飾，及一個不由「約」修飾。

在本文中，除非另外指示，否則組成物用基於氧化物的其中所包括的特定組分之莫耳%量表示。具有多於一種氧化態的任何組分可以任何氧化態存在於組成物中。然而，除非另外指示，否則此種組成物之濃度用其中此種組分處於其最低氧化態的氧化物表示。

以下實施例利用具有光學系統的短(例如，10 ^-10至10 ^-15秒)脈衝雷射，該光學系統創建線聚焦系統以在對雷射波長實質上透明的一塊材料中形成缺陷線、損壞徑跡或孔，該材料諸如玻璃、熔融矽石、合成石英、玻璃陶瓷、陶瓷、結晶材料諸如藍寶石、或此類材料之層壓層(諸如鍍膜玻璃)。線聚焦之產生可藉由將高斯(Gaussian)雷射光束發送至旋轉三稜鏡透鏡中來執行，在此種情況下，創建稱為高斯-貝塞爾(Gauss-Bessel)光束的光束輪廓。此種光束比高斯光束繞射得慢得多(例如，可在數百微米或毫米而不是幾十微米或更小之範圍內保持單微米光點大小)。因此，與僅使用高斯光束時相比，聚焦深度或與材料的強烈相互作用的長度可能要大得多。亦可使用其他形式或緩慢繞射或非繞射光束，諸如艾里(Airy)光束。當在雷射波長處每毫米材料深度的吸收小於約10%、較佳地小於約1%時，材料或物件對此波長實質上透明。在一些實施例中，材料亦可對在約390 nm至約700 nm範圍內的至少一個波長透明。在一些實施例中，材料亦可對＞1000 nm的至少一個波長透明。強雷射及線聚焦之使用允許各雷射脈衝同時損壞、剝蝕或以其他方式修改玻璃中的長(例如，100-1000微米)徑跡。此徑跡可容易地延伸穿過玻璃零件之整個厚度。因此，甚至單個脈衝或脈衝短脈衝亦創建全「導向孔」或強烈的損壞徑跡，且不需要衝擊鑽孔。

導向孔/損壞徑跡之橫截面尺寸十分小(單個微米或更小)，但相對較長，即，導向孔/損壞徑跡具有高縱橫比。隨後對該等部分進行酸蝕刻以達到最終孔尺寸——例如直徑為約30微米至100微米、約30微米或更小、約25微米或更小、約20微米或更小、約15微米或更小、約10微米或更小、在約5至約10微米、約5至約15微米、約5至約20微米、約5至約25微米、約5至約30微米範圍內、或至多幾十微米，視預期用途之要求而定。在一些實施例中，可實行蝕刻以使得蝕刻製程之蒂勒模數為約3或更小、約2.5或更小、約2或更小、約1.5或更小、約1或更小或約0.5或更小。在蝕刻後，玻璃表面可能因蝕刻製程中的不均勻性而略帶紋理——蝕刻出的孔之內部雖然有些光滑，但亦可能具有在顯微鏡或掃描電子顯微鏡下可見的一些細紋紋理。在一些實施例中，基板可具有自基板之第一表面連續延伸至基板之第二表面的複數個穿通孔，其中該基板對在390 nm至700 nm (或＞1000 nm)範圍內的至少一個波長透明，該複數個穿通孔具有20 µm或更小的直徑，該複數個穿通孔包含位於第一表面中的開口、位於第二表面中的開口及定位於第一表面中的開口與第二表面中的開口之間的腰部，該腰部之直徑為第一表面中的開口或第二表面中的開口之直徑之至少50%，且第一表面中的開口之直徑與第二表面中的開口之直徑之間的差值為3 µm或更小。

孔然後可例如透過金屬化塗佈及/或填充有傳導材料，以便創建由透明材料製成的中介層部分。金屬或傳導材料可係例如銅、鋁、金、銀、鉛、錫、氧化銦錫或其組合或合金。用於使孔之內部金屬化的製程可係例如電鍍、無電鍍、物理氣相沉積或其他蒸發塗佈方法。孔亦可塗佈有催化材料，諸如鉑、鈀、二氧化鈦或促進孔內化學反應的其他材料。替代地，孔可塗佈有其他化學官能化，以便改變表面潤濕性質或允許生物分子附著且用於生化分析。此種化學官能化可係孔之玻璃表面之矽烷化及/或特定蛋白質、抗體或其他生物特異性分子之額外附著，經設計以促進生物分子附著以用於所要應用。

在一個實施例中，對材料進行雷射鑽孔之方法包括以下步驟：將脈衝雷射光束聚焦成沿著光束傳播方向定向並引導至材料中的雷射光束焦線，雷射光束具有在材料上量測的每毫米被處理材料厚度大於約50微焦耳的平均雷射短脈衝能量，具有在約25 µJ/mm的線聚焦至約125 µJ/mm的線聚焦範圍內的短脈衝能量密度，具有持續時間為小於約100皮秒及重複率在約1 kHz與約4 MHz之間的範圍內的脈衝。線聚焦之長度可藉由光軸上強度係最大強度之一半的兩個點之間的距離來判定。雷射光束焦線在材料內產生誘發吸收，誘發吸收沿著材料內的雷射光束焦線產生孔。該方法亦包括以下步驟：使材料及雷射光束相對於彼此平移，從而以以下速率在材料內雷射鑽出複數個孔(或損壞徑跡)，該速率為大於約50孔/秒、大於約100孔/秒、大於約500孔/秒、大於約1,000孔/秒、大於約2,000孔/秒、大於約3,000孔/秒、大於約4,000孔/秒、大於約5,000孔/秒、大於約6,000孔/秒、大於約7,000孔/秒、大於約8,000孔/秒、大於約9,000孔/秒、大於約10,000孔/秒、大於約25,000孔/秒、大於約50,000孔/秒、大於約75,000孔/秒或大於約100,000孔/秒，這視所要孔/損壞徑跡圖案而定。該方法進一步包括以下步驟：以小於約5微米/分鐘的速率諸如以約2微米/分鐘的速率用酸溶液蝕刻材料，從而擴大材料中的孔。

在一些實施例中，脈衝持續時間可在大於約5皮秒與小於約100皮秒之間的範圍內，且重複率可在約1 kHz與4 MHz之間的範圍內。脈衝可在由在約1 ns與約50 ns之間例如10 ns至30 ns諸如約20 ns加或減2 ns的範圍內的持續時間隔開的至少兩個脈衝之短脈衝中產生，且短脈衝重複頻率可在約1 kHz與約4 MHz之間的範圍內。脈衝雷射光束可具有選擇成使得材料在此波長處實質上透明的波長。此波長可為例如1064奈米、532奈米、355奈米或266奈米。在一些實施例中，短脈衝重複頻率可為在約1 kHz與約4 MHz之間的範圍內、在約10 kHz與約650 kHz之間的範圍內、約10 kHz或更大或約100 kHz或更大。

雷射光束焦線可具有在約0.1 mm與約10 mm之間的範圍內的長度、或在約0.1 mm與約1 mm之間的範圍內的長度、及在約0.1微米與約5微米之間的範圍內的平均光點直徑。貝塞爾光束之光點直徑D可寫成D = (2.4048 λ)/(2πB)，其中λ係雷射光束波長且B係光束錐角之函數。 雷射與光學系統：

為達成切割透明基板尤其是玻璃之目的，開發出一種方法，該方法使用1064 nm皮秒雷射結合線聚焦光束形成光學元件以在基板中創建損壞線或損壞徑跡。這在下面詳細說明。由雷射創建的損壞徑跡在本文中可互換地稱為孔、導向孔、缺陷線或穿孔。切割透明基板之方法亦可適用於創建損壞徑跡，該等損壞徑跡隨後藉由蝕刻製程來擴大，如下所描述。

第1圖給出該概念之一個版本的示意圖，其中旋轉三稜鏡光學元件10及其他透鏡11及12用於將來自雷射3 (未展示出)的光線聚焦成圖案2b，該圖案將具有線性形狀，平行於系統之光軸。基板1經定位成使得基板位於線聚焦內。在約1 mm範圍的線聚焦及以100 kHz的重複率(在材料處量測的約200微焦耳/短脈衝)產生大於或等於約20 W的輸出功率的皮秒雷射下，則線區域2b中的光強度可容易地高至足以在材料種創建非線性吸收。脈衝雷射光束可具有在材料處量測的每毫米材料厚度大於40微焦耳的平均雷射短脈衝能量。所用之平均雷射短脈衝能量可高至每毫米材料厚度2500 µJ，例如100 µJ/mm-2000 µJ/mm，其中200 µJ/mm-1750 µJ/mm係較佳的，且500 µJ/mm-1500 µJ/mm係更佳的。此「平均雷射能量」亦可稱為平均每短脈衝線性能量密度或每毫米材料厚度平均每雷射短脈衝能量。在一些實施例中，短脈衝能量密度可在約25 µJ/mm的線聚焦至約125 µJ/mm的線聚焦範圍內，或者在約75 µJ/mm的線聚焦至約125 µJ/mm的線聚焦範圍內。創建受損、經剝蝕、汽化或以其他方式修改的材料區域，該區域近似遵循高強度的線性區域。

轉向第2A圖及第2B圖，對材料進行雷射處理之方法包括以下步驟：將脈衝雷射光束2聚焦成沿著光束傳播方向定向的雷射光束焦線2b。如第3A圖所展示，雷射3 (未展示出)發射雷射光束2，該雷射光束具有入射至光學總成6的部分2a。光學總成6在沿著光束方向(焦線之長度l)的界定擴展範圍內在輸出側上將入射雷射光束變成廣延雷射光束焦線2b。平面基板1在光束路徑中定位成至少部分地與雷射光束2之雷射光束焦線2b重疊。因此，雷射光束焦線經引導至基板中。參考符號1a指代平面基板面向光學總成6或雷射的表面，而參考符號1b指代基板1之相反表面。基板或材料厚度(在此實施例中垂直於平面1a及1b，即，垂直於基板平面，量測)用d標記。基板或材料可係對例如雷射光束2之波長實質上透明的玻璃物件。

如第2A圖描繪，基板1 (或材料或玻璃物件)垂直於縱向光束軸線對準且因此位於由光學總成6產生的相同焦線2b後面(基板垂直於附圖平面)。焦線沿著光束方向定向或對準，基板相對於焦線2b定位成使得焦線2b在基板之表面1a前面開始並在基板之表面1b前面停止，即，焦線2b仍然在基板內終止且不延伸超出表面1b。在雷射光束焦線2b與基板1的重疊區域中，即，在被焦線2b覆蓋的基板材料中，廣延雷射光束焦線2b產生(假設沿著雷射光束焦線2b的雷射強度合適，該強度藉由將雷射光束2聚焦於長度l之一區段，即長度l之線聚焦上來確保)廣延區段2c (沿著縱向光束方向對準)，沿著該廣延區段在材料中產生誘發吸收。誘發吸收在基板材料中沿著區段2c產生缺陷線形成。缺陷線係藉由使用單個高能短脈衝脈衝在實質上透明材料、基板或工件中產生的顯微(例如，直徑＞100 nm且＜0.5微米)細長「孔」 (亦稱為穿孔、損壞徑跡或缺陷線)。個別穿孔可以例如數百千赫茲(每秒數十萬個穿孔)的速率創建。隨著源與材料之間的相對運動，此等穿孔可彼此相鄰地放置(空間間隔根據需要自次微米至數微米變化)。此空間間隔(節距)可經選擇以促進材料或工件之分離。在一些實施例中，缺陷線/損壞徑跡係「穿通孔」，該穿通孔係自實質上透明材料之頂部延伸至底部的孔或開口通道。在其他實施例中，損壞徑跡並非真正的「穿通孔」，因為存在材料顆粒阻塞損壞徑跡之路徑。因此，雖然損壞徑跡可自材料之頂表面延伸至底表面，但在一些實施例中損壞徑跡由於材料顆粒阻塞路徑而並非連續的孔或通道。缺陷線/損壞徑跡形成並非局部的，而是在誘發吸收之廣延區段2c之整個長度上。區段2c之長度(對應於雷射光束焦線2b與基板1的重疊之長度)用參考符號L標記。誘發吸收之區段2c (或基板1之材料中經受缺陷線形成的區段)之平均直徑或範圍用參考符號D標記。此平均範圍D基本上對應於雷射光束焦線2b之平均直徑δ，亦即，在約0.1微米與約5微米之間的範圍內的平均光點直徑。

因此，有可能使用單個高能短脈衝脈衝在透明材料中創建顯微(即，直徑＜2微米且＞100 nm，且在一些實施例中＜0.5 µm且＞100 nm)細長「孔」 (亦稱為穿孔、損壞徑跡或缺陷線，如上所指出)。此等個別穿孔可以數百千赫茲(例如，每秒數十萬個穿孔)的速率創建。因此，隨著源與材料之間的相對運動，此等穿孔可放置在工件內的任何所要位置處。在一些實施例中，缺陷線/損壞徑跡係「穿通孔」，該穿通孔係自透明材料之頂部延伸至底部的孔或開口通道。在一些實施例中，缺陷線/損壞徑跡可不是連續通道且可被固體材料(例如，玻璃)之部分或區段阻塞或部分阻塞。如本文中所定義，缺陷線/損壞徑跡之內徑係開口通道或氣孔之內徑。例如，在本文所描述之實施例中，缺陷線/損壞徑跡之內徑＜500 nm，例如≤400 nm或≤300 nm。圍繞本文所揭示之實施例中的孔的經破壞或修改之材料區域(例如，壓實、熔化或以其他方式改變)較佳地具有＜50微米(例如，＜10微米)的直徑。

如第2A圖展示，基板材料(對雷射光束2之波長λ透明)由於與焦線2b內的高強度雷射光束相關聯之非線性效應引起的沿著焦線2b的誘發吸收而被加熱。第2B圖例示經加熱之基板材料最終將擴展使得對應的誘發張力導致微裂紋形成，其中表面1a處的張力最高。雷射源之選擇係基於在透明材料中創建多光子吸收(multi- photon absorption，MPA)的能力。MPA係同時吸收相同或不同頻率的二或更多個光子，以便將分子自一種狀態(通常為基態)激發至更高能量電子狀態(可能導致電離)。所涉及的分子低能態與高能態之間的能量差可等於二或更多個光子之能量之和。MPA，亦稱為誘發吸收，可係例如比線性吸收弱幾個數量級的二階、三階或更高階過程。MPA與線性吸收之不同之處在於，誘發吸收之強度可例如與光強度之平方、或立方或其他更高冪成正比，而不是與光強度本身成正比。因此，MPA係非線性光學過程。

下面描述可應用來產生焦線2b的代表性光學總成6以及其中可應用此等光學總成的代表性光學裝置。所有總成或裝置係基於以上描述，使得相同的參考符號用於相同的組件或特徵或其功能同等的彼等組件或特徵。因此，下面僅描述差異。

為了確保高品質鑽孔(關於達成高斷裂強度、幾何精度、為蝕刻劑創建強路徑、孔內部形態及避免微裂紋)，定位在基板表面上的個別焦線應使用下述光學總成(在下文中，光學總成替代地亦稱為雷射光學元件)來產生。為了在雷射3之給定波長λ之情況下達成例如0.5微米至2微米的小光點大小(與基板1之材料的相互作用)，通常必須對雷射光學元件6之數值孔徑施加某些要求。

為了達成所要求之數值孔徑，一方面，光學元件必須根據已知的阿貝(Abbé)公式(N.A. = n sin (theta)，n：待處理之玻璃或其他材料之折射率，theta：半孔徑角；且theta = arctan (D/2f)；D：孔徑，f：焦距)處置給定焦距所需的開口。另一方面，雷射光束必須照射光學元件直至達成所需孔徑，這通常藉助於在雷射與聚焦光學元件之間使用擴寬望遠鏡來擴寬光束來達成。

為達成沿著焦線均勻相互作用之目的，光點大小不應過於劇烈地變化。這可例如藉由僅在小的圓形區域中照射聚焦光學元件來確保(參見下面的實施例)，使得光束開口及因此數值孔徑之百分比僅略微變化。

根據第3A圖(在雷射輻射2之雷射光束中的中心光束之水準處垂直於基板平面的截面；在此，雷射光束2亦垂直入射至基板平面，即，入射角為0°，使得焦線2b或誘發吸收之廣延區段2c平行於基板法線)，雷射3所發射的雷射輻射2a首先被引導至對所用之雷射輻射完全不透明的圓形孔徑8上。孔徑8垂直於縱向光束軸線定向且定中於所描繪之光束2a之中心光束。孔徑8之直徑經選擇成使得光束2a中心附近的光束或中心光束(在此用2aZ標記)撞擊孔徑且完全被孔徑吸收。由於與光束直徑相比孔徑大小減小，因此僅光束2a外周範圍內的光束(邊緣光線，在此用2aR標記)不會被吸收，而是側向通過孔徑8並撞擊光學總成6之聚焦光學元件之邊緣區域，該聚焦光學元件在此實施例中設計為球面切割雙凸透鏡7。

如第3A圖所例示，雷射光束焦線2b不僅是雷射光束之單個焦點，而且是雷射光束中不同光線之一系列焦點。該系列焦點形成定義長度的細長焦線，該定義長度在第3A圖中展示為雷射光束焦線2b之長度l。透鏡7定中於中心光束且設計為普通球面切割透鏡形式的非校正雙凸聚焦透鏡。此種透鏡之球面像差可為有利的。作為替代方案，亦可使用偏離理想校正系統的非球面或多透鏡系統，該等系統不形成理想的焦點，而是形成定義長度的獨特的細長焦線(即，不具有單個焦點的透鏡或系統)。因此，透鏡之區域沿著焦線2b聚焦，受距透鏡中心的距離影響。孔徑8跨光束方向的直徑為光束直徑(由光束強度降低至尖峰強度之1/e ²所需的距離定義)之近似90%及光學總成6之透鏡直徑之近似75%。因此，使用非像差校正球面透鏡7的藉由遮擋中心內的光束產生的焦線2b。第3A圖展示穿過中心光束的一個平面中的截面，且當所描繪之光束圍繞焦線2b旋轉時可看到完整的三維束。

此種類型之焦線之一個潛在缺點在於，條件(光點大小、雷射強度)可能沿著焦線(及因此沿著材料中所要的深度)變化，且因此所要類型之相互作用(無熔化、誘發吸收、熱塑性變形直至裂紋形成)可能僅在焦線之選定部分中發生。這又意指可能僅一部分入射雷射光以所要方式被基板材料吸收。以此方式，過程效率(所要分離速度所需的平均雷射功率)可能受到影響，且雷射光亦可能被傳輸至不需要的區域(附著至基板或基板保持夾具的部分或層)中並以非期望方式(例如加熱、擴散、吸收、非所欲修改)與該等區域相互作用。

第3B-1圖至第3B-4圖展示(不僅針對第3A圖中的光學總成，而且基本上亦針對任何其他適用的光學總成6)雷射光束焦線2b之位置可藉由相對於基板1適當地定位及/或對準光學總成6以及藉由適當地選擇光學總成6之參數來控制。如第3B-1圖例示，焦線2b之長度l可調整成使得其超出基板厚度d (在此乘以因子2)。若(在縱向光束方向上觀察)基板1係放置在焦線2b之中心，則在整個基板厚度上產生誘發吸收之廣延區段2c。雷射光束焦線2b可具有例如在約1.1 mm與約100 mm之間的範圍內或在約0.1 mm與約10 mm之間的範圍內的長度l。各種實施例可經組態以具有例如約0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.7 mm、1 mm、2 mm、3 mm或5 mm的長度l。

在第3B-2圖所展示的情況下，產生長度l的焦線2b，該長度或多或少對應於基板厚度d。由於基板1係相對於線2b定位成使得線2b在基板之外的點處開始，因此誘發吸收之廣延區段2c (在此自基板表面延伸至定義基板深度，但不延伸至相反表面1b)之長度L小於焦線2b之長度l。第3B-3圖展示以下情況：其中(沿著垂直於光束方向的方向觀察)基板1係定位在焦線2b之起始點上方，使得如第3B-2圖中那樣線2b之長度l大於基板1中的誘發吸收區段2c之長度L。因此，焦線在基板內開始且延伸超出相反表面1b。第3B-4圖展示以下情況：其中焦線長度l小於基板厚度d，使得在入射方向上觀察基板相對於焦線中心定位之情況下，焦線在基板內的表面1a附近開始並在基板內的表面1b附近結束(例如l = 0.75 ∙ d)。

特別有利的是將焦線2b定位成使得表面1a、1b中之至少一者被焦線覆蓋，從而使得誘發吸收區段2c在基板之至少一個表面上開始。以此方式有可能達成幾乎理想的切口或損壞徑跡形成，同時避免表面處的剝蝕、羽化及顆粒化。

第4圖描繪另一種適用光學總成6。基本構造遵循第3A圖所描述的構造，因此下面僅描述差異。所描繪之光學總成係基於使用具有非球面自由表面之光學元件以便產生焦線2b，該焦線經成型成使得形成定義長度l的焦線。為此目的，非球面可用作光學總成6之光學元件。在第4圖中，使用例如所謂的錐形稜鏡，通常亦稱為旋轉三稜鏡。旋轉三稜鏡係在沿著光軸的線上形成點源(或將雷射光束變換成環)的特殊的錐形切割透鏡。此種旋轉三稜鏡之佈局對於熟習此項技術者通常係已知的；實例中的錐角為10°。在此用參考符號9標記的旋轉三稜鏡頂點指向入射方向且定中於光束中心。由於由旋轉三稜鏡9產生的焦線2b在旋轉三稜鏡之內部內開始，因此基板1 (在此垂直於主光束軸對準)可在光束路徑中直接定位在旋轉三稜鏡9後面。如第4圖展示，亦有可能由於旋轉三稜鏡之光學特性而使基板1沿著光束方向移位，同時保持在焦線2b之範圍內。因此，基板1之材料中的誘發吸收區段2c在整個基板深度d上延伸。

然而，所描繪之佈局受到以下約束條件影響：由於由旋轉三稜鏡9形成的焦線2b的區域在旋轉三稜鏡9內開始，因此在旋轉三稜鏡9與基板或玻璃複合工件材料之間存在間隔a的情況下，顯著部分的雷射能量不會聚焦至焦線2b之位於材料內的誘發吸收區段2c中。此外，焦線2b之長度l透過旋轉三稜鏡9之折射率及錐角與光束直徑相關。這就是以下的原因：在相對薄(幾毫米)的材料之情況下，總焦線比基板或玻璃複合工件厚度長得多，從而具有大量雷射能量不會聚焦至材料中的效應。

為此原因，可為所欲的是使用包括旋轉三稜鏡及聚焦透鏡二者的光學總成6。第5A圖描繪其中非球面自由表面經設計以形成廣延雷射光束焦線2b的第一光學元件定位在雷射3之光束路徑中的此種光學總成6。在第5A圖所展示的情況下，此第一光學元件係具有5°錐角的旋轉三稜鏡10，該旋轉三稜鏡垂直於光束方向定位且定中於雷射光束3。旋轉三稜鏡之頂點朝向光束方向定向。第二聚焦光學元件，在此為平凸透鏡11 (其曲率朝向旋轉三稜鏡定向)，在光束方向上定位在距旋轉三稜鏡10的距離z1處。在此情況下為近似300 mm的距離z1經選擇成使得由旋轉三稜鏡10形成的雷射輻射圓形地入射於透鏡11之外徑向部分上。透鏡11在定義長度的焦線2b上將圓形輻射聚焦於距離z2處的輸出側上，該距離在此情況下為距透鏡11近似20 mm，該定義長度在此情況下為1.5 mm。在此實施例中，透鏡11之有效焦距為25 mm。旋轉三稜鏡10對雷射光束的圓形變換用參考符號SR標記。

第5B圖根據第5A圖詳細描繪焦線2b或誘發吸收2c在基板1之材料中的形成。元件10、11二者之光學特性以及其定位經選擇成使得焦線2b之長度l在光束方向上與基板1之厚度d完全相同。因此，需要沿著光束方向精確定位基板1，以便將焦線2b精確定位在基板1之兩個表面1a及1b之間，如第5B圖所展示。

因此，若焦線形成在距雷射光學元件的一定距離處且若較大部分的雷射輻射被聚焦至焦線之所要端部，則是有利的。如所描述的，這可藉由在特定的外徑向區域上僅圓形地(環形地)照射主聚焦元件11 (透鏡)來達成，一方面，該主聚焦元件用於達成所需數值孔徑及因此光點大小，然而，另一方面，在所需焦線2b在光點中心中的十分短的距離內之後，擴散圓之強度減弱，因為形成了基本上圓形的光點。以此方式，缺陷線/損壞徑跡形成在所需基板深度中的短距離內停止。旋轉三稜鏡10及聚焦透鏡11之組合滿足此要求。旋轉三稜鏡以兩種不同方式起作用：由於旋轉三稜鏡10，通常圓形的雷射光點以環之形式發送至聚焦透鏡11，且旋轉三稜鏡10之非球面具有焦線被形成為超出透鏡之焦平面而非焦平面中的焦點的作用。焦線2b之長度l可在旋轉三稜鏡上經由光束直徑來調整。另一方面，沿著焦線的數值孔徑可經由距離z1旋轉三稜鏡透鏡及旋轉三稜鏡之錐角來調整。以此方式，整個雷射能量可集中於焦線中。

若缺陷線/損壞徑跡形成意欲繼續至基板背側，則圓形(環形)照射仍然具有以下優點：(1)最佳地使用雷射功率，因為大部分雷射光保持集中於所需長度的焦線中；及(2)由於圓形照射區域結合藉助於其他光學功能設置的所要相差，有可能達成沿著焦線的均一光點大小及因此沿著焦線的零件與基板的均一分離。

代替第5A圖所描繪的平凸透鏡，亦有可能使用聚焦凹凸透鏡或另一種更高校正聚焦透鏡(非球面的多透鏡系統)。

為了僅使用第5A圖所描繪的旋轉三稜鏡及透鏡11之組合來產生十分短的焦線2b，有必要為入射於旋轉三稜鏡上的雷射光束選擇十分小的光束直徑。這具有實際的缺點：光束在旋轉三稜鏡頂點上的定中必須十分精確，及結果對雷射(光束漂移穩定性)之方向變化十分敏感。此外，經緊密準直之雷射光束十分發散，即由於光偏轉，光束在短距離內變得模糊。藉由在光學總成6中包括另一個透鏡，準直透鏡12，可避免這兩種影響。額外的正準直透鏡12用於十分緊密地調整聚焦透鏡11之圓形照射。準直透鏡12之焦距f'經選擇成使得所要圓直徑dr由旋轉三稜鏡至準直透鏡12的距離z1a產生，該距離等於f'。環之所要寬度br可經由距離z1b (準直透鏡12至聚焦透鏡11)來調整。作為純幾何學的問題，圓形照射之小寬度導致短焦線。在距離f'處可達成最小值。

因此，第5A圖所描繪的光學總成6係基於第1圖所描繪的光學總成，因此下面僅描述差異。另外，在此亦設計為平凸透鏡(其曲率朝向光束方向)的準直透鏡12放置在一側上的旋轉三稜鏡10 (其頂點朝向光束方向)與另一側上的平凸透鏡11之間的光束路徑之中心。準直透鏡12距旋轉三稜鏡10的距離稱為z1a，聚焦透鏡11距準直透鏡12的距離稱為z1b，且焦線2b距聚焦透鏡11的距離稱為z2 (總是在光束方向上觀察)。

亦如第5A圖所展示，發散地且根據圓直徑dr入射在準直透鏡12上的由旋轉三稜鏡10形成的圓形輻射SR沿著距離z1b被調整至所要圓寬度br，以在聚焦透鏡11處獲得至少近似恆定的圓直徑dr。在所展示之情況下，預期產生十分短的焦線2b，使得透鏡12處近似4 mm的圓寬度br由於透鏡12之聚焦特性而減小至透鏡11處的近似0.5mm (在實例中圓直徑為22 mm)。

在所描繪之實例中，使用2 mm的典型雷射光束直徑、焦距f = 25 mm的聚焦透鏡11、焦距f‘ = 150 mm的準直透鏡及Z1a = Z1b = 140 mm且Z2 = 15 mm的選擇距離，有可能達成小於0.5 mm的焦線長度l。

注意，此種皮秒雷射之典型操作創建脈衝「短脈衝」，有時亦稱為「短脈衝脈衝」。短脈衝係一種雷射操作，其中脈衝之發射不是均一且穩定的流，而是密集的脈衝群。這在第6圖中加以描繪。各「短脈衝」 610可含有十分短持續時間的多個脈衝620 (諸如至少2個脈衝、至少3個脈衝、至少4個脈衝、至少5個脈衝、至少10個脈衝、至少15個脈衝、至少20個脈衝或更多)。亦即，脈衝短脈衝係脈衝「口袋」，且短脈衝彼此間隔比各短脈衝內的個別相鄰脈衝之間隔長的持續時間。脈衝610可具有在約0.1 ps至約100 ps範圍內(例如，0.1 ps、5 ps、10 ps、15 ps、18ps、20 ps、22 ps、25 ps、30 ps、50 ps、75 ps或它們之間)的脈衝持續時間T _d。在一些實施例中，脈衝持續時間可在大於約1皮秒且小於約100皮秒或大於約5皮秒且小於約20皮秒的範圍內。單個短脈衝610內的此等個別脈衝620亦可稱為「次脈衝」，其簡單地表示它們出現在單個脈衝短脈衝內的事實。短脈衝610內各雷射脈衝620之能量或強度可能不等於短脈衝內其他脈衝之能量或強度，且短脈衝610內多個脈衝之強度分佈通常遵循由雷射設計控制的時間指數衰減。在一些實施例中，短脈衝610內的各脈衝620在時間上間隔在約1 nm與約50 ns 之間(例如10 ns-50 ns、或10 ns-50 ns或10 ns-30 ns)的範圍內的持續時間T _p。對於給定雷射，短脈衝610內各脈衝之間的時間間隔T _p(脈衝至脈衝間隔)相對均一(±10%)。例如，在實施例中之一些中，T _p為近似20 ns (50 MHz)。此外，例如，對於產生約20 ns脈衝至脈衝間隔T _p的雷射，短脈衝內的脈衝至脈衝間隔T _p保持在約±10%內或為約±2 ns。脈衝620之各「短脈衝」 610之間的時間(即，短脈衝之間的時間間隔T _b)將長得多，(例如，0.25 ≤ T _b≤ 1000微秒，例如1-10微秒或3-8微秒)。在示範性實施例中之一些中，對於約100 kHz的雷射重複率，T _b為約10微秒。在本文所描述之雷射之示範性實施例中之一些中，對於約200 kHz的雷射重複率或頻率，T _b可為約5微秒。例如，對於約200 kHz的雷射重複率，各「短脈衝」之間的時間亦可為約5微秒。雷射重複率在本文中亦稱為短脈衝重複頻率，且定義為一短脈衝中的第一脈衝至後續短脈衝中的第一脈衝之間的時間。在其他實施例中，短脈衝重複頻率在約1 kHz與約4 MHz之間的範圍內。更佳地，雷射重複率可在約10 kHz與650 kHz之間的範圍內。在一些實施例中，雷射重複率可為約10 kHz或更大或約100 kHz或更大。各短脈衝中的第一脈衝至後續短脈衝中的第一脈衝之間的時間T _b可為0.25微秒(4 MHz重複率)至1000微秒(1 kHz重複率)，例如0.5微秒(2 MHz重複率)至40微秒(25 kHz重複率)、或2微秒(500 kHz重複率)至20微秒(50 kHz重複率)。確切定時、脈衝持續時間及重複率可視雷射設計而變化，但高強度的短脈衝(T _d＜20 ps且較佳地T _d≤15 ps)已經顯示特別良好地工作。在實施例中之一些中，5 ps ≤ T _d≤15 ps。

修改材料所需的能量可依據短脈衝能量——短脈衝內所含的能量(各短脈衝610含有一連串脈衝620)或者依據單個雷射脈衝(其中許多可包含短脈衝)內所含的能量進行描述。對於此等應用，每短脈衝能量可為25 µJ-750 µJ、更佳地40 µJ-750 µJ、50 µJ-500 µJ、50 µJ-250 µJ或100 µJ-250 µJ。短脈衝內個別脈衝之能量可更少，且確切個別雷射脈衝能量將視短脈衝內的脈衝數目及雷射脈衝隨時間的衰減率(例如指數衰減率)，如第6圖所展示。例如，對於恆定能量/短脈衝，若短脈衝含有10個個別雷射脈衝，則各個別雷射脈衝將含有比相同短脈衝僅具有2個個別雷射脈衝的情況更少的能量。

使用能夠產生此類脈衝短脈衝的雷射有利於此種處理。與使用時間上由雷射之重複率隔開的單個脈衝相比，使用將雷射能量傳播至(包含短脈衝的)次脈衝之快速序列上的短脈衝序列允許獲得比利用單脈衝雷射所達成的更大時間尺度的與材料的高強度相互作用。雖然單脈衝可在時間上擴展，但這樣做時，脈衝內的強度必須在脈衝寬度上下降為大約1。因此，若將10 ps脈衝擴展為10 ns脈衝，則強度下降大約三個數量級。此種減少可將光強度降低至非線性吸收不再顯著且光材料相互作用不再強烈至足以達成材料修改的點。相比之下，對於短脈衝脈衝雷射，各次脈衝期間的強度可保持十分高——例如時間上隔開近似10 ns的三個10 ps脈衝仍然允許各脈衝內的強度近似在單個10 ps脈衝之三倍內，同時允許雷射在現在大三個數量級的時間尺度內與材料相互作用。因此，對短脈衝內多個脈衝的此種調整允許以可促進與預先存在的電漿羽的更大或更小光相互作用、與已經由初始或先前雷射脈衝預激發的原子及分子的更大或更小光-材料相互作用的方式操縱雷射-材料相互作用之時間尺度。

當單個脈衝短脈衝實質上撞擊材料上的相同位置時，在材料中形成損壞徑跡或孔。亦即，單個短脈衝內的多個雷射脈衝對應於材料中的單個缺陷線或孔位置。當然，由於材料平移(例如藉由不斷移動的載物台)或光束相對於材料移動，短脈衝內的個別脈衝無法在材料上完全相同的空間位置處。然而，脈衝正好在彼此的1微米內，使得它們在本質上相同的位置處撞擊材料。例如，脈衝可以彼此相距間距sp撞擊材料，其中0＜sp≤500 nm。例如，當材料上某個位置受到20個脈衝之短脈衝撞擊時，短脈衝內的個別脈衝在彼此相距250 nm的範圍內撞擊玻璃。因此，在一些實施例中，間距sp在約1 nm至約250 nm或約1 nm至約100 nm的範圍內。

形成線聚焦之光學方法可採用多種形式，使用圓環形(donut shaped)雷射光束及球面透鏡、旋轉三稜鏡透鏡、繞射元件或其他方法來形成如上所述之高強度線性區域。雷射類型(皮秒、飛秒等)及波長(IR、綠光、UV等)亦可變化，只要達到足以產生基板材料之擊穿的光強度即可。 孔或損壞徑跡形成：

由前述雷射製程創建的損壞徑跡通常採用內部尺寸在約0.1微米至2微米範圍內例如0.1-1.5微米的孔之形式。較佳地，由雷射形成的孔之尺寸十分小(單個微米或更小)——即，孔係窄的。在一些實施例中，此等孔之直徑為0.2微米至0.7微米。如上所描述，在一些實施例中，損壞徑跡不是連續的孔或通道。損壞徑跡之直徑可為5微米或更小、4微米或更小、3微米或更小、2微米或更小或1微米或更小。在一些實施例中，損壞徑跡之直徑可在大於100 nm至小於2微米或大於100 nm至小於0.5微米的範圍內。此類特徵之掃描電子顯微照片影像展示於第7A圖及第7B圖中。此等孔係未經蝕刻之孔(即，孔尚未藉由蝕刻步驟擴寬)。

孔或缺陷線/損壞徑跡可穿孔於材料之整個厚度，且可係或可不是貫穿材料深度的連續開口。第8圖展示此類徑跡或缺陷線穿孔於150微米厚Eagle XG ^®玻璃基板工件之整個厚度的一實例。透過裂開邊緣之一側觀察到穿孔或損壞徑跡。穿過材料的徑跡不一定是穿通孔。通常存在塞住孔的玻璃區域，但區域之大小通常較小，例如微米數量級。

第9圖展示類似孔或損壞徑跡之更大放大率影像，其中可更加清晰地看到孔直徑且亦存在孔被剩餘玻璃塞住的區域。穿過玻璃形成的徑跡之直徑為約1微米。該等徑跡不是完全開口的——即，移除了材料區域，但不一定形成完整的穿通孔。

亦有可能在堆疊的玻璃片或其他實質上透明材料之堆疊中穿孔或創建孔/損壞徑跡。在此情況下，焦線長度需要長於堆疊高度。例如，測試係用三個堆疊的150微米Eagle XG ^®玻璃片進行的，且穿過所有三片形成全穿孔，其中(內徑近似1微米的)穿孔或缺陷線/損壞徑跡自較高片之頂表面一直延伸至底部片之底表面。經組態用於全穿孔穿過單個基板的焦線之一實例展示於第3B-1圖中，而穿過三個堆疊片的全穿孔在下文結合第48圖加以描述。如本文中所定義，缺陷線或穿孔之內徑係開口通道或氣孔之內徑。圍繞孔的經破壞或修改之材料區域(例如，壓實、熔化或以其他方式改變)可具有大於開口通道或氣孔之內徑的直徑。堆疊中的穿孔可經酸蝕刻以創建延伸穿過包含堆疊的所有玻璃片的複數個穿通孔，或替代地，可將玻璃片分開，且然後單獨在各片中對孔進行酸蝕刻。例如，此過程可產生蝕刻孔直徑為1-100微米例如10-75微米、10-50微米、2-25微米、2-20微米、2-15微米、2-10微米的玻璃，且孔可具有例如25-1000微米的間距。

此過程亦可利用來在玻璃除外的透明材料片中創建孔。由於光學系統使用線聚焦，因此有可能鑽穿具有大(＞1微米，至多4 mm，例如10-500微米)氣隙的透明材料或其他填充材料(例如水、透明聚合物、透明電極，如氧化銦錫)。指出甚至在多個玻璃片被宏觀(許多微米、數十微米，甚至數百微米)分開時亦繼續鑽穿多個玻璃片的能力係此種線聚焦鑽孔方法之特別優勢。相比之下，當使用其他雷射方法諸如依賴於以克爾效應(Kerr-effect)為基的自聚焦的彼等方法來形成高縱橫比通道或使用玻璃孔本身之形成來創建光導的彼等方法時，兩個玻璃片之間存在間隙諸如氣隙可能完全破壞該過程，從而使底片之高品質鑽孔變得困難或完全無效。這是因為當此種非線聚焦(例如，不是高斯-貝塞爾)光束進入空氣時，該光束將迅速繞射並擴散。若不存在預先存在的通道來重新約束光束或者沒有實質性克爾效應來重新聚焦光束，則光束將擴散至太大的直徑以修改下面的材料。在以克爾效應為基的自聚焦情況下，在空氣中自聚焦的臨界功率係玻璃所需臨界功率的約20 倍，從而使得此種氣隙十分成問題。然而，對於線聚焦系統，無論是否存在玻璃材料、或聚合物或氣隙，或甚至在存在真空之情況下，光束都將繼續形成高強度核心。因此，線聚焦光束將不費力地繼續鑽孔下方的玻璃層，而不管玻璃層與上面的玻璃片之間的材料間隙如何。

類似地，基板片堆疊可在整個堆疊中含有不同玻璃組成物的基板。例如，一個堆疊可含有Eagle XG玻璃基板片及Corning玻璃編碼2320基板片二者。或者，透明基板片堆疊可含有非玻璃透明無機材料諸如藍寶石。基板必須對用於創建線聚焦的雷射波長實質上透明，該雷射波長例如為處於200 nm至2000 nm例如1064 nm、532 nm、355 nm或266 nm的雷射波長。在一些實施例中，基板亦可對在約390 nm至約700 nm範圍內的至少一個波長透明。在一些實施例中，基板亦可對＞1000 nm的至少一個波長透明。在一些實施例中，基板可透射在約390 nm至約700 nm範圍內的至少一個波長之至少70%、至少75%、至少80%、至少85%或至少90%。在一些實施例中，基板可透射＞1000 nm的波長之至少70%、至少75%、至少80%、至少85%或至少90%。在玻璃或其他透明材料中鑽出孔/損壞徑跡可用來創建包含基板堆疊(彼此間隔開或直接接觸)的物件，其中複數個孔形成穿過該堆疊，其中該等孔延伸穿過基板中之各者，該等孔之直徑為例如介於1-100之間，且該等孔例如具有25-1000微米的間距。因此，此製程可用於創建包含多層堆疊的實質上透明物件，其中該多層堆疊包含多個玻璃層及位於玻璃層之間的至少一個聚合物層、或不同組成物的至少兩個玻璃層、或至少一個玻璃層及至少一個非玻璃無機層。

當基板在聚焦雷射光束下方平移時，孔或缺陷線/損壞徑跡之間的側向間距(節距)由雷射之脈衝或短脈衝率決定。通常僅需要單個皮秒雷射脈衝短脈衝來形成一完整的孔，但若需要則可使用多個短脈衝。為了以不同節距形成孔，可以更長或更短的間隔觸發雷射以進行發射。在一些實施例中，雷射觸發通常可與光束下方工件之載物台驅動運動同步，因此以固定間隔諸如每1微米、每5微米、每10微米或每20微米或更大觸發雷射短脈衝。當在意欲用作中介層的基板中形成損壞徑跡時，相鄰損壞徑跡之間的距離或週期性可視所要穿通孔(即，在蝕刻製程之後形成的孔)圖案。例如，在一些實施例中，所要損壞徑跡(及蝕刻之後由其形成的所得穿通孔)圖案係不規則間距的非週期性圖案。損壞徑跡需要位於將在中介層上鋪設跡線或將放置中介層上與晶片的特定電氣連接的位置處。因此，中介層之切割與損壞徑跡鑽孔之間的區別在於中介層之穿通孔以非週期性圖案鋪設。而對於切割圖案，損壞徑跡以特定的週期性節距製成，其中該節距視被切割材料之組成物。在本文所描述之方法中，孔或缺陷線(或損壞徑跡、或穿孔)可在孔/缺陷線/損壞徑跡之間具有約10 µm或更大、約20 µm或更大、約30 µm或更大、約40 µm或更大、約50 µm或更大的間距。在一些實施例中，間距可為至多約20 mm。在一些實施例中，間距可為50微米至500微米或10微米至50微米。

第10圖自俯視圖展示具有週期性孔陣列的類似樣品，在此情況下為300微米厚Corning Eagle XG ^®玻璃。雷射光束之入射點清晰可見。相鄰孔之間的節距或間距為300微米，且孔之近似直徑為2微米，直徑為約4微米的各孔周圍都具有邊沿或經修改或升高材料。探索了各種雷射製程參數，以找到產生完全穿透材料且玻璃微裂紋最小的孔的條件。

雷射功率及透鏡焦距(決定焦線長度及因此功率密度)係確保完全穿透玻璃及低微裂紋的特別重要的參數。例如，第11圖展示玻璃發生顯著微裂紋的結果。

亦有可能有意地創建僅部分延伸穿過材料的穿孔或損壞徑跡。在此情況下，此類徑跡可用於形成盲孔或通孔。雷射形成之盲孔之一實例展示於第12圖中。在此，損壞徑跡延伸至玻璃之約75%。為達成這一點，將光學元件之焦點升高，直至線聚焦僅對玻璃頂部區段造成損壞為止。可實現其他盲孔深度，諸如延伸穿過玻璃之僅10%、僅25%、僅50%或玻璃厚度之任何分數值。

發現以下條件適合用於在300微米厚Corning Eagle XG ^®玻璃中創建作為自第一表面延伸至第二表面的連續或非連續穿通孔或通道的損壞徑跡： 旋轉三稜鏡透鏡之輸入光束直徑為約3 mm 1/e ²旋轉三稜鏡角度=10度 初始準直透鏡焦距=125 mm 最終物鏡焦距=50 mm 入射光束會聚角(β)=12.75度 焦點設置為z=0.25 mm (零件頂表面下方近似50微米) 雷射脈衝能量為約180微焦耳)雷射之脈衝重複率=200 kHz。3個脈衝/短脈衝 來自此等條件的結果展示於第10圖中。

對於切割操作，雷射觸發通常與光束下方零件之載物台驅動運動同步，且最常以固定間隔諸如每1微米或每5微米觸發雷射脈衝。給定基板中的應力水準，確切間距由促進裂紋自穿孔傳播至穿孔的材料性質決定。然而，與切割基板相比，亦有可能使用相同的方法以僅穿孔於孔或損壞徑跡之間的距離較大的材料。在中介層之情況下，孔通常隔開比切割所需大得多的距離——而不是約10微米或更小的節距，孔之間的間距可為數百微米。如上所討論，孔之確切位置不需要在規則間隔處(即，它們係非週期性的)——位置僅由觸發雷射以進行發射時的時間決定，且可位於零件內的任何位置處。第9圖中所形成的孔係間距及圖案之一實例，該等孔在一定程度上代表中介層應用。

總而言之，可用雷射功率愈高，穿孔於材料就可愈快及/或利用以上製程在材料中形成損壞徑跡就可愈快。在針對中介層或類似應用對玻璃進行鑽孔之情況下，處理速度通常不受雷射功率直接限制，而更多的是將已經豐富的雷射脈衝或短脈衝引導至需要孔的特定位置的能力。如上所描述，在一些實施例中，所要損壞徑跡(及蝕刻之後由其形成的所得穿通孔)圖案係不規則間距的非週期性圖案。損壞徑跡需要位於將在中介層上鋪設跡線或將放置中介層上與晶片的特定電氣連接的位置處。因此，中介層之切割與損壞徑跡鑽孔之間的區別在於中介層之穿通孔以非週期性圖案鋪設。例如，商品短脈衝模式皮秒雷射可容易地以約100 kHz-200 kHz的重複率產生約200微焦耳/短脈衝的雷射短脈衝。這對應於約20-40瓦特的時間平均雷射功率。然而，為了對中介層進行鑽孔，大多數時候此等短脈衝中之大多數將不會被使用，因為即使利用十分快速的光束偏轉方法，亦只可以kHz或可能的數十kHz的速率將光束放置在所要孔位置處。這意指利用以上線聚焦及皮秒脈衝雷射製程進行高效鑽孔之主要挑戰係如何將光束移動並引導跨過基板表面。一種方法可用於將孔圖案劃分成一連串一維線，其中各條線含有例如共用公共y軸位置的所有孔。然後可在「光柵掃描」模式下掃描玻璃或光束，在該模式中，雷射光束在x方向上行進，從而跨共用公共y軸值的所有所要孔位置進行掃描。當掃描光束時，該雷射被觸發以僅在所需的孔位置發射短脈衝。在掃描給定y線之後，將基板或雷射光束移動至新的y位置，針對此新y線上的一組新的所要孔位置重複該過程。然後繼續此過程直至在基板上形成所有所要孔為止。

以上過程係簡單的，但不一定高效，因為載物台及所要孔之間距所處的速度將決定可使用的雷射脈衝/短脈衝之分數。例如，若雷射可以200,000短脈衝/秒產生脈衝或短脈衝，但載物台以0.5 m/s的平均速度移動且洞像個開平均100微米，則使用僅約5,000短脈衝/秒——可用雷射短脈衝之約2.5%。雖然這確實每秒鑽出5,000個孔(或損壞徑跡)，但這只是雷射容量之一小部分。

可使用更高效的方式來引導雷射光束。對玻璃或光束輸送光學元件的掃描可與自電流計鏡(電流計)及f-θ透鏡獲得的快速光束偏轉相結合，或者與光學元件或玻璃或小範圍的壓電致動、電光光束偏轉(electro-optic beam deflection，EOD)或聲光光束偏轉(acousto-optic beam deflection，AOD)相結合，以允許在與上述線性「光柵」掃描方向正交的方向上快速調整光束。在該情況下，當沿著y軸掃描光束時，可利用快速光束偏轉器進行小而快速的調整，從而允許在給定時間將脈衝引導至線性載物台(x,y)坐標之特定範圍內的任何孔。因此，代替僅能夠將雷射光束孔引導至沿著線的給定位置，系統現在可將雷射光束引導至光柵掃描線之掃描寬度dy內的任何孔。這可大大增加每單位時間內雷射光束可觸及的孔數，且因此大大增加每秒可鑽出的孔數。另外，快速光束偏轉器不僅可在垂直於光柵掃描軸的方向上使用，而且可在平行於掃描軸的方向上使用。此外，藉由使光束平行於掃描軸偏轉，快速光束偏轉組件(例如電流計、AOD、EOD、壓電)可用於在dy掃描帶內達成具有相同掃描軸位置(例如以上實例中的x軸)但不同y軸位置的孔，因為光束可相對於載物台掃描向後「移動」以在給定x位置處鑽出第二個孔，而無需停止線性載物台運動。另外，沿著掃描軸的快速偏轉亦允許更精確地放置孔，因為其可用於將光束引導至所要x軸位置，而不管脈衝雷射何時可用於發射短脈衝的任何小時間延遲，且亦補償線性載物台運動中的速度及加速度假影。

替代地，亦有可能使用更傳統的「步進重複」方法，而不是在一個方向上連續掃描並與該掃描協同進行快速光束移動，在該方法中，線性載物台移動到特定的(x,y)位置，在快速光束偏轉器(例如電流計)之特定場內鑽出所有孔，且線性載物台步進至新(x,y)位置，並重複該過程。然而，對於整體鑽孔速度可為有利的是代替使用前述協調線性載物台及其中線性載物台幾乎恆定地保持移動的快速偏轉器方法。

為了達成甚至更高的系統吞吐量(孔/秒/系統），以上光束掃描方法亦可與光束分離技術結合，在該等技術中，公共雷射源使其短脈衝分佈在單個基板或一系列基板上方的多個光束輸送頭中。例如，可使用聲光或電光元件來將每第N個脈衝偏轉至給定光程，且可使用N個光學頭。這可藉由採用此類光束轉向元件之角度偏轉性質或介於使用此類元件之偏振改變性質以引導光束穿過偏振相依分束器來達成。

視所需損壞徑跡(及藉由蝕刻製程由其創建的穿通孔)圖案，可以以下速度創建損壞徑跡，該速度為大於約50個損壞徑跡/秒、大於約100個損壞徑跡/秒、大於約500個損壞徑跡/秒、大於約1,000個損壞徑跡/秒、大於約2,000個損壞徑跡/秒、大於約3,000個損壞徑跡/秒、大於約4,000個損壞徑跡/秒、大於約5,000個損壞徑跡/秒、大於約6,000個損壞徑跡/秒、大於約7,000個損壞徑跡/秒、大於約8,000個損壞徑跡/秒、大於約9,000個損壞徑跡/秒、大於約10,000個損壞徑跡/秒、大於約25,000個損壞徑跡/秒、大於約50,000個損壞徑跡/秒、大於約75,000個損壞徑跡/秒或大於約100,000個損壞徑跡/秒。 蝕刻：

為了將孔擴大至可用於金屬/傳導材料塗層/填充及電氣連接的大小，對零件進行酸蝕刻。使用酸蝕刻將孔擴大至最終直徑可具有許多益處：1)酸蝕刻將孔自太小而無法實際金屬化及用於中介層的大小(例如，約1微米)改變至更適宜的大小(例如，5微米或更高)；2)蝕刻可自不連續孔或僅穿過玻璃的損壞徑跡開始並將其蝕刻出以形成連續的穿通孔；3)蝕刻係零件中的所有孔/損壞徑跡同時擴大的高度並行過程——這比雷射必須重新訪問孔並鑽掉更多材料以擴大孔將發生的情況快得多；及4)蝕刻有助於鈍化零件內的任何邊緣或小裂縫，從而增加材料之整體強度及可靠性。

第52A圖及第52B圖分別例示雷射鑽孔之後及酸蝕刻之後的基板1000。如第52A圖所展示，基板1000可經受上述雷射鑽孔製程中之任一種以形成自第一表面或頂表面1004延伸至第二表面或底表面1006的一或多個損壞徑跡或導向孔1002。僅出於說明目的將損壞徑跡1002例示為連續孔。如上所描述，在一些實施例中，損壞徑跡1002係非連續孔，其中基板之顆粒存在於損壞徑跡中。如第52B圖所展示，在基板1000經受下述蝕刻製程中之任一種之後，擴大損壞徑跡以創建穿通孔1008，該穿通孔具有在頂表面1004中的頂部開口處的頂部直徑Dt、在底表面1006中的底部開口處的底部直徑Db及腰部直徑Dw。如本文所用，腰部係指孔之位於頂部開口與底部開口之間的最窄部分。雖然穿通孔1008之輪廓由於腰部而被展示為沙漏形，但這僅是示範性的。在一些實施例中，穿通孔係實質上圓柱形的。在一些實施例中，蝕刻製程產生具有以下直徑的穿通孔，該直徑為大於1微米、大於約2微米、大於約3微米、大於約4微米、大於約5微米、大於約10微米、大於約15微米或大於約20微米。

在一個實例中，所用之酸為按體積計10%的HF/15%的HNO ₃。在24℃-25℃溫度下對零件進行蝕刻持續53分鐘以移除約100微米材料。將零件浸沒於此酸浴中，並使用40 kHz及80 kHz頻率組合的超音波攪拌來促進孔/損壞徑跡中的流體滲透及流體交換。另外，在超音波場內對零件進行手動攪拌(例如機械攪拌)，以防止超音波場的駐波圖案在零件上創建「熱點」或空化相關損壞以及提供跨零件的宏觀流體流動。酸組成物及蝕刻速率係有意設計成緩慢蝕刻零件——材料移除速率僅為1.9微米/分鐘。小於例如約2微米/分鐘的蝕刻速率允許酸完全滲透窄的孔/損壞徑跡及攪拌以交換新鮮流體並從最初十分窄的孔/損壞徑跡移除溶解材料。這允許孔在蝕刻期間以幾乎相同的速率在整個基板厚度上(即，在整個孔或損壞徑跡長度上)擴展。在一些實施例中，蝕刻速率可為小於約10微米/分鐘的速率，諸如小於約5微米/分鐘的速率或小於約2微米/分鐘的速率。

第13A圖及第13B圖展示所得零件之俯視圖及仰視圖。孔之直徑為約95微米，且孔十分圓，這表明材料之微裂紋很少。孔為300微米節距，且各孔之直徑為近似90-95微米。第13A圖及第13B圖之影像係在背光下獲得的，且各孔內的明亮區域亦表明孔已經藉由酸蝕刻完全開口。然後將相同的樣品切成小塊，以更密切地觀察孔之內部輪廓。第15圖及第16圖展示結果。孔具有「沙漏」形狀，即，孔朝向孔之中部漸縮。通常，此形狀由蝕刻環境而不是導向孔形成過程決定。明亮區域係玻璃；黑暗區域係孔。孔之頂部(雷射入射)直徑為約89微米直徑，腰部為約71微米，且底部(雷射出射)直徑為約85微米。

相比之下，第14圖展示對樣品進行蝕刻的結果，該樣品具有因雷射製程造成的顯著微裂紋——孔蝕刻成細長形狀而不是圓形特徵。微裂紋可藉由降低雷射短脈衝能量、增加每短脈衝的脈衝數目或藉由增加線聚焦之長度例如藉由使用更長焦距的物鏡來減少。此等變化可降低基板內所含的能量密度。另外，必須注意確保光學系統之最佳對準，使得不會將像差引入線聚焦，從而在線聚焦中創建方位角非對稱。此類非對稱可在基板內引入可導致微裂紋的高能量密度位置。

為了驗證此種雷射及蝕刻製程得到一致結果，孔圖案係由100x100陣列(10,000個孔)以300微米節距製成，然後使用機器視覺系統量測經蝕刻之樣品以獲得各孔之頂部直徑及底部直徑以及腰部之直徑。結果以直方圖展示於第17A圖至第17C圖中。頂部直徑及底部直徑均為約95微米，大小十分接近，且標準偏差為約2.5微米。與頂部直徑及底部直徑相比，腰部為約70微米，而標準偏差為約3微米。因此，腰部比頂部直徑及底部直徑窄約30%。第18A圖至第18C圖展示對相同孔的頂部、底部及腰部的圓度量測之直方圖。圓度定義為孔之最大直徑減去同一孔之最小直徑，且以微米為單位給出。分佈表明孔總體係小於約5微米的圓形。分佈沒有顯著的尾部將表明微裂紋或缺口已經受蝕刻以形成非圓形形狀。

在形成第13A圖至第16圖所描繪的經酸蝕刻之基板及已在第17A圖至第18C圖中顯示特性之後，發現可修改酸蝕刻條件以調整穿通孔之各種屬性以使其可用作中介層之通孔。在一些實施例中，例如，穿通孔可具有頂部開口、底部開口及腰部，且腰部之直徑對頂部開口及底部開口之直徑之比率可控制。如本文所用，腰部係指孔之位於頂部開口與底部開口之間的最窄部分。控制腰部、頂部開口及底部開口之直徑的兩個因素係蝕刻反應速率及擴散速率。為了在整個基板厚度上蝕刻掉材料以將損壞徑跡擴大成穿通孔，酸需要沿損壞徑跡之整個長度行進。若蝕刻速率太快以至於酸沒有時間充分擴散並到達損壞徑跡之所有部分，則酸將在材料表面處不成比例地蝕刻掉比在材料中間更多的材料。可利用如Thiele, E.W. Relation between catalytic activity and size of particle，工業與工程化學，31 (1939)，第916–920頁所描述對蝕刻製程之蒂勒模數(φ)的操縱來控制腰部直徑對頂部開口或底部開口直徑之比率。蒂勒模數係擴散時間對蝕刻反應時間之比率且由以下方程式表示：

其中： k _r係蝕刻之反應速率常數；C係本體酸濃度； γ係基於動力學反應級數的因子；r係反應期間孔之半徑； D _eff係酸在損壞徑跡或孔中透過水的有效擴散係數，其係藉由攪拌及超音波處理增強的擴增自然擴散係數D； L係材料之½厚度。

根據以上方程式，當蝕刻反應時間大於擴散時間時，蒂勒模數將大於1。這意指酸在沿損壞徑跡或孔之整個長度行進之前將被耗乏且可藉由在損壞徑跡或孔之中心的擴散來補充。因此，徑跡或孔之頂部及底部處的蝕刻將以由k _r控制的速率進行得更快，而中心處的蝕刻將以由擴散控制的速率進行得更慢，從而導致通孔呈沙漏狀。然而，若擴散時間等於或大於蝕刻反應時間，則蒂勒模數將小於或等於1。在此類條件下，酸濃度將係沿著整個損壞徑跡或孔均一的，且損壞徑跡或孔將被均一地蝕刻，從而產生實質上圓柱形的通孔。

在一些實施例中，可控制擴散時間及蝕刻反應時間以控制蝕刻系統之蒂勒模數及因此腰部之直徑對頂部開口及底部開口之直徑之比率。第53圖例示蝕刻系統之蒂勒模數與腰部直徑相對於頂部開口及底部開口之直徑的預期百分比之間的關係。在一些實施例中，蝕刻製程之蒂勒模數可小於或等於約5、小於或等於約4.5、小於或等於約4、小於或等於約3.5、小於或等於約3、小於或等於約2.5、小於或等於約2、小於或等於約1.5或小於或等於約1。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及/或底部開口之直徑之50%至100%、50%至95%、50%至90%、50%至85%、50%至80%、50%至75%、50%至70%、55%至100%、55%至95%、55%至90%、55%至85%、55%至80%、55%至75%、55%至70%、60%至100%、60%至95%、60%至60%、60%至85%、60%至80%、60%至75%、60%至70%、65%至100%、65%至95%、65%至90%、65%至85%、65%至80%、65%至75%、65%至70%、70%至100%、70%至95%、70%至90%、70%至85%、70%至80%、70%至75%、75%至100%、75%至95%、75%至90%、75%至85%、75%至80%、80%至100%、80%至95%、80%至90%、80%至85%、85%至100%、85%至95%、85%至90%、90%至100%、90%至95%或95%至100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及/或底部開口之直徑之約50%或更大、約55%或更大、約60%或更大、約65%或更大、約70%或更大、約75%或更大、約80%或更大、約85%或更大、約90%或更大、約95%或更大、或100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及底部開口之平均直徑的50%至100%、50%至95%、50%至90%、50%至85%、50%至80%、50%至75%、50%至70%、55%至100%、55%至95%、55%至90%、55%至85%、55%至80%、55%至75%、55%至70%、60%至100%、60%至95%、60%至60%、60%至85%、60%至80%、60%至75%、60%至70%、65%至100%、65%至95%、65%至90%、65%至85%、65%至80%、65%至75%、65%至70%、70%至100%、70%至95%、70%至90%、70%至85%、70%至80%、70%至75%、75%至100%、75%至95%、75%至90%、75%至85%、75%至80%、80%至100%、80%至95%、80%至90%、80%至85%、85%至100%、85%至95%、85%至90%、90%至100%、90%至95%或95%至100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及底部開口之平均直徑之約50%或更大、約55%或更大、約60%或更大、約65%或更大、約70%或更大、約75%或更大、約80%或更大、約85%或更大、約90%或更大、約95%或更大、或100%。

如根據以上蒂勒模數方程式可判定的，損壞徑跡之初始半徑及玻璃之厚度對蒂勒模數有貢獻。第54圖例示蒂勒模數如何隨著損壞徑跡之初始半徑而降低。第55圖例示蒂勒模數如何隨著基板之半厚度而增加。若需要一定厚度或半徑的損壞徑跡，則基板之厚度及損壞徑跡之半徑係在一些情況下不能改變的因素。因此，在此類情況下可調整影響蒂勒模數的其他因素。例如，第56圖例示蒂勒模數如何隨著有效擴散係數(D _eff)增加而降低。在一些實施例中，可藉由向蝕刻條件添加攪拌及/或超音波處理來增加有效擴散係數，如下文更詳細描述的。第57圖例示蒂勒模數如何隨著酸濃度降低而降低，酸濃度在此實例中為HF濃度。第57圖亦例示增加有效擴散係數及降低酸濃度之組合如何降低蒂勒模數。

在一些實施例中，可藉由調整蝕刻溶液中的酸濃度來控制蝕刻反應時間。在一些實施例中，蝕刻溶液可係水溶液，包括去離子水、一級酸及二級酸。一級酸可係氫氟酸，二級酸可係硝酸、氫氯酸或硫酸。在一些實施例中，蝕刻溶液可僅包括一級酸。在一些實施例中，蝕刻溶液可包括氫氟酸除外的一級酸及/或硝酸、氫氯酸或硫酸除外的二級酸。示範性蝕刻溶液可包括10體積%氫氟酸/15體積%硝酸、或5體積%氫氟酸/7.5體積%硝酸、或2.5體積%氫氟酸/3.75體積%硝酸。

在一些實施例中，基板在蝕刻槽中的定向、機械攪拌及/或向蝕刻溶液添加表面活性劑係可修改以調整通孔屬性的其他蝕刻條件。在一些實施例中，蝕刻溶液經超音波攪拌且基板在容納蝕刻溶液的蝕刻槽中定向，使得損壞徑跡之頂部開口及底部開口實質上均一地曝露於超音波，以便均一地蝕刻損壞徑跡。例如，若將超音波換能器配置在蝕刻槽底部處，則可將基板在蝕刻槽中定向，使得基板之具有損壞徑跡的表面垂直於蝕刻槽之底部而不是平行於蝕刻槽之底部。

在一些實施例中，可在x、y及z方向上機械地攪拌蝕刻槽以改良損壞徑跡之均一蝕刻。在一些實施例中，在x、y及z方向上的機械攪拌可係連續的。

在一些實施例中，可向蝕刻溶液添加表面活性劑以增加損壞徑跡之潤濕性。增加之潤濕性降低擴散時間且可允許增加通孔腰部之直徑對通孔頂部開口及底部開口之直徑之比率。在一些實施例中，表面活性劑可係溶解至蝕刻溶液中且不與蝕刻溶液中的一或多種酸反應的任何合適的表面活性劑。在一些實施例中，表面活性劑可係含氟表面活性劑諸如Capstone® FS-50或Capstone® FS-54。在一些實施例中，用ml表面活性劑/L蝕刻溶液表示的表面活性劑濃度可為約1、約1.1、約1.2、約1.3、約1.4、約1.5、約1.6、約1.7、約1.8、約1.9、約2或更大。速度：

使用上述方法用雷射形成穿孔或「導向孔」或「損壞徑跡」之主要優點在於處理時間極快。第8圖中所展示的損壞徑跡中之各者都係用單個皮秒雷射脈衝短脈衝製作的。這在根本上與衝擊鑽孔不同，在衝擊鑽孔中，需要許多雷射脈衝來逐步移除材料層。

對於在此所展示的樣品，載物台速度為12 m/min=200 mm/s。對於300微米間距，這意指每1.5 ms發射一雷射短脈衝以形成孔，這是667孔/秒形成速率。考慮到製作此種近似30 mm x 30 mm孔圖案之每一排的載物台加速及減速，孔形成速率遠遠超過300孔/秒。若圖案在實體範圍上製作得更大，則載物台將需要的加速更少，平均孔形成速率將更快。

由於本文所用之雷射可輕鬆地以全脈衝能量提供100,000個脈衝/秒，因此有可能以此速率形成孔。通常，孔形成速率之限制係雷射光束相對於基板可移動多快。若孔間隔開10微米，且載物台速度為1 m/s，則形成100,000孔/秒。事實上，這就是通常進行基板切割的方式。但對於實際的中介層，孔通常間隔數百微米且以更隨機的間隔(即，存在非週期性圖案)間隔開。因此，所展示之圖案之上述數目為僅約300孔/秒。為了達成更高的速率，可將載物台速度例如自200 mm/s增加至1 m/s，從而達成另外5倍的速度增加。類似地，若平均孔節距小於300微米，則孔形成速率將相應地增加。

除了在雷射光束下方平移基板外，亦有可能使用其他方法來使雷射在孔之間快速移動：移動光學頭本身、使用電流計及f-θ透鏡、聲光偏轉器、空間光調變器等。

如上所描述，視所需損壞徑跡(及藉由蝕刻製程由其創建的穿通孔)圖案，可以以下速度創建損壞徑跡，該速度為大於約50個損壞徑跡/秒、大於約100個損壞徑跡/秒、大於約500個損壞徑跡/秒、大於約1,000個損壞徑跡/秒、大於約2,000個損壞徑跡/秒、大於約3,000個損壞徑跡/秒、大於約4,000個損壞徑跡/秒、大於約5,000個損壞徑跡/秒、大於約6,000個損壞徑跡/秒、大於約7,000個損壞徑跡/秒、大於約8,000個損壞徑跡/秒、大於約9,000個損壞徑跡/秒、大於約10,000個損壞徑跡/秒、大於約25,000個損壞徑跡/秒、大於約50,000個損壞徑跡/秒、大於約75,000個損壞徑跡/秒或大於約100,000個損壞徑跡/秒。 最終零件：

在一些實施例中，使基板經受以上損壞徑跡形成及酸蝕刻製程可產生具有複數個穿通孔的基板。在一些實施例中，通孔可具有約30微米或更小、約25微米或更小、約20微米或更小、約15微米或更小、約10微米或更小、在約5至約10微米、約5至約15微米、約5至約20微米、約5至約25微米、約5至約30微米範圍內、或至多幾十微米的直徑，視預期用途之要求而定。在其他實施例中，通孔可具有大於約20 µm的直徑。變化直徑的在一些實施例中，基板可具有變化直徑的通孔，例如，通孔之直徑可具有至少5 µm的差異。在一些實施例中，通孔頂部開口及底部開口之直徑中的差異可為3 µm或更小、2.5 µm或更小、2 µm或更小、1.5 µm 或更小、或1 µm或更小。此等損壞徑跡在基板之深度上保持十分小的直徑，這最終在蝕刻之後產生均一的頂部直徑及底部直徑。在一些實施例中，相鄰通孔之間的間距(中心至中心距離)可為約10 µm或更大、約20 µm或更大、約30 µm或更大、約40 µm或更大、約50 µm或更大。在一些實施例中，相鄰通孔之間距可為至多約20 mm。在一些實施例中，通孔之密度可為約0.01個通孔/mm ²或更大、約0.1個通孔/mm ²或更大、約1個通孔/mm ²或更大、約5個通孔/mm ²或更大、約10個通孔/mm ²或更大、約20個通孔/mm ²或更大、約30個通孔/mm ²或更大、約40個通孔/mm ²或更大、約50個通孔/mm ²或更大、約75個通孔/mm ²或更大、約100個通孔/mm ²或更大、約150個通孔/mm ²或更大、約200個通孔/mm ²或更大、約250個通孔/mm ²或更大、約300個通孔/mm ²或更大、約350個通孔/mm ²或更大、約400個通孔/mm ²或更大、約450個通孔/mm ²或更大、約500個通孔/mm ²或更大、約550個通孔/mm ²或更大、約600個通孔/mm ²或更大、或約650個通孔/mm ²或更大。在一些實施例中，通孔之密度範圍可為約0.01個通孔/mm ²至約650個通孔/mm ²、或約5個通孔/mm ²至約50個通孔/mm ²。

如上所論述，在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及/或底部開口之直徑之50%至100%、50%至95%、50%至90%、50%至85%、50%至80%、50%至75%、50%至70%、55%至100%、55%至95%、55%至90%、55%至85%、55%至80%、55%至75%、55%至70%、60%至100%、60%至95%、60%至60%、60%至85%、60%至80%、60%至75%、60%至70%、65%至100%、65%至95%、65%至90%、65%至85%、65%至80%、65%至75%、65%至70%、70%至100%、70%至95%、70%至90%、70%至85%、70%至80%、70%至75%、75%至100%、75%至95%、75%至90%、75%至85%、75%至80%、80%至100%、80%至95%、80%至90%、80%至85%、85%至100%、85%至95%、85%至90%、90%至100%、90%至95%或95%至100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及/或底部開口之直徑之約50%或更大、約55%或更大、約60%或更大、約65%或更大、約70%或更大、約75%或更大、約80%或更大、約85%或更大、約90%或更大、約95%或更大、或100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及底部開口之平均直徑的50%至100%、50%至95%、50%至90%、50%至85%、50%至80%、50%至75%、50%至70%、55%至100%、55%至95%、55%至90%、55%至85%、55%至80%、55%至75%、55%至70%、60%至100%、60%至95%、60%至60%、60%至85%、60%至80%、60%至75%、60%至70%、65%至100%、65%至95%、65%至90%、65%至85%、65%至80%、65%至75%、65%至70%、70%至100%、70%至95%、70%至90%、70%至85%、70%至80%、70%至75%、75%至100%、75%至95%、75%至90%、75%至85%、75%至80%、80%至100%、80%至95%、80%至90%、80%至85%、85%至100%、85%至95%、85%至90%、90%至100%、90%至95%或95%至100%。在一些實施例中，通孔腰部之直徑為通孔頂部開口及底部開口之平均直徑之約50%或更大、約55%或更大、約60%或更大、約65%或更大、約70%或更大、約75%或更大、約80%或更大、約85%或更大、約90%或更大、約95%或更大、或100%。

在一些實施例中，通孔之縱橫比(基板厚度:通孔直徑)可為約1:1或更大、約2:1或更大、約3:1或更大、約4:1或更大、約5:1或更大、約6:1或更大、約7:1或更大、約8:1或更大、約9:1或更大、約10:1或更大、約11:1或更大、約12:1或更大、約13:1或更大、約14:1或更大、約15:1或更大、約16:1或更大、約17:1或更大、約18:1或更大、約19:1或更大、約20:1或更大、約25:1或更大、約30:1或更大、或約35:1或更大。在一些實施例中，通孔之縱橫比可在約5:1至約10:1、約5:1至20:1、約5:1至30:1、或約10:1至20:1、約10:1至30:1的範圍內。

在一些實施例中，基板所具有的厚度在約20 µm至約3 mm、自約20 µm至約1 mm、或自約50 µm 至300 µm、或自約100 µm至750 µm、或自約1 mm至約3 mm的範圍內。在一些實施例中，基板可由透明材料製程，包括但不限於玻璃、熔融矽石、合成石英、玻璃陶瓷、陶瓷及結晶材料諸如藍寶石。在一些實施例中，基板可係玻璃，且玻璃可包括含鹼玻璃、無鹼玻璃(例如無鹼鹼性鋁硼矽酸鹽玻璃)或層含有不同玻璃組成物的夾層玻璃片。在一些實施例中，玻璃可係化學增強(例如離子交換)玻璃。在一些實施例中，基板可對在約390 nm至約700 nm範圍內的至少一個波長透明。在一些實施例中，基板可透射在約390 nm至約700 nm範圍內的至少一個波長之至少70%、至少75%、至少80%、至少85%或至少90%。

穿通孔然後可用傳導材料塗佈及/或填充並用於電氣中介層應用。在一些實施例中，塗佈及/或填充可藉由金屬化來完成。金屬化可例如藉由真空沉積、無電鍍、用傳導膏填充或各種其他方法來完成。之後，可在零件表面上圖案化電跡線，且可構建一系列再分佈層及接觸墊，它們允許將電信號自孔按路線發送至微晶片或其他電路上的連接。

對於諸如數字聚合酶鏈反應(digital polymerase chain reaction，dPCR)的生化應用，零件亦可使用塗層進行官能化，該等塗層允許控制表面之親水性或疏水性。亦可應用允許抗體、蛋白質或其他生物分子之附著的其他塗層。對於dPCR微陣列，具有十分密集且規則的孔陣列的基板特別有用——例如節距小於約100微米的六角形密積孔圖案。對於此種圖案，前述雷射製程可能的速度特別高，因為雷射可極其頻繁地發射並有效地使用雷射之全重複頻率。因此，可達成超過10,000孔/秒的孔形成速率(1 m/s載物台速度，100微米孔間距)。應注意，孔形成可僅利用一小部分雷射脈衝。雷射短脈衝重複率可容易達到數百kHz，但可能很難以足夠大以使用所有此等短脈衝的速率將光束引導至新的孔位置。例如，實際孔形成速率可為100孔/秒、500孔/秒、999孔/秒、3,000孔/秒、5,000孔/秒、10,000孔/秒，而同時雷射重複率可為100,000短脈衝/秒、200,000短脈衝/秒。在此等情況下，大部分短脈衝脈衝被諸如電光調變器的裝置重新引導以進入光束捕集器，而不是被引導出雷射並到達基板。因此，比實際可自雷射之全重複率獲得的更少數目的短脈衝/秒被利用來達成鑽孔。許多短脈衝雷射在其輸出端處具有電光調變器或聲光調變器，從而使它們能夠以此種方式操作。 實例 實例1

製備Corning Eagle XG®玻璃(300微米厚度)之測試樣品以在樣品中製作穿通孔，如第19B圖及第19C圖所展示。儘管改變了皮秒雷射之短脈衝能量及每短脈衝的脈衝數且將節距自50微米改變為300微米，但在所有樣品中都觀察到玻璃內部的範圍為約10微米的小徑向裂紋，如第19A圖所展示。

製備額外的Corning Eagle XG®玻璃(150微米厚度)樣品以製作穿通孔，之後進行蝕刻以擴大孔之直徑。零件為：300微米節距的100x100孔陣列，改變雷射功率或短脈衝能量(5個樣品)，一個樣品具有200微米節距的150x150孔陣列，及一個樣品具有100微米節距的300x300孔陣列。如第20A圖至第20C圖，俯視圖(第20A圖)、仰視圖(第20B圖)及側視圖(第20C圖)中的蝕刻前照片所展示，成功製作穿通孔而在玻璃表面處沒有顯著缺口或裂紋，但具有一些內部徑向裂紋及次表面損壞(未展示出)。如第21A圖至第21E圖所展示，在增加雷射功率(第21A圖=55%、第21B圖=65%、第21C圖=75%、第21D圖=85%、第21E圖=100%雷射功率)之情況下蝕刻後(蝕刻成約100微米直徑)的300微米節距的100x100孔陣列之俯視圖顯示，在更高功率水準下獲得最佳結果(最圓的孔，無堵塞(黑暗中心表明堵塞的孔))，最佳為約75%-85%功率，對於相同樣品之仰視圖發現相同結果，如第22A圖至第22E圖所展示(第22A圖=55%、第22B圖=65%、第22C圖=75%、第22D圖=85%、第22E圖=100%雷射功率)。

如第23A圖至第23C圖所展示，65%雷射功率下的較大陣列測試結果(第23A圖=150x150陣列、200微米節距、100微米孔) (第23B圖至第23C圖=300x300陣列、100微米節距、50微米孔)產生了100微米及50微米孔的圓孔，但亦有一些堵塞，堵塞具有一定週期性(可能是由於超音波駐波在蝕刻期間創建較高及較低混合的小區域)，以及具有帶裂紋及缺口孔的一些區域，如第23C圖所展示。

對兩個100x100陣列樣品的尺寸分析顯示，圓度(圓度=最大內切直徑-最小內切直徑)良好(即，小於約5微米)，如第25A圖至第25C圖針對第一樣品(第25A圖=頂部，第25B圖=底部，第25C圖=腰部)及第27A圖至第27C圖針對第二樣品(第27A圖=頂部，第27B圖=底部，第27C圖=腰部)所展示，且頂部(第24A圖針對第一樣品及第26A圖針對第二樣品所展示)及底部(第24B圖針對第一樣品及第26B圖針對第二樣品所展示)直徑幾乎相等，且腰部(第24C圖針對第一樣品及第26C圖針對第二樣品所展示)係開口的。 實例2

對額外的Corning Eagle XG®玻璃(300微米厚度)樣品進行測試，以測驗孔品質如何隨(蝕刻後)最終直徑而變化。以150x150陣列(各樣品22,500個孔)、300微米節距、增加雷射功率(55%、65%、75%、85%及100%雷射功率)及藉由蝕刻移除獲得的四個孔直徑(30微米、50微米、75微米及100微米直徑)製作穿通孔。穿通孔製作製程之雷射條件為：50 mm透鏡，12 m/min (200 mm/s)載物台速度，200 kHz重複率，每短脈衝3個脈衝。在約187孔/秒下製作穿通孔。如第28A圖至第28C圖針對30微米孔及第29A圖至第29C圖針對50微米孔所展示，在100%雷射功率下，30微米孔的腰部看起來窄(第28B圖)，而50微米孔的腰部(第29B圖)則係寬開口的。如第30A圖至第30C圖針對75微米孔及第31A圖至第31C圖針對100微米孔所展示，在100%雷射功率下，兩種大小的腰部(第30B圖及第31B圖)都係寬開口的。如第32A圖至第32C圖針對30微米孔及第33A圖至第33C圖針對50微米孔所展示，在85%雷射功率下，30微米孔的腰部看起來窄(第32B圖)，而50微米孔的腰部(第33B圖)則係很大開口的。如第34A圖至第34C圖針對75微米孔及第35A圖至第35C圖針對100微米孔所展示，在85%雷射功率下，兩種大小的腰部(第34B圖及第35B圖)都係寬開口的。如第36A圖至第36C圖針對30微米孔及第37A圖至第37C圖針對50微米孔所展示，在75%雷射功率下，30微米孔的腰部看起來窄(第36B圖)，而50微米孔的腰部(第37B圖)則係寬開口的。如第38A圖至第38C圖針對75微米孔及第39A圖至第39C圖針對100微米孔所展示，在75%雷射功率下，兩種大小的腰部(第38B圖及第39B圖)都係開口的，但總體孔直徑可存在一些變化。如第40A圖至第40C圖針對30微米孔及第41A圖至第41C圖針對50微米孔所展示，在65%雷射功率下，蝕刻之後在玻璃內部沒有完全形成孔，30微米孔的結果最差(第41B圖)，儘管即使50微米孔(第41A圖)看起來開口不足或堵塞。如第42A圖至第42C圖針對75微米孔及第43A圖至第43C圖針對100微米孔所展示，在65%雷射功率下，俯視圖(第42A圖及第43A圖)及仰視圖(第42C圖及第43C圖)有開口較差及堵塞的證據。如第44A圖至第44C圖針對30微米孔及第45A圖至第45C圖針對50微米孔所展示，在55%雷射功率下，孔沒有完全形成且酸蝕刻沒有將孔打開。如第46A圖至第46C圖針對75微米孔及第47A圖至第47C圖針對100微米孔所展示，在55%雷射功率下，孔沒有完全形成且酸蝕刻無法將孔打開。如第47A圖及第47C圖所展示，甚至100微米孔亦分別在俯視圖及仰視圖中顯示出沒有開口腰部或堵塞的證據。 實例3

藉由允許同時對多個層進行鑽孔，本文所揭示之方法亦實現更高的處理速度。第48圖例示延伸穿過三個堆疊的150微米Eagle XG®玻璃片430的焦線432。隨著焦線432延伸穿過所有三個堆疊片，可同時形成穿過所有三個層的全穿孔或全缺陷線。為了創建穿過堆疊的全穿孔，焦線長度需要長於堆疊高度。一旦零件被鑽出孔，就可將零件分開且然後進行蝕刻，這允許輔助工具更容易進入各個片之孔中。

此種線聚焦鑽孔方法之顯著優點在於該製程對零件之間的氣隙不敏感，這與依賴於雷射光束自聚焦的製程不同。例如，聚焦的高斯光束將在進入第一玻璃層時發散而不會鑽至大的深度，或者若在對玻璃鑽孔時由於沿著孔之側面或波導反射而發生自聚焦，則光束將自第一玻璃層出射並繞射而不會鑽入第二玻璃層中。甚至在使用以克爾效應為基的自聚焦(有時稱為「絲狀形成」)來達成材料內部更長相互作用長度的雷射製程之情況下，使雷射光束離開上玻璃片並進入空氣亦係成問題的，因為空氣在空氣中需要約20倍的功率來誘發以克爾效應為基的自聚焦，而不是維持玻璃中克爾效應自聚焦所需的功率。相比之下，貝塞爾光束將在整個線聚焦範圍內對兩個玻璃層鑽孔，而不管氣隙大小之變化(多達數百微米或甚至1 mm)如何。 實例4

在此種鑽孔製程期間，亦有可能在玻璃片之頂部、下方及之間插入保護層或塗層。只要材料對雷射輻射透明，光束將仍然穿過保護塗層聚焦並對玻璃片鑽孔。若試圖在鑽孔製程期間保持零件清潔並防止刮傷或其他處理損壞，這可能特別有利。在對零件鑽孔後，可移除塗層。同樣，此類層諸如透明聚合物薄層(諸如來自Donguan Yunyang Industrial Co. Ltd.的YY-100聚乙烯自黏薄膜)可在堆疊鑽孔製程期間在片之間使用，以防止一個片在另一個片上的表面磨損，從而有助於保持零件強度並防止外表或其他缺陷。

第49圖展示已經用此種方法鑽孔的兩個300微米厚EXG玻璃片之影像。第50圖展示酸蝕刻之後的同一零件。在此情況下，孔之直徑自側輪廓看起來為150微米，但實際上直徑為約70微米，且僅自側視角才看起來大，因為自攝影機之焦平面延伸出多列孔，且各列都有輕微的側向偏移，給人比實際大的開口孔的錯覺。孔之俯視圖(第51圖)展示孔之直徑確實為近似70微米，且穿過各孔之中心的光表明孔係開口穿通孔。 實例5

將具有損壞徑跡的150 µm厚Corning Eagle XG®玻璃零件垂直放置於具有按體積計5%的HF/7.5%的HNO3的酸蝕刻浴中。在26℃溫度下以約1微米/分鐘的速率對零件進行蝕刻持續810秒以移除約13微米材料。使用40 kHz及80 kHz頻率組合的超音波攪拌來促進孔中的流體滲透及流體交換。另外，使零件在超音波場內在x、y及z方向上的連續移動以防止超音波場的駐波圖案在零件上創建「熱點」或空化相關損壞以及提供跨零件的宏觀流體流動。在蝕刻期間，損壞徑跡被放大以創建通孔，該等通孔具有13 µm直徑、11:1縱橫比及為玻璃零件之頂表面及底表面處的通孔開口之平均直徑之73%的腰部直徑。第58圖係玻璃零件之側視圖之酸蝕刻後照片。 ----------//---------- 實例6

組成物

在目標應用中，穿玻璃通孔(through glass vias，TGV)透過玻璃基板創建電氣連接，且之後經受金屬化。如由TGV之頂部直徑、腰部直徑及底部直徑定義的所要通孔幾何形狀視應用及金屬化方法。對於涉及透過電鍍進行金屬化並需要氣密密封的一些應用，窄腰部開口(尖的沙漏)相比漸縮或圓柱形通孔形狀係較佳的。雷射損壞及蝕刻製程通常創建沙漏通孔，因為蝕刻是擴散受限的，且通孔之頂部部分及底部部分之蝕刻週期比腰部長。第59A圖例示具有蝕刻前厚度H _i的經雷射損壞之玻璃之示意圖，而第59B圖例示蝕刻之後的通孔形狀之示意圖。D ₁係通孔之頂部直徑，D _w係通孔之腰部直徑，且最終厚度為H _f。藉由調諧雷射短脈衝模式、功率及蝕刻劑，可產生通孔開口(參見第59A圖及第59B圖)。在一些實例中，對於本文所揭示之玻璃組成物(例如，如下表1中那樣)，腰部開口對頂部開口之比率(D _w/D ₁)可選擇性地自17%的(第60A圖；漸縮形)調諧至80%的(第60B圖；圓柱形)。第61A圖及第61B圖例示曝露於各種酸蝕刻劑之後的本申請案之玻璃(例如，7607玻璃：67.2%的SiO ₂、6.5%的Al ₂O ₃、20.1%的B ₂O ₃、0.89%的Na ₂O、0.4%的MgO、4.9%的CaO，以莫耳%為單位)與Corning Eagle®玻璃(EXG)之間的比較，該比較對應於該等玻璃之各別均值開口%(第61A圖)及腰部標準偏差(第61B圖)。根據第61A圖，7607樣品始終具有比EXG玻璃更高開口%，而不管蝕刻劑如何，且根據第61B圖，7607玻璃之腰部大小標準偏差在大多數蝕刻劑中都低於或大致等於EXG玻璃。

在上述雷射損壞及蝕刻(laser-damage & etch，LD&E)製程中，超快短脈衝模式雷射產生沿著平坦玻璃片之垂直方向的損壞跡線。沿著損壞跡線的玻璃材料僅顯示折射率(refractive index，RI)變化，或顯示具有十分小的氣泡(範圍在50 nm至1 µm)的RI變化或具有小裂紋的RI變化。損壞徑跡之特徵可藉由雷射參數進行調諧，諸如雷射波長、功率位準、脈衝持續時間、各短脈衝的雷射沖數及各脈衝的能階等。在蝕刻製程中，經雷射損壞之區域通常比未損壞區域蝕刻得更快。因此，此製程可產生穿過玻璃厚度的通孔。由於蝕刻係自玻璃表面開始且蝕刻劑在三個維度上與玻璃接觸，因此通常靠近表面的區域比玻璃之中心部分蝕刻得更快，這導致通孔之沙漏形狀。通孔之縱橫比係影響下游通孔金屬化步驟及最終產品之效能的關鍵參數。藉由調諧玻璃組成物、雷射條件及蝕刻劑，可產生廣泛範圍的通孔縱橫比。

用於形成具體組合物的氧化物量的非限制性實例以及所得組合物的性質列於表1中。

氧化物 (莫耳%)	1	2	3	4	5	6	7	8	9
SiO 2	69.26	69.94	74.48	69.17	71.76	69.46	71.42	71.14	70.04
Al 2O 3	8.12	4.99	6.06	6.03	8.20	8.15	8.45	8.37	7.99
B 2O 3	9.65	12.43	6.59	6.53	9.41	9.46	9.33	9.76	9.41
P 2O 5						2.47			2.47
MgO	4.26	4.13	4.22	6.04	0.01	0.02	0.02	2.70	2.48
CaO	4.32	4.22	4.29	6.14	0.07	0.07	0.10	2.70	2.56
SrO	4.24	4.15	4.21	5.93	0.31	0.31	3.89	2.70	2.56
BaO	0.04	0.04	0.04	0.06	10.04	9.96	6.68	2.52	2.39
SnO 2	0.1	0.1	0.1	0.1	0.20	0.10	0.11	0.10	0.10
密度(g/cc)	2.428	2.402	2.433	2.532	2.636	2.607	2.605	2.45	2.426
CTE (ppm)	3.47		3.43		3.89	4.03	4.02	3.39	3.51
應變點(℃)	666		719.2		641.9	633.6	645.5	658.5	664.1
退火點(℃)	715.8		784.4		696.1	689.4	699.1	712.7	728.9
帕松比					0.219	0.218	0.222	0.222	0.22
剪切模數(GPa)					27.4	25.6	27.6	28.3	26.8
楊氏模數(GPa)					66.8	62.5	67.5	69.3	65.4

表1

氧化物 (莫耳%)	10	11	12	13	14	15
SiO 2	69.1	68.1	67.2	66.4	65.6	64.8
Al 2O 3	8.1	8.0	8.0	8.1	8.0	8.1
B 2O 3	10.1	11.2	12.1	12.8	13.7	14.4
P 2O 5
MgO	4.2	4.2	4.2	4.2	4.2	4.2
CaO	4.3	4.3	4.3	4.3	4.2	4.3
SrO	4.2	4.1	4.1	4.1	4.1	4.1
BaO	0.04	0.04	0.04	0.06	10.04	9.96
SnO 2	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
密度(g/cc)	2.431	2.427	2.423	2.418	2.415	2.412
CTE (ppm)
應變點(℃)	665.7	653.5	661.4	657.6	650	648.9
退火點(℃)	714.1	702.5	709.7	703.7	698.3	696.7
帕松比	0.221	0.225	0.223	0.23	0.226	0.229
剪切模數(GPa)	29.4	29.1	28.8	28.4	28.1	27.9
楊氏模數(GPa)	71.8	71.2	70.5	69.9	69.0	68.7

表1，接上

在一些實例中，組成物包含SiO ₂及鹼土金屬氧化物(MO，或BeO、MgO、CaO、SrO、BaO之和)之組合。在一些實例中，組成物進一步包含Al ₂O ₃。在一些實例中，組成物進一步包含B ₂O ₃。在一些實例中，組成物進一步包含SnO ₂。在一些實例中，組成物可進一步包含P ₂O ₅。例如，組成物可包含，以莫耳%為單位：40-80的SiO ₂及＞0-25的MO。在一些實例中，組成物進一步包含，以莫耳%為單位，＞0-15的Al ₂O ₃。在一些實例中，組成物可進一步包含，以莫耳%為單位，＞0-15的B ₂O ₃。在一些實例中，組成物可進一步包含，以莫耳%為單位，＞0-5的SnO ₂。在一些實例中，組成物可進一步包含，以莫耳%為單位，≥0-5的P ₂O ₅。本文所揭示之組成物特別適合作為用於電子應用之具有精密形成孔之薄玻璃基板。

用作實施例之主要組成物形成氧化物組分的二氧化矽(SiO ₂)影響玻璃組成物之機械強度、生物相容性及降解性質(例如，溫度穩定性、化學耐久性等)。對於本文所揭示之組成物，SiO ₂起到穩定玻璃及玻璃陶瓷之網絡結構的作用。在一些實施例中，組成物可包含40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂。在一些實施例中，組成物可包含50莫耳%-70莫耳%的SiO ₂。在一些實施例中，組成物可包含40莫耳%-80莫耳%、或40莫耳%-60莫耳%、或45莫耳%-65莫耳%、或50莫耳%-70莫耳%、或55莫耳%-75莫耳%、或60莫耳%-80莫耳%的SiO ₂、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，玻璃本質上不含SiO ₂或者包含40莫耳%、41莫耳%、42莫耳%、43莫耳%、44莫耳%、45莫耳%、46莫耳%、47莫耳%、48莫耳%、49莫耳%、50莫耳%、51莫耳%、52莫耳%、53莫耳%、54莫耳%、55莫耳%、56莫耳%、57莫耳%、58莫耳%、59莫耳%、60莫耳%、61莫耳%、62莫耳%、63莫耳%、64莫耳%、65莫耳%、66莫耳%、67莫耳%、68莫耳%、69莫耳%、70莫耳%、71莫耳%、72莫耳%、73莫耳%、74莫耳%、75莫耳%、76莫耳%、77莫耳%、78莫耳%、79莫耳%、80莫耳%的SiO ₂、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

二價正離子氧化物(諸如鹼土金屬氧化物)對於改善(1)組成物之熔融行為及(2)影響組成物之楊氏模數及熱膨脹很重要。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-25鹼土金屬氧化物(MO，或BeO、MgO、CaO、SrO、BaO之和)。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，5-20的MO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-25、或＞0-20、或2-20、或2-15、或5-15、或5-10、或10-25、或10-20、或＞0-15、或＞0-10的MO、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25的MO、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10的CaO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-7的CaO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10、或＞0-9、或1-9、或1-8、或2-8、或2-7、或3-7、或＞0-5、或＞0-4的CaO、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的CaO、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10的MgO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-7的MgO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10、或＞0-9、或1-9、或1-8、或2-8、或2-7、或3-7、或＞0-5、或＞0-4的MgO、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的MgO、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10的SrO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-6的SrO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-10、或＞0-9、或1-9、或1-8、或2-8、或2-7、或3-7、或＞0-5、或＞0-4的SrO、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的SrO、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15的BaO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-11的BaO。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15、或＞0-12、或1-12、或1-9、或3-9、或＞0-7、或2-7、或5-12的BaO、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的BaO、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

在一些實例中，組成物進一步包含網絡形成劑氣化鋁(Al ₂O ₃)，其向網絡結構提供穩定以及對矽酸鹽玻璃之改善機械性質及化學耐久性有貢獻，同時沒有毒性問題。另外，氧化鋁亦有助於降低液相溫度及熱膨脹係數，或者提高應變點。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15的Al ₂O ₃。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15、或＞0-13、或1-13、或1-12、或2-12、或2-11、或3-11、或3-10、或4-10或4-9Al ₂O ₃、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15Al ₂O ₃、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

在一些實例中，組成物進一步包含網絡形成劑氧化硼(B ₂O ₃)，其在以低濃度存在之情況下有益於玻璃熔融。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15的B ₂O ₃。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，5-15的B ₂O ₃。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-15、或2-15、或2-14、或3-14、或3-13、或5-13、或5-10、或10-15、或7-13的B ₂O ₃、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的B ₂O ₃、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-5的SnO ₂。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-1的SnO ₂。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0-5、或＞0-4、或0-3、或0-2、或＞0-1的SnO ₂、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5的SnO ₂、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

在一些實例中，組成物進一步包含網絡形成劑五氧化二磷(P ₂O ₅)，其用作本文所揭示之玻璃組成物中的用於本體成核之成核劑。另外，P ₂O ₅增加玻璃黏度，其擴展玻璃之操作溫度範圍且有利於其製造及形成。若P ₂O ₅濃度太低，則玻璃將不會結晶。若P ₂O ₅濃度太高，則(在玻璃冷卻期間的發生)去玻化可能難以控制。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，≥0-5的P ₂O ₅。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，≥0-5、或＞0-4、或1-4、或1-3的P ₂O ₅、或本文所揭示之任何值或範圍。在一些實例中，組成物可包含，以莫耳%為單位，＞0、1、2、3、4、5的P ₂O ₅、或本文所揭示之任何值或具有端點的範圍。

額外的組分可併入至組成物中以提供額外的益處，或者可作為通常在商業製備的組成物中發現的污染物併入。例如，可添加額外的組分作為著色劑或澄清劑(例如，以促進自用於生產玻璃的熔融批料移除氣態夾雜物)及/或用於其他目的。在一些實例中，組成物可包含用作紫外線輻射吸收劑的一或多種化合物。在一些實例中，組成物可包含3莫耳%或更少的ZnO、TiO ₂、CeO、MnO、Nb ₂O ₅、MoO ₃、Ta ₂O ₅、WO ₃、SnO ₂、Fe ₂O ₃、As ₂O ₃、Sb ₂O ₃、Cl、Br、或其組合。在一些實例中，組成物可包含，以mol%為單位，0-3、或0-2、或0-1、或0-0.5、或0-0.1、或0-0.05、或0-0.01的ZnO、TiO ₂、CeO、MnO、Nb ₂O ₅、MoO ₃、Ta ₂O ₅、WO ₃、SnO ₂、Fe ₂O ₃、As ₂O ₃、Sb ₂O ₃、Cl、Br、或其組合。根據一些實例，組成物亦可包括與批料相關聯的及/或藉由用於生產組成物的熔融、澄清及/或成形設備引入組成物中的各種污染物。例如，在一些實施例中，玻璃可包含，以莫耳%為單位，0-3、或0-2、或0-1、或0-0.5、或0-0.1、或0-0.05、或0-0.01的SnO ₂、Fe ₂O ₃、或其組合。 實例7

使用實例6之組成物來形成玻璃基板之方法

皮秒532nm貝塞爾光束用於短脈衝組態中，該短脈衝組態具有20個脈衝/短脈衝、100 kHz重複率與如在空氣中量測的0.7 mm的FWHM焦線長度。使用90 µJ的總體短脈衝能量。

用於創建此等通孔的蝕刻條件取自標準射頻(Radio Frequency，RF)型TGV製程，該製程要求100 µm頂部直徑通孔與所需的蝕刻移除量之比率接近1:1。溶液在本體表面每側50 µm處各向同性地蝕刻零件，但損壞徑跡區域具有更快、更佳的蝕刻速率。對於Eagle XG® (EXG)，此較佳蝕刻速率係在9:1本體蝕刻速率的下量測的。一旦損壞徑跡被蝕刻貫穿，通孔及本體之蝕刻速率應該相同。EXG用作用於比較最終通孔形狀之基準。

此過程使用保持在8℃的5體積% (1.45M)的氫氟酸(HF)溶液。此過程中的低酸濃度及溫度對於減慢反應速率從而允許酸擴散至次微米損壞徑跡中係必要的。機械攪拌浴中的零件亦經採用來增加擴散。反應速率與擴散速率的平衡將所得通孔形狀自沙漏控制為近圓柱形。玻璃組成物亦影響損壞徑跡之較佳蝕刻速率。這一點藉由以相同方式蝕刻及雷射損壞的玻璃中的通孔錐度不同可知(表2-蝕刻後的通孔幾何形狀)。

玻璃	EXG	#1	#2	#3	#4	#5	#6	#7	#8	#9	EXG
蝕刻劑	5體積%的HF
Dw (µm)	63.4	55.1	15	NA	10.6
D1 (µm)	101.4	107.6	116.3	102.4	102.4
(Dw/D1)*100	62.5	51.2	12.89	NA	10.4
蝕刻前厚度H i(µm)	401.9	437.35	452.2	501.4	474.9
蝕刻後厚度H f(µm)	293.85	337.15	312.5	382.7	344.5
ΔH (H i-H f) (µm)	108.05	100.2	139.7	118.7	130.4
蝕刻劑	5體積%的HF+10體積%的HNO 3	5體積%的HF+5體積%的HNO 3
Dw (µm)	55.6	63.4	46	36.4	37.6	7	4	27	37	50	30.8
D1 (µm)	100	100.1	100.02	99.13	99.91	80	82	88	88	90	79.5
(Dw/D1)*100	55.6	63.3	46	36.7	37.6	8.6	4.9	30.7	42	55.6	38.7
蝕刻前厚度H i(µm)	398.85	403.15	402.55	469.1	433.9	416	400	378	409	358	396
蝕刻後厚度H f(µm)	287.5	290.45	274	359.6	319	313	298	277	307	256	298
ΔH (H i-H f) (µm)	111.35	112.7	128.55	109.5	114.9	103	102	101	102	102	98
蝕刻劑	5體積%的HF+10體積%的HNO 3+0.1重量%的PDADMAC
Dw (µm)	66	80	42.4	50.6	55.4
D1 (µm)	99.11	99.91	101.29	101.07	104.37
(Dw/D1)*100	66.6	80.1	41.9	50.1	53.1
蝕刻前厚度H i(µm)	398.7	406.5	402.5	475.5	436.8
蝕刻後厚度H f(µm)	298	310	306	370.5	325
ΔH (H i-H f) (µm)	100.7	96.5	95.5	105	112.3

表2

玻璃	#10	#11	#12	#13	#14	#15
蝕刻劑	5體積%的HF+10體積%的HNO 3
(Dw/D1)*100	73	72	59	57	42	40
蝕刻前厚度H i(µm)	398.2	405.1	426.8	407.1	408.3	416.3
蝕刻後厚度H f(µm)	298	304.3	325.5	306.4	306.5	316
蝕刻時間(min)	178	178	117	109	89	89
蝕刻速率(µm/min)	0.56	0.57	0.87	0.92	1.14	1.13
蝕刻劑	5體積%的HF+10體積%的HNO 3+0.1重量%的PDADMAC
(Dw/D1)*100	82	80	67	65	67	56
蝕刻前厚度H i(µm)	399.1	404	422.3	414	409.8	430.1
蝕刻後厚度H f(µm)	301	306.2	324.5	316	313.5	333.5
蝕刻時間(min)	303	323	183	193	133	133
蝕刻速率(µm/min)	0.33	0.31	0.55	0.52	0.74	0.74

表2，接上

對於高硼玻璃，HF與玻璃中的硼反應以形成凝膠層，該凝膠層覆蓋玻璃表面並顯著減慢蝕刻過程。為解決此問題，亦在8℃下用5體積% (1.45M)的HF及10體積% (1.6M)的硝酸(HNO ₃)蝕刻玻璃，硝酸有助於溶解凝膠層。在玻璃1-4之實例中，與僅HF溶液相比，觀察到混合HF及HNO ₃溶液中的D _w顯著增加。在第三種情況下，在更高溫度(20℃)下處理5體積% (1.45M)的HF及5體積% (0.8M)的HNO ₃。

在第四種情況下，可藉由向蝕刻劑中添加1重量%的聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDADMAC)來創建更寬開口的通孔。PDADMAC沉積於玻璃表面上並阻止HF觸及玻璃表面。PDADMAC分子可容易地在平坦表面上自組裝及排列，但可能無法進入經雷射損壞之區域。因此，玻璃表面上的蝕刻速率可能減慢，而經雷射損壞之區域周圍的蝕刻速率則不受PDADMAC影響。EXG、玻璃1、3及4全都表明添加PDADMAC導致更寬的通孔腰部。

第62Ai圖至第62Jii圖例示在曝露於雷射及酸蝕刻處理之後的具有表1之組成物的玻璃與Corning Eagle® (EXG)玻璃之間的比較。開口%的結果總結於表3及表4中。

蝕刻劑	EXG	玻璃#1
5體積%的HF	雷射：短脈衝20，能量85 µJ 開口：67.8%， 蝕刻速率： 0.27 µm/min (第62Ai圖)	雷射：短脈衝15，能量125 µJ 開口：83.1%， 蝕刻速率：0.26 µm/min (第62Aii圖)
5體積%的HF + 10體積%的HNO 3	雷射：短脈衝20，能量85 µJ 開口：71.4%， 蝕刻速率：0.38 µm/min (第62Bi圖)	雷射：短脈衝15，能量135 µJ 開口：72.2%， 蝕刻速率：0.24 µm/min (第62Bii圖)
5體積%的HF + 10體積%的HNO 3+ 0.1 vol.%的PE	雷射：短脈衝18，能量90 µJ 開口：69.7%， 蝕刻速率：0.24 µm/min (第62Ci圖)	雷射：短脈衝15，能量115 µJ 開口：78.1%， 蝕刻速率：0.18 µm/min (第62Cii圖)

表3

玻璃	酸處理
5體積% HF + 10體積% HNO 3	5體積%的HF + 10體積%的HNO 3+ 0.1 vol.%的PE
#10	雷射：短脈衝15，能量110 µJ 開口： 73% 蝕刻速率：0.56 µm/min (第62Di圖)	雷射：短脈衝18，能量120 µJ 開口：78% 蝕刻速率：0.33 µm/min (第62Dii圖)
	雷射：短脈衝12，能量140 µJ 開口：82% 蝕刻速率：0.33 µm/min (第62E圖)
#11	雷射：短脈衝12，能量100 µJ 開口：72% 蝕刻速率：0.57 µm/min (第62Fi圖)	雷射：短脈衝12，能量90 µJ 開口：80% 蝕刻速率：0.55 µm/min (第62Fii圖)
#12	雷射：短脈衝15，能量120 µJ 開口：59% 蝕刻速率：0.87 µm/min (第62Gi圖)	雷射：短脈衝12，能量120 µJ 開口：67% 蝕刻速率：0.52 µm/min (第62Gii圖)
#13	雷射：短脈衝15，能量100 µJ 開口：57% 蝕刻速率：0.92 µm/min (第62Hi圖)	雷射：短脈衝15，能量120 µJ 開口：65% 蝕刻速率：0.52 µm/min (第62Hii圖)
#14	雷射：短脈衝20，能量140 µJ 開口：42% 蝕刻速率：1.14 µm/min (第62Ii圖)	雷射：短脈衝20，能量130 µJ 開口：67% 蝕刻速率：0.74 µm/min (第62Iii圖)
#15	雷射：短脈衝20，能量140 µJ 開口：40% 蝕刻速率：1.13 µm/min (第62Ji圖)	雷射：短脈衝20，能量140 µJ 開口：56% 蝕刻速率：0.74 µm/min (第62Jii圖)

表4

因此，如本文所提出，描述了用於穿玻璃通孔(through glass via，TGV)應用之改良孔形成方法及玻璃組成物。具體地，本揭露描述可用於TGV應用之具有高氧化硼(＞6.5莫耳%)及低氧化鋁(＜10莫耳%)含量的玻璃組成物。當前TGV基板專注於使用具有多於10莫耳%的氧化鋁(Al ₂O ₃)現有無鹼商品化玻璃。濕化學蝕刻製程通常使用至少5體積%的HF，然而，蝕刻副產物(例如，氟化鋁、氟化鎂、氟化鈣等)之溶解度十分低。結果，當此等蝕刻副產物沉積於玻璃表面上時，蝕刻製程之效率大大降低且可能導致盲通孔及/或更長的蝕刻時間。不溶性副產物亦可能在玻璃表面上充當蝕刻劑遮罩，該等蝕刻劑遮罩增加跨表面的總厚度變化(total thickness variation，TTV)及表面粗糙度。高硼、低氧化鋁玻璃在相對較短的時間內被快速蝕刻成所需形狀。此外，通孔腰部直徑可藉由使用用於預定組成物之預定蝕刻劑來調諧。由於前述內容，用所揭示之玻璃組成物形成的TGV玻璃基板可(1)形成為與傳統玻璃相比具有更多圓柱形通孔形狀且(2)具有可調諧通孔直徑(即，及因此縱橫比)及變化的蝕刻劑。

如本文所用，用語「及/或」在用於二或更多個個項之列表中時意指可單獨採用所列項中之任一者或者可採用所列項中之二或更多者之任何組合。例如，若組成物描述為含有組分A、B及/或C，則該組成物可含有單獨A；單獨B；單獨C；A與B組合；A與C組合；B與C組合；或A、B及C組合。

本文中對元素位置(例如，「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「第一」、「第二」等)的引用僅僅用於描述附圖中各種元素之定向。應注意，各種元素之定向可根據其他示範性實施例而不同，且此類變化意欲由本揭露涵蓋。此外，此等關係用語僅用於將一個實體或動作與另一個實體或動作區分開，而不是一定要求或暗示此類實體或動作之間存在任何實際的此種關係或順序。

熟習此項技術者及製作或使用本揭露者將想到對本揭露的修改。因此，應理解，附圖中所展示及以上所描述的實施例僅用於說明目的，並不意欲限制本揭露之範疇，該範疇由以下申請專利範圍界定，如根據專利法原則，包括等效原則所解釋。

一般技藝人士將理解，所描述之揭露內容及其他組件之構造不限於任何特定材料。除非本文另外描述，否則本文所揭示之揭露內容之其他示範性實施例可由廣泛多種材料形成。

如本文所用，用語「近似」、「約」、「實質上」及類似用語意欲具有與本揭露之標的物所屬技術領域中一般技藝人士的普遍及接受用法一致的廣泛含義。審閱本揭露的熟習此項技術者應理解，此等用語意欲允許對所描述及主張保護之某些特徵進行描述，而不將此等特徵之範疇約束於所提供之精確數值範圍。因此，此等用語應解釋為表明對所描述及主張保護之標的物之非實質性或無關緊要的修改或變更被認為在所附申請專利範圍所敘述之本發明之範疇內。換言之，用語「約」、「近似」及類似者意指量、大小、配方、參數及其他數量及特性並非且不需要係確切的，而是可按需要為近似的及/或較大或較小的，從而反映容限、轉換因子、捨位、量測誤差及類似者以及熟習此項技術者已知的其他因子。

因此，「不含」或「本質上不含」一組分的組成物係其中該組分不是主動添加或配料至玻璃中但可作為污染物以十分少量(例如，每百萬份中之500、400、300、200或100份(parts per million，ppm)或更小)存在的組成物。

如本文所用，「任選的」、「視情況」或類似者意欲意指隨後描述之事件或情況可能發生或可能不發生，且該描述包括事件或情況發生之情形及事件或情況不發生之情形。如本文所用，除非另外規定，否則不定冠詞「一」、「一個」及對應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一或多個」。

關於本文中實質上任何複數及/或單數用於之使用，熟習此項技術者可根據上下文及/或應用將複數轉換為單數及/或將單數轉換為複數。為清楚起見，本文可明確地闡述各種單數/複數置換。

除非另外規定，否則所有組成物用批料莫耳百分比(莫耳%)表示。如一般技藝人士將理解，各種熔體成分(例如，矽、鹼或鹼基、硼等)在成分熔融期間可能經受不同水準的揮發(例如，作為蒸氣壓力、熔融時間及/或熔融溫度之函數)。因此，關於此類成分使用的批料莫耳百分比值意欲涵蓋在最終熔融物件中此等成分之±0.5莫耳%內的值。考慮到上述情況，預期玻璃-陶瓷組成物與批料玻璃組成物之間的實質組成等效。例如，預期在任選的熱處理步驟之後玻璃與玻璃-陶瓷之間的實質組成等效。

熟習此項技術者將明白，可在不脫離所主張保護之標的物之精神及範疇之情況下作出各種修改及變化。因此，所主張保護之標的物僅受所附申請專利範圍及其等效物的約束。

1:基板 1a,1b:基板表面 2:脈衝雷射光束 2a:雷射光束入射至光學總成的部分/雷射輻射/光束 2aR:邊緣光線 2aZ:中心光束 2b:圖案/線區域/焦線 2c:誘發吸收區段 3:雷射 6:光學總成 7:透鏡 8:孔徑 10:旋轉三稜鏡光學元件 11,12:透鏡 430:玻璃片 432:焦線 610:短脈衝 620:脈衝 1000:基板 1002:損壞徑跡/導向孔 1004:第一表面/頂表面 1006:第二表面/底表面 1008:穿通孔 z1:距離 z2:距離 SR:圓形輻射 d:基板厚度 br:所要寬度 dr:圓直徑 T _p:持續時間 T _b:時間間隔 Dt:頂部直徑 Db:底部直徑 Dw:腰部直徑 H _i:蝕刻前厚度 H _f:最終厚度

上述內容將自以下對示範性實施例的更具體描述中變得顯而易見，如附圖所例示，在附圖中，相同的參考字符在不同視圖中係指相同的部分。附圖不一定按比例繪製，而是將重點放在例示實施例上。

第1圖係用於雷射鑽孔之光學總成之一個實施例的示意圖解。

第2A圖及第2B圖係雷射光束焦線之定位，即，對由於沿著焦線的誘發吸收而對雷射波長透明的材料的處理，的圖解。

第3A圖係根據一個實施例的用於雷射處理之光學總成之圖解。

第3B-1圖至第3B-4圖係藉由相對於基板不同地定位雷射光束焦線來處理基板的各種可能性的圖解。

第4圖係用於雷射處理之光學總成之第二實施例的圖解。

第5A圖及第5B圖係用於雷射處理之光學總成之第三實施例的圖解。

第6圖係示範性皮秒雷射之雷射發射(強度)作為時間之函數的圖表。

第7A圖及第7B圖係如在一塊Eagle XG ^®玻璃中製作的藉由雷射鑽孔形成之特徵之掃描電子顯微照片。

第8圖係側視圖、無蝕刻的典型損壞徑跡、穿孔或缺陷線(此等三個用語在本文中可互換地使用)之顯微鏡影像。穿過玻璃形成的徑跡通常不是完全開口的——即，移除了材料區域，但不一定形成完整的穿通孔。

第9圖係無酸蝕刻情況下相比第8圖所展示之顯微照片在更大放大率下的損壞徑跡或穿孔之顯微鏡側視圖影像。

第10圖係俯視圖、無酸蝕刻的典型損壞徑跡或孔之顯微鏡影像。

第11圖係藉由使用較短焦距物鏡(f=30 mm)用產生顯著微裂紋的製程條件形成的孔之掃描電子顯微照片，該物鏡在缺陷線中產生較短焦線(約0.5 mm)及因此高能量密度。

第12圖係沒有穿透零件之全厚度且可用於形成盲通孔的孔之掃描電子顯微照片。

第13A圖及第13B圖分別係蝕刻後入射孔(雷射入射側)及酸蝕刻後出射孔(雷射離開側)之掃描電子顯微照片。

第14圖係微裂紋影響之蝕刻後影像。微裂紋已經酸蝕刻成細長特徵。

第15圖係展示酸蝕刻後的孔之側視圖的照片。已經將樣品切成小塊以展示橫截面。明亮區域係玻璃；黑暗區域係孔。

第16圖係展示酸蝕刻後的孔之側視圖的照片，但放大率高於第15圖所展示之照片。

第17A圖至第17C圖係孔數作為頂部處直徑(第17A圖)、底部處直徑(第17B圖)及腰部處直徑(第17C圖)之函數的圖表，展示出對蝕刻後的約10,000個孔進行的孔直徑統計。

第18A圖至第18C圖係孔數作為頂部處直徑(第18A圖)、底部處直徑(第18B圖)及腰部處直徑(第18C圖)之函數的圖表，展示出蝕刻後的圓度統計。圓度=給定孔之最大直徑-最小直徑。資料表明所有孔都沒有顯著的裂紋/缺口，該等裂紋/缺口將被蝕刻成顯著的非圓形形狀。

第19A圖至第19C圖係蝕刻之前的徑向裂紋(第19A圖)及更大放大率的入射孔陣列(第19B圖及第19C圖)之照片。

第20A圖至第20C圖係蝕刻之前的孔之照片，展示出俯視圖(第20A圖)、仰視圖(第20B圖)及側視圖(第20C圖)。

第21A圖至第21E圖係在55%雷射功率(第21A圖)、65%雷射功率(第21B圖)、75%雷射功率(第21C圖)、85%雷射功率(第21D圖)及100%雷射功率(第21E圖)下的酸蝕刻後的孔之俯視圖。

第22A圖至第22E圖係在55%雷射功率(第22A圖)、65%雷射功率(第22B圖)、75%雷射功率(第22C圖)、85%雷射功率(第22D圖)及100%雷射功率(第22E圖)下的酸蝕刻後的孔之仰視圖。

第23A圖至第23C圖係酸蝕刻後的孔之俯視圖的照片——第23A圖：呈150x150陣列、節距為200微米的100微米孔；第23B圖及第23C圖：呈300x300陣列、節距為100微米的50微米孔，展示出(第23C圖)具有一些裂紋及缺口的孔。

第24A圖至第24C圖係具有100x100孔陣列的樣品之孔數作為直徑之函數的圖表，展示出樣品之頂部(第24A圖)、底部(第24B圖)及腰部(第24C圖)之結果。

第25A圖至第25C圖係具有100x100孔陣列的樣品之孔數作為圓度之函數的圖表，展示出樣品之頂部(第25A圖)、底部(第25B圖)及腰部(第25C圖)之結果。

第26A圖至第26C圖係具有100x100孔陣列的樣品之孔數作為直徑之函數的圖表，展示出第二樣品之頂部(第26A圖)、底部(第26B圖)及腰部(第26C圖)之結果。

第27A圖至第27C圖係具有100x100孔陣列的樣品之孔數作為圓度之函數的圖表，展示出第二樣品之頂部(第27A圖)、底部(第27B圖)及腰部(第27C圖)之結果。

第28A圖至第28C圖及第29A圖至第29C圖分別係使用100%雷射功率製作的30微米孔及50微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第28A圖、第29A圖)、側視圖(第28B圖、第29B圖)及仰視圖(第28C圖、第29C圖)。

第30A圖至第30C圖及第31A圖至第31C圖分別係使用100%雷射功率製作的75微米孔及100微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第30A圖、第31A圖)、側視圖(第30B圖、第31B圖)及仰視圖(第30C圖、第31C圖)。

第32A圖至第32C圖及第33A圖至第33C圖分別係使用85%雷射功率製作的30微米孔及50微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第32A圖、第33A圖)、側視圖(第32B圖、第33B圖)及仰視圖(第32C圖、第33C圖)。

第34A圖至第34C圖及第35A圖至第35C圖分別係使用85%雷射功率製作的75微米孔及100微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第34A圖、第35A圖)、側視圖(第34B圖、第35B圖)及仰視圖(第34C圖、第35C圖)。

第36A圖至第36C圖及第37A圖至第37C圖分別係使用75%雷射功率製作的30微米孔及50微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第36A圖、第37A圖)、側視圖(第36B圖、第37B圖)及仰視圖(第36C圖、第37C圖)。

第38A圖至第38C圖及第39A圖至第39C圖分別係使用75%雷射功率製作的75微米孔及100微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第38A圖、第39A圖)、側視圖(第38B圖、第39B圖)及仰視圖(第38C圖、第39C圖)。

第40A圖至第40C圖及第41A圖至第41C圖分別係使用65%雷射功率製作的30微米孔及50微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第40A圖、第41A圖)、側視圖(第40B圖、第41B圖)及仰視圖(第40C圖、第41C圖)。

第42A圖至第42C圖及第43A圖至第43C圖分別係使用65%雷射功率製作的75微米孔及100微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第42A圖、第43A圖)、側視圖(第42B圖、第43B圖)及仰視圖(第42C圖、第43C圖)。

第44A圖至第44C圖及第45A圖至第45C圖分別係使用55%雷射功率製作的30微米孔及50微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第44A圖、第45A圖)、側視圖(第44B圖、第45B圖)及仰視圖(第44C圖、第45C圖)。

第46A圖至第46C圖及第47A圖至第47C圖分別係使用55%雷射功率製作的75微米孔及100微米孔之酸蝕刻後的照片，展示出俯視圖(第46A圖、第47A圖)、側視圖(第46B圖、第47B圖)及仰視圖(第46C圖、第47C圖)。

第48圖例示延伸穿過三個堆疊的150微米Eagle XG®玻璃片的焦線。

第49圖係酸蝕刻前照片，展示出已經鑽有損壞徑跡的兩片300微米厚的EXG玻璃之堆疊之側視圖。

第50圖係酸蝕刻後照片，展示出來自第49圖的相同堆疊在酸蝕刻之後的側視圖。

第51圖係酸蝕刻後照片，展示出來自第49圖的相同堆疊在酸蝕刻之後的俯視圖。

第52A圖及第52B圖分別例示雷射鑽孔之後及酸蝕刻之後的基板1000。

第53圖例示蝕刻系統之蒂勒模數與腰部直徑相對於頂部開口及底部開口之直徑的預期百分比之間的關係。

第54圖繪製蝕刻系統之蒂勒模數作為損壞徑跡之半徑之函數的圖。

第55圖繪製蝕刻系統之蒂勒模數作為玻璃基板之半厚度之函數的圖。

第56圖繪製蝕刻系統之蒂勒模數作為有效擴散係數(D _eff)之函數的圖。

第57圖繪製蝕刻系統之蒂勒模數作為以體積%為單位的酸濃度之函數以及修改有效擴散係數及酸濃度對蒂勒模量的組合影響的圖。

第58圖係玻璃零件之側視圖之酸蝕刻後照片。

第59A圖例示具有蝕刻前厚度H _i的經雷射損壞之玻璃之示意圖，而第59B圖例示蝕刻之後的通孔形狀之示意圖。D ₁係通孔之頂部直徑，D _w係通孔之腰部直徑，且最終厚度為H _f。

第60A圖例示具有17%的D _w/D ₁比率(雷射：20短脈衝，90 µJ功率；酸：5體積%的HF)的經雷射損壞之玻璃(之後進行酸蝕刻)之顯微影像。第60B圖例示具有80%的D _w/D ₁比率(雷射：15短脈衝，85 µJ功率；酸：5體積%的HF，10體積%的HNO ₃，0.1體積%的PE)的經雷射損壞之玻璃(之後進行酸蝕刻)之顯微影像。

第61A圖及第61B圖例示曝露於各種酸蝕刻劑之後的7607玻璃與Corning Eagle® (EXG)玻璃之間的比較，該比較對應於該等玻璃之各別均值開口%(第61A圖)及腰部標準偏差(第61B圖)。

第62Ai圖至第62Jii圖例示在曝露於雷射及酸蝕刻處理之後的具有表1之組成物的玻璃與Corning Eagle® (EXG)玻璃之間的比較。

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1:基板

1a,1b:基板表面

2b:圖案/線區域/焦線

2c:誘發吸收區段

3:雷射

6:光學總成

10:旋轉三稜鏡光學元件

11:透鏡

z1:距離

z2:距離

SR:圓形輻射

Claims (20)

1. 一種基於矽酸鹽的組成物，包含： 40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂， ＞0莫耳%-25莫耳%的MO， ＞0莫耳%-15莫耳%的Al ₂O ₃， ＞0莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃，及 ＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂， 其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。
2. 如請求項1所述之基於矽酸鹽的組成物，進一步包含： ≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。
3. 如請求項1或2所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： 5莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃。
4. 如請求項1或2或3所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＞6.5莫耳%的B ₂O ₃。
5. 如前述請求項中任一項所述之基於矽酸鹽的組成物，進一步包含： 4莫耳%-9莫耳%的Al ₂O ₃。
6. 如請求項1所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＜10莫耳%的Al ₂O ₃。
7. 如請求項1所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＞0莫耳%-10莫耳%的CaO； ＞0莫耳%-10莫耳%的MgO； ＞0莫耳%-10莫耳%的SrO；及 ＞0莫耳%-15莫耳的BaO。
8. 如請求項7所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＞0莫耳%-7莫耳%的CaO； ＞0莫耳%-7莫耳%的MgO； ＞0莫耳%-6莫耳%的SrO；及 ＞0莫耳%-11莫耳的BaO。
9. 如請求項1所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： 60莫耳%-75莫耳%的SiO ₂。
10. 一種基於矽酸鹽的組成物，包含： 40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂， ＞0莫耳%-25莫耳%的MO， ＜10莫耳%的Al ₂O ₃， ＞6.5莫耳%的B ₂O ₃，及 ＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂， 其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。
11. 如請求項10所述之基於矽酸鹽的組成物，進一步包含： ≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。
12. 如請求項10或11所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＞0莫耳%-10莫耳%的CaO； ＞0莫耳%-10莫耳%的MgO； ＞0莫耳%-10莫耳%的SrO；及 ＞0莫耳%-15莫耳的BaO。
13. 如請求項12所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： ＞0莫耳%-7莫耳%的CaO； ＞0莫耳%-7莫耳%的MgO； ＞0莫耳%-6莫耳%的SrO；及 ＞0莫耳%-11莫耳的BaO。
14. 如請求項10所述之基於矽酸鹽的組成物，包含： 60莫耳%-75莫耳%的SiO ₂。
15. 一種物件，包含： 一頂表面； 一底表面； 一中間平面，該中間平面位於該頂表面與該底表面之間； 一通孔，該通孔自該頂表面延伸至該底表面， 其中該通孔在該頂表面及/或該底表面處具有直徑D ₁； 其中該通孔在該中間位置處具有直徑D _w；且 其中(D _w/D ₁)×100的值在4至85之範圍內。
16. 如請求項15所述之物件，其中該(D _w/D ₁)×100的值在4至35之範圍內。
17. 如請求項15所述之物件，其中該(D _w/D ₁)×100的值在35至60之範圍內。
18. 如請求項15所述之物件，其中該(D _w/D ₁)×100的值在60至85之範圍內。
19. 如請求項15所述之物件，包含一基於矽酸鹽的組成物，該基於矽酸鹽的組成物包括： 40莫耳%-80莫耳%的SiO ₂， ＞0莫耳%-25莫耳%的MO， ＞0莫耳%-15莫耳%的Al ₂O ₃， ＞0莫耳%-15莫耳%的B ₂O ₃，及 ＞0莫耳%-5莫耳%的SnO ₂， 其中MO係BeO、MgO、CaO、SrO及BaO之和。
20. 如請求項19所述之物件，其中該基於矽酸鹽的組成物進一步包含： ≥0莫耳%-5莫耳%的P ₂O ₅。

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