TW202312375A - 具有穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板 - Google Patents

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馬麗娜
希勒尼可 凡塞羅斯
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Abstract

一種形成具有穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板的方法可包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板。該穿玻璃通孔具有預定形狀且延伸穿過該玻璃陶瓷基板之該第一主表面及該玻璃陶瓷基板之第二主表面。該第一主表面限定第一開口且該第二主表面限定第二開口，以及在該第一開口與該第二開口之間的位置處量測的該穿玻璃通孔之腰部直徑與在該穿玻璃通孔之該第一開口抑或該第二開口處量測的該穿玻璃通孔之表面直徑的比率在約30%至約100%範圍內。

Description

具有穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板
本申請案根據專利法主張2021年9月2日申請之美國臨時申請案第63/240,148號之優先權益，該臨時申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
本揭示案大體上係關於具有蝕刻於其中之通路的製品。特定言之，本揭示案涉及具有特定幾何形狀之通孔的製品，以及涉及用於製造此類製品之雷射及蝕刻製程。
諸如矽之基板已用作佈置於電氣部件(例如印刷電路板、積體電路及其類似物)之間的中介層。金屬化的穿玻璃通孔提供了穿過中介層的使電信號在中介層之相對側之間通過的路徑。玻璃為一種對於中介層領域應用極具優勢之基板材料，因為其具有尺寸穩定性、可調熱膨脹係數(「CTE」)、高頻電氣性能低電氣損失、良好的熱穩定性以及以一定的厚度及較大的面板大小形成的能力。然而，玻璃通孔(「TGV」)之形成及金屬化在玻璃中介層市場之發展方面存在挑戰。
通孔幾何屬性在基於玻璃之基板內的通孔經適當金屬化的能力中發揮作用。舉例而言，在濺射金屬化製程期間，通孔側壁之錐角可增加通孔側壁相對於濺射材料之視野，繼而防止了氣泡對玻璃表面之包封及朝向通孔之中心線。此等氣泡在高溫再分佈層(「RDL」)操作期間產生處理問題，且可能降低基板之可靠性。
因此，需要具有特定通孔幾何形狀之基板，以及形成該等基板之方法。
根據各種態樣，一種形成具有穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板的方法可包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板。接著可用蝕刻劑處理該經處理的前驅物玻璃基板以形成經蝕刻的前驅物玻璃基板。接著可陶瓷化該經蝕刻處理的前驅物玻璃以形成包括穿玻璃通孔之基板。替代地，方法可包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板。接著可陶瓷化該經處理的前驅物玻璃基板以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板。接著可用蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成包括穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板。替代地，方法可包括陶瓷化前驅物玻璃基板以形成陶瓷化的前驅物玻璃基板。接著用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理該陶瓷化的前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板。接著用蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成在玻璃陶瓷基板中包括穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板。穿玻璃通孔具有預定形狀且延伸穿過玻璃陶瓷基板之第一主表面及玻璃陶瓷基板之第二主表面。第一主表面限定第一開口且第二主表面限定第二開口，以及在第一開口與第二開口之間的位置處量測的穿玻璃通孔之腰部直徑與在穿玻璃通孔之第一開口抑或第二開口處量測的穿玻璃通孔之表面直徑的比率在約30%至約100%範圍內。
根據本揭示案之各種態樣，玻璃陶瓷基板可包括獨立地具有在約10 μm至約150 μm範圍內之大徑的複數個穿玻璃通孔。穿玻璃通孔延伸穿過玻璃陶瓷基板之第一主表面及玻璃陶瓷基板之第二主表面。第一主表面限定第一開口且第二主表面限定第二開口，以及在第一開口與第二開口之間的位置處量測的穿玻璃通孔之腰部直徑與在穿玻璃通孔之第一開口抑或第二開口處量測的穿玻璃通孔之表面直徑的比率在約30%至約100%範圍內。該玻璃陶瓷基板基本上不含鹼離子。
現將詳細參考所揭露主題之某些實施例，該等實施例之實例在附圖中部分示出。儘管所揭露之主題將連同所列舉之申請專利範圍一起描述，但應理解所例示之主題並不意欲將申請專利範圍限於所揭露之主題。
貫穿此文件，以範圍格式表示之值應以靈活方式解釋，不僅包括明確列舉為範圍限制之數值，亦包括涵蓋於該範圍內之所有個別數值或子範圍，好像各數值及子範圍明確敘述了一樣。舉例而言，「約0.1%至約5%」或「約0.1%至5%」之範圍應解釋為不僅包括約0.1%至約5%，亦包括所指定範圍內之個別值(例如1%、2%、3%及4%)及子範圍(例如0.1%至0.5%、1.1%至2.2%、3.3%至4.4%)。除非另外說明，否則陳述「約X至Y」與「約X至約Y」具有相同的含義。同樣，除非另外說明，否則陳述「約X、Y或約Z」與「約X、約Y或約Z」具有相同的含義。
在此文件中，除非上下文另外明確說明，否則術語「一(a/an)」或「該」用於包括一或多個(種)。除非另外說明，否則術語「或」用於指非排他性的「或」。陳述「A及B中之至少一者」或「A或B中之至少一者」與「A、B或A及B」具有相同的含義。另外，應理解，本文所用之片語或術語且無另外定義，僅用於描述目的而非限制目的。章節標題之任何使用均意欲幫助閱讀文件，且不應解釋為限制；與章節標題相關之資訊可能出現在該特定章節之內或之外。
在本文所描述之方法中，可以不背離本發明之原理的任何次序進行動作，除非明確敘述了時間或操作順序。此外，指定動作可並行進行，除非明確的主張語言指出該等動作分開進行。舉例而言，進行X之所主張動作及進行Y之所主張動作可在單個操作中同時進行，且所產生的製程將落入要求所主張製程之字面範圍內。
如本文所用之術語「約」可允許值或範圍之一定程度的可變性，例如在所陳述值或所陳述限制範圍之10%內、5%內或1%％內，且包括確切的陳述值或範圍。如本文所用之術語「基本上」係指大多數或大部分，如至少約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%或至少約99.999%或更多，或100%。如本文所用之術語「基本上不含」可意謂不具有或具有微量，使得所存在之材料的量不影響包括該材料之組成物的材料性質，使得存在的材料的量不影響包括該材料的組成物的材料性質，使得約0 wt%至約5 wt%組成物為該材料，或約0 wt%至約1 wt%，或約5 wt%或更少，或少於或等於約4.5 wt%、4、3.5、3、2.5、2、1.5、1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.01或約0.001 wt%或更少，或約0 wt%。
本文所描述之方法及技術允許在玻璃基板中快速形成穿玻璃通孔。重要的是，該等方法允許控制穿玻璃通孔之形狀。此為使用者提供了對穿玻璃通孔形狀之很大程度的控制，其為以其他方式無法實現的。
大體上參考附圖，本揭示案之實施例大體上係關於具有允許進行成功的下游處理(包括但不限於通孔金屬化及再分佈層(RDL)之施加)的通孔(例如孔)及表面屬性的製品。製品可用於半導體裝置、射頻(radio-frequency，RF)裝置(例如天線、開關及類似裝置)、中介層裝置、微電子裝置、光電子裝置、微電子機械系統(MEMS)裝置及可利用通孔之其他應用。
更特定言之，本文所描述之實施例涉及具有藉由雷射破壞及蝕刻製程形成之通孔的基於玻璃之製品，該通孔包括特定內壁幾何形狀，諸如具有複數個區域之內壁，各區域具有不同的斜度。最後，可用導電材料塗佈或填充通孔。具有特定內壁幾何形狀之通孔可增加下游製程(諸如金屬化製程)之可靠性。舉例而言，內壁之特定幾何形狀可防止在金屬化製程期間氣泡對側壁表面之包封。
本揭示案之實施例進一步涉及產生具有所需幾何形狀之通孔的基於玻璃之製品的雷射成型及蝕刻製程。本文所描述之具有所需通孔結構的製品(諸如玻璃製品)可例如實施為諸如RF天線之半導體裝置的中介層。
下文詳細描述了製品、半導體封裝及在基板中形成通孔之方法的各種實施例。
術語「中介層」大體上係指通過例如但不限於佈置於中介層之相對表面上之兩個或更多個裝置之間的結構延伸或完成電連接的任何結構。兩個或更多個電子裝置可共同位於單個結構中或可在不同結構中彼此相鄰地定位，使得中介層用作互連結節或其類似物中之一部分來發揮作用。因而，中介層可含有一或多個有效區，在該等有效區中存在且形成穿玻璃通孔及其他互連導體(諸如電源導體、接地導體及信號導體)。中介層亦可包括一或多個有效區，在該等有效區中存在且形成盲通孔。當中介層用諸如模具、底部填充材料、封裝劑及/或其類似物之其他組分形成時，中介層可稱為中介層組件。此外，術語「中介層」可進一步包括複數個中介層，諸如中介層陣列及其類似者。
第1圖描繪了通常以10表示之半導體封裝之說明性實例，該半導體封裝包括製品15、導電材料20及半導體裝置25。半導體封裝10之各種部件可經佈局使得導電材料20佈置於製品15之至少一部分上，諸如佈置於製品15之基板的通孔內，如在本文中更詳細地描述。可耦合半導體裝置25，使得半導體裝置25與導電材料20電接觸。在一些實施例中，半導體裝置25可直接接觸導電材料20。在其他實例中，半導體裝置25可間接接觸導電材料20，諸如經由凸塊30及/或其類似物。
第2A圖示意性地示出了其中佈置有複數個通孔120之例示性基板100的透視圖。第2B圖示意性地描繪了第2A圖中所描繪之實例製品之自上而下視圖。儘管第2A圖及第2B圖描繪了組態為晶圓之基板100，但應理解製品可採取任何形狀，諸如但不限於面板。基板100可為大體上平面的且可具有第一主表面110及定位成與第一主表面110相對且與其成平面之第二主表面112。
本文所描述之製品可由能夠允許具有可見光譜內之波長的輻射通過的透光材料製成。舉例而言，基板100在約0.5 mm至約1.5 mm或約0.7 mm至約1 mm範圍內之厚度下可透射至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%或至少約90%之至少一種在約390 nm至約700 nm範圍內的波長。替代地，一些製品可由不允許光透過的不透光材料製成。
基板100可為基於玻璃之基板。基於玻璃之基板材料為部分或完全由玻璃製成之材料。如本文所描述的，基板之玻璃為無鹼玻璃(例如無鹼鹼性鋁硼矽酸鹽玻璃)。此類玻璃之實例可包括以下之混合物：SiO 2(50至70 mol%)、Al 2O 3(12至22 mol%)、B 2O 3(0 mol%)、以下之混合物：MgO、CaO、SrO及BaO (0至15 mol%)、MgO (0至15 mol%)、BaO (0至2 mol%)、ZnO (0至22 mol%)、ZrO 2(0至6 mol%)、TiO 2(0-8 mol%)、SnO 2(0.01-0.1 mol%)或其混合物。在一些實施例中，基板100可為玻璃層、玻璃陶瓷層或玻璃及玻璃陶瓷層之組合的積層板。舉例而言，基板100可由鹼石灰玻璃批料組成物或其他玻璃批料組成物形成，該基板可在形成後藉由離子交換來強化。
玻璃陶瓷材料應理解為與通過基礎或前驅物玻璃之受控結晶製程產生的多晶或奈米晶材料相關。玻璃陶瓷材料與玻璃及陶瓷共享許多特性。玻璃陶瓷具有非晶相及一或多個晶相，且係藉由與自發結晶相反之所謂的「受控結晶」或「陶瓷化」產生，該自發結晶在玻璃製造中通常為不需要的。
在一些實施例中，基板100可具有低熱膨脹係數(例如小於或等於約4 ppm/℃)，且在其他實施例中，基板100可具有高熱膨脹係數(例如大於約4 ppm/℃)。在本文所描述之方法中，陶瓷化基板100之熱膨脹係數相對於基板100之玻璃前驅物可增加約15%至約40%或增加約20%至約35%。
在一些實施例中，基板100可具有約2 g/cm 3至約4 g/cm 3或2.5 g/cm 3至約3.5 g/cm 3範圍內之密度。在本文所描述之方法中，陶瓷化基板100之密度相對於基板100之玻璃前驅物可增加約1%至約4%或增加約2%至約3%。另外，在一些實例中，陶瓷化基板100之前驅物可具有約4至約8或約5至約7範圍內之介電常數。在本文所描述之方法中，陶瓷化基板100之介電常數相對於基板100之玻璃前驅物可減小約5%至約15%。
如上文所述，基板100可實施為電子裝置中之中介層，以例如但不限於在耦合至基板100之第一主表面110之一或多個電子部件與耦合至第二主表面112之一或多個電子部件之間傳遞電信號通過基板100。基板100之通孔120填充有導電材料以提供電信號可能通過之導電通孔。控制根據本揭示案形成之通孔120以穿過玻璃通孔而非盲通孔。如本文所用，穿玻璃通孔自第一主表面110延伸穿過基板100之厚度T至第二主表面112。如本文所用，盲通孔僅部分地自第一主表面110或第二主表面112中之一者延伸穿過基板100之厚度T，而非一直延伸至第一主表面110或第二主表面112中之另一者。其他特徵件可形成於基板100之第一主表面110或第二主表面112內，諸如但不限於形成於可金屬化以提供一或多個電氣痕跡圖案之通道內。亦可提供其他特徵件。
基板100具有任何大小及/或形狀，其可例如視最終應用而定。作為實例而非限制，基板100之厚度T可在約25 μm至約3,000 μm範圍內，包括約25 μm、約50 μm、約75 μm、約100 μm、約200 μm、約300 μm、約400 μm、約500 μm、約600 μm、約700 μm、約800 μm、約900 μm、約1,000 μm、約2,000 μm、約3,000 μm，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。
基板100之通孔120可具有例如約10 μm至約150 μm，包括約15 μm或更小、約20 μm或更小、約25 μm或更小、約30 μm或更小、35 μm或更小、約40 μm或更小、約50 μm或更小、約60 μm或更小、約70 μm或更小、約80 μm或更小、約90 μm或更小、約100 μm或更小、約110 μm或更小、約120 μm或更小、約130 μm或更小、約140 μm或更小、約150 μm或更小，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)的開口直徑D。如本文所用，開口直徑D (例如D 1或D 2)係指通孔120在基板100之第一主表面110或第二主表面112處之開口的直徑。第一主表面110處之通孔120的開口或第二主表面112處之開口的直徑可為相同值或不同值。通常，第一主表面110或第二表面112處之開口中之至少一者限定通孔120之主要尺寸(例如最大直徑)。通孔120之開口通常位於標記基本水平的主表面110、112與通孔120之壁的傾斜表面之間的過渡的位置。通孔120之開口直徑D可藉由在由光學顯微鏡成像之通孔120之入口邊緣找到最小平方最佳擬合圓之直徑來確定。
類似地，基板100之通孔120可具有約5 μm至約150 μm之開口半徑R。如本文所用，開口半徑R係指通孔120在基板100之第一主表面110或第二主表面112處之開口距中心點C之半徑。
通孔120之孔距Z (即相鄰通孔120之間的中心至中心間距)可為根據所需應用之任何尺寸，諸如但不限於約10 μm至約2,000 μm，包括約10 μm 、約50 μm、約100 μm、約250 μm、約1,000 μm、約2,000 μm，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。在一些實施例中，同一基板100上之通孔120之間的孔距Z可不同(例如，第一通孔與第二通孔之間的孔距Z可不同於第一通孔與第三通孔之間的孔距Z)。在一些實施例中，孔距Z可在諸如約10 μm至約100 μm、約25 μm至約500 μm、約10 μm至約1,000 μm或約250 μm至約2,000 μm範圍內。
如本文所定義，基板100之平均厚度T係藉由計算在第一主表面110或第二主表面112上由於形成通孔120導致之任何凹陷區域外而獲取的三個厚度量測值之平均值來確定。如本文所定義，厚度量測係藉由干涉儀進行。如下文更詳細描述的，雷射破壞及蝕刻製程可在基板100內所形成之孔周圍產生凹陷區域。因此，平均厚度T係藉由量測在凹陷區域之外的三個位置處基板100之厚度來確定。如本文所用，片語「凹陷區域之外」意謂在距最近通孔120約500 μm至約2,000 μm範圍內之距離處進行量測。此外，為了獲得製品之平均厚度的準確表示，量測點應彼此相距至少約100 μm。換言之，任何量測點均不應在另一測量點之100 μm以內。
如上所述，通孔120 (及一些實施例中的其他特徵件)可使用任何已知技術填充有導電材料，該等已知技術包括但不限於濺射、無電電鍍及/或電解電鍍、化學氣相沉積及/或類似技術。導電材料可為例如銅、銀、鋁、鈦、金、鉑、鎳、鎢、鎂或任何其他適合的材料。當通孔120經填充時，該等通孔可電耦合佈置於基板100之第一主表面110及第二主表面112上的電子部件之電氣痕跡。
控制通孔120之幾何形狀可能為重要的，因為幾何形狀可能對通孔120之最終填充品質發揮作用。通孔120之內部形狀(例如輪廓)可在成功的金屬化製程中發揮重要作用。舉例而言，形狀過於「沙漏」之通孔可導致金屬化不良劑金屬化後的電氣性能不足。金屬化製程(諸如真空沉積塗層)通常存在視線問題，意謂所施加之塗層無法達至粗糙織構之最內部區域，或沙漏形通孔之下部區域，因為表面中之某些點「遮蔽」來自塗佈製程之其他點。相同的沙漏形狀亦可導致金屬化後之可靠性問題，諸如當零件受到環境應力(諸如熱循環)時可能發生開裂及其他破損。另外，沿著製品之頂表面及底表面，在應用再分佈層製程時，靠近通孔120之入口及/或出口的凹陷或隆起亦可導致電鍍、塗佈及黏合問題。因此，應嚴格控制孔之形態以製造技術上可行的產品。本揭示案之實施例提供具有所需及預定幾何屬性、公差之製品，以及用於實現具有此類幾何屬性及公差之製品的實例製造製程。
儘管本文具體參考了具有穿過基板100之厚度的不同橫截面幾何形狀的通孔120，但應理解，通孔120可包括複數種其他橫截面幾何形狀，且因而，本文所描述之實施例不限於通孔120之任何特定橫截面幾何形狀。此外，儘管通孔120被描繪為在基板100之平面中具有圓形橫截面，但應理解，通孔120可具有其他平面橫截面幾何形狀。舉例而言，通孔120在基板100之平面中可具有各種其他橫截面幾何形狀，包括但不限於橢圓形橫截面、正方形橫截面、長方形橫截面、三角形橫截面及類似形狀橫截面。此外，應理解，具有不同橫截面幾何形狀之通孔120可形成於單個中介層面板中。
第3A圖至第3G圖示意性地描繪了分隔的基板100內之各種說明性通孔。第3A圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖及第3F圖各自描繪了穿玻璃通孔且第3G圖描繪了圓柱形通孔。應理解，除非另外特別說明，否則本文所提供的之描述部分可能特定針對第3A圖至第3G圖中之具體一者，但通常適用於關於第3A圖至第3G圖中所描繪之各種實施例中之任一者。
第3A圖描繪了根據一實施例之說明性通孔120的橫截面側視圖。通孔120通常可為穿玻璃通孔，因為該通孔在基板100之第一主表面110與第二主表面112之間延伸穿過基板100之整個距離。第一主表面110及第二主表面112通常可彼此平行及/或彼此間隔開一定距離。在一些實施例中，第一主表面110與第二主表面112之間的距離可對應於平均厚度T (第2A圖)。錐形通孔120通可包括延伸錐形通孔120之整個長度的內壁122。即內壁122自基板100之第一主表面110延伸至第二主表面112。內壁122包括複數個錐形區域，其中各錐形區域藉由其相對斜度而區別於其他錐形區域，如本文更詳細描述的。在一非限制性實例中，第3A圖將內壁122描繪為具有第一錐形區域124、第二錐形區域126及第三錐形區域128，其中第一錐形區域124、第二錐形區域126及第三錐形區域128中之每一者具有不同的斜度。應理解，在不背離本揭示案之範圍的情況下，內壁122可具有更多或更少的錐形區域。
第一錐形區域124、第二錐形區域126及第三錐形區域128中之每一者通常可沿自第一主表面110朝向第二主表面112之方向延伸。儘管在一些實施例中，錐形區域可沿垂直於第一主表面110及第二主表面112之直線延伸，但並非總是如此。即在一些實施例中，錐形區域可自第一主表面110以一定角度延伸，但通常朝向第二主表面112。此類角度可稱為特定錐形區域之斜度。
內壁122之各個錐形區域(包括第一錐形區域124、第二錐形區域126及第三錐形區域128)中之每一者的斜度不受本揭示案限制。即錐形區域124、126、128中之每一者可具有由任何影像處理軟體計算的任何斜度，該影像處理軟體經特定組態以獲得錐形區域124、126、128之影像，自所獲得的影像提取錐形區域124、126、128之輪廓且自一特定點、複數個點及/或特定區域處之輪廓確定斜度。影像處理軟體之一個此類說明性實例可包括但不限於Igor Pro (WaveMetrics, Inc., Portland Oreg.)。
再次參考第3A圖，在一些實施例中，各錐形區域之斜度可相對於特定點處之特定軸線成角度。舉例而言，在一些實施例中，斜度可為相對於基本上平行於第一主表面110及/或第二主表面112之軸線的角度。在其他實施例中，各錐形區域之斜度可為相對於基本上垂直於第一主表面110及/或第二主表面112之軸線的角度。在一些實施例中，各錐形區域之斜度可表示為相對於垂直及平行於第一主表面110及/或第二主表面112的軸線之比。舉例而言，特定錐形區域之斜度可表示為3:1之比，其通常意謂斜度為直角三角形之斜邊，該直角三角形之第一邊在垂直於第一主表面110及/或第二主表面112之第一方向上延伸3個單位及/或第二邊在平行於第一主表面110及/或第二主表面112之第二方向上延伸1個單位。錐形區域(包括第一錐形區域124、第二錐形區域126及第三錐形區域128)之說明性斜度可為約3:1至約100:1，包括約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約20:1、約30:1、約40:1、約50:1、約60:1、約70:1、約80:1、約90:1、約100:1，或此類值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。
在一些實施例中，錐形區域之間的過渡區域可為明顯的，如第3A圖、第3C圖及第3F圖中所示。即過渡區域可為特定點150 (第3B圖)或長度相對較短之區域，使得可更容易辨別各錐形區域相對於其他錐形區域在哪裡開始及結束。在其他實施例中，錐形區域之間的過渡區域可更大，如第3D圖及第3E圖中所示，使得內壁122之斜度似乎為連續變化的，且可能更難以辨別各錐形區域相對於其他錐形區域在哪裡開始及結束。舉例而言，如第3D圖中所示，第一錐形區124與第二錐形區126的斜度之間的過渡區域相對於如第3A圖中所示之第一錐形區124與第二錐形區126的斜度之間的過渡區域可能更長。
各種錐形區域中之每一者之長度可變化，且通常不受本揭示案之限制。各種錐形區域中之每一者之長度可基於錐形區域之數量、第一主表面110與第二主表面112之間的距離、各錐形區域之斜度、錐形區域之間的過渡大小及/或其類似者。如本文更詳細描述的，各特定區域之長度可基於各特定區域之端點。舉例而言，第一錐形區域124可具有位於內壁122與第一主表面110相交處之第一端點及作為內壁122上的內壁122之恆定斜度終止的點的第二端點，例如斜度與第一錐形區域124之斜度變化至少0.57度。類似地，第二錐形區域126可自與第一錐形區域124的相交處朝向第二主表面112延伸。應理解，如本文所用之關於各種錐形區域之長度(包括有包括所有組合的錐形區域的總長度)係指當沿著內壁122之外形/輪廓自起點至終點時，內壁122之長度。
在一些實施例中，特定錐形區域(包括第一錐形區域124、第二錐形區域126及/或第三錐形區域128)的長度可為15 μm至約360 μm，包括約15 μm、約25 μm、約50 μm、約75 μm、約100 μm、約150 μm、約200 μm、約250 μm、約300 μm、約350 μm、約360 μm，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。
通孔120可關於位於第一主表面110與第二主表面112之間且在第一主表面110與第二主表面112之間等距(例如第一主表面110與第二主表面之間的中間高度)的平面P對稱或不對稱。另外，平面P可進一步基本上平行於第一主表面110及第二主表面112。
當通孔120關於平面P對稱時，在平面P與第一主表面110之間的第一部分130中之內壁122的各種錐形區域可為在平面P與第二主表面112之間的第二部分140中之內壁122的各種錐形區域的鏡像。即在距第一部分130中之平面P的任何給定距離處，通孔120之直徑將基本上等於在距第二部分140中之平面P相應距離處之通孔120的直徑。舉例而言，如第3A圖及第3D圖中所示，在第一部分130中之第一主表面110處的通孔120之開口處的通孔120之第一直徑D1基本上等於在第二主表面112處的通孔120之開口處的通孔120之第二直徑D2。如本文中關於對稱形狀所用的，術語「基本上相等」係指在容許限度內相等的直徑。容許限度可小於或等於3 μm、小於或等於約2 μm、小於或等於1 μm、小於或等於約0.5 μm、小於或等於約0.25 μm、小於或等於約0.1 μm，或等於約0 μm。
相反，如第3C圖、第3E圖及第3F圖中所示，當另一通孔120'關於平面P不對稱時，第一部分130中之內壁122的各種錐形區域不為第二部分140中之內壁122的各種錐形區域的鏡像。即如第3C圖、第3E圖及第3F圖中所示，在第一部分130上之任何給定位置處的通孔120'之第一直徑D1不等於在第二部分140中之相應位置處的通孔120'之第二直徑D2。與第3A圖至第3F圖之錐形形狀相反，第3G圖中示出了另一通孔120，其中通孔120之橫截面輪廓為基本上圓柱形的。
如第4圖中所示，通孔120在平面P處可具有特定的腰部直徑W。在一些實施例中，腰部直徑W可在第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約30%至約100%範圍內(例如腰部直徑相對於第一或第二直徑中之最大者之間的比率可在30%至100% (W/D1或D2)*100)範圍內)。在其他實施例中，腰部直徑W可為第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約85%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約90%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約30%至約100%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約40%至約100%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約50%至約100%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約60%至約100%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約70%至約100%、第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約80%至約100%或第一直徑D1及第二直徑中之最大者的約90%至約100%。在一些實施例中，腰部直徑可為約5 μm至約200 μm，包括約5 μm、約10 μm、約25 μm、約50 μm、約100 μm、約200 μm，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。
如一般所理解的，若腰部直徑W在第一直徑D1或第二直徑中之最大者的約10%至約75%或約10%至約50%範圍內，則通孔120可分類為具有沙漏橫截面輪廓。此外，如一般所理解的，若腰部直徑W在第一直徑D1或第二直徑中之最大者的約76%至約100%或約90%至約100%範圍內，則通孔120可分類為具有圓柱形橫截面輪廓。
本文所描述之通孔可藉由三種主要操作中之任一者來形成。舉例而言，形成通孔之一種方法可包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板。如本文所用，前驅物玻璃理解為係指不包括通孔120或120'中之任一者且尚不為玻璃陶瓷材料之玻璃基板。方法進一步包括用蝕刻劑處理該經處理的前驅物玻璃基板以形成經蝕刻處理的前驅物玻璃基板。最後，方法包括陶瓷化該經蝕刻的前驅物玻璃以形成包括穿玻璃通孔之基板。
形成通孔之另一實例可包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板。方法可進一步包括陶瓷化該經處理的前驅物玻璃基板以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板。方法可進一步包括用蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成包括穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板。
形成通孔之另一實例可包括陶瓷化前驅物玻璃基板以形成陶瓷化的前驅物玻璃基板。方法可進一步包括用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理該陶瓷化的前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板。方法可進一步包括用蝕刻劑處理該經陶瓷化處理的前驅物玻璃基板以形成在玻璃陶瓷基板中包括穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板。
沿者雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板可包括在前驅物玻璃基板中形成一或多個雷射破壞區域。雷射破壞區域在前驅物玻璃基板內產生破壞區域，該破壞區域在施加蝕刻溶液時以比未破壞區域更快的蝕刻速率蝕刻。一或多個破壞軌跡可經由線聚焦雷射形成。然而，本揭示案不限於此類雷射，且在不背離本揭示案之範圍的情況下，可用其他雷射形成一或多個破壞軌跡。可選擇雷射之能量密度(例如傳遞至基於玻璃之基板的能量)，使得該能量密度在沿著基於玻璃之基板的至少一部分(例如若需要穿玻璃通孔，則沿著基於玻璃之基板之整個寬度)及沿著雷射之整個軸線高於破壞閾值。所用雷射強度之實例可在約50 μJ至約170 μJ或約70 μJ至約140 μJ範圍內。
蝕刻可包括用蝕刻劑處理前驅物玻璃。舉例而言，處理可包括將前驅物玻璃基板放置於蝕刻劑浴(例如第一蝕刻劑浴)中，其可導致前驅物玻璃基板以特定蝕刻速率(例如第一蝕刻速率)蝕刻以移除通孔之一部分的雷射破壞區域。在其他實施例中，暴露於蝕刻劑可通過任何習知方式實現，包括但不限於用蝕刻劑噴灑或施加蝕刻劑膏。第一蝕刻劑可為例如酸蝕刻劑或鹼蝕刻劑。酸蝕刻劑之說明性實例包括但不限於含有一定量硝酸(HNO 3)之蝕刻劑、含有氫氟酸(HF)之蝕刻劑及/或類似蝕刻劑。在一個實例中，蝕刻劑可包括以約2體積%至約15體積%之濃度存在之氫氟酸。鹼蝕刻劑之說明性實例包括但不限於鹼性蝕刻劑，諸如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH 4OH)及/或類似蝕刻劑。然而，在不背離本揭示案之範圍的情況下，亦可使用現在已知或稍後開發的其他蝕刻劑浴。蝕刻速率不受本揭示案限制，且可為任何蝕刻速率。在一些實施例中，蝕刻速率可為約0.002 μm/min至約0.640 μm/min或約10 μm至約150 μm。可在前驅物玻璃之至少一部分上部署掩蓋劑以防止在某些位置進行蝕刻。此外，掩蓋劑之策略性放置可影響通孔之形狀。適合的掩蓋劑之實例可包括聚(二烯丙基二甲基)氯化銨。
在經過一段時間後及/或在移除特定量之前驅物玻璃基板之後，可自蝕刻劑(例如蝕刻劑浴)中移除前驅物玻璃基板。在一些實施例中，特定時間量可為例如約5分鐘至約120分鐘，包括約5分鐘、約15分鐘、約30分鐘、約60分鐘、約120分鐘，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。在一特定實施例中，特定時間量可為約75分鐘。在另一特定實施例中，特定時間量可為約14分鐘。在不背離本揭示案之範圍的情況下，可考慮其他時間段。在一些實施例中，移除的基於玻璃之基板之特定量可為例如自第一主表面及第二主表面中之一者量測的材料之約10 μm至材料之約200 μm，包括材料之約10 μm、材料之約50 μm、材料之約100 μm、材料之約150 μm、材料之約200 μm，或此等值中之任兩者之間的任何值或範圍(包括端點)。在特定實施例中，可移除如自第一主表面及第二主表面中之一者量測的材料之約42 μm至約180 μm。
可用蝕刻劑材料沖洗前驅物玻璃基板。在一些實施例中，可用含有鹽酸(HCl)之溶液，諸如0.5 M HCl溶液沖洗前驅物玻璃基板。在一些實施例中，可用去離子水沖洗前驅物玻璃基板。在一些實施例中，可用第一沖洗來沖洗前驅物玻璃基板，且接著用第二沖洗來沖洗。舉例而言，可用0.5 M HCl溶液沖洗前驅物玻璃基板，且隨後用去離子水溶液沖洗。在一些實施例中，可將前驅物玻璃基板沖洗特定時間段(諸如約10分鐘)以確保所有蝕刻劑材料均移除及/或自蝕刻劑中移除之所有晶圓材料均被分離。在一特定實施例中，前驅物玻璃基板可在0.5 M HCl溶液中沖洗10分鐘，且接著用去離子水沖洗10分鐘。
陶瓷化通常理解為係指加熱玻璃前驅物之製程。加熱亦可理解為係指結晶製程，且可將成核劑添加至玻璃前驅物中以幫助結晶製程。陶瓷化可通常理解為發生在兩個或多個步驟內。第一步驟可包括在約500℃至約1000℃或約700℃至約900℃範圍內之溫度下加熱約1小時至約4小時或約1小時至約3小時範圍內之時間。第一步驟之後為在約800℃至約1200℃或約700℃至約900℃範圍內之溫度下加熱約2小時至約6小時或約5小時至約6小時範圍內之時間。
第一步驟可表徵為成核步驟，且第一步驟發生之特定溫度可由前驅物玻璃基板之玻璃轉移溫度(T g)驅動。舉例而言，第一步驟可在高於前驅物玻璃之T g的約75℃至約125℃或高於前驅物玻璃之T g約85℃至約100℃範圍內。另外，第二步驟可表徵為晶體生長步驟，且第二步驟發生之特定溫度可由前驅物玻璃基板之玻璃轉移溫度(T g)驅動。舉例而言，第一步驟可在高於前驅物玻璃之T g的約75℃至約225℃或高於前驅物玻璃之T g約85℃至約200℃範圍內。
所形成之通孔120之形狀由以下次序控制：用雷射能量處理前驅物玻璃基板、用蝕刻劑處理前驅物玻璃基板及陶瓷化經蝕刻的前驅物玻璃。除了選擇此等步驟之特定次序之外，通孔120之形狀可藉由改變如上文所描述之各步驟之條件來控制。除了控制通孔120之形狀之外，亦可仔細控制通孔120之表面特性。舉例而言，通孔120中之每一者之內表面理解為基本上光滑的。通孔120中之每一者之內表面的光滑程度可藉由內表面之表面粗糙度來表徵。舉例而言，使用本文實例中所描述之比例，通孔120中之每一者之表面粗糙度可獨立地在約1至約5範圍內。通孔120中之每一者之內表面的光滑程度亦可藉由觀測通孔120之內表面基本上不含微裂紋、孔洞、凸出或其組合來目視表徵。 實例
本發明之各種實施例可藉由參考以下藉助於說明而提供之實例來更好地理解。本發明不限於本文所給定之實例。
第5圖為示出了形成玻璃陶瓷基板之三種可能的製程的示意流程圖。如第5圖中所示，製程A按照以下次序進行：提供前驅物玻璃→雷射破壞前驅物玻璃→蝕刻前驅物玻璃→形成通孔→陶瓷前驅物玻璃。如第5圖中所示，製程B按照以下次序進行：提供前驅物玻璃→雷射破壞前驅物玻璃→陶瓷化前驅物玻璃→蝕刻陶瓷化的前驅物玻璃→形成通孔。如第5圖中所示，製程C按照以下次序進行：提供前驅物玻璃→陶瓷化前驅物玻璃→雷射破壞陶瓷化的前驅物玻璃→蝕刻陶瓷化的前驅物玻璃→形成通孔。發現在製程A及B中並不要求組成物為透明玻璃陶瓷，而製程C要求透明玻璃陶瓷組成物。前驅物玻璃之組成、雷射破壞、蝕刻及陶瓷化之組合比使用EXG及Lotus玻璃作為基板帶來更多的製程控制，該組合可極大地打開組成空間及材料類型，從而適應TGV應用之各種要求。EXG玻璃包括67.58 wt% SiO 2、10.99 wt% Al 2O 3、9.74 wt% B 2O 3、2.26 wt% MgO、8.79 wt% CaO、0.53 wt% SrO及0.08 wt% SnO 2。Lotus玻璃包括70.41 wt% SiO 2、13.31 wt% Al 2O 3、1.78 wt% B 2O 3、4.07 wt% MgO、5.34 wt% CaO、1.22 wt% SrO、3.78 wt% BaO及0.09 wt% SnO 2。
表1提供了用於研究根據第5圖中之三種處理路線形成之玻璃陶瓷基板的前驅物玻璃陶瓷組成。將結果與習知氧化物玻璃組成(如EXG及Lotus)、玻璃陶瓷組成進行了比較，該玻璃陶瓷組成含有與感興趣的晶相之組成化學計量上接近的組分。玻璃組成中存在足夠的核劑(ZrO 2、TiO 2、P 2O 5等)以促進結晶。在高於T g之加熱處理製程下，在玻璃基質中形成了奈米大小之晶相。所用之熱處理製程包括兩個步驟，高於T g的100℃之成核步驟及高於T g的200℃之晶體生長步驟。晶相之大小主要取決於晶體生長持續時間，而晶相之量主要取決於成核持續時間。通過將晶體大小保持在幾微米以下，陶瓷化後玻璃之透光度不受影響，且玻璃保持透明，其使得雷射束可穿過樣品且為稍後的優先酸蝕造成必要的雷射破壞。 製程 A 之實例
採用實例1、實例2及實例3、實例4及實例5、實例7、實例8及實例9進行製程A，該等實例之組成展示於表1中。藉由532 nm波長、15個脈衝/脈衝串、100 kHz重現率及70 μJ至140 μJ能量範圍之雷射條件對前驅物玻璃進行雷射破壞，且隨後用5% HF進行蝕刻。實例1、實例2及實例3、實例4及實例5、實例7、實例8及實例9之前驅物玻璃中之通孔由5%氫氟酸溶液蝕刻(表1、表2、表3及表4)。蝕刻劑中之組分亦對通孔開口有影響。表4列出了分別在5% HF及(5% HF+10% HNO 3+0.1體積% PE)中之經蝕刻實例1、實例2及實例3之頂部(um)、腰部(um)之通孔尺寸及D w/D 1比率。聚電解質界面活性劑聚(二烯丙基二甲基)氯化銨(PDADMAC)用作動態掩蓋劑以增加進入通孔之相對擴散，且為簡單起見，將其稱為PE。蝕刻劑之效果取決於玻璃組成。
一些前驅物玻璃之通孔的幾何形狀及縱橫比可藉由雷射電力進行調整，其對通孔形狀及頂部直徑有顯著影響。如第6A圖及第6B圖中所示，實例3可使其縱橫比D w/D 1(腰部直徑/頂部直徑)在20%-70%範圍內進行調整。隨著雷射電力的增加，通孔形狀自更錐形變為更圓柱形。此表明玻璃陶瓷組成物對雷射破壞敏感。在800℃陶瓷化2小時且隨後在1000℃陶瓷化4小時後，陶瓷化的實例1、實例2及實例3仍為透明的，其中CTE (ppm/℃)增加了20-35%，且密度(g/cm 3)增加了2-3% (表3)。XRD顯示在陶瓷化之後對於實例1、實例2及實例3之玻璃組成形成了鋅尖晶石(ZnAlO 4)相。第7圖示出了玻璃前驅物實例2中已有的通孔在製程A中直徑收縮5-10 μm，未觀測到通孔開裂、翹曲或負變形。
在熱處理前後，在VIEW Summit 650Q度量工具下量測玻璃陶瓷實例1之位置準確度及孔形態。量測了孔距為150 um之長方形網格42×21通孔。 孔形態
量測樣品上所有882個通孔之A側、B側及腰部直徑。第8圖中所示之直方圖示出了熱處理前後通孔形態之統計學。曲線圖之分佈及偏差保持相對相同，但通孔之直徑/收縮大約減少1%。此在熱處理前後之通孔的剖面圖影像中注意到。基於熱處理製程條件，收縮係預期的且可預測的。因此，通孔直徑最初做得更大，因此該等直徑收縮至目標直徑。熱處理製程係在任何下游製程(諸如金屬化)之前完成，以解決此收縮。 位置準確度
熱處理製程將樣品各向同性壓縮了約1% (參見第9圖)，其表明與通孔之標稱CAD (圖案)位置(虛線)相比，熱處理後之通孔位置(實線)已朝向陣列中心移動。此1%壓縮與形態學中所見之收縮一致。此壓緊程度為典型的且可建模。若熱處理製程為固定的，則可對通孔之移位進行建模，且可將通孔最初放置於考慮此點之位置。
根據本文中之實例所形成之玻璃陶瓷在TGV應用至介電性能方面顯示出優於前驅物玻璃及EXG之優勢。玻璃陶瓷具有比前驅物玻璃(第10A圖)更低的介電常數(D K)及比前驅物玻璃及EXG (第10B圖)更低的損耗正切(更低的能量損耗)。低介電常數值對於高頻或電力應用為較佳的，以最大限度地減少電力損耗。對於小尺寸之電容應用，建議使用高介電常數值。介電特性係在微波(2 GHz -10GHz)範圍內基於ASTM D-150「A-C Loss Characteristics and Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulating Materials」使用3''×3''且厚度小於0.9 mm之薄片樣品量測。第10B圖表明，陶瓷化後之損耗正切與前驅物玻璃及EXG相比降低了35-55%，且陶瓷化後前驅物玻璃之介電特性顯著提高。 製程 B 之實例
研究製程B以檢查陶瓷化步驟是否可放大受損區域之差異蝕刻速率且導致更快的通孔形成速率。實例4及實例5(經過雷射破壞後進行陶瓷化處理)之組成展示在樣品中之任一者之蝕刻前後經過9小時蝕刻，未觀測到孔或雷射破壞之痕跡。此表明陶瓷化製程消除了一些玻璃陶瓷組成之雷射破壞史。 製程 C 之實例
研究製程C以查看雷射破壞後之化學及/或結構是否可導致透明玻璃陶瓷之蝕刻速率與製程A中之前驅物玻璃相比存在差異。玻璃陶瓷之蝕刻速率比前驅物玻璃慢得多。在第11圖中，與實例9之製程A相比，製程C產生了極窄的圓柱形通孔，在2 um內無可量測的厚度變化。此表明對於不同的穿玻璃通孔應用，適當的陶瓷化製程可能導致最終通孔之尺寸不同。 表1
材料(mol%) EXG 實例1 實例2 實例3 實例4 實例5 實例6 實例7 實例8 實例9
SiO 2 67.5 68.2 62.3 54.2 55.91 55.91 50.91 65 65 65
Al 2O 3 11.1 12.9 15.3 18.6 18.65 18.65 21.15 14 14 14
B 2O 3 9.8 0 0 0 0 0 0 0 0 0
MgO 2.3 4.3 5.1 6.2 1.79 0 0 5 5 14
CaO 8.8 0 0 0 0 0 0 0 0 0
SrO 0.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0
BaO    1 1.1 1.4 0 1.79 1.79 0 0 0
ZnO 0 7.6 9 11 18.65 18.65 21.15 9 9 0
ZrO 2 0 1.7 2 2.4 5 5 5 0 2 2
TiO 2 0 4.3 5.1 6.2 0 0 0 7 5 5
SnO 2 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
總計 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
蝕刻劑 5% HF 1 5% HF 5% HF 5% HF 5%HF 5%HF 5%HF 5%HF 5%HF 5%HF
實際移除(um) 108.05 106.2 108.5 108.35 126.5 134.2 174.65 14.8 133.95 2
時間(min) 407 337 407 322 362.5 377.5 277 1244 423 1244
蝕刻速率(um/min) 0.265 0.315 0.267 0.336 0.349 0.355 0.631 0.012 0.317 0.002
15體積%之50 wt%氫氟酸儲備溶液(適用於表1中所用之HF) 表 2
   實例4 實例5 實例6
雷射能量(μJ) 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1
70 90.5±2.8 33.6±4.3 38.1% 104.1±3.8 59.8±6.1 57.5% 139.2±3.8 78.9±4.1 56.7%
100 96.2±4.1 36.4±3.9 38.4 % 107.6±5. 7 60±9.8 55.6 %         
表 3
   頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 H i-H f(μm)
實例7 93.0±0.3 22.2±6.6 23.9% 70
實例8 94.4±0.8 46.9±7.5 49.7% 60
實例9 100.4±2.3 47.6±4.3 47.5% 70
表 4
雷射脈衝串20，532 nm，100kHz 5%HF 2之蝕刻劑 5%HF 3+1 %HNO 3 4+0.1 %PE 5之蝕刻劑
實例1前驅物玻璃 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1
70μJ 107.8±1.5 73.8±1.6 68.4% 96.5±2.3 35.3±7.7 35.5%
140μJ 98.6±1.5 57.0±2.0 57.8% 101.9±0.9 88.2±2.9 81.9%
實例2前驅物玻璃 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1
70μJ 119.2±2.6 60.0±9.3 50.3% 87.7±1.8 17.3±3.9 21.5%
140μJ 107.4±1.0 81.1±1.7 75.5% 100.4±1.2 53.5±1.8 59.6%
實例3前驅物玻璃 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1 頂部(μm) 腰部(μm) Dw/D 1
70μJ 100.7±0.5 23.5±0.1 23.3% 91.6±1.2 45.4±3.9 49.3%
140μJ 105.8±0.8 70.4±3.4 66.6% 101.4±1.3 84.5±2.5 82.7%
表 5
玻璃代碼 前驅物玻璃 玻璃陶瓷 800℃/2小時後，隨後1000℃/4小時
   密度(g/cm 3) CTE (ppm/℃) 密度(g/cm 3) CTE (ppm/℃)
實例1 2.686 2.85 2.754 3.59
實例2 2.800 3.28 2.861 4.08
實例3 2.955 3.49 3.038 4.61
25體積%之50 wt%氫氟酸儲備溶液 35體積%之50 wt%氫氟酸儲備溶液 410體積%之70% HNO 3之HNO 3儲備溶液。 50.1體積%之PDAMAC (聚(二烯二甲基)氯化銨)溶液，即含35wt% PDAMAC之H 2O的儲備溶液。 表面粗糙度
藉由目測將內壁粗糙度排序為1-5來評價表面粗糙度。排序1與伴隨大尺度凸出的高頻粗糙度相關。排序2與伴隨起始凸出的高頻粗糙度相關。排序3與輕度粗糙度相關。排序4與不太光滑的表面相關。排序5與光滑表面相關。第12圖示出了各種通孔之目視排序之實例。
已採用的術語及表述用作描述性術語而非限制性術語，且在使用此類術語及表述時無意排除所示及描述的特徵或其部分的任何等同物，但應認識到可在本發明之實施例的範圍內進行各種修改。因此，應理解儘管本發明已藉由具體實施例及視情況選用之特徵特定地加以揭露，一般熟悉此項技術者可採取本文所揭露之概念的修改及變化，且此類修改及變化視為在本發明之實施例的範圍內。 例示性實施例
提供了以下例示性實施例，該等實施例之編號不應解釋為指定重要性級別：
實施例1提供了一種形成具有穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板的方法，該方法包括： 以下中之至少一者： 用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板，用蝕刻劑處理該經處理的前驅物玻璃基板以形成經蝕刻的前驅物玻璃基板，以及陶瓷化該經蝕刻處理的前驅物玻璃以形成包括該穿玻璃通孔之基板； 用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的前驅物玻璃基板，陶瓷化該經處理的前驅物玻璃基板以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板，以及用蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成包括該穿玻璃通孔之玻璃陶瓷基板；並且 陶瓷化前驅物玻璃基板以形成陶瓷化前驅物玻璃基板，用雷射能量源沿著雷射掃描路徑處理該陶瓷化前驅物玻璃基板之第一主表面的至少一部分以形成經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板，用蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成經蝕刻的陶瓷化前驅物玻璃基板，以形成在玻璃陶瓷基板中包括該穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板，其中 該穿玻璃通孔具有預定形狀且延伸穿過該玻璃陶瓷基板之該第一主表面及該玻璃陶瓷基板之第二主表面，該第一主表面限定第一開口且該第二主表面限定第二開口，以及在該第一開口與該第二開口之間的位置處量測的該穿玻璃通孔之腰部直徑與在該穿玻璃通孔之該第一開口抑或該第二開口處量測的該穿玻璃通孔之表面直徑的比率在約30%至約100%範圍內。
實施例2提供了如實施例1所述之方法，其中包括該穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板基本上不含鹼金屬離子。
實施例3提供了如實施例1或2中任一項所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板為基本上透明的。
實施例4提供了如實施例3所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板在約0.3 mm至約1.5 mm厚度上為透明的
實施例5提供了如實施例1至4中任一者所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板包含SiO 2(50至70 mol%)、Al 2O 3(12至22 mol%)、B 2O 3(0 mol%)、以下之混合物：MgO、CaO、SrO及BaO (0至15 mol%)、MgO (0至15 mol%)、BaO (0至2 mol%)、ZnO (0至22 mol%)、ZrO 2(0至6 mol%)、TiO 2(0-8 mol%)、SnO 2(0.01-0.1 mol%)或其混合物。
實施例6提供了如實施例1至5中任一者所述之方法，其中雷射能量之強度在約50 μJ至約170 μJ範圍內。
實施例7提供了如實施例1至6中任一者所述之方法，其中雷射能量之強度在約70 μJ至約140 μJ範圍內。
實施例8提供了如實施例1至7中任一者所述之方法，其中該蝕刻劑包含酸。
實施例9提供了如實施例8所述之方法，其中該酸包含氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸或其混合物，且該酸於蝕刻劑中之濃度在約2體積%至約15體積%範圍內。
實施例10提供了如實施例9所述之方法，其中該蝕刻劑包含氫氟酸及硝酸之混合物。
實施例11提供了如實施例1至10中任一者所述之方法，其中蝕刻進一步包括向該前驅物玻璃之至少一部分施加掩蓋劑。
實施例12提供了如實施例11所述之方法，其中該掩蓋劑包含聚(二烯丙基二甲基)氯化銨。
實施例13提供了如實施例1至12中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約10%至約75%範圍內。
實施例14提供了如實施例1至13中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約10%至約50%範圍內。
實施例15提供了如實施例1至14中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約76%至約100%範圍內。
實施例16提供了如實施例1至15中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約90%至約100%範圍內。
實施例17提供了如實施例1至16中任一者所述之方法，其中該陶瓷化係藉由在約500℃至約1000℃範圍內之溫度下加熱約1小時至約4小時範圍內之時間，接著在約800℃至約1200℃範圍內之溫度下加熱約2小時至約6小時範圍內之時間來進行。
實施例18提供了如實施例1至17中任一者所述之方法，其中該陶瓷化係藉由在約700℃至約900℃範圍內之溫度下加熱約1小時至約3小時範圍內之時間，接著在約900℃至約1100℃範圍內之溫度下加熱約3小時至約5小時範圍內之時間來進行。
實施例19提供了如實施例1至18中任一者所述之方法，其中陶瓷化包括： 第一成核步驟，其在高於該前驅物玻璃之T g的約50℃至約150℃範圍內；以及 晶體生長步驟，其在高於該前驅物玻璃之T g的約150℃至約250℃範圍內。
實施例20提供了如實施例1至19中任一者所述之方法，其中陶瓷化包括： 第一成核步驟，其在高於該前驅物玻璃之T g的約75℃至約125℃範圍內；以及 晶體生長步驟，其在高於該前驅物玻璃之T g的約175℃至約225℃範圍內。
實施例21提供了如實施例1至20中任一者所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板之介電常數低於該前驅物玻璃之介電常數。
實施例22提供了如實施例1至21中任一者所述之方法，其中該玻璃基板之熱膨脹係數相對於該玻璃前驅物增加約15%至約40 %。
實施例23提供了如實施例1至22中任一者所述之方法，其中該玻璃基板之熱膨脹係數相對於該玻璃前驅物增加約20%至約35 %。
實施例24提供了如實施例1至23中任一者所述之方法，其中該玻璃基板之密度相對於該玻璃前驅物增加約1%至約4%。
實施例25提供了如實施例1至24中任一者所述之方法，其中該玻璃基板之密度相對於該玻璃前驅物增加約2%至約3%。
實施例26提供了如實施例1至25中任一者所述之方法，其中蝕刻發生約250分鐘至約1500分鐘範圍內之時間。
實施例27提供了如實施例1至26中任一者所述之方法，其中蝕刻發生約270分鐘至約1250分鐘範圍內之時間。
實施例28提供了如實施例1至27中任一者所述之方法，其中該前驅物玻璃之蝕刻速率在約0.001 μm (前驅物玻璃材料)/min至約0.700 μm/min範圍內。
實施例29提供了如實施例1至28中任一者所述之方法，其中該前驅物玻璃之蝕刻速率在約0.002 μm/min至約0.640 μm/min範圍內。
實施例30提供了如實施例1至29中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之大徑在約10 μm至約150 μm範圍內。
實施例31提供了如實施例1至30中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之大徑在約15 μm至約20 μm範圍內。
實施例32提供了如實施例1至31中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之內表面為基本上平滑的。
實施例33提供了如實施例1至32中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之內表面的表面粗糙度在約4至約5範圍內。
實施例34提供了如實施例1至33中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之內表面的表面粗糙度在約4至約5範圍內。
實施例35提供了如實施例1至34中任一者所述之方法，其中該穿玻璃通孔之內表面基本上不含微裂紋、孔洞、凸出或其組合。
實施例36提供了如實施例1至35中任一者所述之方法，其進一步包括用導電金屬填充該穿玻璃通孔。
實施例37提供了如實施例36所述之方法，其中該導電金屬包含銅。
實施例38提供了如實施例36或37中任一者所述之方法，其中用該導電金屬填充該穿玻璃通孔包括電鍍。
實施例39提供了一種根據實施例1至38中任一者所述之方法形成的玻璃陶瓷基板。
實施例40提供了一種玻璃陶瓷基板，其包含： 獨立地具有在約10 μm至約150 μm範圍內之大徑的複數個穿玻璃通孔，其中 該穿玻璃通孔延伸穿過該玻璃陶瓷基板之第一主表面及該玻璃陶瓷基板之第二主表面，該第一主表面限定第一開口且該第二主表面限定第二開口，以及在該第一開口與該第二開口之間的位置處量測的該穿玻璃通孔之腰部直徑與在該穿玻璃通孔之該第一開口抑或該第二開口處量測的該穿玻璃通孔之表面直徑的比率在約30至約100範圍內；以及 該玻璃陶瓷基板基本上不含鹼土金屬。
實施例41提供了如實施例40所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約10%至約75%範圍內。
實施例42提供了如實施例40或41中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約10%至約50%範圍內。
實施例43提供了如實施例40至42中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約76%至約100%範圍內。
實施例44提供了如實施例40至43中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之腰部直徑與表面直徑之比率在約90%至約100%範圍內。
實施例45提供了如實施例40至44中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃陶瓷基板之介電常數低於形成該玻璃陶瓷基板之該前驅物玻璃的介電常數。
實施例46提供了如實施例40至45中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃基板之熱膨脹係數相對於形成該玻璃陶瓷基板之該前驅物玻璃增加約15%至約40%。
實施例47提供了如實施例40至46中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃基板之熱膨脹係數相對於形成該玻璃陶瓷基板之該前驅物玻璃增加約20%至約35%。
實施例48提供了如實施例40至47中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之大徑在約10 μm至約150 μm範圍內。
實施例49提供了如實施例40至48中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之大徑在約15 μm至約20 μm範圍內。
實施例50提供了如實施例40至49中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之內表面為基本上平滑的。
實施例51提供了如實施例40至50中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之內表面的表面粗糙度在約4至約5範圍內。
實施例52提供了如實施例40至51中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之內表面的表面粗糙度在約4至約5範圍內。
實施例53提供了如實施例40至52中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之內表面基本上不含微裂紋、孔洞、凸出或其組合。
實施例54提供了如實施例40至53中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該複數個穿玻璃通孔係根據預定圖案分佈。
實施例55提供了如實施例40至54中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃陶瓷基板為基本上透明的。
實施例56提供了如實施例55所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃陶瓷基板在約0.3 mm至約1.5 mm厚度下具有約75%至100%之透明度。
實施例57提供了如實施例40至56中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該玻璃陶瓷基板包括再分佈層、中介層或微型LED。
實施例58提供了如實施例40至57中任一者所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之至少一部分填充有導電金屬。
實施例59提供了如實施例58所述之玻璃陶瓷基板，其中該導電金屬包含銅。
10:半導體封裝 15:製品 20:導電材料 25:半導體裝置 30:凸塊 100:基板 110:第一主表面 112:第二主表面 120,120':通孔 122:內壁 124:第一錐形區域 126:第二錐形區域 128:第三錐形區域 130:第一部分 140:第二部分 150:特定點 C:中心點 D,D1,D2:開口直徑 P:平面 R:開口半徑 W:腰部直徑 Z:孔距
附圖藉助於實例而非藉助於限制大體上示出了本發明之各種實施例。
第1圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的包括玻璃中介層之說明性半導體組件。
第2A圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的經組態為其中具有通孔之晶圓的說明性製品。
第2B圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的其中具有通孔之說明性晶圓之一部分的俯視圖。
第3A圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的說明性通孔幾何形狀之橫截面側視圖。
第3B圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的第3A圖之通孔的內壁的兩個錐形區域之間的斜度變化的詳細視圖。
第3C圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的另一說明性通孔幾何形狀之橫截面側視圖。
第3D圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的又另一通孔幾何形狀之橫截面側視圖。
第3E圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的又另一通孔幾何形狀之橫截面側視圖。
第3F圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的又另一通孔幾何形狀之橫截面側視圖。
第3G圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的具有特定通孔幾何形狀之說明性圓柱形通孔的橫截面側視圖。
第4圖示意性地描繪了根據本文所示且描述之一或多個實施例的說明性錐度之一部分的橫截面側視圖，指示其內壁的各種錐度區域之長度。
第5圖示意性地示出了形成玻璃陶瓷基板之三種可能的製程。
第6A圖示意性地示出了使用不同電力的雷射形成的不同通孔之輪廓。
第6B圖示出了在不同雷射電力下形成之通孔的不同Dw/D1比率的圖。
第7圖示意性地示出了在處理期間存在的偏置收縮但未觀測到結構缺陷。
第8圖示出了一系列直方圖，顯示了陶瓷化前後各種通孔之幾何形狀。
第9圖示意性地示出了熱處理前後基板中通孔直徑之變化。
第10A圖示意性地示出了前驅物基板與陶瓷化基板之間的介電常數變化。
第10B圖示意性地示出了前驅物基板與陶瓷化基板之間的損耗正切變化。
第11圖示出了比較藉由不同製程形成之通孔的所得形狀的圖片及數據。
第12圖示出了用於評價通孔表面粗糙度之評定量表。
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
10:半導體封裝
15:製品
20:導電材料
25:半導體裝置
30:凸塊

Claims (20)

  1. 一種形成具有一穿玻璃通孔之一玻璃陶瓷基板的方法，該方法包括以下步驟： 以下中之至少一者： 用一雷射能量源沿著一雷射掃描路徑處理一前驅物玻璃基板之一第一主表面的至少一部分以形成一經處理的前驅物玻璃基板，用一蝕刻劑處理該經處理的前驅物玻璃基板以形成一經蝕刻的前驅物玻璃基板，以及陶瓷化該經蝕刻處理的前驅物玻璃以形成包括該穿玻璃通孔之基板； 用一雷射能量源沿著一雷射掃描路徑處理一前驅物玻璃基板之一第一主表面的至少一部分以形成一經處理的前驅物玻璃基板，陶瓷化該經處理的前驅物玻璃基板以形成一經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板，以及用一蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成包括該穿玻璃通孔之一玻璃陶瓷基板；並且 陶瓷化一前驅物玻璃基板以形成一陶瓷化前驅物玻璃基板，用一雷射能量源沿著一雷射掃描路徑處理該陶瓷化前驅物玻璃基板之一第一主表面的至少一部分以形成一經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板，用一蝕刻劑處理該經處理的陶瓷化前驅物玻璃基板以形成一經蝕刻的陶瓷化前驅物玻璃基板，以形成在一玻璃陶瓷基板中包括該穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板，其中 該穿玻璃通孔具有一預定形狀且延伸穿過該玻璃陶瓷基板之該第一主表面及該玻璃陶瓷基板之一第二主表面，該第一主表面限定一第一開口且該第二主表面限定一第二開口，以及在該第一開口與該第二開口之間的一位置處量測的該穿玻璃通孔之一腰部直徑與在該穿玻璃通孔之該第一開口抑或該第二開口處量測的該穿玻璃通孔之一表面直徑的一比率在約30%至約100%之一範圍內。
  2. 如請求項1所述之方法，其中包括該穿玻璃通孔之該玻璃陶瓷基板基本上不含一鹼金屬。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板包含SiO 2(50至70 mol%)、Al 2O 3(12至22 mol%)、B 2O 3(0 mol%)、以下之一混合物：MgO、CaO、SrO及BaO (0至15 mol%)、MgO (0至15 mol%)、BaO (0至2 mol%)、ZnO (0至22 mol%)、ZrO 2(0至6 mol%)、TiO 2(0-8 mol%)、SnO 2(0.01-0.1 mol%)或其一混合物。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該雷射能量具有約50 μJ至約170 μJ之一範圍內的一強度。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻劑包含一酸。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該酸包含氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸或其一混合物且該酸於該蝕刻劑中之一濃度在約2體積%至約15體積%之一範圍內。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有一基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之一腰部直徑與一表面直徑的該比率在約10%至約75%之一範圍內。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該穿玻璃通孔具有一基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之一腰部直徑與一表面直徑的該比率在約76%至約100%之一範圍內。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷化係藉由在約500℃至約1000℃之一範圍內的溫度下加熱約1小時至約4小時之一範圍內的一時間，接著在約800℃至約1200℃之一範圍內的一溫度下加熱約2小時至約6小時之一範圍內的一時間來進行。
  10. 如請求項1所述之方法，其中陶瓷化之步驟包括以下步驟： 一第一成核步驟，其在高於該前驅物玻璃之一T g的約50℃至約150℃之一範圍內；以及 一晶體生長步驟，其在高於該前驅物玻璃之一T g的約150℃至約250℃之一範圍內。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃陶瓷基板之一介電常數低於該前驅物玻璃之一介電常數。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃基板之一熱膨脹係數相對於該玻璃前驅物增加約15%至約40%。
  13. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃基板之一密度相對於該玻璃前驅物增加約1%至約4%。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該前驅物玻璃之一蝕刻速率在約0.001 μm (前驅物玻璃材料)/min至約0.700 μm/min之一範圍內。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該穿玻璃通孔之一大徑在約10 μm至約150 μm之一範圍內。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該穿玻璃通孔之一內表面為基本上平滑的。
  17. 一種玻璃陶瓷基板，其包含： 獨立地具有在約10 μm至約150 μm之一範圍內的一大徑的複數個穿玻璃通孔，其中 該穿玻璃通孔延伸穿過該玻璃陶瓷基板之一第一主表面及該玻璃陶瓷基板之一第二主表面，該第一主表面限定一第一開口且該第二主表面限定一第二開口，以及在該第一開口與該第二開口之間的一位置處量測的該穿玻璃通孔之一腰部直徑與在該穿玻璃通孔之該第一開口抑或該第二開口處量測的該穿玻璃通孔之一表面直徑的一比率在約30%至約100%之一範圍內；以及 該玻璃陶瓷基板基本上不含一鹼土金屬。
  18. 如請求項17所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有一基本上沙漏形狀且該穿玻璃通孔之一腰部直徑與一表面直徑的該比率在約10%至約75%之一範圍內。
  19. 如請求項17所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔具有一基本上圓柱形狀且該穿玻璃通孔之一腰部直徑與一表面直徑的該比率在約76%至約100%之一範圍內。
  20. 如請求項17所述之玻璃陶瓷基板，其中該穿玻璃通孔之一內表面為基本上平滑的。
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