TWI808151B - 包含具有改良可靠度之密封式金屬化通路的物品 - Google Patents

Abstract

一種物品包括一玻璃或玻璃陶瓷基板，其具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，及在一軸向維度上之一軸向長度上自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面之至少一個通路。該物品亦包括一金屬連接器，其安置於該通路內，將該通路密封。該物品在1000個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性，該熱衝擊循環中之每一者包含將該物品冷卻至-40℃之一溫度及將該物品加熱至125℃之一溫度，且該物品在130℃之一溫度及85%之一相對濕度下，在100小時之HAST後，具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性。

Description

包含具有改良可靠度之密封式金屬化通路的物品

本申請要求2018年4月9日提交的美國臨時申請案第62/654,869號、2019年2月5日提交的美國臨時申請案第62/801408號和2019年2月21日提交的美國臨時申請案第62/808566號之優先權權益。以上臨時申請案中之每一者之內容受信賴且被以引用的方式全部併入本文中。

本描述係關於玻璃及玻璃陶瓷基板中之通路。

具有通路之玻璃及玻璃陶瓷基板對於許多應用係合乎需要的，包括用於如在用作一電介面之內插器、RF濾波器及RF開關中使用。玻璃基板已變為用於此等應用的矽及纖維加強聚合物之一有吸引力的替代。

需要用導體填充此等通路。銅目前為用於此等導體之最合乎需要之材料。對於一些應用，需要銅與玻璃之間的密封。此密封難以獲得，因為銅並不很好地黏附至玻璃，且由於許多導體材料(諸如，銅)與許多合乎需要之玻璃及玻璃陶瓷基板組合物之熱膨脹係數之大的失配。

在第一實施例中，一種物品包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，其具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，及在一軸向維度上之一軸向長度上自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面之至少一個通路。該通路界定：一內部表面、一第一軸向部分、一第二軸向部分及一第三軸向部分，其中該第二軸向部分沿著該軸向維度安置於該第一軸向部分與該第三軸向部分之間。一黏著層安置於該第一軸向部分及該第三軸向部分中之該內部表面上。該黏著層未安置於該第二軸向部分中之該內部表面上。一金屬連接器安置於該通路內。該金屬連接器黏附至該第一軸向部分及該第三軸向部分中之該黏著層。該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自該第一主表面至一第一空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第一空腔，在沿著該第一空腔之該軸向長度之每一位置處具有小於在該第一主表面處的通路直徑之50%的一塗層厚度。該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自該第二主表面至一第二空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第二空腔，在沿著該第二空腔之該軸向長度之每一位置處具有小於在該第二主表面處的通路直徑之50%的一塗層厚度。該第一空腔長度為該通路之該軸向長度之5%至45%。該第二空腔長度為該通路之該軸向長度之5%至45%。該金屬連接器針對在該第一空腔與該第二空腔之間的該通路之該軸向長度之至少10%充分填充該通路。

在第二實施例中，針對第一實施例之物品，該通路具有10至200微米之一直徑。

在第三實施例中，針對第二實施例之物品，該通路具有40至60微米之一直徑。

在第四實施例中，針對第一至第三實施例中任一者之物品，該通路具有10微米至2 mm之一長度。

在第五實施例中，針對第四實施例之物品，該通路具有240微米至360微米之一長度。

在第六實施例中，針對第一至第五實施例中任一者之物品：該第一軸向部分具有為該通路之該長度之2%至40%的一長度；該第二軸向部分具有為該通路之該深度之2%至40%的一長度；且該第三軸向部分具有為該通路之該深度之20%至96%的一長度；

在第七實施例中，針對第一至第六實施例中任一者之物品：該第一軸向部分包括該通路與該第一主表面之相交處，且該第二軸向部分包括該通路與該第二主表面之相交處。

在第八實施例中，針對第一至第七實施例中任一者之物品，該黏著層沿著該第一軸向部分及該第三軸向部分中之至少一者之全部周長安置。

在第九實施例中，針對第一至第八實施例中任一者之物品，該基板包含一材料。該材料包含基於氧化物之50莫耳%至100莫耳% SiO₂ 。

在第十實施例中，針對第九實施例之物品，該材料包含基於氧化物之75莫耳%至100莫耳% SiO₂ 。

在第十一實施例中，針對第一至第十實施例中任一者之物品，該黏著層包含Ti。

在第十二實施例中，針對第一至第十一實施例中任一者之物品，該金屬連接器基本上由銅組成。

在第十三實施例中，針對第一至第十二實施例中任一者之物品，該金屬連接器將該通路密封。

在第十四實施例中，針對第一至第十三實施例中任一者之物品，該通路具有：在該第一主表面處之一第一直徑；在該第二主表面處之一第二直徑；在該第一主表面與該第二主表面之間的一通路腰部。該通路腰部具有沿著該通路之該軸向長度的最小直徑。該通路腰部之直徑為該第一直徑之75%或更小，且該通路腰部之該直徑為該第二直徑之75%或更小。

在第十五實施例中，針對第一至第十四實施例中任一者之物品，在沿著該第一空腔長度之每一點，該塗層厚度為該第一主表面處的該通路直徑之5%至40%，且在沿著該第二空腔長度之每一點，該塗層厚度為該第二主表面處的該通路直徑之5%至40%。

在第十六實施例中，一種製造第一至第十五實施例中任一者之物品之方法包含在與該通路之該軸向長度之方向不同的一沈積角度處使用一視線技術在該通路之該內表面之第一部分及第三部分上沈積該黏著層。

在第十七實施例中，一種物品包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，其具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面；及一通路，其在一軸向方向上之一軸向長度上自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面，該通路界定一內表面；及一第一軸向部分、一第三軸向部分及沿著該軸向方向安置於該第一軸向部分與該第三軸向部分之間的一第二軸向部分。該物品進一步包含：一氦密封黏著層，其安置於該內部表面上；及一金屬連接器，其安置於該通路內，其中該金屬連接器黏附至該氦密封黏著層，其中：該金屬連接器黏附至該氦密封黏著層，其中：該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自一第一主表面至一第一空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第一，該金屬連接器包含在該第一主表面處小於12 μm之一塗層厚度；該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自第二主表面至一第二空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第一空腔，該金屬連接器包含在該第二主表面處小於12 μm之一塗層厚度；且該金屬連接器充分填充在該第一空腔與該第二空腔之間的該通路。

在第十八實施例中，該玻璃物品包含第十七實施例之玻璃物品，其中該金屬連接器包含在該第一軸向部分及該第三軸向部分中小於12 μm之一平均塗層厚度。

在第十九實施例中，該玻璃物品包含第十七或第十八實施例中任一者之玻璃物品，其中在該第一主表面處之該通路內的該塗層厚度及在該第二主表面處之該通路內的該塗層厚度各小於在該第二軸向部分中之一塗層厚度。

在第二十實施例中，該玻璃物品包含第十七至第十九實施例中任一者之玻璃物品，其中該第一空腔長度及該第二空腔長度各大於或等於該通路之該軸向長度之3%且小於或等於該通路之該軸向長度之97%。

在第二十一實施例中，該玻璃物品包含第十七至第二十實施例中任一者之玻璃物品，其中該通路具有在該第一主表面處之一第一直徑、在該第二主表面處之一第二直徑及在該第二軸向部分中之一第三直徑，且其中該第三直徑小於該第一直徑及該第二直徑。

在第二十二實施例中，該玻璃物品包含第二十一實施例之玻璃物品，其中該第一直徑及該第二直徑各大於或等於30 μm且小於或等於80 μm。

在第二十三實施例中，該玻璃物品包含第二十二實施例之玻璃物品，其中該第一直徑及該第二直徑各大於或等於40 μm且小於或等於60 μm。

在第二十四實施例中，該玻璃物品包含第二十三實施例之玻璃物品，其中該第一直徑及該第二直徑各大於或等於45 μm且小於或等於55 μm。

在第二十五實施例中，該玻璃物品包含第二十一至第二十四實施例中任一者之玻璃物品，其中該第三直徑大於或等於10 μm且小於或等於40 μm。

在第二十六實施例中，該玻璃物品包含第二十五實施例之玻璃物品，其中該第三直徑大於或等於17 μm且小於或等於20 μm。

在第二十七實施例中，該玻璃物品包含第二十六實施例之玻璃物品，其中該第三直徑大於或等於18 μm且小於或等於20 μm。

在第二十八實施例中，該玻璃物品包含第二十一至第二十七實施例中任一者之玻璃物品，其中該第三直徑與該第一直徑之一比率及該第三直徑與該第二直徑之一比率小於或等於1:6。

在第二十九實施例中，該玻璃物品包含第二十一至第二十八實施例中任一者之玻璃物品，其中在該第一主表面處之該通路內的該塗層厚度及在該第二主表面處之該通路內的該塗層厚度各小於該第三直徑之一半。

在第三十實施例中，該玻璃物品包含第十七至第二十九實施例中任一者之玻璃物品，其中該氦密封黏著層安置於該第一軸向部分及該第三軸向部分中之該內部表面上，且其中該氦密封黏著層未安置於該第二軸向部分中之該內部表面上。

在第三十一實施例中，該玻璃物品包含第三十實施例之玻璃物品，其中該氦密封黏著層沿著該第一軸向部分及該第三軸向部分中之至少一者之一全部周長安置。

在第三十二實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十一實施例中任一者之玻璃物品，其中該氦密封黏著層包含Ti、TiN、Ta、TaN、Cr、Ni、TiW、W及一金屬氧化物中之一或多者。

在第三十三實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十二實施例中任一者之玻璃物品，其中該氦密封黏著層具有大於或等於1 nm且小於或等於500 nm之一厚度。

在第三十四實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十三實施例中任一者之玻璃物品，其中該金屬連接器基本上由銅組成。

在第三十五實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十四實施例中任一者之玻璃物品，其中該金屬連接器將該通路密封。

在第三十六實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十五實施例中任一者之玻璃物品，其中該第一空腔及該第二空腔中之至少一者填充有並非銅之一或多種材料。

在第三十七實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十六實施例中任一者之玻璃物品，其中該物品無裂縫，且在加熱至450℃之一溫度及冷卻至23℃之一溫度前與後，具有小於10-5 atm-cc/s之一氦滲透率。

在第三十八實施例中，該玻璃物品包含第十七至第三十七實施例中任一者之玻璃物品，其中該基板包含至少90莫耳%矽石。

在第三十九實施例中，一種製造一玻璃物品之方法包含：在延伸穿過一玻璃或玻璃陶瓷基板的一通路之一內部表面之部分上沈積一氦密封黏著層，該基板具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，其中該通路在一軸向方向上自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面，該通路包含一第一軸向部分、一第三軸向部分及安置於該第一軸向部分與該第三軸向部分之間的一第二軸向部分，其中該氦密封黏著層沈積於該通路之該內部表面上；在該通路之該第一軸向部分、該第二軸向部分及該第三軸向部分上沈積一金屬連接器，其中一電鍍浴包含一金屬鹽及一金屬沈積抑制劑，其中：該金屬連接器黏附至該氦密封黏著層；該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自一第一主表面至一第一空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第一空腔，具有在該第一主表面處的小於12 μm之一塗層厚度；該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自一第二主空腔表面至一第二空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第二空腔，具有在該第二主表面處的小於12 μm之一塗層厚度；及該金屬連接器充分填充該第一空腔與該第二空腔之間的該通路。

在第四十實施例中，該方法包含第三十九實施例之方法，其中該金屬連接器之一鍍覆速率在該第二軸向部分中比在該第一軸向部分及該第三軸向部分中高。

在第四十一實施例中，該方法包含第三十九或第四十實施例中任一者之方法，其中該金屬鹽包含一銅鹽。

在第四十二實施例中，該方法包含第三十九至第四十一實施例中任一者之方法，其中沈積該金屬連接器包含施加處於大於或等於1.5 mA/cm² 且小於或等於5 mA/ cm² 之一電流密度下的一電流。

在第四十三實施例中，該方法包含第三十九至第四十二實施例中任一者之方法，其中該金屬沈積抑制劑包含氯化硝基四氮唑藍(nitroblue tetrazolium chloride；NTBC)、甲基噻唑四唑(methylthiazole tetrazolium；MTT)或四硝基四氮唑藍(tetranitroblue tetrazolium chloride；TNBT)。

在第四十四實施例中，該方法包含第三十九至第四十三實施例中任一者之方法，且進一步包含用並非銅之一或多種材料填充該第一空腔及該第二空腔中之至少一者。

在第四十五實施例中，該方法包含第三十九至第四十三實施例中任一者之方法，其中該氦密封黏著層沈積於該第一軸向部分及該第三軸向部分中的該通路之該內部表面上，且該氦密封黏著層未安置於該第二軸向部分中的該通路之該內部表面上。

在第四十六實施例中，一種製程包含將包含銅金屬化之通路的一玻璃或玻璃陶瓷物品自一第一溫度加熱至一第二溫度，其中該第一溫度大於或等於200℃且小於或等於300℃，且其中該第二溫度大於或等於350℃且小於或等於450℃，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至該第二溫度之該加熱期間的一平均加熱速率大於0.0℃/min且小於8.7℃/min。

在第四十七實施例中，該製程包含第四十六實施例之製程，其中包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至該第二溫度之該加熱不引起包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品中的徑向裂縫。

在第四十八實施例中，該製程包含第四十六或第四十七實施例中任一者之製程，進一步包含將包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自室溫加熱至該第一溫度。

在第四十九實施例中，該製程包含第四十八實施例中任一者之製程，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自室溫至一第一溫度之該加熱期間的一平均加熱速率大於0.0℃/min且小於8.7℃/min。

在第五十實施例中，該製程包含第四十六至第四十九實施例中任一者之製程，其中該第一溫度自大於或等於225℃且小於或等於275℃。

在第五十一實施例中，該製程包含第四十六至第五十實施例中任一者之製程，其中該第二溫度自大於或等於375℃且小於或等於425℃。

在第五十二實施例中，該製程包含第四十六至第五十一實施例中任一者之製程，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至一第二溫度之該加熱期間的該平均加熱速率大於1.0℃/min且小於6.5℃/min。

在第五十三實施例中，該製程包含第四十六至第五十二實施例中任一者之製程，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至一第二溫度之該加熱期間的該平均加熱速率實質上恆定。

在第五十四實施例中，該製程包含第四十六至第五十三實施例中任一者之製程，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至一第二溫度之該加熱期間的該平均加熱速率可變。

在第五十五實施例中，該製程包含第四十六至第五十四實施例中任一者之製程，其中該製程進一步包含將包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品保持在該第一溫度下達大於或等於10分鐘且小於或等於一小時之一持續時間。

在第五十六實施例中，該製程包含第四十六至第五十五實施例中任一者之製程，其中該製程進一步包含將包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品保持在該第二溫度下達大於或等於10分鐘且小於或等於一小時之一持續時間。

在第五十七實施例中，該製程包含第四十六至第五十六實施例中任一者之製程，其中包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至一第二溫度之該加熱包含將包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品保持在一恆定溫度下達大於或等於10分鐘且小於或等於45分鐘之一持續時間。

在第五十八實施例中，該製程包含第四十六至第五十七實施例中任一者之製程，其中包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品中之該通路之一直徑大於或等於25 μm且小於或等於75 μm。

在第五十九實施例中，該製程包含第四十六至第五十八實施例中任一者之製程，其中包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品中之該通路之一間距大於或等於60 μm且小於或等於800 μm。

在第六十實施例中，該製程包含第四十六至第五十九實施例中任一者之製程，其中包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品中之該通路之一深度大於或等於50 μm且小於或等於600 μm。

在第六十一實施例中，該製程包含第四十六至第六十實施例中任一者之製程，其中該玻璃或玻璃陶瓷物品包含至少90莫耳%矽石。

第六十二實施例包括一種製程，其包含：將包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自一第一溫度加熱至一第二溫度，其中該第一溫度大於或等於240℃且小於或等於260℃，且其中該第二溫度大於或等於400℃且小於或等於450℃，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至一第二溫度之該加熱期間的一平均加熱速率大於0.0℃/min且小於或等於6.5℃/min。

第六十三實施例包括一種玻璃或玻璃陶瓷物品，其包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，其包含在一厚度方向上穿透該玻璃或玻璃陶瓷基板之至少一個通路；及銅，其存在於該至少一個通路中，其中在退火至≤ 450℃後，該玻璃或玻璃陶瓷物品不包含徑向裂縫。

在第六十四實施例中，一玻璃或玻璃陶瓷物品包含第六十三實施例之一玻璃或玻璃陶瓷物品，其中該玻璃或玻璃陶瓷基板包含至少90莫耳%矽石。

在第六十五實施例中，一玻璃或玻璃陶瓷物品包含第六十三或第六十四實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品，其中該玻璃或玻璃陶瓷基板中的至少一個孔之一直徑大於或等於25 μm且小於或等於75 μm。

在第六十六實施例中，一玻璃或玻璃陶瓷物品包含第六十三至第六十五實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品，其中該玻璃或玻璃陶瓷物品中的至少一個通路之一間距大於或等於60 μm且小於或等於800 μm。

在第六十七實施例中，一玻璃或玻璃陶瓷物品包含第六十三至第六十六實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品，其中該玻璃或玻璃陶瓷基板中的至少一個通路之一深度大於或等於50 μm且小於或等於600 μm。

第六十八實施例包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，其具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，及在一軸向維度上之一軸向長度上自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面之至少一個通路；及一金屬連接器，其安置於該通路內，將該通路密封，其中該物品在1000次熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性，該熱衝擊循環中之每一者包含將該物品冷卻至-40℃之一溫度且將該物品加熱至125℃之一溫度，且該物品在於130℃之一溫度且85%之一相對濕度下100小時的高加速應力測試(highly accelerated stress test；HAST)後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第六十九實施例中，根據第六十八實施例之一玻璃或玻璃陶瓷物品在3000次熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第七十實施例中，根據第六十八實施例或第六十九實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品在300小時的HAST後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第七十一實施例中，根據第六十八至第七十實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品在2000次熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性，及在200小時的HAST後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第七十二實施例中，根據第六十八至第七十一實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品在3000次熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性，及在300小時的HAST後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第七十三實施例中，根據第六十八至第七十二實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品在4000次熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性，及在400小時的HAST後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之一氦密封性。

在第七十四實施例中，根據第六十八至第七十三實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品包含具有10至200微米之一直徑的一通路。

在第七十五實施例中，根據第六十八至第七十四實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品包含具有40至60微米之一直徑的一通路。

在第七十六實施例中，根據第六十八至第七十五實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品包含具有10微米至2 mm之一長度的一通路。

在第七十七實施例中，根據第六十八至第七十六實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品包含具有240微米至360微米之一長度的一通路。

在第七十八實施例中，根據第六十八至第七十七實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品包含包括一種材料之一基板，該材料包含基於氧化物之50莫耳%至100莫耳% SiO₂ 。

在第七十九實施例中，根據第七十八實施例之一玻璃或玻璃陶瓷物品，其中該材料包含基於氧化物之75莫耳%至100莫耳% SiO₂ 。

在第八十實施例中，根據第六十八至第七十九實施例中任一者之一玻璃或玻璃陶瓷物品具有基本上由銅組成之一金屬連接器。

額外特徵及優勢將在接下來之詳細描述中闡述，且部分將易於為熟習此項技術者自彼描述而顯而易見，或藉由實踐本文中描述之實施例來認識，包括接下來之詳細描述、申請專利範圍以及隨附圖式。

各種實施例之限制可按不包括相互排斥限制之任何排列來組合。可按任何排列將第一至第二十實施例併入至第二十一實施例內。

具有通路之玻璃及玻璃陶瓷基板

具有通路之玻璃及玻璃陶瓷基板對於許多應用係合乎需要的。舉例而言，具有連接在一側上之邏輯裝置與在另一側上之記憶體的封裝通路(through package via；TPV)互連件之3D內插器對於高頻寬裝置係合乎需要的。當前選擇之基板為有機或矽。有機內插器罹患不良尺寸穩定性，而矽晶圓昂貴且罹患高介電損失(歸因於半導性質)。玻璃及玻璃陶瓷歸因於其低介電常數、熱穩定性及低成本，可為優越之基板材料。存在針對具有玻璃通路(through glass via；TGV)之玻璃或玻璃陶瓷基板之應用。此等通路通常需要由傳導金屬(諸如，銅)來充分或保形地填充，以形成提供電路徑之金屬連接器。銅為特別合乎需要之傳導金屬。

第1圖展示包含一基板100之一物品，以部分透視圖示意性地描繪。基板100包含一第一主表面102及與第一主表面102相對之一第二主表面104。多個通路110自第一主表面102延伸穿過大塊基板100至第二主表面104。金屬連接器150填充通路110。應理解，任何數目個通路110可以任一配置延伸穿過基板100。座標標記101展示軸向維度z之方向，其與第一主表面102及第二主表面104之平面正交。除非另有指定，否則通路或金屬連接器之「長度」係在軸向維度z上。取決於應用，在軸向維度上的基板100之厚度t 可為任一適當厚度。

在各種實施例中，基板100可包含任一合適的玻璃或玻璃陶瓷基板。在一些特定實施例中，高矽石玻璃或玻璃陶瓷基板歸因於其介電性質，對於某些應用係合乎需要的。舉例而言，可使用具有50莫耳%、55莫耳%、60莫耳%、65莫耳%、70莫耳%、75莫耳%、80莫耳%、85莫耳%、90莫耳%、95莫耳%或100莫耳%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)之矽石含量的玻璃或玻璃陶瓷材料。可使用具有50莫耳%至100莫耳%或75莫耳%至100莫耳%之矽石含量的玻璃或玻璃陶瓷材料。在一些實施例中，基板包含至少90莫耳%矽石。

對於具有本文中描述之尺寸的基板，因至少兩個原因，特別難以在具有銅金屬連接器之高矽石玻璃中達成密封之通路。首先，銅不良好地黏附至玻璃。其次，銅與高矽石玻璃之間的CTE失配特別大。儘管有此等原因，本文中描述之物品及方法藉由提供優越之應力釋放機制來達成密封。

第2圖展示示意性描繪為沿著線2-2'之第1圖之橫截面的包含基板100之物品。第2圖展示第1圖之基板100、座標標記101、第一主表面102、第二主表面104、通路110及金屬連接器150。將通路110之內部表面114劃分成第一軸向部分116、第二軸向部分118及第三軸向部分120。黏著層122安置於第一軸向部分116及第三軸向部分120中之內部表面114上。黏著層122不存在於第二軸向部分118中。第一軸向部分116及第三軸向部分120之軸向長度可被稱作「黏著長度」，因為其為至通路110內的金屬連接器150強黏附至基板100之長度。在第二軸向部分118中，黏著層122不存在，因此金屬連接器150不強結合至內部表面114。通路110具有在軸向方向上之通路長度130。通路110具有在第一主表面處之第一直徑132a及在第二主表面處之第二直徑132b。

第2圖展示示意性描繪為沿著線2-2'之第1圖之橫截面的包含基板100之物品。第2圖展示第1圖之基板100、座標標記101、第一主表面102、第二主表面104、通路110及金屬連接器150。將通路110之內部表面114劃分成第一軸向部分116、第二軸向部分118及第三軸向部分120。氦密封黏著層122安置於第一軸向部分116及第三軸向部分120中的通路110之內部表面114上。在實施例中，氦密封黏著層122沿著第一軸向部分116及第三軸向部分120中之至少一者的全部周長安置於通路110之內部表面114上。氦密封黏著層122不存在於第二軸向部分118中。

如在本文中使用之短語「氦密封黏著層」意謂對氦提供處於小於10-5 atm-cc/s或甚至小於10-8 atm-cc/s之滲透率的氦密封性之黏著層，該氦密封性如使用基於真空之氦洩漏測試系統藉由將金屬連接器150黏附至通路110之內部表面114來量測。合適之氦密封黏著層材料包括金屬(如鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、釩(V)、鎳(Ni)、鎢(W))，或金屬氧化物(如氧化鈦、氧化鎢及氧化錳)，或氮化物(如氮化鈦(TiN)及氮化鉭(TaN))。在各種實施例中，氦密封黏著層包含鈦(Ti)。氦密封黏著層具有大於或等於1 nm且小於或等於500 nm之厚度。舉例而言，在一些特定實施例中，氦密封黏著層具有約100 nm之厚度。

在一些實施例中，諸如，部分結合之實施例，第一軸向部分116或第三軸向部分120之軸向長度可被稱作「黏著長度」，因為其為至通路110內的金屬連接器150強黏附至基板100所沿著之長度。在一些此等實施例中，黏著長度大於或等於5 nm且小於或等於148 μm。該黏著長度可大於或等於10 μm且小於或等於135 μm、大於或等於10 μm且小於或等於130 μm、大於或等於10 μm且小於或等於125 μm、大於或等於10 μm且小於或等於120 μm、大於或等於10 μm且小於或等於115 μm、大於或等於15 μm且小於或等於140 μm、大於或等於15 μm且小於或等於135 μm、大於或等於15 μm且小於或等於130 μm、大於或等於15 μm且小於或等於125 μm、大於或等於15 μm且小於或等於120 μm、大於或等於20 μm且小於或等於140 μm、大於或等於20 μm且小於或等於135 μm、大於或等於20 μm且小於或等於130 μm、大於或等於20 μm且小於或等於125 μm、大於或等於25 μm且小於或等於140 μm、大於或等於25 μm且小於或等於135 μm、大於或等於25 μm且小於或等於130 μm、大於或等於30 μm且小於或等於140 μm、大於或等於30 μm且小於或等於135 μm或大於或等於35 μm且小於或等於140 μm。在一些實施例中，該黏著長度大於或等於40 μm且小於或等於140 μm、大於或等於40 μm且小於或等於130 μm、大於或等於40 μm且小於或等於120 μm、大於或等於40 μm且小於或等於110 μm、大於或等於40 μm且小於或等於100 μm、大於或等於40 μm且小於或等於90 μm、大於或等於40 μm且小於或等於80 μm、大於或等於40 μm且小於或等於70 μm或大於或等於40 μm且小於或等於60 μm。舉例而言，該黏著長度可為約40 μm、50 μm、60 μm或70 μm。預料其他黏著長度可用於各種實施例中。

在第二軸向部分118中，氦密封黏著層122不存在，因此金屬連接器150並未沿著第二軸向部分118如此強地結合至內部表面114。通路110具有在軸向方向上之通路長度130。通路110具有在第一主表面102處之第一直徑132a、在第二主表面104處之第二直徑132b及在第二軸向部分118中之第三直徑132c。 通路形狀

第2圖之通路110具有一錐形內部表面114，其自第一主表面102處之第一直徑132a及自第二主表面104處之第二直徑132b至具有腰部直徑之腰部125逐漸變細或變窄。如本文中所使用，通路之「腰部」指具有最小直徑的可變直徑通路之部分。通路110之直徑隨軸向位置而改變。通路110之總「直徑」為最大直徑。除非另有指定，否則「通路直徑」指最大直徑。當通路110非圓形時，通路110之「直徑」為在與軸向方向正交之平面中具有與通路110相同橫截面積的圓之直徑。

該通路腰部125具有沿著該通路之該軸向長度的最小直徑。作為第一直徑之百分比的通路腰部之直徑可為10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。作為第二直徑之百分比的通路腰部之直徑可為10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。該通路腰部之直徑可為該第一直徑之75%或更小，且該通路腰部之該直徑可為該第二直徑之75%或更小。該通路腰部之直徑可為該第一直徑之20%至50%或更小，且該通路腰部之該直徑可為該第二直徑之20%至50%或更小。在各種實施例中，第三直徑132c或腰部直徑大於或等於10 nm且小於或等於40 μm。第三直徑132c可大於或等於20 μm且小於或等於30μm，或大於或等於22μm且小於或等於27μm。舉例而言，第三直徑132c可為10μm、15μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm、35μm或40μm。在各種實施例中，第三直徑132c與第一直徑132a之比率小於或等於1：6、小於或等於1：5、小於或等於1：4、小於或等於1：3或小於或等於1：2，及/或第三直徑132c與第二直徑132b之比率小於或等於1：6、小於或等於1：5、小於或等於1：4、小於或等於1：3或小於或等於1：2。

通路110可具有任一合適通路長度130。作為非限制性實例，基板100之厚度(及通路長度130)可為10μm、60μm、120μm、180μm、240μm、300μm、360μm、420μm、480μm、540μm、600μm、720μm、840μm、960μm、1080μm、1500μm、2000μm或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。在一些實施例中，厚度t及通路長度為10μm至2000μm，或240μm至360μm。

通路110可具任何合適之第一直徑132a及第二直徑132b。作為非限制性實例，此等直徑可為30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。在一些實施例中，通路直徑可大於或等於30μm且小於或等於80μm、大於或等於40μm且小於或等於60μm、大於或等於45μm且小於或等於55μm。第一直徑132a可與第二直徑132b相同或不同。如上所描述，第一直徑132a及第二直徑132b各大於第三直徑132c。

第一、第二及第三軸向部分之軸向長度可為任一合適長度。需要選擇達成低最大主應力與氦密封性之組合的長度。第一及第三軸向部分之較低長度減小應力，如由本文中描述之模型演示，使得玻璃不開裂，從而不導致氦密封性之失去。但，若第一及第三軸向部分之長度過低，則可失去氦密封性，此係因為存在不足夠之結合，甚至在不存在開裂之情況下。在一些實施例中，第一及第三軸向部分具有獨立地選自通路之長度之1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%、30%、35%及40%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)的長度。第二軸向部分具有為通路之長度之20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%或98%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)的長度。第一及第三軸向部分可具有為該通路之該長度之2%至40%的長度，而第二軸向部分具有為該通路之該深度之20%至96%的長度。在實施例中，需要選擇可靠地提供密封的用於第一及第三軸向部分之最小長度。

在各種實施例中，通路為具有240 μm至360 μm之通路長度及40 μm至60 μm之通路直徑的高縱橫比通路。如本文中所使用，「縱橫比」指玻璃基板之平均厚度與通路之平均直徑的比率。「高縱橫比」指大於3之縱橫比。不受理論束縛，對於此等通路，可需要具有20 μm、25 μm、30 μm、35 μm及40 μm或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)的長度之第一及第三軸向部分來達成減小之應力，但預料到其他長度。第二軸向部分之長度組成通路長度之其餘部分。

期望合乎需要之尺寸在未來將改變，且本文中描述之概念可用以針對彼等尺寸提供密封之通路。

在一些實施例中，該第一軸向部分包括該通路與該第一主表面之相交處，且該第二軸向部分包括該通路與該第二主表面之相交處。此幾何形狀將與本文中描述之製造方法良好地匹配。

通路110視情況在內部邊緣處具有圓角124，以減小應力集中，包括在通路腰部125處。如本文中使用，「圓角」指沿著通路110的內部角的圓的角。此等圓角可用於通路形狀中之任何邊緣處。圓角124可具有任一合適直徑，諸如，3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。可使用其他直徑。

通路110具有具兩個截然不同斜度之一內部表面114，其中斜度在圓角124處改變。通路110可具有自第一主表面102及第二主表面104中之每一者至腰部125之一單一斜度，如在第2圖中說明之兩個斜度，或更複雜形狀。該等斜度中之一或多者可垂直於第一主表面102及第二主表面104，如在第2圖中所說明。 金屬連接器

第3圖展示與第2圖相同的通路110，但經標注以說明金屬連接器150之部分。金屬連接器150界定跨越第一軸向部分116之第一空腔152及跨越第三軸向部分120之第二空腔154。第一空腔152與第二空腔154由第二軸向部分118內的經填充部分156分離。第一空腔152具有在軸向維度上之第一空腔長度153，且第二空腔154具有在軸向維度上之第二空腔長度155。在沿著第一空腔長度153及第二空腔長度155的軸向維度上之每一位置，金屬連接器150塗佈內部表面114，而不完全填充通路110。經填充部分156具有在軸向方向上之填充之長度157。金屬連接器150具有沿著第一空腔長度153及第二空腔長度155之一塗層厚度158。雖然說明為恆定厚度(或保形層)，但塗層厚度158可隨軸向位置及距第一主表面及/或第二主表面之距離而變化。

在各種實施例中，金屬連接器150具有在第一主表面102處及在第二主表面104處小於12 μm之一塗層厚度158。舉例而言，金屬連接器150可具有在第一主表面102處及在第二主表面104處為5 μm、6 μm、7 μm、8 μm、9 μm、10 μm或11 μm之一塗層厚度158。在一些實施例中，金屬連接器150在第一軸向部分中及在第二軸向部分中具有小於12μm之一平均塗層厚度。在一些實施例中，金屬連接器150在自第一主表面102至鄰近圓角124之長度上及在自第二主表面104至鄰近圓角124之長度上具有小於12μm之一平均塗層厚度。

具有錐形形狀的通路110(亦即，具有比第一直徑132a及第二直徑132b窄之直徑的腰部125)之使用實現具有在第2圖及第3圖中展示之獨特幾何形狀的金屬連接器150之製造。具體言之，彼形狀具有分別自第一主表面102及第二主表面104之第一空腔152及第二空腔154。同時，金屬連接器150包括最接近腰部125之一經填充部分156。金屬連接器150之幾何形狀允許對基板100之密封，具有針對在其他幾何形狀下不可得的應力釋放之自由度。詳言之，針對第一軸向部分116及第三軸向部分120之軸向長度，氦密封黏著層122分別在第一主表面102及第二主表面104處形成金屬連接器150與基板100之間的密封。經填充部分156使密封完整，使得氣體及液體不能穿過第一主表面102與第二主表面104之間的通路110。第二軸向部分118中的黏著之缺乏提供用於金屬連接器150釋放熱循環期間的應力之附加自由度。另外，第一空腔152及第二空腔154提供用於應力釋放之又一自由度。用於應力釋放之此等自由度導致可在熱循環時存留下來之金屬連接器，而不使基板歸因於金屬連接器與基板之間的熱膨脹係數之差而出故障。

在一些實施例中，第一空腔152及第二空腔154延伸得足夠遠至通路110內，使得其與第二軸向部分118重疊。此重疊導致金屬連接器150的既不結合至基板100、亦未經填充之軸向部分。此幾何形狀提供用於應力釋放之另外通道。

第一空腔長度可為通路110之軸向長度的3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或97%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。第二空腔長度155可為通路110之軸向長度的3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或97%或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。第二空腔長度155可與第一空腔長度153相同或不同。在各種實施例中，第一空腔長度153及第二空腔長度155各大於或等於10 nm且小於或等於150 μm。舉例而言，第一空腔長度153及第二空腔長度155可各為10 μm、15 μm、20 μm、25 μm、30 μm、35 μm、40 μm、45 μm、50 μm、60 μm、70 μm、80 μm、90 μm、100 μm、110 μm、120 μm、130 μm、140 μm、150 μm或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。

經填充部分156具有一軸向長度，其組成一方面軸向通路長度130與另一方面第一空腔長度153及第二空腔長度155之間的差。在一些實施例中，金屬導體針對通路110之軸向長度之至少10%充分填充通路。

沿著存在第一空腔152及第二空腔154的通路之軸向長度，在沿著軸向長度之每一點，塗層厚度158小於通路直徑之50%。在本文中之各種實施例中，將塗層厚度158量測為金屬連接器之厚度，且不包括氦密封黏著層之厚度。結果，塗層厚度不延伸至通路110之中心，使得可形成第一空腔152及第二空腔154。在沿著軸向長度之每一點，塗層厚度158可為通路直徑之5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%或49%，或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)。塗層厚度158可隨軸向位置恆定，或可隨軸向位置改變。沿著存在第一空腔152及第二空腔154的通路之軸向長度，塗層厚度158可為1 μm、2 μm、3 μm、4 μm、5 μm、6 μm、8 μm、10 μm或小於12 μm，或具有此等值中之任何兩者作為端點之任一範圍(包括端點)，只要塗層厚度158足夠小而不完全填充存在第一空腔152及第二空腔154的通路。然而，如以下將更詳細地描述，各種實施例之塗層厚度158小於12 μm。在各種實施例中，在該第一主表面處之通路內的塗層厚度158及在該第二主表面處之通路內的塗層厚度158各小於在第二軸向部分中之塗層厚度。在一些實施例中，在第一主表面102及第二主表面104中之每一者處，塗層厚度158小於通路內的第三直徑153c之直徑之一半。

雖然在第2圖及第3圖中描繪為空或未填充，但在一些實施例中，第一空腔152及/或第二空腔154可填充有並非銅之一或多種材料。第一空腔152及/或第二空腔154之此填充可減少或消除作為在玻璃物品之處理中使用的腐蝕性材料之結果的金屬連接器150之污染或降級。在實施例中，該材料可具有比金屬連接器150之CTE低的CTE，具有塑性，及/或具有超出金屬連接器150之自由度的一或多個自由度。在特定實施例中，該材料可進一步減小玻璃物品之應力，或甚至導致玻璃物品之淨零應力。在一些實施例中，該材料不共價結合金屬連接器150。

舉例而言且非限制，可用以填充第一空腔152及/或第二空腔154之合適的材料可包括在大於或等於400℃或甚至500℃之溫度下不降級之材料。舉例而言，取決於特定實施例，可使用溶膠凝膠矽石、溶膠凝膠金屬氧化物、聚合物、複合物、合金或其他類型之無機材料。第一空腔152及/或第二空腔154可使用此項技術中已知及使用之多種方法中之任一者來填充，包括但不限於噴墨印刷、噴塗或另一沈積方法。預料用於填充第一空腔152及/或第二空腔154之特定方法可取決於待使用之特定材料。 製造方法

具有錐形形狀之玻璃通路可藉由任一合適方法製造。一個方法為藉由雷射、接著蝕刻，在基板100中形成損壞軌道。例示性方法描述於美國專利9,656,909及美國專利申請62/588,615中，該等專利被以引用的方式全部併入本文中。另一方法為藉由雷射、接著蝕刻，修改光敏玻璃。

第4圖展示說明用於金屬化一玻璃通路之一過程之流程圖。在步驟410中，將一黏著層沈積於第一軸向部分及第三軸向部分但非第二軸向部分中的通路之內部表面上。在一後續步驟420中，將一金屬連接器沈積於通路內，使得該金屬連接器黏附至第一軸向部分及第三軸向部分中之黏著層。

黏著層可藉由任一合適方法沈積於第一及第三軸向部分上，但非第二軸向部分上。舉例而言，在z維度上的第一及第三軸向部分之長度可易於使用視線沈積方法(諸如，濺鍍)及調整沈積角度來控制。在沈積期間可旋轉基板以確保第一及第三軸向部分之長度在第一軸向部分及第三軸向部分中的通路之內部表面之全部周長周圍恆定。

合適之黏著層材料包括金屬(如鈦、鉻、鉭、釩)，或金屬氧化物(如氧化鋅及氧化錳)，或氮化物(如氮化鈦及氮化鉭)。可使用許多不同方法(如濺鍍、電子束沈積、離子束沈積、原子層沈積、化學氣相沈積及溶液塗佈)將此等黏著膜塗覆至玻璃表面。

在實施例中，亦可使用許多不同方法(如濺鍍、電子束沈積、離子束沈積、原子層沈積、化學氣相沈積及溶液塗佈)將呈自金屬、金屬氧化物或金屬氮化物形成之膜之形式的氦密封黏著層塗覆至玻璃表面。

金屬連接器可自任何合適金屬製造。在一些實施例中，銅歸因於其特別高之傳導率，可為合乎需要之金屬。可使用金、銀及其他傳導性金屬，以及傳導性金屬之合金。在實施例中，金屬連接器包含銅。在一些特定實施例中，金屬連接器基本上由銅組成。

金屬連接器可藉由任何合適方式沈積。用於沈積銅(及其他金屬)之一個合適方法為在氦密封黏著層上沈積諸如Pd之催化劑，接著為無電沈積銅，接著為電鍍銅。應理解，諸如Pd之催化劑可按需要沈積於不同於氦密封黏著層或除了氦密封黏著層之外亦存在的組件上。在各種實施例中，電鍍製程包括使用包含金屬鹽及金屬沈積抑制劑之電鍍浴，及施加電流，該電流處於大於或等於1.5 mA/cm² 且小於或等於5 mA/cm² 或大於或等於1.5 mA/cm² 且小於或等於2.5 mA/cm² 之一電流密度下。金屬鹽可為形成金屬連接器的金屬之鹽，諸如，CuSO₄ 。可選擇金屬沈積抑制劑以具體地抑制或減慢在第一及第二主表面處或附近的金屬之鍍覆速率，從而實現形成具有在第一及第二主表面處之通路內比在通路之腰部處薄的塗層厚度之金屬連接器。

金屬沈積抑制劑之一個實施為氯化硝基四氮唑藍(NTBC)。不受理論束縛，咸信NTBC優先地吸收在至通路之入口附近的銅離子，此導致抑制在已吸收NTBC之區域中的銅沈積。NTBC之優先吸收亦導致沿著通路之軸向長度的吸收之NTBC之濃度梯度，其中在第一及第二主表面附近具有較多NTBC且在通路之腰部附近具有極少NTBC。因此，如與在第一及第二主表面附近及上相比，在通路之腰部附近，銅可沈積得更快。因此，藉由維持有差別之鍍覆速率，可插入通路中心，同時在第一及第二主表面處之塗層厚度小於腰部之直徑之一半。

雖然本文中描述之各種實施例包括NTBC作為金屬沈積抑制劑，但預料到用於達成及維持有差別之鍍覆速率之其他金屬沈積抑制劑及方法。舉例而言，Ni-B(NTB)、甲基噻唑四唑(MTT)及/或四硝基四氮唑藍(TNBT)可用作金屬沈積抑制劑。

用於沈積金屬連接器之其他合適方法包括用金屬膏狀物填充通路，及燒結或化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)。用於沈積銅之合適方法進一步描述於美國專利公開案US 2017-0287728中(見例如段落[0004] - [0005])，其被以引用的方式全部併入。 分層

分層為一種故障機制。當諸如銅之傳導性金屬自通路之內部拆分時，出現分層。當在導體與基板之間存在弱結合時，由熱循環引起之應力可導致分層。若經分層，則金屬可在熱循環期間在通路之端部外變形。在印刷電路板行業中，此膨脹叫作金屬抽鍍或活塞調節。在針對TGV之許多應用中，薄膜金屬重分佈層(redistribution layer；RDL)隨後經塗覆至金屬化之TGV。此等RDL用以導引經由金屬TGV到來之電力或信號至電子組件。任何金屬抽鍍或活塞調節將扯開金屬TGV與RDL之間的電連接。

分層亦可導致氦密封性之失去，此係因為氣體及液體可沿著經分層之金屬連接器與通路之內部表面之間的邊界穿透基板。

可藉由在基板與金屬連接器之間形成足夠強的結合來減少或消除分層。在基板與金屬連接器之間沈積於通路之內部表面上的黏著層可用以形成此結合。如本文中使用，且「黏著層」指導致金屬連接器與基板之間的結合足夠強以在自400℃至25℃之熱循環時存留下來之任何層或表面處理。可使用任一合適黏著層，可藉由任何合適方式來沈積黏著層。舉例而言，可藉由濺鍍沈積氧化物黏著層。可調整沈積參數以控制黏著層沈積之處。舉例而言，可調整在濺鍍製程期間的沈積之角度，以控制第一軸向部分116及第三軸向部分120之長度，在該情況下，材料係藉由濺鍍來沈積。此相同調整控制第二軸向部分118之長度，在該情況下，材料並不藉由濺鍍來沈積。 圓周開裂

可藉由形成金屬連接器與基板之間的強結合來防止分層。但，此較強結合防止金屬連接器在熱循環期間相對於基板移動。結果，熱循環可引起基板中之應力，其可導致開裂及氦密封性之失去。

在預測玻璃中之應力場之靈活性方面，對經典萊姆(Lame)問題之2-D平面應變解決方案如下。 其中σr、σθ及σz分別為徑向、圓周及軸向應力，且εT = (αf - αm)ΔT為失配應變，其歸因於熱負載ΔT。材料性質α、E及ν為CTE、楊氏模數及泊松比，其中下標f及m分別針對通路(纖維)及玻璃(基質)。

在熱循環之加熱及冷卻部分兩者中皆可出現故障。在加熱期間，最大膨脹失配處於最熱溫度下。基板中的許多應力在較高溫度為壓縮性，此係因為金屬連接器已比基板膨脹得多。在金屬連接器周圍的在加熱期間係主要的在玻璃中之圓周拉伸應力可導致徑向開裂。其可傳播至下一個通路。在冷卻期間，最大收縮失配處於最低溫度下。基板中的許多應力在較低溫度為拉伸性，此係因為金屬連接器已比基板收縮得多。在冷卻期間係主要的徑向應力可導致開裂。徑向應力在表面附近之玻璃中為拉伸性，其可引起玻璃之圓周開裂(C開裂)。對於加熱及冷卻兩者，沿著界面的剪切應力之存在可因分層而誘發界面故障。

朝向熱循環之冷卻部分之末尾，歸因於CTE之差，金屬連接器150已比基板100收縮得多。因為金屬連接器150黏附至基板100。金屬連接器150之收縮繼續拉基板100，從而將基板100置於拉伸應力中。在無足夠用於應力釋放之自由度之情況下，此拉伸應力將造成基板100中之微裂縫。此等微裂縫造成氦密封性之失去。

本文中描述之各種實施例可展現氦密封性且在經受熱循環後無開裂。詳言之，在本文中描述之各種實施例中，存在在基板之主表面處具有有限塗層厚度且具有充分填充之中段的保形銅塗層且不存在沿著通路之第二軸向部分的氦密封黏著層提供氦密封性，同時使基板及金屬連接器能夠以不同速率收縮，而不產生足以產生微裂縫之大量拉伸應力。

模型化

針對模型化，使用第2圖及第3圖之幾何形狀，其中通路之內部表面到處保形地塗佈有銅，惟75μm之軸向長度、腰部125之每一側上37.5μm除外，在此等處，通路始終經填滿。通路長度130為300μm。第一直徑132a及第二直徑132b各為50μm。針對沿著軸向長度距兩個表面50μm之距離維持50μm直徑。開始於距表面50μm處，通路向內沿著軸向長度在半途逐漸變細至在腰部125處的20μm之直徑。在頂表面及底表面兩者上，包括20μm厚之平坦銅覆蓋層151(在第2圖及第3圖中未展示)。預期，模型化結果將擴展至在金屬連接器及第二軸向部分中具有空腔而在金屬連接器與基板之間無強結合之其他通路及金屬連接器形狀。

在用於製造實際裝置之一個過程流中，當出現最嚴重之熱循環時，存在包括銅覆蓋層151之第2圖及第3圖之幾何形狀。稍後，移除覆蓋層且可發生進一步處理。但，第2圖及第3圖之幾何形狀與本文中模型化之熱循環具有相關性。

該模型化係基於自Ryu SK、Lu KH、Zhang X、Im JH、Ho PS、Huang R.之Impact of near-surface thermal stresses on interfacial reliability of through- silicon vias for 3-D interconnects.(IEEE裝置及材料可靠性學報，2011年3月；11(1):35-(「Ryu」))得出之理論。根據Ryu，存在當將通路置放於一晶圓中時預測通路及晶圓表面應力之一分析解決方案。但，不存在預測穿過厚度之應力之閉合形式。因此，需要模型化。對於模型化，模型化在有限板中之一單一隔離之孔。假定2D軸向對稱性，且使用～0.5 μm足夠小之網格大小。

針對模型化，假定玻璃為彈性，其中熔融矽石之性質：E(楊氏模數)= 73 GPa；ν(泊松比)= 0.17且α(熱膨脹係數)= 0.55 ppm/℃。假定銅具有彈性極佳的塑膠性質，具有溫度相關之屈服應力。第5A圖展示曲線圖500，其說明一彈性極佳塑膠材料之應力-應變關係。第5B圖展示曲線圖510，其說明溫度相關之銅屈服應力。用於模型化的銅之彈性性質為：E(楊氏模數)= 121 GPa；ν(泊松比)= 0.35且α(熱膨脹係數)= 17 ppm/℃。亦假定包括銅通路及熔融矽石之系統在25℃下處於無應力狀態中。該模型化計算在自25℃至400℃且返回下降至25℃之熱循環後之應力。

若玻璃開裂，則其將首先在第一主應力最大(亦即，「最大第一主應力」)處開裂。參看圖3，模型化展示在兩個點處之最高第一主應力。首先，在基板100之表面上沿著線190、距黏著層122與基板100之間的界面之短距離處存在高最大主應力。此第一高應力點對應於在樣本中觀測到之故障機制——表面中之微裂縫。

其次，在黏著層122結束之點192處存在高最大主應力。此點基本上在裂縫尖端。歸因於奇異性，基於使用之模型化的該類型之固體力學並不準確地預測在裂縫尖端處之行為。一替代模型——斷裂力學，為較好之行為預測器。在任何情況下，不相信歸因於沿著金屬連接器150與基板100之間的界面之斷裂的氦密封性之失去為主故障機制。

第6圖展示針對不同黏著長度的模型化之最大主應力對沿著第3圖之線190之徑向位置之曲線。對於第6圖之模型化，將塗層厚度158保持恆定在10 μm。表1展示來自第6圖中以曲線表示之線中之每一者的最大第一主應力。 表1

第6圖及表1展示對應於微裂縫之最大主應力隨著黏著長度減小而減小。當表1之最大第一主應力超過臨限值時，預期有微裂縫。若製造之真實系統完美無缺陷(諸如，瑕疵、刮擦及內部空隙)，且若模型化完美，則此臨限強度將為玻璃之拉伸屈服強度。然而，由於系統之缺陷，可在比玻璃之拉伸屈服強度低得多之應力下產生裂縫。且，模型化之值部分取決於諸如網格大小之模型參數。因此，表1中之值顯著比拉伸屈服強度高。因此，表1之值可用以展示趨勢，及演示藉由本文中描述之幾何形狀達成的驚人之改良。該模型化亦允許熟習此項技術者判定足夠短以減小應力之黏著長度，同時亦實現考慮到黏著長度足夠大以提供密封。

第7圖展示針對不同塗層厚度158的最大主應力對沿著第3圖之線190之徑向位置之曲線。對於第6圖之模型化，將黏著長度保持恆定在50 μm。表2展示來自第7圖中以曲線表示之線中之每一者的最大第一主應力。 表2

第7圖及表2展示對應於微裂縫之最大主應力隨著塗層厚度158減小而減小。如同第6圖及表1，第7圖及表2之資料允許熟習此項技術者作出關於金屬連接器參數(在此情況下，塗層厚度158)之資訊性的選擇。如同黏著長度，塗層厚度不應減小得過多，因為需要一些塗層厚度來形成氣密，及達成經由金屬連接器150之所要的傳導率。

更通常地，表1及表2說明可藉由在通路結構中在金屬連接器黏附至通路之內部表面的第一與第三軸向部分之間包括金屬連接器不黏附至通路之內部表面的一第二軸向部分來減小最大第一主應力。

第三，在氦密封黏著層122結束之一點處存在最大主應力。此點為誘發裂縫起始及傳播之主要應力分量。第8圖展示針對不同銅壁厚度的模型化之最大第一主應力與沿著線190之最大徑向應力之曲線。如在第8圖中展示，在12 μm之塗層厚度下，最大第一主應力及最大徑向應力符合或超過臨限值(對於在第2圖及第3圖中描繪之組態，最大第一主應力為140 MPa，且最大徑向應力為80 MPa)。

第9圖展示在晶圓退火至400℃之最大溫度後的針對不同銅塗層厚度之具有裂縫之通路之百分比之曲線，其中虛線表示用於迴歸擬合的95%置信度邊界。量測在第一或第二主表面處之塗層厚度，且基於塗層厚度量測之整數形成群組。換言之，群組「8 μm」包括自8.00 μm至8.99 μm之塗層厚度，群組「9 μm」包括自9.00 μm至9.99 μm之塗層厚度，等等。如在第9圖中展示，直至塗層厚度大於或等於12 μm，開裂方出現於通路中。該模型化允許熟習此項技術者作出關於金屬連接器參數(在此情況下，塗層厚度158)之資訊性的選擇。塗層厚度不應減小得過多，因為需要一些塗層厚度來形成氣密，及達成經由金屬連接器150之所要的傳導率。

第10A圖及第10B圖為具有不同銅塗層厚度的金屬化之玻璃通路之橫截面影像。如在第10A圖中展示，若銅之塗層厚度小於12 μm，則不存在裂縫，然而在銅之塗層厚度大於或等於12 μm之情況下，在第10B圖中展示圓周微裂縫。 徑向開裂

具有經填充之通路之玻璃及玻璃陶瓷基板常經受熱循環。此熱循環可發生於裝置操作期間，或在通路填充後之製造步驟期間。舉例而言，在一些實施例中，玻璃基板可經受熱循環以用於退火。

如上所述，在銅及其他金屬之熱膨脹係數(CTE)與許多玻璃及玻璃陶瓷材料之CTE之間存在大的失配。由於CTE失配，在加熱後，金屬連接器比周圍玻璃及玻璃陶瓷基板膨脹得快。類似地，在冷卻後，金屬連接器收縮得比周圍基板快。此膨脹與收縮差引起可導致許多故障機制(諸如，分層及開裂)之應力。此等故障機制可引起失去氦密封性及其他問題。

防止形成裂縫之普通實踐包括使用更好的CTE匹配玻璃或玻璃陶瓷組合物、使用環形或保形鍍覆之通路、較低退火溫度(通常> 300℃，其對應於無鉛爆料之回焊溫度)、較小孔大小或使用具有比銅低之導電率但與玻璃或玻璃陶瓷匹配之更好CTE的金屬化材料。然而，此等解決方案可限制應用金屬化之通路。舉例而言，對於需要厚金屬化層之高電流攜載應用(諸如，電力裝置)，環形孔及小直徑孔並非較佳。又，對於高頻應用，通常使用高矽石含量玻璃。

為了解決以上及其他問題，根據本文中揭露及描述之實施例的製程包含將包含銅金屬化之通路的一玻璃或玻璃陶瓷物品自一第一溫度加熱至一第二溫度，其中該第一溫度大於或等於200℃且小於或等於300℃，且其中該第二溫度大於或等於350℃且小於或等於450℃，其中在包含銅金屬化之通路的該玻璃或玻璃陶瓷物品自該第一溫度至該第二溫度之該加熱期間的一平均加熱速率大於0.0℃/min且小於8.7℃/min。實施例亦包括一玻璃或玻璃陶瓷物品，其包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，其包含在一厚度方向上穿透該玻璃或玻璃陶瓷基板之至少一個通路；及銅，其存在於該至少一個通路中，其中該玻璃或玻璃陶瓷物品不包含徑向裂縫。

如上所論述，且參看第13圖，玻璃或玻璃陶瓷物品1300之實施例包含一玻璃或玻璃陶瓷基板1310及一銅金屬化之通路1320。銅金屬化之通路1320在形狀上為圓柱形，且在通路之至少一部分中包含銅金屬。應理解，根據本文中揭露及描述之實施例，可使用任何通路幾何形狀。此等幾何形狀包括但不限於錐形通路、截圓錐通路或壓緊之通路(例如，具有一沙漏型形狀之通路)。銅金屬化之通路1320具有半徑「r」。玻璃或玻璃陶瓷基板1310與存在於通路中的銅之CTE之間的CTE失配可引起形成在自銅金屬化之通路1320之徑向方向上延伸之裂縫130。在自銅金屬化之通路1320之徑向方向上延伸之此等裂縫130在本文中被稱作徑向裂縫。不受任何特定理論束縛，咸信，當包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品1300經加熱時，玻璃或玻璃陶瓷基板1310之相對低膨脹約束在銅金屬化之通路1320中存在的銅之自由膨脹，使得堆積高應力且徑向裂縫1330形成於玻璃或玻璃陶瓷基板1310中。

雖然實施例係針對銅金屬化之通孔，但應理解，本文中揭露及描述之製程可在用任何金屬材料金屬化之通路上使用。詳言之，因為本文中揭露及描述之製程係針對具有與在通路中存在之材料的CTE失配之玻璃及玻璃陶瓷基板，所以在具有用任何金屬材料金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷基板中，可將徑向裂縫最小化或消除。

在一些實施例中，且現參看第14圖，玻璃或玻璃陶瓷基板1310可包含沿著該玻璃或玻璃陶瓷基板1310中之直線定位的多個銅金屬化之通路1320a-1320f。在此組態中，多個徑向裂縫1330a-1330e可形成於玻璃或玻璃陶瓷基板1310中，使得徑向裂縫1330a-1330e跨越鄰近銅金屬化之通路1320a-1320f之間的距離。舉例來說，徑向裂縫1330a可在鄰近銅金屬化之通路1320a與1320b之間延伸，且徑向裂縫1330b可在鄰近銅金屬化之通路1320b與1320c之間延伸。以此方式，徑向裂縫1330a-1330e可跨越玻璃或玻璃陶瓷基板1310中的銅金屬化之通路1320a-1320f中之每一者之間。

如上提到，具有銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品1300中存在的應力可使徑向裂縫1330在加熱玻璃或玻璃陶瓷物品1300後形成。可引起徑向裂縫1330之此等應力可如下所展示在理論上估算，且根據本文中揭露及描述之實施例，可開發控制應力且將具有銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品1300中的徑向裂縫最小化或消除之製程。

因為在玻璃或玻璃陶瓷基板1310中的銅金屬化之通路1320為大體圓柱形且由玻璃或玻璃陶瓷基質圍住，所以可使用萊姆之厚/實心壁圓柱體方程來判定玻璃或玻璃陶瓷中之應力，其中在玻璃或玻璃陶瓷厚度之中心區域處，平面中應力(徑向及圓周應力)相等但相反，如在以下方程式中所展示： 其中σ_r 為徑向應力，且σ_θ 為圓周(或環圈)應力。

包圍單一銅通路之玻璃或玻璃陶瓷中的平面中熱機械應力可使用具有以下例示性值的以下方程式來計算： 其中α_Cu 為銅之CTE(16.7 ppm/℃)；α_玻璃 為玻璃或玻璃陶瓷之CTE(0.6 ppm/℃)；υ_玻璃 及υ_Cu 分別為玻璃或玻璃陶瓷之泊松比(0.26)及銅之泊松比(0.35)；r為玻璃或玻璃陶瓷距孔之中心的距離。此意謂在玻璃或玻璃陶瓷基板與銅之間的界面處，r為金屬化之通路之半徑。D_Cu 為通路之直徑(50 μm)；E_Cu 及E_玻璃 分別為銅之彈性模數(120 GPa)及玻璃或玻璃陶瓷之彈性模數(70 GPa)；且Δ T為溫度之改變。使用方程式2及以上針對銅及玻璃或玻璃陶瓷提供之值，可計算在自室溫(約25℃)至一最大溫度之加熱期間的玻璃或玻璃陶瓷基板中之應力；其中將銅及玻璃或玻璃陶瓷假定為彈性材料。來自通路邊緣的計算之玻璃或玻璃陶瓷應力在第3圖中呈現，在該圖中展示圓周與徑向應力在量值上相等，但在方向上相反。在第15圖中，玻璃或玻璃陶瓷中之拉伸圓周應力預期為在加熱期間的徑向裂縫之形成之主要原因，因為已知裂縫係歸因於拉伸應力場而形成。最大應力出現於通路之邊緣處，應力遠離通路邊緣成指數地衰退，其中該通路並不密切緊鄰另一通路。

緊接在上方之方程式可用以判定隨溫度而變之最大拉伸圓周應力值。第16圖展示熱處理溫度(℃)對圓周應力(MPa)之曲線。第16圖中之曲線展示，在熱處理期間的溫度之增加導致圓周應力之基本上線性增大，此展示形成徑向裂縫之機率隨熱處理之溫度增加而增大。因此，在較高溫度下，徑向裂縫更可能出現。

使用以上等式及分析，製定用於加熱根據本文中揭露及描述之實施例的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程，其將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之徑向裂縫之形成最小化或消除。不受任何特定理論束縛，咸信，在熱處理之高溫部分期間使用低平均加熱速率允許應力放鬆機制啟動，其將在高溫下存在的較高圓周應力之效應最小化，由此減少或消除在包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之徑向裂縫之形成。

現將描述用於加熱根據實施例的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程。如上提到，使用以上方程式，判定包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之圓周應力(其可導致徑向裂縫之形成)隨熱處理溫度增加而增大。因此，判定在用於加熱根據實施例的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程中，存在徑向裂縫形成之機率變得顯著之第一溫度，且將高於此第一溫度之平均加熱速率控制為一低平均加熱速率，由此減少或最少化徑向裂縫之形成。根據一些實施例中，在低於此第一溫度之溫度下的加熱速率不需要受限制。因此，可使用任一平均加熱速率將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品加熱至第一溫度。因此，用於加熱包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程之實施例係針對在該製程期間控制平均加熱速率，其中包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之溫度大於或等於第一溫度且小於或等於熱處理通常結束之第二溫度。應理解，本文中揭露之溫度指用以加熱包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品的裝置(諸如，烤爐、熔爐、窯爐、退火爐或類似者)之量測之大氣溫度。

使用此資訊，對包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品進行熱處理以判定徑向裂縫形成之溫度。經由各種熱處理之視覺觀測，發現徑向裂縫將形成之機率在大於或等於200℃之溫度下顯著增大，諸如，在大於或等於210℃之溫度、大於或等於220℃之溫度、大於或等於230℃之溫度、大於或等於240℃之溫度、大於或等於250℃之溫度、大於或等於260℃之溫度、大於或等於270℃之溫度、大於或等於280℃之溫度或大於或等於290℃之溫度下。因此，在用於加熱根據實施例的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程中，在低於第一溫度之溫度下的加熱速率不需要加以控制，此係因為在低於第一溫度之溫度下的徑向裂縫形成之機率較低。在實施例中，第一溫度大於或等於200℃且小於或等於300℃，諸如，大於或等於210℃且小於或等於300℃、大於或等於220℃且小於或等於300℃、大於或等於230℃且小於或等於300℃、大於或等於240℃且小於或等於300℃、大於或等於250℃且小於或等於300℃、大於或等於260℃且小於或等於300℃、大於或等於270℃且小於或等於300℃、大於或等於280℃且小於或等於300℃或大於或等於290℃且小於或等於300℃。在一些實施例中，第一溫度大於或等於200℃且小於或等於290℃，諸如，大於或等於200℃且小於或等於280℃、大於或等於200℃且小於或等於270℃、大於或等於200℃且小於或等於260℃、大於或等於200℃且小於或等於250℃、大於或等於200℃且小於或等於240℃、大於或等於200℃且小於或等於230℃、大於或等於200℃且小於或等於220℃或大於或等於200℃且小於或等於210℃。在一些實施例中，第一溫度大於或等於220℃且小於或等於280℃，諸如，大於或等於225℃且小於或等於275℃或大於或等於240℃且小於或等於260℃。

在具有銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中的徑向裂縫形成之機率在以上提到之第一溫度至熱處理大體結束之第二溫度時較高。在實施例中，第二溫度大於或等於350℃且小於或等於450℃，諸如，大於或等於360℃且小於或等於450℃、大於或等於370℃且小於或等於450℃、大於或等於380℃且小於或等於450℃、大於或等於390℃且小於或等於450℃、大於或等於400℃且小於或等於450℃、大於或等於410℃且小於或等於450℃、大於或等於420℃且小於或等於450℃、大於或等於430℃且小於或等於450℃或大於或等於440℃且小於或等於450℃。在一些實施例中，第二溫度大於或等於350℃且小於或等於440℃，諸如，大於或等於350℃且小於或等於430℃、大於或等於350℃且小於或等於420℃、大於或等於350℃且小於或等於410℃、大於或等於350℃且小於或等於400℃、大於或等於350℃且小於或等於390℃、大於或等於350℃且小於或等於380℃、大於或等於350℃且小於或等於370℃或大於或等於350℃且小於或等於360℃。在實施例中，第二溫度大於或等於375℃且小於或等於450℃，諸如，大於或等於375℃至小於或等於425℃。

如上提到，用於加熱根據本文中揭露及描述之實施例的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之製程控制當包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品處於大於或等於第一溫度且小於或等於第二溫度(在第二溫度下，裂縫形成之機率較高)之溫度下時的平均加熱速率。如本文中所使用，平均加熱速率為第二溫度與第一溫度之間的差除以其將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品自第一溫度加熱至第二溫度花費之時間量。因此，如本文中使用之平均加熱速率包括任何溫度保持，其中包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品處於大於或等於第一溫度且小於或等於第二溫度之一溫度下。作為一實例，若包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品在10分鐘內經自300℃之第一溫度加熱至350℃，保持在350℃達10分鐘，且接著在10分鐘內經自350℃加熱至400℃，則平均加熱速率為3.33℃/min。

在實施例中，自第一溫度至第二溫度之平均加熱速率大於0.0℃/min且小於8.7℃/min，諸如，大於0.0℃/min且小於或等於8.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於8.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於8.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.2℃/min或大於0.0℃/min且小於或等於5.0℃/min。在一些實施例中，自第一溫度至第二溫度之平均加熱速率大於或等於2.0℃/min且小於8.7℃/min，諸如，大於或等於2.2℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於2.5℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於2.8℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於3.0℃/min且小於8.7℃/min。在一些實施例中，自第一溫度至第二溫度之平均加熱速率大於或等於2.0℃/min且小於6.5℃/min，諸如，大於或等於2.2℃/min且小於或等於6.5℃/min、大於或等於2.5℃/min且小於6.5℃/min、大於或等於2.8℃/min且小於6.5℃/min或大於或等於3.0℃/min且小於6.5℃/min。在以上平均加熱速率下包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品自第一溫度至第二溫度之加熱不引起包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中的徑向裂縫。

根據一些實施例，將自第一溫度至第二溫度之加熱速率保持實質上恆定，使得在自第一溫度至第二溫度之全部溫度範圍中使用均勻加熱速率。如本文中使用，實質上恆定加熱速率指經維持得與可由用以加熱包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之裝置控制一樣靠近加熱速率設定點之一加熱速率。舉例而言，可判定在自第一溫度至第二溫度之溫度範圍中的加熱速率應恆定且設定於6.5℃/min。然而，若給定用以加熱包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之裝置中的固有不一致及效率低下，則加熱速率可減小至(例如)6.2℃/min，或增大至(例如)6.8℃/min，即使加熱速率意欲恆定在6.5℃/min。如本文中使用，此情形將為「實質上恆定」加熱速率。在一些實施例中，自第一溫度至第二溫度之加熱速率可為可變的。如本文中使用，「可變」加熱速率指在自第一溫度至第二溫度之溫度範圍中故意改變之加熱速率。具有一可變加熱速率的一實施例之一實例將為包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品經以6.5℃/min之一加熱速率自300℃之第一溫度加熱至350℃之一溫度且接著以2.3℃/min之一加熱速率故意自350℃加熱至400℃之第二溫度的情況。

雖然在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品處於自室溫(約25℃)至第一溫度之溫度下的平均加熱速率不受限制，但在一些實施例中，亦將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品處於自室溫(約25℃)至第一溫度之溫度下的平均加熱速率保持為低以幫助確保徑向裂縫不形成。因此，在實施例中，自室溫至第一溫度之平均加熱速率大於0.0℃/min且小於8.7℃/min，諸如，大於0.0℃/min且小於或等於8.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於8.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於8.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於7.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.2℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於6.0℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.8℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.5℃/min、大於0.0℃/min且小於或等於5.2℃/min或大於0.0℃/min且小於或等於5.0℃/min。在一些實施例中，自室溫至第一溫度之平均加熱速率大於或等於1.0 ℃/min且小於8.7℃/min，諸如，大於或等於2.0℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於2.5℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於2.8℃/min且小於8.7℃/min、大於或等於3.0℃/min且小於8.7℃/min。在實施例中，自室溫至第一溫度之平均加熱速率大於或等於1.0℃/min且小於6.5℃/min，諸如，大於或等於2.0℃/min且小於或等於6.5℃/min、大於或等於2.2℃/min且小於6.5℃/min、大於或等於2.5℃/min且小於6.5℃/min、大於或等於2.7℃/min且小於6.5℃/min或大於或等於3.0℃/min且小於6.5℃/min。

如上所提到，用於將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品自第一溫度加熱至第二溫度之製程可包括各種溫度保持，其中在一段時間內保持溫度恆定。不受任何特定理論束縛，咸信，藉由保持包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品處於一恆定溫度，在溫度保持期間出現放鬆，且包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之應力可減小。因此，若在裂縫形成發生前進行溫度保持，則自該溫度保持產生之放鬆可將包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之應力減小到足夠不存在裂縫形成。此外，可在第一溫度及第二溫度中之一或多者下使用溫度保持，以允許包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品中之應力放鬆。

在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第一溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於120分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十五(15)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於三十(30)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於四十五(45)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於六十(60)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於七十五(75)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於九十(90)分鐘且小於或等於120分鐘或大於或等於105分鐘且小於或等於120分鐘。在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第一溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於105分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十(10)分鐘且小於或等於九十(90)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於七十五(75)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於六十(60)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於四十五(45)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於三十(30)分鐘或大於或等於十(10)分鐘且小於或等於十五(15)分鐘。

在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第二溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於120分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十五(15)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於三十(30)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於四十五(45)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於六十(60)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於七十五(75)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於九十(90)分鐘且小於或等於120分鐘或大於或等於105分鐘且小於或等於120分鐘。在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第二溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於105分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十(10)分鐘且小於或等於九十(90)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於七十五(75)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於六十(60)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於四十五(45)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於三十(30)分鐘或大於或等於十(10)分鐘且小於或等於十五(15)分鐘。

在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第一溫度與第二溫度之間的一恆定溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於120分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十五(15)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於三十(30)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於四十五(45)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於六十(60)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於七十五(75)分鐘且小於或等於120分鐘、大於或等於九十(90)分鐘且小於或等於120分鐘或大於或等於105分鐘且小於或等於120分鐘。在實施例中，包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品可保持在第一溫度與第二溫度之間的一恆定溫度下達大於或等於十(10)分鐘且小於或等於105分鐘之一持續時間，諸如，大於或等於十(10)分鐘且小於或等於九十(90)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於七十五(75)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於六十(60)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於四十五(45)分鐘、大於或等於十(10)分鐘且小於或等於三十(30)分鐘或大於或等於十(10)分鐘且小於或等於十五(15)分鐘。

雖然本文中揭露之製程可用於包含任何大小之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品上，但本文中之製程可特別適合於在包含相對小的銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品上使用。在實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於25 μm且小於或等於75 μm之一直徑，諸如，大於或等於30 μm且小於或等於70 μm、大於或等於35 μm且小於或等於70 μm、大於或等於40 μm且小於或等於70 μm、大於或等於45 μm且小於或等於70 μm、大於或等於50 μm且小於或等於70 μm、大於或等於55 μm且小於或等於70 μm、大於或等於60 μm且小於或等於70 μm或大於或等於65 μm且小於或等於70 μm。在實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於25 μm且小於或等於65 μm之一直徑，諸如，大於或等於25 μm且小於或等於60 μm、大於或等於25 μm且小於或等於55 μm、大於或等於25 μm且小於或等於50 μm、大於或等於25 μm且小於或等於45 μm、大於或等於25 μm且小於或等於40 μm、大於或等於25 μm且小於或等於35 μm或大於或等於25 μm且小於或等於30 μm。在實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於35 μm且小於或等於65 μm之一直徑，諸如，大於或等於40 μm且小於或等於60 μm。

應理解，本文中揭露及描述之製程可供具有任何間距之通路使用。具體言之，藉由加熱根據本文中揭露及描述之實施例的玻璃或玻璃陶瓷物品，可將徑向開裂最小化或消除，而與通路之間距無關。另外，通路之間距將取決於基板中的通路之直徑。然而，在通路之直徑為約50 μm之一些實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於60 μm且小於或等於800 μm之一間距，諸如，大於或等於100 μm且小於或等於750 μm、大於或等於150 μm且小於或等於700 μm、大於或等於200 μm且小於或等於650 μm、大於或等於250 μm且小於或等於600 μm、大於或等於300 μm且小於或等於550 μm、大於或等於350 μm且小於或等於500 μm或大於或等於400 μm且小於或等於450 μm。在實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於60 μm且小於或等於140 μm之一間距，諸如，大於或等於60 μm且小於或等於130 μm、大於或等於60 μm且小於或等於120 μm、大於或等於60 μm且小於或等於110 μm、大於或等於60 μm且小於或等於100 μm、大於或等於60 μm且小於或等於90 μm、大於或等於60 μm且小於或等於80 μm或大於或等於60 μm且小於或等於70 μm。

應理解，本文中揭露及描述之製程可供具有任何深度之通路使用。具體言之，藉由加熱根據本文中揭露及描述之實施例的玻璃或玻璃陶瓷物品，可將徑向開裂最小化或消除，而與通路之深度無關。然而，在一些實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於50 μm且小於或等於600 μm之一深度，諸如，大於或等於75 μm且小於或等於575 μm、大於或等於100 μm且小於或等於550 μm、大於或等於125 μm且小於或等於525 μm、大於或等於150 μm且小於或等於500 μm、大於或等於175 μm且小於或等於475 μm、大於或等於200 μm且小於或等於450 μm、大於或等於225 μm且小於或等於425 μm、大於或等於250 μm且小於或等於400 μm、大於或等於275 μm且小於或等於375 μm或大於或等於300 μm且小於或等於350 μm。在實施例中，該銅金屬化之通路可具有大於或等於200 μm且小於或等於400 μm之一深度，諸如，大於或等於200 μm且小於或等於375 μm、大於或等於200 μm且小於或等於350 μm、大於或等於200 μm且小於或等於325 μm、大於或等於200 μm且小於或等於300 μm、大於或等於200 μm且小於或等於275 μm、大於或等於200 μm且小於或等於250 μm或大於或等於200 μm且小於或等於225 μm。

當在50x放大率或更大放大率下檢視時，根據本文中揭露及描述之製程製造的包含銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品在熱處理後可無徑向裂縫。 通路之氦密封性

各種實施例包含可組合以改良包含經填充之通路的玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性之結構及方法。舉例而言，使用具有通路形狀、部分黏著力、保形塗層(包括保形塗層之厚度)、部分黏著力、熱循環及以上描述之金屬連接器的基板可改良包含通路之玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性。藉由組合以上實施例達成之氦密封性係與包含通路之習知玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性相比的顯著改良。

為了測試具有經填充之通路的玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性，進行熱衝擊測試及高加速應力測試(HAST)。本文中使用之熱衝擊測試涉及將玻璃或玻璃陶瓷基板冷卻到-40℃，且接著迅速將玻璃或玻璃陶瓷基板加熱至125℃。此包含熱衝擊測試之一個「循環」。在衝擊測試之眾多循環後測試玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性。此外，藉由將玻璃或玻璃陶瓷基板曝露至130℃溫度及85%之相對濕度達數百小時，對玻璃或玻璃陶瓷基板進行HAST。在各種熱衝擊循環及多小時之HAST後，使用氦密封性測試技術測試玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性。如本文中使用，超過1.0 × 10^-8 atm-cc/s之基線密封性被視為不合格。換言之，在規定數目個熱衝擊循環及/或數小時之HAST後，本文中描述的玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s。

根據實施例，具有經填充之通路的玻璃或玻璃陶瓷基板在1000個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性，諸如，在1200個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在1400個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在1500個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在1800個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在2000個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在2200個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在2500個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0× 10^-8 atm-cc/s之氦密封性、在2800個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性，或在3000個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性。如本文中使用，且使用3000個熱衝擊循環作為一實例，「在3000個熱衝擊循環後」意謂執行3000個熱衝擊循環，且玻璃或玻璃陶瓷基板具有所陳述之密封性。

如上所述，在數小時之HAST後，亦量測具有經填充之通路的玻璃或玻璃陶瓷基板之氦密封性。在實施例中，具有通路之玻璃或玻璃陶瓷基板在100小時之HAST後具有小於或等於1.0× 10^-8 atm-cc/s之氦密封性，諸如，在120小時之HAST後、在150小時之HAST後、在180小時之HAST後、在200小時之HAST後、在220小時之HAST後、在250小時之HAST後、在280小時之HAST後、在300小時之HAST後、在320小時之HAST後、在350小時之HAST後、在380小時之HAST後、在400小時之HAST後、在420小時之HAST後、在450小時之HAST後、在480小時之HAST後、在500小時之HAST後、在520小時之HAST後、在550小時之HAST後、在580小時之HAST後或在600小時之HAST後。如本文中使用，且使用100小時作為一實例，「在100小時之HAST後」意謂執行100小時之HAST，且玻璃或玻璃陶瓷基板具有所陳述之密封性。實例

將藉由以下實例進一步澄清實施例。 實例1

作為一實例，首先將濺鍍用作密封劑層來沈積Ti/Cu。接下來，進行無電Cu沈積以創造一連續晶種層。TGV樣本經歷SC1清潔製程，接著為塗覆矽烷，作為黏著層。將Pd/Sn膠體作用催化劑及將甲醛用作還原劑在商用「Uyemura無電」浴中進行無電銅沈積。晶種層之厚度為約400 nm。

在晶種層之沈積後，用Cu電鍍TGV基板。首先，使用商用Cupracid TP浴進行銅之保形鍍覆以確保在通路內部之良好且均勻傳導率。保形鍍覆層之厚度為約3 μm。接下來，執行使用NTBC加成浴之金屬化。該浴組合物為0.88 M CuSO₄ 、45 ppm NTBC、0.56 M H₂ SO₄ 及45 ppm Cl^- 離子。在1.5 mA/cm² 之恆定電流密度下進行鍍覆。藉由此製程的金屬化之TGV之X射線CT掃描展示於第9圖中。用類似於第2圖中之發明物品之示意圖的結構金屬化所有TGV。在第10A圖至第10C圖中，提供驗證鍍覆厚度分佈之SEM影像。如在第10A圖及第10B圖中展示，顯然，用銅充分插入通路之中心，同時塗層厚度為約8 μm(第10C圖)。 實例2

使用包含至少90莫耳%矽石之玻璃基板中的充分填充之圓柱形底朝上經電鍍的銅金屬化之通路。在藉由底朝上電鍍用銅填充通路後，使用化學機械拋光(chemical-mechanical-polishing；CMP)來移除裝載過多之銅。其後，將基板切塊成14 mm乘14 mm之晶粒大小，從而導致196 mm² 之晶粒面積。每一晶粒含有四行銅金屬化之通路陣列，一共有952個銅金屬化之通路。銅金屬化之通路直徑、間距及深度分別為50 μm、100 μm及300 μm。在將樣本爐冷卻至室溫(約25℃)前，該等樣本接著經受使用不同加熱速率至最大溫度420℃之退火處理。第17A圖以曲線圖描繪描繪具有在6.5℃/min、8.7℃/min、13.0℃/min及26.0℃/min下之實質上恆定加熱速率的四個樣本之退火分佈。第17B圖以曲線圖描繪具有一可變加熱速率之退火分佈，其中平均加熱速率為2.3℃/min。因此，研究自2.3℃/min至26.0℃/min之加熱速率，且在表3中呈現其完全細節。

表3

將在420℃下在30 min之持續時間內的恆定溫度保持用於所有測試條件，例外情況為測試條件具有2.3℃/min之平均加熱速率，其具有在60 min之持續時間內的恆定溫度保持。藉由爐冷卻達成之冷卻不變，且花費約120 min。

在退火處理後，執行晶粒之光學檢驗以判定斜變速率對徑向裂縫形成之相依性。計數針對不同斜升速率在晶粒上的裂縫之數目，且使用以下方程式計算每一測試條件之裂縫密度。藉由在50x至500x放大率下之光學顯微鏡觀測裂縫。將一個樣本用於每一加熱速率之研究。

為了判定起始裂縫之溫度，執行原位溫度相關研究。在此研究中，以20.5℃/min之斜變速率將樣本加熱至420℃。藉由使用原位成像系統，每10秒隨溫度而變獲取同一特定組通路之影像，稍後分析該等影像以判定起始裂縫之溫度。

另外，使用Zygo拓撲量測方法判定關於使用之退火加熱速率出現多少銅突起。基於此量測，判定突出銅之高度。

第18圖呈現具有26.0℃/min之加熱/斜升速率的樣本之50x光學影像。觀測到，使用此快速加熱速率導致樣本中的裂縫之形成。展示該徑向裂縫貫穿該樣本形成裂縫鏈，因為其被發現自鄰近銅金屬化之通路連結起裂縫，從而導致徑向裂縫之網路。在14 mm乘14 mm晶粒上的徑向裂縫之總數為375個裂縫；從而產生1.91個裂縫/mm² 之裂縫密度。

將加熱速率減慢至13.0℃/min及8.7℃/min繼續導致徑向裂縫之形成。以13.0℃/min之加熱速率形成的裂縫展示於第19A圖(50x)及第19B圖(200x)中。以8.7 ℃/min之加熱速率形成的裂縫展示於第20A圖(50x)及第20B圖(500x)中。然而，觀測到裂縫之數目的顯著持續下降。針對13.0℃/min加熱速率的徑向裂縫之總數發現為僅8個裂縫，且針對8.7℃/min加熱速率的裂縫之總數為僅4個裂縫；從而分別產生0.04個裂縫/mm² 及0.02個裂縫/mm² 之密度。

然而，以6.5℃/min之加熱速率，觀測不到裂縫，如在第21A圖(50x)及第21B圖(200x)中展示。類似地，針對使用具有2.3℃/min之平均加熱速率的一可變加熱速率退火之樣本，觀測不到裂縫，如在第22圖(200x)中展示。

以下表4總結以上測試之結果。

表4

自在表4中提出之總結的結果，觀測到，對於低於8.7℃/min之加熱速率，徑向裂縫處於最少，且在≧8.7℃/min之加熱速率下，在晶粒上的徑向裂縫之數目隨增加的加熱而增加。然而，在低於8.7℃/min之加熱速率下，裂縫之數目最少，且最終，在≦6.5℃/min之加熱速率下，不存在裂縫。此清晰地指示徑向裂縫之形成係時間相關之現象。

另外，裂縫密度如在表4中所展示來計算，且以圖形呈現於第23圖中。發現裂縫密度隨使用之退火加熱速率按指數增大。第23圖清晰地指示徑向裂縫之形成為速率相關現象。此亦展示徑向裂縫形成係應力驅動，應力源自銅與其周圍玻璃基質之CTE的失配。因而，對於≤6.5℃/min之加熱速率的裂縫之不存在表明在銅金屬化之通路中的速率控制之應力放鬆機制之充分啟動。另外，因為在低於8.7℃/min之加熱速率下觀測到有限量之裂縫，所以此意謂對於>8.7℃/min之加熱速率，銅金屬化之通路中的應力較低，從而導致玻璃中的較低所誘發應力，其低於對於起始玻璃中之裂縫所需要之臨限臨界應力值。

第24A圖至第24C圖為銅金屬化之通路原位、溫度相關之影像。視覺上看，在317℃下，觀測不到徑向裂縫(第24A圖)。然而，在10秒後，觀測到裂縫自從左邊第三個銅金屬化之通路傳播，其對應於321℃之溫度(第24B圖)。溫度之進一步增加導致裂縫之生長，直至其最終在六十秒後連接至鄰近銅金屬化之通路(亦即，從左邊第四個銅金屬化之通路)，如在第24C中所展示。雖然首先在321℃下觀測到徑向裂縫，但歸因於測試協定之設置，其可在較低溫度下發展。舉例而言，僅每10秒捕獲影像。

為了更充分地理解應力放鬆機制之活動，藉由在關於退火加熱速率之退火後的銅突起之量測進行進一步的實驗研究，該量測呈現於第25圖中。銅突起為非彈性平面外變形。歸因於銅中的高壓縮應力之堆積(歸因於銅與周圍玻璃基板之CTE之失配)，其發生於加熱期間。銅突起為塑性變形之銅以及小丘形成之組合。歸因於銅之屈服強度之達成，發生塑性變形，該屈服強度隨溫度增加而減小。另一方面，小丘形成為藉由晶界滑動(grain boundary sliding；GBS)現象的Cu增益之較佳平面外位移。GBS為一應力放鬆機制，其為導致一個晶粒在另一個晶粒上平行於邊界界面之大致平移之擴散控制機制。GBS導致歸因於在平移期間的晶粒之垂直位移的銅突起之形成。

在第25圖中，量測到銅突起高度隨加熱時間增加而增大，換言之，銅突起隨加熱速率減小而增大。舉例而言，在26.0℃/min之加熱速率下的Cu突起之量經量測為400 nm，然而，當使用6.5℃/min之加熱速率時，銅突起高度經量測為1100 nm。第25圖展示銅突起對使用之退火加熱速率之強相依性。基於表2及第25圖，可推斷銅突起之增大導致形成的徑向裂縫之數目之減少。此係歸因於隨著加熱時間增加或加熱速率減小，應力放鬆機制之活動增加。GBS被稱為速率控制應力放鬆機制，其亦伴隨有微空隙之形成，因而，其活動隨退火加熱速率下降而增加。此意謂GBS之活動及塑性變形將銅中之堆積應力充分地放鬆至低於對於當使用斜升速率>8.7℃/min(諸如，≤6.5℃/min)時徑向裂縫之形成所需要的臨界應力臨限值。 實例3

對四個不同玻璃晶圓(晶圓1、晶圓2、晶圓3及晶圓4)進行熱衝擊測試，具有如在第2圖及第3圖中展示而保形地鍍覆之經填充之通路。此保形鍍覆係藉由電鍍包含至少90莫耳%矽石之玻璃晶圓而達成。將樣本中之每一者曝露於熱衝擊測試，其中熱衝擊循環包括將玻璃晶圓冷卻至-40℃，且接著在20秒中將玻璃晶圓加熱至125℃，在每一溫度下具有10分鐘之停留時間(或保持)。使用氦洩漏密封性按250個循環間隔(例如，250個循環、500個循環、750個循環等)測試金屬化之玻璃晶圓之氦密封性。藉由將晶圓置放於處於2.3e^-3 托之真空下來進行氦洩漏測試。接著將氦噴灑於金屬化之玻璃晶圓之頂表面上，且藉由商用氦偵測計判定穿過金屬化之玻璃晶圓(自頂表面至底表面)之氦滲透率。當具有經填充之通路的玻璃晶圓具有大於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性時，終止熱衝擊測試。如在第26圖中展示，在此實例中測試具有金屬化之通路的所有四個玻璃晶圓，將其維持小於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性達至少2250個熱衝擊循環。此外，晶圓3能夠維持小於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性達至少3250個熱衝擊循環。此等實例展示根據本文中揭露及描述之實施例製備的具有經填充之通路的玻璃及玻璃陶瓷基板具有良好氦密封性，甚至在許多熱衝擊循環後。

晶圓1、晶圓2及晶圓4亦經受高加速應力測試(HAST)，其中晶圓經受130℃之溫度及85%之相對濕度達數小時，直至晶圓之氦密封性大於1.0× 10^-8 atm-cc/s。如上所述按100小時間隔(例如，100小時、200小時、300小時等)進行使用氦洩漏氦密封性測試來測試玻璃晶圓之氦密封性。如在第27圖中展示，所有三個晶圓能夠維持小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性達至少200小時。此外，晶圓3能夠維持小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性達至少300小時(亦即，晶圓3在HAST之300小時與400小時之間的某一點具有大於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性)，且晶圓4能夠維持小於或等於1.0 × 10^-8 atm-cc/s之氦密封性達至少600小時。此等實例展示根據本文中揭露及描述之實施例製備的具有經填充之通路的玻璃及玻璃陶瓷基板具有良好氦密封性，甚至在許多小時之HAST後。 結論

如此處使用，過渡性片語「基本上由……組成」將申請專利範圍之範疇限制於指定材料或步驟及「並不實質影響所主張之發明之基本及新穎特性之材料或步驟」。

熟習相關技術者將認識到且瞭解，可在仍然獲得有益結果的同時對本文中描述之各種實施例進行許多改變。亦將顯而易見，可藉由選擇該等特徵中之一些而不利用其他特徵來獲得本實施例之所要的益處中之一些。因此，在此項技術中工作之人士將認識到，許多修改及改編係可能的，且在某些情況中甚至為合乎需要的且為本揭露內容之一部分。因此，應理解，本揭露內容不限於揭露之特定組成、物品、裝置及方法，除非另有指定。亦應理解，本文中使用之術語僅係為了描述特定實施例之目的，且並不意欲為限制性。在圖式中展示之特徵說明本發明之選定實施例，且未必按恰當比例描繪。此等圖式特徵為例示性，且並不意欲為限制性。

除非另有明確陳述，否則決不意欲將本文中闡述之任何方法解釋為需要按一具體次序來執行其步驟。因此，在一方法請求項不實際敘述其步驟所遵循之一次序或不在申請專利範圍或描述中另外具體陳述該等步驟應限於一具體次序之情況下，決不意欲推斷任一特定次序。

100‧‧‧基板 101‧‧‧座標標記 102‧‧‧第一主表面 104‧‧‧第二主表面 110‧‧‧通路 114‧‧‧內部表面 116‧‧‧第一軸向部分 118‧‧‧第二軸向部分

120:第三軸向部分

122:黏著層

124:圓角

125:腰部

130:通路長度

132a:第一直徑

132b:第二直徑

150:金屬連接器

151:銅覆蓋層

152:第一空腔

153:第一空腔長度

154:第二空腔

155:第二空腔長度

156:經填充部分

157:填充之長度

158:塗層厚度

190:線

192:點

410:步驟

420:步驟

500:曲線圖

510:曲線圖

1300:玻璃或玻璃陶瓷物品

1310:玻璃或玻璃陶瓷基板

1320:銅金屬化之通路

1320a:銅金屬化之通路

1320b:銅金屬化之通路

1320c:銅金屬化之通路

1320d:銅金屬化之通路

1320e:銅金屬化之通路

1320f:銅金屬化之通路

1330:徑向裂縫

1330a:徑向裂縫

1330b:徑向裂縫

1330c:徑向裂縫

1330d:徑向裂縫

1330e:徑向裂縫

第1圖展示具有通路之基板之透視圖；

第2圖展示沿著第1圖之線2-2'截取的通路之橫截面；

第3圖展示第2圖之通路，該通路具有在金屬連接器之特徵上的焦點；

第4圖展示製造一通路之一過程之流程圖；

第5A圖展示用於在模型化中使用之彈性完美塑性模型之應力-應變關係；

第5B圖展示在模型化中使用之溫度相關銅屈服應力；

第6圖展示針對不同黏著深度的最大主應力對徑向位置之曲線；

第7圖展示針對不同金屬連接器塗層厚度的最大主應力對徑向位置之曲線；

第8圖展示針對各種銅塗層厚度(x軸)的模型化之第一最大主應力與模型化之最大徑向應力(y軸)之曲線；

第9圖展示作為銅塗層厚度(x軸)之函數的具有裂縫之通路之百分比(y軸)之曲線；

第10A圖展示具有小於12 μm之銅塗層厚度且不具有微裂縫之一實例通路；

第10B圖展示具有大於或等於12 μm之銅塗層厚度且展現圓周微裂縫之一實例通路；

第11圖為一實例金屬化之TGV之一X射線CT掃描；

第12A圖描繪第9圖之實例金屬化之TGV之SEM影像以驗證銅塗層厚度分佈；

第12B圖描繪第9圖之實例金屬化之TGV之腰部之SEM影像以驗證銅塗層厚度分佈；

第12C圖描繪第9圖之實例金屬化之TGV之入口之SEM影像以驗證銅塗層厚度分佈；

第13圖示意性地描繪在玻璃或玻璃陶瓷基板中包含一徑向裂縫的一銅金屬化之通路之俯視圖；

第14圖示意性地描繪具有包含徑向裂縫之多個銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之俯視圖；

第15圖以曲線圖描繪在加熱包含銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品期間出現的徑向應力及圓周應力；

第16圖以曲線圖描繪圓周應力對用於加熱包含銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品的熱處理溫度；

第17A圖以曲線圖描繪溫度之實質上恆定加熱速率對用於加熱包含銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品的時間；

第17B圖以曲線圖描繪溫度之可變加熱速率對用於加熱包含銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品的時間；

第18圖為當以26.0℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之放大像片；

第19A圖為當以13.0℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之50x放大像片；

第19B圖為當以13.0℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之200x放大像片；

第20A圖為當以8.7℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之50x放大像片；

第20B圖為當以8.7℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之500x放大像片；

第21A圖為當以6.5℃/min之加熱速率加熱時的包含不具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之50x放大像片；

第21B圖為當以6.5℃/min之實質上恆定加熱速率加熱時的包含具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之200x放大像片；

第22圖為當以一可變加熱速率且2.3℃/min之一平均加熱速率加熱時的包含不具有徑向裂縫之銅金屬化之通路的玻璃或玻璃陶瓷物品之200x放大像片；

第23圖以曲線圖描繪包含銅金屬化之通路之玻璃或玻璃陶瓷物品的加熱裂縫密度對加熱速率；

第24A圖至第24C圖展示隨著時間流逝以20.5℃/min加熱的銅金屬化之通路之徑向裂縫形成；

第25圖以曲線圖描繪銅突起對退火加熱速率；

第26圖以曲線圖描繪用於熱衝擊測試的氦密封性之結果；且

第27圖以曲線圖描繪用於高加速應力測試的氦密封性之結果。

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:基板

101:座標標記

102:第一主表面

104:第二主表面

110:通路

114:內部表面

122:黏著層

130:通路長度

150:金屬連接器

151:銅覆蓋層

152:第一空腔

153:第一空腔長度

154:第二空腔

155:第二空腔長度

156:經填充部分

157:填充之長度

158:塗層厚度

190:線

192:點

Claims (14)

1. 一種包含具有改良可靠度之密封式金屬化通路的物品，該物品包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，及自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面之至少一個通路，該通路界定一軸向長度；以及一金屬連接器，安置於該通路內，將該通路密封，其中：該通路包含：在該軸向長度上之一內部表面；一第一部分、一第二部分、及一腰部，該腰部係介於該第一部分與該第二部分之間，該腰部之最小直徑係小於該第一部分之最小直徑且小於該第二部分之最小直徑；以及一密封黏著層，安置於該第一部分與該第二部分之至少一者中之該內部表面上，其中該密封黏著層並未安置於該腰部中之該內部表面上；該物品在1000個熱衝擊循環後具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性，該等熱衝擊循環中之每一者包含將該物品冷卻至-40℃之一溫度及將該物品加熱至125℃之一溫度，且 該物品在130℃之一溫度及85%之一相對濕度下，在100小時之高加速應力測試(HAST)後，具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性。
2. 如請求項1所述之物品，其中：該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自該第一主表面至一第一空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第一空腔，在沿著該第一空腔之該軸向長度之每一位置處具有小於在該第一主表面處的通路直徑之50%的一塗層厚度，該金屬連接器沿著該通路之該軸向長度自該第二主表面至一第二空腔長度塗佈該通路之該內部表面以界定一第二空腔，在沿著該第二空腔之該軸向長度之每一位置處具有小於在該第二主表面處的通路直徑之50%的一塗層厚度，該第一空腔長度為該通路之該軸向長度之5%至45%，該第二空腔長度為該通路之該軸向長度之5%至45%，且該金屬連接器針對在該第一空腔與該第二空腔之間的該通路之該軸向長度之至少10%充分填充該通路。
3. 如請求項1所述之物品，其中：該物品在3000個熱衝擊循環後具有小於或等於 1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性，且該物品在300小時之HAST後具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性。
4. 如請求項1所述之物品，其中：該通路具有10微米至200微米之一直徑，且該通路之該軸向長度為10微米至2mm。
5. 如請求項2所述之物品，其中該第一部分具有為該通路之該軸向長度之2%至40%之一長度；該腰部具有為該通路之深度之2%至40%之一長度；且該第二部分具有為該通路之該深度之20%至96%之一長度。
6. 如請求項2所述之物品，其中該第一部分包括該通路與該第一主表面之相交處，且該第二部分包括該通路與該第二主表面之相交處。
7. 如請求項2所述之物品，其中該密封黏著層沿著該第一軸向部分及該第三軸向部分中之至少一者之全部周長安置。
8. 如請求項2所述之物品，其中該密封黏著層包含Ti、TiN、Ta、TaN、Cr、Ni、TiW、W及其 組合。
9. 如請求項1所述之物品，其中該金屬連接器基本上由銅組成。
10. 如請求項1至7中任一項所述之物品，其中該基板包含一材料，該材料包含基於氧化物之50莫耳%至100莫耳% SiO₂。
11. 一種包含具有改良可靠度之密封式金屬化通路的物品，該物品包含：一玻璃或玻璃陶瓷基板，具有一第一主表面及與該第一主表面相對之一第二主表面，及自該第一主表面延伸穿過該基板至該第二主表面之至少一個通路，該通路界定一軸向長度；以及一金屬連接器，安置於該通路內，將該通路密封，其中：該通路包含位於該第一主表面的一第一直徑、位於該第二主表面的一第二直徑、以及位於該第一主表面與該第二主表面之間的一腰部直徑，該腰部直徑係小於該第一直徑及該第二直徑；該金屬連接器充分填充至少該腰部直徑，且其中該金屬連接器並未充分填充該第一直徑及該第二直徑之至少一者，以形成至少一個環形空腔；該物品在1000個熱衝擊循環後具有小於或等於 1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性，該等熱衝擊循環中之每一者包含將該物品冷卻至-40℃之一溫度及將該物品加熱至125℃之一溫度，且該物品在130℃之一溫度及85%之一相對濕度下，在100小時之高加速應力測試(HAST)後，具有小於或等於1.0×10^-8atm-cc/s之一氦密封性。
12. 如請求項11所述之物品，進一步包含一密封黏著層，安置於該第一直徑與該第二直徑之至少一者上。
13. 如請求項12所述之物品，其中該密封黏著層包含Ti、TiN、Ta、TaN、Cr、Ni、TiW、W及其組合。
14. 如請求項11所述之物品，其中該金屬連接器基本上由銅組成。