TWI812442B - 玻璃通孔載板的填孔方法 - Google Patents

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Abstract

一種玻璃通孔載板的填孔方法，使用金屬球填入玻璃通孔載板的多個通孔中，再通過加熱製程來熔融該多個金屬球以產生液態金屬，最後冷卻該液態金屬在該多個通孔內形成固態金屬。由於無需使用溶劑或助焊劑，因此該多個通孔內的固態金屬具有較佳的導電性能。

Description

玻璃通孔載板的填孔方法
本發明是有關一種玻璃通孔(Through-Glass Via; TGV)載板，特別是關於一種玻璃通孔載板的填孔方法。
近年來，三維(3D)立體封裝已廣泛的發展。在3D立體封裝中，經常使用玻璃通孔載板作為轉接板(interposer)以在玻璃通孔載板上方的晶片來電性連接至玻璃通孔載板下方的晶片，其中轉接板也被稱為插入層或中間層。該上方的晶片及該下方的晶片是通過玻璃通孔載板的多個通孔內的固態金屬來相互電性連接。目前玻璃通孔載板的填孔方法包括以印刷方式於玻璃通孔載板的多個通孔中填入金屬漿料，接著再以燒結製程讓金屬漿料固化以在該多個通孔內形成固態金屬。傳統的填孔方式為了在印刷時讓金屬漿料容易填入，因此必需在金屬漿料中加入溶劑或助焊劑以使金屬漿料保有流動性。然而，添加溶劑或助焊劑不易揮發，因此經燒結製程所形成的固態金屬的內部可能出現孔洞，導致導電性能不佳。
本發明是有關一種提高導電性能的玻璃通孔載板的填孔方法。
根據本發明，一種玻璃通孔載板的填孔方法包括：A.於一治具的上表面塗上一離型劑；B.將該玻璃通孔載板放置在該治具的該上表面，其中該玻璃通孔載板具有多個通孔；C.將多個金屬球填入該多個通孔中；D.熔融該多個金屬球形成液態金屬；E.冷卻該多個通孔中的該液態金屬以產生固態金屬；F.重複步驟C至E，直至該固態金屬填滿該多個通孔；以及G.清潔該玻璃通孔載板的表面，並將該玻璃通孔載板從該治具上取下。
相較於習知技術使用金屬漿料填孔的方式，本發明不需要用溶劑或助焊劑，因此該多個通孔中的該固態金屬的內部不會出現孔洞，具有較佳的導電性能。
圖1至圖8用以說明本發明玻璃通孔載板的填孔方法。首先，如圖1所示，取得一玻璃通孔載板10，玻璃通孔載板10具有多個通孔12連通玻璃通孔載板10的上表面及下表面。接著，如圖2所示，於一治具20的上表面塗上一耐高溫的離型劑22，其中離型劑22的功用在於，完成填孔製程後，讓玻璃通孔載板10可以較容易從治具20上取下。在圖2中，上側圖式為治具20的上視圖，下側圖式為治具20的剖面圖。在塗上離型劑22後，將玻璃通孔載板10放置在治具20的上表面，如圖3所示。
在將玻璃通孔載板10放置在治具20上後，將多個金屬球30填入玻璃通孔載板10的多個通孔12中，如圖4及圖5所示。首先將多個金屬球30倒在玻璃通孔載板10上，如圖4所示，接著輕輕振動或晃動治具20以使金屬球30滾動並落入通孔12中，如圖5所示。在圖5中，上側為玻璃通孔載板10及治具20的上視圖，下側為上側的上視圖中AA’方向的剖面圖。將金屬球30填入通孔12的方式有很多，圖4及圖5所示只是其中一種方式。在圖4及圖5的實施例中，玻璃通孔載板10的每一個通孔12的高度及半徑分別為H及R1，每一個金屬球的半徑為R2，其中通孔12的高度H即為玻璃通孔載板10的厚度，而通孔12的半徑R1大於或等於金屬球的半徑R2。每一個通孔12的體積為H×π×R1 2，每一個金屬球30的體積為(4/3)×π×R2 3，其中π為圓周率。在本發明中，通孔12的體積除以金屬球30的體積所得到的餘數越接近0越好。換言之，最佳的情況是，通孔12的體積為金屬球30的體積的整數倍，因此在通孔12的高度H及半徑R1為已知的情況下，可以設計出具有適當半徑R2的金屬球。在一實施例中，通孔12的高度H及直徑D1=2×R1分別為200μm及125μm，金屬球30的直徑D2=2×R2為105μm。
在將多個金屬球30填入玻璃通孔載板10的多個通孔12後，對通孔12中的多個金屬球30進行加熱製程，以熔融多個金屬球30而形成液態金屬。在多個金屬球30都完全液態化後，進行一冷卻製程以冷卻多個通孔12中的該液態金屬以產生固態金屬32，如圖6所示。
在一實施例中，加熱製程包括回焊製程。該回焊製程包括一第一加熱階段、一恆溫階段及一第二加熱階段。該回焊製程可以對整個玻璃通孔載板10進行加熱。在該第一加熱階段中，以每秒增加1~2度的速度將該玻璃通孔載板10的溫度從第一溫度增加至一第二溫度。在加熱至第二溫度後，結束第一加熱階段並進入該恆溫階段。在該恆溫階段中，玻璃通孔載板10的溫度會維持在該第二溫度。在該恆溫階段結束後，進入該第二加熱階段。在該第二加熱階段中，以每秒增加1~2度的速度將玻璃通孔載板10的溫度從該第二溫度增加至一第三溫度。在加熱至第二溫度後，結束該回焊製程。在一實施例中，該第一溫度可以是但不限於25度，該第二溫度可以是但不限於180度，該第三溫度可以是但不限於230度。
在一實施例中，加熱製程包括雷射加熱製程。該雷射加熱製程是使用雷射光束來照射多個金屬球30，以熔融多個金屬球30。一般而言，雷射光束一次只能照射玻璃通孔載板10的一部分區域，因此該雷射加熱製程會依序讓雷射光束照射玻璃通孔載板10的多個區域來熔融所有通孔12中的金屬球30。在一實施例中，該雷射加熱製程使用6~8瓦功率的雷射光束，而玻璃通孔載板10的每一個區域的照射時間約為5~9秒。
相較於習知技術的燒結製程，本發明所使用的回焊製程或雷射加熱製程可以減少加熱時間，因而降低玻璃通孔載板10在加熱過程出現破損的可能性。
如圖6所示，在玻璃通孔載板10的通孔12中的固態金屬32未完全填滿通孔12的情況下，重複圖4至圖6的步驟，直至玻璃通孔載板10的所有通孔12都被固態金屬填滿，如圖7所示。在玻璃通孔載板10的所有通孔12都被固態金屬填滿後，先使用但不限於酒精清潔玻璃通孔載板10的表面。在清潔完成後，將玻璃通孔載板10從治具20上取下，結束玻璃通孔載板10的填孔製程，如圖8所示。相較於習知技術使用金屬漿料填孔的方式，本發明使用固體的金屬球填入通孔12中，再加熱熔融金屬球，因此本發明不需要用溶劑或助焊劑，固態金屬32的內部不會出現孔洞，具有較佳的導電性能。
從上述說明當能了解本發明玻璃通孔載板的填孔方法，可以表達如圖9所示，包括下列步驟： 步驟S10：於一治具的上表面塗上一離型劑； 步驟S11：將玻璃通孔載板放置在該治具的該上表面； 步驟S12：將多個金屬球填入玻璃通孔載板的多個通孔中； 步驟S13：熔融該多個金屬球形成液態金屬； 步驟S14：冷卻多個通孔中的液態金屬以產生固態金屬； 步驟S15：判斷多個通孔是否被固態金屬填滿，若否，則重複步驟S12至S14，若是，則進步驟S16；以及 步驟S16：清潔玻璃通孔載板的表面，並將玻璃通孔載板的從治具上取下。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10:玻璃通孔載板 12:通孔 20:治具 22:離型劑 30:金屬球 32:固態金屬 H:高度 R1:半徑 R2:半徑
圖1顯示未填孔的玻璃通孔載板的上視圖； 圖2顯示治具的上視圖及剖面圖； 圖3顯示將玻璃通孔載板放置在治具上的實施例； 圖4顯示將金屬球倒在玻璃通孔載板上的實施例； 圖5顯示將金屬球填入玻璃通孔載板的通孔後的上視圖及剖面圖。 圖6顯示將金屬球熔融並冷卻後所形成的固態金屬。 圖7顯示固態金屬填滿通孔的實施例。 圖8顯示完成填孔的玻璃通孔載板的上視圖及剖面圖。 圖9顯示本發明的玻璃通孔載板的填孔方法。

Claims (9)

  1. 一種玻璃通孔載板的填孔方法，包括下列步驟： A.於一治具的上表面塗上一離型劑； B.將該玻璃通孔載板放置在該治具的該上表面，其中該玻璃通孔載板具有多個通孔； C.將多個金屬球填入該多個通孔中； D.熔融該多個金屬球形成液態金屬； E.冷卻該多個通孔中的該液態金屬以產生固態金屬； F.重複步驟C至E，直至該固態金屬填滿該多個通孔；以及 G.清潔該玻璃通孔載板的表面，並將該玻璃通孔載板從該治具上取下。
  2. 如請求項1的填孔方法，其中該步驟D包括以回焊製程來熔融該多個金屬球。
  3. 如請求項2的填孔方法，其中該回焊製程包括： 在一第一加熱階段，以每秒增加1~2度的速度將該玻璃通孔載板的溫度從一第一溫度增加至一第二溫度；以及 在一第二加熱階段，以每秒增加1~2度的速度將該玻璃通孔載板的溫度從該第二溫度增加至一第三溫度。
  4. 如請求項3的填孔方法，其中該回焊製程還包括一恆溫階段在該第一加熱階段及該第二加熱階段之間，其中在該恆溫階段，該玻璃通孔載板的溫度維持在該第二溫度。
  5. 如請求項3的填孔方法，其中該第一溫度為25度，該第二溫度為180度，該第三溫度為230度。
  6. 如請求項1的填孔方法，其中該步驟D包括以雷射加熱製程來熔融該多個金屬球。
  7. 如請求項6的填孔方法，其中該雷射加熱製程包括以6~8瓦功率的雷射光束依序照射該玻璃通孔載板的多個區域以熔融該多個金屬球，其中每一該區域的照射時間為5~9秒。
  8. 如請求項1的填孔方法，其中每一該通孔的體積為每一該金屬球的體積的整數倍。
  9. 如請求項1的填孔方法，其中每一該通孔的高度及直徑分別為200μm及125μm，每一該金屬球的直徑為105μm。
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