用于在玻璃基材中形成孔道的方法
【專利說明】用于在玻璃基材中形成孔道的方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請根據35U.S.C. §119要求于2013年8月29日提交的美國臨時申請系列第61/ 871440號的優先權，本文以該申請的內容為基礎并通過引用將其全文納入本文。
[0003] 背景
[0004] 領域
[0005] 本發明總體上涉及用于在玻璃基材中形成孔道的方法，更具體而言，涉及通過激 光鉆孔和酸蝕刻在玻璃基材中形成孔道的方法。 技術背景
[0006] 中間層可用作電子裝置中的電接口以將電連接傳播至更寬的間距(pitch)或將一 種連接轉化成不同的連接。通常，中間層的基板中形成有數以千計的孔道(即孔），這些孔道 后續被導電材料充填并被進一步處理以連接電連接。中間層可由各種材料形成，例如硅、纖 維增強聚合物（"FRP"）和玻璃。
[0007] FRP中間層會飽受各種缺陷之苦。例如，可利用不希望的昂貴的精工鉆頭通過鉆孔 來在FRP中間層中形成圓柱形的孔道。這種鉆頭會在基材表面晃動，從而限制了孔徑和孔 距。另外，FRP中間層的熱膨脹系數（"CTE"）可以比硅的CTE高大約5倍，導致在硅芯片與FRP 中間層之間形成不希望的熱錯配。而且，FRP中間層有在處理過程中翹曲的傾向，導致粘接 和結合上的困難。
[0008] 出于各種原因，例如玻璃的CTE與硅的CTE相似以及玻璃的低成本，玻璃中間層是 FRP中間層的一種有吸引力的替代選擇。然而，利用例如鉆孔的常規方法在玻璃中間層中形 成孔道可能是困難的，這些方法并不是制造具有孔道的玻璃中間層的實用方法。
[0009] 所以，需要用于在玻璃基材中形成孔道的方法。
[0010] 發明概述
[0011] 在一種實施方式中，一種在玻璃基材中形成孔道的方法包括從玻璃基材的入射表 面利用激光鉆過該玻璃基材的厚度的至少一部分以形成孔道。本方法還包括對該玻璃基材 進行一段蝕刻時間的蝕刻，以增加該孔道的入射開口的直徑，并在蝕刻時間的至少一部分 內對該玻璃基材施加超聲波能量。所施加的超聲波能量的頻率為40kHz~192kHz。
[0012] 在另一種實施方式中，一種用于在玻璃基材中形成通孔的方法包括利用激光鉆過 玻璃基材的厚度以形成通孔，即從玻璃基材的入射表面鉆到出口表面，以使通孔在玻璃基 材的入射表面的入射開口與玻璃基材的出口表面的出口開口之間延伸。本方法還包括對玻 璃基材的入射表面施用耐酸膜，以使該耐酸膜覆蓋通孔的入射開口。本方法還包括對玻璃 基材進行第一蝕刻時間的蝕刻，以增加通孔的出口開口的直徑，從通孔的入射開口處去除 耐酸膜，以及對玻璃基材進行第二蝕刻時間的蝕刻以增加通孔的入射開口和出口開口的直 徑。
[0013] 在另一種實施方式中，一種用于在玻璃基材中形成通孔的方法包括利用激光鉆過 玻璃基材的厚度以形成通孔，即從玻璃基材的入射表面鉆到出口表面，以使通孔在玻璃基 材的入射表面的入射開口與玻璃基材的出口表面的出口開口之間延伸。本方法還包括對玻 璃基材的入射表面使用耐酸膜以覆蓋通孔的入射開口；對玻璃基材進行第一蝕刻時間的蝕 刻以增加通孔的出口開口的直徑;在第一蝕刻時間的至少一部分內對玻璃基材施加超聲波 能量;從通孔的入射開口處去除耐酸膜;對玻璃基材進行第二蝕刻時間的蝕刻以增加通孔 的入射開口和出口開口的直徑；以及在第二蝕刻時間的至少一部分內對玻璃基材施加超聲 波能量。第二蝕刻時間內所施加的超聲波能量具有第一頻率和第二頻率。
[0014] 附圖的簡要說明
[0015] 圖1示意性地描繪了根據本文所示和所描述的一種或多種實施方式的對玻璃基材 進行激光鉆孔的示例性的激光鉆孔系統；
[0016] 圖2示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的玻璃基材蝕刻 設備；
[0017] 圖3A示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的具有盲孔導 孔的玻璃基材的橫截面；
[0018] 圖3B示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的圖3A的玻璃 基材經過蝕刻后的橫截面；
[0019] 圖4A示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的具有通孔導 孔的玻璃基材的橫截面；
[0020] 圖4B示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的圖4A的玻璃 基材經過蝕刻后的橫截面；
[0021] 圖5A示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的具有通孔導 孔的玻璃基材的橫截面；
[0022] 圖5B示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的對圖5A的玻 璃基材的入射表面施用耐酸膜后該玻璃基材的橫截面；
[0023]圖5C示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的圖5B的玻璃 基材經過蝕刻后的橫截面；
[0024]圖5D示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的圖5C的玻璃 基材去除耐酸膜后的橫截面;以及
[0025]圖5E示意性地描繪了根據本文所示和所述的一種或多種實施方式的圖5D的玻璃 基材經過蝕刻后的橫截面。
[0026] 發明詳述
[0027] 下面對用于對玻璃基材進行激光鉆孔和蝕刻以在該玻璃基材中形成孔道的各種 實施方式進行詳細描述，其例子在附圖中示出。只要可能，在附圖中使用相同的附圖標記表 示相同或相似的組件。
[0028] 如本文所述，用于在玻璃基材中形成孔道的方法總體上包括利用激光鉆過該玻璃 基材的厚度的至少一部分以形成孔道，對該玻璃基材進行一段蝕刻時間的蝕刻以增加孔道 的入射開口的直徑，以及在該蝕刻時間的至少一部分內對該玻璃基材施加超聲波能量。在 一些實施方式中，所施加的超聲波能量的頻率可為40kHz~192kHz。通過在蝕刻過程中施加 頻率為40kHz~192kHz的超聲波能量，可快速制得包含具有所需尺寸和性質的孔道的玻璃 基材，并使對玻璃的損傷最小化。
[0029] 本文還描述了用于在玻璃基材中形成通孔的方法，所述方法總體上包括利用激光 鉆過玻璃基材的厚度以形成通孔;對該玻璃基材的入射表面施用耐酸膜以覆蓋該通孔的入 射開口；對該玻璃基材進行第一蝕刻時間的蝕刻;從該通孔的入射開口處去除耐酸膜，以及 對該玻璃基材進行第二蝕刻時間的蝕刻。通過利用這種方法來形成通孔，該孔道可具有相 當的入射開口尺寸和出口開口尺寸，從而避免了入射開口與出口開口尺寸不匹配所帶來的 加工問題、加工成本和加工延誤。
[0030] 如本文所用，術語"通孔"表示玻璃基材中延伸完全通過該玻璃基材全部厚度的 孔。如本文所用，術語"盲孔"表示在玻璃基材中開口并從玻璃基材的表面一路延伸通過該 玻璃基材的厚度的一部分而到達一個深度，但不一路延伸穿過該玻璃基材的厚度。
[0031] 現在參照圖1，圖1示意性地描繪了用于對玻璃基材進行激光鉆孔的示例性的系 統。系統100總體上包含用于對玻璃基材150進行激光鉆孔的激光源110。激光源110可以是 能夠鉆穿玻璃基材150的厚度的任意種類的激光器。激光可利用任意激光鉆孔技術來對玻 璃基材150進行鉆孔，例如但不限于激光燒蝕、穿孔、沖擊鉆孔等等。在一些實施方式中，激 光源110是一種發射波長為355nm的脈沖激光束112的固態紫外線激光器(例如Nd: YAG激光 器）。但是應當理解的是，在其它實施方式中，也可使用具有其它波長的激光源來對玻璃基 材150進彳丁激光鉆孔。
[0032] 如本文所述，在一些實施方式中，激光源110可發射激光束112以激光鉆出用于通 孔或盲孔的導孔。通孔的導孔一路延伸穿過玻璃基材150的厚度。盲孔的導孔從玻璃基材的 表面延伸通過玻璃基材的厚度的一部分而到達一個深度，但不一路延伸穿過玻璃基材的厚 度。可將玻璃基材150置于平移臺（未在圖中示出）上，以使其可進行二維(或三維）的平移以 在玻璃基材150中鉆出多個導孔。附加地或替代地，激光源110可與平移機械裝置連接，以使 激光源110所產生的激光束112可相對于玻璃基材150進行平移從而在玻璃基材150中鉆出 多個導孔。
[0033] 玻璃基材150可由各種玻璃組合物形成，包括但不限于硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻 璃、鋁硼硅酸鹽玻璃和鈉鈣玻璃。另外，玻璃基材150