(57)【要約】  物品は、第１の主面および第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに第１の主面から第２の主面に軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板を含む。物品はまた、ビア内に配置されたビアを気密封止する金属コネクタを含む。物品は、１０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、熱衝撃サイクルの各々は、物品を−４０℃の温度まで冷却し、物品を１２５℃の温度まで加熱することを含み、かつ物品は、１３０℃の温度および８５％の相対湿度で１００時間のＨＡＳＴ後、１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
2021521635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板と、
前記ビアを気密封止する前記ビア内に配置された金属コネクタと
を含む物品であって、ここで、
前記物品は、１０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、前記熱衝撃サイクルの各々は、前記物品を−４０℃の温度まで冷却し、前記物品を１２５℃の温度まで加熱することを含み、かつ
前記物品は、１３０℃の温度および８５％の相対湿度で１００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、
物品。
【請求項２】
前記ビアが、
内面と、
第１の軸線方向部分、第２の軸線方向部分および第３の軸線方向部分と、
前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記内面に配置された接着層と
を含み、ここで、
前記第２の軸線方向部分は、前記軸線方向寸法に沿って前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置されており、
前記接着層は、前記第２の軸線方向部分の前記内面に配置されておらず、ここで、
前記金属コネクタは、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記接着層に接着されており、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、前記第１のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第１の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面をコートして第２のキャビティを画定し、前記第２のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第２の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記第１のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記第２のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアの軸線方向長さの少なくとも１０％で前記ビアを完全に充填する、
請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記物品が、３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、請求項１または２記載の物品。
【請求項４】
前記物品が、３００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の物品。
【請求項５】
銅メタライズ貫通ホールを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップであって、前記第１の温度は２００℃以上３００℃以下であり、かつ前記第２の温度は３５０℃以上４５０℃以下である、ステップ
を含み、ここで、
前記第１の温度から前記第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ホールを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超８．７℃／分未満である、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１８年４月９日に出願された米国仮出願番号第６２／６５４，８６９号、２０１９年２月５日に出願された米国仮出願番号第６２／８０１４０８号、および２０１９年２月２１日に出願された米国仮出願番号第６２／８０８５６６号に対する優先権の利益を主張する。上記の各仮出願の内容は、その全体が参照により本明細書に援用され、組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、ガラスおよびガラスセラミック基板のビアに関する。
【背景技術】
【０００３】
ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板は、電気的インターフェースとして使用されるインターポーザ、ＲＦフィルタ、およびＲＦスイッチとしての使用を含む多くの用途に望ましい。このような用途では、ガラス基板は、シリコンや繊維強化ポリマーに代わる魅力的な代替品となっている。
【０００４】
このようなビアには、導体を充填することが望ましい。このような導体には、現在のところ銅が最も望ましい材料である。用途によっては、銅とガラスとの間にハーメチックシールを設けることが望ましい。このようなシールを得ることは、銅がガラスに良く接着せず、また、銅などの多くの導体材料と、多くの望ましいガラスおよびガラスセラミック基板組成物の熱膨張係数のミスマッチが大きいために困難である。
【発明の概要】
【０００５】
第１の実施形態では、物品が、ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに第１の主面から第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板を含む。ビアは、内面と、第１の軸線方向部分、第２の軸線方向部分および第３の軸線方向部分とを画定し、第２の軸線方向部分は、軸線方向寸法に沿って第１の軸線方向部分と第３の軸線方向部分との間に配置されている。第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分の内面に接着層が配置されている。接着層は、第２の軸線方向部分の内面に配置されていない。ビア内に金属コネクタが配置されている。金属コネクタは、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分の接着層に接着されている。金属コネクタは、第１の主面から第１のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、第１のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、第１の主面におけるビア直径の５０％未満である。金属コネクタは、第２の主面から第２のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第２のキャビティを画定し、第２のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、第２の主面におけるビア直径の５０％未満である。第１のキャビティ長さは、ビアの軸線方向長さの５％〜４５％である。第２のキャビティ長さは、ビアの軸線方向長さの５％〜４５％である。金属コネクタは、第１のキャビティと第２のキャビティとの間にビアの軸線方向長さの少なくとも１０％でビアを完全に充填する。
【０００６】
第２の実施形態では、第１の実施形態の物品に対して、ビアが１０〜２００μｍの直径を有する。
【０００７】
第３の実施形態では、第２の実施形態の物品に対して、ビアが４０〜６０μｍの直径を有する。
【０００８】
第４の実施形態では、第１から第３の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、ビアが１０μｍ〜２ｍｍの長さを有する。
【０００９】
第５の実施形態では、第４の実施形態の物品に対して、ビアが２４０μｍ〜３６０μｍの長さを有する。
【００１０】
第６の実施形態では、第１から第５の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、第１の軸線方向部分が、ビアの長さの２％〜４０％の長さを有し、第２の軸線方向部分が、ビアの深さの２％〜４０％の長さを有し、かつ第３の軸線方向部分が、ビアの深さの２０％〜９６％の長さを有する。
【００１１】
第７の実施形態では、第１から第６の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、第１の軸線方向部分が、ビアと第１の主面との交差部を含み、かつ第２の軸線方向部分が、ビアと第２の主面との交差部を含む。
【００１２】
第８の実施形態では、第１から第７の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、接着層が、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の全周に沿って配置されている。
【００１３】
第９の実施形態では、第１から第８の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、基板が材料を含む。材料は、酸化物ベースで５０モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む。
【００１４】
第１０の実施形態では、第９の実施形態の物品に対して、材料が、酸化物ベースで７５モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む。
【００１５】
第１１の実施形態では、第１から第１０の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、接着層が、Ｔｉを含む。
【００１６】
第１２の実施形態では、第１から第１１の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、金属コネクタが実質的に銅から成る。
【００１７】
第１３の実施形態では、第１から第１２の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、金属コネクタがビアを気密封止する。
【００１８】
第１４の実施形態では、第１から第１３の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、ビアが、第１の主面における第１の直径と、第２の主面における第２の直径と、第１の主面と第２の主面との間のビア腰部とを有する。ビア腰部は、ビアの軸線方向長さに沿って最小直径を有する。ビア腰部の直径は、第１の直径の７５％以下であり、ビア腰部の直径は、第２の直径の７５％以下である。
【００１９】
第１５の実施形態では、第１から第１４の実施形態までのいずれか１つの物品に対して、第１のキャビティ長さに沿った各点において、コーティング厚さは、第１の主面におけるビア直径の５％〜４０％であり、第２のキャビティ長さに沿った各点において、コーティング厚さは、第２の主面におけるビア直径の５％〜４０％である。
【００２０】
第１６の実施形態では、第１から第１５の実施形態までのいずれか１つの物品を製造する方法が、ライン・オブ・サイト（line of sight）技術を使用して、ビアの軸線方向長さの方向とは異なる成膜角度で、接着層をビアの内面の第１の部分および第３の部分に成膜するステップを含む。
【００２１】
第１７の実施形態では、物品が、ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに第１の主面から第２の主面まで軸線方向の軸線方向長さにわたって基板を通して延びるビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板を含み、ビアは、内面と、第１の軸線方向部分、第３の軸線方向部分、および軸線方向に沿って第１の軸線方向部分と第３の軸線方向部分との間に配置された第２の軸線方向部分とを画定する。物品はさらに、内面に配置されたヘリウムハーメチック接着層と、ビア内に配置された金属コネクタとを含み、金属コネクタは、ヘリウムハーメチック接着層に接着されており、金属コネクタは、第１の主面から第１のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、金属コネクタは、第１の主面において１２μｍ未満のコーティング厚さを含み、金属コネクタは、第２の主面から第２のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第２のキャビティを画定し、金属コネクタは、第２の主面において１２μｍ未満のコーティング厚さを含み、金属コネクタは、第１のキャビティと第２のキャビティとの間にビアを完全に充填する。
【００２２】
第１８の実施形態では、ガラス物品が、第１７の実施形態のガラス物品を含み、金属コネクタが、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分において１２μｍ未満の平均コーティング厚さを含む。
【００２３】
第１９の実施形態では、ガラス物品が、第１７または第１８の実施形態のガラス物品を含み、第１の主面におけるビア内のコーティング厚さと第２の主面におけるビア内のコーティング厚さとが、それぞれ第２の軸線方向部分におけるコーティング厚さよりも小さい。
【００２４】
第２０の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第１９の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、第１のキャビティ長さと第２のキャビティ長さとが、それぞれビアの軸線方向長さの３％以上かつビアの軸線方向長さの９７％以下である。
【００２５】
第２１の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第２０の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、ビアが、第１の主面における第１の直径と、第２の主面における第２の直径と、第２の軸線方向部分における第３の直径とを有し、かつ第３の直径が、第１の直径および第２の直径よりも小さい。
【００２６】
第２２の実施形態では、ガラス物品が、第２１の実施形態のガラス物品を含み、第１の直径と第２の直径とが、それぞれ３０μｍ以上８０μｍ以下である。
【００２７】
第２３の実施形態では、ガラス物品が、第２２の実施形態のガラス物品を含み、第１の直径と第２の直径とが、それぞれ４０μｍ以上６０μｍ以下である。
【００２８】
第２４の実施形態では、ガラス物品が、第２３の実施形態のガラス物品を含み、第１の直径と第２の直径とが、それぞれ４５μｍ以上５５μｍ以下である。
【００２９】
第２５の実施形態では、ガラス物品が、第２１から第２４の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、第３の直径が１０μｍ以上４０ｍ以下である。
【００３０】
第２６の実施形態では、ガラス物品が、第２５の実施形態のガラス物品を含み、第３の直径が１７μｍ以上２０ｍ以下である。
【００３１】
第２７の実施形態では、ガラス物品が、第２６の実施形態のガラス物品を含み、第３の直径が１８μｍ以上２０ｍ以下である。
【００３２】
第２８の実施形態では、ガラス物品が、第２１から第２７の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、第３の直径と第１の直径との比および第３の直径と第２の直径との比が１：６以下である。
【００３３】
第２９の実施形態では、ガラス物品が、第２１から第２８の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、第１の主面におけるビア内のコーティング厚さと第２の主面におけるビア内のコーティング厚さとが、それぞれ第３の直径の１／２未満である。
【００３４】
第３０の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第２９の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、ヘリウムハーメチック接着層が、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分の内面に配置されており、かつヘリウムハーメチック接着層が、第２の軸線方向部分の内面に配置されていない。
【００３５】
第３１の実施形態では、ガラス物品が、第３０の実施形態のガラス物品を含み、ヘリウムハーメチック接着層が、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の全周に沿って配置されている。
【００３６】
第３２の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３１の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、ヘリウムハーメチック接着層が、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＷ、Ｗおよび金属酸化物を含む。
【００３７】
第３３の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３２の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、ヘリウムハーメチック接着層が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する。
【００３８】
第３４の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３３の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、金属コネクタが実質的に銅から成る。
【００３９】
第３５の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３４の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、金属コネクタがビアを気密封止する。
【００４０】
第３６の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３５の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、第１のキャビティおよび第２のキャビティのうちの少なくとも一方が、銅ではない１種以上の材料で充填されている。
【００４１】
第３７の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３６の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、４５０℃の温度に加熱され、２３℃の温度に冷却される前と後の物品にはクラックがなく、ヘリウム透過率が１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満である。
【００４２】
第３８の実施形態では、ガラス物品が、第１７から第３７の実施形態までのいずれか１つのガラス物品を含み、基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む。
【００４３】
第３９の実施形態では、ガラス物品を製造する方法が、ガラスまたはガラスセラミック基板を通って延びるビアの内面の一部にヘリウムハーメチック接着層を成膜するステップであって、基板は、第１の主面および第１の主面と反対側の第２の主面と、第１の主面から第２の主面まで軸線方向において基板を通して延びるビアとを有し、ビアは、第１の軸線方向部分と、第３の軸線方向部分と、第１の軸線方向部分と第３の軸線方向部分との間に配置された第２の軸線方向部分とを含み、ここで、ヘリウムハーメチック接着層は、ビアの内面上に成膜される、ステップと、金属塩および金属析出抑制剤を含む電気めっき浴を用いて、ビアの第１の軸線方向部分、第２の軸線方向部分、および第３の軸線方向部分に金属コネクタを成膜するステップとを含み、ここで、金属コネクタは、ヘリウムハーメチック接着層に接着されており、金属コネクタは、第１の主面から第１のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、第１の主面におけるコーティング厚さが１２μｍ未満であり、金属コネクタは、第２の主キャビティ面から第２のキャビティ長さまでのビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面をコートして第２のキャビティを画定し、第２の主面におけるコーティング厚さが１２μｍ未満であり、金属コネクタは、第１のキャビティと第２のキャビティとの間にビアを完全に充填する。
【００４４】
第４０の実施形態では、方法が、第３９の実施形態の方法を含み、金属コネクタのめっき速度が、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分よりも第２の軸線方向部分の方が高い。
【００４５】
第４１の実施形態では、方法が、第３９または第４０の実施形態の方法を含み、金属塩が銅塩を含む。
【００４６】
第４２の実施形態では、方法が、第３９から第４１の実施形態までのいずれか１つの方法を含み、金属コネクタを成膜するステップが、１．５ｍＡ／ｃｍ２以上５ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度で電流を流すステップを含む。
【００４７】
第４３の実施形態では、方法が、第３９から第４２の実施形態までのいずれか１つの方法を含み、金属析出抑制剤が、塩化ニトロブルーテトラゾリウム（ＮＴＢＣ）、メチルチアゾールテトラゾリウム（ＭＴＴ）、または塩化テトラニトロブルーテトラゾリウム（ＴＮＢＴ）を含む。
【００４８】
第４４の実施形態では、方法が、第３９から第４３の実施形態までのいずれか１つの方法を含み、第１のキャビティおよび第２のキャビティのうちの少なくとも一方を、銅ではない１種以上の材料で充填するステップをさらに含む。
【００４９】
第４５の実施形態では、方法が、第３９から第４３の実施形態までのいずれか１つの方法を含み、ヘリウムハーメチック接着層が、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分におけるビアの内面上に成膜されており、かつヘリウムハーメチック接着層が、第２の軸線方向部分におけるビアの内面上に成膜されていない。
【００５０】
第４６の実施形態では、プロセスが、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップであって、第１の温度は２００℃以上３００℃以下であり、かつ第２の温度は３５０℃以上４５０℃以下である、ステップを含み、ここで、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超８．７℃／分未満である。
【００５１】
第４７の実施形態では、プロセスが、第４６の実施形態のプロセスを含み、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱を行っても、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品に半径方向クラックが生じない。
【００５２】
第４８の実施形態では、プロセスが、第４６または第４７の実施形態のプロセスを含み、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を室温から第１の温度まで加熱するステップをさらに含む。
【００５３】
第４９の実施形態では、プロセスが、第４８の実施形態のプロセスを含み、室温から第１の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超８．７℃／分未満である。
【００５４】
第５０の実施形態では、プロセスが、第４６から第４９の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第１の温度が２２５℃以上２７５℃以下である。
【００５５】
第５１の実施形態では、プロセスが、第４６から第５０の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第２の温度が３７５℃以上４２５℃以下である。
【００５６】
第５２の実施形態では、プロセスが、第４６から第５１の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が１．０℃／分以上６．５℃／分以下である。
【００５７】
第５３の実施形態では、プロセスが、第４６から第５２の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が実質的に一定である。
【００５８】
第５４の実施形態では、プロセスが、第４６から第５３の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が変動する。
【００５９】
第５５の実施形態では、プロセスが、第４６から第５４の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、プロセスがさらに、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上１時間以下の間、第１の温度で保持するステップを含む。
【００６０】
第５６の実施形態では、プロセスが、第４６から第５５の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、プロセスがさらに、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上１時間以下の間、第２の温度で保持するステップを含む。
【００６１】
第５７の実施形態では、プロセスが、第４６から第５６の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱が、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上４５分以下の間、一定温度に保持するステップを含む。
【００６２】
第５８の実施形態では、プロセスが、第４６から第５７の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の直径が２５μｍ以上７５μｍ以下である。
【００６３】
第５９の実施形態では、プロセスが、第４６から第５８の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の貫通ビアのピッチが６０μｍ以上８００μｍ以下である。
【００６４】
第６０の実施形態では、プロセスが、第４６から第５９の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の貫通ビアの深さが５０μｍ以上６００μｍ以下である。
【００６５】
第６１の実施形態では、プロセスが、第４６から第６０の実施形態までのいずれか１つのプロセスを含み、ガラスまたはガラスセラミック物品が少なくとも９０モル％のシリカを含む。
【００６６】
第６２の実施形態は、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップであって、第１の温度は２４０℃以上２６０℃以下であり、かつ第２の温度は４００℃以上４５０℃以下である、ステップを含むプロセスを含み、ここで、第１の温度から第２の温度までの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超６．５℃／分以下である。
【００６７】
第６３の実施形態は、ガラスまたはガラスセラミック物品であって、ガラスまたはガラスセラミック基板であって、ガラスまたはガラスセラミック基板を厚さ方向に貫通する少なくとも１つの貫通ビアを含む、ガラスまたはガラスセラミック基板と、少なくとも１つの貫通ビアに存在する銅とを含むガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ここで、ガラスまたはガラスセラミック物品が、４５０℃以下のアニール後に半径方向クラックを含まない。
【００６８】
第６４の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミック物品が、第６３の実施形態のガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ガラスまたはガラスセラミック基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む。
【００６９】
第６５の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミック物品が、第６３または第６４の実施形態のガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ガラスまたはガラスセラミック基板の少なくとも１つのホールの直径が２５μｍ以上７５μｍ以下である。
【００７０】
第６６の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミック物品が、第６３から第６５の実施形態までのいずれか１つのガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ガラスまたはガラスセラミック基板の少なくとも１つの貫通ビアのピッチが６０μｍ以上８００μｍ以下である。
【００７１】
第６７の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミック物品が、第６３から第６６の実施形態までのいずれか１つのガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ガラスまたはガラスセラミック基板の少なくとも１つの貫通ビアの深さが５０μｍ以上６００μｍ以下である。
【００７２】
第６８の実施形態は、ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに第１の主面から第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板と、ビアを気密封止するビア内に配置された金属コネクタとを含み、ここで、物品は、１０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、熱衝撃サイクルの各々は、物品を−４０℃の温度まで冷却し、物品を１２５℃の温度まで加熱することを含み、かつ物品は、１３０℃の温度および８５％の相対湿度で１００時間の高加速寿命試験（ＨＡＳＴ）後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７３】
第６９の実施形態では、第６８の実施形態によるガラスまたはガラスセラミック物品が、３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７４】
第７０の実施形態では、第６８または第６９の実施形態によるガラスまたはガラスセラミック物品が、３００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７５】
第７１の実施形態では、第６８から第７０の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、２０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、かつ２００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７６】
第７２の実施形態では、第６８から第７１の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、かつ３００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７７】
第７３の実施形態では、第６８から第７２の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、４０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、かつ４００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。
【００７８】
第７４の実施形態では、第６８から第７３の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、１０〜２００μｍの直径を有するビアを含む。
【００７９】
第７５の実施形態では、第６８から第７４の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、４０〜６０μｍの直径を有するビアを含む。
【００８０】
第７６の実施形態では、第６８から第７５の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、１０μｍ〜２ｍｍの長さを有するビアを含む。
【００８１】
第７７の実施形態では、第６８から第７６の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、２４０μｍ〜３６０μｍの長さを有するビアを含む。
【００８２】
第７８の実施形態では、第６８から第７７の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、基板を含み、基板が材料を含み、材料は、酸化物ベースで５０モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む。
【００８３】
第７９の実施形態では、第７８の実施形態によるガラスまたはガラスセラミック物品に対して、材料が、酸化物ベースで７５モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む。
【００８４】
第８０の実施形態では、第６８から第７９の実施形態までのいずれか１つによるガラスまたはガラスセラミック物品が、実質的に銅から成る金属コネクタを有する。
【００８５】
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、その説明から当業者には容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む、本明細書に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。
【００８６】
様々な実施形態の制限は、相互に排他的な制限を含まずに任意に置き換えて組み合わせることができる。第１から第２０の実施形態は、任意に置き換えて第２１の実施形態に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】ビアを有する基板の斜視図である。
【図２】図１の線２―２’に沿って抜粋したビアの断面図である。
【図３】金属コネクタの特徴に着目して図２のビアを示したものである。
【図４】ビアの製造プロセスを示すフローチャートである。
【図５Ａ】モデル化に使用される弾完全塑性モデルの応力―ひずみ関係を示したものである。
【図５Ｂ】モデル化に使用される温度依存性の銅の降伏応力を示したものである。
【図６】異なる接着深さについて、最大主応力対半径方向位置のプロットを示したものである。
【図７】異なる金属コネクタのコーティング厚さについて、最大主応力対半径方向位置のプロットを示したものである。
【図８】様々な銅コーティング厚さ（ｘ軸）について、モデル化された最大第１主応力とモデル化された最大半径方向応力（ｙ軸）のプロットを示したものである。
【図９】銅コーティング厚さ（ｘ軸）の関数として、クラック（ｙ軸）を有するビアの割合のプロットを示したものである。
【図１０Ａ】１２μｍ未満の銅コーティング厚さを有し、マイクロクラックを有しないビアの例を示したものである。
【図１０Ｂ】１２μｍ以上の銅コーティング厚さを有し、周方向のマイクロクラックを示すビアの例を示したものである。
【図１１】例示的なメタライズＴＧＶのＸ線ＣＴスキャン図である。
【図１２Ａ】銅コーティング厚さプロファイルを検証するために、図９の例示的なメタライズＴＧＶのＳＥＭ画像を示したものである。
【図１２Ｂ】銅コーティング厚さプロファイルを検証するために、図９の例示的なメタライズＴＧＶの腰部のＳＥＭ画像を示したものである。
【図１２Ｃ】銅コーティング厚さプロファイルを検証するために、図９の例示的なメタライズＴＧＶの入口のＳＥＭ画像を示したものである。
【図１３】半径方向クラックを含むガラスまたはガラスセラミック基板の銅メタライズ貫通ビアの上面図を模式的に示したものである。
【図１４】半径方向クラックを含む複数の銅メタライズ貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック物品の上面図を模式的に示したものである。
【図１５】銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中に発生する半径方向応力と周方向応力をグラフ化したものである。
【図１６】銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱する際の周方向応力対熱処理温度をグラフ化したものである。
【図１７Ａ】銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱する際の温度対時間の実質的に一定の加熱速度をグラフ化したものである。
【図１７Ｂ】銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱する際の温度対時間の変動加熱速度をグラフ化したものである。
【図１８】２６．０℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有する銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の拡大写真である。
【図１９Ａ】１３．０℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有する銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の５０倍拡大写真である。
【図１９Ｂ】１３．０℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有する銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の２００倍拡大写真である。
【図２０Ａ】８．７℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有する銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の５０倍拡大写真である。
【図２０Ｂ】８．７℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有する銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の５００倍拡大写真である。
【図２１Ａ】６．５℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有しない銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の５０倍拡大写真である。
【図２１Ｂ】６．５℃／分の実質的に一定の加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有しない銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の２００倍拡大写真である。
【図２２】変動加熱速度および２．３℃／分の平均加熱速度で加熱したときの、半径方向クラックを有しない銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の２００倍拡大写真である。
【図２３】銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱クラック密度対加熱速度をグラフ化したものである。
【図２４Ａ】２０．５℃／分で加熱された銅メタライズ貫通ビアの半径方向クラックの形成を経時的に示したものである。
【図２４Ｂ】２０．５℃／分で加熱された銅メタライズ貫通ビアの半径方向クラックの形成を経時的に示したものである。
【図２４Ｃ】２０．５℃／分で加熱された銅メタライズ貫通ビアの半径方向クラックの形成を経時的に示したものである。
【図２５】銅突出部とアニール加熱速度との関係をグラフ化したものである。
【図２６】熱衝撃試験におけるヘリウム気密性の結果をグラフ化したものである。
【図２７】高加速寿命試験におけるヘリウム気密性の結果をグラフ化したものである。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板
ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板は、多くの用途に望ましい。例えば、一方の面でロジックデバイスを接続し、他方の面でメモリを接続する貫通パッケージビア（ＴＰＶ）インターコネクトを有する３次元インターポーザが、高帯域幅デバイスのために望ましい。現在選択されている基板は、有機またはシリコンである。有機インターポーザは寸法安定性が低いのに対し、シリコンウェーハは高価であり、半導体的性質のために誘電損失が高い。ガラスおよびガラスセラミックは、その低誘電率、熱安定性、および低コストのために優れた基板材料であり得る。ガラス貫通ビア（ＴＧＶ）を有するガラスまたはガラスセラミック基板のための用途がある。これらのビアは、典型的には、電気経路を提供する金属コネクタを形成するために、銅などの導電性金属によって完全にまたは共形的に充填される必要がある。銅は、特に望ましい導電性金属である。
【００８９】
図１は、部分斜視図で模式的に示される基板１００を含む物品を示す。基板１００は、第１の主面１０２と、第１の主面１０２と反対側の第２の主面１０４とを含む。複数のビア１１０は、第１の主面１０２から第２の主面１０４まで基板１００のバルクを通して延びる。金属コネクタ１５０が、ビア１１０を充填する。任意の数のビア１１０が、任意の配置で基板１００を通して延びてもよいことが理解されるべきである。座標マーカ１０１は、第１の主面１０２と第２の主面１０４の平面に対する法線である軸線方向寸法ｚの方向を示す。特に指定しない限り、ビアまたは金属コネクタの「長さ」は、軸線方向寸法ｚにある。軸線方向寸法にある基板１００の厚さｔは、用途に応じて任意の適切な厚さであってもよい。
【００９０】
様々な実施形態では、基板１００は、任意の適切なガラスまたはガラスセラミック基板を含み得る。いくつかの特定の実施形態では、高シリカガラスまたはガラスセラミック基板は、その誘電特性のために、特定の用途に望ましい。例えば、シリカ含有率が５０モル％、５５モル％、６０モル％、６５モル％、７０モル％、７５モル％、８０モル％、８５モル％、９０モル％、９５モル％、もしくは１００モル％、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）のガラスまたはガラスセラミック材料を使用してもよい。５０モル％〜１００モル％、または７５モル％〜１００モル％のシリカ含有率を有するガラスまたはガラスセラミック材料を使用してもよい。いくつかの実施形態では、基板は、少なくとも９０モル％のシリカを含む。
【００９１】
本明細書に記載された寸法を有する基板の場合、少なくとも２つの理由から、銅金属コネクタを用いて高シリカガラス内にハーメチックシールされたビアを実現することは特に困難である。第一に、銅がガラスに良く接着しない。第二に、銅と高シリカガラスとの間のＣＴＥのミスマッチが特に大きい。本明細書に記載された物品および方法は、これらの理由にもかかわらず、優れた応力緩和メカニズムを提供することによってハーメチックシールを達成する。
【００９２】
図２は、線２―２’に沿って図１の断面図として模式的に示される基板１００を含む物品を示す。図２は、図１の基板１００、座標マーカ１０１、第１の主面１０２、第２の主面１０４、ビア１１０、および金属コネクタ１５０を示す。ビア１１０の内面１１４は、第１の軸線方向部分１１６と、第２の軸線方向部分１１８と、第３の軸線方向部分１２０とに区分される。第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０の内面１１４には、接着層１２２が配置されている。接着層１２２は、第２の軸線方向部分１１８には存在しない。第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０の軸線方向長さは、金属コネクタ１５０が基板１００に強固に接着するためのビア１１０に入り込む長さであることから、「接着長さ」と呼ばれてもよい。第２の軸線方向部分１１８では、接着層１２２が存在しないので、金属コネクタ１５０は、内面１１４に強固に結合しない。ビア１１０は、軸線方向に延びるビア長さ１３０を有する。ビア１１０は、第１の主面の第１の直径１３２ａと、第２の主面の第２の直径１３２ｂとを有する。
【００９３】
図２は、線２−２’に沿って図１の断面図として模式的に示される基板１００を含む物品を示す。図２は、図１の基板１００、座標マーカ１０１、第１の主面１０２、第２の主面１０４、ビア１１０、および金属コネクタ１５０を示す。ビア１１０の内面１１４は、第１の軸線方向部分１１６と、第２の軸線方向部分１１８と、第３の軸線方向部分１２０とに区分される。第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０のビア１１０の内面１１４には、ヘリウムハーメチック接着層１２２が配置されている。実施形態では、ヘリウムハーメチック接着層１２２は、第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０のうちの少なくとも一方の全周に沿ってビア１１０の内面１１４上に配置されている。ヘリウムハーメチック接着層１２２は、第２の軸線方向部分１１８には存在しない。
【００９４】
本明細書で使用される「ヘリウムハーメチック接着層」という表現は、金属コネクタ１５０をビア１１０の内面１１４に接着させることにより、真空ベースのヘリウムリーク試験システムを使用して測定される、１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満、またはさらには１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満の透過率でヘリウムに対するヘリウム気密性を提供する接着層を意味する。適切なヘリウムハーメチック接着層材料としては、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）のような金属、または酸化チタン、酸化タングステン、および酸化マンガンのような金属酸化物、または窒化チタン（ＴｉＮ）および窒化タンタル（ＴａＮ）のような窒化物が挙げられる。様々な実施形態では、ヘリウムハーメチック接着層は、チタン（Ｔｉ）を含む。ヘリウムハーメチック接着層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する。例えば、いくつかの特定の実施形態では、ヘリウムハーメチック接着層は、約１００ｎｍの厚さを有する。
【００９５】
部分的に結合されている実施形態などのいくつかの実施形態では、第１の軸線方向部分１１６または第３の軸線方向部分１２０の軸線方向長さは、金属コネクタ１５０が基板１００に強固に接着するビア１１０に沿って入り込む長さであることから、「接着長さ」と呼ばれてもよい。このようないくつかの実施形態では、接着長さは、５μｍ以上１４８μｍ以下である。接着長さは、１０μｍ以上１３５μｍ以下、１０μｍ以上１３０μｍ以下、１０μｍ以上１２５μｍ以下、１０μｍ以上１２０μｍ以下、１０μｍ以上１１５μｍ以下、１５μｍ以上１４０μｍ以下、１５μｍ以上１３５μｍ以下、１５μｍ以上１３０μｍ以下、１５μｍ以上１２５μｍ以下、１５μｍ以上１２０μｍ以下、２０μｍ以上１４０μｍ以下、２０μｍ以上１３５μｍ以下、２０μｍ以上１３０μｍ以下、２０μｍ以上１２５μｍ以下、２５μｍ以上１４０μｍ以下、２５μｍ以上１３５μｍ以下、２５μｍ以上１３０μｍ以下、３０μｍ以上１４０μｍ以下、３０μｍ以上１３５μｍ以下、３５μｍ以上１４０μｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態では、接着長さは、４０μｍ以上１４０μｍ以下、４０μｍ以上１３０μｍ以下、４０μｍ以上１２０μｍ以下、４０μｍ以上１１０μｍ以下、４０μｍ以上１００μｍ以下、４０μｍ以上９０μｍ以下、４０μｍ以上８０μｍ以下、４０μｍ以上７０μｍ以下、４０μｍ以上６０μｍ以下である。例えば、接着長さは、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍまたは約７０μｍであってもよい。様々な実施形態では、他の接着長さが採用されてもよいことが企図されている。
【００９６】
第２の軸線方向部分１１８では、ヘリウムハーメチック接着層１２２が存在しないので、金属コネクタ１５０は、第２の軸線方向部分１１８に沿って内面１１４にそれほど強固に結合しない。ビア１１０は、軸線方向に延びるビア長さ１３０を有する。ビア１１０は、第１の主面１０２の第１の直径１３２ａと、第２の主面１０４の第２の直径１３２ｂと、第２の軸線方向部分１１８における第３の直径１３２ｃとを有する。
【００９７】
ビア形状
図２のビア１１０は、第１の主面１０２における第１の直径１３２ａと第２の主面１０４における第２の直径１３２ｂから、腰部直径を有する腰部１２５に向かって先細りになるか、または狭くなるテーパ状の内面１１４を有する。本明細書で使用されるビアの「腰部」とは、最小直径を有する変動直径ビアの部分を指す。ビア１１０の直径は、軸線方向位置の関数として変化する。ビア１１０の全体的な「直径」は、最大直径である。特に指定しない限り、「ビア直径」とは、最大直径を指す。ビア１１０が円形でない場合、ビア１００の「直径」は、軸線方向に垂直な平面において、ビア１１０と同じ断面積を有する円の直径である。
【００９８】
ビア腰部１２５は、ビアの軸線方向長さに沿った最小直径を有する。第１の直径に占めるビア腰部の直径の割合は、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、またはこれらの値のうちのいずれか２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。第２の直径に占めるビア腰部の直径の割合は、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、またはこれらの値のうちのいずれか２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。ビア腰部の直径は、第１の直径の７５％以下であってもよく、かつビア腰部の直径は、第２の直径の７５％以下であってもよい。ビア腰部の直径は、第１の直径の２０％以上５０％以下であってもよく、かつビア腰部の直径は、第２の直径の２０％以上５０％以下であってもよい。様々な実施形態では、第３の直径１３２ｃ、すなわちビア腰部の直径は、１０μｍ以上４０μｍ以下である。第３の直径１３２ｃは、２０μｍ以上３０μｍ以下であってもよいし、２２μｍ以上２７μｍ以下であってもよい。例えば、第３の直径１３２ｃは、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２２μｍ、２５μｍ、２７μｍ、３０μｍ、３５μｍ、または４０μｍであってもよい。様々な実施形態では、第３の直径１３２ｃと第１の直径１３２ａとの比は、１：６以下、１：５以下、１：４以下、１：３以下、１：２以下、かつ／または第３の直径１３２ｃと第２の直径１３２ｂとの比は、１：６以下、１：５以下、１：４以下、１：３以下、または１：２以下である。
【００９９】
ビア１１０は、任意の適切なビア長さ１３０を有していてもよい。非限定的な例として、基板１００（およびビア長さ１３０）の厚さは、１０μｍ、６０μｍ、１２０μｍ、１８０μｍ、２４０μｍ、３００μｍ、３６０μｍ、４２０μｍ、４８０μｍ、５４０μｍ、６００μｍ、７２０μｍ、８４０μｍ、９６０μｍ、１０８０μｍ、１５００μｍ、２０００μｍ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。いくつかの実施形態では、厚さｔおよびビア長さは、１０μｍ〜２０００μｍ、または２４０μｍ〜３６０μｍである。
【０１００】
ビア１１０は、任意の適切な第１の直径１３２ａおよび第２の直径１３２ｂを有していてもよい。非限定的な例として、これらの直径は、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。いくつかの実施形態では、ビア直径は、３０μｍ以上８０μｍ以下であってもよいし、４０μｍ以上６０μｍ以下であってもよいし、４５μｍ以上５５μｍ以下であってもよい。第１の直径１３２ａは、第２の直径１３２ｂと同じであってもよいし、異なっていてもよい。本明細書で既に記載したように、第１の直径１３２ａと第２の直径１３２ｂとは、それぞれ第３の直径１３２ｃよりも大きい。
【０１０１】
第１、第２および第３の軸線方向部分の軸線方向長さは、任意の適切な長さであってもよい。低い最大主応力とヘリウム気密性の組み合わせを達成する長さを選択することが望ましい。第１および第３の軸線方向部分の長さが短めであると、本明細書に記載されたモデルによって実証されるとおり、ガラスが割れてヘリウム気密性が失われないように応力は低減する。しかし、第１および第３の軸線方向部分の長さが短すぎると、クラックが存在しない場合であっても、結合が不十分であることから、ヘリウム気密性が失われる可能性がある。いくつかの実施形態では、第１および第３の軸線方向部分は、ビアの長さの１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％および４０％から独立して選択される長さ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）を有する。第２の軸線方向部分は、ビアの長さの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％、もしくは９８％である長さ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）を有する。第１および第３の軸線方向部分は、ビアの長さの２％〜４０％の長さを有していてもよく、第２の軸線方向部分は、ビアの長さの２０％〜９６％の長さを有する。実施形態では、第１および第３の軸線方向部分の長さは、確実にハーメチックシールを提供する最小長さを選択することが望ましい。
【０１０２】
様々な実施形態では、ビアは、ビア長さが２４０μｍ〜３６０μｍであり、ビア直径が４０μｍ〜６０μｍの高アスペクト比ビアである。本明細書で使用される「アスペクト比」とは、ビアの平均直径に対するガラス基板の平均厚さの比を指す。「高アスペクト比」とは、アスペクト比が３よりも大きいことを指す。理論に拘束されることなく、このようなビアのために、他の長さも企図されているが、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍおよび４０μｍの長さ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）を有する第１および第３の軸線方向部分が、低減された応力を達成するために所望され得る。第２の軸線方向部分の長さは、ビア長さの残りの部分を構成する。
【０１０３】
望ましい寸法は将来的に変化するものであり、本明細書に記載された概念を使用して、そうした寸法のために気密封止されたビアを提供できることが予想される。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、第１の軸線方向部分は、ビアと第１の主面との交差部を含み、第２の軸線方向部分は、ビアと第２の主面との交差部を含む。この幾何学的形状は、本明細書に記載された製造方法と良く適合する。
【０１０５】
ビア１１０は、任意に、ビア腰部１２５を含めた、応力集中を低減するための、内縁に丸みを帯びたフィレット１２４を有する。本明細書で使用される「フィレット」とは、ビア１１０の内角に沿った丸みを帯びた角を意味する。このような丸みを帯びたフィレットは、ビア形状の任意の端部で使用することができる。丸みを帯びたフィレット１２４は、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、またはこれらの値のうちのいずれか２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）などの任意の適切な直径を有していてもよい。他の直径を使用してもよい。
【０１０６】
ビア１１０は、フィレット１２４で傾斜が変化した２つの異なる傾斜を有する内面１１４を有する。ビア１１０は、第１の主面１０２および第２の主面１０４のそれぞれから腰部１２５に至るまでの単一の傾斜、図２に示したとおり２つの傾斜、またはより複雑な形状を有していてもよい。傾斜のうちの１つ以上は、図２に示したとおり、第１の主面１０２および第２の主面１０４に対して垂直であってもよい。
【０１０７】
金属コネクタ
図３は、図２と同じビア１１０を示しているが、金属コネクタ１５０の部分を説明するためにラベリングしている。金属コネクタ１５０は、第１の軸線方向部分１１６にまたがる第１のキャビティ１５２と、第３の軸線方向部分１２０にまたがる第２のキャビティ１５４とを画定する。第１のキャビティ１５２は、第２の軸線方向部分１１８内の充填部分１５６によって第２のキャビティ１５４から分離されている。第１のキャビティ１５２は、軸線方向寸法において第１のキャビティ長さ１５３を有し、第２のキャビティ１５４は、軸線方向寸法において第２のキャビティ長さ１５５を有する。第１のキャビティ長さ１５３および第２のキャビティ長さ１５５に沿った軸線方向寸法の各位置において、金属コネクタ１５０は、ビア１１０を完全に充填することなく、内面１１４をコートする。充填部分１５６は、軸線方向寸法において充填長さ１５７を有する。金属コネクタ１５０は、第１のキャビティ長さ１５３および第２のキャビティ長さ１５５に沿ったコーティング厚さ１５８を有する。一定の厚さ（共形層）で示されているが、コーティング厚さ１５８は、第１の主面および／または第２の主面からの軸線方向位置および距離に応じて変化してもよい。
【０１０８】
様々な実施形態では、金属コネクタ１５０は、第１の主面１０２および第２の主面１０４において、１２μｍ未満のコーティング厚さ１５８を有する。例えば、金属コネクタ１５０は、第１の主面１０２および第２の主面１０４において、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、または１１μｍのコーティング厚さ１５８を有していてもよい。いくつかの実施形態では、金属コネクタ１５０は、第１の軸線方向部分および第２の軸線方向部分において、１２μｍ未満の平均コーティング厚さを有する。いくつかの実施形態では、金属コネクタ１５０は、第１の主面１０２から隣接する丸みを帯びたフィレット１２４までの長さにわたって、かつ第２の主面１０４から隣接する丸みを帯びたフィレット１２４までの長さにわたって、１２μｍ未満の平均コーティング厚さを有する。
【０１０９】
テーパ形状、すなわち第１の直径１３２ａおよび第２の直径１３２ｂよりも直径が狭い腰部１２５を有するビア１１０を使用することにより、図２および図３に示される独特の幾何学的形状を有する金属コネクタ１５０の製造が可能になる。具体的には、その形状は、第１の主面１０２および第２の主面１０４からそれぞれ延びる第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４を有する。同時に、金属コネクタ１５０は、腰部１２５に近接して充填部分１５６を含む。金属コネクタ１５０の幾何学的形状は、他の幾何学的形状では利用できない応力緩和のための自由度を備えた基板１００に対するハーメチックシールを可能にする。特に、ヘリウムハーメチック接着層１２２は、第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０のそれぞれの軸線方向長さに対して、第１の主面１０２および第２の主面１０４において、金属コネクタ１５０と基板１００との間にハーメチックシールを形成する。充填部分１５６は、ガスや液体が第１の主面１０２と第２の主面１０４との間のビア１１０を通過することができないように、ハーメチックシールを完全なものにする。第２の軸線方向部分１１８における接着性の欠如は、熱サイクル中の応力を緩和するために、金属コネクタ１５０に追加の自由度を提供する。さらに、第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４は、応力緩和のためのさらに別の自由度を提供する。応力緩和のためのこれらの自由度は、金属コネクタと基板との間の熱膨張係数の差による基板の破壊を引き起こすことなく、熱サイクルに耐えることができる金属コネクタをもたらす。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４は、第２の軸線方向部分１１８と重なるように、ビア１１０の奥へと十分に入り込んで延びる。この重なりにより、基板１００に結合も充填もされていない金属コネクタ１５０の軸線方向部分がもたらされる。このような幾何学的形状は、応力緩和のための更なる手段を提供する。
【０１１１】
第１のキャビティ長さは、ビア１１０の軸線方向長さの３％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、もしくは９７％、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する範囲（端点を含む）であってもよい。第２のキャビティ長さ１５５は、ビア１１０の軸線方向長さの３％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、もしくは９７％、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する範囲（端点を含む）であってもよい。第２のキャビティ長さ１５５は、第１のキャビティ長さ１５３と同じであってもよいし、異なっていてもよい。様々な実施形態では、第１のキャビティ長さ１５３および第２のキャビティ長さ１５５は、それぞれ１０μｍ以上１５０μｍ以下である。例えば、第１のキャビティ長さ１５３および第２のキャビティ長さ１５５は、それぞれ１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍ、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。
【０１１２】
充填部分１５６は、一方では軸線方向ビア長さ１３０と、他方では第１のキャビティ長さ１５３および第２のキャビティ長さ１５５との間の差を補う軸線方向長さを有する。いくつかの実施形態では、金属導体は、ビア１１０の軸線方向長さの少なくとも１０％でビアを完全に充填する。
【０１１３】
第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４が存在するビアの軸線方向長さに沿って、コーティング厚さ１５８は、軸線方向長さに沿った各点でビア直径の５０％未満である。本明細書の様々な実施形態では、コーティング厚さ１５８は、金属コネクタの厚さとして測定され、ヘリウムハーメチック接着層の厚さを含まない。その結果、コーティング厚さは、第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４が形成され得るように、ビア１１０の中心部までは延びない。コーティング厚さ１５８は、軸線方向長さに沿った各点において、ビア直径の５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、もしくは４９％、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。コーティング厚さ１５８は、軸線方向位置に応じて一定であってもよいし、軸線方向位置に応じて変化してもよい。コーティング厚さ１５８は、コーティング厚さ１５８が、第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４が存在するビアを完全には充填しないほど小さいものである限り、第１のキャビティ１５２および第２のキャビティ１５４が存在するビアの軸線方向長さに沿って、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍであるか、もしくは１２μｍ未満、またはこれらの値のうちの任意の２つの値を端点として有する任意の範囲（端点を含む）であってもよい。しかしながら、以下でより詳細に説明されるとおり、様々な実施形態のコーティング厚さ１５８は、１２μｍ未満である。様々な実施形態では、第１の主面におけるビア内のコーティング厚さ１５８および第２の主面におけるビア内のコーティング厚さ１５８は、それぞれ第２の軸線方向部分におけるコーティング厚さよりも小さい。いくつかの実施形態では、コーティング厚さ１５８は、第１の主面１０２および第２の主面１０４のそれぞれにおけるビア内の第３の直径１５３ｃの直径の１／２未満である。
【０１１４】
図２および図３では、空であるか、または充填されていないものとして示されているが、いくつかの実施形態では、第１のキャビティ１５２および／または第２のキャビティ１５４は、銅ではない１種以上の材料で充填されていてもよい。第１のキャビティ１５２および／または第２のキャビティ１５４のこのような充填により、ガラス物品の加工に使用される腐食性材料の結果としての金属コネクタ１５０の汚染または劣化を低減または排除することができる。実施形態では、材料は、金属コネクタ１５０のＣＴＥよりも低いＣＴＥを有していてもよく、可塑性を有していてもよく、かつ／または金属コネクタ１５０の自由度を超える１つ以上の自由度を有していてもよい。特定の実施形態では、材料はさらに、ガラス物品の応力を低減するか、またはガラス物品の正味のゼロ応力をもたらすことさえあり得る。いくつかの実施形態では、材料は、金属コネクタ１５０に共有結合しない。
【０１１５】
第１のキャビティ１５２および／または第２のキャビティ１５４を充填するために使用され得る適切な材料としては、例示的に、限定されないが、４００℃以上または５００℃以上の温度でさえ劣化しない材料を挙げることができる。例えば、特定の実施形態に応じて、ゾルゲルシリカ、ゾルゲル金属酸化物、ポリマー、複合材料、合金、または他のタイプの無機材料を使用してもよい。第１のキャビティ１５２および／または第２のキャビティ１５４は、インクジェット印刷、スプレーコーティング、または別の成膜方法を含むがこれらに限定されない、当該技術分野で知られており、かつ使用されている様々な方法のうちの任意の１つの方法を使用して充填されてもよい。第１のキャビティ１５２および／または第２のキャビティ１５４を充填するための特定の方法は、使用される特定の材料に依存してもよいことが企図されている。
【０１１６】
製造方法
テーパ形状を有するガラス貫通ビアは、任意の適切な方法で製造することができる。一つの方法は、レーザを用いて基板１００にダメージ痕を形成し、続いてエッチングすることである。例示的な方法は、米国特許第９，６５６，９０９９号明細書、および米国特許出願第６２／５８８，６１５号明細書に記載されており、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。別の方法は、レーザを用いて感光性ガラスを改質し、続いてエッチングすることである。
【０１１７】
図４は、ガラス貫通ビアをメタライズするためのプロセスを説明するフローチャートである。ステップ４１０では、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分のビアの内面上に接着層が成膜されるが、第２の軸線方向部分は成膜されない。続くステップ４２０では、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分において、金属コネクタが接着層に接着するように、金属コネクタがビア内に成膜される。
【０１１８】
接着層は、任意の適切な方法で、第１および第３の軸線方向部分に成膜されてもよいが、第２の軸線方向部分に成膜され得ない。例えば、第１および第３の軸線方向部分のｚ寸法の長さは、スパッタリングなどのライン・オブ・サイト（指向性）成膜法を使用し、成膜角度を調整して容易に制御することができる。第１および第３の軸線方向部分の長さが、第１の軸線方向部分および第３の軸線方向部分におけるビアの内面の全周にわたって一定となるように、成膜中に基板を回転させてもよい。
【０１１９】
適切な接着層材料としては、チタン、クロム、タンタル、バナジウムのような金属、または酸化亜鉛、および酸化マンガンのような金属酸化物、または窒化チタンおよび窒化タンタルのような窒化物が挙げられる。これらの接着膜は、スパッタリング法、電子ビーム成膜法、イオンビーム成膜法、原子層成膜法、化学蒸着法および溶液コーティング法のような多様な方法でガラス表面に塗布することができる。
【０１２０】
実施形態では、金属、金属酸化物、または金属窒化物から形成された膜の形態のヘリウムハーメチック接着層もまた、スパッタリング法、電子ビーム成膜法、イオンビーム成膜法、原子層成膜法、化学蒸着法および溶液コーティング法のような多様な方法でガラス表面に塗布することができる。
【０１２１】
金属コネクタは、任意の適切な金属から製造することができる。いくつかの実施形態では、銅が、特に高い導電性のために望ましい金属であり得る。金、銀、および他の導電性金属、ならびに導電性金属の合金を使用してもよい。実施形態では、金属コネクタは、銅を含む。いくつかの特定の実施形態では、金属コネクタは、実質的に銅から成る。
【０１２２】
金属コネクタは、任意の適切な手段で成膜することができる。銅（および他の金属）を成膜するための１つの適切な方法は、ヘリウムハーメチック接着層上にＰｄなどの触媒を成膜し、続いて銅を無電解成膜し、続いて銅を電気めっきすることである。Ｐｄなどの触媒は、所望により、ヘリウムハーメチック接着層以外に、またはヘリウムハーメチック接着層に加えて、コンポーネント上に成膜されてもよいことが理解されるべきである。様々な実施形態では、電気めっきプロセスは、金属塩および金属析出抑制剤を含む電気めっき浴を使用するステップと、１．５ｍＡ／ｃｍ２以上５ｍＡ／ｃｍ２以下、または１．５ｍＡ／ｃｍ２以上２．５ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度で電流を流すステップとを含む。金属塩は、金属コネクタを形成する金属の塩、例えばＣｕＳＯ４であってもよい。金属析出抑制剤は、第１および第２の主面またはその付近における金属のめっき速度を特異的に抑制または遅延させるように選択されてもよく、これにより、ビアの腰部よりも第１および第２の主面におけるビア内で薄いコーティング厚さを有する金属コネクタを形成することが可能となる。
【０１２３】
金属析出抑制剤の一例としては、塩化ニトロブルーテトラゾリウム（ＮＴＢＣ）が挙げられる。理論に拘束されることなく、ＮＴＢＣはビアの入口付近の銅イオンに優先的に吸着し、これにより、ＮＴＢＣが吸着した領域の銅析出が抑制されると考えられる。ＮＴＢＣの優先的な吸着はまた、ビアの軸線方向の長さに沿って吸着されたＮＴＢＣの濃度勾配をもたらし、第１および第２の主面付近ではＮＴＢＣが多く、ビアの腰部付近ではＮＴＢＣが非常に少なくなる。したがって、銅は、第１および第２の主面付近および主面上に比べて、ビアの腰部付近では、より迅速に析出し得る。したがって、めっき速度差を維持することにより、第１および第２の主面のコーティング厚さが腰部の直径の１／２未満でありながら、ビアの中心部を塞ぐことができる。
【０１２４】
本明細書に記載された様々な実施形態は、金属析出抑制剤としてＮＴＢＣを含むが、他の金属析出抑制剤およびめっき速度差を達成および維持するための方法が企図されている。例えば、Ｎｉ−Ｂ（ＮＴＢ）、メチルチアゾールテトラゾリウム（ＭＴＴ）、および／または塩化テトラニトロブルーテトラゾリウムクロリド（ＴＮＢＴ）を金属析出抑制剤として使用してもよい。
【０１２５】
金属コネクタを成膜するための他の適切な方法としては、ビアへの金属ペーストの充填、および焼結または化学蒸着法（ＣＶＤ）が挙げられる。銅を成膜するための適切な方法は、米国特許出願公開第２０１７−０２８７７２８号明細書にさらに記載されており（例えば、段落［０００４］〜［０００５］を参照）、その全体が参照により組み込まれる。
【０１２６】
層間剥離
層間剥離は故障メカニズムの一つである。層間剥離は、銅などの導電性金属がビアの内部から剥離することで発生する。導体と基板との間に弱い結合部がある場合、熱サイクルによって引き起こされる応力が層間剥離につながる可能性がある。層間剥離が発生すると、熱サイクル中に金属がビアの端部から塑性変形することがある。プリント回路基板業界では、この膨張は金属の伸縮または往復運動（metal pumping or pistoning）と呼ばれている。ＴＧＶの多くの用途では、薄膜金属再分配層（ＲＤＬ）が、メタライズされたＴＧＶに続けて適用される。これらのＲＤＬは、金属ＴＧＶを介して届いてくる電力または信号を電子部品に送るために使用される。任意の金属の伸縮または往復運動が、金属ＴＧＶとＲＤＬとの間の電気的接続を引き裂くことになる。
【０１２７】
層間剥離はまた、層間剥離した金属コネクタとビアの内面との間の境界に沿ってガスや液体が基板に侵入する可能性があるため、ヘリウム気密性が失われる可能性がある。
【０１２８】
基板と金属コネクタとの間に十分に強固な結合を形成することによって、層間剥離を低減または排除することができる。このような結合部を形成するために、基板と金属コネクタとの間のビアの内面に配置された接着層を使用してもよい。本明細書で使用される「接着層」とは、４００℃〜２５℃の熱サイクルに耐えるのに十分に強固な、金属コネクタと基板との間の結合をもたらす任意の層または表面処理を意味する。任意の適切な接着層を使用してもよく、接着層は任意の適切な手段で成膜してもよい。例えば、酸化物接着層が、スパッタリングによって成膜されてもよい。成膜パラメータは、接着層が成膜する箇所を制御するように調整されてもよい。例えば、スパッタリングプロセス中の成膜の角度は、スパッタリングによって材料が成膜される第１の軸線方向部分１１６および第３の軸線方向部分１２０の長さを制御するように調整されてもよい。この同じ調整は、スパッタリングによって材料が成膜されない第２の軸線方向部分１１８の長さを制御する。
【０１２９】
周方向クラッキング
層間剥離は、金属コネクタと基板との間に強固な結合を形成することによって防止することができる。しかし、より強固なこの結合により、熱サイクル中に金属コネクタが基板に対して相対的に移動することができなくなる。その結果、熱サイクルが原因で基板に応力が発生してクラックが生じたり、ヘリウム気密性が失われたりする可能性がある。
【０１３０】
ガラス中の応力場を予測するための古典的なラメ弾性問題の２次元平面ひずみ解は、以下のとおりである：
【０１３１】
【数１】
2021521635.tif 000003
【０１３２】
式中、σｒ、σθ、σｚは、それぞれ半径方向応力、周方向応力、および軸線方向応力であり、εＴ＝（αｆ−αｍ）ΔＴは、熱負荷ΔＴによるミスマッチひずみである。材料特性α、Ｅ、およびνは、ＣＴＥ、ヤング率、ポアソン比であり、下付き文字のｆおよびｍは、それぞれビア（繊維）およびガラス（マトリックス）を表す。
【０１３３】
熱サイクルの加熱部と冷却部の両方で故障が起こる可能性がある。加熱時には、最も高い温度で最大の膨張ミスマッチが発生する。金属コネクタは基板よりも膨張しているため、基板の応力の多くは高温で圧縮力となる。加熱時に支配的なガラス内の周方向引張応力は、金属コネクタの周りで半径方向クラックをもたらす可能性がある。隣のビアに伝播する可能性がある。冷却時には、最も低い温度で最大の収縮ミスマッチが発生する。金属コネクタは基板よりも収縮しているため、基板の応力の多くは低温で引張応力となる。冷却時に支配的な半径方向応力によりクラックが生じる可能性がある。半径方向応力は、表面付近のガラス内では引張応力であり、これが原因でガラスの周方向クラック（Ｃクラック）を起こす可能性がある。加熱と冷却の両方において、界面に沿ったせん断応力の存在は、層間剥離による界面破壊を誘発する可能性がある。
【０１３４】
熱サイクルの冷却部の終わりに差し掛かると、金属コネクタ１５０は、ＣＴＥの差のために基板１００よりも収縮している。なぜなら、金属コネクタ１５０は、基板１００に接着しているからである。金属コネクタ１５０の収縮は、基板１００を引っ張り、基板１００に引張応力下に置く。応力緩和のための十分な自由度がなければ、この引張応力は、基板１００にマイクロクラックを引き起こすことになる。これらのマイクロクラックは、ヘリウム気密性の損失を引き起こす。
【０１３５】
本明細書に記載された様々な実施形態は、熱サイクルに供された後に、ヘリウム気密性を示し、いかなるクラックも示すことはない。特に、本明細書に記載された様々な実施形態では、基板の主面に限定されたコーティング厚さを有し、かつ完全に充填された中間部を有する共形的な銅コーティングの存在と、ビアの第２の軸線方向部分に沿ったヘリウムハーメチック接着層の不在とにより、マイクロクラックを発生させるだけの量の引張応力を発生させることなく、基板および金属コネクタを異なる速度で収縮させることを可能にしながら、ヘリウム気密性が提供される。
【０１３６】
モデル化
モデル化のために、図２および図３の幾何学的形状を使用し、ここで、ビアの内面は、軸線方向長さの７５μｍ、すなわち、ビアが隅から隅まで完全に充填されている腰部１２５のそれぞれの側の３７．５μｍを除き、すべての箇所で銅により共形的にコートされている。ビア長さ１３０は、３００μｍであった。第１の直径１３２ａおよび第２の直径１３２ｂは、それぞれ５０μｍであった。この５０μｍの直径は、両表面から軸線方向長さに沿って５０μｍの距離で維持される。表面から５０μｍの位置で始まって、ビアは、軸線方向長さに沿って中間の腰部１２５で直径２０μｍになるように内側へと先細りになる。上面および下面の両方には、厚さ２０μｍの平坦な銅の余剰めっき層１５１（図２および図３に示される）が含まれている。このモデル化の結果は、金属コネクタのキャビティおよび金属コネクタと基板との間に強固な結合がない第２の軸線方向部分を有する他のビアや金属コネクタの形状にも適用されることが予想される。
【０１３７】
実際のデバイスを製造するための１つのプロセスフローでは、最も過酷な熱サイクルが発生したときに、銅の余剰めっき層１５１を含む、図２および図３の幾何学的形状が存在する。その後、余剰めっき層は排除され、更なる処理が行われてもよい。しかし、図２および図３の幾何学的形状は、本明細書でモデル化された熱サイクルと関連性を有する。
【０１３８】
このモデル化は、Ryu SK, Lu KH, Zhang X, Im JH, Ho PS, Huang R. Impact of near-surface thermal stresses on interfacial reliability of through-silicon vias for 3-D interconnects. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 2011 Mar;11(1):35-(“Ryu”)からの理論に基づいている。Ｒｙｕ氏によると、ビアをウェーハに配置したときのビアとウェーハ表面との応力を予測するための解析解があるという。しかし、厚みを介した応力を予測するための閉形式はない。そこで、モデル化が必要となる。モデル化のために、有限平板における隔離された単一のホールがモデル化される。２次元軸対称性が仮定され、０．５μｍ程度の小さなメッシュサイズが使用される。
【０１３９】
モデル化のために、ガラスは弾性があり、溶融シリカの性質を持つと仮定した：Ｅ（ヤング率）＝７３ＧＰａ；ν（ポアソン比）＝０．１７およびα（熱膨張係数）＝０．５５ｐｐｍ／℃（０．５５×１０−６／℃）。銅は、弾完全塑性特性を有し、温度依存性の降伏応力を持つと仮定した。図５Ａは、弾完全塑性材料の応力−ひずみ関係を示すグラフ５００を示す。図５Ｂは、温度依存性の銅降伏応力を示すグラフ５１０を示す。モデル化に使用した銅の弾性特性は、Ｅ（ヤング率）＝１２１ＧＰａ、ν（ポアソン比）＝０．３５およびα（熱膨張係数）＝１７ｐｐｍ／℃（１７×１０−６／℃）であった。また、銅ビアと溶融シリカとを含む系は、２５℃で無応力状態にあると仮定した。このモデル化では、２５℃〜４００℃の熱サイクルを経て２５℃まで戻した後の応力を算出した。
【０１４０】
ガラスに亀裂が入る場合、第１の主応力が最も大きい箇所、すなわち、「最大第１主応力」で最初に亀裂が入ることになる。図３を参照すると、モデル化は２点で最も高い第１主応力を示した。一つ目に、接着層１２２と基板１００との間の界面から短い距離の線１９０に沿って、基板１００の表面上に高い最大主応力が存在していた。この高い応力の第１の点は、サンプルで観察された破壊メカニズム、すなわち表面のマイクロクラックに対応する。
【０１４１】
二つ目に、接着層１２２が終了する点１９２に高い最大主応力が存在していた。この点は、実質的にクラック先端部である。使用された固体力学に基づくモデル化の種類は、特異点のためにクラック先端部での挙動を正確に予測することができない。代替モデルである破壊力学は、挙動がより良好な予測因子である。いずれにしても、金属コネクタ１５０と基板１００との間の界面に沿った破壊によるヘリウム気密性の損失は、主要な故障メカニズムではないと考えられる。
【０１４２】
図６は、異なる接着長さについて、図３の線１９０に沿ったモデル化された最大主応力対半径方向位置のプロットを示したものである。図６のモデル化のために、コーティング厚さ１５８は、１０μｍで一定に保持した。表１は、図６においてプロットされた各線からの最大第１主応力を示す。
【０１４３】
【表１】
2021521635.tif 000004
【０１４４】
図６および表１は、マイクロクラックに対応する最大主応力は、接着長さが減少するにつれて減少することを示している。表１の最大第１主応力が閾値を超えるとマイクロクラックが発生することが予想される。製造された実システムが、割れ目、引っ掻き傷、および内部空隙などの欠陥のない完璧なものであり、モデル化が完璧であれば、この閾値強度は、ガラスの引張降伏強度となるだろう。しかしながら、系の欠陥により、ガラスの引張降伏強度よりもはるかに低い応力でクラックが発生する可能性がある。そして、モデル化された値は、メッシュサイズなどのモデルパラメータに部分的に依存する。そのため、表１の値は、引張降伏強度よりも大幅に高い値となっている。したがって、表１の値は、傾向を示し、本明細書に記載された幾何学的形状により達成された驚くべき改善を示すのに有用である。このモデル化はまた、当業者が、応力を低減するために十分に短い接着長さを決定することを可能にする一方で、ハーメチックシールを提供するために十分に大きい接着長さを考慮することも可能にする。
【０１４５】
図７は、異なるコーティング厚さ１５８について、図３の線１９０に沿った最大主応力対半径方向位置のプロットを示す。図６のモデル化のために、接着長さは５０μｍで一定に保持した。表２は、図７でプロットされた各線からの最大第１主応力を示す。
【０１４６】
【表２】
2021521635.tif 000005
【０１４７】
図７および表２は、コーティング厚さ１５８が減少するにつれて、マイクロクラックに対応する最大主応力が減少することを示している。図６および表１と同様に、図７および表２のデータにより、当業者は、金属コネクタのパラメータ、この場合はコーティング厚さ１５８について情報に基づいた選択を行うことが可能になる。接着長さと同様に、ハーメチックシールを形成し、金属コネクタ１５０を介して所望の導電性を達成するためには、ある程度のコーティング厚さが必要であるため、コーティング厚さは過度に減少させるべきではない。
【０１４８】
より一般的には、表１および表２は、金属コネクタがビアの内面に接着されている第１および第３の軸線方向部分との間で、金属コネクタがビアの内面に接着されていない第２の軸線方向部分をビア構造に含めることによって、最大第１主応力を低減できることを示している。
【０１４９】
三つ目に、ヘリウムハーメチック接着層１２２が終了する点に最大主応力が存在していた。この点は、クラックの開始および伝播を誘導するための支配的な応力成分である。図８は、異なる銅壁厚さについて、線１９０に沿ったモデル化された最大第１主応力と最大半径方向応力をプロットしたものを示す。図８に示すように、コーティング厚さ１２μｍの場合、最大第１主応力と最大半径方向応力の両方が閾値（図２および図３に示す構成では、最大第１主応力は１４０ＭＰａ、最大半径方向応力は８０ＭＰａ）を満たすか、または閾値を超える。
【０１５０】
図９は、ウェーハを最高温度４００℃までアニールした後の、異なる銅コーティング厚さでのクラックを有するビアの割合をプロットしたものを示し、破線は回帰フィットの９５％信頼境界を表している。コーティング厚さは、第１または第２の主面で測定し、コーティング厚さ測定の整数に基づいてグループを形成した。言い換えれば、「８μｍ」のグループには、８．００μｍ〜８．９９μｍのコーティング厚さが含まれ、「９μｍ」のグループには、９．００μｍ〜９．９９μｍのコーティング厚さといった各グループが含まれる。図９に示すように、コーティング厚さが１２μｍ以上になるまでは、ビアにクラックは発生しない。このモデル化により、当業者は、金属コネクタのパラメータ、この場合はコーティング厚さ１５８について情報に基づいた選択を行うことが可能になる。ハーメチックシールを形成し、金属コネクタ１５０を介して所望の導電性を達成するためには、ある程度のコーティング厚さが必要であるため、コーティング厚さは過度に減少させるべきではない。
【０１５１】
図１０Ａおよび１０Ｂは、異なる銅コーティング厚さを有するメタライズガラス貫通ビアの断面図である。図１０Ａに示すように、銅のコーティング厚さが１２μｍ未満であれば、クラックは存在しないが、銅のコーティング厚さが１２μｍ以上である図１０Ｂには、周方向のマイクロクラックが示されている。
【０１５２】
半径方向クラック
充填ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板は、しばしば熱サイクルの影響を受ける。この熱サイクルは、デバイスの動作中に、またはビア充填に続く製造ステップ中に発生することがある。いくつかの実施形態では、例えば、ガラス基板は、アニールのために熱サイクルの影響を受けることがある。
【０１５３】
上述のように、銅や他の金属の熱膨張係数（ＣＴＥ）と、多くのガラスおよびガラスセラミック材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）には大きなミスマッチが存在する。このＣＴＥのミスマッチのために、加熱すると、金属コネクタは周囲のガラスまたはガラスセラミック基板よりも急速に膨張してしまう。同様に、冷却すると、金属コネクタは周囲の基板よりも急速に収縮してしまう。この膨張と収縮の違いが応力を引き起こし、これにより、層間剥離またはクラックなどの多くの故障メカニズムにつながる可能性がある。これらの故障メカニズムは、ヘリウム気密性の損失や他の問題を引き起こす可能性がある。
【０１５４】
クラックの形成を防ぐための一般的な方法としては、ガラスまたはガラスセラミックの組成に合わせたＣＴＥの改善、環状または共形的にめっきされた貫通ビアの使用、低めのアニール温度（通常は３００℃未満で、鉛フリーはんだのリフロー温度に対応する）、小さめのホールサイズ、または銅よりも低い導電性を持ちながらもガラスまたはガラスセラミックとのＣＴＥのマッチングがより良好なメタライズ材料の使用が挙げられる。しかしながら、これらの解決策は、メタライズ貫通ホールの適用を制限する可能性がある。例えば、環状のホールや小径のホールは、厚みのあるメタライズ層が必要とされるパワーデバイスなどの高電流を流す用途には好ましくない。また、高周波用途では、一般的に高シリカ含有ガラスが使用される。
【０１５５】
上記および他の問題に対処するために、本明細書に開示および記載された実施形態に従ったプロセスは、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップを含み、ここで、第１の温度は２００℃以上３００℃以下であり、第２の温度は３５０℃以上４５０℃以下であり、ここで、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱する間の平均加熱速度は０．０℃／分超８．７℃／分未満である。実施形態はまた、ガラスまたはガラスセラミック基板を厚さ方向に貫通する少なくとも１つの貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック基板と、少なくとも１つの貫通ビア内に存在する銅とを含むガラスまたはガラスセラミック物品を含み、ここで、ガラスまたはガラスセラミック物品は、半径方向クラックを含まない。
【０１５６】
上で議論したように、そして図１３を参照して、ガラスまたはガラスセラミック物品１３００の実施形態は、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０と、銅メタライズ貫通ビア１３２０とを含む。銅メタライズ貫通ビア１３２０は、円筒形の形状をしており、貫通ビアの少なくとも一部に銅金属が含まれている。任意の貫通ビア幾何学的形状が、本明細書に開示および記載された実施形態に従って使用され得ることが理解されるべきである。このような幾何学的形状としては、限定されないが、円錐状の貫通ビア、円錐台状の貫通ビア、または締結状の貫通ビア（例えば、砂時計型の形状を有する貫通ビア）が挙げられる。銅メタライズ貫通ビア１３２０は、半径「ｒ」を有する。ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０と貫通ビア内に存在する銅との間のＣＴＥミスマッチは、銅メタライズ貫通ビア１３２０から半径方向に延びるクラック１３０の形成を引き起こす可能性がある。銅メタライズ貫通ビア１３２０から半径方向に延びるこれらのクラック１３０を、本明細書では、半径方向クラックと呼ぶ。特定の理論に拘束されることなく、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品１３００が加熱されると、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０の比較的低い膨張が、銅メタライズ貫通ビア１３２０に存在する銅の自由膨張を制約し、そのため高い応力が構築され、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０に半径方向クラック１３３０が形成されると考えられる。
【０１５７】
実施形態は、銅メタライズ貫通ビアに向けられているが、本明細書に開示および記載されたプロセスは、任意の金属材料でメタライズされた貫通ビア上で使用され得ることも理解されるべきである。特に、本明細書に開示および記載されたプロセスは、貫通ビアに存在する材料とのＣＴＥミスマッチを有するガラスおよびガラスセラミック基板に向けられていることから、任意の金属材料でメタライズされた貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板において、半径方向クラックを最小化または排除することができる。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、そしてここでは図１４を参照して、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０は、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０の直線に沿って位置決めされた複数の銅メタライズ貫通ビア１３２０ａ〜１３２０ｆを含んでいてもよい。このような構成において、複数の半径方向クラック１３３０ａ〜１３３０ｅは、半径方向クラック１３３０ａ〜１３３０ｅが隣接する銅メタライズ貫通ビア１３２０ａ〜１３２０ｆの間の距離にまたがるように、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０に形成されていてもよい。例えば、半径方向クラック１３３０ａは、隣接する銅メタライズ貫通ビア１３２０ａと１３２０ｂとの間に延びていてもよく、半径方向クラック１３３０ｂは、隣接する銅メタライズ貫通ビア１３２０ｂと１３２０ｃとの間に延びていてもよい。このようにして、半径方向クラック１３３０ａ〜１３３０ｅは、ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０の銅メタライズ貫通ビア１３２０ａ〜１３２０ｆのそれぞれの間にまたがっていてもよい。
【０１５９】
上述したように、銅メタライズ貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック物品１３００に存在する応力は、ガラスまたはガラスセラミック物品１３００の加熱時に半径方向クラック１３３０を形成する原因となり得る。半径方向クラック１３３０を引き起こす可能性があるこれらの応力は、以下に示すように理論的に近似することができ、本明細書に開示および記載された実施形態に従って、応力を制御し、銅メタライズ貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック物品１３００の半径方向クラックを最小化または排除するプロセスを開発することができる。
【０１６０】
ガラスまたはガラスセラミック基板１３１０の銅メタライズ貫通ビア１３２０は、一般的に円筒状であり、ガラスまたはガラスセラミックマトリックスで包まれていることから、ガラスまたはガラスセラミックの応力は、ラメの肉厚／中実壁円筒式を用いて決定することができ、ここで、以下の式に示すように、面内応力（半径方向応力および周方向応力）は等しいが、ガラスまたはガラスセラミックの厚さの中心領域では反対である：
【０１６１】
【数２】
2021521635.tif 000006
【０１６２】
式中、σrは半径方向応力であり、
2021521635.tif 000007
【０１６３】
は周方向（またはフープ）応力である。
【０１６４】
単一の銅ビアを取り囲むガラスまたはガラスセラミックの面内熱機械応力は、以下の例示的な値により、以下の式を使用して算出することができる。
【０１６５】
【数３】
2021521635.tif 000008
【０１６６】
式中、αＣｕは銅のＣＴＥ（１６．７ｐｐｍ／℃（１６．７×１０−６／℃））であり、αガラスはガラスまたはガラスセラミックのＣＴＥ（０．６ｐｐｍ／℃（０．６×１０−６／℃））であり、υガラスおよびυＣｕはそれぞれガラスまたはガラスセラミックのポアソン比（０．２６）および銅のポアソン比（０．３５）であり、ｒはガラスまたはガラスセラミックのホールの中心部からの距離である。すなわち、ガラスまたはガラスセラミック基板と銅との界面において、ｒはメタライズ貫通ビアの半径である。ＤＣｕは貫通ビアの直径（５０μｍ）、ＥＣｕとＥガラスはそれぞれ銅の弾性率（１２０ＧＰａ）とガラスまたはガラスセラミックの弾性率（７０ＧＰａ）であり、ΔＴは温度変化である。式２と、銅およびガラスまたはガラスセラミックについて上記で提供された値とを使用して、室温（約２５℃）から最高温度まで加熱する際のガラスまたはガラスセラミック基板の応力を算出することができ、ここで、銅とガラスまたはガラスセラミックは弾性材料と仮定する。貫通ビアエッジからの計算されたガラスまたはガラスセラミックの応力を図３に表しているが、ここで、周方向応力と半径方向応力とは大きさは等しいが方向は逆であることが示されている。図１５では、ガラスまたはガラスセラミックの引張周方向応力は、引張応力場のためにクラックが形成されることが知られているため、加熱中に半径方向クラックが形成される主な原因であると予想される。最大応力は、貫通ビアが別の貫通ビアに密接に隣接していない箇所では、貫通ビアエッジで発生し、貫通ビアの端部から離れて指数関数的に減衰する。
【０１６７】
上記の式は、温度の関数として最大引張周方向応力値を決定するために使用することができる。図１６は、熱処理温度（℃）対周方向応力（ＭＰａ）のプロットを示す。図１６のプロットは、熱処理中の温度の上昇が、周方向応力の実質的に線形増加をもたらすことを示し、これは、熱処理の温度が上昇するにつれて、半径方向クラックの形成される確率が増加することを示している。したがって、より高い温度では、半径方向クラックが発生する可能性が高くなる。
【０１６８】
上記の式および分析を使用して、本明細書に開示および記載された実施形態に従って銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するためのプロセスを、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の半径方向クラックの形成を最小化または排除するように定式化した。特定の理論に拘束されることなく、熱処理の高温部分を通じて低い平均加熱速度を使用することで、応力緩和メカニズムを活性化することが可能となり、これにより、高温で存在するより高い周方向応力の影響を最小限に抑えることができ、その結果、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の半径方向クラックの形成を低減または排除することができると考えられる。
【０１６９】
ここで、本発明の実施形態に従った銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するプロセスについて説明する。上述したように、上記の式を使用して、熱処理温度が高くなるにつれて、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の周方向応力、すなわち半径方向クラックの形成につながる可能性のある応力が増大することが判明した。したがって、実施形態に従った銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するプロセスにおいて、半径方向クラックが形成される確率が顕著になる第１の温度が存在し、この第１の温度を上回る平均加熱速度が低い平均加熱速度となるように制御することにより、半径方向クラックの形成が低減または最小化されることが判明した。いくつかの実施形態によれば、この第１の温度を下回る温度での加熱速度は、限定される必要はない。したがって、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、任意の平均加熱速度を使用して第１の温度まで加熱することができる。したがって、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するプロセスの実施形態は、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の温度が、通常熱処理が終わる第１の温度以上第２の温度以下であるプロセス中の平均加熱速度を制御することに向けられている。本明細書に開示された温度は、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するために使用される装置、例えばオーブン、炉、キルン、徐冷がまなどの測定された大気圧温度を指すことが理解されるべきである。
【０１７０】
この情報を用いて、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の熱処理を行い、半径方向クラックが発生する温度を測定した。様々な熱処理を目視で観察した結果、半径方向クラックが発生する確率は、２００℃以上の温度、例えば、２１０℃以上の温度、２２０℃以上の温度、２３０℃以上の温度、２４０℃以上の温度、２５０℃以上の温度、２６０℃以上の温度、２７０℃以上の温度、２８０℃以上の温度、２９０℃以上の温度で顕著に増加することがわかった。したがって、実施形態に従った銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するプロセスでは、第１の温度を下回る温度での半径方向クラックの形成の確率が低いことから、第１の温度を下回る温度での加熱速度を制御する必要はない。実施形態では、第１の温度は、２００℃以上３００℃以下、例えば、２１０℃以上３００℃以下、２２０℃以上３００℃以下、２３０℃以上３００℃以下、２４０℃以上３００℃以下、２５０℃以上３００℃以下、２６０℃以上３００℃以下、２７０℃以上３００℃以下、２８０℃以上３００℃以下、または２９０℃以上３００℃以下である。いくつかの実施形態では、第１の温度は、２００℃以上２９０℃以下、例えば、２００℃以上２８０℃以下、２００℃以上２７０℃以下、２００℃以上２６０℃以下、２００℃以上２５０℃以下、２００℃以上２４０℃以下、２００℃以上２３０℃以下、２００℃以上２２０℃以下、または２００℃以上２１０℃以下である。いくつかの実施形態では、第１の温度は、２２０℃以上２８０℃以下、例えば、２２５℃以上かつ２７５℃以下、または２４０℃以上かつ２６０℃以下である。
【０１７１】
銅メタライズ貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック物品において半径方向クラックが形成される確率は、上述した第１の温度から、一般的に熱処理が終了する第２の温度までの間に高くなる。実施形態では、第２の温度は、３５０℃以上４５０℃以下、例えば、３６０℃以上４５０℃以下、３７０℃以上４５０℃以下、３８０℃以上４５０℃以下、３９０℃以上４５０℃以下、４００℃以上４５０℃以下、４１０℃以上４５０℃以下、４２０℃以上４５０℃以下、４３０℃以上４５０℃以下、または４４０℃以上４５０℃以下である。いくつかの実施形態では、第２の温度は、３５０℃以上４４０℃以下、例えば、３５０℃以上４３０℃以下、３５０℃以上４２０℃以下、３５０℃以上４１０℃以下、３５０℃以上４００℃以下、３５０℃以上３９０℃以下、３５０℃以上３８０℃以下、３５０℃以上３７０℃以下、３５０℃以上３６０℃以下である。実施形態では、第２の温度は、３７５℃以上４５０℃以下、例えば、３７５℃以上４２５℃以下である。
【０１７２】
上述したように、本明細書に開示および記載された実施形態に従って、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するためのプロセスは、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品が、第１の温度以上第２の温度以下の温度、すなわちクラック形成の確率が高い温度にあるときの平均加熱速度を制御する。本明細書で使用される「平均加熱速度」は、第２の温度と第１の温度との差を、第１の温度から第２の温度まで銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するのに要する時間で除した値である。したがって、本明細書で使用される「平均加熱速度」は、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品が第１の温度以上第２の温度以下である任意の温度保持を含む。例として、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品が、第１の温度３００℃から１０分間で３５０℃まで加熱され、３５０℃で１０分間保持され、次いで３５０℃から１０分間で第２の温度４００℃まで加熱される場合、平均加熱速度は３．３３℃／分（すなわち、４００℃−３００℃／３０分）である。
【０１７３】
実施形態では、第１の温度から第２の温度までの平均加熱速度は、０．０℃／分超８．７℃／分未満、例えば、０．０℃／分超８．５℃／分以下、０．０℃／分超８．２℃／分以下、０．０℃／分超８．０℃／分以下、０．０℃／分超７．８℃／分以下、０．０℃／分超７．５℃／分以下、０．０℃／分超７．２℃／分以下、０．０℃／分超７．０℃／分以下、０．０℃／分超６．８℃／分以下、０．０℃／分超６．５℃／分以下、０．０℃／分超６．２℃／分以下、０．０℃／分超６．０℃／分以下、０．０℃／分超５．８℃／分以下、０．０℃／分超５．５℃／分以下、０．０℃／分超５．２℃／分以下、または０．０℃／分超５．０℃／分以下である。いくつかの実施形態では、第１の温度から第２の温度までの平均加熱速度は、２．０℃／分以上８．７℃／分未満、例えば、２．２℃／分以上８．７℃／分未満、２．５℃／分以上８．７℃／分未満、２．８℃／分以上８．７℃／分未満、３．０℃／分以上８．７℃／分未満である。実施形態では、第１の温度から第２の温度までの平均加熱速度は、２．０℃／分以上６．５℃／分以下、例えば、２．２℃／分以上６．５℃／分以下、２．５℃／分以上６．５℃／分未満、２．８℃／分以上６．５℃／分未満、または３．０℃／分以上６．５℃／分未満である。上記の平均加熱速度で第１の温度から第２の温度まで、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱しても、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品に半径方向クラックが発生することはない。
【０１７４】
いくつかの実施形態によれば、第１の温度から第２の温度までの加熱速度は、第１の温度から第２の温度までの温度範囲全体で均一な加熱速度が使用されるように実質的に一定に保たれる。本明細書で使用される「実質的に一定の加熱速度」とは、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するために使用される装置によって制御可能な加熱速度設定点に近い加熱速度に維持されることを意味する。例えば、第１の温度から第２の温度までの温度範囲における加熱速度は一定であり、６．５℃／分に設定されるべきである。しかしながら、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を加熱するために使用される装置に固有の非整合性および非効率性を考慮すると、加熱速度は、６．５℃／分で一定にすることが意図されているにもかかわらず、例えば６．２℃／分に減少するか、または例えば６．８℃／分に増加してもよい。本明細書で使用されるこの状況は、「実質的に一定の」加熱速度である。いくつかの実施形態では、第１の温度から第２の温度までの加熱速度は変動してもよい。本明細書で使用される「変動」加熱速度とは、第１の温度から第２の温度までの温度範囲で意図的に変化される加熱速度を指す。変動加熱速度を有する実施形態の例の場合、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、第１の温度３００℃から３５０℃まで６．５℃／分の加熱速度で加熱し、次いで３５０℃から第２の温度４００℃まで２．３℃／分の加熱速度で意図的に加熱することになる。
【０１７５】
実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品が室温（約２５℃）から第１の温度にある平均加熱速度は限定されないが、いくつかの実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品が室温（約２５℃）から第１の温度にある平均加熱速度はまた、半径方向クラックが形成されないようにするのに役立つように低く保たれる。したがって、実施形態では、室温から第１の温度までの平均加熱速度は、０．０℃／分超８．７℃／分未満、例えば、０．０℃／分超８．５℃／分以下、０．０℃／分超８．２℃／分以下、０．０℃／分超８．０℃／分以下、０．０℃／分超７．８℃／分以下、０．０℃／分超７．５℃／分以下、０．０℃／分超７．２℃／分以下、０．０℃／分超７．０℃／分以下、０．０℃／分超６．８℃／分以下、０．０℃／分超６．５℃／分以下、０．０℃／分超６．２℃／分以下、０．０℃／分超６．０℃／分以下、０．０℃／分超５．８℃／分以下、０．０℃／分超５．５℃／分以下、０．０℃／分超５．２℃／分以下、または０．０℃／分超５．０℃／分以下である。いくつかの実施形態では、室温から第１の温度までの平均加熱速度は、１．０℃／分以上８．７℃／分未満、例えば、２．０℃／分以上８．７℃／分未満、２．５℃／分以上８．７℃／分未満、２．８℃／分以上８．７℃／分未満、３．０℃／分以上８．７℃／分未満である。実施形態では、室温から第１の温度までの平均加熱速度は、１．０℃／分以上６．５℃／分以下、例えば、２．０℃／分以上６．５℃／分以下、２．２℃／分以上６．５℃／分未満、２．５℃／分以上６．５℃／分未満、２．７℃／分以上６．５℃／分未満、または３．０℃／分以上６．５℃／分未満である。
【０１７６】
上述したように、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度に加熱するプロセスは、温度が一定期間だけ一定に保持される様々な温度保持を含んでいてもよい。特定の理論に拘束されることなく、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を一定の温度に保持することによって、温度保持中に緩和が生じ、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の応力が減少し得ることが考えられる。したがって、クラック形成が起こる前に温度保持を行うと、温度保持の結果として生じる緩和により、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の応力を、クラック形成がない程度に低減させることができる。さらに、温度保持を使用して、第１の温度および第２の温度のうちの１つ以上の温度で、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の応力を緩和させることができる。
【０１７７】
実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１２０分以下、例えば、１５分以上１２０分以下、３０分以上１２０分以下、４５分以上１２０分以下、６０分以上１２０分以下、７５分以上１２０分以下、９０分以上１２０分以下、または１０５分以上１２０分以下の継続時間にわたって第１の温度で保持されてもよい。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１０５分以下、例えば、１０分以上９０分以下、１０分以上７５分以下、１０分以上６０分以下、１０分以上４５分以下、１０分以上３０分以下、または１０分以上１５分以下の継続時間にわたって第１の温度で保持されてもよい。
【０１７８】
実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１２０分以下、例えば、１５分以上１２０分以下、３０分以上１２０分以下、４５分以上１２０分以下、６０分以上１２０分以下、７５分以上１２０分以下、９０分以上１２０分以下、または１０５分以上１２０分以下の継続時間にわたって第２の温度で保持されてもよい。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１０５分以下、例えば、１０分以上９０分以下、１０分以上７５分以下、１０分以上６０分以下、１０分以上４５分以下、１０分以上３０分以下、または１０分以上１５分以下の継続時間にわたって第２の温度で保持されてもよい。
【０１７９】
実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１２０分以下、例えば、１５分以上１２０分以下、３０分以上１２０分以下、４５分以上１２０分以下、６０分以上１２０分以下、７５分以上１２０分以下、９０分以上１２０分以下、または１０５分以上１２０分以下の継続時間にわたって第１の温度と第２の温度との間の一定温度に保持されてもよい。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、１０分以上１０５分以下、例えば、１０分以上９０分以下、１０分以上７５分以下、１０分以上６０分以下、１０分以上４５分以下、１０分以上３０分以下、または１０分以上１５分以下の継続時間にわたって第１の温度と第２の温度との間の一定温度に保持されてもよい。
【０１８０】
本明細書に開示されたプロセスは、任意のサイズの銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品に使用することができるが、本明細書に開示されたプロセスは、比較的小さな銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品に使用するのに特に適し得る。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、２５μｍ以上７５μｍ以下、例えば、３０μｍ以上７０μｍ以下、３５μｍ以上７０μｍ以下、４０μｍ以上７０μｍ以下、４５μｍ以上７０μｍ以下、５０μｍ以上７０μｍ以下、５５μｍ以上７０μｍ以下、６０μｍ以上７０μｍ以下、または６５μｍ以上７０μｍ以下の直径を有し得る。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、２５μｍ以上６５μｍ以下、例えば、２５μｍ以上６０μｍ以下、２５μｍ以上５５μｍ以下、２５μｍ以上５０μｍ以下、２５μｍ以上４５μｍ以下、２５μｍ以上４０μｍ以下、２５μｍ以上３５μｍ以下、または２５μｍ以上３０μｍ以下の直径を有し得る。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、３５μｍ以上６５μｍ以下、例えば、４０μｍ以上６０μｍ以下の直径を有し得る。
【０１８１】
本明細書に開示および記載されたプロセスは、任意のピッチを有する貫通ビアで使用され得ることが理解されるべきである。具体的には、本明細書に開示および記載された実施形態に従ってガラスまたはガラスセラミック物品を加熱することによって、貫通ビアのピッチに関係なく、半径方向クラックを最小化または排除することができる。さらに、貫通ビアのピッチは、基板の貫通ビアの直径に依存する。しかしながら、貫通ビアの直径が約５０μｍであるいくつかの実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、６０μｍ以上８００μｍ以下、例えば、１００μｍ以上７５０μｍ以下、１５０μｍ以上７００μｍ以下、２００μｍ以上６５０μｍ以下、２５０μｍ以上６００μｍ以下、３００μｍ以上５５０μｍ以下、３５０μｍ以上５００μｍ以下、または４００μｍ以上４５０μｍ以下のピッチを有し得る。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、６０μｍ以上１４０μｍ以下、例えば、６０μｍ以上１３０μｍ以下、６０μｍ以上１２０μｍ以下、６０μｍ以上１１０μｍ以下、６０μｍ以上１００μｍ以下、６０μｍ以上９０μｍ以下、６０μｍ以上８０μｍ以下、または６０μｍ以上７０μｍ以下のピッチを有し得る。
【０１８２】
本明細書に開示および記載されたプロセスは、任意の深さを有する貫通ビアで使用され得ることが理解されるべきである。具体的には、本明細書に開示および記載された実施形態に従ってガラスまたはガラスセラミック物品を加熱することによって、貫通ビアの深さに関係なく、半径方向クラックを最小化または排除することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、５０μｍ以上６００μｍ以下、例えば、７５μｍ以上５７５μｍ以下、１００μｍ以上５５０μｍ以下、１２５μｍ以上５２５μｍ以下、１５０μｍ以上５００μｍ以下、１７５μｍ以上４７５μｍ以下、２００μｍ以上４５０μｍ以下、２２５μｍ以上４２５μｍ以下、２５０μｍ以上４００μｍ以下、２７５μｍ以上３７５μｍ以下、または３００μｍ以上３５０μｍ以下の深さを有し得る。実施形態では、銅メタライズ貫通ビアは、２００μｍ以上４００μｍ以下、例えば、２００μｍ以上３７５μｍ以下、２００μｍ以上３５０μｍ以下、２００μｍ以上３２５μｍ以下、２００μｍ以上３００μｍ以下、２００μｍ以上２７５μｍ以下、２００μｍ以上２５０μｍ以下、または２００μｍ以上２２５μｍ以下の深さを有し得る。
【０１８３】
本明細書に開示および記載されたプロセスに従って製造された銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品は、倍率５０倍以上で見たときに、熱処理後に半径方向クラックを含み得ない。
【０１８４】
貫通ビアのヘリウム気密性
充填された貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性を向上させるために組み合わせることができる構造および方法を含む様々な実施形態がある。例えば、上述のビア形状、部分接着、共形コーティング（共形コーティングの厚さを含む）、部分接着、熱サイクル、および金属コネクタを有する基板を使用することで、ビアを含むガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性を向上させることができる。上記の実施形態を組み合わせることにより達成されるヘリウム気密性は、従来のビアを含むガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性を大幅に上回るものである。
【０１８５】
充填貫通を有するガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性を試験するために、熱衝撃試験および高加速寿命試験（ＨＡＳＴ）を実施した。ここで使用される熱衝撃試験は、ガラスまたはガラスセラミック基板を−４０℃まで冷却し、ガラスまたはガラスセラミック基板を１２５℃まで急速に加熱することを含む。これは、熱衝撃試験の１つの「サイクル」を含む。ガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性は、衝撃試験の多数のサイクルの後に試験した。さらに、ガラスまたはガラスセラミック基板を１３０℃の温度および８５％の相対湿度に数百時間曝露することによって、ガラスまたはガラスセラミック基板に対してＨＡＳＴを実施した。ガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性は、様々な熱衝撃サイクルおよび何時間ものＨＡＳＴの後に、ヘリウム気密性試験技術を用いて試験した。本明細書で使用されるように、１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）のベースラインヘリウム気密性を超えると故障とみなされる。別の言い方をすれば、本明細書に記載されたガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性は、所定の熱衝撃サイクル数および／または何時間ものＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下である。
【０１８６】
実施形態によれば、充填ビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板は、１０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、例えば１２００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、１４００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、１５００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、１８００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、２０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、２２００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、２５００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、２８００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性、または３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。本明細書で使用されるように、そして３０００回の熱衝撃サイクルを例として使用した場合、「３０００回の熱衝撃サイクル後」とは、３０００回の熱衝撃サイクルを行い、言及した気密性をガラスまたはガラスセラミック基板が有することを意味する。
【０１８７】
上述したように、充填ビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板のヘリウム気密性もまた、何時間ものＨＡＳＴ後に測定される。実施形態では、貫通ビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板は、１００時間のＨＡＳＴ後、例えば、１２０時間のＨＡＳＴ後、１５０時間のＨＡＳＴ後、１８０時間のＨＡＳＴ後、２００時間のＨＡＳＴ後、２２０時間のＨＡＳＴ後、２５０時間のＨＡＳＴ後、２８０時間のＨＡＳＴ後、３００時間のＨＡＳＴ後、３２０時間のＨＡＳＴ後、３５０時間のＨＡＳＴ後、３８０時間のＨＡＳＴ後、４００時間のＨＡＳＴ後、４２０時間のＨＡＳＴ後、４５０時間のＨＡＳＴ後、４８０時間のＨＡＳＴ後、５００時間のＨＡＳＴ後、５２０時間のＨＡＳＴ後、５５０時間のＨＡＳＴ後、５８０時間のＨＡＳＴ後、または６００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する。本明細書で使用されるように、そして１００時間を例として使用した場合、「１００時間のＨＡＳＴ後」とは、１００時間のＨＡＳＴを行い、言及した気密性をガラスまたはガラスセラミック基板が有することを意味する。
【実施例】
【０１８８】
実施形態は、以下の実施例によってさらに明らかにされる。
【０１８９】
実施例１
一例として、まず、スパッタリングを用いてＴｉ／Ｃｕをシーラント層として成膜した。次に、無電解Ｃｕ成膜を行って連続シード層を形成した。ＴＧＶサンプルは、ＳＣ１洗浄プロセスを経て、接着層としてシランを塗布した。無電解銅成膜は、触媒としてＰｄ／Ｓｎコロイドと還元剤としてホルムアルデヒドを用い、市販の「上村無電解（Ｕｙｅｍｕｒａ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ）」浴中で行った。シード層の厚さは約４００ｎｍであった。
【０１９０】
シード層の成膜に続いて、ＴＧＶ基板をＣｕで電気めっきした。まず、ビア内部の導電性を良好かつ均一にするために、市販のカパラシドＴＰ浴を用いて銅の共形めっきを行った。共形めっき層の厚さは約３μｍであった。次に、ＮＴＢＣ添加浴を用いてメタライゼーションを行った。浴組成は、０．８８ＭのＣｕＳＯ４、４５ｐｐｍ（４５×１０−６）のＮＴＢＣ、０．５６ＭのＨ２ＳＯ４、４５ｐｐｍ（４５×１０−６）のＣｌ−イオンであった。めっきは、１．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度で行った。このプロセスを用いてメタライズされたＴＧＶのＸ線ＣＴスキャンを図９に示す。全てのＴＧＶは、図２の本発明の物品の概略図に似た構造でメタライズされている。図１０Ａ〜Ｃでは、めっき厚さプロファイルを検証するＳＥＭ画像が提供される。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、コーティング厚さが約８μｍであると同時に、ビアの中心部はＣｕで完全に塞がれていることが明らかである（図１０Ｃ）。
【０１９１】
実施例２
少なくとも９０モル％のシリカを含むガラス基板において完全に充填された円筒形のボトムアップ電気めっき銅メタライズ貫通ビアを使用した。ボトムアップ電気めっきにより貫通ビアに銅を充填した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）を使用して銅の余剰めっき層を除去した。その後、基板を１４ｍｍ×１４ｍｍのダイサイズにダイシングし、ダイ面積を１９６ｍｍ２とした。各ダイには、４列の銅メタライズ貫通ビアアレイが含まれており、合計９５２個の銅メタライズ貫通ビアが形成されていた。銅メタライズ貫通ビアの直径、ピッチおよび深さは、それぞれ５０μｍ、１００μｍおよび３００μｍであった。次いで、サンプルを室温（約２５℃）までオーブン冷却する前に、異なる加熱速度を用いて最高温度４２０℃までアニール処理に供した。図１７Ａは、６．５℃／分、８．７℃／分、１３．０℃／分、および２６．０℃／分の実質的に一定の加熱速度を有する４つのサンプルのアニールプロファイルをグラフ化したものである。図１７Ｂは、２．３℃／分の平均加熱速度と変動加熱速度を有するアニールプロファイルをグラフ化したものである。したがって、２．３℃／分から２６．０℃／分までの加熱速度を研究し、それらの全詳細を表３に示している。
【０１９２】
【表３】
2021521635.tif 000009
【０１９３】
平均加熱速度が２．３℃／分であり、６０分間の間の一定温度保持を有する試験条件を除き、４２０℃で３０分間の間の一定温度保持を全ての試験条件において使用した。オーブン冷却により達成される冷却は変化させず、これには約１２０分かかった。
【０１９４】
アニール処理後、ダイの光学検査を行い、半径方向クラック形成に対するランプ速度の依存関係について調べた。異なる昇温速度に対するダイ上のクラックの数をカウントし、各試験条件におけるクラック密度を下記の式を用いて算出した。クラックは光学顕微鏡で５０倍〜５００倍の倍率で観察した。各加熱速度の研究には、１つのサンプルを使用した。
【０１９５】
クラック密度＝クラックの数／ダイ面積  （３）
クラックが生じる温度を決定するために、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）温度依存性研究を行った。この研究では、サンプルを２０．５℃／分のランプ速度で４２０℃まで加熱した。その場イメージングシステムを使用することにより、同じ特定のビアセットの画像が１０秒ごとに温度の関数として取得され、クラックが生じる温度を決定するためにこれらを後で分析した。
【０１９６】
さらに、Ｚｙｇｏトポグラフィー測定法を使用して、使用したアニール加熱速度に対して発生した銅突出部の数を測定した。この測定結果に基づいて、銅突出部の高さを決定した。
【０１９７】
図１８は、２６．０℃／分の加熱／昇温速度を有するサンプルの５０倍光学画像を示す。この高速加熱速度を使用すると、サンプルにクラックが形成されることが観察された。半径方向クラックは、隣接する銅メタライズ貫通ビアからのクラックとリンクして、半径方向クラックのネットワークを形成していることがわかったように、サンプル全体にクラックチェーンを形成していることを示している。１４ｍｍ×１４ｍｍのダイ上に発生した半径方向クラックの総数は３７５個で、生じたクラック密度は１ｍｍ２あたり１．９１個のクラック数であった。
【０１９８】
加熱速度を１３．０℃／分および８．７℃／分に落としても、半径方向クラックの形成が続いた。１３．０℃／分の加熱速度で形成されたクラックは、図１９Ａ（５０倍）および図１９Ｂ（２００倍）に示す。８．７℃／分の加熱速度で形成されたクラックは、図２０Ａ（５０倍）、図２０Ｂ（５００倍）に示す。しかしながら、クラックの数は有意に連続的に減少していることが観察された。１３．０℃／分の加熱速度では半径方向クラックの総数はわずか８個であり、８．７℃／分の加熱速度ではクラックの総数はわずか４個であり、それぞれ０．０４個のクラック数／ｍｍ２と０．０２個のクラック数／ｍｍ２のクラック密度が得られた。
【０１９９】
しかしながら、６．５℃／分の加熱速度では、図２１Ａ（５０倍）および図２１Ｂ（２００倍）に示すように、クラックは観察されなかった。同様に、図２２（２００倍）に示すように、平均加熱速度２．３℃／分の変動加熱速度を用いてアニールしたサンプルでは、クラックは観察されなかった。
【０２００】
下記の表４は、上記の試験の結果を要約したものである。
【０２０１】
【表４】
2021521635.tif 000010
【０２０２】
表４に示した結果をまとめると、８．７℃／分未満の加熱速度では半径方向クラックは最小となり、８．７℃／分以上の加熱速度では加熱の増加に伴ってダイ上の半径方向クラックの数が増加することが観察された。しかしながら、８．７℃／分未満の加熱速度ではクラックの数は最小であり、最終的に６．５℃／分以下の加熱速度ではクラックは発生しなかった。このことは、半径方向クラックの形成が時間依存性の現象であることを明確に示している。
【０２０３】
さらに、クラック密度を表４に示すように算出し、図２３にグラフで示した。クラック密度は、使用したアニール加熱速度に応じて指数関数的に増加することがわかった。図２３は、半径方向クラックの形成は速度依存性の現象であることを明確に示している。このことからも、半径方向クラックの形成は、銅とその周囲のガラスマトリックスとのＣＴＥのミスマッチから生じる応力を動因としていることがわかる。このように、６．５℃／分以下の加熱速度ではクラックが発生しないことから、銅メタライズ貫通ビアにおいて、速度制御された応力緩和メカニズムが十分に活性化していることが示唆される。さらに、８．７℃／分未満の加熱速度では、限られた量のクラックしか観察されないため、これは、８．７℃／分未満の加熱速度では、銅メタライズ貫通ビアの応力が低くなることで、ガラスに誘起される応力が低くなり、ガラスにクラックが発生するのに必要な臨界応力の閾値を下回っていることを意味している。
【０２０４】
図２４Ａ〜図２４Ｃは、銅メタライズ貫通ビアのその場温度依存性の画像である。目視により、３１７℃で半径方向クラックは観察されなかった（図２４Ａ）。しかしながら、１０秒後には、左から３番目の銅メタライズ貫通ビアからクラックが伝播することが観察され、これは３２１℃の温度に対応している（図２４Ｂ）。温度をさらに上昇させた結果、図２４Ｃに示すように、６０秒後には、隣接する銅メタライズ貫通ビア（すなわち、左から４番目の銅メタライズ貫通ビア）に最終的に結び付くまで、クラックが成長した。半径方向クラックは、最初は３２１℃で観察されたが、試験プロトコルの設定に基づき、より低い温度で発生した可能性がある。例えば、画像は１０秒ごとにのみ撮影した。
【０２０５】
応力緩和メカニズムの活性をより十分に理解するために、図２５に示すように、アニール後の銅突出部をアニール加熱速度に対して測定することにより、更なる実験的な研究を行った。銅突出部は面外非弾性変形である。これは、加熱中に銅と周囲のガラス基板とのＣＴＥがミスマッチであるために、銅に高い圧縮応力が蓄積されることで発生する。銅突出部は、銅の塑性変形とヒロック形成との組み合わせである。塑性変形は、銅の降伏強度に達したことにより発生し、温度の上昇とともに減少する。一方、ヒロック形成は、粒界すべり（ＧＢＳ）現象によりＣｕ結晶粒が優先的に面外に変位する現象である。ＧＢＳは拡散制御されたメカニズムである応力緩和メカニズムであり、その結果、境界界面と平行に、１つの結晶粒が別の結晶粒上を近似的に並進することになる。ＧＢＳは、並進の際の結晶粒の垂直方向の変位により、銅突出部の形成をもたらす。
【０２０６】
図２５では、加熱時間の増加に伴って銅突出部の高さが増加すること、すなわち、加熱速度の減少に伴って銅突出部の高さが増加することを測定した。例えば、加熱速度２６．０℃／分での銅突出部の量は４００ｎｍであったが、加熱速度６．５℃／分では、銅突出部の高さは約１１００ｎｍであった。図２５は、使用したアニール加熱速度に銅突出部が強く依存していることを示している。表２および図２５に基づき、銅突出部の増加は、形成された半径方向クラックの数を減少させることになると推察することができる。これは、加熱時間の増加または加熱速度の減少に伴い、応力緩和メカニズムの活性が増加するためである。ＧＢＳは、速度制御された応力緩和メカニズムであり、マイクロボイドの形成も伴うことが知られており、このように、その活性はアニール加熱速度の低下に伴って増加する。このことは、８．７℃／分未満の昇温速度、例えば６．５℃／分以下の昇温速度を使用した場合、ＧＢＳと塑性変形の活性は、銅の蓄積応力を十分に緩和し、半径方向クラックの形成に必要な臨界応力閾値を下回る値にすることを意味している。
【０２０７】
実施例３
熱衝撃試験は、図２および図３に示すように、共形めっきされたビアを充填した４枚の異なるガラスウェーハ（ウェーハ１、ウェーハ２、ウェーハ３およびウェーハ４）について実施した。この共形めっきは、電気めっきによって達成され、ガラスウェーハは少なくとも９０モル％のシリカを含んでいた。各サンプルを熱衝撃試験に供し、ここで、熱衝撃サイクルは、ガラスウェーハを−４０℃まで冷却し、次いで、各温度で１０分間の滞留時間（または保持）を伴って２０秒間で１２５℃まで加熱することを含む。メタライズガラスウェーハのヘリウム気密性は、２５０回のサイクル間隔（例えば、２５０サイクル、５００サイクル、７５０サイクルなど）でヘリウムリーク気密性試験を用いて試験した。ヘリウムリーク試験は、２．３ｅ−３Ｔｏｒｒ（３０６．６Ｐａ）の真空下にウェーハを置いて実施した。次いで、メタライズガラスウェーハの上面にヘリウムを噴霧し、市販のヘリウム検出器ゲージを用いて、メタライズガラスウェーハを透過するヘリウム透過率（上面から下面まで）を決定した。熱衝撃試験は、ビアが充填されたガラスウェーハのヘリウム気密性が１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）を超えた時点で終了した。図２６に示すように、本実施例で試験したメタライズ貫通ビア付きガラスウェーハの４枚すべてが、少なくとも２２５０回の熱衝撃サイクルで１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満のヘリウム気密性を維持していた。さらに、ウェーハ３は、少なくとも３２５０回の熱衝撃サイクルの間、１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満のヘリウム気密性を維持することができた。これらの例は、本明細書に開示および記載された実施形態に従って調製された充填ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板が、多くの熱衝撃サイクルの後でも良好なヘリウム気密性を有することを示している。
【０２０８】
ウェーハ１、ウェーハ２およびウェーハ４についても、ウェーハのヘリウム気密性が１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）を超えるまで、１３０℃の温度および８５％の相対湿度に数時間曝露する高加速寿命試験（ＨＡＳＴ）に供した。ガラスウェーハのヘリウム気密性を、１００時間の間隔（例えば、１００時間、２００時間、３００時間など）で、上述したようにヘリウムリークヘリウム気密性試験を用いて実施した。図２７に示すように、３枚のウェーハすべてが、少なくとも２００時間にわたって１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を維持することができた。さらに、ウェーハ３は、少なくとも３００時間にわたって１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を維持することができ（すなわち、ウェーハ３は、３００時間〜４００時間の間のＨＡＳＴのある時点で１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）を超えるヘリウム気密性を有していた）、ウェーハ４は、６００時間にわたって１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を維持することができた。これらの例は、本明細書に開示および記載された実施形態に従って調製された充填ビアを有するガラスおよびガラスセラミック基板が、何時間ものＨＡＳＴの後ですら良好なヘリウム気密性を有することを示している。
【０２０９】
結論
ここで使用される「実質的に〜成る」という移行句は、請求項の範囲を、特許請求された発明の特定の材料またはステップ「および基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を与えないもの」に限定している。
【０２１０】
当業者であれば、本明細書に記載された様々な実施形態に多くの変更を加えても、有益な結果を得えられることを認識し、理解するであろう。また、本実施形態の所望の利益のいくつかは、他の特徴を利用することなく、特徴のいくつかを選択することによって得られることが明らかになるであろう。したがって、当業者であれば、多くの改変および適応が可能であり、特定の状況では望ましい場合すらあり、本開示の一部であることを認識するであろう。したがって、本開示は、特に指定しない限り、開示された特定の組成物、物品、装置、および方法に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためのものであり、限定することを意図していないことを理解されたい。図面に示された特徴は、本明細書の選択された実施形態を説明するものであり、必ずしも適切な縮尺で描写されているわけではない。これらの図面上の特徴は例示的なものであり、限定することを意図していない。
【０２１１】
別段の明示がない限り、本明細書に記載されているいかなる方法も、そのステップが特定の順序で行われることを要求するものとして解釈されることを意図するものではない。したがって、方法の請求項が、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、またはステップが特定の順序に限定されることを特許請求の範囲または明細書に特に明記されていない場合、いかなる特定の順序も推論されることを意図するものではない。
【０２１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０２１３】
実施形態１  
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板と、
前記ビアを気密封止する前記ビア内に配置された金属コネクタと
を含む物品であって、ここで、
前記物品は、１０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、前記熱衝撃サイクルの各々は、前記物品を−４０℃の温度まで冷却し、前記物品を１２５℃の温度まで加熱することを含み、かつ
前記物品は、１３０℃の温度および８５％の相対湿度で１００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、
物品。
【０２１４】
実施形態２  
前記ビアが、
内面と、
第１の軸線方向部分、第２の軸線方向部分および第３の軸線方向部分と、
前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記内面に配置された接着層と
を含み、ここで、
前記第２の軸線方向部分は、前記軸線方向寸法に沿って前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置されており、
前記接着層は、前記第２の軸線方向部分の前記内面に配置されておらず、ここで、
前記金属コネクタは、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記接着層に接着されており、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、前記第１のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第１の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面をコートして第２のキャビティを画定し、前記第２のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第２の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記第１のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記第２のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアの軸線方向長さの少なくとも１０％で前記ビアを完全に充填する、
実施形態１記載の物品。
【０２１５】
実施形態３  
前記物品が、３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、実施形態１または２記載の物品。
【０２１６】
実施形態４  
前記物品が、３００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の物品。
【０２１７】
実施形態５  
前記物品が、２０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、かつ２００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、実施形態１から４までのいずれか１つ記載の物品。
【０２１８】
実施形態６  
前記物品が、３０００回の熱衝撃サイクル後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有し、かつ３００時間のＨＡＳＴ後に１．０×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下のヘリウム気密性を有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の物品。
【０２１９】
実施形態７  
前記ビアが１０〜２００μｍの直径を有する、実施形態１から６までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２０】
実施形態８  
前記ビアが４０〜６０μｍの直径を有する、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２１】
実施形態９  
前記ビアが１０μｍ〜２ｍｍの長さを有する、実施形態１から８までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２２】
実施形態１０  
前記ビアが１５０μｍ〜５００μｍの長さを有する、実施形態１から９までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２３】
実施形態１１  
前記ビアが２４０μｍ〜３６０μｍの長さを有する、実施形態１から１０までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２４】
実施形態１２  
前記第１の軸線方向部分が、前記ビアの長さの２％〜４０％の長さを有し、
前記第２の軸線方向部分が、前記ビアの深さの２％〜４０％の長さを有し、かつ
前記第３の軸線方向部分が、前記ビアの深さの２０％〜９６％の長さを有する、
実施形態２から１１までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２５】
実施形態１３  
前記第１の軸線方向部分が、前記ビアと前記第１の主面との交差部を含み、かつ
前記第２の軸線方向部分が、前記ビアと前記第２の主面との交差部を含む、
実施形態２から１２までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２６】
実施形態１４  
前記接着層が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の全周に沿って配置されている、実施形態２から１３までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２７】
実施形態１５  
前記基板が材料を含み、前記材料は、酸化物ベースで５０モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む、実施形態１から１４までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２８】
実施形態１６  
前記材料が、酸化物ベースで９０モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む、実施形態１から１５までのいずれか１つ記載の物品。
【０２２９】
実施形態１７  
前記接着層が、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＷ、Ｗおよびそれらの組み合わせを含む、実施形態１から１６までのいずれか１つ記載の物品。
【０２３０】
実施形態１８  
前記金属コネクタが実質的に銅から成る、実施形態１から１７までのいずれか１つ記載の物品。
【０２３１】
実施形態１９  
前記ビアが、
前記第１の主面における第１の直径と、
前記第２の主面における第２の直径と、
前記第１の主面と前記第２の主面との間のビア腰部と
を有し、ここで、前記ビア腰部は、前記ビアの軸線方向長さに沿って最小直径を有し、かつ前記ビア腰部の直径は、前記第１の直径の７５％以下であり、前記ビア腰部の直径は、前記第２の直径の７５％以下である、実施形態２から１８までのいずれか１つ記載の物品。
【０２３２】
実施形態２０  
前記第１のキャビティ長さに沿った各点において、前記コーティング厚さは、前記第１の主面における前記ビア直径の５％〜４０％であり、
前記第２のキャビティ長さに沿った各点において、前記コーティング厚さは、前記第２の主面における前記ビア直径の５％〜４０％である、
実施形態２から１９までのいずれか１つ記載の物品。
【０２３３】
実施形態２１  
物品を製造する方法であって、前記物品が、
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板
を含み、ここで、前記ビアは、
内面と、
第１の軸線方向部分、第２の軸線方向部分および第３の軸線方向部分と、
前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記内面に配置された接着層と、
前記ビア内に配置された金属コネクタと
を画定し、ここで、
前記第２の軸線方向部分は、前記軸線方向寸法に沿って前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置されており、
前記接着層は、前記第２の軸線方向部分の前記内面に配置されておらず、
前記金属コネクタは、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記接着層に接着されており、ここで、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、前記第１のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第１の主面におけるビア直径の５０％未満であり、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面をコートして第２のキャビティを画定し、前記第２のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第２の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記第１のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記第２のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアの軸線方向長さの少なくとも１０％で前記ビアを完全に充填し、
前記方法は、
ライン・オブ・サイト技術を使用して、前記ビアの軸線方向長さの方向とは異なる成膜角度で、前記接着層を前記ビアの内面の前記第１の部分および前記第３の部分に成膜するステップを含む、方法。
【０２３４】
実施形態２２  
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板
を含む物品であって、
ここで、前記ビアは、
内面と、
第１の軸線方向部分、
第２の軸線方向部分、および
第３の軸線方向部分と、
前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記内面に配置された接着層と、
前記ビア内に配置された金属コネクタと
を画定し、ここで、
前記第２の軸線方向部分は、前記軸線方向寸法に沿って前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置されており、
前記接着層は、前記第２の軸線方向部分の前記内面に配置されておらず、
前記金属コネクタは、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記接着層に接着されており、ここで、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、前記第１のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第１の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第２のキャビティを画定し、前記第２のキャビティの軸線方向長さに沿った各位置におけるコーティング厚さが、前記第２の主面における前記ビア直径の５０％未満であり、
前記第１のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記第２のキャビティ長さは、前記ビアの軸線方向長さの５％〜４５％であり、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアの軸線方向長さの少なくとも１０％で前記ビアを完全に充填する、物品。
【０２３５】
実施形態２３  
前記ビアが１０〜２００μｍの直径を有する、実施形態２２記載の物品。
【０２３６】
実施形態２４  
前記ビアが４０〜６０μｍの直径を有する、実施形態２３記載の物品。
【０２３７】
実施形態２５  
前記ビアが１０μｍ〜２ｍｍの長さを有する、実施形態２２から２４までのいずれか１つ記載の物品。
【０２３８】
実施形態２６  
前記ビアが２４０μｍ〜３６０μｍの直径を有する、実施形態２５記載の物品。
【０２３９】
実施形態２７  
前記第１の軸線方向部分が、前記ビアの長さの２％〜４０％の長さを有し、
前記第２の軸線方向部分が、前記ビアの深さの２％〜４０％の長さを有し、かつ
前記第３の軸線方向部分が、前記ビアの深さの２０％〜９６％の長さを有する、
実施形態２２から２６までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４０】
実施形態２８  
前記第１の軸線方向部分が、前記ビアと前記第１の主面との交差部を含み、かつ
前記第２の軸線方向部分が、前記ビアと前記第２の主面との交差部を含む、
実施形態２２から２７までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４１】
実施形態２９  
前記接着層が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の全周に沿って配置されている、実施形態２２から２８までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４２】
実施形態３０  
前記基板が材料を含み、前記材料は、酸化物ベースで５０モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む、実施形態２２から２９までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４３】
実施形態３１  
前記材料が、酸化物ベースで７５モル％〜１００モル％のＳｉＯ２を含む、実施形態３０記載の物品。
【０２４４】
実施形態３２  
前記接着層がＴｉを含む、実施形態２２から３１までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４５】
実施形態３３  
前記金属コネクタが実質的に銅から成る、実施形態２２から３２までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４６】
実施形態３４  
前記金属コネクタが前記ビアを気密封止する、実施形態２２から３３までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４７】
実施形態３５  
前記ビアが、
前記第１の主面における第１の直径と、前記第２の主面における第２の直径と、
前記第１の主面と前記第２の主面との間のビア腰部と
を有し、ここで、
前記ビア腰部は、前記ビアの軸線方向長さに沿った最小直径を有し、
前記ビア腰部の直径は、前記第１の直径の７５％以下であり、かつ
前記ビア腰部の直径は、前記第２の直径の７５％以下である、
実施形態２２から３４までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４８】
実施形態３６  
前記第１のキャビティ長さに沿った各点において、前記コーティング厚さが、前記第１の主面における前記ビア直径の５％〜４０％であり、かつ前記第２のキャビティ長さに沿った各点において、前記コーティング厚さが、前記第２の主面における前記ビア直径の５％〜４０％である、実施形態２２から３５までのいずれか１つ記載の物品。
【０２４９】
実施形態３７  
ライン・オブ・サイト技術を使用して、前記ビアの軸線方向長さの方向とは異なる成膜角度で、前記接着層を前記ビアの前記内面の前記第１の部分および前記第３の部分に成膜する、実施形態２２から３６までのいずれか１つ記載の物品。
【０２５０】
実施形態３８  
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面、ならびに前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向寸法の軸線方向長さにわたって前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアを有するガラスまたはガラスセラミック基板
を含む物品であって、ここで、前記ビアは、
内面と、
第１の軸線方向部分、第３の軸線方向部分、および前記軸線方向寸法に沿って前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置された第２の軸線方向部分と、
前記内面上に配置されたヘリウムハーメチック接着層と
前記ビア内に配置された金属コネクタと
を画定し、ここで、前記金属コネクタは、前記ヘリウムハーメチック接着層に接着されており、ここで、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第１のキャビティを画定し、ここで、前記金属コネクタは、前記第１の主面において１２μｍ未満のコーティング厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの内面をコートして第２のキャビティを画定し、ここで、前記金属コネクタは、前記第２の主面において１２μｍ未満のコーティング厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアを完全に充填する、物品。
【０２５１】
実施形態３９  
前記金属コネクタが、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分において１２μｍ未満の平均コーティング厚さを含む、実施形態３８記載の物品。
【０２５２】
実施形態４０  
前記第１の主面における前記ビア内のコーティング厚さと前記第２の主面における前記ビア内のコーティング厚さとが、それぞれ前記第２の軸線方向部分におけるコーティング厚さよりも小さい、実施形態３８または３９記載の物品。
【０２５３】
実施形態４１  
前記第１のキャビティ長さと前記第２のキャビティ長さとが、それぞれ前記ビアの軸線方向長さの３％以上かつ前記ビアの軸線方向長さの９７％以下である、実施形態３８から４０までのいずれか１つ記載の物品。
【０２５４】
実施形態４２  
前記ビアが、前記第１の主面における第１の直径と、前記第２の主面における第２の直径と、前記第２の軸線方向部分における第３の直径とを有し、かつ前記第３の直径が、前記第１の直径および前記第２の直径よりも小さい、実施形態３８から４１までのいずれか１つ記載の物品。
【０２５５】
実施形態４３  
前記第１の直径と前記第２の直径とが、それぞれ３０μｍ以上８０μｍ以下である、実施形態４２記載の物品。
【０２５６】
実施形態４４  
前記第１の直径と前記第２の直径とが、それぞれ４０μｍ以上６０μｍ以下である、実施形態４３記載の物品。
【０２５７】
実施形態４５  
前記第１の直径と前記第２の直径とが、それぞれ４５μｍ以上５５μｍ以下である、実施形態４４記載の物品。
【０２５８】
実施形態４６  
前記第３の直径が１０μｍ以上４０ｍ以下である、実施形態３８から４５までのいずれか１つ記載の物品。
【０２５９】
実施形態４７  
前記第３の直径が１７μｍ以上２０ｍ以下である、実施形態４６記載の物品。
【０２６０】
実施形態４８  
前記第３の直径が１８μｍ以上２０ｍ以下である、実施形態４７記載の物品。
【０２６１】
実施形態４９  
前記第３の直径と前記第１の直径との比および前記第３の直径と前記第２の直径との比が１：６以下である、実施形態３８から４８までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６２】
実施形態５０  
前記第１の主面における前記ビア内の前記コーティング厚さと前記第２の主面における前記ビア内の前記コーティング厚さとが、それぞれ前記第３の直径の１／２未満である、実施形態３８から４９までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６３】
実施形態５１  
前記ヘリウムハーメチック接着層が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分の前記内面に配置されており、かつ前記ヘリウムハーメチック接着層が、前記第２の軸線方向部分の前記内面に配置されていない、実施形態３８から５０までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６４】
実施形態５２  
前記ヘリウムハーメチック接着層が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の全周に沿って配置されている、実施形態５１記載の物品。
【０２６５】
実施形態５３  
前記ヘリウムハーメチック接着層が、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＷ、Ｗおよびそれらの組み合わせを含む、実施形態３８から５２までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６６】
実施形態５４  
前記ヘリウムハーメチック接着層が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する、実施形態３８から５３までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６７】
実施形態５５  
前記金属コネクタが実質的に銅から成る、実施形態３８から５４までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６８】
実施形態５６  
前記金属コネクタが前記ビアを気密封止する、実施形態３８から５５までのいずれか１つ記載の物品。
【０２６９】
実施形態５７  
前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティのうちの少なくとも一方が、銅ではない１種以上の材料で充填されている、実施形態３８から５６までのいずれか１つ記載の物品。
【０２７０】
実施形態５８  
４５０℃の温度に加熱され、２３℃の温度に冷却される前と後の前記物品にはクラックがなく、ヘリウム透過率が１０−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓ（０．１×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ）未満である、実施形態３８から５７までのいずれか１つ記載の物品。
【０２７１】
実施形態５９  
前記基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態３８から５８までのいずれか１つ記載の物品。
【０２７２】
実施形態６０  
ガラス物品を製造する方法であって、
ガラスまたはガラスセラミック基板を通って延びるビアの内面の一部にヘリウムハーメチック接着層を成膜するステップであって、前記基板は、第１の主面および前記第１の主面と反対側の第２の主面と、前記第１の主面から前記第２の主面まで軸線方向において前記基板を通して延びる少なくとも１つのビアとを有し、前記ビアは、第１の軸線方向部分と、第３の軸線方向部分と、前記第１の軸線方向部分と前記第３の軸線方向部分との間に配置された第２の軸線方向部分とを含み、ここで、前記ヘリウムハーメチック接着層は、前記ビアの前記内面上に成膜される、ステップと、
金属塩および金属析出抑制剤を含む電気めっき浴を用いて、前記ビアの前記第１の軸線方向部分、前記第２の軸線方向部分、および前記第３の軸線方向部分に金属コネクタを成膜するステップと
を含み、ここで、
前記金属コネクタは、前記ヘリウムハーメチック接着層に接着されており、
前記金属コネクタは、前記第１の主面から第１のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面をコートして第１のキャビティを画定し、前記第１の主面におけるコーティング厚さが１２μｍ未満であり、
前記金属コネクタは、前記第２の主面から第２のキャビティ長さまでの前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面をコートして第２のキャビティを画定し、前記第２の主面におけるコーティング厚さが１２μｍ未満であり、
前記金属コネクタは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に前記ビアを完全に充填する、方法。
【０２７３】
実施形態６１  
前記金属コネクタのめっき速度が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分よりも前記第２の軸線方向部分の方が高い、実施形態６０記載の方法。
【０２７４】
実施形態６２  
前記金属塩が銅塩を含む、実施形態６０または６１記載の方法。
【０２７５】
実施形態６３  
前記金属コネクタを成膜するステップが、１．５ｍＡ／ｃｍ２以上５ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度で電流を流すステップを含む、実施形態６０から６２までのいずれか１つ記載の方法。
【０２７６】
実施形態６４  
前記金属析出抑制剤が、塩化ニトロブルーテトラゾリウム（ＮＴＢＣ）、メチルチアゾールテトラゾリウム（ＭＴＴ）、または塩化テトラニトロブルーテトラゾリウム（ＴＮＢＴ）を含む、実施形態６０から６３までのいずれか１つ記載の方法。
【０２７７】
実施形態６５  
前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティのうちの少なくとも一方を、銅ではない１種以上の材料で充填するステップをさらに含む、実施形態６０から６２までのいずれか１つ記載の方法。
【０２７８】
実施形態６６  
前記ヘリウムハーメチック接着層が、前記第１の軸線方向部分および前記第３の軸線方向部分における前記ビアの前記内面上に成膜されており、かつ前記ヘリウムハーメチック接着層が、前記第２の軸線方向部分における前記ビアの前記内面上に成膜されていない、実施形態６０から６５までのいずれか１つ記載の方法。
【０２７９】
実施形態６７  
銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップであって、前記第１の温度は２００℃以上３００℃以下であり、かつ前記第２の温度は３５０℃以上４５０℃以下である、ステップ
を含み、ここで、
前記第１の温度から前記第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超８．７℃／分未満である、プロセス。
【０２８０】
実施形態６８  
前記第１の温度から前記第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱を行っても、前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品に半径方向クラックが生じない、実施形態６７記載のプロセス。
【０２８１】
実施形態６９  
前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を室温から前記第１の温度まで加熱するステップをさらに含む、実施形態６７または６８記載のプロセス。
【０２８２】
実施形態７０  
室温から前記第１の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超８．７℃／分未満である、実施形態６７から６９までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８３】
実施形態７１  
前記第１の温度が２２５℃以上２７５℃以下である、実施形態６７から７０までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８４】
実施形態７２  
前記第２の温度が３７５℃以上４２５℃以下である、実施形態６７から７１までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８５】
実施形態７３  
前記第１の温度から第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱中の平均加熱速度が１．０℃／分以上６．５℃／分以下である、実施形態６７から７２までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８６】
実施形態７４  
前記第１の温度から第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱中の平均加熱速度が実質的に一定である、実施形態６７から７３までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８７】
実施形態７５  
前記第１の温度から第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱中の平均加熱速度が変動する、実施形態６７から７４までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８８】
実施形態７６  
前記プロセスがさらに、前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上１時間以下の間、前記第１の温度で保持するステップを含む、実施形態６７から７５までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２８９】
実施形態７７  
前記プロセスがさらに、前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上１時間以下の間、前記第２の温度で保持するステップを含む、実施形態６７から７６までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９０】
実施形態７８  
前記第１の温度から第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記加熱が、前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を、１０分以上４５分以下の間、一定温度に保持するステップを含む、実施形態６７から７７までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９１】
実施形態７９  
前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の直径が２５μｍ以上７５μｍ以下である、実施形態６７から７８までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９２】
実施形態８０  
前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記貫通ビアのピッチが６０μｍ以上８００μｍ以下である、実施形態６７から７９までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９３】
実施形態８１  
前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の前記貫通ビアの深さが５０μｍ以上６００μｍ以下である、実施形態６７から８０までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９４】
実施形態８２  
前記ガラスまたはガラスセラミック物品が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態６７から８１までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０２９５】
実施形態８３  
前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品を第１の温度から第２の温度まで加熱するステップであって、前記第１の温度は２４０℃以上２６０℃以下であり、かつ前記第２の温度は４００℃以上４５０℃以下である、ステップ
を含み、ここで、
前記第１の温度から第２の温度までの前記銅メタライズ貫通ビアを含むガラスまたはガラスセラミック物品の加熱中の平均加熱速度が０．０℃／分超６．５℃／分以下である、プロセス。
【０２９６】
実施形態８４  
ガラスまたはガラスセラミック基板であって、前記ガラスまたはガラスセラミック基板を厚さ方向に貫通する少なくとも１つの貫通ビアを含む、ガラスまたはガラスセラミック基板と、
前記少なくとも１つの貫通ビアに存在する銅と
を含む、ガラスまたはガラスセラミック物品であって、ここで、
前記ガラスまたはガラスセラミック物品が、４５０℃以下のアニール後に半径方向クラックを含まない、ガラスまたはガラスセラミック物品。
【０２９７】
実施形態８５  
前記ガラスまたはガラスセラミック基板が少なくとも９０モル％のシリカを含む、実施形態８４記載のガラスまたはガラスセラミック物品。
【０２９８】
実施形態８６  
前記ガラスまたはガラスセラミック基板の少なくとも１つのホールの直径が２５μｍ以上７５μｍ以下である、実施形態８４または８５記載のガラスまたはガラスセラミック物品。
【０２９９】
実施形態８７  
前記ガラスまたはガラスセラミック基板の前記少なくとも１つの貫通ビアのピッチが６０μｍ以上８００μｍ以下である、実施形態８４から８６までのいずれか１つ記載のプロセス。
【０３００】
実施形態８８  
前記ガラスまたはガラスセラミック基板の前記少なくとも１つの貫通ビアの深さが５０μｍ以上６００μｍ以下である、実施形態８４から８７までのいずれか１つ記載のプロセス。
【図１】
2021521635.tif 000011
【図２】
2021521635.tif 000012
【図３】
2021521635.tif 000013
【図４】
2021521635.tif 000014
【図５Ａ】
2021521635.tif 000015
【図５Ｂ】
2021521635.tif 000016
【図６】
2021521635.tif 000017
【図７】
2021521635.tif 000018
【図８】
2021521635.tif 000019
【図９】
2021521635.tif 000020
【図１０Ａ】
2021521635.tif 000021
【図１０Ｂ】
2021521635.tif 000022
【図１１】
2021521635.tif 000023
【図１２Ａ】
2021521635.tif 000024
【図１２Ｂ】
2021521635.tif 000025
【図１２Ｃ】
2021521635.tif 000026
【図１３】
2021521635.tif 000027
【図１４】
2021521635.tif 000028
【図１５】
2021521635.tif 000029
【図１６】
2021521635.tif 000030
【図１７Ａ】
2021521635.tif 000031
【図１７Ｂ】
2021521635.tif 000032
【図１８】
2021521635.tif 000033
【図１９Ａ】
2021521635.tif 000034
【図１９Ｂ】
2021521635.tif 000035
【図２０Ａ】
2021521635.tif 000036
【図２０Ｂ】
2021521635.tif 000037
【図２１Ａ】
2021521635.tif 000038
【図２１Ｂ】
2021521635.tif 000039
【図２２】
2021521635.tif 000040
【図２３】
2021521635.tif 000041
【図２４Ａ】
2021521635.tif 000042
【図２４Ｂ】
2021521635.tif 000043
【図２４Ｃ】
2021521635.tif 000044
【図２５】
2021521635.tif 000045
【図２６】
2021521635.tif 000046
【図２７】
2021521635.tif 000047
【国際調査報告】
2021521635.tif 000048
2021521635.tif 000049
2021521635.tif 000050
2021521635.tif 000051
2021521635.tif 000052
2021521635.tif 000053
2021521635.tif 000054