具有通孔的玻璃传感器的基材及其形成工艺的制作方法

背景技术：

本公开一般地涉及基于玻璃的基材材料，具体地，涉及具有通孔的基于玻璃的基材材料，所述通孔具有足够尺寸以实现金属化，其可用于传感器布置，例如，便携式电子器件上的指纹传感器。在便携式电子器件(例如，智能手机)中，指纹传感器的使用不断增加。此类传感器通常使用基材层支撑传导层，所述传导层将传感装置(例如，电容传感器)与处理电路(例如，指纹应用专用集成电路(ASIC))相连，所述处理电路配置成接收和处理来自传感装置的传感信号。

技术实现要素：

本公开的一个实施方式涉及用于形成包括可金属化通孔的玻璃传感器基材的工艺。该工艺包括：提供玻璃基材，并且玻璃基材具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面和大于0.3mm的平均厚度。该工艺包括：通过以预定式样在基材上引导激光，产生穿过玻璃基材的多个蚀刻路径。该工艺包括：沿着蚀刻路径，使用基于氢氧化物的蚀刻材料，蚀刻穿过玻璃基材的多个通孔。基于氢氧化物的蚀刻材料优先沿着蚀刻路径蚀刻基材，从而蚀刻材料沿着蚀刻路径的蚀刻速率至少是蚀刻材料在蚀刻路径之外的蚀刻速率的12倍。所述多个通孔中的每一个相对于它们的直径是长的，从而玻璃基材的厚度与所述多个通孔中的每一个的最大直径之比是大于8:1。

本公开的一个额外实施方式涉及玻璃传感器基材，其构造成支撑传感元件和将传感元件与处理电路相连的导电材料。玻璃传感器基材包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。玻璃传感器基材包括位于第一和第二主表面之间的内部区域。玻璃传感器基材包括在第一与第二主表面之间延伸穿过内部区域的多个化学蚀刻通孔。每个通孔具有最大直径和最小直径，以及基材的平均厚度大于0.3mm。所述多个通孔中的每一个的最大直径小于100um。通孔沿着它们的长度没有明显变窄，从而每一个通孔的最小直径与最大直径之比大于0.5，从而允许导电材料填充通孔，在第一主表面与第二主表面之间提供导电路径。

本公开的一个额外实施方式涉及玻璃基材。玻璃基材包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。玻璃基材包括在第一与第二主表面之间延伸的多个通孔，以及每个通孔具有最大直径和最小直径。玻璃基材是多组分玻璃材料，其包含50-75％SiO₂和10-20％碱金属氧化物，其中，碱金属氧化物是Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O中的至少一种。第一主表面与第二主表面之间的平均距离大于0.3mm。第一主表面与第二主表面之间的平均距离与所述多个通孔中的每一个的最大直径之比大于8:1。每个通孔的最小直径与最大直径之比大于0.5。

在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1显示根据一个示例性实施方式，用于形成基于玻璃的基材的工艺图。

图2是根据一个示例性实施方式的基材的透视图。

图3是示意性代表图，其显示根据一个示例性实施方式在基材上形成激光损坏轨迹。

图4显示对于两种基材材料类型和两种蚀刻材料的蚀刻速率与优先蚀刻速率关系图。

图5是根据另一个示例性实施方式，在蚀刻之后具有通孔的基材图像。

图6显示根据一个示例性实施方式，在传感器基材中结合了指纹传感器的装置。

图7显示根据一个示例性实施方式的指纹传感器的示意图。

具体实施方式

如本文所用术语“基于玻璃的”表示玻璃和玻璃陶瓷这两者。

如本文所用术语“通孔”表示孔延伸穿过基材的厚度从第一表面到第二表面。

如本文所用术语“盲孔”表示孔仅部分延伸穿过基材的厚度，从第一表面或第二表面中的一个开始，但是没有以任何方式到达第一表面或第二表面中的另一个。

一般地参见附图，显示和描述了具有孔的基于玻璃的基材和用于形成具有孔的玻璃基材的相关工艺。基于玻璃的基材可用于利用了具有孔的基材的如下应用，包括但不限于：传感器，例如，指纹传感器；半导体器件；射频(RF)装置，例如，天线和开关等；居间层装置；微电子器件；光电子器件；和微电子机械系统(MEMS)装置。本文描述的工艺实现了通过基于氢氧化物的蚀刻工艺，在较厚(例如，厚度大于0.3mm)的玻璃基材材料中形成高长宽比(例如，高的长度-宽度/直径比)的孔。本文所述的基于玻璃的基材是较厚的，并且能够进行强化(例如，化学回火、热回火等)，这提供了牢固、坚固且抗跌落的基材。本文所述的高长宽比孔是足够宽的，和/或沿着它们的长度具有高度一致的宽度，以实现用导电材料填充孔，例如，金属化，这实现了将本文所述的较厚且牢固的基材用于传感应用并且实现了较高信噪比。应理解的是，至少对于一些传感器类型，金属化通孔被用于允许足够的传感信号从传感装置连通通过基材并到达与传感器相关的处理电路。

在一些实施方式中，工艺的开始是将激光(例如，皮秒激光)引导到基材上的多个位置。激光与基材相互作用，以形成穿过基材的多个蚀刻路径或损坏路径。相比于没有与激光发生相互作用的基材的相邻区段，相信激光与基材的相互作用沿着激光路径以具有差别的方式改变了基材的结构和/或化学性。用于形成蚀刻路径/损坏路径的示例性工艺参见美国公开第2015/0166395号所述，其全文通过引用结合入本文。在一些实施方式中，多种基于氢氧化物的蚀刻剂以高度优先蚀刻速率，优先沿着激光损坏轨迹对基材进行蚀刻。这种高度优先蚀刻形成了长且较宽的孔/孔洞，沿着孔的长度具有高度一致的宽度/直径(例如，孔具有低的锥形度，没有明显向其中心压缩等)，这实现了通过有利的低成本工艺进行金属化(例如，通过施加金属糊料的金属化)。相信采用本文所述工艺，可以实现低至5um的最小孔直径与最大孔直径差异。相比较而言，采用基于常规氢氟酸蚀刻所实现的最小孔直径与最大孔直径差异会高至35um。

此外，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻剂还能够以高的绝对蚀刻速率进行蚀刻，从而可以在较低蚀刻时间内形成具有所需直径的通孔。此外，相比于基于常规氢氟酸蚀刻技术，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻工艺提供了较为安全的工艺，因为基于氢氧化物的蚀刻剂倾向于比氢氟酸具有较低毒性、较小挥发性和较小腐蚀性。在各种实施方式中，本文所述的工艺还提供了如本文所述的改进的蚀刻性能，同时相比于常规氢氟酸蚀刻体系，还采用较不复杂且较为廉价的蚀刻体系。例如，至少在一些实施方式中，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻体系没有使用超声或机械振动/振荡来实现优先蚀刻速率。

参见图1，显示了根据一个示例性实施方式的流程图，其显示形成基于玻璃的基材的工艺，显示为工艺10。在步骤12，提供了基于玻璃的基材，例如，基于玻璃的片材或者基于玻璃的晶片。在步骤14，通过以预定式样在基材上引导激光，形成穿过基于玻璃的基材的多个蚀刻路径。在步骤16，通过采用基于氢氧化物的蚀刻材料，通过沿着蚀刻路径进行蚀刻形成了穿过基于玻璃的基材的多个孔。在一些实施方式中，孔全部是通孔；在其他实施方式中，孔全部是盲孔；以及在其他实施方式中，孔是盲孔和通孔的组合。

参见图2，显示根据一个示例性实施方式，在步骤12所提供的基于玻璃的基材的细节图。图2显示基于玻璃的基材，显示为基于玻璃的基材20。基于玻璃的基材20包括第一主表面(显示为下表面22)、第二主表面(显示为上表面24)。玻璃基材20具有厚度，例如，显示为T1的平均厚度。在各种实施方式中，T1大于0.3mm，更具体来说，大于0.5mm。在更具体实施方式中，T1大于0.3mm且小于1.1mm，具体地，大于0.5mm且小于1.1mm。在一个具体示例性实施方式中，T1是0.7mm。通过在至少三点用干涉计测量基于玻璃的基材的厚度并对测量取平均值，来确定平均厚度。

在各种实施方式中，可以从适合经由蚀刻形成通孔的任意玻璃或玻璃陶瓷材料形成基于玻璃的基材20。在一些实施方式中，基材可以是玻璃，以及玻璃可以包括熔融二氧化硅、含碱性玻璃(例如，碱性铝硅酸盐玻璃)、无碱性玻璃(例如，无碱性碱铝硼硅酸盐玻璃)或者层含有不同玻璃组成的层叠玻璃片。在一个具体实施方式中，玻璃基材20是多组分玻璃材料。在各种实施方式中，玻璃基材20是多组分玻璃材料，其包含50-75摩尔％SiO₂和10-20摩尔％碱金属氧化物，其中，碱金属氧化物是Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O中的至少一种。在各种实施方式中，此类多组分玻璃能够经由离子交换过程进行回火，如下文更详细所述。在一些示例性实施方式中，玻璃基材20可以是美国公开专利申请第2012/0111057号所述的任意强化玻璃材料，其全文通过引用结合入本文。在一些示例性实施方式中，玻璃基材20可以是美国公开专利申请第2005/0142364号所述的任意强化玻璃材料，其全文通过引用结合入本文。

在各种实施方式中，本文所述的基于玻璃的基材20可以包括许多组合物。在一个实施方式中，基于玻璃的基材20包括碱性铝硅酸盐玻璃。在一些实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含以下组分、基本由以下组分组成、或者由以下组分组成：60-70摩尔％SiO₂；6-14摩尔％Al₂O₃；0-15摩尔％B₂O₃；0-15摩尔％Li₂O；0-20摩尔％Na₂O；0-10摩尔％K₂O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO₂；0-1摩尔％SnO₂；0-1摩尔％CeO₂；小于50ppm As₂O₃；和小于50ppm Sb₂O₃；其中，12摩尔％≦Li₂O+Na₂O+K₂O≦20摩尔％以及0摩尔％≦MgO+CaO≦10摩尔％。在其他实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含以下组分、基本由以下组分组成、或者由以下组分组成：64摩尔％≦SiO₂≦68摩尔％；12摩尔％≦Na₂O≦16摩尔％；8摩尔％≦Al₂O₃≦12摩尔％；0摩尔％≦B₂O₃≦3摩尔％；2摩尔％≦K₂O≦5摩尔％；4摩尔％≦MgO≦6摩尔％；以及0摩尔％≦CaO≦5摩尔％，其中，66摩尔％≦SiO₂+B₂O₃+CaO≦69摩尔％；Na₂O+K₂O+B₂O₃+MgO+CaO+SrO>10摩尔％；5摩尔％≦MgO+CaO+SrO≦8摩尔％；(Na₂O+B₂O₃)-Al₂O₃≦2摩尔％；2摩尔％≦Na₂O-Al₂O₃≦6摩尔％；以及4摩尔％≦(Na₂O+K₂O)-Al₂O₃≦10摩尔％。在其他实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含以下组分、主要由以下组分组成、或者由以下组分组成：5-50重量％SiO₂；2-20重量％Al₂O₃；0-15重量％B₂O₃；1-20重量％Na₂O；0-10重量％Li₂O；0-10重量％K₂O；和0-5重量％(Mg)+CaO+SrO+BaO)；0-3重量％(SrO+BaO)；以及0-5重量％(ZrO₂+TiO₂)，其中，0≦(Li₂O+K₂O)/Na₂O≦0.5。

在其他实施方式中，以摩尔％计算且批料基于氧化物计算，基于玻璃的基材20是由包含如下组成的玻璃组合物形成的：55-80SiO₂、12-30Al₂O₃、和2-15P₂O₅。在一些实施方式中，基于玻璃的基材20是由包含改性氧化物的玻璃组合物形成的。在一些实施方式中，至少一种改性氧化物选自下组：Y₂O₃、ZrO₂、HfO₂、MgO、CaO、SrO、BaO、As₂O₃、SnO₂、Li₂O、La₂O₃GeO₂、Ga₂O₃、Sb₂O₃、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、BeO、Sc₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、ZnO、CdO、PbO、Bi₂O₃、Gd₂O_3l、Lu₂O₃和/或B₂O₃，总量不超过15摩尔％。在其他实施方式中，所述至少一种改性氧化物选自下组：Y₂O₃、ZrO₂、HfO₂、MgO、CaO、SrO、BaO、As₂O₃、SnO₂、Li₂O、La₂O₃GeO₂、Ga₂O₃、Sb₂O₃、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂O、BeO、Sc₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、ZnO、CdO、PbO、Bi₂O₃、Gd₂O₃、Lu₂O₃和/或B₂O₃，总量不超过7摩尔％。

在各种实施方式中，基材20的宽度或直径(例如，表面22和/或24的宽度或直径)的尺寸足以用作传感器基材。在各种实施方式中，基材20的宽度或直径(对于圆形晶片的情况而言)是25-500mm，具体来说，50-300mm，以及更具体来说，100-200mm。在一个示例性实施方式中，基材20是直径约为150mm和厚度约为0.7mm的碟。

参见图3，显示根据一个示例性实施方式，在步骤14产生蚀刻路径的示意图。如图3所示，激光装置30移动、瞄准或者任意以其他方式进行控制，从而以预定式样将激光32引导到基材20上。激光32与基材20的材料相互作用，并且相信在激光相互作用形成多个蚀刻路径的路径处，形成了穿过基材20的物理或化学变化，显示为激光损坏轨迹34。损坏轨迹34在激光32的传输路径处，延伸穿过一部分或整个基材20，如下文进一步详述，损坏轨迹34提供了用于基材20的优先蚀刻的位点，从而在基材20中形成孔(盲孔和/或通孔)。在一些实施方式中，基于特定的传感器组件和用于基材20将要使用的传感器的处理电路的构造，对损坏轨迹34的式样(进而对蚀刻之后的通孔位置)进行选择。

在各种实施方式中，损坏轨迹34的直径或宽度相比于蚀刻之后的孔的最终尺寸较小。在各种实施方式中，损坏轨迹34的直径是0.05-1um，具有来说，约为0.3um(例如，0.3um加减10％)。

在各种实施方式中，激光32可以是适合形成损坏轨迹34的宽范围的各种激光。在各种实施方式中，对激光32的一个或多个参数(例如，功率、波长、时间等)进行选择或控制，从而基于基材20的一个或多个特性(例如，厚度或玻璃类型)或者基于用于在步骤16中形成通孔的特定蚀刻剂类型，来形成损坏轨迹34。在具体实施方式中，激光32是皮秒线聚焦激光，具体来说，是激光波长为1064nm的皮秒线聚焦激光。

参见图1和图4，显示和描述了蚀刻步骤16。一般地，在形成损坏轨迹34之后，将基材20放入蚀刻剂浴中。在各种实施方式中，蚀刻材料是氢氧化物蚀刻材料，相比于损坏轨迹34之外的区域，其优先蚀刻位于损坏轨迹34位点处的基材20。如图4所示，在此类实施方式中，各种基于氢氧化物的蚀刻材料具有高的优先蚀刻速率。如本文所用，“优先蚀刻速率”指的是位于损坏轨迹34的位点处的基于玻璃的材料的蚀刻速率。如本文所用，“未损坏蚀刻速率”指的是未经受激光损坏的基于玻璃的材料(例如，基于玻璃的材料不在损坏轨迹/蚀刻路径的位点处的区域)的蚀刻速率。

例如，在一些此类实施方式中，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻材料沿着损坏轨迹34的蚀刻材料从基材去除材料的优先蚀刻速率至少是损坏轨迹34外的基材部分经受的未损坏蚀刻速率的12倍。在一些实施方式中，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻材料沿着损坏轨迹34的优先蚀刻速率至少是损坏轨迹34外的基材部分经受的未损坏蚀刻速率的30-70倍。应理解的是，本文所述的高的优先蚀刻速率实现了在较厚基材20中形成孔，并且还实现了形成的通孔没有在穿过基材20的中点处发生明显变窄。应理解的是，高的优先蚀刻速率实现了在基材20中快速形成孔，而没有不必要地从损坏轨迹34外的区域去除过量的基材材料。

除了展现出高的优先蚀刻速率之外，本文所述的氢氧化物蚀刻材料还具有较高的未损坏蚀刻速率。在各种实施方式中，本文所述的基于氢氧化物的蚀刻材料在损坏轨迹34外的区域的未损坏蚀刻速率是0.02-0.25um/分钟。

在各种实施方式中，基于氢氧化物的蚀刻材料可以是任何氢氧化物材料。在具体实施方式中，基于氢氧化物的蚀刻材料是以下至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾和四甲基氢氧化铵，以及在具体实施方式中，这些材料与二醇和醇中的至少一种形成水性混合物。在各种实施方式中，蚀刻材料的氢氧化物浓度至少为0.5M。在各种实施方式中，蚀刻材料可以是氢氧化钠或氢氧化钾，浓度为1-19.5M。在具体实施方式中，在蚀刻过程中，蚀刻材料维持在大于60摄氏度的温度，具体来说，在蚀刻过程中维持在60-175摄氏度，以及更具体来说，在蚀刻过程中维持在60-120摄氏度。

在各种实施方式中，相信由于本文所述工艺所能够实现的高的优先蚀刻速率和高的未损坏蚀刻速率，本公开的工艺形成了穿过较厚基材的高长宽比通孔，同时将总加工时间维持在令人满意的低水平。在各种实施方式中，本文所述工艺的总蚀刻时间小于24小时，具体来说，小于20小时，以及在至少一些实施方式中，小于10小时。在一个示例性实施方式中，证实了采用本文所述工艺，无需机械振动或超声，可以在短至3小时内形成穿过基材20的通孔。在各种实施方式中，本文所述工艺的总蚀刻时间是2周和三小时之间，以及在具体实施方式中，本文所述工艺的总蚀刻时间是4天。

例如，图4显示对于两种蚀刻材料和两种不同基材材料，未损坏蚀刻速率(单位是um/分钟)与优先蚀刻速率(单位是um/分钟)的关系图。在一个示例性实施方式中，材料组成A表示如下组合物，以氧化物计，其具有：69.11摩尔％SiO₂；10.19摩尔％Al₂O₃；15.09摩尔％Na₂O；0.01摩尔％K₂O；5.48摩尔％MgO；0.005摩尔％TiO₂；0.01摩尔％Fe₂O₃；0.01摩尔％ZrO₂；和0.13摩尔％SnO₂，以及材料编号EXG表示Eagle玻璃。如图4所示，采用3M NaOH蚀刻材料和12M NaOH蚀刻材料，以不同蚀刻速率蚀刻两种基材材料。图4显示，一般地，在本申请的工艺中，随着未损坏蚀刻速率下降，优先蚀刻速率增加，如图4的曲线所示。

在一个替代实施方式中，工艺10可以包括两个蚀刻步骤。第一蚀刻步骤是基于氢氧化物的蚀刻步骤，例如，上文所述的步骤16。在该实施方式中，在第一蚀刻步骤期间，使用低蚀刻速率提供非常高的优先蚀刻速率，如图4的未损坏蚀刻速率与优先蚀刻速率之间的关系所示。该第一高优先蚀刻速率步骤用于沿着损坏轨迹34打开通孔。然后，增加未损坏蚀刻速率，使得通孔快速膨胀至所需直径。在各种实施方式中，通过增加氢氧化物蚀刻剂浓度和/或温度，增加在第二蚀刻步骤期间的未损坏蚀刻速率。在另一个实施方式中，第二蚀刻步骤可以采用具有较高蚀刻速率的蚀刻剂，例如氢氟酸。

参见图5，显示根据一个示例性实施方式，在蚀刻之后的基材20的细节图。如所示，在蚀刻之后，基材20包括多个孔，显示为通孔40，其以任意方式延伸通过表面22和24之间的基材以及穿过基材内部区域44。如上文所述，在一些实施方式中，孔40可以是通孔、盲孔，或其组合。如所示，通孔40具有较高长宽比(例如，它们的长度与它们的最大直径之比)。在各种实施方式中，孔40的长宽比大于8:1，具体来说，大于10:1，以及更具体来说，大于12:1。应理解的是，当孔40是延伸了基材20的整个厚度的通孔时，通孔40的长度基本等于所述不同厚度T1，如本文所述。还应理解的是，当孔40是盲孔时，孔的长度会小于基材的厚度。用干涉计测量孔的长度。通过用光学显微镜对孔进行成像，并计算与孔边缘的最小二乘拟合圆(least-squares best fit circle)来测量孔的直径。

在各种实施方式中，孔40在沿其长度的各点的直径足够大，以容纳导电材料，例如，金属化材料(例如，金属化糊料)，但是还足够小，从而不对基材的完整性或强度造成明显损害。在一些实施方式中，可以采用任意已知技术用导电材料填充孔，包括但不限于：喷溅、无电镀覆和/或电解镀覆，化学气相沉积等。导电材料可以是例如：铜、银、铝、钛、金、铂、镍、钨、镁，或者任意其他合适的材料。在各种实施方式中，孔40具有小于100um的最大直径(显示为D1)和大于或等于40um的最小直径(显示为D2)。

在各种实施方式中，形成的孔40使得它们在沿着它们的长度的不同点的直径是较为一致的。在一些实施方式中，孔40沿着它们位于表面22和24之间的长度没有明显变窄或者呈锥形，以及该结构是本文所述工艺的蚀刻速率的结果。在各种实施方式中，孔40没有明显呈锥形，从而D2与D1之比大于0.5。在具体实施方式中，通孔40构建成使得D2与D1之比为0.8-1，具体来说，0.9-1，以及更具体来说，0.92-0.98。

如图5所示，孔40被内表面42所限定。在各种实施方式中，内表面42具有的一个或多个表面特性不同于通过氢氟酸、通过机械钻孔或者通过激光钻孔形成的孔的表面。在各种实施方式中，孔40的内表面42是明显光滑的，从而内表面42的峰谷差小于6um，以及更具体来说，3-6um。在各种实施方式中，孔40的内表面42没有呈明显锥形，从而沿着孔40的长度的锥度小于20％。在各种实施方式中，至少相比于通过氢氟酸蚀刻的表面，内表面42是羟基富集表面。

除了本文所述的结构和蚀刻工艺改进之外，还可对基材20进行回火以提供某些应用(例如，智能手机传感器应用)中希望的强度增加和耐粉碎性。在各种实施方式中，对基材20进行回火，从而基材与表面22和24相邻的区域处于压缩应力，以及在一些此类实施方式中，基材20的中心区域处于拉伸应力。应理解的是，这些不同应力增加了基材20的强度和耐粉碎性。

在各种实施方式中，在基材20的表面22和24处的压缩应力大于100MPa，以及在具体实施方式中，大于500MPa。在一个实施方式中，基材20可以通过加热和快速冷却过程进行热回火。在另一个实施方式中，可以通过例如通过表面离子交换过程对基材20进行化学回火。应理解的是，化学回火使得靠近表面的基材中的小离子(例如，Na离子)与较大离子(例如，K离子)发生替换，以及所存在的较大离子产生了表面压缩应力。在一些此类实施方式中，压缩应力层的深度距离表面22和24至少为10um，以及在一些此类实施方式中，在每个表面处的表面压缩应力大于500MPa。在至少一些实施方式中，相信除了在表面22和24处形成的压缩应力之外，限定了孔40的内表面42和相邻区域处于压缩应力。在至少一些实施方式中，此类压缩应力可以为孔40提供强化和/或耐用性。通过表面应力计(FSM)，采用日本折原实业有限公司(Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan))制造的商业仪器例如FSM-6000，来测量表面处的压缩应力。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃碟的方法)来测量SOC，题为“Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient(测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文。取决于离子交换处理，可以通过FSM或散射光偏光镜(SCALP)测量压缩应力层的深度。当通过将钾离子交换进入玻璃基制品，在玻璃基制品中产生应力时，使用FSM来测量压缩应力层深度。当通过将钠离子交换进入玻璃基制品，在玻璃基制品中产生应力时，使用SCALP来测量压缩应力层深度。当通过将钾离子和钠离子这两者交换进入玻璃基制品中，在玻璃基制品中产生应力时，通过SCALP测量压缩应力深度，因为相信钠的交换深度表示了压缩应力层的深度，以及钾离子的交换深度表示了压缩应力的大小的变化(而不是应力从压缩变化至拉伸)；在此类玻璃基制品中，钾离子的交换深度通过FSM测量。

如本文所述的基材20可用于宽范围的各种电子基材应用，具体来说，用于传感器基材应用。在一个具体实施方式中，如图6所示，基材20可用作指纹传感器50、电子器件52(例如，手机、平板、电脑、计算机和导航系统等)的基材。图6显示消费者电子器件52，其包括：具有前表面54、后表面55和侧表面56的外壳53；(未示出的)电子组件，其至少部分位于或者完全位于外壳内并且至少包括控制器、存储器和位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻的指纹传感器或者触摸屏和显示器58；以及位于外壳的前表面或者在外壳的前表面上方的覆盖基材59，从而使其位于显示器上方。在具体实施方式中，指纹传感器50包括位于基材20的通孔40内的含金属导电材料。第一和第二再分布层位于表面22和24上，以及电容传感阵列与第一再分布层相连。在具体实施方式中，指纹传感ASIC与第二再分布层相连，从而由传感阵列产生的信号通过基材并与ASIC连通。

在各种实施方式中，基材20可以支撑特定应用所需的宽范围的各种额外层或涂层。在指纹传感实施方式中，基材20可以支撑一层或多层有色层、静电放电层和硬涂层。

图7显示根据一个示例性实施方式的传感器阵列(例如，指纹传感器60)的例子。通常来说，传感器60使用基于玻璃的基材，例如，基材20。各层62位于基材20的指纹侧64上，以及各层66位于基材20的电路侧68上。图7显示层62和66的细节，以及显示单个示例性金属化通孔40与层62和66电连接。构造成对与传感的指纹相关信号进行处理的ASIC芯片70经由导体或电缆72与层66相连。如上文所述，基材20提供了牢固基材，用于支撑层62和66，同时允许孔40提供层62与66之间的传导性。

在至少一些实施方式中，本文所述的基材和相关工艺提供了相对于不同传感器基材的许多改进。例如，相信基材20比聚合物基材更牢固、更为刚性且更具有耐划痕性和耐开裂性，此外，基材20的强度允许在传感器的指纹侧上使用更薄的硬涂层，这实现了指纹传感器更好的信噪比。相比于蓝宝石传感器基材，相信基材20还具有较低的成本。因为基材20是由基于玻璃的材料形成的，其可以进行回火(热回火或化学回火)，改善传感器的跌落性能。高长宽比、较宽的通孔40允许使用低成本金属化，通过施涂金属糊料而不是经由广泛的气相沉积或者多步骤电沉积进行金属化。

此外，本文所述的激光损坏和氢氧化物蚀刻工艺的组合能够从多组分玻璃材料(而不是诸如熔融二氧化硅之类的纯二氧化硅材料)形成传感器基材。此外，在至少一些实施方式中，本文所述的工艺避免了使用有害的氢氟酸。此外，相信本文所述的工艺比使用机械或激光钻孔的系统更为高效和/或具有较低的基建成本。

实施例

在一个示例性实施方式中，采用上文所述的皮秒激光技术，在由上文所列出的组合物A形成的0.7mm厚、150mm直径的玻璃晶片中初始形成损坏轨迹。损坏式样是基于晶片要使用的传感器的传感器阵列和/或ASIC的。然后将这些晶片以6.4mm的间距放入加工载具中。然后将加工载具浸入85摄氏度的6M氢氧化钠浴中，持续3天。然后从碱性浴中取出载具，用大量去离子水冲洗。之后，晶片使用100％KNO₃，在390摄氏度的温度进行3.5小时离子交换。这导致强化基材，其中，孔打开至进入直径为80微米和最小直径为65-75微米。然后采用薄膜和涂层技术，将余下的传感器组件图案化至基材上，产生所需的产品。

在另一个示例性实施方式中，通过在90摄氏度的6M NaOH中蚀刻8小时，在组成A玻璃的0.7mm厚区段中形成11微米直径的通孔。这些孔的长宽比超过60:1，后续可以蚀刻形成腰比例大于95％的孔。相对于孔的最小直径(“腰”)与孔的最大直径计算腰比例。

第1个方面包括用于在具有第一主表面和相对第二主表面的基于玻璃的基材中形成孔的方法，所述方法包括：通过以预定式样在基材上引导激光，产生从玻璃基材的第一主表面开始延伸的多个蚀刻路径；以及采用基于氢氧化物的蚀刻材料，沿着蚀刻路径蚀刻多个孔，所述多个孔从玻璃基材的第一主表面开始延伸；其中，所述基于氢氧化物的蚀刻材料优先沿着蚀刻路径蚀刻基材，从而蚀刻材料沿着蚀刻路径的蚀刻速率至少是蚀刻材料在蚀刻路径外的蚀刻速率的12倍。

根据第1个方面的第2个方面，其中，所述多个孔的每一个的孔长度与孔最大直径之比大于8:1。

根据第1或第2个方面的第3个方面，其中，所述多个孔中的至少一个是通孔。

根据第1个至第3个方面中的任一项的第4个方面，其中，所述多个孔中的至少一个是盲孔。

根据第1个至第4个方面中的任一项的第5个方面，其中，激光是皮秒激光。

根据第1个至第5个方面中的任一项的第6个方面，其中，所述多个孔中的每一个的最大直径小于100um，以及每个孔的最小直径与最大直径之比大于0.5。

根据第1个至第6个方面中的任一项的第7个方面，其还包括用导电材料填充所述多个孔。

根据第1个至第7个方面中的任一项的第8个方面，其中，基于玻璃的基材包含50-75摩尔％SiO₂和10-20摩尔％碱金属氧化物，其中，碱金属氧化物是Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O中的至少一种。

根据第1个至第8个方面中的任一项的第9个方面，其还包括在蚀刻之后对玻璃基材进行回火，从而第一主表面和第二主表面处于压缩应力，其中，在第一和/或第二主表面处的压缩应力至少是100MPa。

根据第9个方面的第10个方面，其中，回火步骤包括通过离子交换对玻璃基材进行化学回火，从而化学强化层从第一和第二主表面延伸，其中，每层化学强化层的深度大于10um，以及其中，第一和/或第二主表面处的压缩应力至少是500MPa。

根据第1个至第10个方面中的任一项的第11个方面，其中，基于氢氧化物的蚀刻材料的氢氧化物浓度至少为0.5M且在蚀刻步骤期间维持在大于60摄氏度的温度，以及其中，基于氢氧化物的蚀刻材料优先沿着蚀刻路径对基材进行蚀刻，从而蚀刻材料沿着蚀刻路径的蚀刻速率至少是蚀刻材料在蚀刻路径外的蚀刻速率的30倍。

根据第1个至第11个方面中的任一项的第12个方面，其中，基于氢氧化物的蚀刻材料包括：氢氧化钠、氢氧化钾和四甲基氢氧化铵中的至少一种与二醇和醇中的至少一种形成水性混合物。

根据第1个至第12个方面中的任一项的第13个方面，其中，基于玻璃的材料的平均厚度大于0.3mm。

根据第1个至第13个方面中的任一项的第14个方面，其中，基于玻璃的材料是玻璃。

根据第1个至第13个方面中的任一项的第15个方面，其中，基于玻璃的材料是玻璃陶瓷。

第16个方面包括基于玻璃的基材，其包括：第一主表面；与第一主表面相对的第二主表面；位于第一和第二主表面之间的内部区域；以及从第一主表面延伸进入内部区域的多个孔，每个孔具有最大直径和最小直径；其中，基材的平均厚度大于0.3mm；其中，所述多个孔的每一个的最大直径小于100um；以及其中，每个孔的最小直径与最大直径之比大于0.5。

根据第16个方面的第17个方面，其中，每个孔的最小直径大于或等于40um，以及其中，每个通孔的最小直径与最大直径之比大于0.8且小于1。

根据第16个或第17个方面的第18个方面，其中，每个孔的长度与每个孔的最大直径之比大于8:1。

根据第18个方面的第19个方面，其中，每个孔的长度大于0.5mm且小于1.1mm，以及其中，每个孔的长度与每个孔的最大直径之比大于10:1。

根据第16个至第19个方面中的任一项的第20个方面，其中，基材包含50-75摩尔％SiO₂和10-20摩尔％碱金属氧化物，其中，碱金属氧化物是Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O中的至少一种。

根据第16个至第20个方面中的任一项的第21个方面，其中，基材是经回火玻璃材料，其中，第一主表面和第二主表面处于压缩应力，以及其中，第一和/或第二表面处的压缩应力至少为100MPa。

根据第16个至第21个方面中的任一项的第22个方面，其中，基材是具有从第一和第二主表面开始延伸的化学强化层的化学回火玻璃材料，其中，化学强化层的深度大于10um，以及其中，第一和/或第二主表面处的压缩应力至少是500MPa。

根据第16个至第22个方面中的任一项的第23个方面，其还包括：位于孔中的导电材料；位于第一主表面上的第一再分布层；位于第二主表面上的第二再分布层；以及与第一再分布层相连的电容传感阵列。

根据第16个至第23个方面中的任一项的第24个方面，其中，所述多个孔中的至少一个是通孔。

根据第16个至第24个方面中的任一项的第25个方面，其中，所述多个孔中的至少一个是盲孔。

第26个方面包括玻璃基材，其包括：第一主表面；与第一主表面相对的第二主表面；在第一和第二主表面之间延伸的多个通孔，每个通孔具有最大直径和最小直径；以及多组分玻璃材料，其包含：50-75摩尔％SiO₂和10-20摩尔％碱金属氧化物，其中，碱金属氧化物是Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O中的至少一种；其中，第一主表面与第二主表面之间的平均距离大于0.3mm；其中，第一主表面与第二主表面之间平均距离与所述多个通孔中的每一个的最大直径之比大于8:1；其中，每个孔的最小直径与最大直径之比大于0.5。

根据第26个方面的第27个方面，其中，第一主表面与第二主表面之间的平均距离大于0.5mm且小于1.1mm，其中，通孔的最大直径小于100um，以及其中，第一主表面与第二主表面之间的平均距离与每个通孔的最大直径之比大于10:1。

根据第26个或第27个方面的第28个方面，其中，基材是具有从第一和第二主表面开始延伸的化学强化层的化学回火玻璃材料，其中，每层化学强化层的深度大于10um，以及其中，第一和第二主表面处于压缩应力，且第一和/或第二主表面处的压缩应力至少是100MPa。

第29个方面包括消费者电子产品，其包括：具有前表面、背表面和侧表面的外壳；提供成至少部分位于外壳内的电子组件，电子组件至少包括控制器、存储器、指纹传感器和显示器，显示器提供成位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的第16个方面至第25个方面中的任一项的基于玻璃的基材，其中，所述多个孔用导电材料填充，所述导电材料为指纹传感器提供传导路径。

第30个方面包括消费者电子产品，其包括：具有前表面、背表面和侧表面的外壳；提供成至少部分位于外壳内的电子组件，电子组件至少包括控制器、存储器、指纹传感器和显示器，显示器提供成位于外壳的前表面或者与外壳的前表面相邻；以及布置在显示器上方的第26个方面至第28个方面中的任一项的玻璃基材，其中，所述多个通孔用导电材料填充，所述导电材料为指纹传感器提供传导路径。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。此外，如本文所用冠词“一个”旨在包括一个或者不止一个组分或元素，并且并不旨在理解为表示仅一个。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不背离所示实施方式的精神或范围的情况下作出各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所揭示的实施方式的融合了实施方式的精神和实质的各种改良、组合、子项组合和变化，应认为所揭示的实施方式包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。