TW201815710A

TW201815710A - 具有經填充之孔洞的經強化玻璃系物件及製造其之方法

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Publication number: TW201815710A
Application number: TW106128389A
Authority: TW
Inventors: 金宇輝; 伊凱特瑞納阿拉克珊羅芙納庫珊可娃
Original assignee: 美商康寧公司
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2018-05-01
Also published as: JP2019528236A; WO2018044661A1; CN109661381A; KR20190049769A; US20190177215A1

Abstract

揭示一種具有玻璃系基板的玻璃系物件，玻璃系基板包括第一表面、相對第一表面的第二表面、形成在第一表面中的至少一孔洞、及在壓縮應力下的一區，此壓縮應力從第一表面延伸至玻璃系基板中的壓縮深度DOC₁ ，其中在此區中的壓縮應力在第一表面處最大。一種電氣傳導材料安置在此至少一孔洞中，其中此至少一孔洞的截面面積與電氣傳導材料的截面面積差異為0.1%或更小。

Description

具有經填充之孔洞的經強化玻璃系物件及製造其之方法

本申請案依據專利法主張2016年8月31日提出申請之美國臨時專利申請案第62/381740號之優先權權益，其全部內容在此以引用之方式併入本文。

本發明關於具有以電氣傳導材料填充的至少一孔洞之經強化玻璃系物件及其製造方法。

帶有顯示器的消費者電子裝置通常具有由玻璃系材料製成的經強化蓋基板。具有透過蓋基板的導電路徑的能力會改善消費者電子裝置的某些面向的功能性，例如，當指紋感測器定位在蓋基板下方時。然而，帶有導電路徑的經強化蓋基板的製造處理已經受到挑戰，由於強化帶有孔洞的基板之處理與以電氣傳導材料填充孔洞的不相容。因此，存在著創造具有以電氣傳導材料填充之孔洞的經強化玻璃系物件的需求。

第一態樣是包括玻璃系基板的玻璃系物件，此玻璃系基板包含第一表面、相對於第一表面的第二表面、形成在第一表面中的至少一孔洞、及在壓縮應力下的一區，此壓縮應力從第一表面延伸至玻璃系基板中的壓縮深度DOC₁ ，其中在此區中的壓縮應力於第一表面處最大；以及安置在此至少一孔洞中的電氣傳導材料，其中此至少一孔洞的截面面積與電氣傳導材料的截面面積差異0.1%或更小。

根據第一態樣的第二態樣，其中電氣傳導材料的熱膨脹係數(CTE)高於玻璃系基板的CTE。

根據第一或第二態樣的第三態樣，其中在第一表面處的玻璃系基板的壓縮應力大於或等於約100 MPa。

根據第一至第三態樣任一者的第四態樣，其中在第一表面處的玻璃系基板的壓縮應力在約100 MPa至約1200 MPa的範圍中。

根據第一至第四態樣任一者的第五態樣，其中此至少一孔洞是從第一表面延伸至第二表面的通孔。

根據第一至第五態樣任一者的第六態樣，其中此至少一孔洞是盲孔。

根據第一至第六態樣任一者的第七態樣，其中電氣傳導材料是選自由銅、銀、鋁、鈦、金、鉑、鎳、鎢及鎂所構成的群組。

根據第一至第七態樣任一者的第八態樣，其中DOC₁ 是至少20 μm。

根據第一至第八態樣任一者的第九態樣，進一步包含從第二表面延伸至第二壓縮深度DOC₂ 的壓縮應力的第二區。

根據第九態樣的第十態樣，進一步包含位在壓縮應力區之間的中央伸張區。

根據第一至第十態樣任一者的第十一態樣，其中此玻璃系基板是玻璃。

根據第一至第十一態樣任一者的第十二態樣，其中此玻璃系基板是玻璃-陶瓷。

第十三態樣是包括外殼的消費者電子產品，此外殼具有前表面、背表面及側表面；電子部件被至少部分地提供在此外殼內，電子部件包括至少一控制器、記憶體、指紋感測器、及顯示器，此顯示器被提供在外殼的前表面處或鄰近於外殼的前表面；以及安置在此顯示器上方的第一至第十二態樣任一者的玻璃系物件，其中電氣傳導材料提供指紋感測器的導電路徑。

第十四態樣是生產玻璃系物件的方法，包括執行玻璃系基板的第一離子交換，此玻璃系基板包含第一表面、相對於第一表面的第二表面、及形成在第一表面中的至少一孔洞，以創造在壓縮應力下的一區，此壓縮應力從第一表面延伸至玻璃系基板中的壓縮深度DOC；在離子交換此玻璃系基板之後，以電氣傳導材料填充此至少一孔洞；以及在填充此至少一孔洞之後，執行此玻璃系基板的第二離子交換。

根據第十四態樣的第十五態樣，其中第二離子交換的持續期間比第一離子交換的持續期間短。

根據第十五態樣的第十六態樣，其中第一離子交換的持續期間在從約5小時至約11小時的範圍中，而第二離子交換的持續期間在從約10分鐘至約45分鐘的範圍中。

根據第十四至第十六態樣任一者的第十七態樣，進一步包含在填充之後與執行第二離子交換之前，加熱此玻璃系基板。

根據第十四至第十七態樣任一者的第十八態樣，進一步包含在執行第一離子交換之後與填充之前，將塗層安置在此至少一孔洞的側壁上，其中此塗層避免電氣傳導材料與玻璃系基板之間的元素遷移。

根據第十四至第十八態樣任一者的第十九態樣，其中此至少一孔洞是從第一表面延伸至第二表面的通孔。

根據第十四至第十九態樣任一者的第二十態樣，其中此至少一孔洞是盲孔。

根據第十四至第二十態樣任一者的第二十一態樣，其中電氣傳導材料是選自由銅、銀、鋁、鈦、金、鉑、鎳、鎢及鎂所構成的群組。

根據第十四至第二十一態樣任一者的第二十二態樣，其中玻璃系基板是玻璃或玻璃-陶瓷。

額外特徵及優點將在隨後的詳細說明中說明，且部分地從說明書或藉由實行本文所述的具體例，包括隨後的實施方式、申請專利範圍、以及隨附圖式而認知的，對於本領域的熟習技藝者會是顯而易見的。

將理解到前述概要說明與隨後的詳細說明僅為範例性，且意於提供理解申請專利範圍的本質與特性的概觀或框架。隨附圖式被包括以提供進一步理解，且被併入並構成本說明書的一部分。繪示一或更多具體例的圖式，與說明書一同做為解釋各種具體例的原理及操作。

現在將詳細參照本發明的較佳具體例，具體例的實例繪示在隨附圖式中。儘可能地，將使用相同的元件符號指稱圖式中相同或類似部件。

大體上，本文描述一種具有至少一孔洞(通孔或盲孔，或前述的結合)的玻璃系物件，其中此至少一孔洞以電氣傳導材料填充。此玻璃系物件具有在壓縮應力下的至少一區，壓縮應力從玻璃系物件的一表面延伸至壓縮應力層的一深度，其中此壓縮應力在此表面處最大。又，孔洞的截面面積與電氣傳導材料的截面面積差異0.1%或更小。在表面處具有最大壓縮應力提供機械強度並提供抵抗由尖銳撞擊或掉落造成的斷裂。具有孔的截面面積與電氣傳導材料的截面面積差異0.1%或更小意味有著最小空間失配，且從而最小化電氣傳導材料從玻璃系材料分層(delamination)的可能性。在某些具體例中，達成這些特徵(即在表面處的最大壓縮應力及孔與電氣傳導材料的截面面積之間的空間失配為0.1%或更小)可藉由在填充此至少一孔洞之前，離子交換玻璃系基板第一時間，接著以電氣傳導材料填充此至少一孔洞，隨後在填充此至少一孔洞之後，離子交換玻璃系基板第二時間。

圖1繪示範例玻璃系物件100，具有玻璃系基板102，帶有第一表面104、相反第二表面106、及厚度t。在本文使用時，用語「玻璃系」包括玻璃與玻璃-陶瓷兩者。在某些具體例中，玻璃系基板102可被強化，使其具有在壓縮應力(CS)下的第一區108，壓縮應力從第一表面104延伸至壓縮深度(DOC)DOC₁ 。在某些具體例中，在第一區108中的壓縮應力在第一表面104處最大。在某些具體例中，玻璃系基板102亦可具有在壓縮應力下的第二區110，壓縮應力從第二表面106延伸至壓縮深度DOC₂ 。在某些具體例中，在第二區110中的壓縮應力在第二表面106處最大。在某些具體例中，玻璃系基板102的中央區112從DOC₁ 延伸至DOC₂ 且在中央張力下。

玻璃系基板102亦可具有形成在第一表面104中並延伸進入基板102之內部的至少一孔洞114。在某些具體例中，如圖1所示，孔洞114可為從第一表面104延伸至第二表面106的通孔。在其他具體例中，孔洞108可為盲孔，其從第一表面104延伸某段距離進入基板102，但不透過整個路徑穿透至第二表面106。在某些具體例中，僅會有通孔。在其他具體例中，僅會有盲孔。在又其他具體例中，會有通孔與盲孔的結合。在某些具體例中，至少一孔洞114具有側壁113。在某些具體例中，玻璃系基板102可經強化，使得其具有在壓縮應力(CS)下的第三區115，壓縮應力從側壁113延伸至壓縮深度DOC₃ 。在某些具體例中，DOC₃ 小於DOC₁ 及/或DOC₂ 。在其他具體例中，DOC₃ 等於DOC₁ 及/或DOC₂ 。

在某些具體例中，可以電氣傳導材料116填充孔洞114。在某些具體例中，孔洞114的截面面積與電氣傳導材料116的截面面積差異0.1%或更小、0.09%或更小、0.08%或更小、或0.07%或更小。孔洞的截面面積(A_hole )與電氣傳導材料的截面面積(A_con )差異0.1%或更小，若(A_hole – A_con )/( A_hole ) ≤ 0.001。A_hole 及A_con 是使用掃描式電子顯微鏡於表面處所量測。

玻璃系基板102可包括任何玻璃系材料，其為可離子交換以被化學強化。在某些具體例中，玻璃系材料是鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃或包含鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。在某些具體例中，玻璃系基板102的厚度t可為2 mm或更小、1.5 mm或更小、1 mm或更小、0.9 mm或更小、0.8 mm或更小、0.7 mm或更小、0.6 mm或更小、0.5 mm或更小、0.4 mm或更小、0.3 mm或更小、或0.2 mm或更小。在某些具體例中，玻璃系基板102的厚度t可在從0.1 mm至2 mm、0.1 mm至1.5 mm、0.1 mm 至1 mm、0.2 mm至2 mm、0.2 mm至1.5 mm、0.2 mm至1 mm、0.5 mm至2 mm、或 0.5 mm至1.5 mm的範圍中。儘管玻璃系基板102在圖1中顯示為平坦的，此僅為範例性的。在某些具體例中，玻璃系基板102可為曲線的、彎曲的、或被塑形為三維的。

第一與第二區108、110中的壓縮應力分別以第一與第二表面104、106下的深度之函數而變化。圖2是在第一區108及/或第二區110中的壓縮應力輪廓的範例圖解表示，其中壓縮應力在y軸上而深度在x軸上。在某些具體例中，如圖2所示，壓縮應力在表面處最大。在某些具體例中，在第一及/或第二表面104、106處的壓縮應力是至少100百萬帕斯卡(MPa)、至少200 MPa、至少300 MPa、至少400 MPa、至少500 MPa、至少600 MPa、至少700 MPa、至少800 MPa、至少900 MPa、至少1,000 MPa、至少1,100 MPa、或至少1,200 MPa。在某些具體例中，在表面處的壓縮應力可在從100 MPa至1,200 MPa、從100 MPa至1,000 MPa、400 MPa至1,200 MPa、從400 MPa至1,000 MPa、從500 MPa至1,200 MPa、從500 MPa至1,000 MPa、從600 MPa至1,200 MPa、從600 MPa至1,000 MPa、從700 MPa至1,200 MPa、或從700 MPa至1,000 MPa的範圍中。在某些具體例中，第一區108及/或第二區的DOC是至少20 µm、至少30 µm、至少40 µm, 、至少50 µm、至少60 µm、至少70 µm、至少80 µm、至少90 µm、或至少100 µm。在某些具體例中，第一區108及/或第二區的DOC是在從20 µm至100 µm、30 µm至100 µm、40 µm至100 µm、50 µm至100 µm、60 µm至100 µm、70 µm至100 µm、或80 µm至100 µm的範圍中。在某些具體例中，第一區108的DOC是小於或等於5%、小於或等於10%、小於或等於15%、或小於或等於20%的玻璃系基板102的厚度。在某些具體例中，第二區110的DOC是小於或等於5%、小於或等於10%、小於或等於15%、或小於或等於20%的玻璃系基板102的厚度。

在某些具體例中，使用雷射損傷與蝕刻處理創造孔洞114，其中利用雷射以創造在玻璃系基板102中的損傷區，此損傷區可為導孔或損傷軌跡，隨後使用蝕刻處理擴大此導孔或損傷軌跡。執行雷射損傷創造與之後的蝕刻之範例方法被揭示在美國專利公開第2015/0166395號與美國專利第9,278,886號中，其各自之全文在此以引用方式併入本文。在某些具體例中，孔洞114可具有最大直徑在從約5 µm至約150 µm、5 µm至約100 µm、5 µm至約50 µm、約5 µm至約20 µm、約20 µm至約150 µm、約20 µm至約100 µm、約20 µm至約50 µm、約50 µm至約150 µm、或約50 µm至約100 µm的範圍中。在某些具體例中，最大直徑在第一表面104處及/或第二表面106處。孔洞114可具有各種形狀，包括但不限於圓柱形、錐形、或沙漏形。在某些具體例中，孔洞114可為沙漏形並具有腰部(沿著孔洞具有最小直徑的點)，其中腰部具有直徑為至少50%、至少55%、至少60%、至少65%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%、或至少95%。孔洞的直徑包括例如可藉由光學顯微鏡所量測。

在某些具體例中，電氣傳導材料116可為任何合適材料，其具有熱膨脹係數(CTE)超過玻璃系基板的熱膨脹係數。在某些具體例中，電氣傳導材料116可包括但不限於銅、銀、鋁、鈦、金、鉑、鎳、鎢、或鎂。在某些具體例中，傳導材料可為純金屬、含有金屬與玻璃填充物粒子的漿糊、或帶有金屬填充物粒子的聚合物漿糊。孔洞114可以電氣傳導材料116填充，使用任何已知技術，包括但不限於濺鍍、電解電鍍、化學氣相沉積、電解、等等。

如上所述，玻璃系基板102是離子可交換的。上文中描述的玻璃系材料被化學處理，以提供經強化的玻璃系材料。離子交換被廣泛地使用以化學強化玻璃系材料。在一特定實例中，在鹼金屬陽離子的來源(例如熔融鹽浴、或「離子交換」浴)內的鹼金屬陽離子與玻璃系材料內的較小鹼金屬陽離子交換，以達成在接近玻璃系材料的表面的壓縮應力(CS)下的層。此壓縮層從表面延伸至玻璃內的壓縮應力層的深度(DOC)。在本文所述的玻璃系材料中，例如，在離子交換期間，來自陽離子來源的鉀離子與玻璃系材料內的鈉及/或鋰離子交換，藉由將玻璃系材料浸入熔融鹽浴中，熔融鹽浴包含鉀鹽，諸如但不限於硝酸鉀(KNO₃ )。可使用在離子交換處理中的其他鉀鹽包括但不限於氯化鉀(KCl)、硫酸鉀(K₂ SO₄ )、前述物之結合、及類似物。本文所述的離子交換浴可含有不同於鉀的鹼金屬離子及其相應的鹽類。例如，離子交換浴亦可包括鈉鹽，諸如硝酸鈉、硫酸鈉、氯化鈉、或類似物。

壓縮應力是藉由表面應力計(FSM)而量測，使用商業上可獲得的設備，諸如FSM-6000，由Orihara工業有限公司(日本)所製造。表面應力量測仰賴於應力光學係數(SOC)的精確量測，應力光學係數相關於玻璃的雙折射率。SOC被依序量測，依據在標題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之ASTM標準C770-16中敘述的步驟C(玻璃圓盤方法)，其全文內容在此以引用方式併入本文。

在本文使用時，DOC意指在本文所述的化學強化鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃物件中的應力從壓縮改變為伸張的深度。DOC可藉由FSM或散射光偏光儀(SCALP)而量測，取決於離子交換處理。在藉由將鉀離子交換進入玻璃物件而產生玻璃物件中的應力處，使用FSM以量測DOC。在藉由將鈉離子交換進入玻璃物件而產生應力處，使用SCALP以量測DOC。在藉由將鉀與鈉離子兩者交換進入此玻璃而產生玻璃物件中的應力處，藉由SCALP量測DOC，由於相信鈉的交換深度指示出DOC而鉀離子的交換深度指示出壓縮應力之大小的改變(但並非應力從壓縮改變為伸張)；在此玻璃物件中的鉀離子的交換深度是藉由FSM量測。

可根據接下來的方法形成玻璃系基板102帶有以電氣傳導材料116填充的至少一孔洞114，其中孔洞114的截面面積與電氣傳導材料116的截面面積差異0.1%或更小，及其中玻璃系基板102具有在壓縮應力下的至少一區110或112，其中在此區中的最大壓縮應力在表面處。在以電氣傳導材料116填充至少一孔洞114之前，具有至少一孔洞114的第一玻璃系基板可經受離子交換處理，以創造從第一表面104及/或第二表面106延伸的壓縮應力區。在第一離子交換處理之後，至少一孔洞114可被電氣傳導材料116填充。隨後在填充至少一孔洞114之後，玻璃系基板102可經受第二離子交換處理。如上所述，圖2繪示在第二離子交換處理之後之在壓縮應力區中達成的範例應力輪廓。在某些具體例中，第一離子交換處理涉及將玻璃系基板102沉入熔融鹽離子交換浴中。第一離子交換浴可包括約45-70 wt%KNO₃ 及約30-55 wt%NaNO₃ 的混合物。在其他具體例中，第一離子交換浴可包括約5wt%或更少的NaNO₃ 及剩餘的KNO₃ 的混合物。在某些具體例中，會有著小量(＜5wt%)的添加物，諸如安定劑及類似物。在某些具體例中，第一離子交換可執行於溫度在約440℃至約470℃的範圍中，例如約440℃、約450℃、約460℃、或約470℃。在某些具體例中，第一離子交換的持續期間可在約5小時至約11小時的範圍中，例如約5小時、約6小時、約7小時、約8小時、約9小時、約10小時、或約11小時。在某些具體例中，第二離子交換執行於相較於第一離子交換較低的溫度及/或持續期間。在某些具體例中，第二離子交換可執行於溫度在約380℃至約410℃的範圍中，例如約380℃、約390℃、約400℃、或約410℃。在某些具體例中，第二離子交換的持續期間可在約10分鐘至約45分鐘的範圍中，例如約10分鐘、約12分鐘、約15分鐘、約18分鐘、約20分鐘、約22分鐘、約25分鐘、約28分鐘、約30分鐘、約32分鐘、約35分鐘、約38分鐘、約40分鐘、約42分鐘、或約45分鐘。第二離子交換浴可相同或不同於第一離子交換浴。在某些具體例中，第二離子交換浴可包括約5wt%或更少的NaNO₃ 及剩餘的KNO₃ 的混合物，例如約1wt% NaNO₃ 與約99wt% KNO₃ 。在某些具體例中，會有著小量(＜5wt%)的添加物，諸如安定劑及類似物。

在某些具體例中，在第一離子交換之後與填充之前，可在至少一孔洞114的側壁上安置塗層，以避免電氣傳導材料116與玻璃系基板102之間的元素遷移。在某些具體例中，此塗層可為氮化矽。可使用習知技術施加此塗層。

在某些具體例中，在填充之後與第二離子交換之前，玻璃系基板可經受加熱處理。在某些具體例中，此加熱可發生於溫度在約380℃至約410℃的範圍中，例如約380℃、約390℃、約400℃、或約410℃。在某些具體例中，此加熱的持續期間可在約30分鐘至約4小時的範圍中，例如約30分鐘、約1小時、約1.5小時、約2小時、約2.5小時、約3小時、約3.5小時、或約4小時。在某些具體例中，此方法可包括塗佈與加熱步驟兩者。

執行第一離子交換，接著以電氣傳導材料填充至少一孔洞，隨後執行第二離子交換的上述方法提供相較於替代方法之在玻璃系物件中的優越特性。此等優越特性包括在表面處最大CS、最小化在孔洞與電氣傳導材料之間的空間失配，使得電氣傳導材料與孔洞的截面面積差異小於0.1%、以及最小化在玻璃系基板與電氣傳導材料之間誘發應力的溫度。

圖3是比較依據三種不同方法得到的將在玻璃系基板102的第一區108及/或第二區110中達成的壓縮應力輪廓的圖解表示。壓縮應力在y軸上而深度在x軸上。應力輪廓1繪示將藉由以電氣傳導材料填充至少一孔洞隨後離子交換經填充的玻璃系基板的處理(「處理1」)而得到情況。應力輪廓2繪示將藉由在以電氣傳導材料填充至少一孔洞之前，離子交換此玻璃系基板的處理(「處理2」)而得到情況。應力輪廓3繪示將藉由離子交換此玻璃系基板第一時間，接著以電氣傳導材料填充至少一孔洞，隨後離子交換經填充的玻璃系基板第二時間的上述處理(「處理3」)而得到情況。對於每個處理，將使用0.7 mm厚玻璃基板樣品，具有帶有約80 μm直徑的通孔及組成為約57.4 mol% SiO₂ 、約16.1 mol% Al₂ O₃ 、約17.1 mol% Na₂ O、約2.8 mol% MgO、約0.07 mol% SnO₂ 、及約6.5 mol% P₂ O₅ 。通孔將以銅填充。為了達成應力輪廓1，玻璃樣品將被離子交換於包含約95 wt% KNO₃ 及約5 wt% NaNO₃ 的離子交換浴中於約450℃持續約5小時。為了達成應力輪廓2，玻璃樣品將被離子交換於包含約95 wt% KNO₃ 及約5 wt% NaNO₃ 的離子交換浴中於約450℃持續約5小時。為了達成應力輪廓3，在填充通孔之前，玻璃樣品將被離子交換於包含約95 wt% KNO₃ 及約5 wt% NaNO₃ 的離子交換浴中於約450℃持續約5小時。此玻璃將被容許冷卻至室溫，隨後填充通孔。在填充通孔之後，此玻璃將被離子交換第二時間，交換於包含約99 wt% KNO₃ 及約1 wt% NaNO₃ 的離子交換浴中於約390℃持續約30分鐘。

如上所述，根據此製程處理以達成應力輪廓3的物件將達成受歡迎的特徵。藉由比較圖3中的應力輪廓1-3而可得知，應力輪廓1與3具有最大壓縮應力於表面處，然而應力輪廓2具有埋藏在表面下方的最大壓縮應力。因此，應力輪廓3具有相較於應力輪廓2的優點，因為具有在表面處的最大壓縮應力有助於提供撞擊與刮痕抵抗於此玻璃。關於應力輪廓3相較於應力輪廓1的優點，可由圖3得知，應力輪廓3具有相較於應力輪廓1更大DOC。又，如在圖4及5中所展示，依據用以達成應力輪廓3的處理3(離子交換–填充–離子交換)而處理的物件具有相較於依據用以達成應力輪廓1的處理1(填充–離子交換)而處理的物件的優點在於最小化至少一孔洞的截面面積與電氣傳導材料的截面面積的差異於0.1%或更小。

圖4繪示依據用以達成圖3中的應力輪廓1的處理1而處理的玻璃基板的頂視圖。步驟a顯示帶有具有直徑d_g 的未填充通孔的玻璃基板。在步驟b中，通孔以銅填充。此銅填充具有直徑d_c 且通孔與銅填充的直徑相等。在步驟c中，離子交換帶有經填充通孔的玻璃基板，且玻璃基板與銅填充由於加熱而膨脹，此加熱發生在離子交換步驟期間。通孔與銅填充的原始周圍以虛線表示，而在膨脹之後，通孔與銅填充具有相同直徑。玻璃與銅具有不同的熱膨脹係數–約16.28 X 10^-6 /°C對於銅及約8.71 X 10^-6 /°C對於使用的玻璃組成。通孔與銅的直徑俱信在離子交換之後會是相同的，銅的膨脹(因為其較高的熱膨脹係數)致使通孔以相同速率膨脹。其在離子交換處理期間創造在玻璃上的應力，其可導致玻璃中的破裂。為了計算在離子交換之後，玻璃與銅填充之間的應力，設想銅填充與玻璃兩者僅彈性變形及在填充步驟之後沒有應力在玻璃與銅填充之間。以MPa為單位的應力(σ)是以下列方程式而計算： σ = ΔT*(α_Cu – α_glass )*[((1-v_Cu )/E_Cu ) + (1-v_glass )/E_glass ]^-1 (1) 其中： ΔT是離子交換溫度與室溫之間的差異； α_Cu 是銅的熱膨脹係數； α_glass 是玻璃的熱膨脹係數； v_Cu 是銅的柏松比(Poisson’s ratio)(在此為0.35)； v_glass 是玻璃的柏松比(在此為0.22)； E_Cu 是銅的楊氏模數，以MPa為單位(在此為114,000 MPa) E_glass 是玻璃的楊氏模數，以MPa為單位(在此為65,800 MPa) 使用上方指明的銅、玻璃、及離子交換溫度的處理1的應力是約134.3 MPa。此應力會持續約離子交換的持續期間(大約5小時)。在步驟d中，玻璃基板與銅填充被容許冷卻至室溫，且玻璃的直徑d_g 大於銅填充的直徑d_c 。銅填充被料想回到其原始形狀，設想銅藉由在離子交換期間的應力僅彈性變形。然而，離子交換反應改變玻璃的化學組成，使得通孔沒有回到其原始形狀，其在尺寸上大於銅填充，且從而創造在通孔與銅填充之間的尺寸失配。此尺寸失配會致使銅填充從玻璃通孔分層。

圖5繪示依據用以達成圖3中的應力輪廓3的處理3而處理的玻璃基板的頂視圖。步驟a顯示帶有具有直徑d_g 的未填充通孔的玻璃基板。在步驟b中，離子交換帶有未填充通孔的玻璃基板且未填充通孔的直徑膨脹。通孔的原始周圍以虛線表示。在步驟c中，經離子交換未填充通孔被容許冷卻至室溫，且通孔的直徑相較於在步驟a中來得大，因為離子交換反應改變玻璃的化學組成，使得通孔沒有回到其原始形狀。在步驟d中，通孔以銅填充。此銅填充具有直徑d_c 且通孔與銅填充的直徑是相等的。在步驟e中，離子交換帶有經填充通孔的玻璃基板，且玻璃基板與銅填充由於加熱而膨脹，此加熱發生於此第二離子交換步驟期間。通孔與銅填充的原始周圍以虛線顯示，且在膨脹之後，通孔與銅填充具有相同直徑。如上所述，玻璃與銅具有不同的熱膨脹係數。通孔與銅的直徑俱信在第二離子交換之後會是相同的，銅的膨脹(因為其較高的熱膨脹係數)致使通孔以相同速率膨脹。其在第二離子交換處理期間創造在玻璃上的應力，其可導致玻璃中的破裂。使用上方指明的銅、玻璃、及離子交換溫度的處理3的應力使用上方的方程式(1)而計算是約115.5 MPa，且會持續第二離子交換的持續期間(大約30分鐘)。此應力低於在處理1中創造的134.3 MPa且會持續比從處理1所經歷的短上許多。在步驟f中，玻璃基板與銅填充被容許冷卻至室溫，且玻璃的直徑d_g 是大約銅填充的相同直徑d_c 。儘管，第二離子交換反應改變玻璃的化學組成，第二離子交換發生持續短的時間期間，使得有著最小尺寸失配於通孔與銅填充，與處理1相比。

本文所揭示的玻璃系物件可併入另一物件，諸如帶有顯示器(或顯示器物件)的物件(例如消費者電子，包括行動電話、平板、筆記型電腦、電腦、導航系統、及類似物)。併入本文所揭示的任何玻璃系物件的範例物件顯示在圖6A與6B中。更明確地，圖6A與6B顯示消費者電子裝置600，包括具有前表面604、背表面606、及側表面608的外殼602；至少部分地或完整地在外殼內的電子部件(未圖示)且包括至少一控制器、記憶體、指紋感測器或觸控螢幕及顯示器610，在外殼的前表面處或鄰近於外殼的前表面；及在外殼的前表面處或前表面上方的蓋基板612，使得其在顯示器上方。在某些具體例中，蓋基板612可包括已經經離子交換的本文所揭示的任何玻璃系物件且具有以提供導電路徑的電氣傳導材料填充的孔洞614，被用於做為指紋感測器及/或觸控螢幕的部分。

在不悖離本發明的精神或範疇，可製造各種修飾與變化對於本領域的熟習技藝者是顯而易見的。

100‧‧‧玻璃系物件

102‧‧‧玻璃系基板

104‧‧‧第一表面

106‧‧‧第二表面

108‧‧‧第一區

110‧‧‧第二區

112‧‧‧中央區

113‧‧‧側壁

114‧‧‧孔洞

116‧‧‧電氣傳導材料

600‧‧‧消費者電子裝置

602‧‧‧外殼

604‧‧‧前表面

606‧‧‧背表面

608‧‧‧側表面

610‧‧‧顯示器

612‧‧‧蓋基板

圖1是帶有以電氣傳導材料填充之至少一孔洞的範例玻璃系物件；

圖2是本文所述的玻璃系物件的壓縮應力區中的壓縮應力輪廓的範例圖解表示；

圖3是比較透過三種不同方法達成之玻璃系物件的壓縮應力區中的壓縮應力輪廓之圖解表示；

圖4是玻璃系物件的頂視圖，此物件根據範例製程而處理，填充通孔隨後離子交換帶有經填充通孔的物件；

圖5是玻璃系物件的頂視圖，此物件根據範例製程而處理，離子交換帶有未填充通孔的物件，填充通孔隨後離子交換帶有經填充通孔的物件；

圖6A是併入本文所述的任何玻璃系物件的範例電子裝置的平面圖；以及

圖6B是圖6A的範例電子裝置的透視圖。

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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims

一種玻璃系物件，包含：一玻璃系基板，包含一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面、形成在該第一表面中的至少一孔洞、與在一壓縮應力下的一區，該壓縮應力從該第一表面延伸至該玻璃系基板中的一壓縮深度DOC₁ ，其中該區中的該壓縮應力在該第一表面處最大；以及一電氣傳導材料，安置在該至少一孔洞中，其中該至少一孔洞的一截面面積與該電氣傳導材料的一截面面積差異0.1%或更小。
如請求項1所述之玻璃系物件，其中該電氣傳導材料的熱膨脹係數(CTE)高於該玻璃系基板的CTE。
如請求項1所述之玻璃系物件，其中在該第一表面處的該玻璃系基板的該壓縮應力大於或等於約100 MPa。
如請求項1所述之玻璃系物件，其中該至少一孔洞是從該第一表面延伸至該第二表面的一通孔或一盲孔。
如請求項1所述之玻璃系物件，進一步包含從該第二表面延伸至一第二壓縮深度DOC₂ 的壓縮應力的一第二區，及位於該等壓縮應力區之間的一中央伸張區。
一種消費者電子產品，包含：一外殼，具有一前表面、一背表面與多個側表面；多個電子部件，至少部分地被提供在該外殼內，該等電子部件包括至少一控制器、一記憶體、一指紋感測器、與一顯示器，該顯示器被提供在該外殼的該前表面處或鄰近於該外殼的該前表面；以及安置在該顯示器上方的前述請求項任一項之該玻璃系物件，其中該電氣傳導材料提供該指紋感測器的一導電路徑。
一種生產一玻璃系物件的方法，該方法包含以下步驟：執行一玻璃系基板的一第一離子交換，該玻璃系基板包含一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面、與形成在該第一表面中的至少一孔洞，以創造在一壓縮應力下的一區，該壓縮應力從該第一表面延伸至該玻璃系基板中的一壓縮深度DOC；在離子交換該玻璃系基板之後，以一電氣傳導材料填充該至少一孔洞；以及在填充該至少一孔洞之後，執行該玻璃系基板的一第二離子交換。
如請求項7所述之方法，其中該第二離子交換的一持續期間比該第一離子交換的一持續期間短。
如請求項7所述之方法，進一步包含在填充步驟之後與執行該第二離子交換之前，加熱該玻璃系基板。
如請求項7-9任一項所述之方法，其中該至少一孔洞是從該第一表面延伸至該第二表面的一通孔或一盲孔。