一种微孔金属填充结构及填充方法与流程

本发明属于微制造加工技术领域，涉及一种微孔金属填充技术，特别是涉及一种微孔金属填充结构及填充方法。

背景技术：

电互接是用来实现将芯片间以及芯片与基板之间的电信号的传输的方式，是封装的核心组成部分。现有的封装技术中，电连接主要通过金线键合(wire-bonding)和倒装焊(flip-chip)。wire-bonding通过将细小的金线(约25微米粗)两端分别键合在需要进行电互连的电极上实现。Flip-chip又被称为controlled collapse chip connection(C4)，该方法通过在电极上直接制作凸点，通常是锡球，然后通过锡球回流的方式实现与基板上对应电极的连接。随着电子器件的发展，上述两种电连接形式特别是Wire-bonding已渐渐不能满足更高的系统级封装(SiP)集成度和更小的封装体积的要求。

随之兴起的对先进封装有着重大影响的新型的电连接技术是TSV(Through-silicon via)硅通孔技术，其是穿透基片(特别是硅基片)的垂直电连接技术。TSV几乎可以代替所有封装中的Wire-Bonding的地方，提高所有种类芯片封装的电气性能，包括大大提高集成度，缩小芯片尺寸，特别是在系统集封装(System-in-Packaging，SiP)，圆片级封装(Wafer-Level Packaging–WLP)以及三维垂直叠层封装(3D Packaging)这些先进封装之中。

通孔互联的应用领域十分广泛，涵盖了从ASIC、Memory、IC到各类传感器件如MEMS和光传感器等。此外像硅转接板，陶瓷三维堆叠模块中都需要应用到通孔互联技术。

TSV的制造包括了通孔的制造，绝缘层的沉积，通孔的填充以及后续的化学机械平整化(CMP)和再布线(RDL)等工艺。在这些工艺中，通孔的填充是技术难度最大，成本最高的一项。根据实际的应用，通孔的孔径从几十个微米到几百微米不等，对于如此大块的金属填充，现有的主要技术是基于铜电镀原理，通过首先在通孔壁上进行种子层的附着，然后再在种子层上电镀铜的方式实现。除此外，其他的TSV技术也在不断的研究中。如基于低阻率硅的Silex Via则是通过在低阻率的硅片用硅深度蚀刻出柱状硅体作为传导介质。另外基于Wire-bonding以及磁组装技术的TSV技术也在研究中。这两种技术分别通过在通孔中放置金属引线或者镍针来作为导电介质。目前常用的填充方式是通过电镀来实现的，特别是铜电镀，如果对于尺寸在几个微米的也可以通过CVD来实现。但是无论是电镀还是CVD，因为速度慢，想实现尺寸在几十到几百微米的通孔填充或盲孔填充都比较困难。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微孔金属填充结构及填充方法，用于解决现有技术中在几十到几百微米的微通孔或盲孔中填充金属速度慢及填充成品率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微孔金属填充方法，包括如下步骤：

提供一液态金属槽，在所述液态金属槽上水平放置自下而上依次由喷嘴片、填充片及盖片叠加而成的三明治结构；其中，所述喷嘴片下表面紧贴槽内液态金属的上表面，所述喷嘴片与所述填充片之间设有第一间隙，所述填充片与所述盖片之间设有第二间隙；所述填充片中具有填充微孔，所述喷嘴片中设有与所述填充微孔垂直对应的喷嘴孔结构；

调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第一预设值，以将所述液态金属槽中的液态金属通过所述喷嘴孔结构吸入所述填充微孔，完成所述填充微孔的金属填充；

进一步调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第二预设值，以将液态金属在所述喷嘴孔结构处断开。

可选地，液态金属在所述喷嘴孔结构处断开后，进一步调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差为0，并使二者上升为大气压值，然后取出所述填充片。

可选地，通过改变第二密封腔内的气压来调整所述液态金属的表面气压P₂；所述第二密封腔贯穿所述液态金属槽侧壁或底部，并伸入所述液态金属中，将所述第二密封腔内的气压传递至所述液态金属表面；所述第二密封腔不与所述第一间隙、第二间隙连通。

可选地，所述第二密封腔伸入所述液态金属的部分包括波纹管。

可选地，通过设于所述第二密封腔腔壁上的管路及设于所述管路上的阀门来改变所述第二密封腔内的气压。

可选地，通过改变第一密封腔内的气压来调整所述三明治结构的内部气压P₁；所述第一密封腔与所述第一间隙及第二间隙中的至少一个连通。

可选地，通过设于所述第一密封腔腔壁上的管路及设于所述管路上的阀门来改变所述第一密封腔内的气压。

可选地，所述填充微孔为通孔或盲孔。

可选地，所述第二间隙的高度为0。

可选地，通过设于所述喷嘴片上表面的第一凸起结构形成所述第一间隙，或者通过在所 述喷嘴片与所述填充片之间放置第一垫圈形成所述第一间隙；通过设于所述盖片下表面的第二凸起结构形成所述第二间隙，或者通过在所述喷嘴片与所述盖片之间放置第二垫圈形成所述第二间隙。

可选地，所述第一间隙的的垂直高度小于8微米，所述第二间隙的垂直高度小于8微米。

可选地，所述喷嘴孔结构包括分为上下两部分，其中，上部分为穿透所述喷嘴片上表面的喷嘴孔，下部分为穿透所述喷嘴片下表面的贯穿孔，所述喷嘴孔下端与所述贯穿孔上端连通。

可选地，当所述喷嘴孔及所述填充微孔均为圆柱孔时，满足所述喷嘴孔的半径小于所述填充微孔的直径，所述喷嘴孔的高宽比大于π。

可选地，所述贯穿孔的上部尺寸与下部尺寸一致；或所述贯穿孔的尺寸自上而下逐渐增大。

可选地，一个贯穿孔对应一个喷嘴孔；或一个贯穿孔对应一个喷嘴孔阵列，所述喷嘴孔阵列由至少两个分立的喷嘴孔组成。

可选地，所述喷嘴孔结构的侧壁及所述填充微孔的侧壁均与待填充的液态金属不浸润；或所述喷嘴孔结构的侧壁与待填充的液态金属不浸润，所述填充微孔的侧壁与待填充的液态金属浸润。

可选地，所述填充片中具有若干填充微孔，且至少有两个填充微孔的尺寸互不相同。

可选地，所述填充微孔的孔径范围是1～1000微米。

可选地，所述液态金属为单质金属或合金。

本发明还提供另一种微孔金属填充方法，包括如下步骤：

提供一液态金属槽，在所述液态金属槽上依次水平放置喷嘴片及填充片；其中，所述喷嘴片下表面紧贴槽内液态金属的上表面，所述喷嘴片与所述填充片之间设有第一间隙；所述填充片中具有填充微孔，所述填充微孔为盲孔；所述喷嘴片中设有与所述填充微孔垂直对应的喷嘴孔结构；

调整所述第一间隙内的气压及所述液态金属的表面气压，使二者的气压差达到第一预设值，以将所述液态金属槽中的液态金属通过所述喷嘴孔结构吸入所述填充微孔，完成所述填充微孔的金属填充；

进一步调整所述第一间隙内的气压及所述液态金属的表面气压，使二者的气压差达到第二预设值，以将液态金属在所述喷嘴孔结构处断开。

本发明还提供一种微孔金属填充结构，所述微孔金属填充结构包括：

盖片及喷嘴片，用于将填充片夹在中间，形成自下而上依次为喷嘴片、填充片及盖片的 三明治结构；当进行金属填充时，所述三明治结构水平放置于液态金属槽上，且所述喷嘴片下表面紧贴槽内液态金属的上表面，所述喷嘴片与所述填充片之间具有第一间隙，所述填充片与所述盖片之间具有第二间隙；

喷嘴孔结构，设于所述喷嘴片中并贯穿所述喷嘴片；所述喷嘴孔结构与设于所述填充片中的填充微孔垂直对应；

第一密封腔，与所述第一间隙及第二间隙中的至少一个连通，用于调整所述三明治结构的内部气压P₁；

第二密封腔，贯穿所述液态金属槽侧壁或底部，并伸入所述液态金属中，用于将所述第二密封腔内的气压传递至所述液态金属表面；所述第二密封腔不与所述第一间隙、第二间隙连通。

可选地，所述第二密封腔伸入所述液态金属的部分包括波纹管。

可选地，所述第一密封腔及第二密封腔的腔壁上均设有管路，且所述管路上设有阀门。

可选地，所述填充微孔为通孔或盲孔。

可选地，当所述填充微孔为盲孔时，所述第二间隙的高度为0。

可选地，所述喷嘴片上表面设有用于形成所述第一间隙的第一凸起结构，或者所述喷嘴片上表面设有用于形成所述第一间隙的第一垫圈；所述盖片下表面设有用于形成所述第二间隙的第二凸起结构，或所述盖片下表面设有用于形成所述第二间隙的第二垫圈。

可选地，所述喷嘴孔结构包括分为上下两部分，其中，上部分为穿透所述喷嘴片上表面的喷嘴孔，下部分为穿透所述喷嘴片下表面的贯穿孔，所述喷嘴孔下端与所述贯穿孔上端连通。

可选地，所述喷嘴孔结构的侧壁及所述填充微孔的侧壁均与待填充的液态金属不浸润；或所述喷嘴孔结构的侧壁与待填充的液态金属不浸润，所述填充微孔的侧壁与待填充的液态金属浸润。

本发明还提供另一种微孔金属填充结构，所述微孔金属填充结构包括：

喷嘴片，用于承载填充片；当进行金属填充时，所述喷嘴片水平放置于液态金属槽上，

所述喷嘴片下表面紧贴槽内液态金属的上表面，所述喷嘴片与所述填充片之间具有第一间隙；

喷嘴孔结构，设于所述喷嘴片中并贯穿所述喷嘴片；所述喷嘴孔结构与设于所述填充片中的填充微孔垂直对应；所述填充微孔为盲孔；

第一密封腔，与所述第一间隙连通，用于调整所述第一间隙的内部气压；

第二密封腔，贯穿所述液态金属槽侧壁或底部，并伸入所述液态金属中，用于将所述第 二密封腔内的气压传递至所述液态金属表面；所述第二密封腔不与所述第一间隙连通。

如上所述，本发明的微孔金属填充结构及填充方法，具有以下有益效果：本发明的微孔金属填充结构及填充方法通过调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第一预设值，从而将所述液态金属槽中的液态金属通过所述喷嘴孔结构吸入所述填充微孔，完成所述填充微孔的金属填充；随后进一步调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第二预设值，利用液桥的夹断效应实现填充在微孔中的液态金属与液态金属槽的可控微切割，从而吸入和微切割一起完成整个填充过程。本发明填充速度极快，准确度高、切割效果好、过程简单并且无污染，并可同时实现不同孔径微孔的填充。由于本发明的微孔金属填充结构及填充方法可同时调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，可实现更大的压差，不仅可以实现通孔的填充，还可以实现盲孔的填充；同时，填充微孔与待填充的液态金属可以浸润，也可以不浸润。本发明微孔金属填充结构及填充方法不仅适用于通孔互连中微孔的填充，同时适用于任何需要进行微孔填充的技术领域。

附图说明

图1显示为本发明的微孔金属填充方法中将三明治结构水平放置于液态金属槽上的示意图。

图2显示为本发明的微孔金属填充方法中通过第一密封腔三明治结构的内部气压P₁，通过第二密封腔调节液态金属的表面气压P₂的示意图。

图3显示为本发明的微孔金属填充方法在另一实施例中通过第一密封腔三明治结构的内部气压P₁，通过第二密封腔调节液态金属的表面气压P₂的示意图。

图4显示为本发明的微孔金属填充方法中通过第一、第二凸起结构来形成第一、第二间隙的示意图。

图5显示为本发明的微孔金属填充方法中通过第一、第二垫圈来形成第一、第二间隙的示意图。

图6显示为本发明的微孔金属填充方法中喷嘴孔结构的示意图。

图7显示为本发明的微孔金属填充方法在另一实施例中喷嘴孔结构的示意图。

图8～图9显示为本发明的微孔金属填充方法中喷嘴孔结构的一个贯穿孔对应一个喷嘴孔阵列的示意图。

图10a显示为本发明的微孔金属填充方法中填充过程开始前的示意图。

图10b显示为本发明的微孔金属填充方法中填充过程的示意图。

图10c显示为本发明的微孔金属填充方法中切割过程的示意图。

图10d显示为本发明的微孔金属填充方法中切割过程完毕后的示意图。

图11显示为本发明的微孔金属填充方法中喷嘴孔中液桥的无量纲断裂压力值σ与喷嘴孔的高宽比(高度h和半径r的比值)的关系。

图12显示为本发明的微孔金属填充方法整个过程中P₂、P₁和ΔP的变化关系。

图13显示为本发明的微孔金属填充方法中实现硅通孔填充的示意图。

图14a～14b显示为硅通孔填充后金属柱的上表面SEM图。

图14c～14d显示为硅通孔填充后金属柱的下表面SEM图。

图14e～14g显示为硅通孔填充后金属柱的截面SEM图。

图15显示为本发明的微孔金属填充方法中实现硅盲孔填充的示意图。

图16a显示为硅盲孔填充后的示意图。

图16b显示为硅盲孔填充后的截面SEM图。

图17显示为本发明的微孔金属填充方法中实现陶瓷基片带金属层的通孔填充的示意图。

图18显示为陶瓷基片带金属层的通孔填充后的示意图。

元件标号说明

P₁ 三明治结构的内部气压

P₂ 液态金属的表面气压

V1，V2 阀门

1 液态金属槽

2 液态金属

3 喷嘴片

4 填充片

5 盖片

6 第一间隙

7 第二间隙

8 填充微孔

9 喷嘴孔结构

10 第一密封腔

11 第二密封腔

12，13 管路

14 三明治结构

15 腔底

16 侧墙

17 腔盖

18 压盖

19 密封圈

20，22 波纹管

21 隔热环组件

23 第一凸起结构

24 第二凸起结构

25 第一垫圈

26 第二垫圈

27 喷嘴孔

28 贯穿孔

29 二氧化硅绝缘层

30 氮化硅绝缘层

31 金属层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种微孔金属填充方法，包括如下步骤：

如图1所示，首先提供一液态金属槽1，在所述液态金属槽1上水平放置自下而上依次由喷嘴片3、填充片4及盖片5叠加而成的三明治结构；其中，所述喷嘴片3下表面紧贴槽内液态金属2的上表面，所述喷嘴片3与所述填充片4之间设有第一间隙6，所述填充片4 与所述盖片5之间设有第二间隙7；所述填充片4中具有填充微孔8，所述喷嘴片3中设有与所述填充微孔8垂直对应的喷嘴孔结构9；

然后调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第一预设值，以将所述液态金属槽1中的液态金属2通过所述喷嘴孔结构9吸入所述填充微孔8，完成所述填充微孔8的金属填充。

再进一步调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属2的表面气压P₂，使二者的气压差达到第二预设值，以将液态金属2在所述喷嘴孔结构9处断开。

具体的，通过改变第二密封腔内的气压来调整所述液态金属2的表面气压P₂；所述第二密封腔贯穿所述液态金属槽1侧壁或底部，并伸入所述液态金属2中，将所述第二密封腔内的气压传递至所述液态金属表面；所述第二密封腔不与所述第一间隙6、第二间隙7连通。

作为示例，如图2所示，所述第二密封腔11贯穿所述液态金属槽1底部，并伸入所述液态金属2中。

特别的，所述第二密封腔11伸入所述液态金属2的部分包括波纹管22。波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。波纹管管壁较薄，灵敏度较高，测量范围为数十帕至数十兆帕。它的开口端固定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性。工作时在内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位移。

具体的，通过设于所述第二密封腔11腔壁上的管路13及设于所述管路13上的阀门V2来改变所述第二密封腔11内的气压P₂(同时也是三明治结构的内部气压)。

同样的，可通过改变第一密封腔内的气压来调整所述三明治结构的内部气压P₁；所述第一密封腔与所述第一间隙及第二间隙中的至少一个连通。

作为示例，如图2所示，所述第一密封腔10包括腔底15、侧墙16、腔盖17及压盖18，所述腔盖17与腔侧壁的连接处设有密封圈19，所述压盖18通过波纹管20与所述腔盖17连接，且所述压盖18压放于所述三明治结构14的上表面。所述腔底15上设有一隔热环组件21，所述液态金属槽1放置于所述隔热环组件21上。所述腔底15、侧墙16、腔盖17、波纹管20、压盖18、三明治结构14、液态金属槽1侧壁及所述隔热环组件21围成所述第一密封腔10，所述波纹管20、液态金属槽1底部、隔热环组件21及所述腔底15围成所述第二密封腔11，所述第一密封腔10与所述第二密封腔11互不连通。所述隔热环组件21中可包括加热部，用于加热所述液态金属槽1，使槽内金属呈液态。

具体的，可通过设于所述第一密封腔10腔壁上的管路12及设于所述管路12上的阀门 V1来改变所述第一密封腔10内的气压P₁(同时也是液态金属的表面气压)。

当然，在其它实施例中，所述第一密封腔与所述第二密封腔也可以为其它形式，只要满足所述第一密封腔内的气压与所述三明治结构内的气压保持一致，可通过改变所述第一密封腔内的气压来调整所述三明治结构内的气压，所述第二密封腔内的气压可传递至液态金属表面，可通过改变所述第二密封腔内的气压来调整液态金属表面的气压，且所述第一密封腔与第二密封腔不连通即可，此处不应过分限制本发明的保护范围。如图3所示，显示为第一密封腔10、第二密封腔11为另一种形式时的结构示意图。该情形下，所述第一密封腔10仅围住液态金属槽1的上部，因此，在另一实施例中，所述波纹管22也可以从所述液态金属槽1侧壁伸入所述液态金属2中(未予图示)。

由于本发明中，可同时调整三明治结构的内部气压P₁及液态金属的表面气压P₂，可达到更大的气压差，因此，本发明不仅适用于通孔的填充，也适用于盲孔的填充。并且，当所述填充微孔8为盲孔时，也可以不需要所述盖片5(因为盲孔顶端本身是封闭的)。

具体的，如图4所示，可通过设于所述喷嘴片3上表面的第一凸起结构23形成所述第一间隙6，通过设于所述盖片5下表面的第二凸起结构24形成所述第二间隙7。

如图5所示，在另一实施例中，也可通过在所述喷嘴片3与所述填充片4之间放置第一垫圈25形成所述第一间隙6；通过在所述喷嘴片4与所述盖片5之间放置第二垫圈26形成所述第二间隙7。

所述第一间隙6、第二间隙7的垂直高度需要足够大以保证气体在里面通过，同时又要足够小以防止液态金属被吸入间隙中。优选的，所述第一间隙的的垂直高度小于8微米，所述第二间隙的垂直高度小于8微米。

具体的，如图6所示，所述喷嘴孔结构9包括分为上下两部分，其中，上部分为穿透所述喷嘴片上表面的喷嘴孔27，下部分为穿透所述喷嘴片下表面的贯穿孔28，所述喷嘴孔27下端与所述贯穿孔28上端连通。

特别的，当所述喷嘴孔27及所述填充微孔8均为圆柱孔时，优选为满足所述喷嘴孔27的孔径(半径r)小于所述填充微孔8的孔径(半径R)的一半(r<R/2)，所述喷嘴孔27的高宽比大于π。当然，在其它实施例中，所述喷嘴孔也可以为其他形状，如方孔、双曲线孔等，其尺寸要求可根据理论计算优化，此处不应过分限制本发明的保护范围。

所述贯穿孔28的作用是为了满足喷嘴片3可以做得更厚，所述贯穿孔28的尺寸大于所述喷嘴孔27，以容纳更多的液态金属2。本实施例中，所述贯穿孔28的尺寸自上而下逐渐增大，如图6所示，所述贯穿孔28的纵截面为梯形。如图7所示，在另一实施例中，所述贯穿孔28的上部分尺寸与下部尺寸也可以一致。

另外，本实施例中，一个贯穿孔28对应一个喷嘴孔27。如图8及图9所示，在另一实施例中，一个贯穿孔28也可以对应一个喷嘴孔阵列，所述喷嘴孔阵列由至少两个分立的喷嘴孔27组成。

具体的，所述喷嘴孔结构9的侧壁及所述填充微孔8的侧壁可均与待填充的液态金属不浸润；或者，所述喷嘴孔结构9的侧壁与待填充的液态金属不浸润，所述填充微孔8的侧壁与待填充的液态金属浸润。

本发明的微孔金属填充结构及填充方法适用于孔径范围在1～1000微米的填充微孔，对于50～200微米孔径的填充微孔，本发明的微孔金属填充结构及填充方法的优势尤为明显。

本发明的理论依据如下：设三明治结构内的气压为P₁，液态金属的表面气压为P₂。由于喷嘴孔、填充孔、以及间隙的尺寸都只有微米级别，重力对微米尺寸的液态金属的作用可以忽略不计。同时，由于液态金属槽的尺寸较大，液态金属内部的压力也可以忽略不计。金属在喷嘴孔、填充孔以及间隙中的形状由其受到的作用于各表面的压强所决定。

在填充过程开始前，P₁＝P₂，ΔP＝P₂-P₁＝0。金属液面为水平状态，如图10a所示。

填充过程：首先通过减小P₁的方式增加ΔP。假设喷嘴孔及填充微孔均为圆柱孔，当ΔP＞2γ/r时，液态金属就会通过喷嘴孔结构吸入或者说压入填充微孔中，如图10b所示。其中r为喷嘴孔的半径，γ为液态金属的表面张力。如果在P₁已经被抽成真空的情况下，ΔP还是小于2γ/r，那么可以通过增加P₂的方式继续增加ΔP，以达到将液态合金吸入填充孔的条件。

切割过程：在液态金属通过喷嘴结构吸入/压入填充微孔后，填入填充微孔中的液态金属与液态金属槽通过喷嘴结构还是相连的。如果填充微孔与液态金属是不浸润的，那么需要维持液态金属在填充孔中的压力为2γ/R，其中R为填充微孔的半径。与此同时，液态金属在喷嘴中形成恒压液桥，维持该液桥的压力为σγ/r，其中σ＝P_断裂/(γ/r)，为无量纲的断裂压力。σ与喷嘴孔的高宽比(高度h和半径r的比值)的关系如图11所示。接着通过减小P₂的方式来降低ΔP。如果2γ/R＞σγ/r，那么随着ΔP的降低，填充微孔中的液态金属会被表面张力拉回液态金属槽。但反过来，如果σγ/r＞2γ/R，那么恒压液桥在喷嘴中会断裂，同时，填充微孔中的液态金属不会被拉回，从而实现填充微孔中的液态金属与液态金属槽的可控切割，如图10c及10d所示。

液桥在喷嘴孔中的断裂无法从外界观察到，因此P₂被一直降到真空，与P₁一致，从而ΔP也降为零。最后P₂和P₁一同慢慢回升到大气压。图12给出了整个过程中P₂、P₁和ΔP的变化关系。

恒压液桥在各个喷嘴中的断裂是完全独立的，不会互相影响。因此，可同时填充不同孔径的填充微孔，即所述填充片中具有若干填充微孔，且至少有两个填充微孔的尺寸互不相同。填充及切断过程中，P₂、P₁的值以最小孔径的填充微孔的参数来计算确定。本发明中，填充的液态金属可以是单质金属，也可以为合金。

因为由盖片、填充片和喷嘴片组成的三明治结构在整个填充过程中可以保证上下两面承受的压力是一样的，因而不会产生因为压力差而导致的将片子压碎的问题。这也同时可以保证该技术可以扩展至任意尺寸的基片。

在将填充片从三明治片取出来之前，需要先让填充孔中的液态合金冷却固化。

在另一实施例中，如果填充微孔侧壁上沉积有与液态金属可以浸润(无论是反应浸润还是不反应浸润)的材料，上述过程依然成立，并且在填充微孔与液态金属可以浸润的情况下，喷嘴孔的要求可以放宽，即喷嘴孔的半径r并不一定非要满足小于填充孔半径R的一半的条件，同时，喷嘴孔的高宽比也可以放宽，或许可以小于π倍。

在另一实施例中，如果填充的是侧壁不浸润的盲孔，整个过程同上，只是当P₁抽为真空时，合金还不能被吸入盲孔中，只有通过对P₂加压的方式才能产生足够的压力差将液态金属压入盲孔中。其余步骤不变。并且，在所述填充微孔为盲孔时，所述第二间隙的垂直高度可以为0，即所述盖片紧贴所述填充片上表面。当然，由于所述盲孔上端封闭，也可以不需要所述盖片，在此情形下，通过调整所述第一间隙内的气压及所述液态金属的表面气压即可完成盲孔的金属填充及切割。

本发明还提供一种微孔金属填充结构，如图1及图2所示，所述微孔金属填充结构包括：

盖片5及喷嘴片3，用于将填充片4夹在中间，形成自下而上依次为喷嘴片2、填充片3及盖片4的三明治结构14；当进行金属填充时，所述三明治结构14水平放置于液态金属槽1上，且所述喷嘴片3下表面紧贴槽内液态金属2的上表面，所述喷嘴片3与所述填充片4之间具有第一间隙6，所述填充片4与所述盖片5之间具有第二间隙7；

喷嘴孔结构9，设于所述喷嘴片3中并贯穿所述喷嘴片3；所述喷嘴孔结构9与设于所述填充片4中的填充微孔8垂直对应；

第一密封腔10，与所述第一间隙6及第二间隙7中的至少一个连通，用于调整所述三明治结构14的内部气压P₁；

第二密封腔11，贯穿所述液态金属槽1侧壁或底部，并伸入所述液态金属2中，用于将所述第二密封腔11内的气压传递至所述液态金属2表面；所述第二密封腔11不与所述第一间隙6、第二间隙7连通。

具体的，所述第二密封腔11伸入所述液态金属2的部分包括波纹管22。所述第一密封 腔10及第二密封腔11的腔壁上均设有管路，且所述管路上设有阀门。

本发明的微孔金属填充结构不仅适用于通孔的填充，还适用于盲孔的填充。当所述填充微孔8为盲孔时，所述第二间隙的高度可以为0，或者不需要所述盖片。在不需要所述盖片的情形下，所述第一密封腔与所述第一间隙连通，用于调整所述第一间隙的内部气压

如图4及图5所示，所述喷嘴片3上表面设有用于形成所述第一间隙6的第一凸起结构23或第一垫圈25；所述盖片5下表面设有用于形成所述第二间隙7的第二凸起结构24或第二垫圈26。

如图6～图9所示，所述喷嘴孔结构9包括分为上下两部分，其中，上部分为穿透所述喷嘴片上表面的喷嘴孔27，下部分为穿透所述喷嘴片下表面的贯穿孔28，所述喷嘴孔27下端与所述贯穿孔29上端连通。

特别的，所述喷嘴孔结构9的侧壁与待填充的液态金属不浸润；而所述填充微孔的侧壁与待填充的液态金属既可以不浸润，也可以浸润。

下面通过具体的实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例一：实现硅通孔填充。

如图13所示，所述盖片5为带凸点的玻璃片，凸点的高度小于5微米。这样在所述盖片5与填充片4之间形成第二间隙7。凸点可直接通过刻蚀的方式做在所述盖片5的下表面。所述填充片4为硅片，所述填充微孔8侧壁为二氧化硅绝缘层29，与液态金属不浸润。所述喷嘴片3也是硅片，其中喷嘴孔结构的上部分为一细长的微孔，直径约25微米左右，下部分为通过KOH刻蚀出的菱形开口。液态金属为融化的锡合金。图14a-14f是填充的实验结果，其中，图14a～14b显示为硅通孔填充后金属柱的上表面SEM图，图14c～14d显示为硅通孔填充后金属柱的下表面SEM图，图14e～14f显示为硅通孔填充后金属柱的截面SEM图。可见，本发明的微孔金属填充结构及填充方法能够达到很好的硅通孔填充效果。

需要指出的是，本实施例中，所述填充片中的填充微孔的孔径均一致。在另一实施例中，各填充微孔的孔径也可以不一致，请参阅图14g，显示为具有多个不同孔径填充微孔的填充片填充后的截面SEM图。

实施例二：实现硅盲孔的填充

如图15及图16a～图16b所示，所述盖片5为带凸点的玻璃片或硅片。由于要填充的为盲孔，所述第二间隙7的高度可以为0，即所述盖片5上也可以没有凸点，也不需要垫圈。 当然，也可以直接不需要所述盖片。所述填充片4为硅片，其中的填充微孔8为盲孔，孔侧壁为氮化硅绝缘层30，与待填充的液态金属不浸润。所述喷嘴片3也是硅片，其中喷嘴孔结构9的上部分为一细长的微孔，直径约25微米左右。所述喷嘴片3上表面有凸点，高度为5微米左右。这样在喷嘴片与填充片之间形成第一间隙6。喷嘴的下部分为通过KOH刻蚀出的菱形开口。液态金属为融化的锡合金。图16a显示为硅盲孔填充后的截面示意图，图16b显示为硅盲孔填充后的截面SEM图。

实施例三：用于填充陶瓷基片的带金属层的通孔。

如图17及图18所示，所述盖片5为带凸点的玻璃片，凸点的高度<5微米。凸点直接通过刻蚀的方式做在盖片的下表面。所述填充片4为陶瓷片，所述填充微孔8侧壁上沉积有数微米厚的金属层31，该金属层31可与待填充的液态金属发生反应浸润。所述喷嘴片3是硅片，其中喷嘴孔结构8的上部分为一细长的微孔，直径约25微米左右。喷嘴孔结构的下部分为通过KOH刻蚀出的菱形开口。液态金属为融化的锡合金。填后的效果如图18所示。

综上所述，本发明的微孔金属填充结构及填充方法通过调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第一预设值，从而将所述液态金属槽中的液态金属通过所述喷嘴孔结构吸入所述填充微孔，完成所述填充微孔的金属填充；随后进一步调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，使二者的气压差达到第二预设值，利用液桥的夹断效应实现填充在微孔中的液态金属与液态金属槽的可控微切割，从而吸入和微切割一起完成整个填充过程。本发明填充速度极快，准确度高、切割效果好，并可同时实现不同孔径微孔的填充。由于本发明的微孔金属填充结构及填充方法可同时调整所述三明治结构的内部气压P₁及所述液态金属的表面气压P₂，可实现更大的压差，不仅可以实现通孔的填充，还可以实现盲孔的填充；同时，填充微孔与待填充的液态金属可以浸润，也可以不浸润。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。