CTE與Si匹配良好的無堿玻璃的玻璃通孔 (TGV) 形成技術(shù)。3D封裝目前引起了廣泛的關(guān)注。中介層被公認為關(guān)鍵材料之一，新型細間距、高密度、低成本中介層的開發(fā)正在加速。玻璃因其良好的電性能和基板尺寸的可擴展性從而帶來更高的裝載效率而有望成為未來中介層基板 的候選材料之一。這項研究表明，TGV成型顯示出細間距和高密度的能力，并且TGV成型適用于標準厚玻璃，旨在實現(xiàn)MEMS、光學器件和RF器件等各種封裝應用。這項研究還展示了上述細間距TGV基板的金屬化。

1TGV先進封裝

3D IC的出現(xiàn)加速了對具有中介層功能的高密度I/O、低電損耗和低成本的需求。傳統(tǒng)的有機中介層由于尺寸穩(wěn)定性差、CTE不匹配和光刻限制而無法滿足此類需求。硅中介層推動了多個3D集成封裝的示范工作，并且在超高布線方面也引起了極大的關(guān)注。顯然，硅中介層的成本是一個關(guān)鍵問題，特別是對于大芯片尺寸的應用來說，由于晶圓負載低導致效率低。

如今，基于玻璃的多項優(yōu)點，玻璃有望成為2.5D/3D集成封裝大尺寸中介層基板的核心材料，即“Glass Interposer”。這些是絕緣材料、平坦/光滑的表面、良好的電性能、可用的超薄玻璃和可擴展性。

對于玻璃中介層的實現(xiàn)，開發(fā)玻璃通孔（TGV）技術(shù)是最大的挑戰(zhàn)。需要細間距和高密度通孔形成。另外，金屬化技術(shù)是TGV基板的關(guān)鍵，因為它是產(chǎn)業(yè)供應鏈的重要組成部分之一。玻璃金屬化也面臨著巨大的發(fā)展挑戰(zhàn)。

本研究探討了細間距和高密度TGV編隊的結(jié)果。使用無堿玻璃是因為其電性能良好，適用于高頻率應用。本研究還探討了細間距TGV金屬化的結(jié)果。

2玻璃材料的特性

典型的可伸縮玻璃之一是無堿玻璃。表1顯示了EN-A1的無堿玻璃的玻璃材料特性。

在熱性能方面，EN-A1與Si具有很好的CTE曲線匹配。圖1顯示了EN-A1和Si的CTE曲線。

圖1：EN-A1 和 Si 的 CTE 曲線

對于高頻應用而言重要的電性能方面，表2 顯示了每種基板材料的電性能比較。至于玻璃，從電性能的角度來看，熔融石英最適合高頻應用。無堿玻璃（EN-A1）也被認為適用于高頻器件。無堿玻璃和鈉鈣玻璃都具有可延展性，但電性能顯著不同。

3TGV Formation

研究展示了利用放電形成 TGV 的獨特方法。圖2顯示了這種TGV形成方法的示意圖。主要包括兩個步驟：集中和控制放電，產(chǎn)生玻璃的局部熔融區(qū)域，最后引起介質(zhì)擊穿，同時內(nèi)部產(chǎn)生高壓，使玻璃噴射出來。這些現(xiàn)象在不到 1 毫秒的時間內(nèi)完成。這種創(chuàng)建通孔的電氣方法適用于多種類型的玻璃，例如熔融石英、鈉鈣玻璃、無堿玻璃、含堿玻璃。

圖2：TGV形成方法

4TGV FormationTest Result

為了開發(fā) TGV 形成，特別是為了驗證細間距通孔，使用了 100um 至 200um 薄玻璃 (ENA1)。經(jīng)過優(yōu)化工藝參數(shù)，包括高壓通過放電噴射玻璃熔融區(qū)域，這種TGV成型方法可以為超薄玻璃加工出完整的通孔。圖3顯示了100um TGV間距的結(jié)果。圖 4 顯示了更細的間距，100um 薄玻璃為 50um。通孔直徑最小可達20um。

圖 3：180um 薄玻璃的 100um TGV 節(jié)距

圖 4：100um 薄玻璃的 50um TGV 節(jié)距

為了驗證與玻璃厚度相關(guān)的工藝能力，使用了標準厚玻璃，例如300um至500um。圖5為300um厚玻璃的TGV形成結(jié)果，圖6為500um厚玻璃的TGV形成結(jié)果。對于 300um 厚玻璃的TGV，頂部直徑約為 60um，底部直徑約為40um。對于 500um 厚玻璃的 TGV，直徑略有增加。

比300um厚玻璃的結(jié)果更大（頂部直徑約為65um，底部直徑約為45um），因為放電的輸出功率較高，可以噴射出更大的熔融區(qū)域。圖 5（b）和圖6顯示TGV側(cè)壁經(jīng)過火拋光后變得光滑，因為放電過程使玻璃局部受熱并被高溫熔化。

(a) SEM觀察（60um TGV，120um間距）

(b) 橫截面觀察（300um 厚玻璃）

圖 5：采用300um 玻璃的 TGV

圖 6：橫截面觀察（500um 玻璃的 TGV）

5TGV 金屬化

對于玻璃中介層，應考慮與后工藝的協(xié)調(diào)，因為它會影響TGV形成的性能和工藝參數(shù)。探索了使用導電漿料的獨特通孔填充方法。圖7顯示了使用導電漿料技術(shù)的金屬化 TGV 的一些示例。使用導電漿料的優(yōu)點之一是固化后的導電過孔的CTE可以調(diào)整并使其接近基材。經(jīng)過銅漿填充工藝優(yōu)化后，確定了50um 金屬化 TGV，間距為 130um。這些都是密封過孔。就電性能而言，電導率約為1.6 至 1.9 m*歐姆/平方。

(a)金屬化TGV（60um TGV，200um間距）

(b)金屬化TGV（密封通孔）

圖 7：金屬化 TGV 示例

在玻璃上的RDL評估方面，測試了TiW和Cr兩種晶種材料，并通過拉力測試和剝離測試評估金屬化在玻璃上的附著力。晶種材料濺射后，在玻璃上進行鍍銅。圖8顯示了拉力測試的樣品，圖9顯示了拉力測試的結(jié)果（ENA1-Cr-Cu）。圖10為剝離試驗示意圖，表3為剝離試驗結(jié)果。ENA1-TiW-Cu和ENA1-Cr-Cu表現(xiàn)出足夠的剝離強度。尤其是ENA1-Cr-Cu表現(xiàn)出更高的剝離強度。從拉力測試的結(jié)果來看，ENA1-Cr-Cu也表現(xiàn)出了足夠的強度。

圖8：拉力測試樣本

圖9：拉力測試結(jié)果

圖 10：剝離測試

6未來發(fā)展

應評估 TGV 基板的電氣和機械性能。此外，應評估使用 TGV 基板的 2.5D/3D 封裝的第一級和第二級互連的可靠性。對于薄玻璃中介層，應探索TGV玻璃基板的處理。從實現(xiàn)低成本玻璃中介層的角度來看，該處理解決方案應該與現(xiàn)有的工業(yè)基礎設施相協(xié)調(diào)。

7結(jié)論

采用聚焦放電法等獨特的玻璃微加工技術(shù)，研究了無堿玻璃（EN-A1）的TGV形成。聚焦放電法顯示出50um細間距TGV可用于100um以下厚度的玻璃，預計可應用于2.5D/3D玻璃中介層。

聚焦放電法顯示了標準厚玻璃的 TGV 形成能力，預計可應用于各種 3D 封裝。加工了 300um至500um厚的ENA1玻璃。金屬化 TGV 通過使用導電漿料技術(shù)進行了演示。該方法顯示了 130um 間距填充 50um 通孔的能力。

TiW 和 Cr 作為 ENA1 上直接鍍銅的種子層進行評估。ENA1-Cr-Cu表現(xiàn)出更高的剝離強度。