中國粉體網(wǎng)訊 玻璃因具有熱膨脹系數(shù)低、電氣絕緣性能好等優(yōu)勢,被芯片設(shè)計開發(fā)者引入芯片封裝領(lǐng)域作為封裝基板使用。玻璃基板為芯片提供了穩(wěn)定的支撐平臺,可確保封裝過程中芯片不會因基板變形或不平坦而受損。
玻璃基板的成分體系
芯片封裝用玻璃基板的成分體系主要包括硼硅酸鹽玻璃體系、鋁硅酸鹽玻璃體系和無堿鋁硼硅玻璃體系。
硼硅酸鹽玻璃基板：通常包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)約80%的SiO和12%~13%的B2O3,該玻璃體系具有耐熱性好、熱膨脹系數(shù)低和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點。硼硅酸鹽玻璃基板能夠提供優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,不易因芯片發(fā)熱而產(chǎn)生翹曲變形或電路連接的破壞,因此非常適用于對熱穩(wěn)定性要求高的電子封裝。
鋁硅酸鹽玻璃基板：主要由SiO2和Al2O3組成,同時包含堿金屬氧化物(R2O)和堿土金屬氧化物(RO)。這種玻璃體系具有優(yōu)異的光學(xué)性能、較低的表面張力和熱膨脹系數(shù)。鋁硅酸鹽玻璃基板適用于需要高機械強度和耐磨損的電子封裝應(yīng)用。
無堿鋁硼硅玻璃基板：無堿鋁硼硅玻璃基板不含堿金屬氧化物或含量極低(通常質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.1%)。在酸、堿和有機溶劑中耐腐蝕性出色,能夠長期保持穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，還具有良好的機械性能，能夠抵抗外部沖擊和機械應(yīng)力，常用于微機電系統(tǒng)器件(如加速度計、陀螺儀和壓力傳感器),這些器件要求基板具有高機械強度和低熱膨脹系數(shù)。
玻璃基板的主要理化性能要求
介電常數(shù)：介電常數(shù)是衡量玻璃材料在電場中儲存電荷能力的指標(biāo),較高的介電常數(shù)可能導(dǎo)致信號延遲或失真。在高頻信號傳輸中,相比硅基板,介電常數(shù)低的玻璃基板更具優(yōu)勢。另外,過高的介電常數(shù)會增加寄生電容,進(jìn)而影響電路的性能(如信號完整性和信號傳輸速度)。因此,低介電常數(shù)的玻璃基板更適用于高頻電子器件,如微波和射頻等領(lǐng)域。
介電損耗：介電損耗是衡量玻璃材料在電場中損失電能能力的指標(biāo)，而介電損耗正切(tanδ)是介電損耗的量化指標(biāo),能定量表示材料在特定頻率下電能損失與儲能之間的比率。低介電損耗意味著在電場作用下能量損失較少,能夠有效提高器件的能量效率。高介電損耗會導(dǎo)致信號在傳輸過程中衰減,影響信號的強度和質(zhì)量,同時也會產(chǎn)生更多的熱量,需要更好的熱管理措施。
熱膨脹系數(shù)：玻璃基板的熱膨脹系數(shù)需要與其他封裝材料匹配,從而減少熱作用導(dǎo)致的變形。低熱膨脹系數(shù)能夠確保玻璃基板形狀和尺寸在長期使用中保持穩(wěn)定,減少應(yīng)力累積,提高電子器件的可靠性。
機械性能：玻璃基板的機械性能決定了封裝結(jié)構(gòu)的可靠性。密度較低的玻璃基板能有效減輕器件質(zhì)量,且保持足夠的機械強度。彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的指標(biāo),較高的彈性模量可確保封裝時玻璃基板的穩(wěn)定性,減少失效風(fēng)險。維氏硬度是反映材料抗劃傷性和耐磨性的指標(biāo),高硬度玻璃基板有助于提升封裝的耐用性。斷裂韌性則表示材料在裂紋擴(kuò)展時的抗斷裂能力,較高的斷裂韌性可防止玻璃基板在受力時出現(xiàn)裂紋，確保封裝的完整性和穩(wěn)定性。
光學(xué)性能：在光學(xué)與電子器件的封裝中,玻璃基板可能會受到機械應(yīng)力,這些機械應(yīng)力會導(dǎo)致玻璃基板的光學(xué)性能發(fā)生變化,進(jìn)而影響光信號的傳輸和器件的性能。因此玻璃基板應(yīng)具備高透光率,以確保光信號的有效傳輸。
蝕刻性能：玻璃基板通常采用激光誘導(dǎo)蝕刻技術(shù)進(jìn)行玻璃通孔（TGV）的打孔。TGV工藝通過在玻璃基板上形成精細(xì)的通孔結(jié)構(gòu),為芯片封裝中的電氣互連提供通道。在此工藝中，氫氟酸的蝕刻速率在TGV加工中至關(guān)重要。適當(dāng)?shù)奈g刻速率可確保獲得高深寬比、高垂直度的通孔。光滑的孔壁能降低電阻和電容效應(yīng),提升信號傳輸穩(wěn)定性與速度。合理控制蝕刻速率還可提高加工效率,減少拋光與清洗步驟,優(yōu)化整體工藝流程。
TGV制作工藝過程 來源：Choi K.Eco-friendly glass wet etching for MEMS application: a review
參考來源:
張興治.玻璃基板在芯片封裝中的應(yīng)用和性能要求
陳力.玻璃通孔技術(shù)研究進(jìn)展
趙瑾.玻璃通孔三維互連技術(shù)中的應(yīng)力問題
樊江濤.高介電常數(shù)陶瓷的介電行為及儲能性能研究
Choi K.Eco-friendly glass wet etching for MEMS application: a review Liu.Advances in embedded traces for 1.5 μm RDL on 2.5D glass interposers.
