先進(jìn)半導體封裝玻璃解決方案

　　近幾年來(lái)，半導體業(yè)對于在3D積體電路應用上使用玻璃一事表現出極高的興趣。

　　玻璃因擁有多項獨特的特性，因此成為晶圓薄化制程里不可或缺的基板載具，且在2.5D/3DIC和RF應用上時(shí)，也可當作穿孔玻璃(TGV)基板材料。以玻璃為基礎的解決方案可使客戶(hù)擁有極大的優(yōu)勢，其優(yōu)點(diǎn)為可規模經(jīng)濟量產(chǎn)、基板厚度可設計化，加上可調整的熱膨脹系數(CTE)和電子特性。

　　康寧玻璃基板

　　康寧公司是全球頂尖材料科學(xué)創(chuàng )新公司之一，在逾160年間提出多項玻璃解決方案，包括用于電子應用方面的液晶顯示器(LCD)基板，以及用于電視機、智慧型手機和平板電腦等消費性電子裝置，極為耐用的保護玻璃。

　　熔融制程為康寧的專(zhuān)利創(chuàng )新技術(shù)核心。這項高度精準且自動(dòng)化的熔融下拉制程，生產(chǎn)出表面極為純凈光滑又平坦，且尺寸穩定的玻璃基板——這剛好是3DIC基板所要求的特性。

　　在熔融制程里，玻璃溢出槽兩側的邊緣后，會(huì )在下方再次凝合后形成單片玻璃。在形成的過(guò)程中玻璃的外側表面并未接觸到其他物質(zhì)，而有極為純凈的品質(zhì)。

　　玻璃的性能表現和成本優(yōu)勢

　　制造矽通孔載板在成本和電性表現上有很大的挑戰，因此使得玻璃成為具吸引力和可行的解決方案。

　　矽通孔載板面臨的挑戰之一，即為在組裝和使用時(shí)因熱形變造成的載板卷曲情況，主因為CTE不相符的情況，這會(huì )成為材料在可靠性評估上的一大考量。相較于矽，玻璃的一大優(yōu)勢即為CTE的可調性，此可改善晶圓疊層時(shí)所造成的卷曲情況。玻璃還有多項特性，像是低電耗損率、低介電常數和超高電阻率，使其成為理想的載板。

　　玻璃除在CTE和電性方面具優(yōu)勢外，封裝解決方案也必須擁有成本效益?？祵幍牟Ａ廴诔尚图夹g(shù)，在品質(zhì)、尺寸經(jīng)濟規?；葍?yōu)點(diǎn)都可達到降低成本的目標。此成型制程不僅能生產(chǎn)出極純凈表面、低總厚度誤差(TTV)和極佳的平坦度，還能生產(chǎn)出多種尺寸的玻璃，其厚度僅為100μm。因此提供厚度可選擇性的大尺寸晶圓或面板形式的TGV基板，即無(wú)需再進(jìn)行拋光和削薄的程序，也就可再降低制造成本。

　　利用現有設備和制程

　　能夠利用現有晶圓和面板設備制程是非常重要的一件事，盲孔填滿(mǎn)金屬化是最適用于現行以晶圓為基礎的設備，而通孔金屬化則最適合用于許多以面板為基礎的制程?？祵幰验_(kāi)發(fā)出制作高品質(zhì)孔洞的先進(jìn)制程，能在薄型(像是100μm)和厚型(例如700μm)玻璃上制作通孔和盲孔(請見(jiàn)圖1)。

　　再者，康寧已與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導廠(chǎng)商進(jìn)行密切合作，運用以晶圓與面板為基礎的金屬化方式來(lái)填充玻璃孔洞。TGV基板的填充方式與終端應用息息相關(guān)，成本、生產(chǎn)能力、導電性、密閉度等要求會(huì )影響到金屬化的方式。因此康寧與產(chǎn)業(yè)多個(gè)單位合作，像是RTI、Atotech、i3Electronics、工研院(ITRI)、GeorgiaTech的封裝研究中心等，證明出完整的金屬化技術(shù)的適用性和可用性。此用來(lái)驗證的玻璃基板晶片測試結果顯示出，相對于矽基板，使用玻璃孔洞能達到更好的電性、熱和可靠性表現(請見(jiàn)圖2)。

　　利用面板相關(guān)制程來(lái)達到經(jīng)濟規模制造的能力，是另一項落實(shí)成本效益的重要因素。目前業(yè)界已有許多設備能被應用來(lái)制造面板形式的穿孔玻璃載板和其對應的電子元件，包括填孔步驟和微影制程。

　　日前康寧已與RudolphTechnologies、i3Electronics與Atotech完成合作，證明出運用現有機臺設備來(lái)制造面板形式的穿孔玻璃載板和其電子元件，包括填孔步驟和微影制程。RDL(RedistributionLayers)的結果顯示出，能準確將金屬鍍在玻璃上(請見(jiàn)圖3)。

　　結論

　　如同討論的內容，玻璃在針對通孔載板、RF及其他應用方面可提供具成本效益的解決方案，且有龐大商機。因玻璃的電性、CTE等可調整的材料特性，加上康寧獨特的成型技術(shù)，藉由規模經(jīng)濟和厚度可設計化來(lái)降低成本。

　　我們已進(jìn)行許多動(dòng)作來(lái)驗證將玻璃當成載板基板的價(jià)值?？祵幊掷m與供應鏈的合作夥伴密切合作，以運用現有業(yè)界設備機臺和流程來(lái)制造穿孔玻璃載板、提升可靠性，并且和下游供應鏈一起開(kāi)發(fā)與驗證制程，讓穿孔玻璃載板解決方案更接近商業(yè)化的程度。