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(jī)械強(qiáng)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(jī)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(jī)械性能,，能夠抵抗外部沖擊和機(jī)械應(yīng)力,，常用于微機(jī)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(jī)械強(qiáng)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(qiáng)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(jī)械性能：玻璃基板的機(jī)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(jī)械強(qiáng)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(jī)械應(yīng)力,這些機(jī)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.