當(dāng)今的高性能電路要求將封裝設(shè)計和特性作為芯片設(shè)計的一部分。玻璃基板，尤其是低堿玻璃，已經(jīng)成為許多封裝應(yīng)用的優(yōu)勢，包括集成無源器件。在本文中，我們描述了使用我們的無聚合物臨時粘合工藝在硅手柄上成功加工玻璃晶片。一種優(yōu)選的手柄是硅，因此硅玻璃單元是剛性的、不透明的，并且與現(xiàn)有的硅加工設(shè)備兼容。使用馬賽克粘合方法，沒有粘合劑滲入玻璃通孔，從而實現(xiàn)良好的通孔填充。此外，剝離后清洗不需要溶劑。在本文中，我們展示了在玻璃解決方案批量生產(chǎn)中實施該技術(shù)的基本工藝能力。

　　馬賽克的粘合：

　　與任何粘合過程一樣，清潔度對馬賽克的粘合至關(guān)重要。優(yōu)質(zhì)硅晶片通常在接收時是純凈的，但是薄玻璃必須水平運輸，帶有夾層，否則運輸中不可避免的推擠會導(dǎo)致破裂。嚴(yán)格的玻璃清洗是必要的，包括在表面活性劑中超聲處理，然后是標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體清洗溶液，如“SC1”，一種稀釋的氫氧化銨/過氧化氫混合物，伴有兆頻超聲波攪拌。在圖1a中，當(dāng)在Tyvek interleaf上運輸時，使用強(qiáng)光來照射玻璃上殘留的大量顆粒。有足夠數(shù)量的顆粒，玻璃具有不均勻的、幾乎模糊的外觀。清洗后的玻璃晶片如圖1b所示，相比之下，散射光的唯一特征是晶片的邊緣和支撐結(jié)構(gòu)的部分。

　　圖1 150毫米玻璃晶片的圖像被下方的強(qiáng)光照亮，a在運輸夾層中接收的晶片，b清洗后的同一晶片。沒有粒子留在晶片上散射光線，因此除了邊緣，晶片看起來均勻黑暗

　　馬賽克將玻璃粘合到操作晶片上的過程如圖2所示，在此過程中，首先清潔玻璃，并按照客戶指定的設(shè)計在玻璃中創(chuàng)建通孔，然后在真空下將非聚合粘合劑施加到處理晶片上。它是一層薄薄的無機(jī)層。對準(zhǔn)和結(jié)合過程在室溫和大氣壓下進(jìn)行。初始粘合強(qiáng)度足以進(jìn)行簡單的處理，然后在氮氣爐中退火至250℃，將粘合強(qiáng)度設(shè)定為加工所需的值。如果玻璃晶片的粗糙度太大，初始結(jié)合將很弱或不存在。

　　圖2 將薄玻璃（藍(lán)色盤）連接到手柄晶圓（灰色盤），然后處理和解粘玻璃的示意圖

　　晶圓的清潔度和晶圓廠的空間都很重要，因為即使是任一接合表面上的小顆粒也會在接合對上產(chǎn)生帳篷區(qū)域。潔凈室不僅需要達(dá)到100級或更高，工具也必須合格。由于玻璃的剛性和我們粘合層的薄度，這些氣泡缺陷橫向延伸比縱向延伸遠(yuǎn)得多，很容易被肉眼發(fā)現(xiàn)。例如，對于典型的結(jié)合能和薄玻璃，1.0微米高的粒子將產(chǎn)生直徑約1毫米的氣泡。盡管有缺陷的視覺影響，但對于許多應(yīng)用來說，在這樣的橫向距離上幾微米的表面高度變化不會對性能產(chǎn)生不利影響，而對于其他應(yīng)用來說，這可能很重要。

　　圖3a示出了具有1.2%氣泡面積的晶片。3b顯示了一個幾乎檢測不到的氣泡。實施改進(jìn)的顆粒去除工藝后，在馬賽克工廠粘合的區(qū)域。使用低于1.5%的缺陷面積作為通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)，6個晶片的最近運行的產(chǎn)量統(tǒng)計如圖3c所示，進(jìn)展到基本無氣泡的樣品。隨著晶片尺寸的增加，顆粒附著的橫截面也增加，值得注意的是，在最近的完全屈服試驗中，一些樣品的直徑為200毫米，缺陷密度仍低于0.1%。

　　圖3 a.直徑150mm的粘結(jié)對（0.125mm厚玻璃）的光學(xué)掃描圖像。盡管可見缺陷數(shù)量，但只有1.19%的氣泡缺陷面積。b.識別和消除粒子源后，直徑150mm粘合對的光學(xué)掃描圖像，氣泡缺陷面積為0.005%，氣泡缺陷面積為5%c。相對于直徑小于150mm和200mm的馬賽克生產(chǎn)運行，相對于需要1.5%的質(zhì)量規(guī)格的運行產(chǎn)率圖

　　剝離過程：

　　在處理玻璃襯底的前側(cè)之后，晶片可以被機(jī)械地剝離到切割帶上以進(jìn)行分割。切割帶上的剝離示意圖如圖4a所示，薄玻璃由真空吸盤保持平坦，同時移除處理晶片。因此，玻璃晶片上的應(yīng)力很小。剝離后0.1毫米厚的金屬化100毫米玻璃晶片的圖像如圖4b所示。

　　圖4 a.將玻璃解粘到夾緊膠帶上的示意圖。b.0.1mm厚100mm直徑玻璃脫粘在帶環(huán)上的例子

　　剝離后的玻璃晶片無可見殘留物。我們正在探索玻璃在脫粘之前和之后到底有什么不同，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)任何區(qū)別?？梢杂枚萄醯入x子體清洗處理晶片上施加的粘合層。

　　TGV和相關(guān)過程：

　　當(dāng)TGV玻璃臨時結(jié)合到處理晶片時，穿透玻璃的通孔終止于處理晶片的表面。因此，通孔填充工藝更類似于硅盲通孔填充，而不是印刷電路板通孔的通孔填充。因為在鍵合過程中，鍵合不會經(jīng)歷液態(tài)，所以沒有什么會芯吸到通孔中而污染后續(xù)的金屬化過程，這與聚合物在高于其熔融溫度時會發(fā)生的情況不同。

　　實現(xiàn)盲孔高質(zhì)量、無空隙填充的一個要求是輪廓為直邊或錐形，但不能是凹入的。這允許濺射的粘附層達(dá)到穿透，并允許良好的共形和完全填充的通孔。電鍍后，鍵合晶片可以通過正面處理繼續(xù)。最后，機(jī)械剝離是露出通孔底部的全部要求，這與背面研磨露出工藝相反。

　　玻璃的材料特性使其成為下一代應(yīng)用的誘人材料，尤其是在射頻和封裝應(yīng)用中。因此，在過去的十年里，人們對利用玻璃解決方案產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是在大容量環(huán)境中實施這些解決方案的挑戰(zhàn)一直是一個挑戰(zhàn)。一種新的臨時粘合技術(shù)為大批量實施薄玻璃解決方案提供了一個極好的解決方案。利用硅處理晶片上薄(~100 Pm)玻璃的臨時結(jié)合層，可以使用與硅晶片成熟的相同工藝來處理具有和不具有TGV的玻璃。這種解決方案在高溫(高達(dá)400℃及以上)下可行，沒有除氣作用，并且使用直接的機(jī)械剝離方法。這不僅避免了昂貴的背面研磨操作，而且非常適合于粘合多層薄基板，實現(xiàn)2.5D和3D集成。如本文所述，已經(jīng)完成了重要的演示，展示了使用這種方法利用成熟的薄玻璃制造工藝的可行性。這些工藝包括電鍍、化學(xué)機(jī)械拋光、光刻、蝕刻和其他精加工工藝。這些發(fā)展為建立應(yīng)對下一代射頻和封裝挑戰(zhàn)的薄玻璃解決方案提供了可行的途徑。

　　審核編輯：鄢夢凡