先進半導體封裝玻璃解決方案

圖1：展示高品質金屬化在通孔和盲孔玻璃基板上。

近幾年來，半導體業對於在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，因此成為晶圓薄化製程裡不可或缺的基板載具，且在2.5D/3D IC和RF應用上時，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擁有極大的優勢，其優點為可規模經濟量產、基板厚度可設計化，加上可調整的熱膨脹係數(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創新公司之一，在逾160年間提出多項玻璃解決方案，包括用於電子應用方面的液晶顯示器(LCD)基板，以及用於電視機、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。

熔融製程為康寧的專利創新技術核心。這項高度精準且自動化的熔融下拉製程，生產出表面極為純淨光滑又平坦，且尺寸穩定的玻璃基板——這剛好是3D IC基板所要求的特性。

在熔融製程裡，玻璃溢出槽兩側的邊緣後，會在下方再次凝合後形成單片玻璃。在形成的過程中玻璃的外側表面並未接觸到其他物質，而有極為純淨的品質。

玻璃的性能表現和成本優勢

製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因熱形變造成的載板捲曲情況，主因為CTE不相符的情況，這會成為材料在可靠性評估上的一大考量。相較於矽，玻璃的一大優勢即為CTE的可調性，此可改善晶圓疊層時所造成的捲曲情況。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和電性方面具優勢外，封裝解決方案也必須擁有成本效益。康寧的玻璃熔融成型技術，在品質、尺寸經濟規模化等優點都可達到降低成本的目標。此成型製程不僅能生產出極純淨表面、低總厚度誤差(TTV)和極佳的平坦度，還能生產出多種尺寸的玻璃，其厚度僅為100 μm。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，即無需再進行拋光和削薄的程序，也就可再降低製造成本。

利用現有設備和製程

能夠利用現有晶圓和面板設備製程是非常重要的一件事，盲孔填滿金屬化是最適用於現行以晶圓為基礎的設備，而通孔金屬化則最適合用於許多以面板為基礎的製程。康寧已開發出製作高品質孔洞的先進製程，能在薄型(像是100μm)和厚型(例如700μm)玻璃上製作通孔和盲孔(請見圖1)。

再者，康寧已與產業領導廠商進行密切合作，運用以晶圓與面板為基礎的金屬化方式來填充玻璃孔洞。TGV基板的填充方式與終端應用息息相關，成本、生產能力、導電性、密閉度等要求會影響到金屬化的方式。因此康寧與產業多個單位合作，像是RTI、Atotech、i3 Electronics、工研院(ITRI)、Georgia Tech的封裝研究中心等，證明出完整的金屬化技術的適用性和可用性。此用來驗證的玻璃基板晶片測試結果顯示出，相對於矽基板，使用玻璃孔洞能達到更好的電性、熱和可靠性表現(請見圖2)。

利用面板相關製程來達到經濟規模製造的能力，是另一項落實成本效益的重要因素。目前業界已有許多設備能被應用來製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製程。

日前康寧已與Rudolph Technologies、i3 Electronics與Atotech完成合作，證明出運用現有機台設備來製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製程。RDL(Redistribution Layers)的結果顯示出，能準確將金屬鍍在玻璃上(請見圖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，藉由規模經濟和厚度可設計化來降低成本。

我們已進行許多動作來驗證將玻璃當成載板基板的價值。康寧持續與供應鏈的合作夥伴密切合作，以運用現有業界設備機台和流程來製造穿孔玻璃載板、提升可靠性，並且和下游供應鏈一起開發與驗證製程，讓穿孔玻璃載板解決方案更接近商業化的程度。 (本文由康寧公司提供，記者張琳一整理)