中国粉体网讯 玻璃因具有热膨胀系数低、电气绝缘性能好等优势,被芯片设计开发者引入芯片封装领域作为封装基板使用。玻璃基板为芯片提供了稳定的支撑平台,可确保封装过程中芯片不会因基板变形或不平坦而受损。
玻璃基板的成分体系
芯片封装用玻璃基板的成分体系主要包括硼硅酸盐玻璃体系、铝硅酸盐玻璃体系和无碱铝硼硅玻璃体系。
硼硅酸盐玻璃基板：通常包括质量分数约80%的SiO和12%~13%的B2O3,该玻璃体系具有耐热性好、热膨胀系数低和化学稳定性高等优点。硼硅酸盐玻璃基板能够提供优异的热稳定性,不易因芯片发热而产生翘曲变形或电路连接的破坏,因此非常适用于对热稳定性要求高的电子封装。
铝硅酸盐玻璃基板：主要由SiO2和Al2O3组成,同时包含碱金属氧化物(R2O)和碱土金属氧化物(RO)。这种玻璃体系具有优异的光学性能、较低的表面张力和热膨胀系数。铝硅酸盐玻璃基板适用于需要高机械强度和耐磨损的电子封装应用。
无碱铝硼硅玻璃基板：无碱铝硼硅玻璃基板不含碱金属氧化物或含量极低(通常质量分数不超过0.1%)。在酸、碱和有机溶剂中耐腐蚀性出色,能够长期保持稳定的物理和化学性能，还具有良好的机械性能，能够抵抗外部冲击和机械应力，常用于微机电系统器件(如加速度计、陀螺仪和压力传感器),这些器件要求基板具有高机械强度和低热膨胀系数。
玻璃基板的主要理化性能要求
介电常数：介电常数是衡量玻璃材料在电场中储存电荷能力的指标,较高的介电常数可能导致信号延迟或失真。在高频信号传输中,相比硅基板,介电常数低的玻璃基板更具优势。另外,过高的介电常数会增加寄生电容,进而影响电路的性能(如信号完整性和信号传输速度)。因此,低介电常数的玻璃基板更适用于高频电子器件,如微波和射频等领域。
介电损耗：介电损耗是衡量玻璃材料在电场中损失电能能力的指标，而介电损耗正切(tanδ)是介电损耗的量化指标,能定量表示材料在特定频率下电能损失与储能之间的比率。低介电损耗意味着在电场作用下能量损失较少,能够有效提高器件的能量效率。高介电损耗会导致信号在传输过程中衰减,影响信号的强度和质量,同时也会产生更多的热量,需要更好的热管理措施。
热膨胀系数：玻璃基板的热膨胀系数需要与其他封装材料匹配,从而减少热作用导致的变形。低热膨胀系数能够确保玻璃基板形状和尺寸在长期使用中保持稳定,减少应力累积,提高电子器件的可靠性。
机械性能：玻璃基板的机械性能决定了封装结构的可靠性。密度较低的玻璃基板能有效减轻器件质量,且保持足够的机械强度。弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的指标,较高的弹性模量可确保封装时玻璃基板的稳定性,减少失效风险。维氏硬度是反映材料抗划伤性和耐磨性的指标,高硬度玻璃基板有助于提升封装的耐用性。断裂韧性则表示材料在裂纹扩展时的抗断裂能力,较高的断裂韧性可防止玻璃基板在受力时出现裂纹，确保封装的完整性和稳定性。
光学性能：在光学与电子器件的封装中,玻璃基板可能会受到机械应力,这些机械应力会导致玻璃基板的光学性能发生变化,进而影响光信号的传输和器件的性能。因此玻璃基板应具备高透光率,以确保光信号的有效传输。
蚀刻性能：玻璃基板通常采用激光诱导蚀刻技术进行玻璃通孔（TGV）的打孔。TGV工艺通过在玻璃基板上形成精细的通孔结构,为芯片封装中的电气互连提供通道。在此工艺中，氢氟酸的蚀刻速率在TGV加工中至关重要。适当的蚀刻速率可确保获得高深宽比、高垂直度的通孔。光滑的孔壁能降低电阻和电容效应,提升信号传输稳定性与速度。合理控制蚀刻速率还可提高加工效率,减少抛光与清洗步骤,优化整体工艺流程。
TGV制作工艺过程 来源：Choi K.Eco-friendly glass wet etching for MEMS application: a review
参考来源:
张兴治.玻璃基板在芯片封装中的应用和性能要求
陈力.玻璃通孔技术研究进展
赵瑾.玻璃通孔三维互连技术中的应力问题
樊江涛.高介电常数陶瓷的介电行为及储能性能研究
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.
