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LPKF推出用于加工玻璃中介板高精度通孔设备 Vitrion 5000

13/Sep/2016
玻璃中介板的激光高速加工工艺
高度集成的芯片与普通电路板之间存在巨大几何尺寸差异,在两者的电路互联中,需要用到中介板来补偿这种维度上的落差。中介板一侧接触微小的芯片电路,另外一侧则转换成为可以兼容普通电子组装的电路。  最新LPKF-TGV 工艺(专利申请中)是专为生成玻璃中介板所需的高精度过孔而研发,随后这些过孔需要进行通孔金属化处理。

 
TGV技术研发背景
随着半导体制造工艺向深亚微米及纳米级发展,传统的光刻技术逐渐接近极限,集成电路晶体管数目的增加和特征尺寸的缩小越发缓慢和困难。“摩尔定律”的延续面临巨大挑战。同时,传统封装中信号传输距离长带来的互连延迟问题日益严重,难以满足芯片高速和低功耗的要求。为克服集成电路和传统封装面临的难题,三维集成技术应运而生。其中硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术曾被认为是实现三维集成最有前景的技术。
TSV技术通过在芯片与芯片、晶圆与晶圆之间制作垂直通孔,实现芯片之间的直接互连。它能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片间的互连线最短、外形尺寸最小,显著提高芯片速度,降低芯片功耗,因此成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。然而,硅是一种半导体材料,TSV周围的载流子在电场和磁场作用下可以自由移动,对临近的电路或信号产生影响,影响芯片性能。另外TSV由于使用硅晶元与半导体技术,工艺相对繁琐,且价格昂贵。封装厂家顾及成本,望而却步。
玻璃材料没有自由移动的电荷,介电性能优良,热膨胀系数(CTE)与硅接近,以玻璃替代硅材料的玻璃通孔(Through Glass Via,TGV)技术可以避免TSV的问题,是理想的三维集成解决方案。此外,TGV技术无需制作绝缘层,降低了工艺复杂度和加工成本。TGV及相关技术在光通信、射频、微波、MEMS(微机电系统)、微流体器件和三维集成领域有广泛的应用前景。但TGV技术一直受限于没有高效率,高质量的通(盲)孔加工技术,发展相对落后。LPKF针对这一技术瓶颈,潜心研发多年, 最新LPKF-TGV 工艺(专利申请中)是专为生成玻璃中介板所需的高精度过孔而研发,随后这些过孔需要进行通孔金属化处理。

玻璃中介板的激光高速加工工艺,每秒5000个过孔
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玻璃是一种理想的集成电路基材, 具有电气性能稳定,热膨胀系数兼容性好等优势,更是一种廉价的材料。但是,这种材料的加工,特别是微米级别的加工是非常困难的。之前各种玻璃中介板工艺均无法满足加工速度,质量或微结构方面最终的生产要求。
LPKF最新开发的 TGV工艺将激光加工的精度与玻璃基材的优势结合在一起。 在此之前,类似工艺每秒仅可加工1000个过孔,且质量不佳。 但是这项TGV 工艺却可以其5倍的速度加工质量完美的玻璃过孔—并且可一直保持高速加工。



LPKF TGV工艺概览
中介板的基材是工业标准的玻璃原材料
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一束超短脉冲激光对玻璃结构进行改性
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改性的区域在标准湿法刻蚀工艺中才产生过孔,在刻蚀过程中,改性区域的蚀刻速度远远快于激光未加工的区域
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每片中介板中有大量的精确过孔
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一个标准玻璃晶圆就可生产出许多中介板















玻璃中介板生产需要的其他制程
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过孔的金属化以及导电线路的建造
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例如: 玻璃中介板上的电路
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玻璃中介板将集成电路的精细触点和电路板的线路连接起来
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一个芯片封装中集成了不同电子功能模块













LPKF Vitrion 5000
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LPKF Vitrion 5000激光系统特别为加工易碎的玻璃基材而设计,可加工最大幅面为510 mm x 510mm 的玻璃面板或18英寸的晶元。并且LPKF可提供手动装料和自动装配两种方案。
LPKF Vitrion 5000配置一款特为此项应用而研发的激光器。系统控制由一款用户友好的系统软件执行,该软件有编程和生产两种不同模式,其生产模式也被集成在其MES(制造执行系统)中。



中介板生产的全套解决方案
LPKF不仅为玻璃改性提供激光系统,而且提供技术咨询服务以确保客户掌握后期刻蚀工艺。 这种综合打包服务缩短了客户掌握集成工艺的时间,优化工艺质量。如果客户需要,LPKF可与其他后期延展工艺的供应商一起提供服务。


工艺可调性
玻璃中介板的制造主要有两种工艺。这两种方法都可使用LPKF TGV制程来加工。因此, TGV工艺可以很方便的集成进入现有生产链条。

在使用晶圆的工艺生产中,首先在玻璃基材中生成盲孔。随后晶圆被打磨至需要的厚度,在这个过程中,盲孔变成的锥形通孔,但锥度恒定。孔径板厚比最大至1:10。

在以面板为原材料的制程中,轻薄的玻璃面板直接产生需要的过孔:激光直接对全厚度进行改性,随后的刻蚀在玻璃两侧产生同样的效果,通孔呈对称沙漏形状。同样,孔径板厚比1:10是最高可达到的要求。

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激光和刻蚀制程产生锥形盲孔,随后的研磨工艺打开过孔的底部
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通孔的细腰(沙漏)形状展示
高精度,高质量,高圆度的通孔













玻璃通孔制造工艺全球技术支持
无论您身处世界的任何地方,LPKF的用户都可以得到我们在德国,美国,中国,日本和韩国应用中心的技术支持。在这些应用中心,用户可以近距离感受LPKF多年来对于激光加工领域的丰富经验,以及各种材料的加工工艺。



了解更多产品和技术信息,请查阅http://www.lpkf.cn/products/ic-packaging.htm

 
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