CN106564856A - 复合型基板及其制备方法 - Google Patents

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张瑾
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Abstract

本发明公开了一种复合型基板及其制备方法，所述复合型基板包括玻璃部分；硅部分；嵌入导电部分；其中，复合型基板的主体为玻璃部分或硅部分；所述复合型基板的厚度范围50μm‑1mm。本发明采用因瓦合金、超因瓦合金或金属玻璃中的一种作为嵌入导电部分的材料，这几种材料导电性良好，且与玻璃部分和硅部分的热膨胀系数匹配或相差不大，相比于采用铜材料，复合型基板的可靠性大大增强。

Description

复合型基板及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子机械系统封装技术领域，具体涉及一种复合型基板及其制备方法。
背景技术
三维系统级封装通常采用基板转接板技术，目前一种具有商业前景的基板技术为硅基板。硅基板利用导电硅通孔(TSV)实现上下两层的导电，信号传输的距离大大缩短。目前TSV技术主要采用电镀铜实现，但由于铜与硅的热膨胀系数差距相对较大，可靠性相对而言较差，因此在设计需要考虑存在热应力时寿命、TSV的可靠性等问题；玻璃基板技术则采用导电玻璃通孔(TGV)实现导电，但由于玻璃的通孔的刻蚀和电镀的成本和难度较大。
专利“玻璃基板上埋入无源元件的圆片级制造方法”(申请号：201410765689.7)采用TGV技术实现导电，但这种玻璃基板的基板结构为硼硅酸玻璃，而通孔的导电材料为铜，两者的热膨胀系数相差较大，容易出现可靠性和寿命等问题；专利“集成芯片散热结构和无源器件的玻璃基板的圆片级制备方法”(申请号：201510957861.3)采用一种先电镀后回流的工艺，降低了电镀的难度，但第二次刻蚀中金属可能会污染干法刻蚀的设备；专利“一种超薄玻璃转接板的制作方法”(申请号：2014107380637)采用与铜柱的热膨胀系数相同或相接近的玻璃材料进行回流，回流后软化玻璃材料完全包围金属铜柱，形成无缝接触结构，但这种情况要求回流工艺中高真空，否则容易产生缝隙且高温下铜容易氧化。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合型基板及其制备方法，以提高基板的可靠性和寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合型基板，包括：
玻璃部分；
硅部分；
嵌入导电部分；
其中，所述复合型基板的主体为玻璃部分或硅部分；所述复合型基板的厚度范围50μm-1mm。
优选的，所述玻璃部分的材质为硼硅酸盐玻璃。
优选的，所述嵌入导电部分的材质为因瓦合金、超因瓦合金或金属玻璃中的一种。
优选的，所述嵌入导电部分为导电通孔、电感、电容、滤波器、放大器。
优选的，所述嵌入导电部分的形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，或折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、同轴双环形柱。
一种复合型基板的制备方法，其步骤如下：
步骤一，通过干法刻蚀在硅衬底圆片形成腔室，腔室内包含硅柱，腔室的深度范围为100μm-1100μm；
步骤二，在硅衬底圆片带有腔室的一面阳极键合一层玻璃圆片形成键合圆片，键合环境为真空，得到键合圆片；
步骤三，将键合圆片放入加热炉中，加热温度高于玻璃圆片的玻璃软化点，保温至玻璃完全填充腔室，然后降温至室温，形成回流圆片；
步骤四，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将回流圆片上的纯玻璃层完全去除；
步骤五，通过干法刻蚀或湿法刻蚀将玻璃包裹住的硅柱去除形成第二腔室；
步骤六，在步骤五得到的形成第二腔室的硅衬底圆片上加工嵌入导电部分，并将底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
步骤六中，如嵌入导电部分的材质为金属玻璃，则其步骤如下：
步骤a1，在步骤五后的硅衬底圆片上键合一层金属玻璃圆片形成第二键合圆片；
步骤b1，将第二键合圆片放入加热炉中，加热氛围为氮气或惰性气体，加热温度高于金属玻璃圆片的金属玻璃软化点，保温至金属玻璃完全填充第二腔室，然后降温至室温，形成第二回流圆片；
步骤c1，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将第二回流圆片上的纯金属玻璃层和底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
步骤六中，如嵌入导电部分的材质为因瓦合金或超因瓦合金，则其步骤如下：
步骤a2，在步骤五后的硅衬底圆片上通过电镀因瓦合金或超因瓦合金填满第二腔室；
步骤b2，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将上述步骤后的硅衬底圆片上的因 瓦合金或超因瓦合金和底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用因瓦合金、超因瓦合金或金属玻璃中的一种作为嵌入导电部分的材料，这几种材料导电性良好，且与玻璃部分和硅部分的热膨胀系数匹配或相差不大，相比于采用铜材料，此复合型基板的可靠性大大增强。
2.利用回流技术将金属玻璃填充第二腔室这种方法相比于电镀填充第二腔室的难度大大减低，可操作性很强。
附图说明
图1a-图1h是复合型基板的工艺流程图；
图2是一种主体为玻璃部分的复合型基板的示意图；
图中，10-硅衬底圆片，20-玻璃圆片，22-纯玻璃层，30-键合圆片，32-回流圆片，40-金属玻璃圆片，42-纯金属玻璃层，50-第二键合圆片，52-第二回流圆片，110-腔室，120-硅柱，140-玻璃，150-第二腔室，160-因瓦合金或超因瓦合金，170-硅部分，180-玻璃部分，190-嵌入导电部分，190A-方形螺旋电感，190B-折线形螺旋电感，190C-圆形螺旋电感，190D-滤波器，190E-导电通孔，220-微电子机械系统(MEMS)谐振器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
如图1a-图1h、图2所示，本实例提供一种复合型基板100，包括：
玻璃部分180；
硅部分170；
嵌入导电部分190；
其中，复合型基板的主体为玻璃部分180或硅部分170；复合型基板100的厚度为200μm。
玻璃部分的材质为硼硅酸盐玻璃；
本实施例中，嵌入导电部分190的材质为金属玻璃；嵌入导电部分190为导电通孔、电感、电容、滤波器、放大器，形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，或折线形柱、方 形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、同轴双环形柱。
如图1a-h所示，本实例所提供的复合型基板100制备方法，其步骤如下：
步骤一，如图1b所示，通过干法刻蚀在硅衬底圆片10形成腔室110，腔室110内包含硅柱120，腔室110的深度为300μm；
步骤二，如图1c所示，在硅衬底圆片10带有腔室110的一面阳极键合一层玻璃圆片20形成键合圆片30，键合环境为真空；
步骤三，如图1d所示，将键合圆片30放入加热炉中，加热温度高于玻璃圆片20的玻璃软化点，保温至玻璃完全填充腔室110，然后降温至室温，形成回流圆片32；
步骤四，如图1e所示，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将回流圆片32上的纯玻璃层22完全去除；
步骤五，如图1f所示，通过干法刻蚀或湿法刻蚀将玻璃140包裹住的硅柱120去除形成第二腔室150；
步骤六，嵌入导电部分190的材质为金属玻璃，具体包括以下步骤a1-c1；
步骤a1，如图1g-1所示，在步骤五后的硅衬底圆片10上键合一层金属玻璃圆片40形成第二键合圆片50；
步骤b1，如图1g-2所示，将第二键合圆片50放入加热炉中，加热氛围为氮气或惰性气体，加热温度高于金属玻璃圆片40的金属玻璃软化点，保温至金属玻璃完全填充第二腔室150，然后降温至室温，形成第二回流圆片52；
步骤c1，如图1h所示，通过减薄、研磨和化学机械抛光将第二回流圆片52上的纯金属玻璃层42和底部的硅层去除，直至回流至腔室110内的玻璃140露出，得到复合型基板100。
实施例2
本实施例提供一种复合型基板100，其结构与实施例1与实施例1相同，区别在于嵌入导电部分190的材质为因瓦合金或超因瓦合金。
如图1a-h所示，本实例所提供的复合型基板100制备方法，其步骤如下：
步骤一，如图1b所示，通过干法刻蚀在硅衬底圆片10形成腔室110，腔室110内包含硅柱120，腔室110的深度为300μm；
步骤二，如图1c所示，在硅衬底圆片10带有腔室110的一面阳极键合一层玻璃圆片20形成键合圆片30，键合环境为真空；
步骤三，如图1d所示，将键合圆片30放入加热炉中，加热温度高于玻璃圆片20的玻璃软化点，保温至玻璃完全填充腔室110，然后降温至室温，形成回流圆片32；
步骤四，如图1e所示，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将回流圆片32上的纯玻璃层22完全去除；
步骤五，如图1f所示，通过干法刻蚀或湿法刻蚀将玻璃140包裹住的硅柱120去除形成第二腔室150；
步骤六，嵌入导电部分190的材质为因瓦合金或超因瓦合金，具体包括以下步骤a1-c1；：
步骤a2，如图1g所示，在步骤五后的硅衬底圆片10上通过电镀因瓦合金或超因瓦合金160填满第二腔室150；
步骤b2，如图1h所示，通过减薄、研磨和化学机械抛光将上述步骤后的硅衬底圆片10上的因瓦合金或超因瓦合金薄层和下硅层去除，直至回流至腔室110内的玻璃140露出，得到复合型基板100。
实施例3
图2是一种主体为玻璃部分180的复合型基板100的示意图，其中190为嵌入导电部分，在图中具体表现为190A-方形螺旋电感，190B-折线形螺旋电感，190C-圆形螺旋电感，190D-滤波器，190E-导电通孔。但图中190A-190E并不限定嵌入导电部分。220为一种微电子机械系统(MEMS)谐振器，通过与复合型基板100组装与导电通孔190E连接，导电通孔190E起到垂直引线的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合型基板，其特征在于：包括：
玻璃部分；
硅部分；
嵌入导电部分；
其中，所述复合型基板的主体为玻璃部分或硅部分；所述复合型基板的厚度范围50μm-1mm。
2.如权利要求1所述的复合型基板，其特征在于：所述玻璃部分的材质为硼硅酸盐玻璃。
3.如权利要求1所述的复合型基板，其特征在于：所述嵌入导电部分的材质为因瓦合金、超因瓦合金或金属玻璃中的一种。
4.如权利要求1或3所述的复合型基板，其特征在于：所述嵌入导电部分为导电通孔、电感、电容、滤波器、放大器。
5.如权利要求4所述的复合型基板，其特征在于：所述嵌入导电部分的形状包括圆柱形、环柱形、同轴柱形，或折线形柱、方形螺旋柱、六边形螺旋柱、八边形螺旋柱、圆形螺旋柱，或双长方体、同轴双环形柱。
6.如权利要求1-5任一所述的复合型基板的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一，通过干法刻蚀在硅衬底圆片形成腔室，腔室内包含硅柱，腔室的深度范围为100μm-1100μm；
步骤二，在硅衬底圆片带有腔室的一面阳极键合一层玻璃圆片形成键合圆片，键合环境为真空，得到键合圆片；
步骤三，将键合圆片放入加热炉中，加热温度高于玻璃圆片的玻璃软化点，保温至玻璃完全填充腔室，然后降温至室温，形成回流圆片；
步骤四，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将回流圆片上的纯玻璃层完全去除；
步骤五，通过干法刻蚀或湿法刻蚀将玻璃包裹住的硅柱去除形成第二腔室；
步骤六，在步骤五得到的形成第二腔室的硅衬底圆片上加工嵌入导电部分，并将底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
7.如权利要求6所述的复合型基板的制备方法，其特征在于：步骤六中，如嵌入导电部分的材质为金属玻璃，则其步骤如下：
步骤a1，在步骤五后的硅衬底圆片上键合一层金属玻璃圆片形成第二键合圆片；
步骤b1，将第二键合圆片放入加热炉中，加热氛围为氮气或惰性气体，加热温度高于金属玻璃圆片的金属玻璃软化点，保温至金属玻璃完全填充第二腔室，然后降温至室温，形成第二回流圆片；
步骤c1，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将第二回流圆片上的纯金属玻璃层和底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
8.如权利要求6所述的复合型基板的制备方法，其特征在于：步骤六中，如嵌入导电部分的材质为因瓦合金或超因瓦合金，则其步骤如下：
步骤a2，在步骤五后的硅衬底圆片上通过电镀因瓦合金或超因瓦合金填满第二腔室；
步骤b2，通过减薄、研磨和化学机械抛光的方法将上述步骤后的硅衬底圆片上的因瓦合金或超因瓦合金和底部的硅层去除，直至回流至腔室内的玻璃露出，得到复合型基板。
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