CN111903196A - 玻璃芯器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过使形成有TGV的玻璃芯的表面平坦，并且保护玻璃芯的表面，从而使其具备充分的机械强度、低成本且具有可靠性的玻璃芯器件及其制造方法。该玻璃芯器件中，通过在玻璃芯(10)上所形成的TGV(11)中嵌入布线，从而将玻璃芯(10)的第1面(10a)的布线与第2面(10b)的布线导通。切割玻璃芯器件，在单片化的状态下，通过外层保护层(62)，与玻璃芯(10)的第2面(10b)连接以包覆玻璃芯侧面。

Description

玻璃芯器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及玻璃芯器件及其制造方法。
背景技术
近年来，在以智能手机等为代表的电子设备中，对小型化、节能化、高性能化的要求提高，伴随着这些要求，安装在电子设备中的半导体封装基板、或安装有电容器、感应器、电阻器等无源部件的电子设备也期望在保持高性能的同时进一步实现小型化、节能化。另一方面，为了能够提高对电子产品消费者的吸引力，期望可以实现其低价格化。
作为实现小型化、低能耗化的方案，开发出一种利用以硅材料为芯的硅穿孔技术(以下称为TSV)或者以玻璃材料为芯的玻璃穿孔技术(以下称为TGV)，来进行层间连接的多层布线加工方法。然而，一般而言，以硅材料为芯的TSV的材料成本、制造成本较高，难以实现低价格化。相对于此，玻璃芯可以使用相对便宜的芯材料并且采用大型四方面板来大量生产，从而有望解决成本问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2015-513820号公报
发明内容
[本发明要解决的课题]
专利文献1公开了这样一种加工方法，其中，在玻璃芯中，呈螺旋状地形成TSV内的布线和玻璃芯两面的布线，从而形成作为无源部件的LC带通滤波器的感应器。在该传统示例中，将玻璃芯作为感应器的芯。另外，还公开了一种加工方法，其中，将电介质夹在玻璃芯上的布线间，从而形成电容器。
然而，实际上为了在玻璃芯上形成TGV，还需要克服许多问题。例如，为了形成TGV，必须在玻璃芯上形成通孔，作为其贯通方法，可以列举出：使用钻孔机或爆破机的物理加工法、使用反应性气体或氢氟酸的蚀刻法、使用激光照射的加工法。
然而，由于玻璃芯为非晶质材料，是弹性相对较低、具有对于拉伸应力容易破裂等特性的材料，因此，存在这样的问题：在使用钻孔机或爆破机等物理加工方法时会产生微裂纹，进而因微裂纹导致玻璃芯破裂等。
另外，在使用氟系的反应性气体进行的干式蚀刻法中，由于玻璃分解速度较慢，通孔的加工需要时间，另外，在使用氢氟酸进行的湿式蚀刻法中，由于各向同性地进行反应，因此，存在无法加工微小直径的通孔等问题。与此相对，在上述加工方法中，对于使用YAG激光、CO2激光等高能量激光照射的加工法，由于其加工速度相对较快，并且可以实现微小直径的通孔的加工，因此适用于TGV形成。
但是，加工速度与加工品质具有相互制衡的关系，例如，当为了提高加工速度而使用高能量激光来形成通孔时，由于照射激光的加热而使玻璃芯表面的玻璃材料熔融飞散，或者在通孔的周围呈脊状地堆积而形成结块(凹凸部分)，从而使玻璃芯表面的平坦性劣化。这样，如果玻璃芯表面的平坦性劣化，则会成为在表面形成微细布线时的障碍，或者当在凹凸部分上勉强地形成布线时，也会因布线的应力集中而导致断线。
另外，在TGV中嵌入导电性金属材料后，可通过CMP(Chemical MechanicalPolishing：化学机械研磨)研磨、或用金刚石磨石磨削，来除去玻璃芯表面上多余形成的导电性金属材料。此时，可能存在因玻璃芯表面的非晶质的较弱部分也被研磨/磨削从而在玻璃芯表面上形成微细的微裂纹这样的问题。另外，使用强酸、强碱的药液处理也会产生上述的微裂纹，从而存在因这样的微裂纹而导致玻璃基板破裂的问题。
本发明是为了解决该问题而完成的，其目的在于提供一种通过保护形成有TGV的玻璃芯的表面而使其具有可靠性的玻璃芯器件。
另外，本发明的目的还在于提供一种通过使形成有TGV的玻璃芯的表面平坦，并且保护玻璃芯的表面，从而使其具备充分的机械强度的玻璃芯器件的制造方法。
[用于解决课题的手段]
本发明的玻璃芯器件，其中，通过在具备彼此相对的第1面和第2面的平板状的玻璃芯中所形成的玻璃穿孔中嵌入布线，从而将所述玻璃芯的所述第1面的布线与所述第2面的布线导通，其特征在于：
具有从所述玻璃芯的第2面开始连续地包覆所述玻璃芯的侧面的保护树脂。
本发明的玻璃芯器件的制造方法，其特征在于，包括：
在具备彼此相对的第1面和第2面的玻璃芯中形成通孔的工序；
在所述玻璃芯的第1面和所述通孔内形成布线以形成玻璃穿孔，并用绝缘树脂密封所述第1面的工序；
将载体基板粘合在所述玻璃芯的第1面上的工序；
通过对所述玻璃芯的第2面以线状照射激光，从而使所述玻璃芯改性的工序；
利用药液处理对所述玻璃芯的改性部分进行蚀刻，从而形成分割所述玻璃芯的槽的工序；
在所述玻璃芯的第2面上形成布线，并且在所述槽内填充保护树脂，同时用所述保护树脂密封所述第2面的工序；以及
切割填充在所述槽内的所述保护树脂的工序。
[发明的效果]
根据本发明，可以提供一种通过保护形成有TGV的玻璃芯的表面而使其具有可靠性的玻璃芯器件。
另外，根据本发明，可以提供一种通过使形成有TGV的玻璃芯的表面平坦，并且保护玻璃芯的表面，从而使其具备充分的机械强度的玻璃芯器件的制造方法。
附图说明
[图1]是表示在形成有TGV的玻璃芯上直至形成有种子层为止的状态的剖面图。
[图2]是表示在干膜抗蚀剂图案的间隙形成电解铜镀层的状态的剖面图。
[图3]是表示在玻璃芯的第1面上形成布线保护树脂，并在其上暂时粘合支持体基板的状态的剖面图。
[图4]是表示从玻璃芯的第2面一侧照射CO2激光，使得玻璃芯的一部分改性的状态的剖面图。
[图5]是表示从玻璃芯的第2面一侧使玻璃溶解的状态的剖面图。
[图6]是表示在玻璃芯的第2面上形成布线后，形成布线保护树脂的状态的剖面图。
[图7]是表示将布线保护树脂切割成玻璃芯器件的外周尺寸，并从载体基板分离后的玻璃芯器件的剖面图。
[图8]是表示准备2个在玻璃芯的第1面上形成有布线保护树脂的器件，并经由载体基板将其两面相对地暂时粘合的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1～7为表示第1实施方式中所涉及的玻璃芯器件的制造工序的图。在本说明书中，玻璃穿孔(TGV)是指贯通玻璃芯而形成的布线，但是这里也包含布线形成前的通孔的状态。
(第一实施方式)
(工序1)
首先，在如图1所示的玻璃芯10中形成TGV11。作为TGV11的形成方法，有激光照射以及使用氢氟酸的药液处理，但不限于此。在形成有TGV11的300μm厚的玻璃芯10的表面上形成电镀供电用的种子层12。这里，供电用的种子层12可以通过Ti/Cu溅射或化学镀铜形成。至少在玻璃芯10的第1面10a和TGV11内形成种子层12。在利用Ti/Cu溅射在内径小的TGV11内形成种子层12的情况下，如果从玻璃芯10的两面进行溅射处理，则可以在TGV整个内周上形成种子层12，因此优选。
(工序2)
接下来，如图2所示，在玻璃芯10的第1面10a和第2面10b上形成所期望的图案的光致抗蚀剂21。作为光致抗蚀剂21，一般多使用干膜抗蚀剂，但是这里将作为直接描绘型的“日立化成株式会社”制造的产品名称RD-1225层叠在玻璃芯10的两面上。接着，通过在第1面10a上描绘所期望的图案后显影，使得工序1中形成的种子层12露出来，并向该露出来的种子层供电，从而形成2～10μm厚的电解铜镀层22。
(工序3)
接下来，如图3所示，通过剥离不需要的干膜抗蚀剂并且对种子层12进行蚀刻，从而在玻璃芯10的第1面10a上形成所期望的铜布线图案，然后在其上面涂布布线保护绝缘树脂33。进一步，经由暂时粘合用的粘接剂32将载体基板31粘合在玻璃芯10的第1面10a上。
在本实施方式中，形成了如图3所示的单层的铜布线图案，但是也可以在布线保护绝缘树脂33中形成通孔并进一步在其上面形成铜布线图案，从而形成积层多层布线。另外，在本实施方式中，对使用另外准备的环氧基板作为载体基板31进行了说明，但只要是刚性的平滑的基板即可，载体基板也可以是玻璃基板或SUS等金属板。
(工序4)
接下来，如图4所示，为了将玻璃芯10切割成作为玻璃芯器件所需要的尺寸，以XY矩阵状照射飞秒激光LB，将玻璃芯10的被照射的部分改性为细长的槽状。被飞秒激光LB照射过的玻璃部分(改性为槽状的部分)41在氢氟酸等玻璃溶解液中的溶解性得以提高。这里所使用的飞秒激光的输出只要为0.1μJ以上即可，期望更优选为0.4μJ以上。另外，在本实施方式中，采用飞秒激光进行了说明，但是只要是脉冲激光即可，也可以使用皮秒激光。
(工序5)
将玻璃芯10的第2面10b研磨平坦使得被削去100～150μm。由此可以形成薄形的玻璃芯器件。进一步，将该玻璃芯10浸渍在氢氟酸等玻璃溶解液中，或者将玻璃溶解液喷射至第2面10b上，使得通过工序4的飞秒激光加工而改性了的玻璃部分41优先溶解，同时进一步将玻璃芯的第2面10b溶解1～5μm，从而形成如图5所示的第2面10c。由此，嵌入至TGV11中的铜布线的前端突出1～5μm。根据该加工方法，作为玻璃溶解液引起的有效的副作用，将飞秒激光加工面和第2面10b的研磨面上所生成的微裂纹溶解除去而形成第2面10c，因此在之后的工序中可以防止玻璃芯10的破裂。
(工序6)
接下来，如图6所示，与工序1、工序2同样地，在玻璃芯10的第2面10c上另外形成给电用的种子层12，然后在玻璃芯10的第2面10c中连接突出的铜布线，从而形成干膜抗蚀剂(未图示)的图案。进一步，向种子层12供电，以形成2～10μm厚的电解铜镀层61，然后剥离不需要的干膜抗蚀剂，并且对露出的种子层12进行蚀刻。
电解铜镀层61是包覆从玻璃芯10的第2面10c突出来的铜布线的铜镀层构造，由于电解铜镀层61是从铜布线以及与玻璃芯10的第2面10c不同面的种子层12中析出的，因此铜图案不会从玻璃芯10的第2面10c剥离。进一步，包覆用于保护玻璃芯10的第2面10c的阻焊剂等外层保护层(保护树脂)62。在需要外部连接端子等的情况下，也可以设置开口部63以露出铜图案。
(工序7)
接下来，在图6中虚线所表示的位置(用激光改性了的槽中心)处，将阻焊剂等外层保护层62切割成XY矩阵状，将玻璃芯器件分成单个后，将其从工序3中暂时粘合的载体基板31剥离取出，从而完成得到如图7所示的玻璃芯器件。此时，优选将种子层12和电解铜镀层61残留在图6所示的玻璃芯10的侧面10d上。这里，同时切割载体基板31和玻璃芯器件，但是也可以不切断载体基板31而仅切割玻璃芯器件。由此，分成单个后的玻璃芯器件可以依然附着在载体基板31上，在搬运或存储上的可操作性提高。
(第2实施方式)
在与第1实施方式同样的工序中，参照图2制作2个相同尺寸的中间产品，进一步，如图3所示，通过对种子层12进行蚀刻，从而在两个玻璃芯10的第1面10a上形成所期望的铜布线图案，并被覆布线保护绝缘树脂33。接下来，在本实施方式中，如图8所示，在载体基板31的两面上涂布暂时粘合用的粘接剂32，并将2个玻璃芯10的第1面10a相对地粘合。
之后，与上述实施方式相同。
在上述第1实施方式中，示出了与载体基板31的数量相对应的玻璃芯器件的制作例，但在第2实施方式中，通过工序4至工序7对两面进行处理，从而可以制造载体基板31的数量的2倍的玻璃芯器件，即，通过简单的计算可以将生产效率提高约2倍。
另外，在本实施方式中，描述了经由载体基板31将中间产品粘合的情况，但是也可以不使用载体基板，而是仅经由一层暂时粘合用的粘接剂层将2个中间产品进行粘合处理。
根据本实施方式，通过使形成有TGV的玻璃芯的表面平坦，并且保护玻璃芯的表面，从而可以提供一种机械强度充分、低成本且具有可靠性的玻璃芯器件及其制造方法。另外，根据本实施方式，将由于研磨/磨削、玻璃芯器件制造装置中的搬运时或货架存储时的接触、或者强酸、强碱的药液处理而在玻璃芯表面上产生的微裂纹用玻璃溶解液溶解除去后，向露出的玻璃芯和布线上涂布绝缘性的液体树脂或干膜材料等保护树脂，从而可以防止玻璃芯露出到外部，因而提高产品品质。
进一步，根据本实施方式，通过将800μm以上的玻璃原材料进行薄化处理，最终的玻璃芯的厚度优选成为20μm以上800μm以下。如果玻璃芯具有该厚度，则可以通过缓慢的加热处理来缓和形成在玻璃芯上的铜布线和绝缘树脂形成时所产生的应力。需要说明的是，关于具有上述厚度的玻璃芯的材料单体，有时会在制造工序中破裂，因此如本实施方式那样，在玻璃芯的第1面上使用可剥离的粘接剂来粘合载体基板，从而有望在玻璃芯器件制造后剥离。
进一步，根据本实施方式，由于对玻璃芯的第2面进行氢氟酸处理，由此可以除去因玻璃薄化的研磨工序、搬运接触、货架存储时接触、强酸强碱药液处理等而产生的微裂纹。通过氢氟酸处理，玻璃芯的表面粗糙度Ra值(根据ISO25178-604，使用Zygocorporation制造的产品名称NewView 8200进行测定)可以成为20nm以下，从而可以防止以微裂纹为起点的玻璃芯的破裂。需要说明的是，可以通过将保护树脂层从作为产品的玻璃芯器件上剥离，来测定玻璃芯的表面粗糙度Ra值。
进一步，根据本实施方式，至少玻璃芯的第1面的外周端部和玻璃芯侧面被金属膜包覆，进一步被保护树脂涂布。假设在玻璃芯器件中玻璃芯露出，则在将有源部件或无源部件安装到玻璃芯器件的工序中，或者在将其安装到主板的焊接连接工序中，例如，回流焊工序等中，可能会产生因剧烈的加热处理而导致的热冲击、撞击物体等机械冲击，从而发生玻璃芯的破裂。与此相对，根据本实施方式，在玻璃芯的侧面(利用激光照射而玻璃改性，并用氢氟酸除去了的槽内)上可以通过溅射或蒸镀进行干式成膜、或通过金属镀进行湿式成膜，从而可以容易地包覆金属膜，能够防止从玻璃芯的侧面开始的破裂。进一步，通过用保护树脂涂布玻璃芯的侧面，可以防止金属膜的腐蚀。
进一步，根据本实施方式，首先在玻璃芯的第1面上层叠耐氢氟酸的保护膜，并对玻璃芯的第2面进行氢氟酸处理，可以使玻璃芯的厚度薄化，同时，将玻璃芯分成所期望的玻璃芯器件尺寸。玻璃芯器件通常是具有2mm正方形、或者50mm正方形的底面的长方体，但是由于所包含的玻璃芯从第2面开始进行薄化处理，所以成为第2面的边长短于第1面边长的四棱台形状(即，侧面成为锥形面)。需要说明的是，为了提高生产性，本实施方式的玻璃芯器件使用300mm平方以上的玻璃原材料，并将玻璃芯器件配置成矩阵状，统一地制造多个玻璃芯器件，从而可以削减制造成本。
进一步，根据本实施方式，使用了在TGV内形成布线的同时，在第1面上形成所期望的多层布线层的玻璃芯。如上所述，玻璃芯材料在生产过程中存在容易破裂等问题，因此可以通过可剥离的粘接剂将载体基板粘合到玻璃芯的第1面上。
进一步，沿着与玻璃芯器件的尺寸相对应而分割的线，使用被控制的飞秒激光从第2面一侧开始进行线性照射，从而以不溶解玻璃芯的方式进行改性，则与未照射激光的部分相比，在氢氟酸处理中该玻璃芯的发生改性了的线性部分优先被蚀刻。在对玻璃芯的第2面进行薄化蚀刻的过程中，照射激光而改性的部分被蚀刻除去，由此能够使玻璃芯分成所期望的尺寸。
进一步，根据本实施方式，首先在玻璃芯的第1面一侧层叠耐氢氟酸的保护膜，并通过对玻璃芯的第2面进行氢氟酸处理，可以使玻璃芯实现薄化。此时，形成于TGV内部的铜布线的前端从玻璃芯的第2面突出，有助于提高在之后的工序中与玻璃芯的第2面的布线的连接可靠性。因此，优选使TGV的布线前端从玻璃芯的第2面表面露出1μm～15μm高度的程度来进行氢氟酸处理。
进一步，根据本实施方式，在玻璃芯的第2面上形成布线时，形成与从第2面突出的TGV嵌入布线的前端连接的金属布线，同时在上述被激光照射而改性蚀刻除去的槽中也形成金属膜。通过在外周边缘部分形成金属膜，可以防止从玻璃芯的四棱台侧面开始发生玻璃破裂。假设仅在玻璃芯的第1面和第2面上形成金属布线，则由于自退火引起的拉伸应力、或由于安装时的回流焊加热处理而引起的收缩，使得容易从玻璃芯的四棱台侧面开始发生玻璃破裂，但是根据本实施方式可以消除这种不良情况。
在玻璃芯的外周边缘部分，通过溅射、蒸镀或者化学镀形成金属密合性增强层，再通过电镀包覆的方式实现厚膜化，由此可以抑制玻璃破裂。该金属密合性增强层优选形成Ti、Ni、Cu等的膜，并作为电解镀种子层。另外，从提高工作效率的观点来看，电解镀液可以使玻璃芯的第2面布线和四棱台侧面同时成膜，所以优选使用电解铜镀液。
进一步，根据本实施方式，优选的是，玻璃芯器件中，分割成单片尺寸后的玻璃芯的第2面和四棱台侧面都被覆有树脂、陶瓷等作为外层保护膜。该外层保护膜包覆保护了玻璃芯的第2面和四棱台侧面的合计5个面。沿着因飞秒激光照射而使玻璃芯的一部分改性、并用氢氟酸除去后形成的玻璃芯的槽中心，对嵌入的外层保护膜的一部分进行切割，从而进行最终的单片化，而分成单片后的玻璃芯器件成为不使玻璃芯露出至的长方体。
需要说明的是，也可以在玻璃芯的第1面或第2面上层叠积层树脂层(形成绝缘树脂积层)，并通过反复形成通孔、形成布线层来进行多层布线。另外，通过在玻璃芯器件中嵌入高电介质而形成电容器、或通过形成电阻等而内置无源部件。此外，也可以通过在玻璃芯器件中形成线圈状布线而内置感应器。
符号的说明
10：玻璃芯、10a：第1面、10b：第2面、11：TGV、12：种子层、21：光致抗蚀剂、22：电解铜镀层、31：载体基板、32：粘接剂、33：布线保护绝缘树脂、41：改性的玻璃部分、61：电解铜镀层、62：外层保护层

Claims (8)

1.一种玻璃芯器件，其中，通过在具备彼此相对的第1面和第2面的平板状的玻璃芯中所形成的玻璃穿孔中嵌入布线，从而将所述玻璃芯的所述第1面的布线与所述第2面的布线导通，其特征在于：
具有从所述玻璃芯的第2面开始连续地包覆所述玻璃芯的侧面的保护树脂。
2.根据权利要求1所述的玻璃芯器件，其特征在于：所述玻璃芯的厚度为20μm以上800μm以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的玻璃芯器件，其特征在于：所述玻璃芯的表面粗糙度Ra为20nm以下。
4.根据权利要求1至权利要求3中任意一项所述的玻璃芯器件，其特征在于：至少所述玻璃芯的第1面和第2面的外周端部、以及所述玻璃芯的侧面被金属膜包覆，并进一步被所述保护树脂涂布。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述的玻璃芯器件，其特征在于：所述玻璃芯具有四棱台形状，与所述玻璃芯的第1面的边长相比，与其平行的第2面的边长较短。
6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的玻璃芯器件，其特征在于：嵌入在所述玻璃穿孔中的布线的一部分从所述玻璃芯的第2面突出。
7.一种玻璃芯器件的制造方法，其特征在于，包括：
在具备彼此相对的第1面和第2面的玻璃芯中形成通孔的工序；
在所述玻璃芯的第1面和所述通孔内形成布线以形成玻璃穿孔，并用绝缘树脂密封所述第1面的工序；
将载体基板粘合在所述玻璃芯的第1面上的工序；
通过对所述玻璃芯的第2面以线状照射激光，从而使所述玻璃芯改性的工序；
通过药液处理对所述玻璃芯的改性部分进行蚀刻，从而形成分割所述玻璃芯的槽的工序；
在所述玻璃芯的第2面上形成布线，并且在所述槽内填充保护树脂，同时用所述保护树脂密封所述第2面的工序；以及
切断填充在所述槽内的所述保护树脂的工序。
8.根据权利要求7所述的玻璃芯器件的制造方法，其特征在于：
在通过药液处理对所述玻璃芯的改性部分进行蚀刻，从而形成分割所述玻璃芯的槽的工序中，包括
通过对所述玻璃芯的第2面的露出面也进行蚀刻，使得所述玻璃芯薄化，并且使所述玻璃穿孔中的所述布线从所述第2面突出的工序，并且
以与突出的所述玻璃穿孔中的所述布线连接的方式进行所述第2面的布线形成。
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