CN116631876A - 一种tgv转接板一体成型制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TGV转接板一体成型制作方法，包括：第一步骤：在衬底中形成凹槽；第二步骤：在凹槽中执行玻璃回流以便在凹槽中至少部分地填充玻璃；第三步骤：制造表面形成有金属柱的载板，利用模头携带载板以将金属柱压入凹槽，并使凹槽内的玻璃液填充金属柱之间的空隙；第四步骤：使得模具与载板分离；第五步骤：使得载板与金属柱分离；第六步骤：使金属柱的上部表面露出；第七步骤：对衬底执行背部研磨以露出金属柱的背部，由此得到TGV转接板。在根据本发明的TGV转接板一体成型制作方法中，采用了一体成型的制备方法，提高了生产效率；玻璃柱成型好，不易被破坏；能够按要求制备出所需孔径的空孔；而且实现了玻璃和铜柱的良好结合。
Description
技术领域
本发明涉及一种TGV转接板一体成型制作方法，属于半导体先进封装技术领域。
背景技术
在2.5D或3D先进封装中，转接板的类型主要有TSV(“through silicon via”，硅通孔)转接板、TGV(“through glass via”，即玻璃通孔)转接板和有机转接板。TSV转接板由于制造设备可以和封装、标准CMOS等工艺共享而被广泛采用，此外当芯片采用Si衬底时，能够避免热膨胀差异带来的热应力问题，但TSV转接板存在高频损耗特性差、成本高等问题。
相比于TSV转接板，TGV转接板中的玻璃是绝缘材料，介电常数只有Si的1/3，损耗因子比Si小2-3个数量级，具有高频特性优异的特点。同时玻璃热膨胀系数可调，可以降低与不同材料间的热失配问题。另外玻璃成本低容易获取，不需要沉积绝缘层。
图1至图7示意性地示出了现有技术的TGV转接板制作工艺。如图1至图7所示，现有技术的TGV转接板制作工艺包括：提供玻璃衬底10，如图1所示；在玻璃衬底10上利用激光诱导产生变性区20，如图2所示；接着将玻璃放入HF溶液中，利用变性区和未变性区刻蚀速率的不同刻蚀出通孔30，如图3所示；然后将玻璃和载板40临时键合，如图4所示；接着电镀Cu50将Cu填充到通孔中，如图5所示；CMP去除多余的Cu，如图6所示；解键合去除载板，湿法去除残胶，如图7所示。
但是，这种方案的缺点在于，在制备过程中容易损伤玻璃；而且，粗糙度与黏附性呈反比，表面越光滑，粗糙度越低，黏附性越好；而这里使用HF腐蚀玻璃制得的玻璃孔侧壁比较粗糙，黏附性较差；玻璃通孔的孔径不易控制，难以制备所需孔径的通孔和盲孔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种按要求制备出所需孔径的通孔的TGV转接板一体成型制作方法。
根据本发明，提供了一种TGV转接板一体成型制作方法包括：
第一步骤：在衬底中形成凹槽；
第二步骤：在凹槽中执行玻璃回流以便在凹槽中至少部分地填充玻璃；
第三步骤：制造表面形成有金属柱的载板，利用模头携带载板以将金属柱压入凹槽，并使凹槽内的玻璃液填充金属柱之间的空隙；
第四步骤：使得模具与载板分离；
第五步骤：使得载板与金属柱分离；
第六步骤：使金属柱的上部表面露出；
第七步骤：对衬底执行背部研磨以露出金属柱的背部，由此得到TGV转接板。
优选地，所述衬底是硅衬底。
优选地，在衬底中形成凹槽包括：提供衬底；在衬底上布置光刻胶；对光刻胶进行曝光显影以形成与凹槽对应的光刻胶图案；利用光刻胶图案对衬底进行干法刻蚀以形成凹槽。
优选地，金属柱的直径对应于TGV转接板中期望的孔直径。
优选地，所述金属柱是铜柱。
优选地，载板的表面通过作为支撑层的固化胶固定金属柱；而且使金属柱的上部表面露出的步骤包括湿法去除固化胶，随后研磨以露出金属柱的上部。
优选地，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一个载板；
在载板上依次布置作为支撑层的固化胶和光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；
在孔结构中填充金属；
去除光刻胶。
优选地，在孔结构中填充金属包括：执行铜电镀在孔结构中填充铜。
优选地，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一金属板；
在金属板上布置光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；
在孔结构中填充金属，形成金属柱；
去除光刻胶；
提供一个载板，并在载板上布置作为支撑层的固化胶；
载板的表面通过作为支撑层的固化胶固定具有金属柱的金属板。
优选地，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一金属材质的载板；
在载板上布置光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；
在孔结构中填充金属，形成金属柱；
去除光刻胶。
根据本发明的TGV转接板一体成型制作方法通过采用表面具有金属柱的载板直接得到具有期望孔径的孔，解决了现有技术中由于玻璃通孔的孔径不易控制而难以制备所需孔径的通孔的问题；由于在与玻璃结合之前就形成铜柱，所以铜柱的尺寸可以做得很小；并且本发明的工艺简单。
总而言之，在根据本发明的TGV转接板一体成型制作方法中，采用了一体成型的制备方法，提高了生产效率；玻璃柱成型好，不易被破坏；能够按要求制备出所需孔径的空孔；而且实现了玻璃和铜柱的良好结合。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1至图7示意性地示出了现有技术的TGV转接板制作工艺。
图8至图20示意性地示出了根据本发明优选实施例的TGV转接板一体成型制作方法。
图21至图27示意性地示出了根据本发明优选实施例的TGV转接板一体成型制作方法的具有金属柱的载板的制造。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。其中，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此处可能使用诸如“介于……之间”，该表达表示包括两端点值，以及可能使用诸如“多个”，该表达表示两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
图8至图20示意性地示出了根据本发明优选实施例的TGV转接板一体成型制作方法。如图8至图20所示，根据本发明优选实施例的TGV转接板一体成型制作方法包括：
第一步骤：在衬底100中形成凹槽110；
在优选实施例中，所述衬底100是硅衬底。当然，在其他实施例中，衬底也可以是其他材料。但是，硅材料是优选的，因为硅材料和后续采用的玻璃材料的热膨胀系数接近，使得变形较小；而且硅材料的熔点高于玻璃。
在具体实施例中，如图8至图11所示，在衬底100中形成凹槽包括：提供衬底100(图8)；在衬底上布置光刻胶200(图9)；对光刻胶进行曝光显影以形成与凹槽对应的光刻胶图案(图10)；利用光刻胶图案对衬底进行干法刻蚀以形成凹槽110(图11)。
第二步骤：在凹槽110中执行玻璃回流(如图12所示)以便在凹槽110中至少部分地填充玻璃300，如图13所示；即，通过高温玻璃回流工艺将玻璃填充到凹槽内。
第三步骤：制造表面形成有金属柱510的载板500，利用模具400携带载板500以将金属柱510压入凹槽110，并使凹槽110内的玻璃液填充金属柱510之间的空隙，如图14和图15所示；
具体地，金属柱510的直径对应于TGV转接板中期望的孔直径。或者，金属柱510的直径略小于TGV转接板中期望的孔直径。
在具体实施例中，在高温下执行该工艺以保证玻璃的液体状态。
优选地，所述金属柱510是铜柱。
第四步骤：使得模具400与载板500分离，如图16所示；
第五步骤：使得载板500与金属柱510分离，如图17所示；
第六步骤：使金属柱510的上部表面露出；
例如，具体地，载板500的表面通过作为支撑层的固化胶520固定金属柱510；而且使金属柱510的上部表面露出的步骤包括湿法去除固化胶520(如图18所示)，随后研磨以露出金属柱510的上部(如图19所示)。载板与金属柱之间是通过固化胶连接，固化胶属于有机物，可以通过湿法清洗去除，这样可以达到载板与金属柱的分离，以及去胶的目的。如此可以提高载板500的重复利用率。在一些实施方式中，金属柱510的可部分嵌入固化胶520。
第七步骤：对衬底执行背部研磨以露出金属柱510的背部，由此得到TGV转接板，如图20所示。
例如，本发明具体实施例中采用的研磨工艺可以是化学机械研磨。
下面结合图21至图27具体描述制造表面形成有金属柱510的载板500的一个优选实施例。如图21至图27所示，制造表面形成有金属柱510的载板500包括：
提供一个载板500，如图21所示；
在载板500上依次布置作为支撑层的固化胶520和光刻胶600，如图22所示；
对光刻胶600进行曝光显影以形成与金属柱510对应的孔结构530，如图23所示；
在孔结构530中填充金属，如图24所示；例如，在孔结构530中填充金属包括：执行铜电镀在孔结构530中填充铜。
去除光刻胶600，如图25所示。
随后，只要将得到的结构上下翻转(如图26所示)，并将翻转后的结构安装在模头400上(如图27所示)，即可执行后续操作。
在另外一些实施方式中，制造表面形成有金属柱的载板的步骤包括：
提供一金属板(未图示)；
在金属板(未图示)上布置光刻胶(未图示)；
对光刻胶(未图示)进行曝光显影以形成与金属柱(未图示)对应的孔结构(未图示)；
在孔结构(未图示)中填充金属，形成金属柱(未图示)；
去除光刻胶(未图示)；
提供一个载板(未图示)，并在载板上布置作为支撑层的固化胶(未图示)；
载板的表面通过作为支撑层的固化胶固定具有金属柱的金属板，金属柱因此被固定。
在本实施例中，金属柱与金属板呈一体式设置，机械强度高，不易变形，减少制程误差提高制程精度，应用这种载板，在第六步骤：“使金属柱的上部表面露出”的步骤中，可以通过研磨金属板露出金属柱的上部表面。
在又一实施方式中，制造表面形成有金属柱的载板的步骤包括：
提供一金属材质的载板(未图示)；
在载板(未图示)上布置光刻胶(未图示)；
对光刻胶(未图示)进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构(未图示)；
在孔结构(未图示)中填充金属，形成金属柱(未图示)；
去除光刻胶(未图示)。
在本实施例中，载板上无需设置固化胶，金属柱与载板呈一体式设置，机械强度高，不易变形，减少制程误差提高制程精度，应用这种载板，在第六步骤：“使金属柱的上部表面露出”的步骤中，可以通过研磨载板露出金属柱的上部表面。
根据本发明的TGV转接板一体成型制作方法通过采用表面具有金属柱的载板直接得到具有期望孔径的孔，解决了现有技术中由于玻璃通孔的孔径不易控制而难以制备所需孔径的通孔的问题；由于在与玻璃结合之前就形成铜柱，所以铜柱的尺寸可以做得很小；并且本发明的工艺简单。
总而言之，在根据本发明的TGV转接板一体成型制作方法中，采用了一体成型的制备方法，提高了生产效率；玻璃柱成型好，不易被破坏；能够按要求制备出所需孔径的空孔；而且实现了玻璃和铜柱的良好结合。
需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于包括：
第一步骤：在衬底中形成凹槽；
第二步骤：在凹槽中执行玻璃回流以便在凹槽中至少部分地填充玻璃；
第三步骤：制造表面形成有金属柱的载板，利用模头携带载板以将金属柱压入凹槽，并使凹槽内的玻璃液填充金属柱之间的空隙；
第四步骤：使得模具与载板分离；
第五步骤：使得载板与金属柱分离；
第六步骤：使金属柱的上部表面露出；
第七步骤：对衬底执行背部研磨以露出金属柱的背部，由此得到TGV转接板。
2.根据权利要求1所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，所述衬底是硅衬底。
3.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，在衬底中形成凹槽包括：提供衬底；在衬底上布置光刻胶；对光刻胶进行曝光显影以形成与凹槽对应的光刻胶图案；利用光刻胶图案对衬底进行干法刻蚀以形成凹槽。
4.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，金属柱的直径对应于TGV转接板中期望的孔直径。
5.根据权利要求4所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，所述金属柱是铜柱。
6.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，载板的表面通过作为支撑层的固化胶固定金属柱；而且使金属柱的上部表面露出的步骤包括湿法去除固化胶，随后研磨以露出金属柱的上部。
7.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一个载板；
在载板上依次布置作为支撑层的固化胶和光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；
在孔结构中填充金属；
去除光刻胶。
8.根据权利要求7所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，在孔结构中填充金属包括：执行铜电镀在孔结构中填充铜。
9.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一金属板；
在金属板上布置光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；在孔结构中填充金属，形成金属柱；
去除光刻胶；
提供一个载板，并在载板上布置作为支撑层的固化胶；
载板的表面通过作为支撑层的固化胶固定具有金属柱的金属板。
10.根据权利要求1或2所述的TGV转接板一体成型制作方法，其特征在于，制造表面形成有金属柱的载板包括：
提供一金属材质的载板；
在载板上布置光刻胶；
对光刻胶进行曝光显影以形成与金属柱对应的孔结构；
在孔结构中填充金属，形成金属柱；
去除光刻胶。
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