EP2589072A2 - Interposer und verfahren zur herstellung von löchern in einem interposer - Google Patents

Interposer und verfahren zur herstellung von löchern in einem interposer

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Publication number
EP2589072A2
EP2589072A2 EP11730223.2A EP11730223A EP2589072A2 EP 2589072 A2 EP2589072 A2 EP 2589072A2 EP 11730223 A EP11730223 A EP 11730223A EP 2589072 A2 EP2589072 A2 EP 2589072A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holes
base substrate
glass
interposer
range
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11730223.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Jackl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP2589072A2 publication Critical patent/EP2589072A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means

Definitions

  • the invention relates to interposer for electrically connecting the terminals of a CPU chip with a
  • Circuit board further to methods that are used in a critical manufacturing step of the interposer.
  • a CPU chip as a processor core typically has several hundreds of contact points spaced close to each other on its underside over a relatively small area. Because of this close spacing, these contact points can not be mounted directly onto a circuit board, the so-called motherboard. It is therefore a
  • the glass fiber mat has a coefficient of expansion of 15 to 17 ⁇ 10 -6
  • the silicon-based core processor has one
  • Hole diameter is limited to 250 to 450 m.
  • the US 2002/0180015 Al shows a module for a variety of chips, the semiconductor devices and a
  • the wiring substrate comprises a glass substrate having holes through
  • the glass substrate has a wiring and an insulation layer. It is aimed at the
  • US 5,216,207 shows multi-layer ceramic circuit boards with conductors of silver. The layers are baked at low temperatures. The boards have a thermal expansion coefficient close to that of silicon.
  • US 2009/0321114 A1 shows a substrate unit for electrical testing with a multilayer
  • Ceramic substrate Although the materials used have a coefficient of thermal expansion in the vicinity of
  • Silicate glass The production process takes place in two
  • the invention has for its object to provide an interposer for electrical connection between a CPU chip and a circuit board, which is economical to manufacture, thereby enabling the production of micro holes in the order of 20 m and 200 ⁇ hole diameter and the interposer body similar thermal expansion to that of the CPU chip material.
  • Hole diameter the so-called aspect, should be between 1 and 10.
  • the center distance of the holes should be between 120 pm and 400 ⁇ ⁇ .
  • the hole shape should be at the hole inlet and outlet conical or
  • the interposer according to the invention is characterized in that its plate-shaped base substrate is made of glass whose thermal expansion coefficient is in the range between 3.1 x 10 "6 and 3.4 x 10 ⁇ . 6 chip boards based on silicon have a coefficient of expansion between 3.2 x 10 "6 and 3.3 x 10 " 6. Between interposer and CPU chip, therefore, no great mechanical stresses are to be expected due to different thermal expansion behavior
  • the number of holes in the interposer will be after the
  • a typical number of holes is in the range of 1000 to 3000.
  • the hole center distance of the holes is in the range of 50 ⁇ im and 700 ⁇ .
  • Interposer an arsenic or antimony content of less than 50 ppm.
  • Interposer have a plate thickness that is below 1 mm, but not 30 ⁇ below.
  • the number of holes of an interposer is chosen according to the needs and is of the order of 1000 to 3000 holes / cm 2 .
  • the invention is intended to interposer with
  • the holes are generally slim cylindrically shaped, but can be at the hole entrance and
  • Hole exit be equipped with rounded-broken edges.
  • Wavelength range of the transparency of the glass so that the laser rays penetrate into the glass and are not already absorbed in the outer layers of the glass.
  • Laser radiation of very high radiation intensity is used to cause local, athermal destruction of the glass along filamentous channels.
  • filamentous channels are then widened to the desired diameter of the holes, taking one
  • Lead hole material, and / or the filamentous channels are widened by the supply of reactive gases.
  • the holes provided can also be exactly marked by HF coupling material, which is printed dot-shaped on the base substrate.
  • Marked points are heated by RF energy in order to close the holes
  • Breakthrough sites can be caused by supplied etching gas
  • Fig. 1 is a schematic representation of a production of an interposer in longitudinal section
  • Fig. 2 shows a second production. Detailed description
  • holes 10 on a plate-shaped glass substrate 1 are marked by focused laser pulses 41 emanating from an arrangement 4 of lasers 40.
  • the radiation intensity of these lasers is so strong that local, athermal destruction occurs along a filamentary channel 11 in the glass.
  • filamentous channels 11 expanded into holes 12. It is possible to use opposing electrodes 6 and 7, which are supplied with high-voltage energy, which leads to dielectric breakthroughs through the glass substrate along the filamentary channels 11. These breakthroughs expand by electrothermal heating and
  • conductor paths 13 are applied to the perforation points 10 on the upper side of the glass plate 1, and the holes 12 are filled with conductive material 14 to complete on the underside of the plate the connections to the contact points of a CPU chip or the like.
  • Dielectric strength of the material leads. When high voltage is applied, dielectric breakdowns occur along narrow channels 11. By further supplying high voltage energy, these narrow channels 11 can be widened to the size of the holes 12.
  • conduction paths 13 are applied to the holes 12 on the top of the glass substrate, and the Holes are filled with conductive material 14 in order to produce, with turned glass plate 1, the connections for the CPU chip. It should be noted that interposers do not need to be made individually but glass substrate plates for one
  • interposers can be processed by cutting the large format glass substrate plates to recover the individual interposers. Formats of glass substrate plates with edge lengths from 0.2 m to 3 m (or smaller) can be processed.
  • Round disc formats can be up to 1 m in dimension
  • T2 The temperature at the viscosity 10 2 dPas (referred to as T2 (° C), calculated from the Vogel-Fulcher-Tammann equation
  • compositions (in% by weight based on oxide) and
  • the glasses have the following advantages:
  • the glasses are ideally suited for use as a substrate glass in the
  • Thermal expansion coefficient is little different, occur less mechanical stress between these bonded layers or plates, and there will be no dislocation or cracks between the layers or plates.
  • Interposer which are densely occupied with holes over previous interposers, take smaller substrate sizes, whereby the extent of different strains and shrinkages of the layers or plates involved and thus the risk of discarding and thus the

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Abstract

Interposer zur elektrischen Verbindung zwischen einem CPU-Chip und einer Schaltungsplatte. Ein plattenförmiges Basissubstrat (1) aus Glas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 3,1 · 10-6 und 3,4 · 10-6 und Löcher (12) in einer Anzahl auf, die im Bereich zwischen 10 und 10.000 cm-2 liegt. Es gibt Löcher (12) mit Durchmessern, die im Bereich zwischen 20 µm und 200 µm liegen können. Auf der einen Plattenseite verlaufen Leiterbahnen (13), die sich jeweils bis in die Löcher (12) hinein und durch diese hindurch auf die andere Plattenseite erstrecken, um Anschlusspunkte für den Chip zu bilden.

Description

Interposer und Verfahren zur Herstellung von Löchern in einem Interposer
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Interposer zur elektrischen Verbindung der Anschlüsse eines CPU-Chips mit einer
Schaltungsplatte, ferner auf Verfahren, die bei einem kritischen Herstellungsschritt der Interposer benutzt werden .
Hintergrund der Erfindung Ein CPU-Chip als Prozessorkern hat typischerweise auf seiner Unterseite auf relativ kleiner Fläche verteilt mehrere Hundert Kontaktpunkte in engem Abstand zueinander. Wegen dieses engen Abstandes können diese Kontaktpunkte nicht direkt auf eine Schaltungsplatte, das sogenannte Motherboard, montiert werden. Es wird deshalb ein
Zwischenteil angewendet, mit welchem die
Kontaktierungsbasis verbreitert werden kann. Als
Zwischenteil wird häufig eine mit Epoximaterial ummantelte Glasfasermatte eingesetzt, die mit einer Anzahl von Löchern versehen ist. Auf der Oberfläche der Glasfasermatte laufen Leiterbahnen, die in die jeweiligen Löcher hineinführen, um diese zu verfüllen, und auf der anderen Seite der
Glasfasermatte bis zu den Anschlusskontakten des
Prozessorkerns führen. Um dies zu bewerkstelligen, wird sowohl um den Prozessorkern als auch zwischen dem
Prozessorkern und der Glasfasermatte eine Hinterfüllung (underfill) aufgebracht, welche die Leitungen schützt und
BESTÄTIGUNGSKOPIE den Prozessorkern und die Glasfasermatte mechanisch
miteinander verbindet. Der Prozessorkern und die
Glasfasermatte weisen jedoch unterschiedliche
Wärmeausdehnungen auf. So hat die Glasfasermatte einen Ausdehnungskoeffizienten von 15 bis 17 x 10~6, während der Kernprozessor auf Siliziumbasis einen
Wärmeausdehnungsfaktor von 3,2 bis 3,3 x 10"6 aufweist. Bei Auftreten von Erwärmung kommt es deshalb zu differentiellen Ausdehnungen zwischen dem Kernprozessor und der
Glasfasermatte und damit zu mechanischen Spannungen
zwischen diesen beiden Komponenten. Dies kann sich
schädlich auf die Kontaktverbindungen auswirken, vor allem dann, wenn die beiden Komponenten nicht überall flächig miteinander verbunden sind. Dann können die Kontaktstellen leicht brechen.
Die Anwendung der Glasfasermatte ist mit einem weiteren Nachteil behaftet, der mit dem mechanischen Bohren der Löcher in der Glasfasermatte zusammenhängt. Der
Lochdurchmesser ist auf 250 bis 450 m begrenzt.
Eine weitere Möglichkeit des Aufbaus und der Herstellung von Verbindungsstrukturen, die in der Art von Interposern genutzt werden könnten, wird in WO 02/058135 A2 aufgezeigt. Es wird die Wafertechnologie mit Erzeugung von Löchern und Gräben in dielektrischem Material angewendet,
beispielsweise Siliziumdioxid, und Auffüllen der Löcher und Gräben mit Leitungsschichten. Diese Herstellungsweise von Kontaktverbindungen ist jedoch sehr teuer. Eine ähnliche Technologie wird in DE 103 01 291 B3
vermittelt. Es werden Vertiefungen in Substraten geätzt und durch Leiterbahnen aus Metall aufgefüllt, wobei auch
Kontakte durch Löcher hindurchreichen. Diese Technik ist aufwendig und teuer.
Die US 2002/0180015 AI zeigt ein Modul für eine Vielzahl von Chips, das Halbleiterbausteine und ein
Beschaltungssubstrat zur Aufbringung der
Halbleiterbausteine aufweist. Das Beschaltungssubstrat umfasst ein Glassubstrat mit Löchern, die durch
Sandstrahlbehandlung gebildet wurden. Auf der Oberfläche des Glassubstrat ist eine Beschaltungsschicht gebildet.
Ferner weist das Glassubstrat eine Verdrahtung und eine Isolationsschicht auf. Es wird angestrebt, den
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glassubstrats in der Nähe des Koeffizienten von Silizium zu wählen.
Die US 5,216,207 zeigt keramische Platinen mit mehreren Schichten mit Leitern aus Silber. Die Schichten werden bei niedrigen Temperaturen eingebrannt. Die Platinen haben einen Wärmeausdehungskoeffizienten nahe dem von Silizium.
Die US 2009/0321114 AI zeigt eine Subtstrateinheit zum elektrischen Testen mit einem mehrschichtigen
Keramiksubstrat. Die verwendeten Materialien haben zwar einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Nähe des
entsprechenden Wertes Ihrer Erfindung, sind aber keine reinen Gläser. Die US 7,550,321 Bl zeigt ein Substrat mit einem
Wärmeausdehungskoeffizienten, der in Dickenrichtung einen Gradienten aufweist. Der Fachartikel "Femtosecond laser-assisted three- dimensional microfabrication in silica" aus Optics Letters, Vol. 26, No. 5, 1. März 2001, Seiten 277 bis 279 beschreibt direkte dreidimensionale Mikroproduktion in einem
Silikatglas. Der Produktionsprozess erfolgt in zwei
Schritten. Zunächst werden die vorgesehenen Muster mittels fokussierten Femtosekunden-Laserpulsen im Glas
vorgezeichnet. Anschließend werden diese Muster geätzt.
Allgemeine Erfindungsbeschreibung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Interposer zur elektrischen Verbindung zwischen einem CPU-Chip und einer Schaltungsplatte zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist, dabei die Herstellung von Mikrolöchern in der Größenordnung von 20 m und 200 μπι Lochdurchmesser ermöglicht und der Interposerkörper eine Wärmeausdehnung ähnlich zu der des CPU-Chipmaterials aufweist.
Bei dem neuen Interposer sollen folgende Forderungen erfüllt werden können:
Viele kleine Löcher (10 bis 10.000) sollen pro Interposer bei engen Toleranzen der Löcher zueinander untergebracht werden können. Dabei muss auch ein Lochabstand bis herab zu 30 μιη eingehalten werden können. Der Lochdurchmesser soll bis zu einer Größe von 20 m herabreichen können. Das
Verhältnis zwischen Dicke des Interposers und
Lochdurchmesser, der sogenannte Aspekt, soll zwischen 1 und 10 liegen können. Der Mittelpunktabstand der Löcher soll zwischen 120 pm und 400 μπ\ betragen können. Die Lochform soll am Locheintritt und -austritt konisch oder
kraterförmig, in der Lochlaibungsmitte aber möglichst zylindrisch ausgebildet sein. Die Lochwände sollen glatt (feuerpoliert) sein. Gegebenenfalls soll auch ein Wulst von maximal 5 mm Wulsthöhe um den Lochrand herum entstehen.
Der erfindungsgemäße Interposer zeichnet sich dadurch aus, dass sein plattenförmiges Basissubstrat aus Glas besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich zwischen 3,1 x 10"6 und 3,4 x 10~6 liegt. Chipplatten auf Siliziumbasis weisen einen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,2 x 10"6 und 3,3 x 10"6 auf. Zwischen Interposer und CPU-Chip sind deshalb keine großen mechanischen Spannungen zu erwarten, die auf unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten
beruhen .
Die Anzahl der Löcher im Interposer wird nach den
jeweiligen Erfordernissen gewählt und kann bis zu 10.000 Löcher pro cm2 liegen. Eine übliche Lochanzahl liegt im Bereich von 1000 bis 3000. Der Lochmittenabstand der Löcher liegt im Bereich von 50 \im und 700 μιη. Um den Anforderungen der Miniaturisierung von Bauteilen Rechnung zu tragen, gibt es Löcher, deren Durchmesser im Bereich zwischen 20 m und 200 m liegt. Um die elektrische Verbindung zwischen dem CPU-Chip und seiner Schaltungsplatte herzustellen,
verlaufen Leiterbahnen auf einer der Plattenseiten des Interposers bis in die Löcher hinein und durch diese hindurch, um Anschlusspunkte für den CPU-Chip zu bilden. Das Glas des Basissubstrats sollte einen Alkaligehalt von weniger als 700 ppm enthalten. Solches Glas weist, wie gefordert, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und infolge des hohen dielektrischen Wertes sehr gute signalisolierende Eigenschaften auf. Ferner wird die Gefahr der Kontamination von Siliziumprozessoren mit Alkalien weitgehend vermieden.
Aus Gründen des Umweltschutzes enthält die
Glaszusammensetzung einen Arsen- oder Antimongehalt von weniger als 50 ppm. Interposer weisen eine Plattendicke auf, die unterhalb von 1 mm liegt, aber 30 μπι nicht unterschreitet. Die Lochanzahl eines Interposers wird nach den Bedürfnissen gewählt und liegt in der Größenordnung von 1000 bis 3000 Löchern/cm2. Mit der Erfindung wird avisiert, Interposer mit
Mikrolöchern unterhalb von 100 μπι am Markt anzubieten. Die Löcher sind demnach eng gepackt, wobei der Mittelabstand der Löcher im Bereich zwischen 150 μπι und 400 μιη liegen kann. Der Lochkantenabstand der Löcher soll aber 30 μιη nicht unterschreiten. Die Löcher müssen nicht alle den gleichen Durchmesser aufweisen, es ist möglich, dass Löcher unterschiedlichen Durchmessers in dem plattenförmigen
Basissubstrat vorhanden sind. Das Verhältnis der
Glasplattendicke zum Lochdurchmesser, der sogenannte
Aspekt, kann in einem breiten Bereich von 0,1 bis 25 gewählt werden, wobei ein Aspektverhältnis von 1 bis 10 bevorzugt wird. Die Löcher sind im Allgemeinen schlank zylindrisch gestaltet, können aber am Locheingang und
Lochausgang mit abgerundet-gebrochenen Kanten ausgestattet sein .
Um Löcher exakt zu positionieren, deren Durchmesser im Bereich zwischen 20 μπι und 200 μιτι liegen können, bedient man sich fokussierter Laserimpulse in einem
Wellenlängenbereich der Transparenz des Glases, so dass die Laserstrahlen in das Glas eindringen und nicht bereits in den Randschichten des Glases absorbiert werden. Es wird Laserstrahlung sehr hoher Strahlungsintensität benutzt, damit es entlang von filamentartigen Kanälen zu lokaler, athermischer Zerstörung des Glases kommt. Diese
filamentartigen Kanäle werden anschließend auf gewünschten Durchmesser der Löcher aufgeweitet, wobei man sich
dielektrischer Durchbrüche bedienen kann, die zur
elektrothermischen Aufheizung und Verdampfung des
Lochrandmaterials führen, und/oder die filamentartigen Kanäle werden durch Zufuhr reaktiver Gase aufgeweitet. Die vorgesehenen Lochungsstellen können auch durch HF- Ankopplungsmaterial exakt markiert werden, das auf das Basissubstrat punktförmig aufgedruckt wird. Solche
markierten Stellen werden durch HF-Energie aufgeheizt, um im Bereich der vorgesehenen Löcher die
Durchbruchsfestigkeit gegenüber elektrischer Hochspannung zu erniedrigen und schließlich an diesen Stellen zu
dielektrischen Durchbrüchen zu gelangen. Die
Durchbruchsstellen können durch zugeführtes Ätzgas
aufgeweitet werden.
Die Herstellung der Leiterbahnen auf dem plattenförmigen Glassubstrat und durch die Löcher hindurch erfolgt nach bekannten Verfahrensmustern und muss hier nicht weiter beschrieben werden. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schematische Darstellung einer Herstellungsart eines Interposers im Längsschnitt und
Fig. 2 eine zweite Herstellungsart. Detaillierte Beschreibung
In einem ersten Verfahrensschritt werden Lochungsstellen 10 auf einem plattenförmigen Glassubstrat 1 durch fokussierte Laserimpulse 41 markiert, die von einer Anordnung 4 von Lasern 40 ausgehen. Die Strahlungsintensität dieser Laser ist so stark, dass es zu lokaler, athermischer Zerstörung entlang eines filamentartigen Kanals 11 im Glas kommt.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die
filamentartigen Kanäle 11 zu Löchern 12 aufgeweitet. Man kann sich dabei gegenüberstehender Elektroden 6 und 7 bedienen, denen Hochspannungsenergie zugeführt wird, was zu dielektrischen Durchbrüchen durch das Glassubstrat entlang der filamentartigen Kanäle 11 führt. Diese Durchbrüche erweitern sich durch elektrothermische Aufheizung und
Verdampfung von Lochmaterial, bis der Vorgang bei Erreichen des gewünschten Lochdurchmessers durch Abschalten der
Energiezufuhr gestoppt wird. Alternativ oder zusätzlich kann man auch die
filamentartigen Kanäle 11 durch reaktive Gase aufweiten, wie durch Düsen 20, 30 dargestellt, die das Gas auf die Lochungsstellen 10 richten.
Im nächsten Verfahrensschritt werden auf der Oberseite der Glasplatte 1 Leitungsbahnen 13 zu den Lochungsstellen 10 hin aufgebracht, und die Löcher 12 werden durch leitendes Material 14 verfüllt, um auf der Unterseite der Platte die Anschlüsse zu den Kontaktpunkten eines CPU-Chips oder dergleichen zu vervollständigen. (Zur Montage auf dem
Motherboard wird die Glasplatte 1 gewendet.)
Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Mikrolöchern . Die Lochungsstellen 10 werden durch präzise aufgedrucktes HF-Ankopplungsmaterial markiert. An diesen Stellen 10 wird Hochfrequenzenergie mittels Elektroden 2, 3 eingekoppelt, so dass sich die Ankopplungspunkte selbst und das Glasmaterial zwischen den oberseitigen
Ankopplungspunkten und den unterseitigen Ankopplungspunkten erwärmt, was zu einer Erniedrigung der
Durchschlagsfestigkeit des Materials führt. Bei Anlage von Hochspannung kommt es zu dielektrischen Durchbrüchen entlang von schmalen Kanälen 11. Durch weitere Zufuhr von Hochspannungsenergie können diese schmalen Kanäle 11 auf die Größe der Löcher 12 aufgeweitet werden.
Es ist aber auch möglich, die Aufweitung der schmalen
Kanäle 11 infolge dielektrischer Durchbrüche durch
reaktives Gas vorzunehmen, das durch Düsen 20, 30 zugeführt wird .
Schließlich werden auf der Oberseite des Glassubstrats Leitungsbahnen 13 zu den Löchern 12 aufgebracht, und die Löcher werden mit Leitungsmaterial 14 verfüllt, um, bei gewendeter Glasplatte 1, die Anschlüsse für den CPU-Chip herzustellen . Es sei bemerkt, dass Interposer nicht einzeln hergestellt werden müssen, sondern Glassubstratplatten für eine
Vielzahl von Interposern verarbeitet werden können, indem die großformatigen Glassubstratplatten zerschnitten werden, um die einzelnen Interposer zu gewinnen. Es können Formate der Glassubstratplatten mit Kantenlängen von 0,2 m auf 3 m (oder kleiner) verarbeitet werden.
Rundscheibenformate können Abmessungen bis zu 1 m
aufweisen . Ausführungsbeispiele
Aus herkömmlichen, von unvermeidlichen Verunreinigungen abgesehen im wesentlichen alkalifreien Rohstoffen wurden bei 1620° Celsius Gläser in Pt/Ir-Tiegeln erschmolzen. Die Schmelze wurde anderthalb Stunden bei dieser Temperatur geläutert, anschließend in induktiv bezeigte Platintiegel umgegossen und zur Homogenisierung 30 Minuten bei 1550° Celsius gerührt. Die Tabelle zeigt fünfzehn Beispiele geeigneter Gläser mit ihren Zusammensetzungen (in Gew.-% auf Oxidbasis) und ihre wichtigsten Eigenschaften. Das Läutermittel Sn02 (Beispiele 1-8, 11, 12, 14, 15) bzw. As203 (Beispiele 9, 10, 13) mit einem Anteil von 0,3 Gew.-% ist nicht aufgeführt. Folgende Eigenschaften sind angegeben:
- der thermische Ausdehnungskoeffizient 2o/3oo (10_6/K) - die Dichte p (g/cm3)
- die dilatometrische Transformationstemperatur Tg (°C) nach DIN 52324
- die Temperatur bei der Viskosität 104 dPas (bezeichnet als T4 (°C)
- die Temperatur bei der Viskosität 102 dPas (bezeichnet als T2 (°C), berechnet aus der Vogel-Fulcher-Tammann- Gleichung
- eine Säurebeständigkeit „HCl" als Gewichtsverslust
(Abtragswert) von allseitig polierten Glasplättchen der Abmessungen 50mm x 50mm x 2mm nach Behandlung mit 5%iger Salzsäure für 24 Stunden bei 95°C (mg/cm2) .
- eine Beständigkeit „BHF" gegenüber gepufferter
Fluorwasserstoffsäure als Gewichtsverlust
(Abtragswert) von allseitig polierten Glasplättchen der Abmessungen 50mm x 50mm x 2mm nach Behandlung mit 10% NH4F · HF für 20 min. bei 23°C (mg/cm2)
- der Brechwert nd
Beispiele :
Zusammensetzungen (in Gew.-% auf Oxidbasis) und
wesentliche Eigenschaften von erfindungsgemäßen Gläsern
1 2 3 4 5 6
Si02 60, 0 60, 0 59, 9 58, 9 59, 9 61, 0
B203 7,5 7,5 7,5 8,5 7,5 9,5
A1203 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 18, 4
MgO 2,9 2, 9 2,0 2,0 2,9 2,2
CaO 3,8 2,8 3,8 3,8 4,8 4,1
BaO 4,0 5,0 5,0 5, 0 3,1 4,5
ZnO - - - - - - α20/300 3, 07 3, 00 3,01 3, 08 3, 13 3, 11
(10"6/K)
ρ (g/cmJ) 2,48 2,48 2,48 2,48 2,47 2,45
Tg (°C) 747 748 752 741 743 729
T 4 (°C) 1312 1318 1315 1308 1292 1313
T 2 (°C) 1672 1678 1691 1668 1662 1700 nd 1, 520 1, 518 1, 519 1, 519 1, 521 1, 515
HCl 1, 05 n.b. 0,85 n.b. 1,1 n.b.
(mg/cm2)
BHF 0, 57 0, 58 0, 55 0, 55 0, 56 0,49
(mg/cm2)
7 8 9 10 11 12
Si02 58, 5 62, 8 63, 5 63, 5 59,7 59,0
B203 7,7 8,2 10, 0 10, 0 10, 0 9,0
AI2O3 22, 7 16, 5 15, 4 15, 4 18, 5 17, 2
MgO 2,8 0,5 2,0 1,0 2,0
CaO 2,0 4,2 5, 6 6, 6 8,3 9,0
BaO 5,0 7,5 3,2 3,2 3,2 3,5
ZnO 1,0 - - - - -
O20/300 2,89 3, 19 3, 24 3, 34 3, 44 3,76
(10"6/K)
p (g/cmJ) 2, 50 2,49 2,42 2,43 2,46 2, 50
Tg (°C) 748 725 711 719 714 711
T 4 (°C) 1314 1325 1320 1327 1281 1257
T 2 (°C) 1674 1699 n.b. n.b. 1650 1615 nd 1, 520 1, 513 1, 511 1, 512 1, 520 1, 526
HCl n.b. 0, 30 0,89 n.b. n.b. 0, 72
(mg/cm2)
BHF 0, 62 0,45 0,43 0,40 0, 44 0,49
(mg/cm2)
n.b. = nicht bestimmt
Wie die Ausführungsbeispiele verdeutlichen, besitzen die Gläser folgende vorteile Eigenschaften:
- eine thermische Dehnung 2o/3oo zwischen 2,8 x 10"6/K und 3,8 X 10"6/K, in bevorzugten Ausführungen ^ 3,6 x 10"6/K, in besonders bevorzugten Ausführungen <3,2 x 10"6/K, damit angepasst an das Ausdehnungsverhalten von amorphen und auch zunehmend polykristallinem Silicium. - mit Tg > 700°C eine hohe Transformationstemperatur, also eine hohe Temperaturbeständigkeit. Dies ist wesentlich für einen möglichst geringen herstellungsbedingten Schrumpf
(„compaction" ) und für die Verwendung der Gläser als
Substrate für Beschichtungen mit amorphen Si-Schichten und deren anschließende Temperung.
- mit p < 2,600 g/cm3 eine geringe Dichte
- eine Temperatur bei der Viskosität 104 dPas
(Verarbeitungstemperatur VA) von maximal 1350°C, und eine Temperatur bei der Viskosität 102 dPas von maximal 1720°C, was hinsichtlich der Heißformgebung sowie Schmezlbarkeit eine geeignete Viskositätskennlinie bedeutet.
- mit nd ^ 1,526 einen geringen Brechwert.
- eine hohe chemische Beständigkeit dokumentiert u.a. durch gute Beständigkeit gegenüber gepufferter Flußsäurelösung.
Die Gläser weisen eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine gute Entglasungsstabilität auf. Die Gläser sind als Flachgläser mit den verschiedenen Ziehverfahren, z.B. Micro-sheet-Down-draw-, Up-draw- oder Overflowfusion-
Verfahren und in bevorzugter Ausführung, wenn sie frei von AS2O3 und Sb203 sind, auch mit dem Floatverfahren
herstellbar . Mit diesen Eigenschaften sind die Gläser hervorragend geeignet für die Verwendung als Substratglas bei der
Herstellung von Interposern.
Durch den Einsatz des Basissubstrats aus alkaliarmem Glas und mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten sehr nahe an dem des Chips aus Siliziummaterial werden Schwierigkeiten infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Interposer und CPU-Chip weitgehend vermieden. Wenn benachbarte, miteinander verbundene Materialschichten oder -platten sich nur wenig unterschiedlich erwärmen und der
Wärmeausdehnungskoeffizient wenig unterschiedlich ist, treten weniger mechanische Spannungen zwischen diesen verbundenen Schichten oder Platten auf, und es kommt nicht zu Verwerfungen oder zu Rissen zwischen den Schichten oder Platten.
Interposer, welche dichter mit Löchern gegenüber bisherigen Interposern besetzt sind, nehmen kleinere Substratgrößen ein, wodurch das Ausmaß unterschiedlicher Dehnungen und Schrumpfungen der beteiligten Schichten oder Platten und damit die Gefahr des sich Verwerfens und damit der
Rissbildung zwischen den beteiligten Schichten oder Platten noch weiter verringert wird.
Schließlich sind Kostensenkungen auch deshalb zu erwarten, weil (bei verringerter Interposergröße und Lochgröße) weniger Material an Glas und an Leitungsmaterial zur
Auffüllung der Löcher verwendet werden muss.

Claims

Patentansprüche
Interposer zur elektrischen Verbindung zwischen einem CPU-Chip und einer Schaltungsplatte,
mit folgenden Merkmalen:
ein plattenförmiges Basissubstrat (1) aus Glas mit einer ersten und einer zweiten Plattenseite;
das Basissubstrat (1) weist einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen
3,1 · KT6 /°C und 3,4 · 10"6 /°C auf;
das Basissubstrat weist Löcher (12) quer zu den Plattenseiten in einer Anzahl auf, die im Bereich zwischen 10 und 10.000 cm"2 liegt;
es gibt Löcher (12) mit Durchmessern, die im Bereich zwischen 20 pm und 200 pm liegen können;
der Abstand der Löcher (12), gemessen von
Lochmitte zu Lochmitte, liegt im Bereich zwischen 50 pm und 700 pm;
auf der ersten Plattenseite verlaufen
Leiterbahnen (13), die sich jeweils bis in die Löcher (12) hinein und durch diese hindurch (14) auf die zweite Plattenseite erstrecken, um Anschlusspunkte für den CPU-Chip zu bilden.
Interposer nach Anspruch 1,
wobei das Glas des Basissubstrates einen Alkaligehalt weniger als 700 ppm enthält.
Interposer nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Glas des Basissubstrates einen Arsen- oder Antimongehalt von weniger als 50 ppm enthält.
4. Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 3,2 · 10 -6 liegt .
5. Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Plattendicke des Substrates (1) im Bereich zwischen 30 μιη und 1000 μτ liegt.
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Lochanzahl im Bereich zwischen 1000 bis
3000 cm"2 liegt.
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der Durchmesser der Löcher (12) maximal 100 pm beträgt .
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei der Mittenabstand der Löcher (12) (12) im Bereich zwischen 150 ym und 400 μπι liegt.
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei der Lochkantenabstand der Löcher (12) wenigstens
30 pm beträgt.
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei Löcher (12) unterschiedlichen Durchmessers in dem plattenförmigen Basissubstrat (1) vorhanden sind.
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis
wobei folgende Abmessungsverhältnisse eingehalten werden :
Lochmittenabstand zu Lochdurchmesser im Bereich von 1 bis 10;
Lochkantenabstand zu Lochdurchmesser im Bereich von 1 bis 9;
Plattendicke des Substrats zu Lochdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 25.
12. Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei die Lochkanten zwischen Plattenseite des
Basissubstrats und Lochlaibung abgerundet-gebrochen sind.
13. Verfahren zur Herstellung von Löchern in einem
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen des zu lochenden Basissubstrates (1) aus Glas;
b) Ausrichten einer Vielfach-Laserstrahlanordnung (4) auf vorbestimmte Lochungsstellen (10) des
Basissubstrates (1);
c) Auslösen von fokussierten Laserimpulsen (41) in
einem Wellenlängenbereich zwischen 1600 und 200 nm, in welchem das Glas wenigstens teilweise transparent ist, und mit einer Strahlungsintensität, die zu lokaler, athermischer Zerstörung des Glases entlang jeweils eines filamentartigen Kanals (11) führt; d) Aufweiten der filamentartigen Kanäle (11) auf
gewünschten Durchmesser der Löcher (12).
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei die Aufweitung der filamentartigen Kanäle (11) durch elektrothermische Aufheizung und Verdampfung von Lochmaterial infolge dielektrischer Durchbrüche erfolgt . 15. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei die Aufweitung der filamentartigen Kanäle (11) durch reaktive Gase erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Löchern in einem
Interposer nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
mit folgenden Schritten:
a) beidseitiges Bedrucken des Basissubstrats (1) aus Glas mit HF-Ankopplungsmaterial , punktförmig an vorgesehenen Lochungsstellen (10);
b) Verbringen des bedruckten Basissubstrates (1) in
einen Bearbeitungsraum, der von plattenförmigen HF- Elektroden (2, 3) flankiert wird;
c) Beaufschlagen des Basissubstrates (1) mit HF- Energie, die vorwiegend das punktförmig aufgebrachte HF-Ankopplungsmaterial erwärmt, bis dort Erweichung des Materials des Basissubstrates stattfindet;
d) Erzeugen hoher Spannung zwischen den Elektroden (2, 3), um schmale Kanäle (11) infolge dielektrischer Durchbrüche, ausgehend von den HF- Ankopplungspunkten, zu erzeugen.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
wobei eine Aufweitung der schmalen Kanäle (11) infolge dielektrischer Durchbrüche zu Löchern (12) durch tiefes, reaktives Ionen-Ätzen erfolgt.
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