超薄玻璃跨向晶圓級(jí)芯片封裝與觸控傳感器

　　超薄玻璃是指厚度在0.1-1.1mm的玻璃，不僅厚度薄，還具有透光率強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、可鍍膜性好等很多特殊性能。在我們的印象中，液晶顯示面板基材以及觸摸屏蓋板是超薄玻璃的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在2015年光博會(huì)上，通過(guò)對(duì)一家能夠量產(chǎn)可以被化學(xué)強(qiáng)化的超薄玻璃的廠家肖特的采訪(fǎng)，筆者對(duì)于超薄玻璃的應(yīng)用方向有了全新的認(rèn)識(shí)，據(jù)肖特先進(jìn)光學(xué)事業(yè)部超薄玻璃全球產(chǎn)品經(jīng)理鞠文濤博士介紹，晶圓級(jí)芯片封裝、觸控傳感器等領(lǐng)域是超薄玻璃創(chuàng)新應(yīng)用的方向。

　　超薄玻璃密切貼合芯片封裝短小輕薄的趨勢(shì)

　　晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(WLCSP)是將芯片尺寸封裝(CSP)和晶圓級(jí)封裝(WLP)融合為一體的新興封裝技術(shù)。晶圓級(jí)封裝(WLP)是在晶圓前道工序完成后，直接對(duì)晶圓進(jìn)行封裝，再切割分離成單一芯片。相對(duì)于傳統(tǒng)封裝將晶圓切割成單個(gè)芯片后再進(jìn)行封裝，WLCSP不僅優(yōu)化了產(chǎn)業(yè)鏈，減少了經(jīng)過(guò)基板廠、封裝廠、測(cè)試廠的程序，使得芯片進(jìn)入流通環(huán)節(jié)的周期大大縮短，提高了生產(chǎn)效率，降低了芯片生產(chǎn)成本。而且晶圓級(jí)芯片尺寸封裝后的芯片尺寸幾乎與裸芯片一致，封裝后的芯片具有“短小輕薄”的特點(diǎn)，符合消費(fèi)類(lèi)電子向智能化和小型化發(fā)展的趨勢(shì)。

　　玻璃作為無(wú)機(jī)材料，在芯片封裝應(yīng)用中，與常規(guī)的有機(jī)材料相比，能夠帶來(lái)更大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。微處理器的性能正在持續(xù)攀升，厚度也在逐代遞減。使用有機(jī)基底材料時(shí)，移動(dòng)設(shè)備中各個(gè)小型內(nèi)核元件所產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致偏差甚至可靠性問(wèn)題。超薄玻璃則在較寬的溫度范圍內(nèi)具有很高的尺寸穩(wěn)定性。此外，它們還為扁平芯片的封裝提供了平整的基礎(chǔ)。與有機(jī)材料相比，超薄玻璃還具有翹曲程度低;非常高的體電阻率，因此通孔技術(shù)無(wú)需另外采取絕緣措施;優(yōu)秀的介電性能(低損耗)等優(yōu)勢(shì)。

　　超薄玻璃片材和超薄玻璃圓片也能夠以無(wú)膠臨時(shí)鍵合方案的形式更加容易加工使用。為了提高超薄玻璃基底加工的可靠性，可以使用臨時(shí)鍵合的玻璃載片系統(tǒng)。例如，載片為400微米厚的薄玻璃，將其與一片100微米厚的超薄玻璃晶圓鍵合在一起(之間可以使用也可以不使用膠粘劑)。載片的熱膨脹系數(shù)與超薄玻璃匹配，完成基底工藝后，兩片玻璃可以解鍵合分離且沒(méi)有殘膠。尺寸可以使片材(Gen2或更大)或圓片(12“以下)。

　　鞠文濤對(duì)筆者介紹到，以其AF32?eco一款鋁硼硅酸鹽玻璃為例，其熱膨脹系數(shù)為3.2，與硅相當(dāng)，與處理器的制造材料兼容，在晶圓級(jí)芯片封裝中是中介層/轉(zhuǎn)接板應(yīng)用的理想材料。

　　超薄玻璃加倍防護(hù)指紋識(shí)別傳感器

　　WLCSP技術(shù)在消費(fèi)電子產(chǎn)品中將具有非常廣闊的前景，影像傳感芯片、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物身份識(shí)別芯片等都是其主要應(yīng)用領(lǐng)域。鞠文濤也認(rèn)為：“超薄玻璃將在未來(lái)的智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子行業(yè)中扮演重要角色，例如，超薄厚度有助于電容式指紋傳感器指紋讀取的實(shí)現(xiàn)，從而為在線(xiàn)支付系統(tǒng)提供檢測(cè)功能。”

　　眾所周知，目前，全球只有為數(shù)不多的幾家廠商能夠生產(chǎn)質(zhì)量可靠、厚度小于100微米的超薄玻璃。據(jù)了解，肖特目前可量產(chǎn)50微米厚的超薄玻璃片材，10微米超薄玻璃量產(chǎn)在未來(lái)幾年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)?；讵?dú)家下拉法生產(chǎn)的D263?玻璃還具有較高的介電常數(shù)，這意味著肖特目前提供的解決方案，既能滿(mǎn)足行業(yè)性能需求又能減輕成本壓力。

　　近年來(lái)，指紋識(shí)別技術(shù)在手機(jī)中應(yīng)用已成為主流，同時(shí)對(duì)于精準(zhǔn)操控和耐用性等方面的要求也越來(lái)越高，而超薄玻璃在電容式指紋傳感器蓋板的使用將滿(mǎn)足以上需求。據(jù)了解，使用厚度<200微米的超薄玻璃，有助于實(shí)現(xiàn)模組的超薄化;肖特D263?Teco較高的介電常數(shù)有助于模組的識(shí)別精度優(yōu)化;鞠文濤特別強(qiáng)調(diào)到，肖特是全球唯一一家量產(chǎn)供應(yīng)可以被化學(xué)強(qiáng)化的超薄玻璃的廠家。由于含有堿金屬離子，D263?玻璃經(jīng)離子交換能可靠地通過(guò)化學(xué)強(qiáng)化過(guò)程。這使得具有超薄晶圓級(jí)厚度的玻璃能夠足夠強(qiáng)韌用作一些器件的防護(hù)蓋板玻璃。經(jīng)化學(xué)強(qiáng)化的超薄玻璃的強(qiáng)度是沒(méi)有被化學(xué)強(qiáng)化的玻璃的四倍。

　　超薄玻璃在薄膜電池應(yīng)用也是未來(lái)智能互聯(lián)技術(shù)關(guān)鍵之一

　　可以預(yù)見(jiàn)，超薄玻璃未來(lái)將在消費(fèi)電子領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，與此同時(shí)，超薄玻璃在薄膜電池應(yīng)用也是未來(lái)智能互聯(lián)技術(shù)關(guān)鍵之一。

　　這些微型電池必須具備極高的充電容量、較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間、極為緊湊的設(shè)計(jì)和較低的生產(chǎn)成本。由于生產(chǎn)過(guò)程中將會(huì)面臨很高的溫度，因此玻璃是基底材料的理想選擇。微型充電電池被用于很多常見(jiàn)的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，如可穿戴設(shè)備、小型安保攝像頭或者帶顯示器的智能卡(如面向網(wǎng)絡(luò)銀行應(yīng)用的push-Tan發(fā)電設(shè)備)。

　　超薄玻璃可用于薄膜電池的基底材料，可實(shí)現(xiàn)厚度低于100微米的超薄設(shè)計(jì);與傳統(tǒng)基底材料相比，片材尺寸更大，成本更低;與傳統(tǒng)材料相比，在薄膜電池制造的高溫工藝過(guò)程中玻璃更加出色;并有助于實(shí)現(xiàn)更高的充放電容量。“肖特的D263?玻璃是這些應(yīng)用產(chǎn)品的理想基底，因?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)與電池中的陰極材料的熱膨脹系數(shù)相當(dāng)，”鞠文濤對(duì)此解釋道。