超薄玻璃跨向晶圓級芯片封裝與觸控傳感器

【中玻網】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、化學穩(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用領域，在2015年光博會上，通過對一家能夠量產可以被化學強化的超薄玻璃的廠家肖特的采訪，筆者對于超薄玻璃的應用方向有了全新的認識，據肖特先進光學事業(yè)部超薄玻璃大部分國家產品經理鞠文濤博士介紹，晶圓級芯片封裝、觸控傳感器等領域是超薄玻璃創(chuàng)新應用的方向。
　　
　　超薄玻璃密切貼合芯片封裝短小輕薄的趨勢
　　
　　晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)是將芯片尺寸封裝(CSP)和晶圓級封裝(WLP)結合為一體的新興封裝技術。晶圓級封裝(WLP)是在晶圓前道工序完成后，直接對晶圓進行封裝，再切割分離成單一芯片。相對于傳統(tǒng)封裝將晶圓切割成單個芯片后再進行封裝，WLCSP不僅優(yōu)化了產業(yè)鏈，減少了經過基板廠、封裝廠、測試廠的程序，使得芯片進入流通環(huán)節(jié)的周期大大縮短，提高了生產效率，降低了芯片生產成本。而且晶圓級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，符合消費類電子向智能化和小型化發(fā)展的趨勢。
　　
　　玻璃作為無機材料，在芯片封裝應用中，與常規(guī)的農業(yè)生產體系材料相比，能夠帶來更大的技術優(yōu)勢。微處理器的性能正在持續(xù)攀升，厚度也在逐代遞減。使用農業(yè)生產體系基底材料時，移動設備中各個小型內核元件所產生的熱量會導致偏差甚至可靠性問題。超薄玻璃則在較寬的溫度范圍內具有很高的尺寸穩(wěn)定性。此外，它們還為扁平芯片的封裝提供了平整的基礎。與農業(yè)生產體系材料相比，超薄玻璃還具有翹曲程度低；非常高的體電阻率，因此通孔技術無需另外采取絕緣措施；的介電性能(低損耗)等優(yōu)勢。
　　
　　超薄玻璃片材和超薄玻璃圓片也能夠以無膠臨時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有殘膠。尺寸可以使片材(Gen2或更大)或圓片(12“以下)。
　　
　　鞠文濤對筆者介紹到，以其AF32？eco這款鋁硼硅酸鹽玻璃為例，其熱膨脹系數為3.2，與硅相當，與處理器的制造材料兼容，在晶圓級芯片封裝中是中介層/轉接板應用的理想材料。
　　
　　超薄玻璃加倍防護指紋識別傳感器
　　
　　WLCSP技術在消費電子產品中將具有非常廣闊的前景，影像傳感芯片、微機電系統(tǒng)(MEMS)、生物身份識別芯片等都是其主要應用領域。鞠文濤也認為：“超薄玻璃將在未來的智能手機、可穿戴設備等消費電子行業(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現(xiàn)，從而為在線支付系統(tǒng)提供檢驗功能。”
　　
　　眾所周知，目前，大部分國家只有為數不多的幾家廠商能夠生產質量可靠、厚度小于100微米的超薄玻璃。據了解，肖特目前可量產50微米厚的超薄玻璃片材，10微米超薄玻璃量產在未來幾年內可以實現(xiàn)。基于下拉法生產的D263？玻璃還具有較高的介電常數，這意味著肖特目前提供的解決方案，既能滿足行業(yè)性能需求又能減輕成本壓力。
　　
　　近年來，指紋識別技術在手機中應用已成為主流，同時對于準確操控和耐用性等方面的要求也越來越高，而超薄玻璃在電容式指紋傳感器蓋板的使用將滿足以上需求。據了解，使用厚度<200微米的超薄玻璃，有助于實現(xiàn)模組的超薄化；肖特D263？Teco較高的介電常數有助于模組的識別精度優(yōu)化；鞠文濤特別強調到，肖特是大部分國家一家量產供應可以被化學強化的超薄玻璃的廠家。由于含有堿金屬離子，D263？玻璃經離子交換能可靠地通過化學強化過程。這使得具有超薄晶圓級厚度的玻璃能夠足夠強韌用作一些器件的防護蓋板玻璃。經化學強化的超薄玻璃的強度是沒有被化學強化的玻璃的四倍。
　　
　　超薄玻璃在薄膜電池應用也是未來智能互聯(lián)技術關鍵之一
　　
　　可以預見，超薄玻璃未來將在消費電子領域發(fā)揮重要作用，與此同時，超薄玻璃在薄膜電池應用也是未來智能互聯(lián)技術關鍵之一。
　　
　　這些微型電池必須具備較高的充電容量、較長的續(xù)航時間、較為緊湊的設計和較低的生產成本。由于生產過程中將會面臨很高的溫度，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的互聯(lián)網設備中，如可穿戴設備、小型安保攝像頭或者帶顯示器的智能卡(如面向網絡銀行應用的push-Tan發(fā)電設備)。
　　
　　超薄玻璃可用于薄膜電池的基底材料，可實現(xiàn)厚度低于100微米的超薄設計；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程中玻璃更加優(yōu)異；并有助于實現(xiàn)更高的充放電容量。“肖特的D263？玻璃是這些應用產品的理想基底，因為其熱膨脹系數與電池中的陰較材料的熱膨脹系數相當，”鞠文濤對此解釋道。