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超薄玻璃跨向晶圆级芯片封装与触控传感器

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    超薄玻璃是指厚度在0.1-1.1mm的玻璃,不仅厚度薄,还具有透光率强、化学稳定性好、可镀膜性好等很多特殊性能。在我们的印象中,液晶显示面板基材以及触摸屏盖板是超薄玻璃的主要应用领域,在2015年光博会上,通过对一家能够量产可以被化学强化的超薄玻璃的厂家肖特的采访,笔者对于超薄玻璃的应用方向有了全新的认识,据肖特先进光学事业部超薄玻璃全球产品经理鞠文涛博士介绍,晶圆级芯片封装、触控传感器等领域是超薄玻璃创新应用的方向。

  超薄玻璃密切贴合芯片封装短小轻薄的趋势

  晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)是将芯片尺寸封装(CSP)和晶圆级封装(WLP)融合为一体的新兴封装技术。晶圆级封装(WLP)是在晶圆前道工序完成后,直接对晶圆进行封装,再切割分离成单一芯片。相对于传统封装将晶圆切割成单个芯片后再进行封装,WLCSP不仅优化了产业链,减少了经过基板厂、封装厂、测试厂的程序,使得芯片进入流通环节的周期大大缩短,提高了生产效率,降低了芯片生产成本。而且晶圆级芯片尺寸封装后的芯片尺寸几乎与裸芯片一致,封装后的芯片具有“短小轻薄”的特点,符合消费类电子向智能化和小型化发展的趋势。

  玻璃作为无机材料,在芯片封装应用中,与常规的有机材料相比,能够带来更大的技术优势。微处理器的性能正在持续攀升,厚度也在逐代递减。使用有机基底材料时,移动设备中各个小型内核元件所产生的热量会导致偏差甚至可靠性问题。超薄玻璃则在较宽的温度范围内具有很高的尺寸稳定性。此外,它们还为扁平芯片的封装提供了平整的基础。与有机材料相比,超薄玻璃还具有翘曲程度低;非常高的体电阻率,因此通孔技术无需另外采取绝缘措施;优秀的介电性能(低损耗)等优势。

  超薄玻璃片材和超薄玻璃圆片也能够以无胶临时键合方案的形式更加容易加工使用。为了提高超薄玻璃基底加工的可靠性,可以使用临时键合的玻璃载片系统。例如,载片为400微米厚的薄玻璃,将其与一片100微米厚的超薄玻璃晶圆键合在一起(之间可以使用也可以不使用胶粘剂)。载片的热膨胀系数与超薄玻璃匹配,完成基底工艺后,两片玻璃可以解键合分离且没有残胶。尺寸可以使片材(Gen2或更大)或圆片(12“以下)。

  鞠文涛对笔者介绍到,以其AF32?eco一款铝硼硅酸盐玻璃为例,其热膨胀系数为3.2,与硅相当,与处理器的制造材料兼容,在晶圆级芯片封装中是中介层/转接板应用的理想材料。

  超薄玻璃加倍防护指纹识别传感器

  WLCSP技术在消费电子产品中将具有非常广阔的前景,影像传感芯片、微机电系统(MEMS)、生物身份识别芯片等都是其主要应用领域。鞠文涛也认为:“超薄玻璃将在未来的智能手机、可穿戴设备等消费电子行业中扮演重要角色,例如,超薄厚度有助于电容式指纹传感器指纹读取的实现,从而为在线支付系统提供检测功能。”

  众所周知,目前,全球只有为数不多的几家厂商能够生产质量可靠、厚度小于100微米的超薄玻璃。据了解,肖特目前可量产50微米厚的超薄玻璃片材,10微米超薄玻璃量产在未来几年内可以实现。基于独家下拉法生产的D263?玻璃还具有较高的介电常数,这意味着肖特目前提供的解决方案,既能满足行业性能需求又能减轻成本压力。

肖特采用独家工艺生产超薄玻璃:连续式下拉法工艺

  近年来,指纹识别技术在手机中应用已成为主流,同时对于精准操控和耐用性等方面的要求也越来越高,而超薄玻璃在电容式指纹传感器盖板的使用将满足以上需求。据了解,使用厚度<200微米的超薄玻璃,有助于实现模组的超薄化;肖特D263?Teco较高的介电常数有助于模组的识别精度优化;鞠文涛特别强调到,肖特是全球唯一一家量产供应可以被化学强化的超薄玻璃的厂家。由于含有碱金属离子,D263?玻璃经离子交换能可靠地通过化学强化过程。这使得具有超薄晶圆级厚度的玻璃能够足够强韧用作一些器件的防护盖板玻璃。经化学强化的超薄玻璃的强度是没有被化学强化的玻璃的四倍。

经化学强化的超薄玻璃的强度是没有被化学强化的玻璃的四倍

  超薄玻璃在薄膜电池应用也是未来智能互联技术关键之一

  可以预见,超薄玻璃未来将在消费电子领域发挥重要作用,与此同时,超薄玻璃在薄膜电池应用也是未来智能互联技术关键之一。

  这些微型电池必须具备极高的充电容量、较长的续航时间、极为紧凑的设计和较低的生产成本。由于生产过程中将会面临很高的温度,因此玻璃是基底材料的理想选择。微型充电电池被用于很多常见的互联网设备中,如可穿戴设备、小型安保摄像头或者带显示器的智能卡(如面向网络银行应用的push-Tan发电设备)。

  超薄玻璃可用于薄膜电池的基底材料,可实现厚度低于100微米的超薄设计;与传统基底材料相比,片材尺寸更大,成本更低;与传统材料相比,在薄膜电池制造的高温工艺过程中玻璃更加出色;并有助于实现更高的充放电容量。“肖特的D263?玻璃是这些应用产品的理想基底,因为其热膨胀系数与电池中的阴极材料的热膨胀系数相当,”鞠文涛对此解释道。

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