一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构及其方法技术

本发明专利技术公开一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构及方法，属于先进电子封装领域。一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构，包括玻璃基材、形成于玻璃基材上的粗化结构、形成于粗化结构上的涂层和制作于涂层上的金属线路，其中，粗化结构通过对玻璃基材进行结构化处理形成，涂层通过提供含氮硅烷偶联剂，对含氮硅烷偶联剂进行水解处理制得水解产物，将水解产物涂覆于形成有粗化结构的玻璃基材表面形成。相对于硅烷偶联剂或者含氮硅烷偶联剂而言，含氮硅烷偶联剂的水解产物更能有效提高金属线路与玻璃基材之间的结合力，且该方法操作简单、成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构及其方法
本专利技术属于先进电子封装领域，涉及用于采用玻璃作为封装基板时如何解决其与金属线路之间的结合力问题，具体涉及一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构及方法。
技术介绍
在过去几年中，三维集成封装技术得到快速发展。三维集成是一种新型系统级架构，其电路系统存在着多个芯片的堆叠，并使用硅通孔(ThroughSiliconVias，TSV)将芯片在垂直方向进行互连，使系统实现更高的集成度、更高的运行速度和更低的功耗。但在高频信号的应用领域，硅基具有高介电损耗和高制造成本，无法满足射频电路对于器件高品质因数的要求；玻璃具有较高的尺寸稳定性、各向同性、高透明性、高绝缘性和介电损耗小等诸多优点，是作为芯片封装基板的优选方案和制作玻璃基材通孔(ThroughGlassVias，TGV)。然而，玻璃与种子层金属和线路金属间存在结合力弱问题，现有的玻璃表面粗化直接溅射金属层方法，金属层仅与玻璃表面形成物理接触与静电吸附效果，结合力差；硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，因此可作为连接无机材料和有机材料的“分子桥”，把两种不同性质的材料连接起来，即形成无机相-硅烷偶联剂一有机相的结合层，从而增加树脂基料和无机颜料、填料间的结合强度。当前，有研究使用硅烷偶联剂将有机薄膜与玻璃进行化学结合，再化学沉积/溅射Ti/Cu金属种子层，该方法中硅烷偶联剂连接玻璃层并与有机薄膜层(ABF/ZIF薄膜等)结合，再通过有机薄膜与Ti/Cu进行结合，能起到较好的效果。但是，该方法成本高、且有机物薄膜CTE与玻璃CTE相差较大，易埋下在受热膨胀致使器件失效等可靠性隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构，通过该结构可以有效提高金属线路与玻璃基材之间的结合力。本专利技术的另一个目的在于提供一种玻璃基材金属化结合强度提高的方法，通过该方法可以有效提高金属线路与玻璃基材之间的结合力。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构，包括玻璃基材、形成于玻璃基材上的粗化结构、形成于粗化结构上的涂层和制作于涂层上的金属线路，其中，粗化结构通过对玻璃基材进行结构化处理形成，涂层通过提供含氮硅烷偶联剂，对含氮硅烷偶联剂进行水解处理制得水解产物，将水解产物涂覆于形成有粗化结构的玻璃基材表面形成。现有技术中，制作Ti/Cu金属种子层是当前采用半加成法提升基板与金属线路结合力的常规手段，而高纯度金属Ti价格昂贵。本专利技术中的所述金属线路包括制作于涂层表面的Cu金属种子层和通过电镀制作于Cu金属种子层上的重布线层，或者为制作于涂层表面的Ti金属种子层、Cu金属种子层和通过电镀制作于Cu金属种子层上的重布线层，或者为制作于涂层表面的Ni金属种子层、Cu金属种子层和通过电镀制作于Cu金属种子层上的重布线层，即在本专利技术中，作为中间介质层的Ti金属种子层为非必须的，在没有Ti金属种子层的情况下直接制作Cu作为种子层即可为后续电镀Cu提供附着区域，且后续种子层蚀刻时无需在咬蚀Cu金属种子层后再咬蚀Ti金属种子层。因此，相对现有的常规手段，本方法操作简单、成本更低，并能确保提高金属线路与玻璃基材之间的结合力。其中，种子层的制作方式可以为真空溅射法、物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、直接贴附铜箔法、蒸镀法、凝胶法中的任一种或者几种方式的组合，具体不再赘述。本专利技术中，对玻璃基材的表面进行结构化处理，以形成特殊形貌的粗化结构，该粗化结构的实测形貌为金字塔状、梯田状、倒碗状或凹坑状。进一步地，通过对玻璃基材进行结构化处理形成结构的具体步骤为：玻璃基材经清洗后，采用刻蚀液进行浸泡，间隔3s转换一次方向(上、下、左、右、前、后各间隔3s转换一次方向)，时间1-20min，例如：1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min等，得到具有粗化结构的玻璃基材。其中，刻蚀液以氢氟酸溶液为主，还含有其它酸、盐和水；上述其它酸，如：硫酸、盐酸、磷酸、硝酸；盐，如：氟化氢铵、氟化铵。本申请的专利技术人通过试验验证：形成于玻璃基材表面的金字塔状粗化结构可以使玻璃基材与铜金属层之间的剥离强度达到9.3N/cm；形成于玻璃基材表面的梯田状粗化结构可以使玻璃基材与铜金属层之间的剥离强度达到10.7N/cm；形成于玻璃基材表面的凹坑状粗化结构可以使玻璃基材与铜金属层之间的剥离强度达到5.4N/cm；上述的剥离强度是在仅将结构化处理的玻璃基材直接金属化的条件下实测取得。在玻璃基材形成粗化结构的基础上，进一步形成涂层，粗化结构与涂层相互作用，使得玻璃基材与铜金属层的剥离强度更高，剥离强度为5-15N/cm。本专利技术中，水解产物在玻璃基材上的附着方式包括涂覆法、浸泡法、旋涂法、喷雾法、蒸镀法中的一种或几种组合，具体不再赘述。本专利技术中，含氮硅烷偶联剂的水解产物的分子式为：Y-R-Si(OH)3，其中，Y为乙烯基、氨基、环氧基、巯基中的任一种，R为具有饱和或不饱和键的碳链。Y基团以及水解后产生的Si-OH，可以起到键合无机-无机作用，可分别键合无机玻璃和金属Cu。因此，相对于含氮硅烷偶联剂而言，含氮硅烷偶联剂的水解产物更能有效提高金属线路与玻璃基材之间的结合力。作为玻璃基材金属化结合强度提高的结构的一种优选方案，含氮硅烷偶联剂水解采用的水解剂为A-水，其中，A为醋酸、乙醇、甲醇、甲苯中的任一种。采用醋酸-水、乙醇-水、甲醇-水、甲苯-水中的任一种作为含氮硅烷偶联剂的水解剂，水解后形成的水解产物Y-R-Si(OH)3可以充分发挥其效果，以有效连接金属线路与玻璃基材。进一步地，A与水的体积比为9:1，低于或者高该体积比均会影响金属线路与玻璃基材之间的结合力。进一步地，所述含氮硅烷偶联剂在所述水解剂中的浓度为1～50％，该浓度过高或者过低均会在一定程度上对金属线路与玻璃基材之间的结合力产生影响。作为玻璃基材金属化结合强度提高的结构的一种优选方案，所述含氮硅烷偶联剂为结构式(1)所示的苯并咪唑基三乙氧基硅烷或者结构式(2)所示的2-甲基咪唑基三乙氧基硅烷；此外，所述含氮硅烷偶联剂还可以选自下列化合物中的任一种：3-脲基丙基三乙氧基硅烷、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧基硅烷、环己胺基甲基三乙氧基硅烷、三甲基硅烷氰化甲烷、乙酰氨基丙基三甲氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三羟基硅烷、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-氰基乙基三氯硅烷、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、对氨基苯基三甲氧基硅烷、N,N-二乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，包括玻璃基材、形成于所述玻璃基材上的粗化结构、形成于所述粗化结构上的涂层和制作于所述涂层上的金属线路；/n所述粗化结构通过对玻璃基材进行结构化处理形成；/n所述涂层通过提供含氮硅烷偶联剂，对所述含氮硅烷偶联剂进行水解处理制得水解产物，将所述水解产物涂覆于形成有粗化结构的玻璃基材表面形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，包括玻璃基材、形成于所述玻璃基材上的粗化结构、形成于所述粗化结构上的涂层和制作于所述涂层上的金属线路；
所述粗化结构通过对玻璃基材进行结构化处理形成；
所述涂层通过提供含氮硅烷偶联剂，对所述含氮硅烷偶联剂进行水解处理制得水解产物，将所述水解产物涂覆于形成有粗化结构的玻璃基材表面形成。


2.根据权利要求1所述的玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，所述粗化结构为金字塔状、梯田状、倒碗状或凹坑状。


3.根据权利要求1所述的玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，所述结构化处理的步骤为：所述玻璃基材经清洗后，采用刻蚀液进行浸泡，间隔3s转换一次方向，时间1-20min，得到具有粗化结构的玻璃基材。


4.根据权利要求1所述的玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，所述含氮硅烷偶联剂为结构式(1)所示的苯并咪唑基三乙氧基硅烷，或者结构式(2)所示的2-甲基咪唑基三乙氧基硅烷；





5.根据权利要求1所述的玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，所述含氮硅烷偶联剂水解采用的水解剂为A-水，其中，A为醋酸、乙醇、甲醇、甲苯中的任一种；
优选地，A与水的体积比为9:1；
所述含氮硅烷偶联剂在所述水解剂中的浓度为1～50％。


6.根据权利要求4所述的玻璃基材金属化结合强度提高的结构，其特征在于，所述苯并咪唑基三乙氧基硅烷采用以下制备方法制得：
S10a、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶于甲苯溶液中，然后与苯并咪唑混合；
S20a、加入催化剂1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔成强，杨斌，罗绍根，
申请(专利权)人：广东芯华微电子技术有限公司，广东佛智芯微电子技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44