对玻璃制品进行金属化的方法技术

一种制造玻璃制品的方法，所述方法包括：在玻璃基材上形成第一金属的第一层，所述玻璃基材包括二氧化硅和氧化铝；使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受第一热处理；在第一金属的第一层的上方形成第二金属的第二层；以及使第二金属的第二层经受第二热处理，所述第一热处理和所述第二热处理诱导玻璃基材的铝、氧化铝、硅和二氧化硅中的至少一者，第一金属和第二金属相互混合而形成包含第一金属、第二金属、氧化铝和二氧化硅的金属区域。第一金属可以是银。第二金属可以是铜。以是银。第二金属可以是铜。以是银。第二金属可以是铜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对玻璃制品进行金属化的方法
[0001]本申请根据35 USC
§
119(e)要求于2020年1月6日提交的美国临时申请号62/957,562的优先权，该申请内容通过引用全文纳入本文。

技术介绍

[0002]多年来，半导体封装技术已经有了重大发展。早期，封装复杂性较高的半导体电路(并因此在给定的封装件中实现较高的功能和性能)的方法是增加封装件中的半导体芯片在两个维度上的尺寸。作为实际的情况，不能无限地横向扩展两个维度，因为设计最终将在功率和信号路由复杂性、功率耗散问题、性能问题、制造产率问题等方面受影响。
[0003]因此，已经努力垂直扩展半导体芯片。在这些努力中，包括所谓的2.5维(2.5D)和三维(3D)集成，在此情况中使用中介层来使单个封装件中的两个或更多个半导体芯片互连。如本文所用的术语“中介层”一般是指使两个或更多个电子装置之间的电连接延伸或者完整的任何结构。中介层的主要功能是以一定的方式来提供互连性，该方式使得所述两个或更多个半导体芯片可以采用高的端子节距，并避免需要穿过半导体芯片自身的过孔(via)。该技术涉及使半导体芯片从它们的通常构造翻转过来，并且使芯片基材朝上而芯片侧面朝下。芯片具有微凸端子(呈高节距)，它们连接到中介层的顶侧上的对应端子上。中介层的相对的底侧通过合适的端子(通常是可控塌陷芯片连接，C4)连接到封装基材(通常是有机的)。中介层具有通孔，以可以实现从中介层顶侧上的半导体芯片的端子到中介层底侧处的封装基材的端子的电连接。
[0004]迄今为止，中介层的基底基材通常是硅。穿过基材的金属化过孔提供了通过中介层的路径以使电信号在中介层的相对侧之间通过。虽然硅中介层是实现半导体芯片的垂直集成的有前景且有用的技术，但是硅中介层存在着问题，特别是在整个堆叠体中的热膨胀系数(CTE)的错配，包括硅中间层与有机封装基材之间的CTE相配方面存在问题。不期望的CTE错配可能导致半导体芯片与硅中介层之间的互连失效，和/或硅中介层与封装基材之间的互连失效。此外，硅中介层相对较贵，并且由于硅的半导体性质，其遭受着高的介电损耗。
[0005]已经引入了有机中介层[例如，阻燃材料4(FR4)]。然而，有机中介层在尺寸稳定性方面同样存在问题。
[0006]将玻璃作为中介层的基底基材将解决硅和有机中介层存在的许多问题。玻璃是一种极有利于电信号传输的基材材料，因为玻璃具有良好的尺寸稳定性，可调的热膨胀系数(“CTE”)，在高频下具有低的电损耗，具有高的热稳定性，以及具有以一定的厚度和大的面板尺寸来形成的能力。
[0007]然而，存在的一个问题是，迄今为止，用于提供导电通路的玻璃基材的过孔的金属化证明是困难的。一些导电金属(特别是铜)不能很好地粘附于玻璃，包括过孔的主平面表面和侧壁表面。不囿于理论，怀疑导电金属与玻璃的差的结合性是由于将金属保持在一起的结合类型与将玻璃保持在一起的结合类型不同所致。简单来说，玻璃是共价键合的氧化物分子(例如，二氧化硅、氧化铝和氧化硼)的网络。金属由电子的“海洋”组成，这些电子自由移动穿过静止的阳离子原子核的格子。玻璃的结合机理与金属的结合机理完全不同，因
此限制了金属与玻璃之间的粘合。这一问题可通过使金属要结合到的玻璃表面粗糙化来缓解，该粗糙化在金属与玻璃之间提供了机械联锁。然而，使玻璃表面粗糙化可导致额外的问题，这些问题使得该方法变得不那么理想。因此，需要新的方法来解决对旨在用作中介层的玻璃基材的过孔进行金属化，并通常将金属粘附于玻璃基材的问题。

技术实现思路

[0008]本公开通过下述步骤来解决问题：(a)选择具有某组成的玻璃基材，所述组成除了二氧化硅之外还包括氧化铝；(b)将第一金属(例如银)的第一层沉积到玻璃基材的期望表面(例如，过孔的侧壁表面)上；(c)对具有第一层的玻璃基材进行热处理；(d)在第一层的上方沉积第二金属(例如铜)的第二层(例如，填充过孔的剩余空隙以使过孔完全金属化)；以及(e)对具有第二层的玻璃基材再次进行热处理。这些热处理步骤使第一金属、第二金属以及来自玻璃基材的铝(或氧化铝)和硅(或二氧化硅)相互混合而形成具有金属区域的玻璃制品(例如中介层)，该金属区域包括第一金属、第二金属、氧化铝和二氧化硅。金属区域主要包括第一金属和第二金属，但是也包括氧化铝和二氧化硅。金属区域中的这种基本上相互混合的第一金属、第二金属、氧化铝、二氧化硅使第一金属和第二金属牢固地粘附于玻璃基材。不囿于理论，据认为，在整个金属区域中的相互混合的氧化铝和二氧化硅使得在包括金属区域和玻璃基材的整个玻璃制品中实现了共价键合。
[0009]根据本公开的第1方面，一种制造玻璃制品的方法包括：在玻璃基材上形成第一金属的第一层，所述玻璃基材包括二氧化硅和氧化铝；使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受第一热处理；在第一金属的第一层的上方形成第二金属的第二层；以及使第二金属的第二层经受第二热处理。第一热处理和第二热处理诱导了玻璃基材的铝、氧化铝、硅和二氧化硅中的至少一者，第一金属以及第二金属相互混合而形成包含第一金属、第二金属、氧化铝和二氧化硅的金属区域。
[0010]在实施方式中，玻璃基材具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面是玻璃基材的主表面并且面向大致相背的方向，并且玻璃基材具有至少一个通过玻璃基材的过孔，所述过孔由从第一表面延伸到第二表面的侧壁表面限定。在实施方式中，第一金属的第一层形成在侧壁表面上。
[0011]在实施方式中，玻璃基材是碱土金属铝硼硅酸盐基材、碱金属铝硅酸盐玻璃基材、或者碱金属铝硼硅酸盐玻璃基材。在实施方式中，玻璃基材是无碱金属的铝硼硅酸盐玻璃基材。在实施方式中，玻璃基材未经受过使玻璃基材表面粗糙化的程序。
[0012]在实施方式中，玻璃基材具有某种组成，该组成包含(基于氧化物计)：6mol％(摩尔％)至15mol％的Al2O3。在实施方式中，玻璃基材具有某种组成，该组成包含(基于氧化物计)：64.0mol％至71.0mol％SiO2；9.0mol％至12.0mol％Al2O3；7.0mol％至12.0mol％B2O3；1.0mol％至3.0mol％MgO；6.0mol％至11.5mol％CaO；0mol％至2.0mol％SrO；0mol％至0.1mol％BaO；以及至少0.01mol％SnO2；其中，1.00≤Σ[RO]/[Al2O3]≤1.25，其中[Al2O3]是Al2O3的摩尔百分比，并且Σ[RO]等于MgO、CaO、SrO和BaO的摩尔百分比的总和。
[0013]在实施方式中，第一金属基本上由银组成。在实施方式中，第一金属包括银、钯、铂、钌、镍、钴和金中的一种或多种。
[0014]在实施方式中，在玻璃基材上形成第一金属的第一层包括：用第一金属的纳米颗
粒的悬浮液旋涂玻璃基材。在实施方式中，在玻璃基材上形成第一金属的第一层包括非电解镀覆。
[0015]在实施方式中，第一热处理包括：使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受325℃或更高的温度。在实施方式中，第一热处理包括：使具有第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造玻璃制品的方法，所述方法包括：在玻璃基材上形成第一金属的第一层，所述玻璃基材包括二氧化硅和氧化铝；使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受第一热处理；在第一金属的第一层的上方形成第二金属的第二层；以及使第二金属的第二层经受第二热处理；其中，第一热处理和第二热处理诱导了玻璃基材的铝、氧化铝、硅和二氧化硅中的至少一者，第一金属以及第二金属相互混合而形成包含第一金属、第二金属、氧化铝和二氧化硅的金属区域。2.如权利要求1所述的方法，其中玻璃基材具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面是玻璃基材的主表面并且面向大致相背的方向，并且玻璃基材具有至少一个通过玻璃基材的过孔，所述过孔由从第一表面延伸到第二表面的侧壁表面限定；并且第一金属的第一层形成在侧壁表面上。3.如权利要求1或2所述的方法，其中：玻璃基材是碱土金属铝硼硅酸盐基材、碱金属铝硅酸盐玻璃基材或者碱金属铝硼硅酸盐玻璃基材。4.如权利要求1或2所述的方法，其中：玻璃基材是无碱金属的铝硼硅酸盐玻璃基材。5.如权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中：玻璃基材未经受过使玻璃基材表面粗糙化的程序。6.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中：玻璃基材具有组成，该组成包含(基于氧化物计)：6摩尔％至15摩尔％的Al2O3。7.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中：玻璃基材具有组成，该组成包含(基于氧化物计)：64.0摩尔％至71.0摩尔％SiO2；9.0摩尔％至12.0摩尔％Al2O3；7.0摩尔％至12.0摩尔％B2O3；1.0摩尔％至3.0摩尔％MgO；6.0摩尔％至11.5摩尔％CaO；0摩尔％至2.0摩尔％SrO；0摩尔％至0.1摩尔％BaO；和至少0.01摩尔％SnO2；其中，1.00≤Σ[RO]/[Al2O3]≤1.25，其中，[Al2O3]是Al2O3的摩尔百分比，并且Σ[RO]等于MgO、CaO、SrO和BaO的摩尔百分比的总和。8.如权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中：第一金属基本上由银组成。9.如权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中：第一金属包括银、钯、铂、钌、镍、钴和金中的一种或多种。10.如权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中：在玻璃基材上形成第一金属的第一层包括：用第一金属的纳米颗粒的悬浮液旋涂玻璃基材。11.如权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中：在玻璃基材上形成第一金属的第一层包括非电解镀覆。12.如权利要求1
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11中任一项所述的方法，其中：
第一热处理包括：使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受325℃或更高的温度。13.如权利要求1
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11中任一项所述的方法，其中：第一热处理包括：使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受325℃或更高的温度并持续45分钟或更久的时间。14.如权利要求1
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11中任一项所述的方法，其中：第一热处理包括：使具有第一金属的第一层的玻璃基材经受325℃或更高的温度并持续45分钟至75分钟的时间。15.如权利要求1
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14中任一项所述的方法，还包括：在形成第一金属的第一层之后并且在第一金属的第一层的上方形成第二金属的第二层之前，确定第一层具有下述中的任一项：(a)比预定电导率小的电导率，或者(b)比预定电阻率高的电阻率；以及在第一金属的第一层的上方非电解镀覆中间金属的中间层；其中，在第一金属的第一层上方形成第二金属的第二层包括：在中间金属的中间层上形成第二金属的第二层；并且其中，第一热处理和第二热处理诱导玻璃基材的铝、氧化铝、...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：