减能结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种减能结构。此减能结构包括减能主体、至少一第一减能基底及至少一第二减能基底。减能主体具有彼此相对的上表面及下表面。第一减能基底设置于减能主体的上表面上。第二减能基底设置于减能主体的下表面上。其中，至少一第一减能基底与至少一第二减能基底的互相交错。
【专利说明】减能结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种降低应力的装置，且特别是涉及一种用于降低玻璃中介层的应力的装置。
【背景技术】
[0002]近年来，半导体产业发展利用3D堆叠技术来缩短芯片之间的导线、缩小元件尺寸及帮助建构完整立体堆叠芯片架构，而基板通孔(Through-Substrate Vias)是3D堆叠技术中用以连结垂直堆叠芯片的重要构件。
[0003]在基板通孔的应用中，除了使用传统的娃通孔(Through-Silicon Vias, TSV)外，目前也发展出玻璃通孔(Through-Glass Vias,TGV) 0然而，由于玻璃通孔内填材料与玻璃之间热膨胀系数(coefficient of thermal expansion, CTE)的差异，加上玻璃基板的脆性较大且弹性较差，故使得在玻璃通孔周围产生不均匀的热应力，进而导致玻璃通孔发生剥离和填孔弹出(pop up)，甚至导致芯片断裂等情形。
[0004]在现有降低应力的方法中，通常采用改变玻璃通孔的材料及外型，或是在结构中增加其他材料等。但上述方法除了皆需对现有技术或结构进行改变外，还有会增加制造成本的问题。因此，亟需一种可使用现有技术达到降低应力的改善方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种减能结构，其可用于降低玻璃通孔与基板之间的应力，以解决上述问题。
[0006]为达上述目的，本发明提出一种减能结构，包括减能主体、至少一第一减能基底及至少一第二减能基底。减能主体具有彼此相对的上表面及下表面。第一减能基底设置于减能主体的上表面上。第二减能基底设置于减能主体的下表面上。其中，至少一第一减能基底与至少一第二减能基底的互相交错。
[0007]基于上述，本发明所提出的减能结构，可应用于现有制作工艺中，并可有效降低由于玻璃通孔与基板之间的热膨胀系数不匹配所产生的应力，以及降低能量释放率进而减少热导致的破裂。
[0008]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1A是本发明的一实施例的减能结构的上视示意图；
[0010]图1B是本发明的一实施例的减能结构的剖面示意图；
[0011]图2是本发明的另一实施例的减能结构的上视示意图；
[0012]图3是本发明的一实施例的具有本发明的减能结构的结构剖面示意图；
[0013]图4是本发明的一实施例的三个玻璃通孔的布局方式的示意图；[0014]图5A至图是本发明的一实施例的四个玻璃通孔的布局方式的示意图；
[0015]图6A至图6C是本发明的一实施例的五个玻璃通孔的布局方式的不意图。
[0016]主要元件符号说明
[0017]100、200:减能结构
[0018]102:减能主体
[0019]102a:上表面
[0020]102b:下表面
[0021]104a、104b:减能基底
[0022]106:中介层
[0023]107:玻璃基材
[0024]108:芯片
[0025]109、109a、109b、109c、109d、109e、109f、109g、109h、1091:玻璃通孔
[0026]110:凸块
[0027]300:多边形
[0028]300a、300h:四边形
[0029]300b、300c、300d、300e、300g、3001、300j:三角形
[0030]300f:五边形
[0031]202、202a、202b、202c、202d、202e、202f、202g、202h、2021、202j:圆
[0032]Cr、R、r:半径
[0033]L:距离
[0034]P, P1, P2, P3> P4> P5> P6> P7> P8> P9> P10:几何中心
[0035]短边长度
【具体实施方式】
[0036]图1A是依照本发明的一实施例的减能结构的上视示意图。图1B是依照本发明的一实施例的减能结构的剖面示意图。图2是依照本发明的另一实施例的减能结构的上视示意图。
[0037]请同时参照图1A、图1B及图2，减能结构100及减能结构200包括减能主体102、至少一减能基底104a及至少一减能基底104b。
[0038]减能主体102具有彼此相对的上表面102a及下表面102b。减能主体102的材料例如是弹性材料或脆性材料。在一实施例中，减能主体102的材料例如是金属、高分子材料或碳系材料，其中金属例如是铜钨、铁或前述材料合金；高分子材料例如是导电聚合物，其中导电聚合物例如是聚乙炔；碳系材料例如是活性炭、碳纤维或碳纳米管等。减能主体102的形状例如是圆形、多边形、或具备几何中心的形状。在图1A、图1B及图2中，虽然绘示减能主体102的形状为圆形，但本发明并不限定于此。
[0039]减能基底104a设置于减能主体102的上表面102a上。减能基底104a的材料例如是金属、高分子材料或碳系材料，其中金属例如是铜钨、铁或前述材料合金；高分子材料例如是导电聚合物，其中导电聚合物例如是聚乙炔；碳系材料例如是活性炭、碳纤维或碳纳米管等。减能基底104a的形状例如是矩形、圆形或尖型。在图1A、图1B及图2中，虽然绘示减能基底104a的形状为矩形，但本发明并不限定于此。另外，当减能基底104a的数量为多个时，这些减能基底104a彼此之间互相交错。请参照图2，减能结构200的减能基底104a的数量为两个，且这些减能基底104a以90度彼此相交错。虽然图2中绘示减能基底104a的数量为两个，且交错角度为90度，但本发明并不限于此。在其他实施例中，减能基底104a的数量可以是三个以上，而减能基底104a彼此之间只要有交错即可。
[0040]减能基底104b设置于减能主体102的下表面102b上。减能基底104b的材料例如是金属、高分子材料或碳系材料，其中金属例如是铜钨、铁或前述材料合金；高分子材料例如是导电聚合物，其中导电聚合物例如是聚乙炔；碳系材料例如是活性炭、碳纤维或碳纳米管等。减能基底104b的形状例如是矩形、圆形或尖型。在图1A、图1B及图2中，虽然绘示减能基底104b的形状为矩形，但本发明并不限定于此。此外，在图1A、图1B及图2中，虽然绘示减能基底104a与减能基底104b的形状皆为矩形，但本发明并不限定于此，减能基底104a与减能基底104b的形状可相同或不相同。另外，当减能基底104b的数量为多个时，这些减能基底104b彼此之间互相交错。请参照图2，减能结构200的减能基底104b的数量为两个，且这些减能基底104b以90度彼此相交错。虽然图2中绘示减能基底104b的数量为两个，且交错角度为90度，但本发明并不限于此。在其他实施例中，减能基底104b的数量可以是三个以上，而减能基底104b彼此之间只要有交错即可。
[0041]请继续参照图1A及图1B，至少一减能基底104a与至少一减能基底104b的长度方向相交错。在此实施例中，减能基底104a及减能基底104b的数量均为一个，且两者的长度方向以90度相交错。虽然图1A及图1B绘示减能基底104a及减能基底104b长度方向的交错角度为90度，但本发明并不限于此。在其他实施例中，减能基底104a及减能基底104b长度方向的交错角度可为小于180度的其他角度。
[0042]此外，减能结构100及减能结构200可应用于具有玻璃中介层的三维集成电路(3D-1ntegrated circuit，3D-1C)结构中，如图 3 所不。
[0043]图3是依照本发明的一实施例的具有减能结构的3D-1C结构剖面示意图。
[0044]请参照图3，3D_IC结构包括减能结构100、中介层106、芯片108及凸块110。
[0045]减能结构100设置于中介层106与芯片108之间，且至少一减能基底104a设置于减能主体102与芯片108之间，而至少一减能基底104b设置于减能主体102与中介层106之间。
[0046]中介层106包括玻璃基材107以及至少一玻璃通孔109。玻璃通孔109设置于玻璃基材107中。玻璃通孔109的材料例如是铜钨、铁或前述材料合金。
[0047]凸块110设置在中介层106与芯片108之间，以电连接中介层106与芯片108。凸块110的材料例如是铜钨、铁或前述材料合金。
[0048]此外，减能主体102的热膨胀系数例如是玻璃通孔109的热膨胀系数的80%至120%。也就是说，当玻璃通孔109为铜时，减能主体102可以是热膨胀系数例如为6ppm/°C至21ppm/°C的金属或高分子材料。减能基底104a及减能基底104b的热膨胀系数例如是玻璃通孔109的热膨胀系数的80%至120%。
[0049]在此3D-1C结构中，减能主体102可用作断裂能量的吸收体，而减能基底104a及减能基底104b可将减能主体102所吸收的能量分散进入中介层106中，原则上可达成降低热应力的目的。[0050]特别说明的是，本实施例的用以吸收能量的减能结构100是以如下所述的布局方式来配置:当至少一玻璃通孔109的数量为多个时，在以这些玻璃通孔109为顶点所组成的多边形300中，可将至少一个以上的减能结构100设置于以多边形300的几何中心P为圆心的圆202内，其中所述圆202位在所述多边形300内，并且所述圆202的半径Cr为玻璃通孔109的半径R的2倍以内。另外，在上述布局方式中，当减能主体102的形状为圆形且至少一减能基底104a及至少一减能基底104b的形状为矩形时，玻璃通孔109的半径R、减能主体102的半径r、至少一玻璃通孔109的中心至减能主体102的中心的距离L、至少一减能基底104a的短边长度W1与至少一减能基底104b的短边长度W2之间的关系由以下式I至式3定义，但本发明并不限于此。
[0051]0.2R <= r式 1
[0052]O <=L <=4 (R+r)式 2
[0053]O <=W1, W2 <= 8r式 3
[0054]以下，以减能主体102为圆形且减能基底104a及减能基底104b为矩形为例，利用图4至图6C详细说明上述的布局方式。在图4至图6C中是以图1A及图1B中的减能结构100为例进行说明，但本发明并不限于此。在其他实施例中，也可使用图2中的减能结构200或具有不同数量的减能基底的其他减能结构。
[0055]图4是依照本发明的一实施例的三个玻璃通孔的布局方式的示意图。
[0056]请参照图4，在此实施例中，是以玻璃通孔109的数量为三个，而且由这些玻璃通孔109为顶点所组成的多边形300为正三角形(以虚线表示)为例进行说明，但本发明并不限于此。在其他实施例中，玻璃通孔109的数量更可大于三个，且由玻璃通孔109为顶点所组成的多边形可以是正多边形或任意多边形。以多边形300的几何中心P为圆心的位在多边形300内的圆202内设置了两个减能结构100。在此实施例中，虽然绘示在圆202内设置了两个减能结构100，但本发明并不限于此。在其他实施例中，圆202内只要设置有至少一个减能结构100即可。
[0057]在此实施例中，圆202的半径Cr等于玻璃通孔109的半径R的2倍，且减能主体102的半径r等于玻璃通孔109的半径R的0.5倍，玻璃通孔109的中心至减能主体102的中心的距离L小于减能主体102的半径r与玻璃通孔109的半径R的总和的4倍，以及减能基底104a的短边长度W1与减能基底104b的短边长度W2小于减能主体102的半径r的8倍，但本发明并不限定于此。在其他实施例中，依实际不同的需求可调整玻璃通孔109的数量及其所组成的多边形类型、减能结构100所设置的数量，以及可调整半径Cr、半径R、半径r、距离L、短边长度W1及短边长度W2之间的尺寸关系，只要是落在上述所定义的范围内即可。
[0058]另外一提的是，在本实施例的布局方式中，由玻璃通孔109为顶点所组成的多边形300不以由所有玻璃通孔109为顶点所组成的多边形300为限，而是可以在所有玻璃通孔109中以任意三个以上的玻璃通孔109为顶点来组成不同的多边形300。
[0059]以下，将以图5A至图及图6A至图6C来详细说明大于三个玻璃通孔组成的多边形的叙述，而上文所提及布局方式中的其他条件及其尺寸定义于此将不再赘述，但应理解图5A至图及图6A至图6C与上文所提及的布局方式及其尺寸定义相似。
[0060]图5A至图是依照本发明的一实施例的四个玻璃通孔的布局方式的示意图。图6A至图6C是依照本发明的一实施例的五个玻璃通孔的布局方式的示意图。
[0061]请参照图5A，由玻璃通孔109a、109b、109c及109d为顶点所组成的多边形包括以玻璃通孔109a、109b、109c及109d为顶点组成的四边形300a。此外，位在四边形300a内的圆202a的圆心为四边形300a的几何中心匕。此外，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202a内设置至少一个减能结构100。
[0062]请参照图5B，由玻璃通孔109a、109b、109c及109d为顶点所组成的多边形包括三角形300b及三角形300c。三角形300b是以玻璃通孔109a、109b及109c为顶点所组成。三角形300c是以玻璃通孔109b、109c及109d为顶点所组成。其中，位在三角形300b内的圆202b的圆心为三角形300b的几何中心P2，而位在三角形300c内的圆202c的圆心为三角形300c的几何中心P3。同样地，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202b及圆202c内分别设置至少一个减能结构100。
[0063]请参照图5C，由玻璃通孔109a、109b、109c及109d为顶点所组成的多边形包括三角形300d及三角形300e。三角形300d是以玻璃通孔109a、109b及109d为顶点所组成。三角形300e是以玻璃通孔109a、109c及109d为顶点所组成。其中，位在三角形300d内的圆202d的圆心为三角形300b的几何中心P4，而位在三角形300e内的圆202e的圆心为三角形300e的几何中心P5。同样地，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202d及圆202e内分别设置至少一个减能结构100。
[0064]请参照图5D，由玻璃通孔109a、109b、109c及109d为顶点所组成的多边形包括三角形300b及三角形300e。三角形300b是以玻璃通孔109a、109b及109c为顶点所组。三角形300e是以玻璃通孔109a、109c及109d为顶点所组成。其中，位在三角形300b内的圆202b的圆心为三角形300b的几何中心P2，而位在三角形300e内的圆202e的圆心为三角形300e的几何中心P5。同样地，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202b及圆202e内分别设置至少一个减能结构100。
[0065]基于上述，由图5A与图5B至图可知，当具有四个玻璃通孔(玻璃通孔109a、109b、109c及109d)时，可使用四个玻璃通孔为顶点来组成四边形或由其中任意选择的三个玻璃通孔为顶点来组成三角形。此外，由图5B至图可知，由任意的三个玻璃通孔为顶点组成的三角形(三角形300b、300c、300d及300e)可根据实际上不同的需求及应用选择性搭配使用。另外，请同时参照图5A至图5D，同样地可根据实际上不同的需求及应用选择性搭配使用由四个玻璃通孔为顶点组成的四边形300a以及由任意的三个玻璃通孔为顶点组成的三角形300b、300c、300d及300e，以定义出位于上述多边形中的圆(圆202a、202b、202c、202d及202e)，进而决定出减能结构100的设置范围。
[0066]接着，请参照图6A，由玻璃通孔109e、109f、109g、109h及109i为顶点所组成的多边形包括以玻璃通孔109e、109f、109g、109h及109i为顶点组成的五边形300f。此外，位在五边形300f内的圆202f的圆心为五边形300f的几何中心P6。此外，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202f内设置至少一个减能结构100。
[0067]请参照图6B，由玻璃通孔1096、109^098、10911及109丨为顶点所组成的多边形包括三角形300g及四边形300h。三角形300g是以玻璃通孔109e、109h及109i为顶点所组成。四边形300h是以玻璃通孔109e、109f、109g及109h为顶点所组成。其中，位在三角形300g内的圆202g的圆心为三角形300g的几何中心P7，而位在四边形300h内的圆202h的圆心为四边形300h的几何中心P8。同样地，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202g及圆202h内分别设置至少一个减能结构100。
[0068]请参照图6C，由玻璃通孔1096、109^098、10911及109丨为顶点所组成的多边形包括三角形300g、三角形300i及三角形300j。三角形300g是以玻璃通孔109e、109h及109i为顶点所组成。三角形300i是以玻璃通孔109e、109h及109g为顶点所组成。三角形300j是以玻璃通孔109e、109g及109f为顶点所组成。其中，位在三角形300g内的圆202g的圆心为三角形300g的几何中心P7、位在三角形300i内的圆202i的圆心为三角形300i的几何中心P9，而位在三角形300j内的圆202j的圆心为三角形300j的几何中心P1(l。同样地，可根据上文所提及的布局方式及尺寸定义(如图4所示)，在圆202g、圆202i及圆202 j内分别设置至少一个减能结构100。
[0069]基于上述，由图6A与图6B可知，当具有五个玻璃通孔(玻璃通孔109e、109f、109g、109h及109i)时，可使用五个玻璃通孔为顶点来组成五边形、或可使用其中任意的四个玻璃通孔为顶点来组成四边形或其中任意选择的三个玻璃通孔为顶点来组成三角形。另外，在图6B及图6C中，虽然绘示出三角形300g、300i及300j以及四边形300h，但本发明并不限于此。应理解，只要是由玻璃通孔109e、109f、109g、109h及109i中任意三个或四个玻璃通孔所组成的三角形或四边形皆可作为本实施例的布局方式中的多边形300，且皆可在所述三角形或四边形的几何中心为圆心的圆内设置至少一个减能结构100。此外，可根据实际上不同的需求及应用选择性搭配使用由五个玻璃通孔为顶点组成的五边形、由任意的三个玻璃通孔为顶点组成的三角形或由任意的四个玻璃通孔为顶点组成的四边形，以定义出位于上述任一多边形中的圆，进而决定出减能结构100的设置范围。
[0070]基于上述实施例可知，通过减能结构100可直接应用于现有3D-1C结构中，并利用特定的布局方式可有效吸收能量以降低对芯片造成的破坏。
[0071]以下，通 过实验例来模拟上述实施例所提出的减能结构对于最大能量释放率的影响。
[0072]表1
【权利要求】
1.一种减能结构，包括: 减能主体，具有彼此相对的上表面及下表面； 至少一第一减能基底，设置于该减能主体的该上表面上；以及 至少一第二减能基底，设置于该减能主体的该下表面上， 其中该至少一第一减能基底与该至少一第二减能基底的互相交错。
2.如权利要求1所述的减能结构，当该至少一第一减能基底的数量为多个时，该些第一减能基底彼此之间互相交错。
3.如权利要求1所述的减能结构，当该至少一第二减能基底的数量为多个时，该些第二减能基底彼此之间互相交错。
4.如权利要求1所述的减能结构，其中该减能结构设置于中介层与芯片之间，且该至少一第一减能基底设置于该减能主体与该芯片之间，而该至少一第二减能基底设置于该减能主体与该中介层之间。
5.如权利要求4所述的减能结构，其中该中介层包括: 玻璃基材；以及 至少一玻璃通孔，设置于该玻璃基材中。
6.如权利要求5所述的减能结构，其中该减能主体的热膨胀系数为该至少一玻璃通孔的热膨胀系数的80%至120%。
7.如权利要求5所述的减能结构，其中该至少一第一减能基底及该至少一第二减能基底的热膨胀系数为该至少一玻璃通孔的热膨胀系数的80%至120%。
8.如权利要求5所述的减能结构，当该至少一玻璃通孔的数量为多个时，在以该些玻璃通孔为顶点所组成的多边形中，将至少一个以上的该减能结构设置于以该多边形的几何中心为圆心的圆内，其中该圆位在该多边形内。
9.如权利要求8所述的减能结构，其中该圆的半径为该至少一玻璃通孔的半径的2倍以内。
10.如权利要求5所述的减能结构，其中该至少一玻璃通孔的半径R、该减能主体的半径r、该至少一玻璃通孔的中心至该减能主体的中心的距离L、该至少一第一减能基底的短边长度W1与该至少一第二减能基底的短边长度W2之间的关系由以下式I至式3定义: 0.2R ^ r式 I O刍L刍4 (R+r)式2 O 刍 W11W2 ^ 8r式 3。
11.如权利要求1所述的减能结构，其中该减能主体、该至少一第一减能基底及该至少一第二减能基底的材料包括弹性材料或脆性材料。
12.如权利要求1所述的减能结构，其中该减能主体、该至少一第一减能基底及该至少一第二减能基底的材料包括金属、高分子材料或碳系材料。
13.如权利要求12所述的减能结构，其中该金属包括铜钨、铁或前述材料合金。
14.如权利要求12所述的减能结构，其中该高分子材料包括导电聚合物。
15.如权利要求12所述的减能结构，其中该碳系材料包括是活性炭、碳纤维或碳纳米管。
16.如权利要求1所述的减能结构，其中该至少一第一减能基底及该至少一第二减能基底的形状分别包括矩形、圆形或尖型。
17.如权利要求1所述的减能结构，其中该减能主体的形状包括圆形、多边形、或具备几何形心的形状。
18.如权利要求14所述的减能结构`，其中该导电聚合物包括聚乙炔。
【文档编号】H01L23/24GK103855101SQ201310206597
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】钱睿宏, 龙巧玲 申请人:财团法人工业技术研究院