基于超薄玻璃的封装结构及方法与流程

本发明涉及一种封装结构及方法，尤其是一种基于超薄玻璃的封装结构及方法，属于微电子封装的技术领域。

背景技术：
随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多、越来越强，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中硅通孔TSV和玻璃通孔TGV技术就是这些技术的典型代表。三维封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SDRAM的封装。而硅穿孔（ThroughSiliconVia，TSV）是实现三维封装中的关键技术之一。这归因于TSV相对于传统的互联方式，可实现全硅封装，与半导体CMOS工艺相兼容，且可等比例增大元器件密度，减小互连延时问题，实现高速互联。但是由于硅通孔制作成本较高，限制了其发展；另一方面玻璃基板TGV（ThroughGlassVia）由于其成本低廉、密封性表现优越、绝缘性更佳、高频损耗较低、高模量、透明，表现出优越的光学性能等性能成为继硅穿孔（ThroughSiliconVia，TSV）结构的一种优选结构。对于薄玻璃基片TGV结构的加工，一直是产业界的难题。第一：工艺过程中很容易被损坏，从而导致良率较低；另一方面，采用特殊拿持工艺技术-临时键合技术能有效的减少了薄玻璃基片的损坏，提升超薄玻璃拿持安全系数。但是使用高成本临时键合工艺，制作效率低，成本昂贵等问题，使其难以为业界所接受。在公开号为CN102147674A的文件中，介绍了一种超薄玻璃的制作方法。公开文件中将玻璃加工成厚度介于0.05至0.5mm范围之内的超薄型轻量化产品，并为了解决由于超薄玻璃的强脆弱性带来的问题，特殊加工强化了玻璃基板。除此之外，在150℃至250℃温度环境下通过低温IPVD工序实现了透明电极的沉积。此发明可以在降低触摸屏面板的制造成本同时，也实现了基板的安全拿持。但是此专利具有很强的限定产品范围，只能使用于平板显示屏的制作。对于其他领域，此方法基本没有解决相关问题。因此，鉴于以上问题，有必要提出一种基于超薄玻璃的封装结构和工艺方法来实现高密度表面互连，满足超薄玻璃三维封装的要求，同时降低制作成本。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于超薄玻璃的封装结构及方法，其结构简单，工艺步骤简单，兼容性高，采用环形凹式减薄的方法实现超薄玻璃基片的安全拿持和第一表面与第三表面间的互连，避免超薄玻璃拿持安全系数低或者使用高成本的临时键合工艺，制作效率低和成本昂贵等问题。按照本发明提供的技术方案，所述基于超薄玻璃的封装结构，包括玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面以及与所述第一表面相对应的第二表面；在玻璃基板的第二表面的外圈设置拿持区，并对第二表面对应拿持区的内圈进行减薄，以在玻璃基板内形成环形凹式的第三表面；在玻璃基板内设置若干封装单元区域，所述封装单元区域包括位于第三表面的封装区域以及与所述第三表面上封装区域对应的第一表面上的封装区域；在第三表面的封装区域上设置第三表面芯片，在第一表面的封装区域上设置第一表面芯片，所述第一表面芯片通过位于封装单元区域内且贯通玻璃基板的导电柱与第三表面芯片电连接。所述第一表面与第三表面间的厚度范围为20μm~400μm。对玻璃基板的第二表面采用机械研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀中的一种方式进行减薄。一种基于超薄玻璃的封装方法，所述封装方法包括如下步骤：a、提供玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面以及与所述第一表面对应的第二表面；在玻璃基板的第一表面上制作垂直于所述第一表面的盲孔；b、在上述盲孔内沉积粘附层，并在沉积有粘附层的盲孔内填充得到导电填充体；c、对玻璃基板的第二表面进行减薄，其中，所述减薄区域位于第二表面对应形成拿持区的内圈，且在减薄至所需厚度后，在玻璃基板内形成第三表面；d、在上述玻璃基板内形成第三表面后，玻璃基板内的导电填充体贯通所述玻璃基板，并在玻璃基板内形成导电柱。所述步骤a中，在玻璃基板内制作盲孔的方法包括机械加工、激光加工、喷砂钻孔或刻蚀。所述盲孔的孔径为1μm~500μm。所述粘附层的材料为Cu、Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN或TiN中的一种或几种。在盲孔内填充得到导电填充体的方法包括插入导电体、电镀、化学镀、物理沉积、化学气相沉积或液态金属填充。在玻璃基板的第三表面及第一表面相对应的区域上设置形成封装单元区域，并在第三表面的封装区域上设置第三表面布线，在第一表面的封装区域上设置第一表面布线，所述第一表面布线通过封装单元区域内的导电柱与第三表面布线电连接。在所述玻璃基板的第一表面的封装区域贴装有第一表面芯片，所述第一表面芯片设置在导电柱的一端，并通过第一表面布线与导电柱电连接；在玻璃基板的第三表面的封装区域上贴装有第三表面芯片，所述第三表面芯片设置在导电柱的另一端，且第三表面芯片通过第四表面布线及导电柱与第一表面芯片电连接。本发明的优点：对玻璃基板的第二表面采用环形凹式减薄的方法实现超薄玻璃基片的安全拿持，在对玻璃基板减薄后通过贯通所述玻璃基板的导电柱实现第一表面芯片和第三表面芯片组间互连的封装结构，避免传统方法超薄玻璃拿持安全系数低或者使用高成本的临时玻璃键合工艺，制作效率低和成本昂贵等问题，结构简单，工艺步骤简单，兼容性高，安全可靠。附图说明图1~图5为本发明的具体实施工艺步骤的剖视图，其中图1为本发明玻璃基板的结构示意图。图2为本发明在玻璃基板内得到盲孔后的剖视图。图3为本发明在第一表面生设置第一表面芯片后的剖视图。图4为本发明在玻璃基板内得到第三表面后的剖视图。图5为本发明在第三表面上设置第三表面芯片后的剖视图。附图标记说明：1-玻璃基板、2-盲孔、3-第一表面芯片、4-第三表面芯片、5-第一表面、6-第二表面、7-第三表面、8-拿持区、9-导电柱及10-导电填充体。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图5所示：为了能避免现有方法对超薄剥离拿持安全系数低或使用高成本的临时键合工艺，本发明包括玻璃基板1，所述玻璃基板1具有第一表面5以及与所述第一表面5相对应的第二表面6；在玻璃基板1的第二表面6的外圈设置拿持区8，并对第二表面6对应拿持区8的内圈进行减薄，以在玻璃基板1内形成环形凹式的第三表面7；在玻璃基板1内设置若干封装单元区域，所述封装单元区域包括位于第三表面7的封装区域以及与所述第三表面7上封装区域对应的第一表面5上的封装区域；在第三表面7的封装区域上设置第三表面芯片4，在第一表面5的封装区域上设置第一表面芯片3，所述第一表面芯片3通过位于封装单元区域内且贯通玻璃基板1的导电柱9与第三表面芯片4电连接。具体地，在玻璃基板1的第二表面6的外圈设置拿持区8，对拿持区8对应的内圈进行减薄，得到环形凹式的第三表面7，使得第三表面7与第一表面5之间的厚度具有很薄的距离，同时，第二表面6外圈的拿持区8厚度不变，能够实现加工过程中的拿持。本发明实施例中，第一表面芯片3贴装在导电柱9的一端端部，第三表面芯片4贴装在导电柱9的另一端，在每个封装单元区域内设置至少一个导电体9，从而能实现超薄封装的结构。本发明实施例中，图5中示出了五个封装单元区域，即图中的一个导电柱9代表了每个封装单元区域内的所有导电柱9。具体地，所述第一表面5与第三表面7间的厚度范围为20μm~400μm。对玻璃基板1的第二表面6采用机械研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀中的一种方式进行减薄。如图1~图5所示，上述的封装结构，可以采用下述工艺步骤实现，所述封装方法包括如下步骤：a、提供玻璃基板1，所述玻璃基板1具有第一表面5以及与所述第一表面5对应的第二表面6；在玻璃基板1的第一表面5上制作垂直于所述第一表面5的盲孔2；如图1所示，在玻璃基板1内制作盲孔2的方法包括机械加工、激光加工、喷砂钻孔或刻蚀。所述盲孔2的孔径为1μm~500μm。在具体实施时，可以通过干法刻蚀工艺制造盲孔2，盲孔2从玻璃基板1的第一表面5向下延伸，且盲孔2的深度小于玻璃基板1的厚度。上述在玻璃基板1内制造加工盲孔2的方法均为本技术领域常用的技术手段，具体不再赘述。b、在上述盲孔2内沉积粘附层，并在沉积有粘附层的盲孔2内填充得到导电填充体10；如图2所示，所述粘附层的材料为Cu、Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN或TiN中的一种或几种。在盲孔2内填充得到导电填充体10的方法包括插入导电体、电镀、化学镀、物理沉积、化学气相沉积或液态金属填充。所述导电填充体10可以导电金属、金属混合体、碳纳米管或多晶硅材料中的一种。本发明实施例中，导电填充体10填充的深度与盲孔2的深度一致。c、对玻璃基板1的第二表面6进行减薄，其中，所述减薄区域位于第二表面6对应形成拿持区8的内圈，且在减薄至所需厚度后，在玻璃基板1内形成第三表面7；如图4所示，对玻璃基板1的第二表面6采用机械研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀中的一种方式进行减薄。所述第一表面5与第三表面7间的厚度范围为20μm~400μm；本发明实施例中，玻璃基板1对应形成拿持区8的宽度为0.1mm~10mm，在于拿持区8对应的第一表面5上不存在第一表面芯片3等结构。通过上述减薄后，在玻璃基板1上形成中间凹陷，外圈凸出的结构，即为环形凹式的第三表面7。d、在上述玻璃基板1内形成第三表面7后，玻璃基板1内的导电填充体10贯通所述玻璃基板1，并在玻璃基板1内形成导电柱9。如图3和图5所示，还包括步骤e，在玻璃基板1的第三表面7及第一表面5相对应的区域上设置形成封装单元区域，并在第三表面7的封装区域上设置第三表面布线，在第一表面5的封装区域上设置第一表面布线，所述第一表面布线通过封装单元区域内的导电柱9与第三表面布线电连接。本发明实施例中，上述制作第一表面布线的步骤也可以在减薄前。在所述玻璃基板1的第一表面5的封装区域贴装有第一表面芯片3，所述第一表面芯片3设置在导电柱9的一端，并通过第一表面布线与导电柱9电连接；在玻璃基板1的第三表面7的封装区域上贴装有第三表面芯片4，所述第三表面芯片4设置在导电柱9的另一端，且第三表面芯片4通过第四表面布线及导电柱9与第一表面芯片3电连接。本发明实施例中，通过第一表面芯片3与第二表面4能方便与外部的连接，通过第一表面芯片3、导电柱9及第三表面芯片4形成TGV的互连结构。本发明对玻璃基板1的第二表面6采用环形凹式减薄的方法实现超薄玻璃基片的安全拿持，在对玻璃基板1减薄后通过贯通所述玻璃基板1的导电柱9实现第一表面芯片3和第三表面芯片4组间互连的封装结构，避免传统方法超薄玻璃拿持安全系数低或者使用高成本的临时玻璃键合工艺，制作效率低和成本昂贵等问题。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。