Probenvorbereitung für Glaskernsubstrat
Das „Glaskernsubstrat“ in der Halbleiter-Verpackungstechnik basiert auf der TGV-Technologie (Through-Glass Via) in Kombination mit Kupfermetallisierung für die Umverteilungsschichten. Es ersetzt die Kernschicht herkömmlicher organischer ABF-Substrate durch Glas und verhindert so Verformungen großer KI-Chips bei hohen Temperaturen. Gleichzeitig werden Linienbreite und Rasterteilung auf den Mikrometerbereich reduziert.
Die Hauptanwendung liegt in der fortschrittlichen Gehäusetechnik für KI/HPC-Serverchips. Hierbei ersetzen Glaskernsubstrate die herkömmliche organische ABF-Kernschicht, um Verformungen bei hohen Temperaturen und Probleme mit der Signalintegrität bei hohen Geschwindigkeiten in großflächigen Chips zu lösen. Mithilfe von TGV-Glasdurchkontaktierungen, die als Interposer, Glasbrücken und temporäre Träger dienen, werden vertikale, hochdichte Verbindungen zwischen den Chips realisiert. Gleichzeitig hat sich die glasbasierte Metallisierung – bereits ausgereift und in Displaypanels (OLED/LCD-Treiberelektroden, Farbfilter) in der Massenproduktion etabliert – auf MEMS-Sensoren, Mikrofluidik, Biochips, HF-Bauelemente und Automobilelektronik ausgeweitet, wo Isolation, Transparenz, geringe dielektrische Verluste und hohe Zuverlässigkeit gefordert sind.
Die wichtigsten Herausforderungen bei der Herstellung solcher Proben sind dreifacher Natur: (1) Glas ist von Natur aus spröde – herkömmliches abrasives Sägen führt leicht zu Kantenabsplitterungen und Rissen und kann den mikrometerdünnen Metallfilm auf der Oberfläche ablösen; (2) der signifikante Unterschied in den Abtragsraten zwischen weichem Glas und hartem Metall führt beim Schleifen zur Stufenbildung auf beiden Seiten der Metalllinien, wodurch ein „Reliefeffekt“ entsteht, der die eigentliche Grenzfläche verdeckt; und (3) die schwache Haftung zwischen dünnen Filmen und dem Substrat bedeutet, dass selbst mäßiger Polierdruck zu Delaminationen oder fehlenden Segmenten im Leiterbahnmuster führen kann.
Das entsprechende Vorgehen ist wie folgt: Das Schneiden erfolgt mit einer Diamantpräzisions-Trennmaschine bei niedriger Vorschubgeschwindigkeit und Wasserkühlung, um Späne abzuspülen und Ausbrüche zu verhindern; die Einbettung erfolgt mit Vakuum-Kaltguss-Epoxidharz, wobei vor der vollständigen Verkapselung eine Kantenversiegelung aufgebracht wird, um die Probe zu verstärken und so thermische Spannungsrisse zu vermeiden; das Schleifen und Polieren erfolgt in Grob-, Fein- und progressiven Polierstufen unter Verwendung einer Diamantsuspension auf Samtpoliertuch unter niedrigem Druck in abgestuften Schritten und wird mit einer abschließenden Politur mit kolloidalem Siliciumdioxid abgeschlossen, um die Oberflächenverformungsschicht vollständig zu entfernen – wodurch die wahre Morphologie der Glas-Metall-Grenzfläche sichtbar wird.
Die Parameter der Probenpräparation und die metallographischen Ergebnisse sind unten aufgeführt:
1. Grobschliff : DiaRe P800–2500;
2. Grobpolieren : SC-Poliertuch + 3 µm PD-WT polykristalline Diamantsuspension;
3. Abschließende Politur : ZN-Poliertuch + 50 nm SO-439 Poliersuspension.
