Préparation d'échantillons de substrat à noyau de verre

Le substrat à cœur de verre utilisé dans l'encapsulation avancée des semi-conducteurs repose sur la technologie TGV (Through-Glass Via) combinée à une métallisation en cuivre pour les couches de redistribution. Il remplace la couche centrale des substrats organiques ABF traditionnels par du verre, éliminant ainsi la déformation des grandes puces d'IA à haute température, tout en réduisant la largeur et le pas des lignes à l'échelle micrométrique.

Son application principale réside dans le conditionnement avancé des puces pour serveurs IA/HPC, où les substrats à noyau de verre remplacent la couche organique ABF conventionnelle afin de résoudre les problèmes de déformation à haute température et d'intégrité du signal à haute vitesse dans les puces de grande taille. Grâce aux vias en verre TGV utilisés comme interposeurs, ponts de verre et supports temporaires, des interconnexions verticales haute densité entre les puces sont réalisées. Parallèlement, les circuits métalliques sur verre, déjà matures et produits en masse dans les écrans (électrodes de commande OLED/LCD, filtres de couleur), sont désormais utilisés dans les capteurs MEMS, la microfluidique, les biopuces, les dispositifs RF et l'électronique automobile, domaines où l'isolation, la transparence, les faibles pertes diélectriques et une grande fiabilité sont essentielles.

Les principaux défis liés à la préparation de tels échantillons sont de trois ordres : (1) le verre est intrinsèquement fragile ; la découpe à la scie abrasive conventionnelle provoque facilement des ébréchures et des fissures sur les bords, et peut soulever le film métallique à l’échelle micrométrique à la surface ; (2) la différence significative des taux d’enlèvement de matière entre le verre tendre et le métal dur provoque la formation de marches de part et d’autre des lignes métalliques lors du meulage, créant un « effet de relief » qui masque la véritable interface ; et (3) la faible adhérence entre les films minces et le substrat signifie que même une pression de polissage modérée peut provoquer un délaminage ou des segments manquants dans le motif du circuit.

L'approche correspondante est la suivante : la découpe est réalisée avec une machine de découpe de précision au diamant à faible vitesse d'avance avec refroidissement à l'eau pour éliminer les débris et supprimer l'écaillage ; le montage utilise une résine époxy coulée à froid sous vide, avec un scellement des bords appliqué en premier pour renforcer l'échantillon avant l'encapsulation complète, évitant ainsi les microfissures dues aux contraintes thermiques ; le meulage et le polissage se déroulent en plusieurs étapes : meulage grossier, meulage fin et polissage progressif, à l'aide d'une suspension de diamant sur un tissu de polissage en velours sous basse pression par étapes graduées, et finition avec un polissage final à la silice colloïdale pour éliminer complètement la couche de déformation superficielle, révélant ainsi la véritable morphologie de l'interface verre-métal.

Les paramètres de préparation des échantillons et les résultats métallographiques sont présentés ci-dessous :

1. Broyage grossier : DiaRe P800–2500 ;

2. Polissage grossier : tissu de polissage SC + suspension de diamant polycristallin PD-WT de 3 µm ;

3. Polissage final : tissu de polissage ZN + suspension de polissage SO-439 50 nm.