Ultradünnes Glas für Chip Packaging, Carrier-Wafer und Touch-Sensoren

Der Technologiekonzern Schott ist einer der wenigen Spezialglasexperten weltweit, der ultradünnes Glas dünner als 100 Mikrometer zuverlässig herstellen kann – und das auch noch aus mehreren Glasarten mit diversen Materialeigenschaften. Die Halbleiterindustrie designed zunehmend Produkte mit dünnen Glassubstraten für Chip Packaging und Interposer-Anwendungen. Zudem ist es das einzige Unternehmen weltweit, das ultradünnes Glas in chemisch gehärteter Form anbietet, zum Beispiel für den Einsatz in Sensor-Applikationen in elektronischen Geräten. Glas als anorganisches Material bietet gegenüber herkömmlichen, organischen Materialien technische Vorteile im Bereich von Chip Packaging. Die Leistung von Mikroprozessoren nimmt kontinuierlich zu, ihre Dicke verringert sich von Produktgeneration zu Produktgeneration. Die lokal entstehende Wärme der kleinen Herzstücke der mobilen Endgeräte führt bei Verwendung organischer Substratmaterialien zu Durchbiegung und kann so Zuverlässigkeitsprobleme verursachen. Ultradünnes Glas weist eine sehr hohe Formstabilität über einen großen Temperaturbereich hinweg auf und bietet gleichzeitig die Basis für extrem flache Formfaktoren der Chipgehäuse.

Das Unternehmen bietet mit seinem AF 32 eco ein Glas an, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem von Silizium entspricht und somit mit der Materialbasis der Prozessoren kompatibel ist. Auch für Interposer-Anwendungen ist dieses ultradünne Glas geeignet. „Wir sind mit relevanten Zulieferern der Industrie im Gespräch, die großes Interessen an unseren Lösungen zeigen. Wir sind überzeugt, dass unser ultradünnes Glas in Kürze einen festen Platz in den Serienproduktionsprozessen der Halbleiterindustrie einnehmen wird“, so Dr. Rüdiger Sprengard, Director New Business Ultra-Thin Glass bei Schott Advanced Optics.

Für eine sichere Verarbeitung der dünnen Glassubstrate besteht die Möglichkeit für temporär gebondete Carrier-Systeme. Hier wird ein Carrier aus Dünnglas mit einer Dicke von zum Beispiel 400 Mikrometern mit einem Wafer aus ultradünnem Glas, rund 100 Mikrometer dick, entweder mit Hilfe von Klebstoffen oder auch ohne Verwendung von Klebstoffen temporär gebondet. Nach dem Bearbeitungsprozess können die beiden Elemente wieder voneinander getrennt werden.

Schott bietet außerdem chemisch gehärtetes ultradünnes Glas an. Da das D 263 Glas Alkali-Ionen enthält, lässt es sich mittels Ionenaustausch zuverlässig härten. Dies eröffnet die Möglichkeit, hauchdünnes, aber robustes („toughes“) Glas als Abdeckscheibe einzusetzen. Das chemisch gehärtete hochdünne Glas bietet eine um den Faktor 4 gesteigerte Festigkeit gegenüber nicht gehärteten Gläsern.„Ultradünnes Glas wird im Smartphone der Zukunft eine große Rolle spielen, so z.B., um Fingerabdrücke ablesbar zu machen und somit ein Erkennungssystem für Online-Bezahlsysteme zu ermöglichen“, so Sprengard. Das Unternehmen bietet mit seinem im proprietären Downdraw-Verfahren hergestellten D 263 somit eine Glaslösung an, die auf Grund seiner hohen dielektrischen Konstante sowohl die von der Industrie gewünschte Performance erfüllt, als auch dem Kostendruck in der Elektronikbranche Rechnung trägt.

Auch an weiteren Anwendungen für das Internet of Things (IoT) wird im Unternehmen gearbeitet: zur Herstellung von Akkus der nächsten Generation, sogenannten Dünnschichtbatterien oder Solid-State-Batterien, ist ultradünnes Glas geeignet. Es handelt sich hier um Mikrobatterien, die eine sehr gute Ladekapazität, eine lange Lebensdauer, eine besonders kompakte Bauform und geringe Herstellkosten aufweisen müssen. Da im Herstellprozess sehr hohe Temperaturen angewandt werden, ist Glas als Substratmaterial bestens geeignet. Wieder aufladbare Mikrobatterien werden Anwendung zum Beispiel in Gebrauchsgegenständen mit Internetverbindung wie Wearables, kleinen Sicherheitskameras oder Chipkarten mit Displays wie Push-Tan-Generatoren für Online-Banking finden. „Hier bietet sich unser D 263 Glas als Substrat an, denn es weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der dem der gesputterten Kathodenmaterialien im Batteriekern entspricht“, erklärt Sprengard.