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多芯片组件

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多芯片组件,英文缩写MCM( Multi-Chip Module)——将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装技术。多芯片组件是在混合集成电路技术基础上发展起来的一项微电子技术,其与混合集成电路产品并没有本质的区别,只不过多芯片组件具有更高的性能、更多的功能和更小的体积,可以说多芯片组件属于高级混合集成电路产品。

多芯片组件的分类

  • 根据IPAS的定义,MCM技术是将多个LSI/VLSI/ASIC裸芯片和其它元器件组装在同一块多层互连基板上,然后进行封装,从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。根据所用多层布线基板的类型不同,MCM可分为叠层多芯片组件(MCM –L)、陶瓷多芯片组件(MCM -C)、淀积多芯片组件(MCM -D)以及混合多芯片组件(MCM –C/D)等。

    MCM-L 是使用通常的玻璃环氧树脂多层印刷基板的组件。布线密度不怎么高,成本较低。

    MCM-C 是用厚膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件,与使

    用多层陶瓷基板的厚膜混合IC 类似。两者无明显差别。布线密度高于MCM-L。

    MCM-D 是用薄膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al 作为基板的组件。

    布线密谋在三种组件中是最高的,但成本也高。

多芯片组件的基本特点

  • 多芯片组件是在高密度多层互连基板上,采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件(IC裸芯片及片式元器件)组装起来,形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品(包括组件、部件、子系统、系统)。它是为适应现代电子系统短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠、低成本的发展方向而在PCB和SMT的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术,是实现系统集成的有力手段。

    多芯片组件已有十几年的历史,MCM组装的是超大规模集成电路和专用集成电路的裸片,而不是中小规模的集成电路,技术上MCM追求高速度、高性能、高可靠和多功能,而不像一般混合IC技术以缩小体积重量为主。

    典型的MCM应至少具有以下特点[2]:

    (1)MCM是将多块未封装的IC芯片高密度安装在同一基板上构成的部件,省去了IC的封装材料和工艺,节约了原材料,减少了制造工艺,缩小了整机/组件封装尺寸和重量。

    (2)MCM是高密度组装产品,芯片面积占基板面积至少20%以上,互连线长度极大缩短,封装延迟时间缩小,易于实现组件高速化。

    (3)MCM的多层布线基板导体层数应不少于4层,能把模拟电路、数字电路、功率器件、光电器件、微波器件及各类片式化元器件合理而有效地组装在封装体内,形成单一半导体集成电路不可能完成的多功能部件、子系统或系统。使线路之间的串扰噪声减少,阻抗易控,电路性能提高。

    (4)MCM避免了单块IC封装的热阻、引线及焊接等一系列问题,使产品的可靠性获得极大提高。

    (5)MCM集中了先进的半导体IC的微细加工技术,厚、薄膜混合集成材料与工艺技术,厚膜、陶瓷与PCB的多层基板技术以及MCM电路的模拟、仿真、优化设计、散热和可靠性设计、芯片的高密度互连与封装等一系列新技术,因此,有人称其为混合形式的全片规模集成WSI技术。

多芯片组件应用及发展趋势

  • MCM在组装密度(封装效率)、信号传输速度、电性能以及可靠性等方面独具优势,是目前能最大限度地提高集成度、提高高速单片IC性能,制作高速电子系统,实现整机小型化、多功能化、高可靠、高性能的最有效途径。MCM早在80年代初期就曾以多种形式存在,但由于成本昂贵,大都只用于军事、航天及大型计算机上。随着技术的进步及成本的降低,近年来,MCM在计算机、通信、雷达、数据处理、汽车行业、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上得到越来越广泛的应用,已成为最有发展前途的高级微组装技术。例如利用MCM制成的微波和毫米波SOP,为集成不同材料系统的部件提供了一项新技术,使得将数字专用集成电路、集成电路和微机电器件封装在一起成为可能[6]。3D-MCM是为适应军事宇航、卫星、计算机、通信的迫切需求而迅速发展的高新技术,具有降低功耗、减轻重量、缩小体积、减弱噪声、降低成本等优点。电子系统(整机)向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本发展已成为目前的主要趋势,从而对系统集成的要求也越来越迫切。实现系统集成的技术途径主要有两个:一是半导体单片集成技术;二是MCM技术。前者是通过(含、微处理器、图像和信号处理器等)和模拟集成电路(含各种放大器、变换器等)集成为单片集成系统;后者是通过三维多芯片组件技术实现WSI的功能。

    三维多芯片组件技术是现代微组装技术发展的重要方向,是新世纪微电子技术领域的一项关键技术。近年来在国外得到迅速发展。因此,我国也应该尽快高度重视该项新技术的研究和开发。

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