多芯片封装MCP

多芯片封装

多芯片封装（Multi Chip Package；MCP）

封装形式的概念

所谓封装形式就是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接。

衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。一般来说，出现一代新的CPU，就伴随着一种新的封装形式。

随各式便携式信息装置对内存特性需求日益多元化，可将数个芯片封装在一处的多芯片封装（Multi Chip Package；MCP）亦逐渐受到重视，全球包含三星电子、现代电子、英特尔等重量级IC厂商，近期纷纷看好此型内存市场前景，竞推出相关产品。MCP的优点在于能将2至3种不同特性的芯片封装在一块，可因此减少占据的空间，当前主要为内存所采用。而利用该封装做出的内存产品适于有复杂内存特性需求的信息装置使用。目前内存厂商主要利用该技术将闪存（Flash）与SRAM做在一块。

-薄芯片处理是一种特殊的晶圆支持技术，能使芯片被琢磨到只有0.025毫米的厚度。多重堆叠封装技术能利用无铅锡焊球把安装的芯片的板块堆叠起来。这种封装在功能上相当于单一封装(single package)。

MCM(Multi Chip Model)多芯片组件-质量

为了解决单一的芯片集成度和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样电子组件系统，从而出现了MCM多芯片组件系统

MCM具有以下特点：

封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化

缩小整机/组件封装尺寸和重量。

系统可靠性大大提高。

总之，随着CPU和其他超大规模集成电路的进步，集成电路的封装形式也将得到相应的变化，而且封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发展。

不久以前，高密度薄膜和多芯片封装(MCP)还被认为只是一种用于太空、军事、高端服务器以及大型主机等系统的新型技术,这种技术可以减小最终封装件及系统的尺寸

和重量、减少故障提高可靠性、使用更短和负载更轻的信号线增加速度并使系统具有良好的热性能。

如今，薄膜MCP的各种优点已能够在价格低廉的商用和消费类产品中得以实现，为批量生产而开发的低成本流水线薄膜生产工艺使这项技术由实验室进入到了工厂。这种新工艺采用硅片覆膜高密度互连基板，对于装配车间来说看上去感觉就像是另一个芯片一样。它把用不同工艺制造的器件集成在一个封装内，在功能上满足市场快速变化的要求，并在不改变封装引脚尺寸的前提下提高设计的性能。

MCM（MCP）－Multi Chip Module

MCM（MCP）－Multi Chip Module 是单芯片封装在两维空间里的延伸，也是专用集成电路封装的一种模式。MCM 具有系统尺寸小、引线框架互连基板芯片、系统功能强、节省PCB 空间、屏蔽和频率特性好、开发风险小、成本低。上个世纪末，MCM 的应用受到KGD、基板费用高、封装费用高的限制，被戏称为MCMs（Must Cost Millions）－“必须花费几百万”。如今美国互连与封装学会把MCM按照不同的互连衬底介质分为L、C、D 三种类型：即层压介质高密度印刷线路板模块、陶瓷或玻璃混合电路和共烧陶瓷多层陶瓷模块和在聚合物和介质材料薄膜上淀积金属布线模块。南通的MCM 属于第三类，采用陶瓷或硅基板，封装外形采用DIP、QFP 封装

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薄膜工艺流程:首先在一个200mm(8英寸)晶圆上作4个铝层(两个互连层和两个电源层)，中间用苯环丁烯(BCB)绝缘层隔开。电源层金属溅射厚度为1μm，信号层为3

μm，溅射的铝符合半导体规范要求(含0.5%铜)，线宽为20μm，线距为25μm，电源层之间介质厚度为３μm，信号层之间为７μm。BCB的介电常数很低，只有2.65，耗散因子也低至0.0008。对于速度为10GHz的信号，它的性能有点类似陶瓷，但频率再高上去其性能就开始下降，在95GHz时1cm线上会有3dB衰减。因为金属层很薄，所以存在一定的直流电阻，约为5Ω/cm，这一点在设计时要考虑到，远端应用应使用较短的布线，但它对改善系统内的耗散噪声有一定帮助。设计中使用的通孔直接在BCB上作出。

3x 制作使用50μm焊盘和30μm导孔，孔壁略为倾斜，接触点约为20μm。通孔电阻很小，能通过较大电流，通孔成形过程比目前90%设计工艺都要好。BCB每层形成后都要经过一次软固化，最后一次固化温度为250℃。固化使叠层各层相互连接，形成一个中间有引线的固化BCB。基底材料耐温性使之可用于无铅贴装工艺，包括倒装芯片裸片贴装工艺。另外还有一种热通孔用于直接连接硅晶圆载体，并为大功率元件提供一个低阻热通道。该项工艺的主要工序为：旋转涂覆、热固化、溅射、掩膜对位和UV曝光、显影、湿法及干法刻蚀。基片以晶圆形式提供给最终用户。

趋势及未来展望:

六西格玛品质论坛小型MCP的增长需求来自于一些大批量应用消费类产品，如移动电话、掌上电脑和上网记事本、MP3播放机以及其它手持装置，这些产品不仅对价位很敏感，而且要求有较短的产品和改进周期，而这两个要求系统级芯片ASIC技术和嵌入式存储器技术制造工艺却又无法满足。低成本多芯片封装可作为这些市场所追求的“快速廉价”解决方案，许多来自半导体供应商和OEM的应用都要求将一个快闪

存储器和一个逻辑电路，如微处理器、DSP或ASIC结合在一起。这些非常简单的MCP设计装配和测试成品率都大于98%，避免了“原本好裸片后来又不好”(KGD)

之类的问题。今后还将把裸片以倒装芯片形式与硅基底相连，或者与一个重新布线的载体裸片相连用于叠层元件封装中，这种布线技术能在制成的半导体晶圆裸片上提供高密度多层再布线和感应极小的功率分配。最后，在多芯片封装中将多个倒装芯片贴到硅基底上，这个基底就可以作为封装件，再用大的回流焊球或柱将基底贴到线路板上。

多芯片模块虽然可以提供极高的互连密度，但其高昂的成本一直限制了它的使用。近年来研究人员又提出了一种和多芯片相对的少芯片封装概念，它克服了以往设计的不足，能满足目前电子产品在成本和功能上的要求。

90年代初期，多芯片模块(MCM)曾被认为是最佳互连封装技术，可以满足不断发展的电子工业的要求。MCM技术将多个裸片固定在一个基板上连在一起，裸片之间非常接近，可以减少互连延迟。L

当时一个典型的MCM可能含有二十多个裸片，密封在一块低温共烧陶瓷(LTCC)或沉积基板上。MCM通常用于军事、航天或高性能计算机设备上，这类应用一般不太计较价格。虽然IBM和富士通都在他们的大型计算机中使用了MCM并取得成功，但MCM 从未在商业上达到预期的效果。由于裸片测试和基板返修方面的原因，MCM一直没有能在PC/工作站这个利润非常高的庞大市场中得到广泛采用。此外只要一个器件失效，基板连带上面好的器件都得扔掉，所以这是一种商用上无法接受的高成本技术。

最近两三年来，MCM技术通过少芯片封装(FCP)的形式获得了新生。FCP有时也称为多重芯片封装(MCP)，已有越来越多的公司出于技术和商业的原因正在接受FCP。虽然这些FCP看起来与它们的单芯片同类没什么区别，但它们确实完全不同于90年代初期的MCM，今天的FCP不再使用多达二十个的裸片，一般只用2～4个裸片装在球栅阵列封装基板上(图1)。这一“再生”应部分归功于裸片测试和运送技术的改善以及低成本高性能基板的出现，随着FCP逐渐成为系统级芯片(SoC)的替代方案，进一步还产生了系统级封装（SiP）