多芯片组件(MCM)技术..

一、多芯片组件（MCM）认知 • 基本特点： 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。 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。
一、多芯片组件（MCM）认知 • 基本特点： 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。 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。
多芯片组件（MCM）技术
机电学院 2013.03.21
一、多芯片组件（MCM）认知
• 概念：
多芯片组件,英文缩写 MCM( Multi-Chip Module)—— 是继表面安装技术后，在微电 子领域出现的一项最引人瞩目 的新技术，是将多块半导体裸 芯片组装在一块布线基板上的 一种封装技术。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。
二、多芯片组件（MCM）分类 • 3D-MCM
通常所说的多芯片组件是指二维MCM，它的 所有元器件布置在一个平面上。随着微电子技术 的进一步发展，芯片的集成度大幅度提高， 对封 装的要求也更加严格，2D - MCM的缺点也逐渐暴 露出来。目前，2D - MCM 组装效率最高可达85%， 已接近二维组装的理论极限。为了改变这种状况， 三维的多芯生组件(3D - MCM) 应运而生，其最高 组装效率可达200%。3D - MCM是指元器件除在x y平面上展开外，还在垂直方向(z方向) 上排列。
二、多芯片组件（MCM）分类
与2D-MCM相比，3D - MCM 具有以下的优越性：
• 系统体积缩小10倍以上，重量减轻6倍以上； • 芯片间的互连更短，减小信号传输延迟时间和信号 噪声，降低功耗； • 组装效率达200%，有望实现多功能系统封装； • 更高的集成度，减少外部连接点数可靠性提高。
封装效率比较图
在过去30年通孔插装 的印刷电路板和高密度封 装。图 中可看出，10～20 μm 细 线宽情况下能够获得 60%～70% 效率，而对于 3D - MCM技术在50～ 300μm 线宽下就可以获得 100% 的效率。
三、芯片贴装技术
多芯片组件的芯片贴装是实现半导体器件和 元件与MCM 基板的机械连接和电气互连。这种组 装可通过两个独立的操作进行；也可同时完成。 下图为三种占主导地位的贴装方法，丝焊、倒装 焊和载带自动焊。
二、多芯片组件（MCM）分类 • MCM-C
共烧陶瓷多芯片组件则以共烧陶瓷混合电路技术发展为基 础。相比于叠层MCM ，陶瓷MCM 需要附加工艺步骤，包括在 介质层上铺设导体图形的薄膜印刷技术。制备足够的布线层数 以实现需要的互连设计，同时还要保证基板的良好机械性能。 介质层打孔形成通孔，通孔会被导体材料填实起到连接上下层 的电学互连。陶瓷上印制电阻材料可获得所需要的电阻值的电 阻，通过微调技术对其进行阻值修正。 印制好的陶瓷层在其他层叠加前要在烘箱中烘干。所有印刷 完毕的陶瓷层叠放在一起，在一个设定温度环境下烧结成一个 完整的多层布线。依烧结温度可分为高温共烧陶瓷(HTCC)和低 温共烧陶瓷(LTCC)。MCM - C自1979年由IBM应用到计算机中后， 发展相当迅速、广泛，应用领域已涉及到模拟电路、数字电路、 混合电路以及微波器件。
MCM 结构示意及技术领域
二、多芯片组件（MCM）分类
多芯片组件的分类，国际上通常采用美 国电子电路互连和封装协会( IPC )提出的M CM 分类方式，将MCM分为三个基本类型， 即MCM-L ( 叠层多芯片组件) 、MCM-C ( 共 烧陶瓷多芯片组件)与MCM-D(淀积多芯片 组件) 。
MCM 分类与比较
二、多芯片组件（MCM）分类 • MCM-L 叠层MCM是基于传统印刷电路板的方 法发展而来，将导体铜材料和绝缘介质材 料三明治式夹在一起通过腐蚀、打孔、镀 涂等工艺提供一种可以实现互连的多层布 线结构，作为此类MCM的基板。
在基板制作过程中，该技术已可预先埋固定 阻值的电阻、电容和电感的元件在介质层中。 MCM - L制造工艺较成熟、生产成本较低。但因 芯片的安装方式和基板的结构所限，更高密度化 则不容易实现。MCM - L组成结构也将其限制在 非长期可靠性和极限环境条件下的应用。
二、多芯片组件（MCM）分类 • MCM-D
MCM - D是一类在Si、陶瓷或金属基板上采用薄膜工艺 形成高密度互连布线的MCM。MCM - D的基材可以是硅、 铝、氧化铝或氮化铝。典型的线宽25微米，线中心距50微米。 层间通道在10到50微米之间。低介电常数材料二氧化硅、聚 酰亚胺或BCB常用作介质来分隔金属层，介质层要求薄，金 属互连要求细小且保持适当阻抗。 MCM - D属多芯片组件中高端产品，适用于组装密度高、 体积小、高速信号传输和处理系统。IBM390/ES9000、 NECSX3等超级计算机、工作站以及德国宇航公司研制的微 波发射/ 接受雷达组件都是MCM - D典型的应用实例。
一、多芯片组件（MCM）认知 • 基本特点： 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。 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。