基本介紹
- 中文名：多晶片模組
- 外文名：MCM
- 定義：多晶片組件
- 技術：實現電子整機小型化、多功能化
定義,種類,現狀,特點,問題,研究,
定義
多晶片模組。多晶片組件。在這種技術中，IC模片不是安裝在單獨的塑膠或陶瓷封裝（外殼）里，而是把高速子系統（如處理器和它得高速快取）的IC模片直接綁定到基座上，這種基座包含多個層所需的連線。MCM是密封的，並且有自己的用於連線電源和接地的外部引腳，以及所處系統所需要的那些信號線。將多塊半導體裸晶片組裝在一塊布線基板上的一種封裝技術。CM是在混合積體電路技術基礎上發展起來的一項微電子技術，其與混合積體電路產品並沒有本質的區別，只不過MCM具有更高的性能、更多的功能和更小的體積，可以說MCM屬於高級混合積體電路產品。
種類
MCM－L 是使用通常的玻璃環氧樹脂多層印刷基板的組件。布線密度不怎么高，成本較低。
MCM－C 是用厚膜技術形成多層布線，以陶瓷(氧化鋁或玻璃陶瓷)作為基板的組件，與使
用多層陶瓷基板的厚膜混合IC 類似。兩者無明顯差別。布線密度高於MCM－L。
MCM－D 是用薄膜技術形成多層布線，以陶瓷(氧化鋁或氮化鋁)或Si、Al 作為基板的組件。
布線密謀在三種組件中是最高的，但成本也高。
現狀
根據美軍標MIL-PRF-38534D混合微電路總規範的定義，MCM是一種混合微電路，其內部裝有兩個或兩個以上超過100000門的微電路。
就MCM的技術先進性而言，MCM可以集成VLSI/ASIC等大規模積體電路晶片，I/O引腳數多達100個以上，但在實際套用中，很多MCM產品並不一定包括VLSI/ASIC等大規模積體電路晶片，I/O引腳數也並不是很高。早期，MCM的套用焦點主要聚集在以大型計算機為代表的套用領域，強調的是其大規模集成的特點。隨著MCM技術的不斷進步和套用領域的不斷拓展，MCM的高集成度、高組裝效率和高靈活性等特點必將日益突顯出來。
當前MCM的熱門產品藍牙模組為例，藍牙模組是一種短距離無線通訊產品，2005年全球市場需求量為5億隻，製作藍牙模組的技術途徑有兩種：單晶片集成和MCM集成。由於技術難度大、研發周期長和成本高，前者一直沒有成功，後者則成為目前最理想的解決方案，2003年市場投放量近2000萬隻。藍牙MCM集成了1個RF晶片、1個基帶晶片和一些無源元件，引出端採取BGA形式，集成的晶片規模也不大，I/O引腳數也只有34個。
特點
MCM技術是實現電子整機小型化、多功能化、高性能和高可靠性的十分有效的技術途徑。與其它集成技術相比較，MCM技術具有以下技術特點：
延時短，傳輸速度提高
由於採用高密度互連技術，其互連線較短，信號傳輸延時明顯縮短。與單晶片表面貼裝技術相較，其傳輸速度提高4－6倍，可以滿足100MHz的速度要求。
體積小，重量輕
採用多層布線基板和裸晶片，因此其組裝密度較高，產品體積小，重量輕。其組裝效率可達30%，重量可減少80－90%。
可靠性高
統計表明，電子產品的失效大約90%是由於封裝和電路互連所引起的，MCM集有源器件和無源元件於一體，避免了器件級的封裝，減少了組裝層次，從而有效地提高了可靠性。
高性能和多功能化
MCM可以將數字電路、模擬電路、微波電路、功率電路以及光電器件等合理有效地集成在一起，形成半導體技術所無法實現的多功能部件或系統，從而實現產品的高性能和多功能化。
軍事微電子領域的優勢地位
減小產品尺寸和重量，同時提高電性能和可靠性，這是MCM技術的價值之所在，也是MCM技術得以產生和發展的驅動力。在要求高性能、小型化和價格是次要因素的套用領域，尤其在軍事、航空航天套用領域，MCM技術具有十分穩固的優勢地位。
由於受半導體技術發展水平的限制，在我國晶片主要來源於國外，軍用高頻和大功率等晶片的來源一直是是一項非常棘手的問題，因此採用MCM二次集成技術具有十分重要的現實意義。毫無疑問，MCM在軍事微電子領域將具有非常廣泛的套用市場和發展前景。
據美國信息網路公司預測，2000年到2005年世界MCM市場的平均年增長率是13.5%，從2000年的0.533億件到2005年的1.004億件。其中2001年全球軍事/航天MCM產品為96.7萬塊，2005年全球軍事/航天MCM產品將為41.5萬塊，增長率為-15.6%。未來MCM在全球軍事電子領域的市場將會出現衰退，但其原因並不在於其它技術的競爭，而在於全球軍備投資的減少。
問題
現狀
從2000年到2005年，世界MCM市場的平均年增長率預計為13.5%，儘管MCM在性能﹑數量和產值方面一直保持著持續穩定的提升，然而與微電子產品的整體規模相比較，目前MCM產品所占的比重依然是相當低的。2001年，全球IC的產量約為755億塊，而MCM的產量僅為0.53億塊。在國內，MCM的套用狀況非常薄弱，產品所占有的市場份額更是微乎其微。
制約因素
自MCM技術問世以來，人們對其寄予很大的期望，普遍認為未來將成為微電子技術的主流。然而隨著MCM套用領域的不斷拓展和深入，其內在和外在的一些負面因素便日益凸顯出來，從而限制了MCM的套用規模，也妨礙了MCM達到人們所期待的輝煌的境界，其制約因素主要有以下幾個方面：
●由於沒有標準的設計規範和生產工藝，缺乏KGD，以及設備、材料和工藝成本比較昂貴，使 MCM的成本一直居高不下；此外，只要一個元器件失效，整個組件就得報廢。這也造成了商業套用難以接受的高成本。
●當今半導體技術發展迅速，ASIC的密度越來越高，功率越來越大，其提升速度遠遠超過了早期的預測，因此使得MCM失去了眾多的套用市場。
●MCM所組裝的LSI、VLSI和ASIC通常為裸晶片，確好裸晶片（KGD）來源問題一直沒有從根本上得到解決，這在很大的程度上妨礙著MCM的推廣套用。在我國裸晶片主要來源於國外，KGD以及高頻和大功率晶片的來源更是一項非常急待解決的問題，直接限制著設計人員方案的選擇。
●諸如晶片級封裝（CSP）、少量晶片封裝（FCP）﹑多晶片封裝（MCP）等新型微電子技術的出現，以其極具競爭力的性價比對MCM構成了競爭態勢，並對MCM的未來發展形成了威脅。
種種不利因素制約了MCM技術的發展規模，尤其是大規模商業化套用，使得其注定只能是現有微電子技術的一種補充，而無法成為一種更新換代的局面。儘管MCM技術很難成為微電子領域的主流技術，但其依然是一項充滿活力和希望的微電子技術，尤其在軍事電子領域其依然擁有充分的生存和發展空間。仍然受到世界各國的高度重視。
研究
國外研究與套用情況
國際上從七十年代末開始研究和開發MCM技術，到2000年則進入全面套用階段。目前，在小型化、高性能和價格非主要考慮因素的套用領域，MCM技術已經獲得了十分成功的套用。在移動通訊、汽車電子、筆記本電腦、辦公和消費電子等領域，MCM技術也獲得了迅速的發展。
2001年，全球MCM產量為5545萬塊，其中軍事/航天占1.8%，計算機占16.8%，通訊占49.3%，消費類占28.3%，工業占3.8%。目前，全球MCM開發和研製廠家有一百多家，主要生產廠家有四十家左右，2000年產值達到200多億美元。
國外二維MCM技術的研究已日趨成熟，正走向全面套用的階段。隨著電子整機系統小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本的要求越來越高，國外又加強了三維MCM系統集成技術的研究，以此實現整機系統更高的組裝效率、更高的系統性能、更多的系統功能和I/O引腳、更低的功耗和成本。二維MCM的組裝效率最高達80～85%，三維MCM的組裝效率則可達200%以上。目前，國外三維MCM技術主要套用於航天、航空、軍事和大型計算機等領域，主要產品有存儲器、數位訊號處理器、圖像處理與識別系統、人工神經網路、大型並行計算機處理器以及二級快取等。
國內科研成果
我國是從“八五”期間開始從事MCM技術研究的，研究單位從最早的寥寥數家發展壯大到目前的幾十家，其中主要的研製單位有中電科技集團第四十三所、十三所、十四所、中國航天集團第七七一所、中國航天集團第七七二所、兵總二一四所、信息產業部電子五所、電子科技大學、西安電子科技大學以及北京飛宇公司等，其研究內容涉及了MCM的EDA技術、低溫共燒多層基板製造技術、高溫共燒多層基板製造技術、薄膜多層基板製造技術、混合多層基板製造技術、AlN多層基板製造技術、倒裝焊工藝技術、TAB工藝技術、MCM可靠性設計技術、三維MCM製造技術以及MCM實用化產品研製等。
經過十多年的研究和開發，我國在MCM設計、材料和工藝等技術領域取得了一系列的科研成果。目前，國內在MCM的研製生產中已開始採用EDA設計技術，厚膜多層基板的實用化工藝水平已達到：布線層數5層，線寬/間距150μm/200μm；薄膜多層基板實用化工藝水平已達到：布線層數4層，線寬/間距10μm/20μm，並可內埋電阻。低溫共燒多層陶瓷基板的實用化工藝水平已達到：布線層數20層，面積125 。
