多芯片模块（MCM)就是将多块末封装的集成电路芯片高密度安装在同一基板上构成一个完整的部件。随着多芯片模块的兴起，使封装的概念发生了本质的变化，在80年代以前，所有的封装都是面向器件的，而多芯片模块可以说是面向部件的或者说是面向系统或整机的。多芯片模块技术集先进印刷线路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直集成技术，对半导体器件来说，它是典型的柔性封装技术，是一种电路的集成。多芯片模块的出现使电子系统实现小型化、模块化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技术保障。
目前普遍认为有如下一些种类：
MCM-L h4CM-L(Multi Chip Module-Laminate)是采用多层印刷电路板制成的多芯片模块。
MCM-l的制造工艺较为成熟，生产成本较低，因芯片的安装方式和基板的结构有限，高密度布线困难，因此，电性能较差，主要用于30MHz以下的产品，线宽在70-200μm，通孔直径在300-500μm。
MCM-C MCM-C (Multi chip Module-Ceramic)是采用厚膜技术和高密度多层布线技术在陶瓷基板上制成的MCM。
MCM-C无论结构或制造工艺都与先进HIC极为相似，主要用于30-50MHz的高可靠产品，线宽在100-300μm，通孔直径在10-300μm。
MCM-D MCM-D(Multi Chip Module-Deposited Thin Film)是采用薄膜技术将金属材料淀积到陶瓷或硅、铝基板上，光刻出信号线、电源线地线、并依次做成多层基板(多达几十层)。主要用在500MHz以上的高性能产品中，线宽和间距可做到10-25mm μm，孔径在1050μm，因而，具有组装密度高，信号通道短，寄生效应小，噪声低等优点，可明显地改善系统的高频性能。
MCM-D按照所使用的基板材料又分为MCM-D／C(陶瓷基板薄膜多层布线的MCM)，MCM-D／M(金属基板薄膜多层布线的多芯片模块)，MCM-D／Si(硅基板薄膜多层布线的多芯片模块)。
1、多芯片模块是将多块未封装的IC芯片高密度地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，节省了原料，减少了制造工艺，极大地缩小了体积，与单芯片封装相比重量减轻10倍，体积减小了80-90％。
2、多芯片模块是高密度组装产品，其互连线长度极大缩短，与封装好的SMD相比，减小了外引线寄生效应对电路高频，高速性能的影响，芯片间的延迟减小了75％。
3、多芯片模块能将数字电器，模拟电路，功能器件，光电器件等合理地制作在同一部件内，构成多功能高性能子系统或系统。
4、多芯片模块技术多选用陶瓷材料作为纽装基板，因此，与SMT用PCB基板相比，热匹配性能和耐冷热冲击力要强得多，团而使产品的可靠性获得了极大的提高。
1．组装基板的制造技术
电路基板的表面布有底，包括互连信号电路，电源及接地电路的金属线条，以及各种形式的垂直互连基板，同时也起着支撑所有芯片的作用。所有基板都是低介电常数的电介质，它们可以是有机的聚合物或无机的陶瓷。
在MCM- L基板材料主要有环氧玻璃薄膜层，聚酰亚胺和氰酸盐脂。基板制作采用一般的PCB工艺，不同之处就在于MCM-L需要刻蚀宽度为7511m以下的导体线条，采用激光钻孔或剥离技术钻出直径为150μm的通孔，薄层的厚度控制在1500μm以内。
在MCM-C中，采用南温共烧结陶瓷工艺，生片带是由氧化铅粉浆，少量玻璃及各种有机成分组成，导体采用耐容金属MOMnMo W等，用网印工艺在生片上印制导体图形，随后进行加温、加压、叠片、对准、层压形成生片组件，放入1600℃左右的温度下烧结。也可用低温共烧结陶瓷工艺，介质带的烧结温度降至8500C左右，这样就订使用低熔点Pd、Ag、Cu等金属材料，目前普遍采用陶瓷玻璃和结晶陶瓷介质材料。
在MCM-D中，采用IC工艺制作高密度薄膜互连，基板材料主要有氧化铝，氧化玻，玻璃，石英、蓝宝石等，制作工艺与IC工艺兼容性好，如用溅射，蒸发、湿法或干法刻蚀米来获得精细的互连，其通孔为10-20μm。
尽管，多年以来，一直广泛使用的一些微电路的基板起到了机械支撑和电绝缘的作用，但现在在多芯片模块、高密度互连基板和三维封装中，对基板的电学和热学性能的要求变得越来越高了。在高密度封装中，紧密排列的超大规模集成电路(VLSIC)芯片使单。位面积产生的热量更多，如果不将热量从IC上散去，系统的可靠性就会下降。有些IC的功率耗散超过30W／cm2，因此，去除热量，保持适合的工作温度是保证芯片和电路长期可靠的关键。此外，现在在高速电路中，基板在控制和匹配IC阻抗方面起着积极的作用。
2．通孔技术
多层布线基板制造技术的核心是高密度互连技术，而密度互连的关键是通孔的制造，各个导体层之间的信号传输线通孔和散热孔的形成是MCM技术的基本特征之一。布线结构不同，互连通孔的形成便不尽相同，如叠加式、阶梯式、螺旋式、交错式、埋入式、偏移式、一端封闭式等。
通孔制造技术的关键因素是：
★通孔的纵横比。
★通孔壁的剖面形状。
★ 制造上具的柔性。
目前，常用的通孔制造技术主要有以下几种：
★湿法腐蚀(RIE)
★反应离子腐蚀(RIE)。
★激光打孔
3．芯片与基板粘接
在多芯片模块中，粘接芯片和基板的材料及组装工艺与混合电路中使用的大致上差不多。和混合电路一样，在90％以上的多芯片模块中使用低成本、易于返修的环氧树脂。焊料或共晶粘接法主要用于大功率电路或者必须达到宇航级要求的电路。表2比较了环氧树脂和合金材料粘接的优缺点：
⒋微焊接互连技术
将若干个IC裸芯片装在—个单体中叫做多芯片封装(MCP)，这是第五代封装技术的核心，IC裸芯片的焊接(键合)包括芯片与芯片、芯片与基板上的焊盘或引脚的焊接(也叫互连)，是MCM技术的第二突出的特点，军用MCM中IC裸芯片的数量愈来愈多，其焊接技术对布线长度、封装效率、产品性能及可靠性均有很大的影响。
5．封装
封装有两种基本的方法，用有机或无机材料进行气密封装或不密封的封装。封装的类型和等级应该由模块的可靠性要求以及对该模块寿命的期望值决定。
a．气密封装
在气密封装中，首先将电路装入金届或陶瓷的空腔内，然后用缝焊、激光焊或低温焊接的方法将一个金属的盖子焊接在空腔上。也可以将陶瓷的盖子用低熔点的玻璃密封在陶瓷的空腔上。可使用质谱分析仪检测微量的氦漏泄率，以确定封装的气密件能。
金属封装从IC和混合电路到多芯片模块，金属和陶瓷封装都被广泛应用至今。用含有玻璃金属成分密封的馈迥，如何伐封装被广泛地用于密封I／0数量较少的混合屯路。如果电路中的IC芯片密度较高，血积较大，则I／0数量就道多(有的超过500个)，节距也更精细(4至6il)。在这种情况下，伦统的柯伐金属封装就不能保证模块在这样的I／0密度卜具有良好的可靠性。只有含有引脚的共烧陶瓷才可以满足MCB对气密性、结构完整性和I／0密度的要求。
b．非气密性的封装：板上芯片封装(COB)
a．利川心磁耦合进行互连的微波多芯片模块正下利用毫米波频率的波长及CaAs芯片和Al2O3衬底的微小尺寸，用l／4λ传输线(几个毫米)的电磁场耦合来取代焊接。这就为微波封装和互连提出一种新概念。 b．用异质微波集成电路工艺制作低损耗微波心路异质片微波集成电路是一项低成本可批量生产的表面安装微波电路技术。更确切地说，它是以Si和玻璃两种材料组合为一体做基板来制作射频、微波等电路的一种方法。出于Si具有很高的热导率，它能有效地散发掉器件和IC产生的热，所以异质片微波集成电路能达到很高的功率。玻璃具有很好的绝缘性能，其损耗小、介电常数低，可批量制造螺旋心感、叉指电容及各种电阻。 c．朝着非数字电路扩展的埋置芯片型多芯片模块 美国GE和Texas Instrumcnt的埋芯片型多芯片模块是为空间应用的高性能数宁电路而研制的高密度互连工艺。它是把未封装的芯片镶嵌在基板的腔体中，其上再进行多层聚酰亚胺／铜薄膜布线。它省略了常规的引线键合、TAB焊料凸点，也无需芯片粘结，而且聚酰亚胺/互连结构具有很好的电性能，所以埋置型多芯片模块可达到极高的速度，而且还具有很大的电流承载能力，并具有高可靠和高热耗散能力。埋置芯片多芯片模块固有的高能特性在非数字电子学领域得到广泛的应用，如模拟／数字混合电路、功率变换和调节电路、微波T/R模块和光电模块。该工艺能把高频器件与其它元件屏蔽开，并完全避免了I／0焊点有关的不连续性，所以它能令人满意地用于混合电路，如128x128，400MHz GaAs交叉开关；500W效率为85％的DC／DC变换器：14bit音频／数字调制解调电路和54路12bit仪器用A／D变换器模块。 d．卫星微波通信系统的玻璃瓷多芯片模块 微波到毫米波频率范围的电路上要用于国防和公用通信，其价格昂贵，体格庞大。最近研制了一种用于微波频率的新型高密度多层玻璃瓷基板，它能大大减小卫星通信系统用T／R模块的尺寸，并能同时女装VCD、混频器、滤波器和功率放大器。采用这种技术制作的新型微波模块，其体积只有目前模块尺寸的5-10％。山于微波电路届于模拟电路，其波长较短很容易受到电路尺寸粉度，又电路中用了电子迁移率的GaAs芯片，所以欲实现微波电路的大规模集成尚有许多出难，即使采用MMIC也很难实现Li51。到目前为止还没有有效的方法把数宁LSI引入到微波频率范围。采用玻璃瓷做衬底的新型封装结构能有效地解决微波到毫米波频率存在的问题。此外，该基板的本身具有很高的屏蔽特性，这就能在短期内设计和生产出任何一种微波频率的电路。 多芯片模块的问世为电路设计者实现更高密度、更高频率提供了良好方法。最初的多芯片模块主要用于航天及计算机领域(约占70％)，现在正朝着标准化、商品化方面发展。
维库电子通，电子知识，一查百通！
已收录词条48243个
