多芯片組件

多芯片組件（MCM）是指多個集成電路芯片電連接於共用電路基板上，並利用它實現芯片間互連的組件。它是一種典型的高級混合集成組件。這些元件通常通過引線鍵合、載帶鍵合或倒裝芯片的方式未密封地組裝在多層互連的基板上，然後經過塑料模塑，再用與安裝QFP或BGA封裝元件同樣的方法將它安裝在印製電路板上。

比起將元件直接安裝在PCB上，MCM具有一定的優勢。

（1）性能高，例如芯片間傳輸路徑縮短（減少了信號延遲）、低電源自感、低電容、低串擾以及低驅動電壓。

（2）小型化，由於MCM的小型化和多功能的優點，系統電路板的I/O數得以減少。

（3）廣泛應用於專用集成電路，尤其是生產週期短的產品。

（4）主要使用廉價的硅芯片，允許混合的半導體技術，例如si、Ge或GaAs。

（5）混合型結構，包括以芯片級或球柵陣列封裝的形式進行表面安裝的設備以及離散片式的電容器和電阻。

（6）由於封裝體內芯片有限，可保證所封裝產品有較高的成品率。

（7）通過縮短元件和芯片間的互連尺寸，提高了產品可靠性。

（8）對各種兩級互連有良好的適應性。引線框架方案可以提高連接點的性能，並使升級模塊化。

（9）增加了許多新功能。

雖然使用MCM有很多優勢，但它仍然存在不足之處。阻礙其普遍應用的主要問題是元件如何保持各自的成品率。雖然它的行情看漲，但要提高大部分元件的成品率仍是任重而道遠。另一個關鍵是成本，最新的MCM—L（疊層基片多芯片組件）技術有較低的製造成本。

下面是與MCM製造有關的三項技術：

（1）基板技術。

（2）芯片安裝及焊接技術，例如引線鍵合、載帶自動焊和倒裝芯片法。

（3）封裝技術。 ^[1] 

MCM原則上要具備下列條件：基板具有多層導體層；封裝效率>20%；封裝外殼的I/O引線>100；有多個專用集成電路（ASIC，application specific integrated circuit）或者超大規模集成電路（VLSI，Very Large Scale Integration）等。

MCM可以分為四大類。

1）MCM—Z（Z意為零——Zero）：組件不使用基板，而是芯片到芯片、芯片到封裝的直接互連。

2）MCM—L（L意為層壓板——Laminate）：組件基板採用細導線印製電路板技術，在塑料層壓介電板上塗覆銅導線。

3）MCM-C（C意為陶瓷——CerarIlic）：組件的基板為共燒陶瓷，並用厚膜（絲網印製）技術製作導體圖樣（“共燒”意思是導線和陶瓷同時在一個爐子中加熱製作）。

4）MCM—D（D意為沉積——Deposited）：是指通過在介電材料（有機或者無機）上進行薄膜沉積金屬來完成互連。陶瓷、玻璃、硅或金屬等都可用於基板。有時把硅基板的MCM—D稱為MCM—Si。

後三類MCM還派生出MCM—D/L、MCM—D/C、MCM-D/Si、MCM—Si等封裝結構。 ^[2] 

MCM的特點是：封裝延遲時間縮小，易於實現組件高速化；縮小整機/組件封裝尺寸和重量，一般體積可減小1/4，重量減輕1/3；可靠性大大提高。

（1）高速度（高頻）：20世紀80年代末微處理器（MPU）的工作頻率為10～20MHz；90年代為100～200MHz，超大型計算機的工作頻率達到幾個GHz。

影響MPU存儲器高速化的主要障礙是信號傳輸延遲問題，MCM產品採用多個裸芯片高密度地安裝在一起，縮短了傳輸路徑長度，使得信號延遲大大減小，從而提高了工作頻率。

（2）高密度：MCM電路圖形可實現導體線寬/間距為100～20μm；埋孔直徑為150～50μm；通孔直徑為300～200μm；焊盤直徑為250～150μm；層間厚度為100～30μm的水平。SMT的安裝效率（LSI總面積/組件基板面積）為5%～15%，COB約為30%，MCM—L在30%～40%，MCM—C在30%～50%，MCM—D可達到70%以上。

（3）高散熱：隨着高密度、高速度的發展，產生MCM的散熱問題。出現了一些新的散熱技術，使得散熱效率大大提高。

（4）低成本：MCM技術比一般的SMT等技術成本降低2～4倍，而MCM—L在低成本開發方面最有前景。 ^[2]