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MCM
(多芯片模塊)
鎖定
- 中文名
- 多芯片模塊
- 外文名
- MultiChip Module
- 定 義
- 多芯片組件
- 技 術
- 實現電子整機小型化、多功能化
MCM定義
多芯片模塊。多芯片組件。在這種技術中,IC模片不是安裝在單獨的塑料或陶瓷封裝(外殼)裏,而是把高速子系統(如處理器和它的高速緩存)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接。MCM是密封的,並且有自己的用於連接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。將多塊半導體裸芯片組裝在一塊佈線基板上的一種封裝技術。CM是在混合集成電路技術基礎上發展起來的一項微電子技術,其與混合集成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,可以説MCM屬於高級混合集成電路產品。
MCM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。佈線密度不怎麼高,成本較低。
佈線密度在三種組件中是最高的,但成本也高。
MCM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等大規模集成電路芯片,I/O引腳數多達100個以上,但在實際應用中,很多MCM產品並不一定包括VLSI/ASIC等大規模集成電路芯片,I/O引腳數也並不是很高。早期,MCM的應用焦點主要聚集在以大型計算機為代表的應用領域,強調的是其大規模集成的特點。隨着MCM技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展,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的熱門產品藍牙模塊為例,藍牙模塊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,製作藍牙模塊的技術途徑有兩種:單芯片集成和MCM集成。由於技術難度大、研發週期長和成本高,前者一直沒有成功,後者則成為最理想的解決方案,2003年市場投放量近2000萬隻。藍牙MCM集成了1個RF芯片、1個基帶芯片和一些無源元件,引出端採取BGA形式,集成的芯片規模也不大,I/O引腳數也只有34個。
MCM技術特點
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
體積小,重量輕
採用多層佈線基板和裸芯片,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
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應用領域,尤其在軍事、航空航天應用領域,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,在我國芯片主要來源於國外,軍用高頻和大功率等芯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應用市場和發展前景。
據美國信息網絡公司預測,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。
MCM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着持續穩定的提升,然而與微電子產品的整體規模相比較,MCM產品所佔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的應用狀況非常薄弱,產品所佔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。然而隨着MCM應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的應用規模,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:
●MCM所組裝的LSI、VLSI和ASIC通常為裸芯片,確好裸芯片(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着MCM的推廣應用。在我國裸芯片主要來源於國外,KGD以及高頻和大功率芯片的來源更是一項非常急待解決的問題,直接限制着設計人員方案的選擇。
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應用,使得其註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。
MCM研究
國外研究與應用情況
國際上從七十年代末開始研究和開發MCM技術,到2000年則進入全面應用階段。在小型化、高性能和價格非主要考慮因素的應用領域,MCM技術已經獲得了十分成功的應用。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/航天佔1.8%,計算機佔16.8%,通訊佔49.3%,消費類佔28.3%,工業佔3.8%。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,正走向全面應用的階段。隨着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。國外三維MCM技術主要應用於航天、航空、軍事和大型計算機等領域,主要產品有存儲器、數字信號處理器、圖像處理與識別系統、人工神經網絡、大型並行計算機處理器以及二級緩存等。
國內科研成果