多芯片组件技术

4 三维多芯片组件

通常所说的多芯片组件都是指二维的(2D-MCM)，它的所有元器件都布置在一个平面上，不过它的基板内互连线的布置已是三维。随着微电子技术的进一步发展，芯片的集成度大幅度提高，对封装的要求也越严格，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％，接近二维组装所能达到的最大理论极限，已成为混合集成电路持续发展的障碍。为了改变这种状况，三维多芯片组件(3D-MCM)应运而生，其最高组装密度可达200％。3D-MCM是指元器件除了在x-y平面上展开以外，还在垂直方向(z方向)上排列，与2D-MCM相比，3D-MCM具有以下的优越性：

(1)相对于2D-MCM而言，3D-MCM可使系统的体积缩小到1／10，重量减轻到1／6。

(2)芯片之间的互连长度比2D-MCM短得多，因此可进一步减小信号传输延迟时间和信号噪声，降低功耗，信号传输(处理)速度增加。

(3)组装效率已高达200％，进一步增大了组装效率和互连效率，因此可集成更多的功能，实现多功能的部件以至系统(整机)。

(4)互连带宽，特别是存储器带宽往往是影响计算机和通信系统性能的重要因素。降低延迟时间和增大总线宽度是增大信号宽度的重要方法，3D-MCM正好具有实现此特性的突出优点。

(5)由于3D-MCM内部单位面积的互连点数大大增加，具有更高的集成度，使其整机(或系统)的外部连接点数和插板大大减少，因此可靠性得到进一步提高。

3D-MCM虽然具有以上所述的优点，但仍然有一些困难需要克服。封装密度的增加，必然导致单位基板面积上的发热量增大，因此散热是关键问题。一般如金刚石或化学汽相淀积(CVO)金刚石薄膜、水冷或强制空冷、导热粘胶或散热通孔。另外，作为一项新技术，3D-MCM还需进一步完善，更新设备，开发新的软件。

5 应用及发展趋势

MCM在组装密度(封装效率)、信号传输速度、电性能以及可靠性等方面独具优势，是目前能最大限度地提高集成度、提高高速单片IC性能，制作高速电子系统，实现整机小型化、多功能化、高可靠、高性能的最有效途径。MCM早在80年代初期就曾以多种形式存在，但由于成本昂贵，大都只用于军事、航天及大型计算机上。随着技术的进步及成本的降低，近年来，MCM在计算机、通信、雷达、数据处理、汽车行业、工业设备、仪器与医疗等电子系统产品上得到越来越广泛的应用，已成为最有发展前途的高级微组装技术。例如利用MCM制成的微波和毫米波SOP，为集成不同材料系统的部件提供了一项新技术，使得将数字专用集成电路、射频集成电路和微机电器件封装在一起成为可能[6]。3D-MCM是为适应军事宇航、卫星、计算机、通信的迫切需求而迅速发展的高新技术，具有降低功耗、减轻重量、缩小体积、减弱噪声、降低成本等优点。电子系统(整机)向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本发展已成为目前的主要趋势，从而对系统集成的要求也越来越迫切。实现系统集成的技术途径主要有两个：一是半导体单片集成技术；二是MCM技术。前者是通过晶片规模的集成技术(WSI)，将高性能数字集成电路(含存储器、微处理器、图像和信号处理器等)和模拟集成电路(含各种放大器、变换器等)集成为单片集成系统；后者是通过三维多芯片组件技术实现WSI的功能。

三维多芯片组件技术是现代微组装技术发展的重要方向，是新世纪微电子技术领域的一项关键技术。近年来在国外得到迅速发展。因此，我国也应该尽快高度重视该项新技术的研究和开发。