低成本的MCM和MCM封装技术

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:624

石明达吴晓纯

(南通富士通微电子股份有限公司江苏南通市)

摘要：本文介绍了多芯片模块的相关技术。消费类电子产品低成本的要求推动了mcm技术的应用。对于必须高密度集成以满足高性能、小型化且低成本的要求的产品,mcm可选用多种封装技术。

关键词：多芯片模块基板封装印制电路板

1 mgm概述

mcm是一种由两个或两个以上裸芯片或者芯片尺寸封装(csp)的ic组装在一个基板上的模块，模块组成一个电子系统或子系统。基板可以是pcb、厚／薄膜陶瓷或带有互连图形的硅片。整个mcm可以封装在基板上，基板也可以封装在封装体内。mcm封装可以是一个包含了电子功能便于安装在电路板上的标准化的封装，也可以就是一个具备电子功能的模块。它们都可直接安装到电子系统中去(pc、仪器、机械设备等等)。

2 mgm技术

关于mcm技术的介绍在国内见到的文章很多。简单地讲,mcm可分为三种基本类型：mcm-l是采用片状多层基板的mcm。基板的结构如图1所示。

mcm-l技术本来是高端有高密度封装要求的pcb技术，适用于采用键合和pc工艺的mcm。mcm-l不适用有长期可靠性要求和使用环境温差大的场合。

mcm-c是采用多层陶瓷基板的mcm。陶瓷基板的结构如2图所示。从模拟电路、数字电路、混合电路到微波器件，mcm-c适用于所有的应用。多层陶瓷基板中低温共烧陶瓷基板使用最多，其布线的线宽和布线节距从254微米直到75微米。

mcm-d是采用薄膜技术的mcm。mcm-d的基板由淀积的多层介质、金属层和基材组成。mcm-d的基材可以是硅、铝、氧化铝陶瓷或氮化铝。典型的线宽25微米，线中心距50微米，层间通道在10到50微米之间，低介电常数材料二氧化硅、聚酰亚胺或bcb常用作介质来分隔金属层。介质层要求薄，金属互连要求细小但仍要求适当的互连阻抗。图3是用硅做基材的mcm-d基板的剖面结构。如果选用硅做基板，在基板上可添加薄膜电阻和电容，甚至可以将存储器和模块的保护电路(esd、emc)等做到基板上去。

3 mcm的市场推动力

使用mcm来代替在pcb上使用的表面贴装集成电路的主要原因有如下述。

3．1 缩小尺寸

在使用表面贴装集成电路的pcb上，芯片面积约占pcb面积的15％，而在使用mcm的pcb上芯片面积达30-60％甚至更高。

3．2 技术集成

在mcm中，数字和模拟功能可以混合在一起而没有局限性，一个专用集成电路可以和标准处理器／存储器封装在一起，si、gaas芯片也可以封装在一起。在一些mcm中被动元件被封装在一起以消除相互间的干扰，mcm的i／o也可有更灵活的选择。

3．3 数据速度和信号质量

高速元器件可更紧密地相互靠近安装,ic信号传输特性更好。与标准pcb相比，系统总电容和电感负载低且更易于控制，mcm的抗电磁干扰能力也比pcb好。

3．4 可靠性／使用环境

与大的电子系统相比，小的系统能更好地防止电磁、水、气体等的危害。

3．5 成本

在cob已被广泛使用在大批量生产的电子产品中时,mcm在pc、摄像机等产品中使用还处于徘徊期，在普通产品的pcb上使用mcm的总成本要高于使用单芯片ic。在mcm开始使用的二十多年中，mcm的优点虽已得到公认，但因其高昂的费用使得它仅在高端产品领域少有应用。mcm之所以没取得广泛的成功，主要是因为kgd(known good die)、基板费用高和封装费用高、合格率低。在国际上mcm因此被戏称为mcms(must cost millions)——必须花
费几百万。近几年来，由于市场巨大的推动力和新技术的开发，尤其是封装技术的发展，包括低成本fcbga mcm在内的多种mcm封装技术已被一些国外公司掌握，mcm集成电路尤其是低成本的消费类mcm集成电路已大批量进入市场。现在，能否使用标准化的外形来封装mcm成了能否降低成本的关键之一。

采用mcm可使系统的速度不变而合格率提高，可减少使用高腿数的封装、减少线路板的尺寸和层数，减少制造工序。mcm现在的成本优势将来还将