低成本的MCM和MCM封装技术讲解.pdf

低成本的MCM和MCM封装技术 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 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 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 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 来还将进一步降低。 随着芯片集成密度的提高，芯片的工艺费用急剧上升，芯片制造中获益 更加困难。有时为芯片制造获利不可能频繁更改掩膜版，为高密度的需 要转而可以优选一流的芯片组成MCM 。同样，某一种芯片可用在