混合微电路技术：第十一章 多芯片模块

1、第11章 多芯片模块：混合微电路的新品种1、MCM介绍20世纪80年代初开发成功的新技术,被认为是电路系统向小型化过渡的最好形式，标志封装技术进入了全新时代含有多块芯片的封装，只有当有源半导体器件芯片占到基板或封装区域面积的50%或以上时，才能被称做MCM基板和载体是MCPMCM由三种类型半导体或陶瓷为基底的多层薄膜结构，MCM-D厚膜或多层共烧技术MCM-C多层有机层压板结构，MCM-L多芯片组件的功能高效的MCM必须满足以下标准：MCM中芯片的间距必须尽量小，以减小信号传输延迟。MCM必须能实现热管理，将半导体芯片的节温控制在85100以下MCM必须为下一级系统组装提供可靠的I/O互连方式

2、MCM必须提供环境保护功能多芯片组件的优点圆片规模集成（WSI）电路的实现还需时日目前系统级封装的三种方案采用片上系统（SOC）的WSI采用多芯片单基板/封装的MCM采用单芯片封装组装的PWBMCM与WSI比较MCM与单芯片比较封装效率（芯片面积与封装面积比）更高芯片间距减小，极板连线长度减小，提高电性能芯片与电路板间的互连减少，提高可靠性高产量MCM有利于降低成本2、分类美国电子电路互连和封装协会(IPC)根据衬底材料和制造技术，可分为三类：MCM-L高密度叠层PCB or 叠层MCM与印刷线路板类似，通过塑料层压制作的多层基片，但使用的是更细的互连几何图形MCM-C共烧低介陶瓷基板 or

3、共烧陶瓷MCM通过陶瓷与金属共烧加工的多层基片。两个主要品种：高温共烧陶瓷和低温共烧陶瓷MCM-D硅基薄膜 or 沉积MCM通过薄膜沉积金属和多层介质加工的多层基片3、MCM-L基于塑料工艺，在聚合物(环氧、聚酰亚胺，BT或其他聚合物)层压板上附以铜箔或电镀铜，进行光刻刻蚀形成线路。可在层压板中钻通孔并电镀，形成多层结构。印刷和刻蚀方法形成Cu导线，加工盲孔、埋孔和通孔镀铜，内层导线由软件设计三种类型：刚性、柔性和刚柔性基板介质层Cu导线FR-4衬底埋入电阻MCM-L基板工艺，五个基本步骤选择合适的板芯层和半固化层在板芯层上光刻铜导线图形加工国控（盲孔、埋孔和全通孔）用预浸介质将各板芯层粘合在

4、一起，形成层合线路板对盲孔、埋孔和全通孔进行镀膜4、MCM-D常用旋涂法沉积聚酰亚胺做介质层，用同坐内部互连金属，金作表面金属1、氨基硅烷溶液旋涂，烘烤2、聚酰胺酸前驱体，软烤，再加热固化3、在聚酰亚胺层加工过孔4、沉积金属层，进行刻蚀形成导电图形5、继续沉积下一介质跨接区关注于降低过高的成本MCM-D的变种通常”芯片在后”制造互连基片，贴装并互联芯片“芯片在前”先贴上芯片，在芯片顶层形成互连结构层批量生产互连，热路径和电路径分开5、MCM-C提高密度的基本措施是减小特征尺寸用LTCC或HTCC工艺产生的基板原料是含一定量玻璃的氧化铝对于MCM应用LTCC关注更广，因为它烧结温度低，在空气下烧

5、成，与金、铜和银金属化材料的烧结工艺兼容HTCC烧结温度高，必使用导电性差的难熔金属，还原气氛烧结共烧技术，可以把电阻、电容和电感集成在基片中，将基片和封装制造成一个整体，提供最薄的封装LTCC使用的设备和工艺与多数用户的现有的厚膜丝印和烧成设备和工艺相似LTCC缺点导热性能差，配方中加入大量玻璃降低烧结温度。热导率为厚膜氧化铝基片的2025%，仅为薄膜基片的10%12%。因此通常需要上形成金属填充的通孔用来散热。铜和铜合金制作的散热器放置到封装下以散热烧成时有高的收缩率。可通过准确测量，设计时考虑到收缩来加以控制MCM的分类和比较6、组装方法类似于混合电路的工艺，但MCM线焊数量成十倍地增加

6、。芯片组装更紧凑，芯片上输入/输出脚间距可以小于4mil组装方法为：粘接：对于芯片往基片上的粘接，由于返修的破坏，热塑性粘接剂较为适合倒装芯片和自动载带焊接工艺下填充需要带走更多热量，绝缘性能更好模块密封：全密封：用陶瓷和金属组合的结构半密封：塑封滴封将液态环氧包封料分配在电路板上的部分或全部芯片上的工艺7、应用大型计算机IBM开发的用于ES9000计算机的热导模块TCMTCM使用了将MCM-C和MCM-D组合的MCM.信号机数据位处理器用与HughesF-22和F-18雷达中的信号处理器电信AT&T为它的电信系统生产的交换电路MCM成本过高，尤其MCM-D需要先进的工艺技术和昂贵的半导体设备和厂房设施随着低成本MCM-L的进步，MCM-D推广了使用可使用制作印制电路板的基础设备消费类应用不要求气密封装，只简单的实用环氧或硅酮包封，即所谓滴封结构8、测试和可测试性大芯片和高密度使测试和故障隔离更为困难，需要在设计时定制出测试策略分级测试方法要求在制造和组装的每个阶段顺序地测试IC圆片、单个IC、互连基片、组装好的基片、封装好的模块、子系统和系统已知好芯片已知好基片组装和互连结构试验和故障诊断功能测