论文多芯片组件技术研究

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1、设计报告（论文）报告（论文）题目：多芯片组件技术研究 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作者所在班级： 10252 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2012 年 11 月 2 日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院论文I摘 要多芯片组件（MCM）是 90 年代以来发展较快的一种先进混合集成电路，它把几块 IC芯片或 CSP 组装在一块电路板上，构成功能电路板，就是多芯片组件，它是电路组件功能实现系统级的基础。MCM 技术集先进印刷电路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直

2、集成技术，对半导体器件来说，它是典型的柔性封装技术，是一种电路的集成。MCM 的出现使电子系统实现小型化、模块化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技术保障，其中可以值得一提的是三维多芯片组件技术，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。本文概述了微电子封装技术的发展历史和多芯片组件 MCM 技术的发展过程，介绍了MCM 技术的特点、基本类型及其特性、三维多芯片组件和 MCM 的应用，并分析预测了未来微电子封装的发展趋势。 关键词 信息科学 组装技术 芯片 微电子封装，多芯片组件技术 北华航天工业学院论文2目 录第 1 章 绪论 .31.1 多芯片组

3、件技术的产生 .31.2 多芯片组件技术的应用领域.3第 2 章 多芯片组件技术 .42.1. 多芯片组件的概念.42.2 多芯片组件的种类.42.3. 多芯片组件的基本特点.52.4. 多芯片组件技术的发展现状 .5第 3 章 MCM 可靠性综合评价与保障 .63.1. 可靠性设计.63.2. 生产过程的质量控制.63.3. 可靠性评价 .6第 4 章 三维多芯片组件及其应用 .74.1. 3D-MCM 的发展驱动力 .74.1.1. 电子系统（整机）对系统集成的迫切需求 .74.1.2 二维组装密度（组装效率）的限制 .74.2. 3D-MCM 的优点 .74.3. 3D-MCM 应用实例

4、 .8结束语 .9参考文献 .9北华航天工业学院论文3第 1 章 绪论1.1. 多芯片组件的产生90 年代，在高密度、单芯片封装的基础上，将高集成度、高性能、高可靠的通用集成电路芯片和专用集成电路芯片 ASIC 在高密度多层互连基板上用表面安装技术组装成为多种多样的电子组件、子系统或系统，由此而产生了多芯片组件 MCM。在通常的芯片印刷电路板 PCB 和 SMT 中，芯片工艺要求过高，影响其成品率和成本；印刷电路板尺寸偏大，不符合当今功能强、尺寸小的要求，并且其互连和封装的效应明显，影响了系统的特性；多芯片组件将多块未封装的裸芯片通过多层介质、高密度布线进行互连和封装，尺寸远比印刷电路板紧凑，

5、工艺难度又比芯片小，成本适中。因此，MCM 是现今较有发展前途的系统实现方式，是微电子学领域的一项重大变革技术，对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域将产生重大影响。 1.2. 多芯片组件技术的应用领域多芯片组件的市场，可分为功能导向的应用，如大型计算机；及尺寸导向的应用，如笔记型计算机。其应用的行业有：（1) 计算机工业：在大型计算机系统、工作站、服务器、个人计算机、笔记型计算机、磁盘驱动器皆为多芯片组件应用的范围，就其使用量而言，个人计算机将成为主流。（2 ) 通讯工业：多芯片组件可用于交换与传输系统、手提式通讯装置、个人通讯网络上。由于可制成重量轻、体积小的手机以便于个人携带，个人通讯网

6、络及系统将运用较先进的构装技术。（3) 消费性电子工业：消费性电子产品因成本的压力，在桌上型产品方面，因尺寸及重量限制较少，故使用多芯片组件的进度较慢。便携式产品因尺寸及构装密度之需求，对M C M 需求旺盛。（4) 军事与航天工业：在早期，军事及航天工业即为多芯片组件的主要市场之一。就使用环境的考虑，军用和航空电子对温度的要求远高于汽车及办公室的电子组件；且导弹及航空器的耐振动条件更为严苛。由于多芯片组件的构装型式减少了连接点数目、构装的大小和质量，可以有效的改善组件在振动条件下的可靠度。军事、航天领域的需求是高端MCM 发展原动力。北华航天工业学院论文4第 2 章 多芯片组件技术2.1.

7、多芯片组件的概念多芯片组件的英文缩写为，这是一种新的电子组装技术。组装方式是直接将裸露的集成电路芯片 安装在多层高密度互连衬底上，层与层的金属导线是用导通孔连接的。这种组装方式允许芯片与芯片靠得很近，可以降低互连和布线中所产生的信号延迟、串扰噪声、电感电容耦合等问题。可分为三种类型：一种是建立在印制电路叠层结构技术上实现互连的，其中包括双面叠层高密度板，主要用于兆赫以下的低级产品；另一种是利用厚膜在陶瓷或多层陶瓷基片上制作混合电路的一种技术，主要用于兆赫兆赫的高可靠性产品；最后一种是应用薄膜技术将金属材料蒸发或溅射到薄膜基板上，光刻出信号线并依次作成多层基板，主要应用于兆赫以上的高性能产品。

8、2.2 多芯片组件的种类根据 IPAS 的定义，MCM 技术是将多个 LSI/VLSI/ASIC 裸芯片和其它元器件组装在同一块多层互连基板上，然后进行封装，从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。根据所用多层布线基板的类型不同，MCM 可分为叠层多芯片组件(MCM L)、陶瓷多芯片组件(MCM -C)、淀积多芯片组件(MCM -D)以及混合多芯片组件(MCM C/D)等。MCM-L 是采用多层印制电路板做成的 MCM，制造工艺较成熟，生产成本较低，但因芯片的安装方式和基板的结构所限，高密度布线困难，因此电性能较差，主要用于30MHz 以下的产品。MCM-C 是采用高密度多层布线陶瓷基板制成的

9、MCM，结构和制造工艺都与先进 IC 极为相似，其优点是布线层数多，布线密度、封装效率和性能均较高，主要用于工作频率(30-50)MHz 的高可靠产品。它的制造过程可分为高温共烧陶瓷法(HTCC)和低温共烧陶瓷法(LTCC)，由于低温下可采用 Ag、Au、Cu 等金属和一些特殊的非传导性材料，近年来，低温共烧陶瓷法占主导地位。MCM-D 是采用薄膜多层布线基板制成的 MCM，其基体材料又分为 MCM-DC(陶瓷基体薄膜多层布线基板的 MCM)、MCM-DM(金属基体薄膜多层布线基板的 MCM)、MCM-DSi(硅基薄膜多层布线基板的 MCM)等三种，MCM-D 的组装密度很高，主要用于500M

10、HMCM-D 是采用薄膜多层布线基板制成的 MCM，其基体材料又分为 MCM-DC(陶瓷基体薄膜多层布线基板的 MCM)、MCM-DM(金属基体薄膜多层布线基板的 MCM)、MCM-DSi(硅基薄膜多层布线基板的 MCM)等三种，MCM-D 的组装密度很高，主要用于500MHz 以上的产品。北华航天工业学院论文52.3. 多芯片组件的基本特点多芯片组件是在高密度多层互连基板上，采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件(IC 裸芯片及片式元器件)组装起来，形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品(包括组件、部件、子系统、系统)。它是为适应现代电子系统短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠

11、、低成本的发展方向而在 PCB 和 SMT 的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术，是实现系统集成的有力手段。多芯片组件已有十几年的历史，MCM 组装的是超大规模集成电路和专用集成电路的裸片，而不是中小规模的集成电路，技术上 MCM 追求高速度、高性能、高可靠和多功能，而不像一般混合 IC 技术以缩小体积重量为主。典型的 MCM 应至少具有以下特点：(1)MCM 是将多块未封装的 IC 芯片高密度安装在同一基板上构成的部件，省去了 IC的封装材料和工艺，节约了原材料，减少了制造工艺，缩小了整机组件封装尺寸和重量。(2)MCM 是高密度组装产品，芯片面积占基板面积至少20以上，互连线长度极

12、大缩短，封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化。(3)MCM 的多层布线基板导体层数应不少于4层，能把模拟电路、数字电路、功率器件、光电器件、微波器件及各类片式化元器件合理而有效地组装在封装体内，形成单一半导体集成电路不可能完成的多功能部件、子系统或系统。使线路之间的串扰噪声减少，阻抗易控，电路性能提高。(4)MCM 避免了单块 IC 封装的热阻、引线及焊接等一系列问题，使产品的可靠性获得极大提高。2.4. 多芯片组件技术的发展现状国际技术研究公司对有代表性的美国、日本等 37 家主要从事 MCM 研究制造的公司进行了调查研究，结果表明：以总的水平来看，日本的 MCM 研究制造技术大约超前美国和欧洲，目前日本和美国的一些著名公司已具备广泛的 MCM 设计实力和小批量生产能力，其它大多数公司还处在样品研制阶段。较多的或大多数用户选择使用薄膜技术。优良的性能是推动 MCM 发展的主要因素，限制 MCM 的主要因素是它的成本和价格。在调查的公司中，有 43 家使用硅基板，基板使用的导体材料有金、铜和铝，有 84 家公司使用了铜导体。日本比较偏爱使用光敏聚酰亚胺，因为它可以减少工艺环节，降低生产成本。目前 MCM 的应用领域主要包括计算机、通讯