多芯片組件最全課件

第八章多芯片組件第八章多芯片組件18.1MCM(MultiChipModel)多芯片模塊概述

MCM的定義

特點(diǎn)及分類

應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

CSP的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展8.2MCM的熱設(shè)計(jì)技術(shù)

設(shè)計(jì)概述

MCM的設(shè)計(jì)分析

熱分析的應(yīng)用軟件8.3MCM的組裝技術(shù)、檢測(cè)與返修

基板與封裝外殼的連接技術(shù)

檢測(cè)

MCM的返修技術(shù)8.4

三維多芯片組件及其應(yīng)用

概述

3D-MCM的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)

3D-MCM應(yīng)用實(shí)例8.1MCM(MultiChipModel)多芯片模28.1MCM(MultiChipModel)多芯片組件概述

為解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問(wèn)題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMD技術(shù)組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)MCM(MultiChipModel)多芯片組件。

從組裝(或封裝)角度出發(fā)，MCM定義：兩個(gè)或更多的集成電路裸芯片電連接于共同電路基板上，并利用它實(shí)現(xiàn)芯片間互連的組件。的定義8.1MCM(MultiChipModel)多芯片組3多芯片組件（MCM）的組裝方式是直接將裸露的集成電路芯片安裝在多層高密度互連襯底上，層與層的金屬導(dǎo)線是用導(dǎo)通孔連接的。

這種組裝方式允許芯片與芯片靠得很近，可以降低互連和布線中所產(chǎn)生的信號(hào)延遲、串?dāng)_噪聲、電感／電容耦合等問(wèn)題；還可提升系統(tǒng)效能與穩(wěn)定度。

因此，它不僅需要良好的封裝技術(shù)，在設(shè)計(jì)規(guī)劃、驗(yàn)證與測(cè)試上，也必須要有配套的技術(shù)和方法，才能確保質(zhì)量及優(yōu)良率。多芯片組件（MCM）的組裝方式是直接將裸露的集成電4下圖為最新的MCM技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)膱A片薄型化工藝實(shí)現(xiàn)在單個(gè)封裝體內(nèi)合封了8個(gè)芯片的示意圖。單個(gè)封裝體內(nèi)合封了8個(gè)芯片的示意圖下圖為最新的MCM技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)膱A片薄型化5特點(diǎn)及分類1.MCM的特點(diǎn)如下：(1)MCM是將多塊未封裝的IC芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成的部件，省去了IC的封裝材料和工藝，節(jié)約了原材料，減少了制造工藝，縮小了整機(jī)／組件封裝尺寸和重量。(2)MCM的多層布線基板導(dǎo)體層數(shù)應(yīng)不少于4層，能把模擬電路、數(shù)字電路、功率器件、光電器件、微波器件及各類片式化元器件合理而有效地組裝在封裝體內(nèi)，形成單一半導(dǎo)體集成電路不可能完成的多功能部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，從而使線路之間的串?dāng)_噪聲減少，阻抗易控，電路性能提高。特點(diǎn)及分類1.MCM的特點(diǎn)如下：6

(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少20％以上，互連線長(zhǎng)度極大縮短，封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)組件高速化。(4)MCM避免了單塊IC封裝的熱阻、引線及焊接等一系列問(wèn)題，使產(chǎn)品的可靠性獲得極大提高。

(5)MCM集中了先進(jìn)的半導(dǎo)體IC的微細(xì)加工技術(shù)，厚、薄膜混合集成材料與工藝技術(shù)，厚膜、陶瓷與PCB的多層基板技術(shù)以及MCM電路的模擬、仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、散熱和可靠性設(shè)計(jì)、芯片的高密度互連與封裝等一系列新技術(shù)。(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少72.MCM的分類根據(jù)互連和封裝電子學(xué)會(huì)（IPC）標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在所用的MCM可分為五大類：1.MCM-L，有機(jī)疊層布線基板制成的MCM；2.MCM-C，厚膜或陶瓷多層布線基板制成的MCM；3.MCM-D，薄膜多層布線基板制成的MCM；4.MCM-D/C，厚、薄膜混合多層基板制成的MCM；5.MCM-Si，Si基板制成的MCM等類型。2.MCM的分類根據(jù)互連和封裝電子學(xué)會(huì)（IPC）標(biāo)準(zhǔn)8

MCM-L：采用層壓有機(jī)基材，制造采用普通印制板的加工方法，即采用印刷和蝕刻法制銅導(dǎo)線，鉆出盲孔、埋孔和通孔并鍍銅，內(nèi)層的互連由EDA軟件設(shè)計(jì)來(lái)定。由于采用普通印制電路板的加工方法，MCM-L具有低成本、工期短、投放市場(chǎng)時(shí)間短等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

MCM-C：采用陶瓷燒制基材，導(dǎo)體是由一層層燒制金屬制成的，層間通孔互連與導(dǎo)體一塊生成，電阻可在外層進(jìn)行燒制，最后用激光修整到精確值，所有導(dǎo)體和電阻都印刷到基板上，加工方法頗為復(fù)雜。

MCM-D：采用薄膜導(dǎo)體沉積硅基片，制造過(guò)程類似于集成電路；基片是由硅和寬度在1um-1mm之間的導(dǎo)體構(gòu)成，通孔則由各種金屬通過(guò)真空沉積而形成。

MCM-L：采用層壓有機(jī)基材，制造采用普通印制板的加工方9

目前，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體單片集成技術(shù)；二是MCM技術(shù)。前者是通過(guò)晶片規(guī)模的集成技術(shù)，將高性能數(shù)字集成電路(含存儲(chǔ)器、微處理器、圖像和信號(hào)處理器等)和模擬集成電路(含各種放大器、變換器等)集成為單片集成系統(tǒng)；后者是通過(guò)三維多芯片組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成的功能。MCM早在80年代初期就曾以多種形式存在，但由于成本昂貴，只用于軍事、航天及大型計(jì)算機(jī)上。

近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及成本的降低，MCM在計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理、汽車行業(yè)、工業(yè)設(shè)備、儀器與醫(yī)療等電子系統(tǒng)產(chǎn)品上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，已成為最有發(fā)展前途的高級(jí)微組裝技術(shù)。應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)目前，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體10例如，利用MCM制成的微波和毫米波系統(tǒng)級(jí)封裝SOP(System-on-a-package)，為不同材料系統(tǒng)的部件集成提供了一項(xiàng)新技術(shù)，使得將數(shù)字專用集成電路、射頻集成電路和微機(jī)電器件封裝在一起成為可能。因此，MCM在組裝密度(封裝效率)、信號(hào)傳輸速度、電性能以及可靠性等方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)；能最大限度地提高集成度和高速單片IC性能，從而制作成高速的電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)小型化、多功能化、高可靠、高性能的最有效途徑。例如，利用MCM制成的微波和毫米波系統(tǒng)級(jí)封裝SO11

3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的迫切需求而迅速發(fā)展的高新技術(shù)，它具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。

三維多芯片組件技術(shù)是現(xiàn)代微組裝技術(shù)發(fā)展的重要方向，是新世紀(jì)微電子技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展。因此，我國(guó)也應(yīng)該盡快高度重視該項(xiàng)新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。

3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的12MCM的發(fā)展趨勢(shì)

MCM是電子組裝技術(shù)中SMT的延伸和發(fā)展，也是更高級(jí)的混合IC；該MCM技術(shù)從興起到成熟，解決了當(dāng)前電子整機(jī)發(fā)展過(guò)程中的幾個(gè)方面的矛盾：（1）解決了進(jìn)一步提高集成度的問(wèn)題，利用MCM技術(shù)大力推動(dòng)電路集成，是發(fā)展高性能軍用電子器件的組件的捷徑;（2）解決了分立器件、單片IC等信號(hào)延遲的與傳輸速度的限制問(wèn)題;（3）解決了如何通過(guò)減少組裝層次，減少焊點(diǎn)數(shù)量等進(jìn)一步提高整機(jī)可靠性的問(wèn)題;（4）解決了小型化、高性能和高可靠性的有機(jī)結(jié)合問(wèn)題。MCM的發(fā)展趨勢(shì)MCM是電子組裝技術(shù)中SMT的延伸和發(fā)展13通常所說(shuō)的多芯片組件都是指二維的多芯片組件(2D-MCM)，它的所有元器件都布置在一個(gè)平面上，不過(guò)它的基板內(nèi)互連線的布置是三維。

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，芯片的集成度大幅度提高，對(duì)封裝的要求也更加嚴(yán)格，2D-MCM的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。目前，2D-MCM組裝效率最高可達(dá)85%，已接近二維組裝所能達(dá)到的最大理論極限，這已成為混合集成電路持續(xù)發(fā)展的障礙。為了改變這種狀況，三維多芯片組件(3D-MCM)就應(yīng)運(yùn)而生了，其最高組裝密度可達(dá)200%。3D-MCM是指元器件除了在x-y平面上展開(kāi)以外，還在垂直方向(Z方向)上排列，與2D-MCM相比，3D-MCM具有更高的集成度、組裝效率、更小的體積及重量、降低功耗，信號(hào)傳輸速度增加等優(yōu)點(diǎn)。

通常所說(shuō)的多芯片組件都是指二維的多芯片組件(2D-M14對(duì)MCM的制作成品率影響最大的是IC芯片。因?yàn)镸CM的高成品率要求各類IC芯片都是確認(rèn)的優(yōu)質(zhì)芯片KGD（KnownGoodDie），而裸芯片無(wú)論是芯片制造商還是使用者都難以進(jìn)行全面測(cè)試?yán)匣Y選，因而給組裝MCM帶來(lái)無(wú)法確定芯片性能的不利因素。一旦裝上的芯片不合格，這塊MCM就會(huì)不合格并難以返修，使得成本和成品率阻礙著MCM的應(yīng)用和發(fā)展。因此，如何提高M(jìn)CM的成品率就成為進(jìn)一步促進(jìn)MCM工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展對(duì)MCM的制作成品率影響最大的是IC芯片。因?yàn)镸CM15

CSP（ChipScalePackage，芯片尺寸封裝）的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題。CSP不僅具有封裝IC芯片的優(yōu)點(diǎn)；還具有裸芯片的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗某叽缰挥行酒笮?；有的CSP還可以實(shí)現(xiàn)大圓片的“封裝”，大圓片工藝完成后與普通芯片一樣劃片。

可以說(shuō)，各類CSP真正解決了單芯片IC已確認(rèn)的優(yōu)質(zhì)芯片問(wèn)題，同時(shí)也解決了組裝MCM的后顧之憂，大大提高M(jìn)CM的成品率，其成本也會(huì)大為降低。

CSP的引腳間距按SMT的要求（如0.5-1.27mm）布置Pb/Sn焊接凸點(diǎn)，因此可使用常規(guī)的SMT在厚、薄膜多層基板上或PCB多層基板上對(duì)CSP進(jìn)行貼裝并再流焊，使MCM的工業(yè)化成為可能，也使SMT提高到一個(gè)新的水平。

CSP（ChipScalePackage，芯片尺寸封16

當(dāng)一個(gè)大而復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)定了MCM所占的封裝面積時(shí)，往往一層MCM難以實(shí)現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)成立體化的疊裝MCM，既減小了所占面積，又充分利用了空間。由于CSP解決了KGD問(wèn)題，所以疊裝MCM的成品率才有保證。

CSP的出現(xiàn)，解決了芯片小，封裝大的矛盾，它既有封裝器件的一切便利，又有裸芯片尺寸小，性能優(yōu)的特點(diǎn)，這就為MCM的迅速發(fā)展應(yīng)用解決了后顧之憂，因?yàn)榻M裝MCM的所有芯片都經(jīng)過(guò)老化篩選、測(cè)試，使芯片成為真正的KGD。

另外，由于CSP的“外引線”凸點(diǎn)均是Pb/Sn焊料，使用SMT進(jìn)行貼裝焊接十分方便，MCM的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)才能得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)大而復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)定了MCM所占的封裝面積時(shí)178.2MCM的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)概述

MCM設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)者考慮到所采用的技術(shù)對(duì)MCM整體性能、可靠性和功率以及綜合成本的影響。從根本上說(shuō)，MCM的設(shè)計(jì)是在給定一套物理限制參數(shù)的系統(tǒng)中進(jìn)行的過(guò)程，目的是為了有效地發(fā)揮MCM技術(shù)的作用，使MCM產(chǎn)品具有最優(yōu)化的性能價(jià)格比。8.2MCM的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)概述MCM設(shè)計(jì)的目的在于18組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MCM組件的體積、重量，而且是決定產(chǎn)品性能和成品率的重要因素。3MCM的組裝技術(shù)、檢測(cè)與返修MCM的芯片與基板的電氣連接有三種方式，即WB、TAB和FCB.MCM-C，厚膜或陶瓷多層布線基板制成的MCM；目前，2D-MCM組裝效率最高可達(dá)85%，已接近二維組裝所能達(dá)到的最大理論極限，這已成為混合集成電路持續(xù)發(fā)展的障礙。降低延遲時(shí)間和增大總線寬度是增大信號(hào)寬度的重要方法，3D-MCM正好具有實(shí)現(xiàn)此特性的突出優(yōu)點(diǎn)。從組裝(或封裝)角度出發(fā)，MCM定義：兩個(gè)或更多的集成電路裸芯片電連接于共同電路基板上，并利用它實(shí)現(xiàn)芯片間互連的組件。MCM的返修技術(shù)1MCM(MultiChipModel)多芯片模塊概述TAB連接芯片的返修方法

因此，在考慮MCM的設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分把握以下幾點(diǎn)：1、電性能問(wèn)題在傳統(tǒng)的電子封裝中，與互連有關(guān)的寄生參數(shù)包括采用WB技術(shù)將芯片連接到封裝基板上的寄生電阻、寄生電容、寄生電感以及焊接引腳或表面安裝封裝的電阻、電感、電容。2、成本問(wèn)題由MCM主要用于高性能、高速度及高可靠領(lǐng)域時(shí)，其成本是特別重要的因素。組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MC193、系統(tǒng)成品率和可靠性問(wèn)題

系統(tǒng)成品率是單個(gè)元器件成品率的函數(shù)；MCM的系統(tǒng)成品率與芯片、基板和鍵合工藝等參數(shù)密切相關(guān)，其中芯片的成本占MCM成本的首位。因此，往往要通過(guò)KGD方法來(lái)保證裸芯片的成品率，否則，復(fù)雜的MCM系統(tǒng)成品率難以保持很高。4、功率及散熱問(wèn)題元器件的MCM基板上的組裝密度高產(chǎn)生了散熱問(wèn)題，因而，MCM的熱設(shè)計(jì)自然就成為MCM設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。3、系統(tǒng)成品率和可靠性問(wèn)題20的設(shè)計(jì)分析1.組件的尺寸和布線分析

組件的尺寸決定著關(guān)鍵的網(wǎng)狀互連線的長(zhǎng)度，這些長(zhǎng)度又影響系統(tǒng)的電性能以及長(zhǎng)期可靠地工作。封裝時(shí)芯片封裝密度決定著組件的功耗密度，功耗密度決定組件如何經(jīng)濟(jì)有效地散熱。

因此，影響組件尺寸的因素除了元器件的物理尺寸外，還包括布線密度、布線能力、焊區(qū)節(jié)距、布線方式、功率密度、組件對(duì)外連接形式以及元器件的排列等。的設(shè)計(jì)分析1.組件的尺寸和布線分析212.組件的電學(xué)分析

由于MCM組件具有多功能、高速度的特點(diǎn)，其電特性與通常單個(gè)的芯片相差較大。MCM組件內(nèi)部的分布參數(shù)效應(yīng)，即高速脈沖信號(hào)在芯片間的傳輸存在電磁場(chǎng)。

由于時(shí)鐘頻率的提高，MCM芯片間互連線傳播的時(shí)間和脈沖信號(hào)的時(shí)間參量相當(dāng)，在這種情況下，互連線的分布參數(shù)效應(yīng)和波的傳播性質(zhì)明顯，各種封裝結(jié)構(gòu)將對(duì)信號(hào)的傳輸產(chǎn)生明顯影響。2.組件的電學(xué)分析223.MCM的物理設(shè)計(jì)

物理設(shè)計(jì)是使電路或系統(tǒng)原理圖變?yōu)橹庇^、可操作的圖形，它是在組件規(guī)范的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)制造中可能用到的幾何信息，包括元器件位置參數(shù)、互連尺寸、位置參數(shù)以及通孔的尺寸和位置參數(shù)。3.MCM的物理設(shè)計(jì)234.組件的可靠性分析

電子系統(tǒng)的可靠性既取決于硬件，也取決于軟件。由于故障返修的費(fèi)用上漲很快，幾乎與電子系統(tǒng)成本的下降速度一樣，因此對(duì)很多系統(tǒng)，包括廉價(jià)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可靠性將是一個(gè)最重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

可靠性是一種系統(tǒng)特性，必須使它成為設(shè)計(jì)中的重要部分，因?yàn)樵诋a(chǎn)品研制生產(chǎn)之后，其可靠性也就基本確定了。4.組件的可靠性分析電子系統(tǒng)的可靠性既取決于硬件，也取決245.組件的成本分析

在MCM的多種成本因素中，首要的是IC芯片成本，這與組裝多個(gè)IC芯片的成本有關(guān)；其次是多層基板的成本，這與多層基板的成品率相關(guān)，此外，還有外貼元器件的成本和外殼等多種因素。提高M(jìn)CM的成品率及質(zhì)量水平，降低其成本的根本途徑是提高各類IC芯片的成品率。要提高安裝芯片成品率，就要在安裝前進(jìn)行篩選測(cè)試，即組裝MCM時(shí)，使用優(yōu)質(zhì)芯片，使其成品率在99.9%以上時(shí)，MCM的成品率>或=98%。5.組件的成本分析在MCM的多種成本因素中，首要的是I25熱分析的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件進(jìn)行熱分析主要分四類:第一類是電子熱控制應(yīng)用制作的軟件；第二類是使用分立或集中參數(shù)元件的網(wǎng)絡(luò)熱分析軟件；第三類是以有限元為基礎(chǔ)的熱分析軟件；第四類是MCM的CAD工具中的熱分析軟件。目前，使用最廣泛的熱分析軟件是通用的網(wǎng)絡(luò)熱分析器，這些軟件可處理熱阻網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜問(wèn)題。熱分析的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件進(jìn)行熱分析主要分四類:26近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展?；ミB帶寬，特別是存儲(chǔ)器帶寬往往是影響計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)性能的重要因素。由此看出，互連線的長(zhǎng)度越短，寄生電容越小，功耗就越低。這種組裝方式允許芯片與芯片靠得很近，可以降低互連和布線中所產(chǎn)生的信號(hào)延遲、串?dāng)_噪聲、電感／電容耦合等問(wèn)題；（2）解決了分立器件、單片IC等信號(hào)延遲的與傳輸速度的限制問(wèn)題;的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展由于宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)及通信等軍事和民用領(lǐng)域?qū)μ岣呓M裝密度、減輕重量、減小體積、高性能和高可靠性等方面的迫切需求，加之3D-MCM在滿足上述要求方面具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)新技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外得到迅速發(fā)展。3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的迫切需求而迅速發(fā)展的高新技術(shù)，它具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。如前所述，3D-MCM相對(duì)于2D-MCM而言可進(jìn)一步縮短互連線，因此也可降低功耗。(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少20％以上，互連線長(zhǎng)度極大縮短，封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)組件高速化。另外，由于CSP的“外引線”凸點(diǎn)均是Pb/Sn焊料，使用SMT進(jìn)行貼裝焊接十分方便，MCM的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)才能得以實(shí)現(xiàn)。第四類是MCM的CAD工具中的熱分析軟件。3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)可歸納為“四個(gè)減小”和“六個(gè)增大”，即：降低延遲時(shí)間和增大總線寬度是增大信號(hào)寬度的重要方法，3D-MCM正好具有實(shí)現(xiàn)此特性的突出優(yōu)點(diǎn)。MCM的定義還可提升系統(tǒng)效能與穩(wěn)定度。一旦裝上的芯片不合格，這塊MCM就會(huì)不合格并難以返修，使得成本和成品率阻礙著MCM的應(yīng)用和發(fā)展。MCM-L，有機(jī)疊層布線基板制成的MCM；8.3MCM的組裝技術(shù)

MCM的組裝技術(shù)是指通過(guò)一定的連接方法，將元件、器件組裝到MCM基板上，再將組裝有元器件的基板安裝在金屬或陶瓷封裝中，組成一個(gè)具有多種功能的MCM組件。

組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MCM組件的體積、重量，而且是決定產(chǎn)品性能和成品率的重要因素。近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展。8.3MCM的組裝技術(shù)27芯片與基板的連接技術(shù)1.芯片與基板的粘接MCM中芯片與基板粘接的材料和工藝與HIC中的相同，粘接材料分為兩大類：有機(jī)粘接劑和無(wú)機(jī)粘接劑。目前，MCM廣泛采用的粘結(jié)劑有兩種類型：導(dǎo)電型和絕緣型，可配制成漿料和膜。2.芯片與基板的電氣連接MCM的芯片與基板的電氣連接有三種方式，即WB、TAB和FCB.芯片與基板的連接技術(shù)1.芯片與基板的粘接MCM中28

組裝了芯片和其他元件的MCM基板可組裝在外殼或密封外殼中。在金屬、陶瓷密封外殼中，這種MCM基板安裝在封裝外殼底部。

MCM基板與封裝外殼底部的連接有三種方法：粘接劑連接、焊接和機(jī)械固定；比較通用的是前兩種，一般是用粘芯片的粘接劑連接。

對(duì)于大功率MCM，通常用Pb-Sn焊膏通過(guò)再流焊把多層基板焊接在封裝外殼底部，實(shí)現(xiàn)基板與封裝外殼的連接，其中金屬焊料既起固定作用，也起散熱通道作用?；迮c封裝外殼的連接技術(shù)組裝了芯片和其他元件的MCM基板可組裝在外殼或密封外殼中29在MCM的制造過(guò)程中，要進(jìn)行多級(jí)檢驗(yàn)和電性能測(cè)試以保證MCM的質(zhì)量和可靠性。主要有三個(gè)方面的測(cè)試，即基板測(cè)試、元器件測(cè)試和成品組件測(cè)試。

基板測(cè)試是在制造過(guò)程中和組裝元器件之前進(jìn)行的；元器件測(cè)試在組裝到基板上之前進(jìn)行；組件測(cè)試與故障診斷是在組裝后并返修完有缺陷的元器件之后，最后封裝之前進(jìn)行。檢測(cè)在MCM的制造過(guò)程中，要進(jìn)行多級(jí)檢驗(yàn)和電性能測(cè)試以保301.基板測(cè)試

MCM基板包含有全部元器件連接的導(dǎo)體布線及互連通孔，測(cè)試的目的是驗(yàn)證基板布線及通孔的互連和導(dǎo)通，監(jiān)控制造過(guò)程中的質(zhì)量。

測(cè)試主要針對(duì)基板表面焊區(qū)上相連的電氣網(wǎng)絡(luò)，原因是這些焊區(qū)起著電信號(hào)出入基板的連接作用；其中，一些焊區(qū)與組裝在基板上的芯片相連，另一些焊區(qū)與組件外的分立元器件相連。把一個(gè)或多個(gè)探針與基板上的焊區(qū)相接觸，就可進(jìn)行電氣網(wǎng)絡(luò)測(cè)試；測(cè)試內(nèi)容還包括阻抗、信號(hào)傳輸延遲、串?dāng)_和高壓泄漏的測(cè)量。1.基板測(cè)試31多芯片組件最全課件322.元器件的測(cè)試

MCM使用的芯片質(zhì)量是生產(chǎn)高成品率MCM的關(guān)鍵因素。所以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)芯片的工藝必須符合已制定的工藝流程，否則加工成本很高。芯片應(yīng)放在自動(dòng)處理裝置進(jìn)行老化和終測(cè)。

測(cè)試裸芯片的夾具分為三類：小型固定載體，臨時(shí)封裝或載體，裸芯片插座。TAB就是一種小型固定載體，是裸芯片測(cè)試較成熟的方法之一。2.元器件的測(cè)試333.組件的功能檢查與故障診斷3.組件的功能檢查與故障診斷34的返修技術(shù)

返修是MCM制造過(guò)程中必須重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管人企望任何MCM組件不需要返修，但當(dāng)前要徹底取消它是不合理的。隨著工藝水平、工藝質(zhì)量、大規(guī)模制造能力和自動(dòng)化和度的提高，返修可以逐步取消。縫焊+檢漏外觀目檢溫度（至少10次，-65~150攝氏度）電測(cè)試（可選）老化（125攝氏度，至少160小時(shí)）氣密性檢驗(yàn)最后電測(cè)試外觀目檢MCM帥選試驗(yàn)流程的返修技術(shù)返修是MCM制造過(guò)程中必須重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管35返修的幾種常用方法：1.WB器件的返修2.粘接芯片和基板的返修方法3.倒裝芯片的返修方法4.TAB連接芯片的返修方法5.導(dǎo)帶的返修方法返修的幾種常用方法：368.4三維多芯片組件及其應(yīng)用

概述

三維多芯片組件（簡(jiǎn)稱3D-MCM）是在二維多芯片組件（即2D-MCM，通常指的MCM均系二維）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高級(jí)多芯片組件技術(shù)。二者的區(qū)別在于：3D-MCM是通過(guò)采用三維（x,y,z方向）結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行立體結(jié)構(gòu)的三維集成技術(shù)；2D-MCM則是在二維(x,y方向)對(duì)IC芯片集成，即采用二維結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行高密度組裝，是IC芯片的二維集成技術(shù)。

三維多芯片組件技術(shù)是現(xiàn)代微組裝技術(shù)發(fā)展的重要方向，是微電子技術(shù)領(lǐng)域跨世紀(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)及通信等軍事和民用領(lǐng)域?qū)μ岣呓M裝密度、減輕重量、減小體積、高性能和高可靠性等方面的迫切需求，加之3D-MCM在滿足上述要求方面具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)新技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外得到迅速發(fā)展。

8.4三維多芯片組件及其應(yīng)用概述37⑴電子系統(tǒng)（整機(jī)）對(duì)系統(tǒng)集成的迫切需求

電子系統(tǒng)（整機(jī)）向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本發(fā)展已成為目前的主要趨勢(shì)，從而對(duì)系統(tǒng)集成的要求也越來(lái)越迫切。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體單片集成技術(shù)，二是采用MCM技術(shù)。前者是通過(guò)晶片規(guī)模的集成技術(shù)（WSI），將高性能數(shù)字集成電路（含存儲(chǔ)器、微處理器、圖象和信號(hào)處理器等）和模擬集成電路（含各種放大器、變換器等）集成為單片集成系統(tǒng)；后者是通過(guò)三維多芯片組件（3D-MCM或MCM-V）技術(shù)實(shí)現(xiàn)WSI的功能。

據(jù)分析，可能在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的主要技術(shù)途徑仍將是3D-MCM技術(shù)；這對(duì)于半導(dǎo)體集成電路工業(yè)還不發(fā)達(dá)的我國(guó)尤其如此。

的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

⑴電子系統(tǒng)（整機(jī)）對(duì)系統(tǒng)集成的迫切需求的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力38⑵二維組裝密度（組裝效率）的限制現(xiàn)代微組裝技術(shù)的發(fā)展已到了接近二維組裝所能達(dá)到的理論上最大的組裝密度，目前2D-MCM的組裝效率最高達(dá)85%，而采用3D-MCM可實(shí)現(xiàn)更高的組裝密度（組裝效率），其組裝效率則已可達(dá)200%以上。

因此，為了進(jìn)一步提高組裝密度，實(shí)現(xiàn)更小的體積和更多的功能，也必須從二微組裝向三維微組裝發(fā)展。

⑵二維組裝密度（組裝效率）的限制39

3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)可歸納為“四個(gè)減小”和“六個(gè)增大”，即：(1)減小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間。

由于LHSI的發(fā)展和應(yīng)用，使得芯片之間互連線的長(zhǎng)度已成為影響系統(tǒng)（整機(jī)）信號(hào)傳輸延遲的關(guān)鍵。3D-MCM中芯片之間的互連長(zhǎng)度比2D-MCM短得多，因此可進(jìn)一步減小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間。(2)減小信號(hào)噪聲。

在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，主要有四種噪聲來(lái)源：反射噪聲、串?dāng)_噪聲、同步觸發(fā)噪聲和電磁干擾。這些噪聲與信號(hào)在互連線中傳輸時(shí)的上升時(shí)間相關(guān)，即與互連線長(zhǎng)短相關(guān)，3D-MCM可通過(guò)進(jìn)一步縮短互連線的長(zhǎng)度來(lái)降低信號(hào)噪聲。

的優(yōu)點(diǎn)3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)可歸納為“四個(gè)減小”和“六個(gè)增大”，40

(3)減小體積，減輕重量。3D-MCM相對(duì)于2D-MCM而言，可使系統(tǒng)的體積縮小10倍以上，重量減輕6倍以上。(4)減小功耗。

電子系統(tǒng)中互連線功耗的表達(dá)式可寫(xiě)為P=fCV2，其中f是信號(hào)頻率，V是互連線兩端的電壓差，C是互連線的寄生電容。由此看出，互連線的長(zhǎng)度越短，寄生電容越小，功耗就越低。如前所述，3D-MCM相對(duì)于2D-MCM而言可進(jìn)一步縮短互連線，因此也可降低功耗。(3)減小體積，減輕重量。41(5)進(jìn)一步增大組裝效率。2D-MCM的組裝效率目前最高可達(dá)85%，從理論上來(lái)講，2D-MCM組裝效率要達(dá)到100%是不可能的，這是2D-MCM本身的結(jié)構(gòu)限制所決定的。而3D-MCM的組裝效率目前已高達(dá)200%。(6)增大互連效率。所謂互連效率系指組件單位面積的互連點(diǎn)數(shù)。3D-MCM與2D-MCM及SMT技術(shù)單位連接點(diǎn)數(shù)相比較，每單位面積的連接點(diǎn)數(shù)比2D-MCM多1～3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，比SMT技術(shù)多1～4個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

(7)增大信號(hào)帶寬。

互連帶寬，特別是存儲(chǔ)器帶寬往往是影響計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)性能的重要因素。降低延遲時(shí)間和增大總線寬度是增大信號(hào)寬度的重要方法，3D-MCM正好具有實(shí)現(xiàn)此特性的突出優(yōu)點(diǎn)。(5)進(jìn)一步增大組裝效率。42(8)增加信號(hào)傳輸（處理）速度。

如前所述，3D-MCM可大大減小信號(hào)傳輸（處理）延遲時(shí)間，從而也就大大提高了信號(hào)傳輸速度。(9)增加功能。

由于3D-MCM比2D-MCM具有更高的組裝效率和電互連效率，因此可集成更多的功能，實(shí)現(xiàn)多功能的部件以至系統(tǒng)（整機(jī)）。(10)進(jìn)一步提高可靠性。

由于3D-MCM內(nèi)部單位面積的互連點(diǎn)數(shù)大大增加，具有更高的集成度，使其整機(jī)（或系統(tǒng)）的外部連接點(diǎn)數(shù)和插板都大大減小，因此可靠性得到進(jìn)一步提高。

(8)增加信號(hào)傳輸（處理）速度。43目前3D-MCM已被應(yīng)用到高性能大容量的存儲(chǔ)器組件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，充分發(fā)揮了三維多芯片組件技術(shù)的優(yōu)越性。1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是3D-MCM進(jìn)一步充分發(fā)揮優(yōu)越性的應(yīng)用領(lǐng)域。其中最典型的實(shí)例是HughesResearchLaboratory開(kāi)發(fā)的3DMCM計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其基板是帶有聚酰亞胺／銅多層布線的AlN基板，工藝與HDI（高密度薄膜多層互連）工藝類似。

應(yīng)用實(shí)例目前3D-MCM已被應(yīng)用到高性能大容量的存儲(chǔ)器組件和計(jì)算442.大容量存儲(chǔ)器組件采用多芯片組件技術(shù)制作高性能大容量的存儲(chǔ)器組件是MCM技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。高速成像系統(tǒng)發(fā)展的需求，進(jìn)一步推動(dòng)了存儲(chǔ)器多芯片組件從二維（2D）技術(shù)向三維（3D）技術(shù)發(fā)展。

目前的成像系統(tǒng)，其像素已多達(dá)9×10像素/幀，這就需要采用100幀/秒以上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。若將此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶寬，則需要達(dá)Gbit/s的存儲(chǔ)容量，這已遠(yuǎn)超出了目前一般的Mbit/s的存儲(chǔ)容量。而采用三維MCM技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量的存儲(chǔ)器組件則不失為一個(gè)良好的解決途徑。目前，三維存儲(chǔ)器組件多采用兩種3D-MCM結(jié)構(gòu)形式：一種是2D-MCM疊層型3D-MCM；另一種是IC芯片疊層型3D-MCM。

2.大容量存儲(chǔ)器組件45多芯片組件最全課件46第八章多芯片組件第八章多芯片組件478.1MCM(MultiChipModel)多芯片模塊概述

MCM的定義

特點(diǎn)及分類

應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

CSP的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展8.2MCM的熱設(shè)計(jì)技術(shù)

設(shè)計(jì)概述

MCM的設(shè)計(jì)分析

熱分析的應(yīng)用軟件8.3MCM的組裝技術(shù)、檢測(cè)與返修

基板與封裝外殼的連接技術(shù)

檢測(cè)

MCM的返修技術(shù)8.4

三維多芯片組件及其應(yīng)用

概述

3D-MCM的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)

3D-MCM應(yīng)用實(shí)例8.1MCM(MultiChipModel)多芯片模488.1MCM(MultiChipModel)多芯片組件概述

為解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問(wèn)題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMD技術(shù)組成多種多樣的電子模塊系統(tǒng)，從而出現(xiàn)MCM(MultiChipModel)多芯片組件。

從組裝(或封裝)角度出發(fā)，MCM定義：兩個(gè)或更多的集成電路裸芯片電連接于共同電路基板上，并利用它實(shí)現(xiàn)芯片間互連的組件。的定義8.1MCM(MultiChipModel)多芯片組49多芯片組件（MCM）的組裝方式是直接將裸露的集成電路芯片安裝在多層高密度互連襯底上，層與層的金屬導(dǎo)線是用導(dǎo)通孔連接的。

這種組裝方式允許芯片與芯片靠得很近，可以降低互連和布線中所產(chǎn)生的信號(hào)延遲、串?dāng)_噪聲、電感／電容耦合等問(wèn)題；還可提升系統(tǒng)效能與穩(wěn)定度。

因此，它不僅需要良好的封裝技術(shù)，在設(shè)計(jì)規(guī)劃、驗(yàn)證與測(cè)試上，也必須要有配套的技術(shù)和方法，才能確保質(zhì)量及優(yōu)良率。多芯片組件（MCM）的組裝方式是直接將裸露的集成電50下圖為最新的MCM技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)膱A片薄型化工藝實(shí)現(xiàn)在單個(gè)封裝體內(nèi)合封了8個(gè)芯片的示意圖。單個(gè)封裝體內(nèi)合封了8個(gè)芯片的示意圖下圖為最新的MCM技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)膱A片薄型化51特點(diǎn)及分類1.MCM的特點(diǎn)如下：(1)MCM是將多塊未封裝的IC芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成的部件，省去了IC的封裝材料和工藝，節(jié)約了原材料，減少了制造工藝，縮小了整機(jī)／組件封裝尺寸和重量。(2)MCM的多層布線基板導(dǎo)體層數(shù)應(yīng)不少于4層，能把模擬電路、數(shù)字電路、功率器件、光電器件、微波器件及各類片式化元器件合理而有效地組裝在封裝體內(nèi)，形成單一半導(dǎo)體集成電路不可能完成的多功能部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，從而使線路之間的串?dāng)_噪聲減少，阻抗易控，電路性能提高。特點(diǎn)及分類1.MCM的特點(diǎn)如下：52

(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少20％以上，互連線長(zhǎng)度極大縮短，封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)組件高速化。(4)MCM避免了單塊IC封裝的熱阻、引線及焊接等一系列問(wèn)題，使產(chǎn)品的可靠性獲得極大提高。

(5)MCM集中了先進(jìn)的半導(dǎo)體IC的微細(xì)加工技術(shù)，厚、薄膜混合集成材料與工藝技術(shù)，厚膜、陶瓷與PCB的多層基板技術(shù)以及MCM電路的模擬、仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、散熱和可靠性設(shè)計(jì)、芯片的高密度互連與封裝等一系列新技術(shù)。(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少532.MCM的分類根據(jù)互連和封裝電子學(xué)會(huì)（IPC）標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在所用的MCM可分為五大類：1.MCM-L，有機(jī)疊層布線基板制成的MCM；2.MCM-C，厚膜或陶瓷多層布線基板制成的MCM；3.MCM-D，薄膜多層布線基板制成的MCM；4.MCM-D/C，厚、薄膜混合多層基板制成的MCM；5.MCM-Si，Si基板制成的MCM等類型。2.MCM的分類根據(jù)互連和封裝電子學(xué)會(huì)（IPC）標(biāo)準(zhǔn)54

MCM-L：采用層壓有機(jī)基材，制造采用普通印制板的加工方法，即采用印刷和蝕刻法制銅導(dǎo)線，鉆出盲孔、埋孔和通孔并鍍銅，內(nèi)層的互連由EDA軟件設(shè)計(jì)來(lái)定。由于采用普通印制電路板的加工方法，MCM-L具有低成本、工期短、投放市場(chǎng)時(shí)間短等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

MCM-C：采用陶瓷燒制基材，導(dǎo)體是由一層層燒制金屬制成的，層間通孔互連與導(dǎo)體一塊生成，電阻可在外層進(jìn)行燒制，最后用激光修整到精確值，所有導(dǎo)體和電阻都印刷到基板上，加工方法頗為復(fù)雜。

MCM-D：采用薄膜導(dǎo)體沉積硅基片，制造過(guò)程類似于集成電路；基片是由硅和寬度在1um-1mm之間的導(dǎo)體構(gòu)成，通孔則由各種金屬通過(guò)真空沉積而形成。

MCM-L：采用層壓有機(jī)基材，制造采用普通印制板的加工方55

目前，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體單片集成技術(shù)；二是MCM技術(shù)。前者是通過(guò)晶片規(guī)模的集成技術(shù)，將高性能數(shù)字集成電路(含存儲(chǔ)器、微處理器、圖像和信號(hào)處理器等)和模擬集成電路(含各種放大器、變換器等)集成為單片集成系統(tǒng)；后者是通過(guò)三維多芯片組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成的功能。MCM早在80年代初期就曾以多種形式存在，但由于成本昂貴，只用于軍事、航天及大型計(jì)算機(jī)上。

近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及成本的降低，MCM在計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理、汽車行業(yè)、工業(yè)設(shè)備、儀器與醫(yī)療等電子系統(tǒng)產(chǎn)品上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，已成為最有發(fā)展前途的高級(jí)微組裝技術(shù)。應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)目前，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體56例如，利用MCM制成的微波和毫米波系統(tǒng)級(jí)封裝SOP(System-on-a-package)，為不同材料系統(tǒng)的部件集成提供了一項(xiàng)新技術(shù)，使得將數(shù)字專用集成電路、射頻集成電路和微機(jī)電器件封裝在一起成為可能。因此，MCM在組裝密度(封裝效率)、信號(hào)傳輸速度、電性能以及可靠性等方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)；能最大限度地提高集成度和高速單片IC性能，從而制作成高速的電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)小型化、多功能化、高可靠、高性能的最有效途徑。例如，利用MCM制成的微波和毫米波系統(tǒng)級(jí)封裝SO57

3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的迫切需求而迅速發(fā)展的高新技術(shù)，它具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。

三維多芯片組件技術(shù)是現(xiàn)代微組裝技術(shù)發(fā)展的重要方向，是新世紀(jì)微電子技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展。因此，我國(guó)也應(yīng)該盡快高度重視該項(xiàng)新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。

3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的58MCM的發(fā)展趨勢(shì)

MCM是電子組裝技術(shù)中SMT的延伸和發(fā)展，也是更高級(jí)的混合IC；該MCM技術(shù)從興起到成熟，解決了當(dāng)前電子整機(jī)發(fā)展過(guò)程中的幾個(gè)方面的矛盾：（1）解決了進(jìn)一步提高集成度的問(wèn)題，利用MCM技術(shù)大力推動(dòng)電路集成，是發(fā)展高性能軍用電子器件的組件的捷徑;（2）解決了分立器件、單片IC等信號(hào)延遲的與傳輸速度的限制問(wèn)題;（3）解決了如何通過(guò)減少組裝層次，減少焊點(diǎn)數(shù)量等進(jìn)一步提高整機(jī)可靠性的問(wèn)題;（4）解決了小型化、高性能和高可靠性的有機(jī)結(jié)合問(wèn)題。MCM的發(fā)展趨勢(shì)MCM是電子組裝技術(shù)中SMT的延伸和發(fā)展59通常所說(shuō)的多芯片組件都是指二維的多芯片組件(2D-MCM)，它的所有元器件都布置在一個(gè)平面上，不過(guò)它的基板內(nèi)互連線的布置是三維。

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，芯片的集成度大幅度提高，對(duì)封裝的要求也更加嚴(yán)格，2D-MCM的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。目前，2D-MCM組裝效率最高可達(dá)85%，已接近二維組裝所能達(dá)到的最大理論極限，這已成為混合集成電路持續(xù)發(fā)展的障礙。為了改變這種狀況，三維多芯片組件(3D-MCM)就應(yīng)運(yùn)而生了，其最高組裝密度可達(dá)200%。3D-MCM是指元器件除了在x-y平面上展開(kāi)以外，還在垂直方向(Z方向)上排列，與2D-MCM相比，3D-MCM具有更高的集成度、組裝效率、更小的體積及重量、降低功耗，信號(hào)傳輸速度增加等優(yōu)點(diǎn)。

通常所說(shuō)的多芯片組件都是指二維的多芯片組件(2D-M60對(duì)MCM的制作成品率影響最大的是IC芯片。因?yàn)镸CM的高成品率要求各類IC芯片都是確認(rèn)的優(yōu)質(zhì)芯片KGD（KnownGoodDie），而裸芯片無(wú)論是芯片制造商還是使用者都難以進(jìn)行全面測(cè)試?yán)匣Y選，因而給組裝MCM帶來(lái)無(wú)法確定芯片性能的不利因素。一旦裝上的芯片不合格，這塊MCM就會(huì)不合格并難以返修，使得成本和成品率阻礙著MCM的應(yīng)用和發(fā)展。因此，如何提高M(jìn)CM的成品率就成為進(jìn)一步促進(jìn)MCM工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展對(duì)MCM的制作成品率影響最大的是IC芯片。因?yàn)镸CM61

CSP（ChipScalePackage，芯片尺寸封裝）的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題。CSP不僅具有封裝IC芯片的優(yōu)點(diǎn)；還具有裸芯片的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗某叽缰挥行酒笮。挥械腃SP還可以實(shí)現(xiàn)大圓片的“封裝”，大圓片工藝完成后與普通芯片一樣劃片。

可以說(shuō)，各類CSP真正解決了單芯片IC已確認(rèn)的優(yōu)質(zhì)芯片問(wèn)題，同時(shí)也解決了組裝MCM的后顧之憂，大大提高M(jìn)CM的成品率，其成本也會(huì)大為降低。

CSP的引腳間距按SMT的要求（如0.5-1.27mm）布置Pb/Sn焊接凸點(diǎn)，因此可使用常規(guī)的SMT在厚、薄膜多層基板上或PCB多層基板上對(duì)CSP進(jìn)行貼裝并再流焊，使MCM的工業(yè)化成為可能，也使SMT提高到一個(gè)新的水平。

CSP（ChipScalePackage，芯片尺寸封62

當(dāng)一個(gè)大而復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)定了MCM所占的封裝面積時(shí)，往往一層MCM難以實(shí)現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)成立體化的疊裝MCM，既減小了所占面積，又充分利用了空間。由于CSP解決了KGD問(wèn)題，所以疊裝MCM的成品率才有保證。

CSP的出現(xiàn)，解決了芯片小，封裝大的矛盾，它既有封裝器件的一切便利，又有裸芯片尺寸小，性能優(yōu)的特點(diǎn)，這就為MCM的迅速發(fā)展應(yīng)用解決了后顧之憂，因?yàn)榻M裝MCM的所有芯片都經(jīng)過(guò)老化篩選、測(cè)試，使芯片成為真正的KGD。

另外，由于CSP的“外引線”凸點(diǎn)均是Pb/Sn焊料，使用SMT進(jìn)行貼裝焊接十分方便，MCM的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)才能得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)大而復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)定了MCM所占的封裝面積時(shí)638.2MCM的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)概述

MCM設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)者考慮到所采用的技術(shù)對(duì)MCM整體性能、可靠性和功率以及綜合成本的影響。從根本上說(shuō)，MCM的設(shè)計(jì)是在給定一套物理限制參數(shù)的系統(tǒng)中進(jìn)行的過(guò)程，目的是為了有效地發(fā)揮MCM技術(shù)的作用，使MCM產(chǎn)品具有最優(yōu)化的性能價(jià)格比。8.2MCM的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)概述MCM設(shè)計(jì)的目的在于64組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MCM組件的體積、重量，而且是決定產(chǎn)品性能和成品率的重要因素。3MCM的組裝技術(shù)、檢測(cè)與返修MCM的芯片與基板的電氣連接有三種方式，即WB、TAB和FCB.MCM-C，厚膜或陶瓷多層布線基板制成的MCM；目前，2D-MCM組裝效率最高可達(dá)85%，已接近二維組裝所能達(dá)到的最大理論極限，這已成為混合集成電路持續(xù)發(fā)展的障礙。降低延遲時(shí)間和增大總線寬度是增大信號(hào)寬度的重要方法，3D-MCM正好具有實(shí)現(xiàn)此特性的突出優(yōu)點(diǎn)。從組裝(或封裝)角度出發(fā)，MCM定義：兩個(gè)或更多的集成電路裸芯片電連接于共同電路基板上，并利用它實(shí)現(xiàn)芯片間互連的組件。MCM的返修技術(shù)1MCM(MultiChipModel)多芯片模塊概述TAB連接芯片的返修方法

因此，在考慮MCM的設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分把握以下幾點(diǎn)：1、電性能問(wèn)題在傳統(tǒng)的電子封裝中，與互連有關(guān)的寄生參數(shù)包括采用WB技術(shù)將芯片連接到封裝基板上的寄生電阻、寄生電容、寄生電感以及焊接引腳或表面安裝封裝的電阻、電感、電容。2、成本問(wèn)題由MCM主要用于高性能、高速度及高可靠領(lǐng)域時(shí)，其成本是特別重要的因素。組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MC653、系統(tǒng)成品率和可靠性問(wèn)題

系統(tǒng)成品率是單個(gè)元器件成品率的函數(shù)；MCM的系統(tǒng)成品率與芯片、基板和鍵合工藝等參數(shù)密切相關(guān)，其中芯片的成本占MCM成本的首位。因此，往往要通過(guò)KGD方法來(lái)保證裸芯片的成品率，否則，復(fù)雜的MCM系統(tǒng)成品率難以保持很高。4、功率及散熱問(wèn)題元器件的MCM基板上的組裝密度高產(chǎn)生了散熱問(wèn)題，因而，MCM的熱設(shè)計(jì)自然就成為MCM設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。3、系統(tǒng)成品率和可靠性問(wèn)題66的設(shè)計(jì)分析1.組件的尺寸和布線分析

組件的尺寸決定著關(guān)鍵的網(wǎng)狀互連線的長(zhǎng)度，這些長(zhǎng)度又影響系統(tǒng)的電性能以及長(zhǎng)期可靠地工作。封裝時(shí)芯片封裝密度決定著組件的功耗密度，功耗密度決定組件如何經(jīng)濟(jì)有效地散熱。

因此，影響組件尺寸的因素除了元器件的物理尺寸外，還包括布線密度、布線能力、焊區(qū)節(jié)距、布線方式、功率密度、組件對(duì)外連接形式以及元器件的排列等。的設(shè)計(jì)分析1.組件的尺寸和布線分析672.組件的電學(xué)分析

由于MCM組件具有多功能、高速度的特點(diǎn)，其電特性與通常單個(gè)的芯片相差較大。MCM組件內(nèi)部的分布參數(shù)效應(yīng)，即高速脈沖信號(hào)在芯片間的傳輸存在電磁場(chǎng)。

由于時(shí)鐘頻率的提高，MCM芯片間互連線傳播的時(shí)間和脈沖信號(hào)的時(shí)間參量相當(dāng)，在這種情況下，互連線的分布參數(shù)效應(yīng)和波的傳播性質(zhì)明顯，各種封裝結(jié)構(gòu)將對(duì)信號(hào)的傳輸產(chǎn)生明顯影響。2.組件的電學(xué)分析683.MCM的物理設(shè)計(jì)

物理設(shè)計(jì)是使電路或系統(tǒng)原理圖變?yōu)橹庇^、可操作的圖形，它是在組件規(guī)范的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)制造中可能用到的幾何信息，包括元器件位置參數(shù)、互連尺寸、位置參數(shù)以及通孔的尺寸和位置參數(shù)。3.MCM的物理設(shè)計(jì)694.組件的可靠性分析

電子系統(tǒng)的可靠性既取決于硬件，也取決于軟件。由于故障返修的費(fèi)用上漲很快，幾乎與電子系統(tǒng)成本的下降速度一樣，因此對(duì)很多系統(tǒng)，包括廉價(jià)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可靠性將是一個(gè)最重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

可靠性是一種系統(tǒng)特性，必須使它成為設(shè)計(jì)中的重要部分，因?yàn)樵诋a(chǎn)品研制生產(chǎn)之后，其可靠性也就基本確定了。4.組件的可靠性分析電子系統(tǒng)的可靠性既取決于硬件，也取決705.組件的成本分析

在MCM的多種成本因素中，首要的是IC芯片成本，這與組裝多個(gè)IC芯片的成本有關(guān)；其次是多層基板的成本，這與多層基板的成品率相關(guān)，此外，還有外貼元器件的成本和外殼等多種因素。提高M(jìn)CM的成品率及質(zhì)量水平，降低其成本的根本途徑是提高各類IC芯片的成品率。要提高安裝芯片成品率，就要在安裝前進(jìn)行篩選測(cè)試，即組裝MCM時(shí)，使用優(yōu)質(zhì)芯片，使其成品率在99.9%以上時(shí)，MCM的成品率>或=98%。5.組件的成本分析在MCM的多種成本因素中，首要的是I71熱分析的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件進(jìn)行熱分析主要分四類:第一類是電子熱控制應(yīng)用制作的軟件；第二類是使用分立或集中參數(shù)元件的網(wǎng)絡(luò)熱分析軟件；第三類是以有限元為基礎(chǔ)的熱分析軟件；第四類是MCM的CAD工具中的熱分析軟件。目前，使用最廣泛的熱分析軟件是通用的網(wǎng)絡(luò)熱分析器，這些軟件可處理熱阻網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜問(wèn)題。熱分析的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件進(jìn)行熱分析主要分四類:72近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展?；ミB帶寬，特別是存儲(chǔ)器帶寬往往是影響計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)性能的重要因素。由此看出，互連線的長(zhǎng)度越短，寄生電容越小，功耗就越低。這種組裝方式允許芯片與芯片靠得很近，可以降低互連和布線中所產(chǎn)生的信號(hào)延遲、串?dāng)_噪聲、電感／電容耦合等問(wèn)題；（2）解決了分立器件、單片IC等信號(hào)延遲的與傳輸速度的限制問(wèn)題;的出現(xiàn)促進(jìn)MCM的發(fā)展由于宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)及通信等軍事和民用領(lǐng)域?qū)μ岣呓M裝密度、減輕重量、減小體積、高性能和高可靠性等方面的迫切需求，加之3D-MCM在滿足上述要求方面具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)新技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外得到迅速發(fā)展。3D-MCM是為適應(yīng)軍事、宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、通信的迫切需求而迅速發(fā)展的高新技術(shù)，它具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。如前所述，3D-MCM相對(duì)于2D-MCM而言可進(jìn)一步縮短互連線，因此也可降低功耗。(3)MCM是高密度組裝產(chǎn)品，芯片面積占基板面積減少20％以上，互連線長(zhǎng)度極大縮短，封裝延遲時(shí)間縮小，易于實(shí)現(xiàn)組件高速化。另外，由于CSP的“外引線”凸點(diǎn)均是Pb/Sn焊料，使用SMT進(jìn)行貼裝焊接十分方便，MCM的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)才能得以實(shí)現(xiàn)。第四類是MCM的CAD工具中的熱分析軟件。3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)可歸納為“四個(gè)減小”和“六個(gè)增大”，即：降低延遲時(shí)間和增大總線寬度是增大信號(hào)寬度的重要方法，3D-MCM正好具有實(shí)現(xiàn)此特性的突出優(yōu)點(diǎn)。MCM的定義還可提升系統(tǒng)效能與穩(wěn)定度。一旦裝上的芯片不合格，這塊MCM就會(huì)不合格并難以返修，使得成本和成品率阻礙著MCM的應(yīng)用和發(fā)展。MCM-L，有機(jī)疊層布線基板制成的MCM；8.3MCM的組裝技術(shù)

MCM的組裝技術(shù)是指通過(guò)一定的連接方法，將元件、器件組裝到MCM基板上，再將組裝有元器件的基板安裝在金屬或陶瓷封裝中，組成一個(gè)具有多種功能的MCM組件。

組裝技術(shù)是制造MCM的幾大關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅極大地影響MCM組件的體積、重量，而且是決定產(chǎn)品性能和成品率的重要因素。近年來(lái)，在國(guó)外得到迅速發(fā)展。8.3MCM的組裝技術(shù)73芯片與基板的連接技術(shù)1.芯片與基板的粘接MCM中芯片與基板粘接的材料和工藝與HIC中的相同，粘接材料分為兩大類：有機(jī)粘接劑和無(wú)機(jī)粘接劑。目前，MCM廣泛采用的粘結(jié)劑有兩種類型：導(dǎo)電型和絕緣型，可配制成漿料和膜。2.芯片與基板的電氣連接MCM的芯片與基板的電氣連接有三種方式，即WB、TAB和FCB.芯片與基板的連接技術(shù)1.芯片與基板的粘接MCM中74

組裝了芯片和其他元件的MCM基板可組裝在外殼或密封外殼中。在金屬、陶瓷密封外殼中，這種MCM基板安裝在封裝外殼底部。

MCM基板與封裝外殼底部的連接有三種方法：粘接劑連接、焊接和機(jī)械固定；比較通用的是前兩種，一般是用粘芯片的粘接劑連接。

對(duì)于大功率MCM，通常用Pb-Sn焊膏通過(guò)再流焊把多層基板焊接在封裝外殼底部，實(shí)現(xiàn)基板與封裝外殼的連接，其中金屬焊料既起固定作用，也起散熱通道作用。基板與封裝外殼的連接技術(shù)組裝了芯片和其他元件的MCM基板可組裝在外殼或密封外殼中75在MCM的制造過(guò)程中，要進(jìn)行多級(jí)檢驗(yàn)和電性能測(cè)試以保證MCM的質(zhì)量和可靠性。主要有三個(gè)方面的測(cè)試，即基板測(cè)試、元器件測(cè)試和成品組件測(cè)試。

基板測(cè)試是在制造過(guò)程中和組裝元器件之前進(jìn)行的；元器件測(cè)試在組裝到基板上之前進(jìn)行；組件測(cè)試與故障診斷是在組裝后并返修完有缺陷的元器件之后，最后封裝之前進(jìn)行。檢測(cè)在MCM的制造過(guò)程中，要進(jìn)行多級(jí)檢驗(yàn)和電性能測(cè)試以保761.基板測(cè)試

MCM基板包含有全部元器件連接的導(dǎo)體布線及互連通孔，測(cè)試的目的是驗(yàn)證基板布線及通孔的互連和導(dǎo)通，監(jiān)控制造過(guò)程中的質(zhì)量。

測(cè)試主要針對(duì)基板表面焊區(qū)上相連的電氣網(wǎng)絡(luò)，原因是這些焊區(qū)起著電信號(hào)出入基板的連接作用；其中，一些焊區(qū)與組裝在基板上的芯片相連，另一些焊區(qū)與組件外的分立元器件相連。把一個(gè)或多個(gè)探針與基板上的焊區(qū)相接觸，就可進(jìn)行電氣網(wǎng)絡(luò)測(cè)試；測(cè)試內(nèi)容還包括阻抗、信號(hào)傳輸延遲、串?dāng)_和高壓泄漏的測(cè)量。1.基板測(cè)試77多芯片組件最全課件782.元器件的測(cè)試

MCM使用的芯片質(zhì)量是生產(chǎn)高成品率MCM的關(guān)鍵因素。所以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)芯片的工藝必須符合已制定的工藝流程，否則加工成本很高。芯片應(yīng)放在自動(dòng)處理裝置進(jìn)行老化和終測(cè)。

測(cè)試裸芯片的夾具分為三類：小型固定載體，臨時(shí)封裝或載體，裸芯片插座。TAB就是一種小型固定載體，是裸芯片測(cè)試較成熟的方法之一。2.元器件的測(cè)試793.組件的功能檢查與故障診斷3.組件的功能檢查與故障診斷80的返修技術(shù)

返修是MCM制造過(guò)程中必須重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管人企望任何MCM組件不需要返修，但當(dāng)前要徹底取消它是不合理的。隨著工藝水平、工藝質(zhì)量、大規(guī)模制造能力和自動(dòng)化和度的提高，返修可以逐步取消?？p焊+檢漏外觀目檢溫度（至少10次，-65~150攝氏度）電測(cè)試（可選）老化（125攝氏度，至少160小時(shí)）氣密性檢驗(yàn)最后電測(cè)試外觀目檢MCM帥選試驗(yàn)流程的返修技術(shù)返修是MCM制造過(guò)程中必須重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管81返修的幾種常用方法：1.WB器件的返修2.粘接芯片和基板的返修方法3.倒裝芯片的返修方法4.TAB連接芯片的返修方法5.導(dǎo)帶的返修方法返修的幾種常用方法：828.4三維多芯片組件及其應(yīng)用

概述

三維多芯片組件（簡(jiǎn)稱3D-MCM）是在二維多芯片組件（即2D-MCM，通常指的MCM均系二維）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高級(jí)多芯片組件技術(shù)。二者的區(qū)別在于：3D-MCM是通過(guò)采用三維（x,y,z方向）結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行立體結(jié)構(gòu)的三維集成技術(shù)；2D-MCM則是在二維(x,y方向)對(duì)IC芯片集成，即采用二維結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行高密度組裝，是IC芯片的二維集成技術(shù)。

三維多芯片組件技術(shù)是現(xiàn)代微組裝技術(shù)發(fā)展的重要方向，是微電子技術(shù)領(lǐng)域跨世紀(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)及通信等軍事和民用領(lǐng)域?qū)μ岣呓M裝密度、減輕重量、減小體積、高性能和高可靠性等方面的迫切需求，加之3D-MCM在滿足上述要求方面具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)新技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外得到迅速發(fā)展。

8.4三維多芯片組件及其應(yīng)用概述83⑴電子系統(tǒng)（整機(jī)）對(duì)