為了適應目前電路組裝高密度要求，微電子封裝技術的發展日新月異，各種新技術、新工藝層出不窮。最新出現的CSP（芯片尺寸封裝）使裸芯片尺寸與封裝尺寸基本相近，這樣在相同封裝尺寸時有更多的I/O數，使電路組裝密度大幅度提高。但是人們在應用中也發現，無論采用何種封裝技術后的裸芯片，在封裝后裸芯片的性能總是比未封裝的要差一些。于是人們對傳統的混合集成電路（HIC）進行徹底的改變，提出了多芯片組件（Multi Chip Module，即MCM）這種先進的封裝模式。

MCM是90年代以來發展較快的一種先進混合集成電路，它把幾塊IC芯片或CSP組裝在一塊電路板上，構成功能電路板，就是多芯片組件，它是電路組件功能實現系統級的基礎，圖1展示了采用MCM封裝技術的IBM Power 5處理器，可以清楚地看到它由八塊芯片構成。隨著MCM的興起，使封裝的概念發生了本質的變化，在80年代以前，所有的封裝是面向器件的，而MCM可以說是面向部件的或者說是面向系統或整機。MCM技術集先進印刷電路板技術、先進混合集成電路技術、先進表面安裝技術、半導體集成電路技術于一體，是典型的垂直集成技術，對半導體器件來說，它是典型的柔性封裝技術，是一種電路的集成。MCM的出現使電子系統實現小型化、模塊化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技術保障，是微電子學領域的一項重大變革技術，對現代化的計算機、自動化、通訊業等領域將產生重大影響。

MCM的基本類型

根據互連和封裝電子學會（IPC）標準，現在所用的MCM分為三類：MCM-C、MCM-D和MCM-L，分類按基材種類劃分。MCM-C（Multi Chip Module-Ceramic）采用陶瓷燒制基材，導體是一層層燒制金屬制成的，層間的通孔互連與導體一塊生成。電阻可以在外層進行燒制，最后用激光修整到精確值。所有導體和電阻都印刷到基板上，加工方法頗為復雜；MCM-D（Multi Chip Module-Deposited Thin Film）采用沉積硅基片，制造過程類似于集成電路。基片是由硅和寬度在1 m~1mm之間的導體構成，通孔則是由各種金屬通過真空沉積而形成；MCM-L（Multi Chip Module-Laminate）采用層壓有機基材，制造采用普通印制板的加工方法。應用印刷和蝕刻法制成銅導線，鉆出盲孔、埋孔和通孔并鍍銅，內層的互連由EDA（電子設計自動化）軟件設計來定。MCM-L由于采用普通的印制電路板的加工方法，具有低成本、工期短、投放市場時間短的絕對優勢。

MCM的基本特點

MCM是在高密度多層互連基板上，采用微焊接、封裝工藝將構成電子電路的各種微型元器件（IC裸芯片及片式元器件）組裝起來，形成高密度、高性能、高可靠性的微電子產品（包括組件、部件、子系統、系統）。它是適應現代電子系統短、小、輕、薄和高速、高性能、高可靠性、低成本的發展方向而在多層印制板（PCB）和表面安裝技術（SMT）的基礎上發展起來的新一代微電子封裝與組裝技術，是實現系統集成的有力手段。典型的MCM應至少具有以下特點：

MCM是將多塊未封裝的IC芯片高密度安裝在同一塊基板上構成的部件，省去了IC的封裝材料和工藝，節約了原材料，減少了制造工藝，縮小整機/組件封裝尺寸和重量。

MCM是高密度組裝產品，其互連線長度極大縮短，與封裝好的SMD相比，減少了外引線寄生效應對電路高頻，高速性能的影響，芯片間的延遲減少了75%。

MCM的多層布線基板導體層數應不小于4層，能把數字電路，模擬電路，功能器件，光電器件等合理地制作在同一部件內，構成多功能高性能子系統或系統，使線路之間的串擾噪聲減少，阻抗易控，電路性能提高。

MCM技術多選用陶瓷材料作為組裝基板，因此，與SMT用PCB基板相比，熱匹配性能和耐冷熱沖擊力要強的多，因而使產品的可靠性獲得了極大的提高。

MCM集中了先進的半導體IC的精細加工技術，厚、薄膜混合集成材料與工藝技術，厚膜、陶瓷與PCB的多層基板技術以及MCM電路的模擬、仿真、優化設計、散熱和可靠性設計、芯片的高密度互連與封裝等一系列技術。因此，有人稱其為混合形式的全片集成WSI（Wafer-scale Integration）技術。

CSP的出現促進MCM的發展

對MCM的制作成品率影響最大的莫過于IC芯片。因為MCM高成品率要求各類IC芯片都是確實的芯片KGD（Known Good Die），而裸芯片無論是芯片制造商還是使用者都難以進行全面測試老化篩選，因而給組裝MCM帶來無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就會不合格并難以返修。例如，一個系統被設計成帶12個電路芯片的MCM，假設其優質品的概率全部是95%，那么該MCM合格的概率就等于0.95的12次冪，即合格率降為54%，這樣的結果導致大約兩個MCM就有一個需要返修、重做，生產成本增加。正是成本和成品率阻礙著MCM的應用和發展。而成本又與成品率息息相關，因此，如何提高MCM的成品率就成為進一步促進MCM工業化的關鍵問題之一。

CSP（Chip Scale Package，芯片尺寸封裝）的出現很好地解決了這一問題。CSP不僅具有封裝IC芯片的一切優點，如能拾起測試、老化等，CSP還具有裸芯片的一切優點，因為它的尺寸只有芯片大小。有的CSP，如PI介質層CSP，還可以實現大圓片的“封裝”，大圓片工藝完成后與普通芯片一樣劃片。可以說，各類CSP真正解決了單芯片IC的KGD問題。解決了組裝MCM的后顧之憂，大大提高MCM的成品率，其成本也會大為降低。

CSP的引腳間距按SMT的要求（如0.5~1.27mm）布置Pb/Sn焊接凸點，因此可以使用常規的SMT在厚、薄膜HIC多層基板上或PCB多層基板上對CSP進行貼裝并再流焊，使MCM的工業化成為可能，也使SMT提高到一個新的水平。

當一個大而復雜的系統規定了MCM所占的封裝面積時，往往一層MCM難以實現，可以設計成立體化的疊裝MCM，既減小了所占面積，又充分利用了空間。由于CSP解決了KGD問題，所以疊裝MCM的成品率才有保證。

CSP的出現，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，性能優的特點，這就為MCM的迅速發展應用解決了后顧之憂，因為組裝MCM的所有芯片都經過老化篩選、測試，使芯片成為真正的KGD。另外，由于CSP的“外引線”凸點均是Pb/Sn焊料，使用SMT進行貼裝焊接十分方便，MCM的工業化規模生產才能得以實現。

MCM與HIC的異同

MCM是將多塊未封裝的IC芯片高密度地安裝在同一高密度多層布線基板上構成的部件。一般而言，MCM與HIC并無本質差別，它基本上是混合集成技術的延伸產品，無論HIC還是MCM，所有基板的面積都是一定的，其結構是組件化產品。然而，MCM并不就是HIC，MCM與HIC存在著一定的區別，其區別主要在于：HIC在各種基板上安裝的主要是無源元件，半導體器件所占的比例非常小，作為HIC用的半導體期間可以是裸芯片也可以是經過封裝后的器件，在通常情況下，制成部件的電路較為簡單。而MCM在各種高密度多層基板上安裝的主體是半導體器件，確切地是未封裝半導體器件芯片，制成部件的電路一般都較為復雜，由此可知，MCM技術是混合集成技術的延伸，是HIC技術與WSI技術的綜合，也是PCB技術與IC裸芯片封裝技術的結合，是混合集成技術的高級產品。

MCM的應用

MCM的應用范圍很廣，包括了從價格低廉的“低檔”消費電子產品用于軍事、航天和醫療等領域的高性能的“高檔”電子產品。表1列出了全球各種MCM產品制造的情況。

MCM的發展趨勢

通常所說的多芯片組件都是指二維的（2D-MCM），它的所有元器件都布置在一個平面上，不過它的基板內互連線的布置是三維。隨著微電子技術的進一步發展，芯片的集成度大幅度提高，對封裝的要求也更加嚴格，2D-MCM的缺點也逐漸暴露出來。目前，2D-MCM組裝效率最高可達85%，已接近二維組裝所能達到的最大理論極限，這已成為混合集成電路持續發展的障礙。為了改變這種狀況，三維的多芯片組件（3D-MCM）就應運而生了，其最高組裝密度可達200%。3D-MCM是指元器件除了在x-y平面上展開以外，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，信號傳輸速度增加等優點。

MCM在組裝密度、信號傳輸速度、電性能以及可靠性等方面獨具優勢，是目前能最大限度地提高集成度、提高高速單片IC性能，制作高速電子系統，實現整機小型化、多功能化、高可靠性、高性能的最有效途徑。MCM早在80年代初期就曾以多種形式存在，但由于成本昂貴，大都只用于軍事、航天及大型計算機上。隨著技術的進步及成本的降低，近年來，MCM在計算機、通信、雷達、數據處理、汽車行業、工業設備、儀器與醫療等電子系統產品上得到越來越廣泛的應用，成為最有發展前途的高級微組裝技術。例如利用MCM制成的微波和毫米波SOP（System-on-a -package），為集成不同材料系統的部件提供了一項新技術使得將數字專用集成電路、射頻集成電路和微機電器件封裝在一起成為可能。3D-MCM是為適應軍事宇航、衛星、計算機、通信的迫切需要而近年來在國外得到迅速發展的高新技術，是實現系統集成的重要技術途徑。目前3D-MCM已被應用到高性能大容量的存儲器組件和計算機系統，充分發揮了三維多芯片組件技術的優越性。

隨著微電子技術的發展，微電子封裝將向微型化、輕型化和薄型化方向發展。3-D封裝技術具有降低功耗、減輕重量、縮小體積、減弱噪聲、降低成本等優點。它將是未來微電子封裝的主要發展方向。電子系統（整機）向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本發展已成為目前的主要趨勢，從而對系統集成的要求也越來越迫切。實現系統集成的技術途徑主要有兩個：一是半導體單片集成技術，二是MCM技術。前者是通過晶片規模的集成技術（WSI），將高性能數字集成電路（含存儲器、微處理器、圖像和信號處理器等）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。后者是通過3D-MCM技術實現WSI的功能。

3D-MCM技術是現代微組裝技術發展的重要方向，是新世紀微電子技術領域的一項關鍵技術。由于宇航、衛星、計算機及通信等軍事和民用領域對提高組裝密度、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特優點，近年來正得到廣泛的應用。

結束語

由于MCM的先進性，促使整機在小型化、多功能化、高可靠、高性能發面有了很大進展，發展勢頭迅猛，目前已經成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中，今后將用于工作站、個人計算機、醫用電子設備和汽車電子設備等領域。1992年至1996年MCM以11.1%的年遞增率發展，今年產值有可能突破110億美元，21世紀初將進入全面實用化階段，迎來MCM全面推廣應用和電子設備革命的年代。

責任編輯：gt