MCM封装

分类

　　MCM可分为三种基本类型：

　　MCM-L是采用片状多层基板的MCM。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FC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微米直到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到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。

优势

　　1、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上芯片面积占30-60％甚至更高。

　　2、技术集成

　　在MCM中，数字和模拟功能可以混合在一起；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、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。

　　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，汽，气体等的危害。

　　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、摄像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FCBGAMCM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。

　　因为MCM广泛的应用领域，对MCM来说，选择封装材料是非常重要的，由于使用环境的不同特别要注意选择不同的封装材料。

　　几十年以来，PDIP、SOP、QFP、这样的周边引线脚封装形式被普遍地用于单芯片封装。MCM的设计现在也常常采用与单芯片封装相同的封装形式，因为这样可减少PCB生产工具设备以及测试设备的更新，电子产品的最终使用者不知道封装中是多芯片还是单芯片。这样的MCM可使用所有不同的基板（片状基板、陶瓷基板、薄膜等），这一类的MCM如果使用口率有要求，现在已越来越多地使用短引线或无引线封装。

　　6、PCB板设计简化

　　高互连密度的子系统可以集成到一个MCM中，MCM对外的连线减少，从而减少PCB的层数。

　　7、提高圆片利用率

　　当芯片面积大于100平方毫米时圆片的利用率将降低。利用率降低将使芯片制造成本大幅提高，同样的功能如使用小芯片组成的MCM，圆片利用率的提高带来的节省远大于MCM的整个费用。

　　8、降低投资风险

　　因为MCM中采用了成熟／标准的芯片，因此可加速上市时间和量产时间（time-to-marketandtime-to-volume），投资风险降低。

优点

　　1、可大幅提高电路连线密度，增进封装的效率

　　2、可完成“轻、薄、短、小”的封装设计

　　3、封装的可靠度可获得提升

测试

　　一般来讲，MCM的测试费用约占MCM总成本的三分之一（芯片成本和组装成本也各占三分之一，但低成本的MCM可能例外）。高测试费用提醒设计者在做设计决策时必须仔细考虑测试问题。一种新设计的MCM所要进行的测试比一种成熟的MCM测试更为复杂。

　　MCM对测试工程师提出了新的独特问题，这些问题正是MCM测试遇到的挑战。MCM测试的复杂性大于单芯片集成电路，MCM测试不可能与以往集成电路采用相同的测试方法和测试设备。图6是MCM需要的测试流程。裸芯片需要用探针台测试，因此现在可以向封装厂提供良品单芯片（KGD）或高可靠芯片（例如封装良品率99.9以上）来提高在封装、老化和环境试验以后的成品率，这对大批量生产MCM尤其重要。

　　封装后MCM的测试一般包括对每一个独立芯片的测试，测试检查它在封装过程包括内部芯片互连中是否损坏。因此MCM封装后的测试是非常复杂的，对某些封装形式，例如栅阵列封装更是如此。

　　MCM的功能测试从数字矢量到环境测试，从高频到大功率，可能包含非常不同的测试类型。假如新设计一个MCM来代替已有的单芯片封装组件，要进行的功能测试是相同的。

市场

　　对于可供选择的MCM技术可以提供的好处是可降低成本，缩小尺寸和减小重量，环境适应能力强以及在提高性能时必须增加的接口少。不同的MCM的优点可应用于不同的市场。

　　在多数MCM技术成本较高的场合，COB提供了的解决方案。因此在价格优先的场合，COB技术是比较好的选择。例如对消费类电子产品，大多数手持式计算器就使用COB技术。但是有时许多场合虽然应用MCM成本高但由于减少了PCB尺寸，降低了PCB组装成本，使系统成本得到降低。

　　在宇航和军事应用中，减小寸和重量非常重要，因此MCM在航天飞行器中被普遍使用。现在，笔记本电脑制造商已开始使用MCM-L技术。

　　陶瓷混合电路封装技术在使用环境恶劣的场合被广泛使用，例如汽车电子，电动车电池，陶瓷封装被用于需与外部环境隔绝的场合。除了笔记本电脑以外，一些高性能电信，数据处理，网络设备等要求高速度，多接口的设备也在使用MCM技术。高挡计算机为提高运行速度多年来已经在使用 MCM-C。

　　一些低端系统因为性能不断提高，特别是多重处理器应用的增加，MCM将争夺电子封装市场相当大的份额。从MCM的发展趋势来看，短期内最多的商业应用还是便携式电子产品。另一方面，对一些高性能单芯片封装由于受到引出脚数量的限制也可能被改为MCM，在这样的系统中，由于二级封装时互连减少，可靠性得到提高。

　　尽管解决KGD问题需要费用并有困难，然而MCM还是有很大的市场推动力。低端产品的推动力是减少尺寸和降低成本，高端产品的推动力是缩小

　　尺寸和提高性能。

　　据估计，在2002年，欧洲MCM的市场得到了较大增长，市场约为40亿美元，这期间增长动力主要是缩小电子产品尺寸。到2007年欧洲MCM市场预计将扩大到100亿美元，增长动力主要是降低成本。

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