胡燕妮

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢430000）

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MCM封裝技術(shù)新進展

胡燕妮

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢430000）

摘要：MCM封裝是多芯片組件，它可以將裸芯片在Z方向疊層，更加適合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的特點。介紹了MCM封裝技術(shù)的3種分類——MCM-L、MCM-C及MCM-D。其中MCM-L成本低且制作技術(shù)成熟，但熱傳導(dǎo)率及熱穩(wěn)定性低。MCM-C熱穩(wěn)定性好且單層基板價位低，但難以制成多層結(jié)構(gòu)。MCM-D為薄膜封裝技術(shù)的應(yīng)用，它也是目前電子封裝行業(yè)極力研究、開發(fā)的技術(shù)之一。最后討論了MCM封裝技術(shù)在多芯片組件等方面的最新進展。

關(guān)鍵詞：封裝；MCM-L；MCM-C；MCM-D

1　引言

近年來，隨著新技術(shù)的發(fā)展，尤其是封裝技術(shù)的迅猛發(fā)展，MCM集成電路尤其是低成本的消費類MCM集成電路已經(jīng)大批量進入市場。MCM可以將裸芯片在Z方向疊層，這樣就可以更加適合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的特點。

這就是MCM封裝產(chǎn)生的背景。

2 MCM封裝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 MCM封裝技術(shù)概述

MCM封裝即多芯片組件，如圖1所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，它使用多層連線基板，再以打線鍵合、載帶自動鍵合技術(shù)或控制塌陷芯片連接方法將多個IC芯片與基板連接，讓它們成為具有特定功能的組件。其主要優(yōu)點是電路連接密度及封裝效率更高；且與SMT相比，MCM封裝提升了可靠度，SMT封裝如圖3所示。其缺點是制造成本高，功率提升速度慢，且沒能根本解決KGD（Known Good Die已知之良好芯片）來源問題。

圖1　MCM封裝

圖2　MCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3　SMT封裝

MCM封裝技術(shù)可以分為3類：疊層型多芯片組件（MCM-L）；共燒陶瓷型多芯片組件（MCM-C），其中的LTCC技術(shù)是MCM封裝中最有發(fā)展前途的一種；淀積薄膜型多芯片組件（MCM-D）[1]。

2.2 MCM封裝工藝分析

MCM-L型中的L代表“Laminate”，意為層壓制品。此組件的多層互連基板以印制電路板疊合的辦法制成，其結(jié)構(gòu)尺寸在100 μm以上。MCM-L封裝的成本低并且是極為成熟的電路板制作技術(shù)，但是它有熱傳導(dǎo)率低和熱穩(wěn)定性低的缺點。其工藝技術(shù)多采用COB和TOB，基板種類為印制電路板，其優(yōu)點是價位低，設(shè)備與技術(shù)成熟；缺點是熱傳導(dǎo)性質(zhì)及熱穩(wěn)定性不佳且組裝困難。

MCM-C型中的C代表“Ceramics”，意為陶瓷制品，此組件的基板為絕緣層陶瓷材料，導(dǎo)體電路則以厚膜印刷技術(shù)制成，再以共燒的方法制成基板。其工藝技術(shù)有兩種，金屬夾層技術(shù)和薄膜技術(shù)。采用金屬夾層技術(shù)的基板一般為鋁。采用薄膜技術(shù)的基板一般為硅芯片陶瓷金屬或者陶瓷，優(yōu)點是互連密度高、電路層數(shù)低、電性能優(yōu)越及介電系數(shù)低；缺點是工藝繁瑣，設(shè)備成本高且成品率低。

MCM-D型中的D代表“Deposition”，意為沉積物，它是以淀積薄膜的方法將導(dǎo)體與絕緣層材料交替疊成多層連線基板，該封裝可視為薄膜封裝技術(shù)的應(yīng)用，它也是目前電子封裝行業(yè)大力研究、開發(fā)的技術(shù)。其工藝技術(shù)有4類：厚膜混合技術(shù)、薄膜混合技術(shù)、高溫共燒技術(shù)以及低溫共燒技術(shù)。這4類技術(shù)的共同優(yōu)點是互連密度高。其中，厚膜混合技術(shù)及薄膜混合技術(shù)都有成本較高的缺點，另外兩類高溫共燒技術(shù)和低溫共燒技術(shù)都有基板收縮困難的缺點。

2.3 MCM封裝應(yīng)用

20世紀80年代初期，美國及日本在MCM封裝領(lǐng)域做了大量研究工作，他們開發(fā)出了適用于大規(guī)模集成電路及超大規(guī)模集成電路芯片組裝要求的LTCC基板（如圖4所示），并在通信、航空航天、計算機及軍事領(lǐng)域大量投入應(yīng)用。例如美國海軍水面作戰(zhàn)中心研制的水下數(shù)字處理裝置、西屋公司制造的有源相控陣雷達的T/R組件及TRW公司研制的模-數(shù)信號轉(zhuǎn)換器等都采用了LTCC基板[2]。除此以外，LTCC集成器件與模塊在其他領(lǐng)域也有著極為廣泛的應(yīng)用，例如手機、藍牙、全球定位系統(tǒng)及無線局域網(wǎng)等通信產(chǎn)品以及數(shù)碼相機、個人數(shù)字助理、汽車電子等。手機中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、收發(fā)開關(guān)、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器、耦合器、功分器、壓控振蕩器、共模扼流圈及變壓器等等[3]。常見的LTCC電子元器件如圖5所示。

圖4　LTCC基板

圖5　LTCC電子元器件

3 MCM封裝新發(fā)展

唐萬軍等人設(shè)計了一種基于MCM-D工藝的C波段微波組件，在小封裝內(nèi)集成了微波放大、濾波、變頻，中頻濾波、放大和真對數(shù)動態(tài)壓縮等電路單元，實現(xiàn)了高性能的微波信號處理集成[4]，其微波多芯片組件的樣品如圖6所示。王玉菡等人基于MCM-C工藝解決了多層基板制作及二維多芯片組件元器件的組裝與互連、疊層間隔離及垂直定位互連以及MCM封裝技術(shù)等關(guān)鍵工藝問題，制作出層間為金屬引線互連結(jié)構(gòu)的三維多芯片組件樣品[5]，如圖7所示。郭文斌等人研究了由于非均勻交變溫度場的存在和元件組成部分熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的MCM組件內(nèi)部的熱應(yīng)力及應(yīng)力集中問題，并且通過優(yōu)化設(shè)計提高了組件設(shè)計的可靠性[6]。何毅龍?zhí)岢隽艘环N新穎的多層組裝和雙面密封的立體電路結(jié)構(gòu)，該技術(shù)采用軟基片、FR-4等簡單成熟工藝，實現(xiàn)了Ka頻段M-MCM的混合集成[7]。利用MCM技術(shù)結(jié)合微帶混合集成電路還可以完成微波電路的設(shè)計，使其設(shè)計的復(fù)雜程度大大減小，并可以減小系統(tǒng)體積。采用MCM技術(shù)還可以設(shè)計出具有延時功能的微波接收組件，該組件可以降低成本，減小尺寸，還可以提高瞬時信號帶寬。多芯片組件技術(shù)還可以應(yīng)用到瓦片式T/R組件上，從而使其集成度更高，散熱性更好，可靠性也更高。在對抗雷達接收系統(tǒng)上，集成了多芯片微組裝技術(shù)后，更便于整機的集成，同時也可以提高前端組件的可靠性和穩(wěn)定性。

4　結(jié)束語

目前，很多使用厚膜混合技術(shù)的封裝產(chǎn)品逐漸被MCM封裝技術(shù)所取代，在小型計算機工作站、通信產(chǎn)品里都有MCM技術(shù)的應(yīng)用。MCM封裝幾乎已經(jīng)被視為電子封裝進入芯片整合型封裝技術(shù)之前的主流趨勢?？傊?，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代一直是微電子封裝技術(shù)的發(fā)展動力[8]，未來的技術(shù)發(fā)展還會保持這種趨勢。

圖6　微波多芯片組件樣品

圖7　金屬封裝MCM內(nèi)部組裝圖

參考文獻：

[1]徐銳敏.微波集成電路的發(fā)展趨勢[J].微波學(xué)報，2013 （10）: 55-60.

[2]王浩勤. LTCC多層互連基板工藝及優(yōu)化[J].電子科技大學(xué)學(xué)報，2008（6）: 50-53.

[3]何中偉. LTCC工藝技術(shù)的重點發(fā)展與應(yīng)用[J].集成電路通訊，2008（6）: 1-9.

[4]唐萬軍.一種基于MCM工藝的微波組件設(shè)計[J].微電子學(xué)，2013（10）: 667-670.

[5]王玉菡.基于MCM-C工藝的3D-MCM實用化技術(shù)研究[J].微電子學(xué)，2014（12）: 818-821.

[6]郭文斌.基于君正4770處理器主控模塊MCM組件的設(shè)計與分析[J].電子技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用，2013（8）:66-69.

[7]何毅龍.一種新穎的Ka頻段T/R組件立體混合集成封裝[J].電訊技術(shù)，2012（7）: 1160-1163.

[8]關(guān)曉丹.微電子封裝技術(shù)及發(fā)展趨勢綜述[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2013（2）: 34-37.

胡燕妮（1982—），女，湖北宜昌人，講師，華中師范大學(xué)電路與系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生，現(xiàn)在武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，研究方向為微電子技術(shù)。

The Research of MCM Packaging Technology

HU Yanni
（Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430000, China）

Abstract：MCM package is a multichip component，which can stack the bare chip in the Z direction, so it is more suitable for light, thin, short and small electronic products. The paper introduced three kinds of classification of MCM packaging: MCM-L,MCM-C and MCM-D. MCM-L has low cost and mature production technology, but its thermal conductivity and thermal stability are both low.MCM-C has good thermal stability and low cost, but it is hard to be made into a multilayer structure. MCM-D is the application for thin film packaging technology, it is also one of the technology of electronic packaging industry to study and develop. In the end, the latest development of MCM packaging technology in the multichip module and so on were analyzed.

Keywords:packaging; MCM-L; MCM-C; MCM-D

作者簡介：

收稿日期：2015-9-29

中圖分類號：TN305.94

文獻標識碼：A

文章編號：1681-1070（2016）03-0012-03