本文要點(diǎn)

MCM 封裝將多個芯片集成在同一基板上，在提高能效與可靠性的同時，還可簡化設(shè)計并降低成本。

MCM 封裝領(lǐng)域的最新進(jìn)展包括有機(jī)基板、重分布層扇出、硅中介層和混合鍵合。

這些技術(shù)能夠提升 MCM 設(shè)計的信號完整性、性能和功率分配效率。

多芯片組件（Multi-chip module，即 MCM）封裝作為電子組裝和芯片封裝領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，將多個集成電路（IC）、半導(dǎo)體裸片和分立元件集成在同一基板上，結(jié)構(gòu)緊密且性能卓越，堪比大型集成電路。在本文中，我們將探討 MCM 封裝的最新趨勢、關(guān)鍵技術(shù)及其在功效、可靠性、簡化設(shè)計和成本效益方面的優(yōu)勢。

什么是 MCM 封裝

MCM 是一種將多個集成電路或“芯片”、半導(dǎo)體裸片和/或其他分立元件集成在同一基板上的電子封裝技術(shù)，通常具有多個導(dǎo)體端子或“引腳”，可作為大型集成電路使用。MCM 封裝常被稱為“異構(gòu)集成”或“混合集成電路”。

MCM 封裝的覆蓋范圍較廣，從在小型印刷電路板（PCB）上使用預(yù)封裝集成電路來模仿現(xiàn)有芯片封裝的 footprint，到在高密互連（HDI）基板上集成大量裸片的完全定制芯片封裝。

MCM 封裝新趨勢

在 MCM 中用于連接集成電路的互連基板被稱為中介層，采用含碳或硅的層壓電路板等有機(jī)材料，如下方討論的高帶寬記憶器（high-bandwidth memory，即 HBM）。不同材料各有優(yōu)劣。相較于獨(dú)立集成電路，采用中介層連接多個集成電路可降低信號傳輸功耗、增加傳輸通道數(shù)量，并最大限度地減少電阻/電容引起的延遲（RC 延遲）。然而，其芯粒間通信的功耗和延遲仍高于單塊集成電路。

目前值得關(guān)注的四大 MCM 封裝技術(shù)包括：

1

有機(jī)基板

這種 2D 標(biāo)準(zhǔn)封裝成本較低，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)，尤其適用于 IO 密度不高、裸片間互連較少的場景。不使用脆弱易損的微凸塊，良率較高。在該結(jié)構(gòu)下，各裸片直接連接基板，MCM 通常通過 BGA 連接至更大的電路板上。

2

重分布層（RDL）扇出

作為較新的 2.5D 高級 MCM RDL 扇出封裝形式，其密度與硅中介層相當(dāng)，但成本和復(fù)雜度更低。支持單裸片或多裸片組裝，有助于提升性能和 IO 能力，適用于物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)和計算領(lǐng)域。

3

硅中介層

在這種 2.5D 封裝中，硅基中介層連接兩個裸片。使用微凸塊垂直互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)堆疊裸片的密集連接。由于這類封裝的組裝十分復(fù)雜，加上微凸塊脆弱易損，因此存在較多的良率問題。為此，封裝供應(yīng)商提供質(zhì)量保障措施和測試及修復(fù)機(jī)制，有效解決了這個問題。

4

混合鍵合

這種 3D 堆疊封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最高的密度和能效。提供用于連接的硅過孔（TSV），將兩個晶圓鍵合在一起?；旌湘I合可最大限度地減少驅(qū)動通道時的功耗，并可根據(jù)需要降低每個 IO 的功耗。不過，與中介層相比，該技術(shù)對復(fù)雜性和成本提出了更高的要求。混合鍵合又稱為芯片堆疊封裝。就某些集成電路而言，特別是存儲器，在系統(tǒng)中多次使用時，其引腳排列極為相似或相同。經(jīng)過精心設(shè)計的基板可將這些裸片以垂直方式堆疊，從而顯著縮小 MCM 的 footprint（盡管代價是芯片變厚或變高）。

值得一提的是，在第四類 MCM 封裝中，裸片間互連的復(fù)雜度關(guān)系到封裝內(nèi)兩個或多個裸片之間的通信。因此，需針對每種封裝的特點(diǎn)，優(yōu)化裸片間通信接口。例如，當(dāng)中介層并不支持通道間高速通信，可以采用高速裸片到裸片接口 IP。

單個 MCM 可能采用多種不同的技術(shù)

MCM 的優(yōu)勢

MCM 具有以下優(yōu)勢：

1

低功耗

與采用獨(dú)立電子元件的系統(tǒng)相比，MCM 的功耗更低。因?yàn)樗斜匾骷稍谕唤M件上，互連長度大幅縮短，從而降低功耗需求。

2

高可靠性

MCM 封裝將多個芯片集成在單個 PCB 電路板上，器件之間的互連較少，組件的故障點(diǎn)也隨之減少，從而提升了可靠性。

3

結(jié)構(gòu)簡化

采用 MCM 的 PCB 電路板能夠集成多種功能，有助于構(gòu)建柔性電子設(shè)備，滿足各種應(yīng)用需求。此外，簡化的設(shè)計也有助于加速產(chǎn)品生產(chǎn)，縮短上市周期。

4

低成本

得益于 MCM 的上述優(yōu)勢（低功耗、高可靠性和結(jié)構(gòu)簡化），生產(chǎn)成本也隨之降低。綜上所述，MCM 為電子組裝提供了一種極具成本效益的解決方案。

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