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多芯片模�
閱讀�8792時間�2011-06-03 13:54:47

  多芯片模塊(MCM)就是將多塊末封裝�集成電路芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成一個完整的部件。隨著多芯片模塊的興�,使封裝的概念發(fā)生了本質(zhì)的變化,�80年代以前,所有的封裝都是面向器件�,而多芯片模塊可以說是面向部件的或者說是面向系�(tǒng)或整機的。多芯片模塊技術集先進印刷線路板技�、先進混合集成電路技術、先進表面安裝技��半導�集成電路技術于一�,是典型的垂直集成技�,對半導體器件來�,它是典型的柔性封裝技術,是一種電路的集成。多芯片模塊的出�(xiàn)使電子系�(tǒng)實現(xiàn)小型�、模塊化、低功�、高可靠性提供了更有效的技術保障�

種類

  目前普遍認為有如下一些種類:

  MCM-L h4CM-L(Multi Chip Module-Laminate)是采用多層印刷電路板制成的多芯片模塊�

  MCM-l的制造工藝較為成熟,生產(chǎn)成本較低,因芯片的安裝方式和基板的結(jié)�(gòu)有限,高密度布線困難,因�,電性能較差,主要用�30MHz以下的產(chǎn)�,線寬在70-200μm,通孔直徑�300-500μm�

  MCM-C MCM-C (Multi chip Module-Ceramic)是采用厚膜技術和高密度多層布線技術在陶瓷基板上制成的MCM�

  MCM-C無論�(jié)�(gòu)或制造工藝都與先進HIC極為相似,主要用�30-50MHz的高可靠�(chǎn)�,線寬在100-300μm,通孔直徑�10-300μm�

  MCM-D MCM-D(Multi Chip Module-Deposited Thin Film)是采用薄膜技術將金屬材料淀積到陶瓷或硅、鋁基板�,光刻出信號�、電源線地線、并依次做成多層基板(多達幾十�)。主要用�500MHz以上的高性能�(chǎn)品中,線寬和間距可做�10-25mm μm,孔徑在1050μm,因�,具有組裝密度高,信號通道短,寄生效應�,噪聲低等優(yōu)點,可明顯地改善系統(tǒng)的高頻性能�

  MCM-D按照所使用的基板材料又分為MCM-D/C(陶瓷基板薄膜多層布線的MCM),MCM-D/M(金屬基板薄膜多層布線的多芯片模塊),MCM-D/Si(硅基板薄膜多層布線的多芯片模�)�

主要特點

  1、多芯片模塊是將多塊未封裝的IC芯片高密度地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)省了原料,減少了制造工�,極大地縮小了體�,與單芯片封裝相比重量減�10倍,體積減小�80-90��

  2、多芯片模塊是高密度組裝�(chǎn)�,其互連線長度極大縮短,與封裝好的SMD相比,減小了外引線寄生效應對電路高頻,高速性能的影�,芯片間的延遲減小了75��

  3、多芯片模塊能將�(shù)字電�,模擬電�,功能器�,光電器件等合理地制作在同一部件�(nèi),構(gòu)成多功能高性能子系�(tǒng)或系�(tǒng)�

  4、多芯片模塊技術多選用陶瓷材料作為紐裝基板,因�,與SMT用PCB基板相比,熱匹配性能和耐冷熱沖擊力要強得多,團而使�(chǎn)品的可靠性獲得了極大的提��

主要工藝技�

  1.組裝基板的制造技�

  電路基板的表面布有底,包括互連信號電路,電源及接地電路的金屬線條,以及各種形式的垂直互連基�,同時也起著支撐所有芯片的作用。所有基板都是低介電常數(shù)的電介質(zhì),它們可以是有機的聚合物或無機的陶瓷�

  在MCM- L基板材料主要有環(huán)氧玻璃薄膜層,聚酰亞胺和氰酸鹽脂?;逯谱鞑捎靡话愕腜CB工藝,不同之處就在于MCM-L需要刻蝕寬度為7511m以下的導體線�,采用激光鉆孔或剝離技術鉆出直徑為150μm的通孔,薄層的厚度控制�1500μm以內(nèi)�

  在MCM-C�,采用南溫共燒結(jié)陶瓷工藝,生片帶是由氧化鉛粉�,少量玻璃及各種有機成分組成,導體采用耐容金屬MOMnMo W�,用�(wǎng)印工藝在生片上印制導體圖形,隨后進行加溫、加�、疊片、對�、層壓形成生片組�,放�1600℃左右的溫度下燒�(jié)。也可用低溫共燒�(jié)陶瓷工藝,介�(zhì)帶的燒結(jié)溫度降至8500C左右,這樣就訂使用低熔點Pd、Ag、Cu等金屬材�,目前普遍采用陶瓷玻璃和�(jié)晶陶瓷介�(zhì)材料�

  在MCM-D�,采用IC工藝制作高密度薄膜互�,基板材料主要有氧化�,氧化玻,玻璃,石英、藍寶石�,制作工藝與IC工藝兼容性好,如用濺�,蒸�(fā)、濕法或干法刻蝕米來獲得精細的互�,其通孔�10-20μm�

  盡管,多年以�,一直廣泛使用的一些微電路的基板起到了機械支撐和電絕緣的作用,但現(xiàn)在在多芯片模�、高密度互連基板和三維封裝中,對基板的電學和熱學性能的要求變得越來越高了。在高密度封裝中,緊密排列的超大�(guī)模集成電�(VLSIC)芯片使單。位面積�(chǎn)生的熱量更多,如果不將熱量從IC上散去,系統(tǒng)的可靠性就會下�。有些IC的功率耗散超過30W/cm2,因�,去除熱�,保持適合的工作溫度是保證芯片和電路長期可靠的關�。此�,現(xiàn)在在高速電路中,基板在控制和匹配IC阻抗方面起著積極的作用�

  2.通孔技�

  多層布線基板制造技術的核心是高密度互連技�,而密度互連的關鍵是通孔的制�,各個導體層之間的信號傳輸線通孔和散熱孔的形成是MCM技術的基本特征之一。布線結(jié)�(gòu)不同,互連通孔的形成便不盡相同,如疊加式、階梯式、螺旋式、交錯式、埋入式、偏移式、一端封閉式��

  通孔制造技術的關鍵因素是:

  ★通孔的縱橫比�

  ★通孔壁的剖面形狀�

  � 制造上具的柔性�

  目前,常用的通孔制造技術主要有以下幾種�

  ★濕法腐�(RIE)

  ★反應離子腐�(RIE)�

  ★激光打�

  3.芯片與基板粘接

  在多芯片模塊�,粘接芯片和基板的材料及組裝工藝與混合電路中使用的大致上差不�。和混合電路一�,在90%以上的多芯片模塊中使用低成�、易于返修的�(huán)氧樹脂。焊料或共晶粘接法主要用于大功率電路或者必須達到宇航級要求的電�。表2比較了環(huán)氧樹脂和合金材料粘接的優(yōu)缺點�

  ⒋微焊接互連技�

  將若干個IC裸芯片裝在—個單體中叫做多芯片封�(MCP),這是第五代封裝技術的核心,IC裸芯片的焊接(鍵合)包括芯片與芯片、芯片與基板上的焊盤或引腳的焊接(也叫互�),是MCM技術的第二突出的特�,軍用MCM中IC裸芯片的�(shù)量愈來愈�,其焊接技術對布線長度、封裝效率、產(chǎn)品性能及可靠性均有很大的影響�

  5.封�

  封裝有兩種基本的方法,用有機或無機材料進行氣密封裝或不密封的封�。封裝的類型和等級應該由模塊的可靠性要求以及對該模塊壽命的期望值決定�

  a.氣密封�

  在氣密封裝中,首先將電路裝入金屆或陶瓷的空腔�(nèi),然后用縫焊、激光焊或低溫焊接的方法將一個金屬的蓋子焊接在空腔上。也可以將陶瓷的蓋子用低熔點的玻璃密封在陶瓷的空腔上??墒褂觅|(zhì)譜分析儀檢測微量的氦漏泄�,以確定封裝的氣密件��

  金屬封裝從IC和混合電路到多芯片模�,金屬和陶瓷封裝都被廣泛應用至今。用含有玻璃金屬成分密封的饋�,如何伐封裝被廣泛地用于密封I�0�(shù)量較少的混合屯路。如果電路中的IC芯片密度較高,血積較�,則I�0�(shù)量就道多(有的超過500�),節(jié)距也更精�(4�6il)。在這種情況下,倫統(tǒng)的柯伐金屬封裝就不能保證模塊在這樣的I�0密度卜具有良好的可靠�。只有含有引腳的共燒陶瓷才可以滿足MCB對氣密�、結(jié)�(gòu)完整性和I�0密度的要��

  b.非氣密性的封裝:板上芯片封�(COB)

�(fā)展趨�

  a.利川心磁耦合進行互連的微波多芯片模塊正下利用毫米波頻率的波長及CaAs芯片和Al2O3襯底的微小尺寸,用l�4λ傳輸�(幾個毫�)的電磁場耦合來取代焊�。這就為微波封裝和互連提出一種新概念�

  b.用異質(zhì)微波集成電路工藝制作低損耗微波心路異�(zhì)片微波集成電路是一項低成本可批量生�(chǎn)的表面安裝微波電路技�。更確切地說,它是以Si和玻璃兩種材料組合為一體做基板來制作射�、微波等電路的一種方�。出于Si具有很高的熱導率,它能有效地散發(fā)掉器件和IC�(chǎn)生的�,所以異�(zhì)片微波集成電路能達到很高的功率。玻璃具有很好的絕緣性能,其損耗小、介電常�(shù)�,可批量制造螺旋心�、叉指電容及各種電阻�

  c.朝著非�(shù)字電路擴展的埋置芯片型多芯片模塊

  美國GE和Texas Instrumcnt的埋芯片型多芯片模塊是為空間應用的高性能�(shù)寧電路而研制的高密度互連工�。它是把未封裝的芯片鑲嵌在基板的腔體中,其上再進行多層聚酰亞胺/銅薄膜布線。它省略了常�(guī)的引線鍵�、TAB焊料凸點,也無需芯片粘結(jié),而且聚酰亞胺/互連結(jié)�(gòu)具有很好的電性能,所以埋置型多芯片模塊可達到極高的速度,而且還具有很大的電流承載能力,并具有高可靠和高熱耗散能力。埋置芯片多芯片模塊固有的高能特性在非數(shù)字電子學領域得到廣泛的應用,如模擬/�(shù)字混合電�、功率變換和�(diào)節(jié)電路、微波T/R模塊和光電模塊。該工藝能把高頻器件與其它元件屏蔽開,并完全避免了I�0焊點有關的不連續(xù)�,所以它能令人滿意地用于混合電路,如128x128�400MHz GaAs交叉開關�500W效率�85%的DC/DC變換器:14bit音頻/數(shù)字調(diào)制解�(diào)電路�54�12bit儀器用A/D變換器模塊�

  d.衛(wèi)星微波通信系統(tǒng)的玻璃瓷多芯片模�

  微波到毫米波頻率范圍的電路上要用于國防和公用通信,其價格昂貴,體格龐�。最近研制了一種用于微波頻率的新型高密度多層玻璃瓷基板,它能大大減小衛(wèi)星通信系統(tǒng)用T/R模塊的尺�,并能同時女裝VCD、混頻器、濾波器和功率放大器。采用這種技術制作的新型微波模塊,其體積只有目前模塊尺寸�5-10%。山于微波電路屆于模擬電�,其波長較短很容易受到電路尺寸粉度,又電路中用了電子遷移率的GaAs芯片,所以欲實現(xiàn)微波電路的大�(guī)模集成尚有許多出難,即使采用MMIC也很難實�(xiàn)Li51。到目前為止還沒有有效的方法把數(shù)寧LSI引入到微波頻率范�。采用玻璃瓷做襯底的新型封裝�(jié)�(gòu)能有效地解決微波到毫米波頻率存在的問�。此�,該基板的本身具有很高的屏蔽特�,這就能在短期�(nèi)設計和生�(chǎn)出任何一種微波頻率的電路�

  多芯片模塊的問世為電路設計者實�(xiàn)更高密度、更高頻率提供了良好方法。最初的多芯片模塊主要用于航天及計算機領�(約占70�),現(xiàn)在正朝著標準�、商品化方面�(fā)��

 

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