楊邦朝1  徐如清2 王正義3
1電子科技大學微電子與固體電子學院 成都 610054   2中電科技集團 北京 100000 
3中電科技集團第四十三研究所 230000 
摘要：本文主要分析、總結了國內外多芯片組件（MCM）技術發展現狀與存在問題，以及今后技術發展重點和主要應用方向。
Abstract：This article mainly summarizes the development of MCM (multi-chip model) technology at home and abroad, analyses problems in this technology and the key point in its future development, and describes its common applications.

一、前言

二十一世紀戰爭的主要特征在于信息化，信息化決定了對軍事電子裝備小型化、電子化、智能化的需求越來越高、越來越迫切，這必將持續推動微電子技術的不斷進步、發展和提高。
多芯片組件（MCM）是一項激動人心的微電子組裝與封裝技術，人們對其寄予了極大的期望。二十世紀九十年代，美國將其列為六大關鍵軍事技術之一。隨后，又將其確定為2010年前重點發展的十大軍民兩用高新技術之一。歐洲五國（英國、法國、瑞士、奧地利和芬蘭）曾制定了一個三年（1992—1994年）規劃，組織聯合開發研究MCM產品的開發、設計和生產。我國是從“八五”期間開始從事有關MCM技術的軍事預先研究，至今已經有十多年的研究歷史并取得長足進步。截止2003年，全球相繼有一百多家公司從事MCM產品的開發﹑設計和生產。
自MCM技術問世以來，二十多年的時間過去了，盡管這一技術已經獲得了顯著的發展和進步，但似乎并沒有成為人們所期望的微電子領域的主流技術。其原因何在呢？MCM技術的未來發展前景如何呢？我國MCM技術又將如何規劃和發展呢？本文作簡要分析，供讀者參考。

二、MCM定義與辨析

MCM是在混合集成電路技術基礎上發展起來的一項微電子技術，其與混合集成電路產品并沒有本質的區別，只不過MCM具有更高的性能、更多的功能和更小的體積，可以說MCM屬于高級混合集成電路產品。
根據IPAS的定義，MCM技術是將多個LSI/VLSI/ASIC裸芯片和其它元器件組裝在同一塊多層互連基板上，然后進行封裝，從而形成高密度和高可靠性的微電子組件。根據所用多層布線基板的類型不同，MCM可分為疊層多芯片組件（MCM -L）、陶瓷多芯片組件（MCM -C）、淀積多芯片組件（MCM -D）以及混合多芯片組件（MCM –C/D）等。
根據美軍標MIL-PRF-38534D混合微電路總規范的定義，MCM是一種混合微電路，其內部裝有兩個或兩個以上超過100000門的微電路。
就MCM的技術先進性而言，MCM可以集成VLSI/ASIC等大規模集成電路芯片，I/O引腳數多達100個以上，但在實際應用中，很多MCM產品并不一定包括VLSI/ASIC等大規模集成電路芯片，I/O引腳數也并不是很高。早期，MCM的應用焦點主要聚集在以大型計算機為代表的應用領域，強調的是其大規模集成的特點。隨著MCM技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，MCM的高集成度、高組裝效率和高靈活性等特點必將日益突顯出來。
以當前MCM的熱門產品藍牙模塊為例，藍牙模塊是一種短距離無線通訊產品，2005年全球市場需求量為5億只，制作藍牙模塊的技術途徑有兩種：單芯片集成和MCM集成。由于技術難度大、研發周期長和成本高，前者一直沒有成功，后者則成為目前最理想的解決方案，2003年市場投放量近2000萬只。藍牙MCM集成了1個RF芯片、1個基帶芯片和一些無源元件，引出端采取BGA形式，集成的芯片規模也不大，I/O引腳數也只有34個。
在國內，目前一些為數不太多的MCM應用產品所集成的芯片規模和I/O引腳數也都不是很大。
可以說，廣義的MCM定義更符合這一技術的發展現狀，尤其符合國內目前的發展狀況，同時也有利于拓展和延伸MCM技術的發展空間。                                                                                                                                       三、MCM的優勢與市場

MCM技術是實現電子整機小型化、多功能化、高性能和高可靠性的十分有效的技術途徑。與其它集成技術相比較，MCM技術具有以下技術特點：
由于采用高密度互連技術，其互連線較短，信號傳輸延時明顯縮短。與單芯片表面貼裝技術相比較，其傳輸速度提高4－6倍，可以滿足100MHz的速度要求。
采用多層布線基板和裸芯片，因此其組裝密度較高，產品體積小，重量輕。其組裝效率可達30%，重量可減少80－90%。
統計表明，電子產品的失效大約90%是由于封裝和電路互連所引起的，MCM集有源器件和無源元件于一體，避免了器件級的封裝，減少了組裝層次，從而有效地提高了可靠性。
MCM可以將數字電路、模擬電路、微波電路、功率電路以及光電器件等合理有效地集成在一起，形成半導體技術所無法實現的多功能部件或系統，從而實現產品的高性能和多功能化。
減小產品尺寸和重量，同時提高電性能和可靠性，這是MCM技術的價值之所在，也是MCM技術得以產生和發展的驅動力。在要求高性能、小型化和價格是次要因素的應用領域，尤其在軍事、航空航天應用領域，MCM技術具有十分穩固的優勢地位。
由于受半導體技術發展水平的限制，在我國芯片主要來源于國外，軍用高頻和大功率等芯片的來源一直是是一項非常棘手的問題，因此采用MCM二次集成技術具有十分重要的現實意義。毫無疑問，MCM在軍事微電子領域將具有非常廣泛的應用市場和發展前景。
據美國信息網絡公司預測，2000年到2005年世界MCM市場的平均年增長率是13.5%，從2000年的0.533億件到2005年的1.004億件。其中2001年全球軍事/航天MCM產品為96.7萬塊，2005年全球軍事/航天MCM產品將為41.5萬塊，增長率為-15.6%。未來MCM在全球軍事電子領域的市場將會出現衰退，但其原因并不在于其它技術的競爭，而在于全球軍備投資的減少。{{分頁}}

四、MCM的現狀與問題

從2000年到2005年，世界MCM市場的平均年增長率預計為13.5%，盡管MCM在性能﹑數量和產值方面一直保持著持續穩定的提升，然而與微電子產品的整體規模相比較，目前MCM產品所占的比重依然是相當低的。2001年，全球IC的產量約為755億塊，而MCM的產量僅為0.53億塊。在國內，MCM的應用狀況非常薄弱，產品所占有的市場份額更是微乎其微。
自MCM技術問世以來，人們對其寄予很大的期望，普遍認為未來將成為微電子技術的主流。然而隨著MCM應用領域的不斷拓展和深入，其內在和外在的一些負面因素便日益凸顯出來，從而限制了MCM的應用規模，也妨礙了MCM達到人們所期待的輝煌的境界，其制約因素主要有以下幾個方面：     
●由于沒有標準的設計規范和生產工藝，缺乏KGD，以及設備、材料和工藝成本比較昂貴，使 MCM的成本一直居高不下；此外，只要一個元器件失效，整個組件就得報廢。這也造成了商業應用難以接受的高成本。
●當今半導體技術發展迅速，ASIC的密度越來越高，功率越來越大，其提升速度遠遠超過了早期的預測，因此使得MCM失去了眾多的應用市場。
●MCM所組裝的LSI、VLSI和ASIC通常為裸芯片，確好裸芯片（KGD）來源問題一直沒有從根本上得到解決，這在很大的程度上妨礙著MCM的推廣應用。在我國裸芯片主要來源于國外，KGD以及高頻和大功率芯片的來源更是一項非常急待解決的問題，直接限制著設計人員方案的選擇。
●諸如芯片級封裝（CSP）、少量芯片封裝（FCP）﹑多芯片封裝（MCP）等新型微電子技術的出現，以其極具競爭力的性價比對MCM構成了競爭態勢，并對MCM的未來發展形成了威脅。
種種不利因素制約了MCM技術的發展規模，尤其是大規模商業化應用，使得其注定只能是現有微電子技術的一種補充，而無法成為一種更新換代的局面。盡管MCM技術很難成為微電子領域的主流技術，但其依然是一項充滿活力和希望的微電子技術，尤其在軍事電子領域其依然擁有充分的生存和發展空間。仍然受到世界各國的高度重視。

五、我國MCM的水平與差距

國際上從七十年代末開始研究和開發MCM技術，到2000年則進入全面應用階段。目前，在小型化、高性能和價格非主要考慮因素的應用領域，MCM技術已經獲得了十分成功的應用。在移動通訊、汽車電子、筆記本電腦、辦公和消費電子等領域，MCM技術也獲得了迅速的發展。
2001年，全球MCM產量為5545萬塊，其中軍事/航天占1.8%，計算機占16.8%，通訊占49.3%，消費類占28.3%，工業占3.8%。目前，全球MCM開發和研制廠家有一百多家，主要生產廠家有四十家左右，2000年產值達到200多億美元。
國外二維MCM技術的研究已日趨成熟，正走向全面應用的階段。隨著電子整機系統小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本的要求越來越高，國外又加強了三維MCM系統集成技術的研究，以此實現整機系統更高的組裝效率、更高的系統性能、更多的系統功能和I/O引腳、更低的功耗和成本。二維MCM的組裝效率最高達80～85%，三維MCM的組裝效率則可達200%以上。目前，國外三維MCM技術主要應用于航天、航空、軍事和大型計算機等領域，主要產品有存儲器、數字信號處理器、圖像處理與識別系統、人工神經網絡、大型并行計算機處理器以及二級緩存等。
我國是從“八五”期間開始從事MCM技術研究的，研究單位從最早的寥寥數家發展壯大到目前的幾十家，其中主要的研制單位有中電科技集團第四十三所、十三所、十四所、中國航天集團第七七一所、中國航天集團第七七二所、兵總二一四所、信息產業部電子五所、電子科技大學、西安電子科技大學以及北京飛宇公司等，其研究內容涉及了MCM的EDA技術、低溫共燒多層基板制造技術、高溫共燒多層基板制造技術、薄膜多層基板制造技術、混合多層基板制造技術、AlN多層基板制造技術、倒裝焊工藝技術、TAB工藝技術、MCM可靠性設計技術、三維MCM制造技術以及MCM實用化產品研制等。
經過十多年的研究和開發，我國在MCM設計、材料和工藝等技術領域取得了一系列的科研成果。目前，國內在MCM的研制生產中已開始采用EDA設計技術，厚膜多層基板的實用化工藝水平已達到：布線層數5層，線寬/間距150μm/200μm；薄膜多層基板實用化工藝水平已達到：布線層數4層，線寬/間距10μm/20μm，并可內埋電阻。低溫共燒多層陶瓷基板的實用化工藝水平已達到：布線層數20層，面積125