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1.MCM定义及其特性
（1）定义
多芯片组件MCM是在混合集成电路（HIC）基础上发展起来的一种高技术电子产品，它是通过将多个LSI/ⅤLSI/ASIC裸芯片和其他元器件，二维或三维地安装在同一块多层互连基板上，然后封装在同一外壳内，构成一个多芯件组件（MCM）。以形成高密度、高可靠的专用电子产品。它是一种典型的高级微电子组件，如图3.5所示。即MCM是将诸如CPU、存储器、光器件、传感器等不同的工艺和技术的芯片集成在一个封装内。把各种不同功能的芯片安装成一专用的系统，与没有通用性的少量制造的 SOC 相比，它成本低、实施简便。裸芯片是从半导体制造商手中直接购买并根据用户的需求进行制作的。
图3.5 MCM
（2）特性
● MCM在增加安装密度、缩短互连长度、减少信号延迟时间、减小体积、减轻重量、提高可靠性等方面，具有明显的优点。
● MCM 标志着电子安装技术向更高的高密度、高速度、高性能方向迈进了一大步，是高密度电子安装技术向实用化方向纵深发展的继续。
● MCM是目前能最大限度发挥高集成度、高速单片IC性能，制作高速电子系统，实现电子整机小型化、多功能、高可靠性、高性能最有效的技术途径，也是实现系统级封装（SiP）的基础。
2.MCM发展的牵动力及其典型应用
（1）发展的牵引力
● MCM 发展的主要动力是军工/航天事业的发展；而扩大 MCM 的应用范围，使之应用成规模化发展乃是计算机技术的蓬勃发展所促成的。釆用MCM的目的是为了最大限度地提高芯片性能，减少整机的体积和重量。
● MCM所涉及的产品包括军用飞机、雷达、移动通信、计算机、智能卡、汽车电子、医疗电子和家用电气等。
● 20世纪90年代初，随着LSI设计技术和工艺技术的进步，以及深亚微米技术和微细化芯片尺寸等技术的应用（即将多个LSI芯片安装在一个多层布线的外壳内），形成了MCM多芯片封装器件。
● 近年来，MCM技术通过少芯片封装（FCP）的形式获得了新生。今天的FCP一般只用2～4个裸片安装在球栅阵列封装基板上，出现了多芯片摸块（MCM）。
● 封装技术自CSP技术开发以来，平面上安装芯片尺寸变化不太大，板级安装技术已接近平面安装的极限。因此，近几年盛行在封装的积层和SiP封装体内进行芯片积层技术开发。
● 过去所说的MCM是指在一块基板上安装多个半导体芯片和元器件，近几年半导体制造商开始由供应安装了多个芯片的存储器转向供给安装有多个芯片的SiP。
（2）典型应用例
● 美国在星球大战计划中为军用航空机研制的并行处理计算机系统，由于釆用了尺寸为152 mm 2 、运算能力为1.25亿次/s的MCM作为处理组件，从而使整个处理系统的尺寸由原来的机框变成了一块插式，系统运算能力达5亿次/s，经扩展可达到80亿次/s。
● IBM公司的4300计算机釆用了尺寸为50 mm×50 mm的23层的高温共烧陶瓷多层基板，安装了9块LSI门阵列芯片，每个芯片的I/O数可达121～289个，所构成的MCM的电路安装密度比IBM3170计算机的印制电路板表面安装件提高了40倍。
● 美国国际先进技术研究计划局选定了两组承包商，建立两个数字多芯片组件（工作频率至少为100 MHz）生产基地。通过采用MCM，使数字系统的尺寸和重量分别减小到原来的1/10和1/100，可靠性提高10倍，系统成本降低到原来的1/2～1/10。通过上述的几个实用例，可以看到MCM的优越性和巨大的潜力。
1.分类
MCM按制造工艺的不同，大致可分成下述几类，如图3.6所示。
图3.6 按制造工艺的不同MCM的分类
（1）MCM-L
釆用PCB技术和加厚的有机叠层布线基板制成的MCM，其特点是成本低，工艺成熟，布线密度不高，常应用在封装效率和性能要求较低的场合，如消费类电子产品、个人计算机等方面。
（2）MCM-C
采用厚膜技术和陶瓷基板制造的MCM，其特点是布线层数多，布线密度高，较高的封装效率和优良的性能，故主要应用在高可靠性的产品中。
（3）MCM-D
采用薄膜技术和玻璃、陶瓷基板制造的MCM多芯片组件，其特点是布线线宽和间距更小，更高的布线密度、可靠性，更高的封装效率，更优良的传输特性，但成本高，主要应用在高安装密度、高性能产品之中。
（4）其他MCM产品
近些年来随着MCM技术的发展，为弥补各类MCM的缺陷，又出现了MCM-Si、MCM-D/L、MCM-D/C、MCM-D/Si等分支产品，它们的特性和用途如下所述。
① MCM-Si：系采用硅片作为基板制作的薄膜多层布线所构成的MCM，故称为Si型多芯片组件，是MCM-D中的一种特例。由于这种多芯片化组件可釆用大量与硅微电子相容的技术，因而具有其他类MCM所不具备的独特的优点，如布线可更细（可达5μm）、布线密度很高、与IC 芯片热匹配性极好等优点，是安装密度最高的一种多芯片组件，具有安装密度高、性能好、可靠性高等特点，但成本也高，故适用于要求高速、高性能的场合。
② MCM-D/C：它是MCM-C和MCM-D两种工艺的结合，因而兼有两种工艺的优点。通常，MCM-D/C用薄膜多层布线作为导线，用共烧陶瓷多层基板作为薄膜多层布线的承载体以及电源层、接地层和I/O引出端。
2.各类MCM的特性比较
MCM各类产品的特性能比较，如表3.1所示。
表3.1 各类MCM特性比较
1.概述
半导体IC技术的不断进步和发展，是在原有技术的基础上展开的。在HIC、MCM、SiP的技术发展过程中，MCM模块最早是从HIC开始的，经过MCM发展到目前的SiP。它们并非是相互独立的，而是在传承的基础上不断改进和创新而发展的。HIC、MCE、SiP三者的技术比较，如表3.2所示。
表3.2 HIC、MCE、SiP三者的技术比较
2.HIC与 MCM的关联性
MCM是在HIC的基础上发展起来的一种高科技电子产品，它是将多个未封装的裸IC芯片高密度地安装在同一高密度多层布线基板上构成的组件。无论HIC还是MCM，其结构都是组件化产品。然而，它们的主要区别在于：HIC在各种基板上安装的主要是无源元件，半导体器件所占的比例非常小，作为HIC用的半导体器件可以是裸芯片也可是封装后的器件，通常制成的组件的电路较为简单；而MCM在各种基板上安装的主要是半导体器件的芯片，制成组件的电路都较为复杂。由此可知，MCM是HIC技术的延伸，是PCB技术与IC裸芯片封装技术的结合，是高级HIC技术。
多芯片模块最早是从HIC开始的，经过MCM，到目前的SiP，它们并非相互独立的，而是在传承的基础上进行了改进和创新。MCM是高级超大规模HIC，与传统的HIC相比，其优势是：
① 由于采用高密度互连技术，互连线长度大大缩短，信号传输延时大大减少，与单芯片SMT工艺相比，传输速度可提高4～6倍，能满足100 MHz以上的速度要求，具有更良好的综合性能。
② 采用多层布线基板和裸芯片，因而具有更高安装密度，使电路尺寸减小，焊点数和I/O数减少，安装效率可达80%～90%，芯片面积与基板面积之比可在20%以上，重量可减轻80%～90%。
③ MCM集LSI、ⅤLSI、片式电祖、电容等元器件于一体，避开了元件和器件级的安装，具有更大的集成规模，简化了系统级的安装层次，大大地降低了最终整机的成本。MCM本身属高级混合大规模集成电路或高级混合甚大规模集成电路的范围。统计表明，电子整机的失效大约 90%是由封装和电路互连引起的，安装层次越少，产品的可靠性就越高，故釆用MCM非常有利于提高可靠性。
④ 就功能而言，MCM是一种具有部件、子系统甚至系统功能的高级混合集成组件，故从外形上看，MCM比普通HIC具有更多的I/O引出端。
⑤ MCM能把模拟电路、数字电路、功率器件、光电器件、微波器件及各种片式元器件合理有效地安装在一个封装之内，形成由单一半导体IC不可能完成的多功能组件、子系统或系统，使线路之间串扰噪声减小，因而可使电路性能提高，如图3.7所示。
图3.7 与系统化对应的MCM和单芯片
（图中SIMM；单列直插组件；DIMM：双列直插组件）
3.SiP与 MCM的关联性
SiP是MCM进一步发展的产物，其核心是芯片与元器件在不同工作频段的高密度安装与互连，主要釆用HIC技术。SiP与MCM的区别是：MCM多芯片组件只是通过简单地将各种芯片、元件等连接起来（一般是同种芯片）。