三维多芯片组件(3D-MCM)是在二维多芯片组件(2D-MCM，通常指的MCM均系二维)技术基础上发展起来的高级多芯片组件技术。二者的区别在于:3D-MCM是采用三维(x，y，z方向)结构形式对IC芯片进行三维集成的技术，而3D-MCM则是在二维(x，y方向)对IC芯片集成，即采用二维结构形式对IC芯片进行高密度组装，是IC芯片的二维集成技术。三维多芯片组件技术是现代微组装技术发展的重要方向，是微电子技术领域跨世纪的一项关键技术。
3D-MCM发展的驱动力
1.电子系统(整机)对系统集成的迫切需求
电子系统(整机)向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本发展已成为目前的主要趋势，从而对系统集成的要求也越来越迫切。实现系统集成技术途径主要有两个:一是半导体单片集成技术，二是采用MCM技术。前者是通过晶片规模的集成技术(WSI)，将高性能数字集成电路(含存储器、微处理器、图像和信号处理器等) 和模拟集成电路(含各种放大器、变换器等)集成为单片集成系统。后者是通过三维多芯片组件(3D-MCM或MCM-V)技术实现WSI的功能。
实现单片系统集成的关键在于细线和大晶片工艺技术、单片系统集成的设计和多层布线、微机械加工以及各种工艺的兼容技术。0.25～0.3μm的大晶片IC生产线于1998年在SAMSUNG、NEC、IBM三家公司首先诞生，这标志着单片系统集成时代的 来临。美国Bell实验室利用电子束加工技术使IC线宽降至0.08μm。我国台湾省也成功地开发出0.25μm技术，可使随机存储器的容量提高到256M。单片系统集成技术已有较大进展。但是由于工艺难度及成本价格等原因，一直未在产品生产中得以广泛应用。据预测，可能在相当一段时间内，实现系统集成的主要技术途径仍将是 3D-MCM技术。这对于半导体集成电路工业还不甚发达的我国尤其如此。
2.二维组装密度(组装效率)的限制
现代微组装技术的发展到了接近二维组装所能达到的理论上最大的组装密度，而采用3D-MCM可实现更高的组装密度(组装效率)。
目前2D-MCM的组装效率最高达85%，而3D-MCM的组装效率则已达200%以上。因此，为了进一步提高组装密度，实现更小的体积和更多的功能，也必须从二维组装向三维微组装发展。
3D-MCM的优点
3D-MCM的优点可归纳为“五个减小”、“六个增大”。
1.进一步减小了体积，减轻了重量。3D-MCM相对于2D-MCM而言，可使系统的体积缩小10倍以上，重量减轻6倍以上。
2.减小信号传输延迟时间。由于VHSI的发展和应用，使得芯片之间互连线的长度已成为影响系统(整机)信号传输延迟的关键。3D-MCM中芯片之间的互连长度比2D-MCM短得多，因此可进一步减小信号传输延迟时间。
3.减小信号噪声。在数字信号系统中，主要有四种噪声来源:反射噪声、串扰噪声、同步触发噪声和电磁干扰。这些噪声均与互连线中传输时的上升时间相关，即与互连线长短相关，3D-MCM可通过进一步缩短互连线的长度来降低信号噪声。
4.减小功耗。电子系统中互连线功耗的表达式可写为P=fCV2，其中f是信号频率，V是互连线两端的电压差，C是互连线的寄生电容。由此看出，互连线的长度越短，寄生电容越小，功耗就越低。如前所述，3D-MCM相对于2D-MCM而言可进一步缩短互连线，因此也可降低功耗。
5.进一步增大组装效率。2D-MCM的组装效率目前最高可达85%，从理论上来讲，2D-MCM组装效率要达到100%是不可能的，这是2D-MCM本身的结构限制所决定的。而3D-MCM的组装效率目前已高达200%。从图1看出，甚至远远超过200%。
6.增大互连效率。所谓互连效率系组件单位面积的互连点数。3D-MCM技术每单位面积的连接点数比2D-MCM多1～3个数量级以上，比SMT技术多1～4个数量级以上。
7.增大信号带宽。互连带宽，特别是存储器带宽往往是影响计算机和通信系统性能的重要因素。降低延迟时间和增大总线宽度是增大信号宽度的重要方法。3D-MCM 正好具有实现此特性的突出优点。
8.增加信号传输(处理)速度。如前所述，3D-MCM可大大减小信号传输(处理)延迟时间，从而也就大大提高了信号传输速度。
9.增加功能。由于3D-MCM比2D-MCM具有更高的组装效率和电互连效率，因此可集成更多的功能，实现多功能的部件以至系统(整机)。
10.进一步提高可靠性。由于D-MCM内部单位面积的互连点数大大增加，具有更高的集成度。使其整机(或系统)的外部连接点数和插板都大大减小，因此可靠性得到进一步提高。
3D-MCM的基本结构类型和垂直互连技术
3D-MCM的结构类型目前主要有三种。一种是埋置型3D-MCM，其结构特点是在多层基板的底层(内层)埋置IC芯片，再在多层布线顶层组装IC芯片，其间通过多层布线进行高密度互连，基板多用硅或其它高导热基板(AIN，金刚石或A1等)，第二种是有源基板型3D-MCM，其结构特点是在基板(通常为Si或GaAs)上直接制作多种半导体数字电路以及薄膜电阻、电容，再在其上制作多层布线，然后在多层布线顶层组装模拟IC芯片和集成传感器芯片、光电子功能芯片等。第三种是叠层型3D-MCM，其中又分为两种:一种是2D-MCM叠层型3D-MCM，其结构特点是将多块组装有IC芯片(可单、双面组装)的多层基板进行叠装，垂直互连，即将多块2D-MCM组装成一块3D-MCM结构，基板多用AIN、Si、金刚石或LTCC等。另外一种是IC芯片叠层3D-MCM，其结构特点是将IC芯片叠片，垂直互连成3D-MCM。叠层3D-MCM是目前发展最快、应用最广的一种3D-MCM。
IC芯片的垂直互连技术是3D-MCM中最主要的一项关键技术。
(1)丝焊(或TAB)垂直互连技术:IC芯片的垂直互连采用高密度，细间距丝焊或TAB工艺来实现。
(2)薄膜金属化垂直互连技术:采用多层薄膜金属化对IC芯片进行正面或侧面垂直互连。
(3)凸点(或焊球)垂直互连技术:IC芯片的垂直互连通过高密度，细间距的凸点或焊球工艺来实现。
(4)隔离板通孔金属化垂直互连技术:IC芯片(或2D-MCM)叠层垂直互连是通过层间隔离板通孔金属化来实现。
3D-MCM应用进展
1.大容量存储器组件
采用多芯片组件技术制作高性能大容量的存储器组件是MCM技术的重要应用领域之一。高速成像系统发展的需求，进一步推动了存储器多芯片组件从二维(2D)技术向三维(3D)技术发展。目前的成像系统，其像素已多达9
bruceter 发表于 2009-8-30 21:41
都是理论的东东，
估计肯定没做过！！！
那你就是井底之蛙了。杨老师在混合集成电路、微电子封装这块的实力是非常强的。。。。研究所很多牛人都是他直接或间接带出来的，大家都对他很尊重的。。
wantto 发表于 2012-11-3 17:09
那你就是井底之蛙了。杨老师在混合集成电路、微电子封装这块的实力是非常强的。。。。研究所很多牛人都是 ...
我觉得大家在这里面是互相学习进步的。每个人都有知识盲点！应该彼此尊重。不耻下问，方能学有所成。我对于“井底之蛙”一说表示不赞同。大家都是同行理应彼此尊重。
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