三維多芯片組件及其應(yīng)用
----一、前言
---- 三維多芯片組件（簡(jiǎn)稱3D-MCM）是在二維多芯片組件（即2D-MCM,通常指的MCM均系二維）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高級(jí)多芯片組件技術(shù)。二者的區(qū)別在于：3D-MCM是通過(guò)采用三維（x, y, z方向）結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行立體結(jié)構(gòu)的三維集成技術(shù),而2D-MCM則是在二維(x, y方向)對(duì)IC芯片集成,即采用二維結(jié)構(gòu)形式對(duì)IC芯片進(jìn)行高密度組裝,是IC芯片的二維集成技術(shù)。三維多芯片組件技術(shù)是現(xiàn)代微組裝技術(shù)發(fā)展的重要方向,是微電子技術(shù)領(lǐng)域跨世紀(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于宇航、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)及通信等軍事和民用領(lǐng)域?qū)μ岣呓M裝密度、減輕重量、減小體積、高性能和高可靠性等方面的迫切需求,加之3D-MCM在滿足上述要求方面具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),因此該項(xiàng)新技術(shù)近年來(lái)在國(guó)外得到迅速發(fā)展。
----二、3D-MCM的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力
---- ⑴ 電子系統(tǒng)（整機(jī)）對(duì)系統(tǒng)集成的迫切需求
---- 電子系統(tǒng)（整機(jī)）向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本發(fā)展已成為目前的主要趨勢(shì),從而對(duì)系統(tǒng)集成的要求也越來(lái)越迫切。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)：一是半導(dǎo)體單片集成技術(shù),二是采用MCM技術(shù)。前者是通過(guò)晶片規(guī)模的集成技術(shù)（WSI）,將高性能數(shù)字集成電路（含存儲(chǔ)器、微處理器、圖象和信號(hào)處理器等）和模擬集成電路（含各種放大器、變換器等）集成為單片集成系統(tǒng)。后者是通過(guò)三維多芯片組件（3D-MCM或MCM-V）技術(shù)實(shí)現(xiàn)WSI的功能。 實(shí)現(xiàn)單片系統(tǒng)集成的關(guān)鍵在于細(xì)線和大晶片工藝技術(shù)、單片系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)和多層布線、微機(jī)械加工以及各種工藝的兼容技術(shù)。0.25 ～0.3μm的大晶片IC生產(chǎn)線于1998年在SAMSUNG、NEC、IBM三家公司首先誕生,這標(biāo)志著單片系統(tǒng)集成時(shí)代的來(lái)臨。美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室利用電子束加工技術(shù)使IC線寬降至0.08μm。TW也成功地開(kāi)發(fā)出0.25μm技術(shù),可使隨機(jī)存儲(chǔ)器的容量提高到256M。單片系統(tǒng)集成技術(shù)已有較大進(jìn)展,但是由于工藝難度及成本價(jià)格等原因,該技術(shù)一直未在產(chǎn)品生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。據(jù)分析,可能在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的主要技術(shù)途徑仍將是3D-MCM技術(shù)。這對(duì)于半導(dǎo)體集成電路工業(yè)還不甚發(fā)達(dá)的我國(guó)尤其如此。
---- ⑵ 二維組裝密度（組裝效率）的限制
---- 現(xiàn)代微組裝技術(shù)的發(fā)展已到了接近二維組裝所能達(dá)到的理論上最大的組裝密度,目前2D-MCM的組裝效率最高達(dá)85%, 而采用3D-MCM可實(shí)現(xiàn)更高的組裝密度（組裝效率）。
---- 3D-MCM的組裝效率則已可達(dá)200%以上。因此,為了進(jìn)一步提高組裝密度,實(shí)現(xiàn)更小的體積和更多的功能,也必須從二微組裝向三維微組裝發(fā)展。
----三、3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)
---- 3D-MCM的優(yōu)點(diǎn)可歸納為“五個(gè)減小”、“五個(gè)增大”,即：
----(1) 進(jìn)一步減小了體積,減輕了重量。3D-MCM相當(dāng)于2D-MCM而言,可使系統(tǒng)的體積縮小10倍以上,重量減輕6倍以上。
----(2) 減小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間。由于VHSI的發(fā)展和應(yīng)用,使得芯片之間互連線的長(zhǎng)度已成為影響系統(tǒng)（整機(jī)）信號(hào)傳輸延遲的關(guān)鍵。3D-MCM中芯片之間的互連長(zhǎng)度比2D-MCM短得多,因此可進(jìn)一步減小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間。
----(3) 減小信號(hào)噪聲。在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中,主要有四種噪聲來(lái)源：反射噪聲、串?dāng)_噪聲、同步觸發(fā)噪聲和電磁干擾。這些噪聲與信號(hào)在互連線中傳輸時(shí)的上升時(shí)間
