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技術(shù)專題
PCB與多芯片模塊，小芯片和硅互連結(jié)構(gòu)
2019年，關(guān)于多芯片模塊，小芯片和硅互連結(jié)構(gòu)的討論重新興起。硅互連結(jié)構(gòu)是一種將多芯片模塊上的小芯片連接起來的方法，它將消除許多應(yīng)用（尤其是主板）中的PCB和笨重的SoC。這其中的任何一項(xiàng)都會(huì)實(shí)現(xiàn)嗎？顯然，我們不知道未來，但是設(shè)計(jì)師應(yīng)該意識(shí)到電子行業(yè)的變化。多芯片模塊的歷史可以追溯到1970年代IBM的Bubble存儲(chǔ)器。一旦您突破流行語(yǔ)并分析了將多芯片模塊納入主流所涉及的挑戰(zhàn)，就很容易了解PCB與集成電路之間的未來關(guān)系。
多芯片模塊，小芯片和硅互連結(jié)構(gòu)
如果您不熟悉這三個(gè)術(shù)語(yǔ)，那么這些技術(shù)是異構(gòu)集成的相互關(guān)聯(lián)的部分。在這種類型的集成中，具有單獨(dú)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的不同設(shè)備被集成到單個(gè)晶片中。
多芯片模塊：將其視為一個(gè)完整的PCB，但由硅或另一種半導(dǎo)體制成，一切都內(nèi)置在單個(gè)晶片中。
小芯片：這實(shí)際上是硅或其他材料上的集成電路塊。該模塊使用光刻工藝直接構(gòu)建在多芯片模塊上。
硅互連結(jié)構(gòu)：將小芯片連接到多芯片模塊的基礎(chǔ)互連體系結(jié)構(gòu)。可以將其視為PCB上走線的硅模擬物。注意，相同的互連架構(gòu)可以適用于其他半導(dǎo)體材料。
多芯片模塊中的異構(gòu)集成挑戰(zhàn)
多芯片模塊是電子界的夢(mèng)想技術(shù)。好處圍繞消除塑料包裝，以及減少或消除外部互連。借助這項(xiàng)技術(shù)，我們的目標(biāo)是將整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建在單個(gè)晶片上，從而消除多個(gè)SoC和傳統(tǒng)的SiP結(jié)構(gòu)。如果您要為智能手機(jī)構(gòu)建SoC，則可以有效地將具有不同功能的多個(gè)IC集成到單個(gè)多芯片模塊中。這是同類集成的本質(zhì)。
這種方法的挑戰(zhàn)在于異構(gòu)集成并不是真正的異構(gòu)。它僅在功能方面是異構(gòu)的，而在材料和過程方面則不是。只要使用相同的材料和工藝開發(fā)具有不同功能的不同IC，就可以對(duì)其進(jìn)行異構(gòu)集成。您當(dāng)然可以將諸如功率調(diào)節(jié)，RF收發(fā)器功能，內(nèi)核，存儲(chǔ)器和其他典型IC之類的功能集成到單個(gè)晶片上，但是在優(yōu)化不同功能方面需要做出犧牲。
微波/毫米波應(yīng)用的射頻放大器正在采用砷化鎵，氮化鎵和碳化硅材料，而存儲(chǔ)和處理功能仍主要限于硅。然而，GaN是一種獲得發(fā)展的材料（例如，GaN微控制器的發(fā)布），并且可以提供將功率電路，GHz RF電路，存儲(chǔ)器和處理功率異質(zhì)集成到單個(gè)晶片中的機(jī)會(huì)。
鑒于將具有不同功能和材料的不同小芯片集成到單個(gè)多芯片模塊中涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)，PCB仍將存在。當(dāng)前可靠地集成具有不同功能的多個(gè)小芯片的問題令人望而卻步，盡管將來可能會(huì)改變。這意味著需要不同材料的不同功能將需要分離為不同的多芯片模塊。然后，需要像使用標(biāo)準(zhǔn)組裝工藝的任何其他IC組一樣，將這些獨(dú)立的多芯片模塊集成到PCB中。
在將每個(gè)功能集成到單個(gè)晶圓中之前，PCB設(shè)計(jì)人員將仍然有工作來設(shè)計(jì)高級(jí)電子系統(tǒng)。在該研究人員看來，在看到多芯片模塊中設(shè)想的異構(gòu)集成之前，我們將看到電子光子集成電路（EPIC）大量商業(yè)化。我們甚至可能看到將光子小芯片集成到多芯片模塊中，并與硅互連結(jié)構(gòu)的光子類似物相連。
即使我們確實(shí)看到具有顯著異構(gòu)集成的多芯片模塊，也并不意味著我們將完全淘汰PC。對(duì)于EPIC，仍將需要PCB來提供組件之間的光學(xué)互連。對(duì)于光子多芯片模塊，由于IV，III-V和II-VI組半導(dǎo)體之間的不兼容，集成可能仍然存在問題。每年為消費(fèi)市場(chǎng)生產(chǎn)的電子產(chǎn)品的財(cái)富是高度多樣化的，并不是所有這些產(chǎn)品都需要像多芯片模塊一樣先進(jìn)的產(chǎn)品。