PCB与多(duō)芯片模块，小(xiǎo)芯片和硅互连结构

2020-06-28

2019年，关于多(duō)芯片模块，小(xiǎo)芯片和硅互连结构的讨论重新(xīn)兴起。硅互连结构是一种将多(duō)芯片模块上的小(xiǎo)芯片连接起来的方法，它将消除许多(duō)应用(yòng)（尤其是主板）中的PCB和笨重的SoC。这其中的任何一项都会实现吗？显然，我们不知道未来，但是设计师应该意识到電(diàn)子行业的变化。多(duō)芯片模块的历史可(kě)以追溯到1970年代IBM的Bubble存储器。一旦您突破流行语并分(fēn)析了将多(duō)芯片模块纳入主流所涉及的挑战，就很(hěn)容易了解PCB与集成電(diàn)路之间的未来关系。

多(duō)芯片模块，小(xiǎo)芯片和硅互连结构

如果您不熟悉这三个术语，那么这些技术是异构集成的相互关联的部分(fēn)。在这种类型的集成中，具有(yǒu)单独优化结构的不同设备被集成到单个晶片中。

多(duō)芯片模块：将其视為(wèi)一个完整的PCB，但由硅或另一种半导體(tǐ)制成，一切都内置在单个晶片中。

小(xiǎo)芯片：这实际上是硅或其他(tā)材料上的集成電(diàn)路块。该模块使用(yòng)光刻工艺直接构建在多(duō)芯片模块上。

硅互连结构：将小(xiǎo)芯片连接到多(duō)芯片模块的基础互连體(tǐ)系结构。可(kě)以将其视為(wèi)PCB上走線(xiàn)的硅模拟物(wù)。注意，相同的互连架构可(kě)以适用(yòng)于其他(tā)半导體(tǐ)材料。

多(duō)芯片模块中的异构集成挑战

多(duō)芯片模块是電(diàn)子界的梦想技术。好处围绕消除塑料包装，以及减少或消除外部互连。借助这项技术，我们的目标是将整个系统构建在单个晶片上，从而消除多(duō)个SoC和传统的SiP结构。如果您要為(wèi)智能(néng)手机构建SoC，则可(kě)以有(yǒu)效地将具有(yǒu)不同功能(néng)的多(duō)个IC集成到单个多(duō)芯片模块中。这是同类集成的本质。

这种方法的挑战在于异构集成并不是真正的异构。它仅在功能(néng)方面是异构的，而在材料和过程方面则不是。只要使用(yòng)相同的材料和工艺开发具有(yǒu)不同功能(néng)的不同IC，就可(kě)以对其进行异构集成。您当然可(kě)以将诸如功率调节，RF收发器功能(néng)，内核，存储器和其他(tā)典型IC之类的功能(néng)集成到单个晶片上，但是在优化不同功能(néng)方面需要做出牺牲。

微波/毫米波应用(yòng)的射频放大器正在采用(yòng)砷化镓，氮化镓和碳化硅材料，而存储和处理(lǐ)功能(néng)仍主要限于硅。然而，GaN是一种获得发展的材料（例如，GaN微控制器的发布），并且可(kě)以提供将功率電(diàn)路，GHz RF電(diàn)路，存储器和处理(lǐ)功率异质集成到单个晶片中的机会。

鉴于将具有(yǒu)不同功能(néng)和材料的不同小(xiǎo)芯片集成到单个多(duō)芯片模块中涉及的技术挑战，PCB仍将存在。当前可(kě)靠地集成具有(yǒu)不同功能(néng)的多(duō)个小(xiǎo)芯片的问题令人望而却步，尽管将来可(kě)能(néng)会改变。这意味着需要不同材料的不同功能(néng)将需要分(fēn)离為(wèi)不同的多(duō)芯片模块。然后，需要像使用(yòng)标准组装工艺的任何其他(tā)IC组一样，将这些独立的多(duō)芯片模块集成到PCB中。

在将每个功能(néng)集成到单个晶圆中之前，PCB设计人员将仍然有(yǒu)工作来设计高级電(diàn)子系统。在该研究人员看来，在看到多(duō)芯片模块中设想的异构集成之前，我们将看到電(diàn)子光子集成電(diàn)路（EPIC）大量商(shāng)业化。我们甚至可(kě)能(néng)看到将光子小(xiǎo)芯片集成到多(duō)芯片模块中，并与硅互连结构的光子类似物(wù)相连。

即使我们确实看到具有(yǒu)显着异构集成的多(duō)芯片模块，也并不意味着我们将完全淘汰PC。对于EPIC，仍将需要PCB来提供组件之间的光學(xué)互连。对于光子多(duō)芯片模块，由于IV，III-V和II-VI组半导體(tǐ)之间的不兼容，集成可(kě)能(néng)仍然存在问题。每年為(wèi)消费市场生产的電(diàn)子产品的财富是高度多(duō)样化的，并不是所有(yǒu)这些产品都需要像多(duō)芯片模块一样先进的产品。