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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，它將消除許多應用（尤其是主板）中的PCB和笨重的SoC。這其中的任何一項都會實現(xiàn)嗎？顯然，我們不知道未來，但是設計師應該意識到電子行業(yè)的變化。多芯片模塊的歷史可以追溯到1970年代IBM的Bubble存儲器。一旦您突破流行語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術(shù)語，那么這些技術(shù)是異構(gòu)集成的相互關聯(lián)的部分。在這種類型的集成中，具有單獨優(yōu)化結(jié)構(gòu)的不同設備被集成到單個晶片中。
多芯片模塊：將其視為一個完整的PCB，但由硅或另一種半導體制成，一切都內(nèi)置在單個晶片中。
小芯片：這實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。借助這項技術(shù)，我們的目標是將整個系統(tǒng)構(gòu)建在單個晶片上，從而消除多個SoC和傳統(tǒng)的SiP結(jié)構(gòu)。如果您要為智能手機構(gòu)建SoC，則可以有效地將具有不同功能的多個IC集成到單個多芯片模塊中。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，就可以對其進行異構(gòu)集成。您當然可以將諸如功率調(diào)節(jié)，RF收發(fā)器功能，內(nèi)核，存儲器和其他典型IC之類的功能集成到單個晶片上，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，存儲器和處理功率異質(zhì)集成到單個晶片中的機會。
鑒于將具有不同功能和材料的不同小芯片集成到單個多芯片模塊中涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)，PCB仍將存在。當前可靠地集成具有不同功能的多個小芯片的問題令人望而卻步，盡管將來可能會改變。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，需要像使用標準組裝工藝的任何其他IC組一樣，將這些獨立的多芯片模塊集成到PCB中。
在將每個功能集成到單個晶圓中之前，PCB設計人員將仍然有工作來設計高級電子系統(tǒng)。在該研究人員看來，在看到多芯片模塊中設想的異構(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。對于EPIC，仍將需要PCB來提供組件之間的光學互連。對于光子多芯片模塊，由于IV，III-V和II-VI組半導體之間的不兼容，集成可能仍然存在問題。每年為消費市場生產(chǎn)的電子產(chǎn)品的財富是高度多樣化的，并不是所有這些產(chǎn)品都需要像多芯片模塊一樣先進的產(chǎn)品。