Multi-Chip-Modul

Ein klassisches Multi-Chip-Modul (MCM, manchmal auch MCP von englisch Multi Chip Package) besteht aus mehreren einzelnen Mikrochips (bzw. Dies), die in einem gemeinsamen Gehäuse planar (nebeneinander) untergebracht sind und nach außen wie ein Chip aussehen, so funktionieren und eingesetzt werden. Von außen sind solche Chips also nicht direkt erkennbar, sondern sehen aus wie viele andere auch. Heute wendet man die Bezeichnung MCM auch auf die Module an, die neben Halbleiter-Dies mikromechanische Elemente oder auch diskrete passive Bauelemente wie z. B. Kondensatoren oder Widerstände in SMD-Bauformen (s. dazu surface-mounted device) beinhalten. Solche MCM sowie MCM mit vertikal angeordneten Komponenten (s. u. Die-Stacking) entsprechen viel mehr den Merkmalen eines System-in-Package. Die Einzelchips können speziell für die Integration in einem MCM entworfen werden. Dann hat man es meistens mit Einzelchips in völlig verschiedenen Technologien zu tun, die sich nicht einfach auf einen einzigen Die integrieren lassen. Beispiele sind hier vor allem digitale Mikrocontroller und ihre analogen Peripheriebausteine und/oder Flash-Speicher, manchmal auch Mikroprozessorkerne und ihre sonst externen Cache-Bausteine, schließlich in Handys die Kombination von Prozessor, SRAM- und Flash-Speicher. Im Bereich der intelligenten Sensorik (wie Drucksensoren) werden z. B. Auswerte-Chip und Mikromechanik in ein Gehäuse verpackt. Diese Vorgehensweise stellt in der Regel eine preiswertere Alternative zur monolithischen Integration aller Bausteine in einem Halbleiter dar (siehe dazu „System on a Chip“). Es können aber auch Chips verwendet werden, die sonst allein in Gehäuse eingebaut und verwendet werden. Dieser Fall tritt dann ein, wenn man für kleine Serien oder einen Schnellschuss die Entwicklungszeit für einen komplett integrierten Chip einsparen will. Die Verbindung zu einem MCM lässt sich wesentlich schneller entwickeln. Zur Funktionalität ist es meistens erforderlich, die Einzelchips untereinander elektrisch zu verbinden. Dies geschieht auf die Arten, wie sie auch sonst in der Mikroelektronik eingesetzt werden: direktes Bonden auf miniaturisierten Schaltungsträger (Leadframes, Substrate, Leiterplatten). Damit stellt ein MCM ein Sonderfall einer elektronischen Flachbaugruppe (Kompaktbaugruppe) dar. Ein weiteres wichtiges Montage-Verfahren ist dabei z. B. Flip Chip. Stapelt man mehrere Chips übereinander, spricht man von Die-Stacking oder einem System-in-Package (SiP). Damit das komplette Bauteil bei gestapelten Dies nicht zu hoch wird, werden die Dies vorher manchmal mit einigem Aufwand dünn geschliffen. Anschließend werden sie wie gewöhnliche Chips vergossen, zu den externen Pins gebondet und in ein Gehäuse verpackt. Eine neue Methode, gestapelte Dies untereinander zu verbinden, nennt sich TSV (für Through-Silicon-Vias). Dabei werden die Die-Lagen wie bei Multilayer-Leiterplatten durch Löcher kontaktiert. Zu viele Dies kann man aber nicht direkt übereinander stapeln, da es sonst zu Überhitzungsproblemen wegen der schwierigeren Wärmeabfuhr kommt.