MCM（マルチチップモジュール）とは

THEME 08 デバイスと回路 · 設計・アーキテクチャMulti-Chip Module

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MCM（Multi-Chip Module）とは、複数のベアチップを1つの基板上へ統合した電子アセンブリです。 チップを分けたまま1つの基板の上へ集める方式で、高い集積度と短い開発期間が求められるデバイスに使われます¹。

1チップ化は距離を縮めるが、すべてを同じ世代で設計し直す

機能を1枚のダイへ畳み込むのがシステムLSIです。畳み込むほど距離は縮みますが、すべての機能を同じ製造世代で設計し直す時間と費用がかかり、既存のチップも設計し直しの対象になります。

MCMなら、すでにあるダイを組み合わせられます。プロセッサはこの世代、アナログ回路は別の世代、といった世代の混在もそのまま組めます。最先端の世代が必要なブロックだけを最先端で作り、残りのブロックはそれぞれに適した世代のまま使えます。「短い開発期間が求められるデバイス」という条件が、MCMの性格を示しています。

ベアチップを裸のまま隣り合わせに詰める

ベアチップは²、ウェハからダイシングされた段階の、パッケージ前の半導体チップです。MCMは個別の封止を省き、裸のまま基板へ載せます。封止の分の厚みと面積が浮くため、隣り合わせまで詰めて実装します。

距離と開発期間の、中間の選択肢

個別に封止して基板へ実装する構成と、1枚のダイへ畳み込む構成の中間に位置します。裸のダイを隣り合わせに詰めることで距離を縮めつつ、既存のチップをそのまま組み合わせられます。

チップを分けたまま近くでつなぐ方向は、先進パッケージングとHBMへ続く

シリコンインターポーザは³、樹脂系のインターポーザと違って、フリップチップ実装で熱膨張係数が安定します。チップを分けたまま近くでつなぐという方向は、先進パッケージングやHBMへ続いていきます。

載せる前に1枚ずつ良否判定を通す

チップを分けたまま集めるとき、載せるダイがすべて良品であることが必ず満たす条件です。1枚でも不良が混じればモジュール全体が使えなくなり、載せた後に発見すれば、一緒に載っていた良品のダイも道連れになります。枚数が増えるほど、モジュールが成り立つ確率は各ダイの良品率の掛け算で下がります。

1枚の不良で、載っていた良品まで道連れになります

複数のダイを1つの基板へ集める構成では、1枚でも不良が混じるとモジュール全体が使えなくなり、一緒に載っていた良品のダイも道連れになります。だから載せる前に1枚ずつ良否判定を通しておきます。

そのため、載せる前に1枚ずつ良否判定を通しておく必要があります。これが良品ダイ（Known Good Die）の考え方で、複数のダイを組み合わせる構成では前提条件になります。

よくある質問（FAQ）

MCMとは何ですか？

複数のベアチップを1つの基板上へ統合した電子アセンブリです。高い集積度と短い開発期間が求められるデバイスに使われます。

ベアチップとは何ですか？

ウェハからダイシングされた段階の、パッケージ前の半導体チップです。個別の封止を省き、裸のまま基板へ載せます。

システムLSIと何が違いますか？

1枚のダイへ畳み込むか、複数のダイを隣り合わせに実装するかです。システムLSIは機能を1チップへ統合しますが、MCMはチップを分けたまま同じ基板の上へ集めます。

なぜチップを分けたままにするのですか？

開発期間と製造世代の自由度です。1チップ化にはすべてを同じ世代で設計し直す必要がありますが、MCMなら既存のチップをそのまま組み合わせられます。

集積度は1チップと比べてどのくらいですか？

1チップより配線は長くなります。ただし基板の上で裸のダイを隣り合わせに詰めれば、それぞれを別々に封止して基板へ実装するより距離は短くなります。中間の選択肢です。

載せる前に何を確かめますか？

それぞれのダイが良品であることです。不良のダイを1枚載せればモジュール全体が使えなくなるため、載せる前に1枚ずつ良否判定を通しておく必要があります。

比較・違いを学ぶ

システムLSI（SoC）とは── 1枚のダイへ畳み込む側

出典

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