MCM

王朝百科·作者佚名  2010-01-27
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MCM(multi-chip module)多芯片组件。将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装技术。CM是在混合集成电路技术基础上发展起来的一项微电子技术,其与混合集成电路产品并没有本质的区别,只不过MCM具有更高的性能、更多的功能和更小的体积,可以说MCM属于高级混合集成电路产品。

根据IPAS的定义,MCM技术是将多个LSI/VLSI/ASIC裸芯片和其它元器件组装在同一块多层互连基板上,然后进行封装,从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。根据所用多层布线基板的类型不同,MCM可分为叠层多芯片组件(MCM -L)、陶瓷多芯片组件(MCM -C)、淀积多芯片组件(MCM -D)以及混合多芯片组件(MCM –C/D)等。

MCM-L 是使用通常的玻璃环氧树脂多层印刷基板的组件。布线密度不怎么高,成本较低。

MCM-C 是用厚膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件,与使

用多层陶瓷基板的厚膜混合IC 类似。两者无明显差别。布线密度高于MCM-L。

MCM-D 是用薄膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al 作为基板的组件。

布线密谋在三种组件中是最高的,但成本也高。

根据美军标MIL-PRF-38534D混合微电路总规范的定义,MCM是一种混合微电路,其内部装有两个或两个以上超过100000门的微电路。

就MCM的技术先进性而言,MCM可以集成VLSI/ASIC等大规模集成电路芯片,I/O引脚数多达100个以上,但在实际应用中,很多MCM产品并不一定包括VLSI/ASIC等大规模集成电路芯片,I/O引脚数也并不是很高。早期,MCM的应用焦点主要聚集在以大型计算机为代表的应用领域,强调的是其大规模集成的特点。随着MCM技术的不断进步和应用领域的不断拓展,MCM的高集成度、高组装效率和高灵活性等特点必将日益突显出来。

当前MCM的热门产品蓝牙模块为例,蓝牙模块是一种短距离无线通讯产品,2005年全球市场需求量为5亿只,制作蓝牙模块的技术途径有两种:单芯片集成和MCM集成。由于技术难度大、研发周期长和成本高,前者一直没有成功,后者则成为目前最理想的解决方案,2003年市场投放量近2000万只。蓝牙MCM集成了1个RF芯片、1个基带芯片和一些无源元件,引出端采取BGA形式,集成的芯片规模也不大,I/O引脚数也只有34个。

在国内,目前一些为数不太多的MCM应用产品所集成的芯片规模和I/O引脚数也都不是很大。 可以说,广义的MCM定义更符合这一技术的发展现状,尤其符合国内目前的发展状况,同时也有利于拓展和延伸MCM技术的发展空间。

MCM的优势与市场MCM技术是实现电子整机小型化、多功能化、高性能和高可靠性的十分有效的技术途径。与其它集成技术相比较,MCM技术具有以下技术特点:

由于采用高密度互连技术,其互连线较短,信号传输延时明显缩短。与单芯片表面贴装技术相比较,其传输速度提高4-6倍,可以满足100MHz的速度要求。

采用多层布线基板和裸芯片,因此其组装密度较高,产品体积小,重量轻。其组装效率可达30%,重量可减少80-90%。

统计表明,电子产品的失效大约90%是由于封装和电路互连所引起的,MCM集有源器件和无源元件于一体,避免了器件级的封装,减少了组装层次,从而有效地提高了可靠性。

MCM可以将数字电路、模拟电路、微波电路、功率电路以及光电器件等合理有效地集成在一起,形成半导体技术所无法实现的多功能部件或系统,从而实现产品的高性能和多功能化。

减小产品尺寸和重量,同时提高电性能和可靠性,这是MCM技术的价值之所在,也是MCM技术得以产生和发展的驱动力。在要求高性能、小型化和价格是次要因素的应用领域,尤其在军事、航空航天应用领域,MCM技术具有十分稳固的优势地位。

由于受半导体技术发展水平的限制,在我国芯片主要来源于国外,军用高频和大功率等芯片的来源一直是是一项非常棘手的问题,因此采用MCM二次集成技术具有十分重要的现实意义。毫无疑问,MCM在军事微电子领域将具有非常广泛的应用市场和发展前景。

据美国信息网络公司预测,2000年到2005年世界MCM市场的平均年增长率是13.5%,从2000年的0.533亿件到2005年的1.004亿件。其中2001年全球军事/航天MCM产品为96.7万块,2005年全球军事/航天MCM产品将为41.5万块,增长率为-15.6%。未来MCM在全球军事电子领域的市场将会出现衰退,但其原因并不在于其它技术的竞争,而在于全球军备投资的减少。

MCM的现状与问题从2000年到2005年,世界MCM市场的平均年增长率预计为13.5%,尽管MCM在性能﹑数量和产值方面一直保持着持续稳定的提升,然而与微电子产品的整体规模相比较,目前MCM产品所占的比重依然是相当低的。2001年,全球IC的产量约为755亿块,而MCM的产量仅为0.53亿块。在国内,MCM的应用状况非常薄弱,产品所占有的市场份额更是微乎其微。

自MCM技术问世以来,人们对其寄予很大的期望,普遍认为未来将成为微电子技术的主流。然而随着MCM应用领域的不断拓展和深入,其内在和外在的一些负面因素便日益凸显出来,从而限制了MCM的应用规模,也妨碍了MCM达到人们所期待的辉煌的境界,其制约因素主要有以下几个方面:

●由于没有标准的设计规范和生产工艺,缺乏KGD,以及设备、材料和工艺成本比较昂贵,使 MCM的成本一直居高不下;此外,只要一个元器件失效,整个组件就得报废。这也造成了商业应用难以接受的高成本。

●当今半导体技术发展迅速,ASIC的密度越来越高,功率越来越大,其提升速度远远超过了早期的预测,因此使得MCM失去了众多的应用市场。

●MCM所组装的LSI、VLSI和ASIC通常为裸芯片,确好裸芯片(KGD)来源问题一直没有从根本上得到解决,这在很大的程度上妨碍着MCM的推广应用。在我国裸芯片主要来源于国外,KGD以及高频和大功率芯片的来源更是一项非常急待解决的问题,直接限制着设计人员方案的选择。

●诸如芯片级封装(CSP)、少量芯片封装(FCP)﹑多芯片封装(MCP)等新型微电子技术的出现,以其极具竞争力的性价比对MCM构成了竞争态势,并对MCM的未来发展形成了威胁。

种种不利因素制约了MCM技术的发展规模,尤其是大规模商业化应用,使得其注定只能是现有微电子技术的一种补充,而无法成为一种更新换代的局面。尽管MCM技术很难成为微电子领域的主流技术,但其依然是一项充满活力和希望的微电子技术,尤其在军事电子领域其依然拥有充分的生存和发展空间。仍然受到世界各国的高度重视。

我国MCM的水平与差距国际上从七十年代末开始研究和开发MCM技术,到2000年则进入全面应用阶段。目前,在小型化、高性能和价格非主要考虑因素的应用领域,MCM技术已经获得了十分成功的应用。在移动通讯、汽车电子、笔记本电脑、办公和消费电子等领域,MCM技术也获得了迅速的发展。

2001年,全球MCM产量为5545万块,其中军事/航天占1.8%,计算机占16.8%,通讯占49.3%,消费类占28.3%,工业占3.8%。目前,全球MCM开发和研制厂家有一百多家,主要生产厂家有四十家左右,2000年产值达到200多亿美元。

国外二维MCM技术的研究已日趋成熟,正走向全面应用的阶段。随着电子整机系统小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本的要求越来越高,国外又加强了三维MCM系统集成技术的研究,以此实现整机系统更高的组装效率、更高的系统性能、更多的系统功能和I/O引脚、更低的功耗和成本。二维MCM的组装效率最高达80~85%,三维MCM的组装效率则可达200%以上。目前,国外三维MCM技术主要应用于航天、航空、军事和大型计算机等领域,主要产品有存储器、数字信号处理器、图像处理与识别系统、人工神经网络、大型并行计算机处理器以及二级缓存等。

我国是从“八五”期间开始从事MCM技术研究的,研究单位从最早的寥寥数家发展壮大到目前的几十家,其中主要的研制单位有中电科技集团第四十三所、十三所、十四所、中国航天集团第七七一所、中国航天集团第七七二所、兵总二一四所、信息产业部电子五所、电子科技大学、西安电子科技大学以及北京飞宇公司等,其研究内容涉及了MCM的EDA技术、低温共烧多层基板制造技术、高温共烧多层基板制造技术、薄膜多层基板制造技术、混合多层基板制造技术、AlN多层基板制造技术、倒装焊工艺技术、TAB工艺技术、MCM可靠性设计技术、三维MCM制造技术以及MCM实用化产品研制等。

经过十多年的研究和开发,我国在MCM设计、材料和工艺等技术领域取得了一系列的科研成果。目前,国内在MCM的研制生产中已开始采用EDA设计技术,厚膜多层基板的实用化工艺水平已达到:布线层数5层,线宽/间距150μm/200μm;薄膜多层基板实用化工艺水平已达到:布线层数4层,线宽/间距10μm/20μm,并可内埋电阻。低温共烧多层陶瓷基板的实用化工艺水平已达到:布线层数20层,面积125 。

MCM(Mathematical Contest in Modeling)即美国数学建模竞赛。

于每年2月份举行。

2005年,近800所高校的2.5万名选手参加了全国大学生数学建模竞赛,作为目前全国高校中规模最大的大学生课外科技活动——大学生数学建模竞赛魅力何在。

尤成超沉浸在数学建模的宫殿里,他正利用寒假留在学校里研究数学建模中用到的一些算法。他对记者说,这个春节他只能在四川老家呆大概一个星期,大年初二就要回校准备参加2006年2月初举行的国际性的美国大学生数学建模竞赛。这个春节将是他上大学后回家最短的一个春节。

尤成超是北京交通大学理学院信息与计算科学专业的学生。两年前还在上大一的他第一次接触数学建模比赛。那次只是校内比赛,因为一无所知而茫然不知所措,最后抱了个鼓励性质的“成功参赛奖”。那次“惨痛”的经历却使他从此产生了对数学建模的浓厚兴趣,此后他多次参加各种类型的数模竞赛。在2005年全国大学生数学建模竞赛上,他和他两名队友齐心协力,勇夺全国一等奖。

这项和数学密切相关,却并非纯数学知识的竞赛,每年吸引着像尤成超这样的数以万计的大学生的踊跃参与。由教育部高教司等单位主办的全国大学生数学建模竞赛,已成为目前全国高校中规模最大的大学生课外科技活动。

学生热爱的竞赛规模以年增长25%的速度发展

提到数学竞赛,人们脑海里马上会浮现出在严肃安静的考场,选手冥思苦想、孤身奋战的情景。而数学建模竞赛全然不是如此。它没有固定的考场,选手们翻书查资料、上网下载、激烈争论,到处跑来跑去也没人管,俨然就像一个科研课题组在突击完成一项任务。

全国大学生数学建模竞赛是从1994年开始举行的,每年一次,十几年来这项竞赛的规模以平均年增长25% 以上的速度发展。从一组数据中可以看出它的蓬勃发展之势:从1994年196个学校的867支参赛队,到2000年517个学校的3210支参赛队,再到 2005年795个学校的8492支参赛队,参赛队壮大了近10倍,2005年竞赛的选手达到25000多名。

数模竞赛何以这么受欢迎?到底有什么魅力?记者采访了全国大学生数学建模竞赛组委会秘书长、清华大学数学科学系教授姜启源。他说,数模竞赛对青年学生非常有吸引力,它的题目由工程技术、经济管理、社会生活等领域中的实际问题简化加工而成,没有事先设定的标准答案,但留有充分余地供参赛者发挥其聪明才智和创造精神。

赛题的设置非常具有实用性和挑战性。如,2003年的“SARS的传播”、“露天矿生产的车辆安排”、 “抢渡长江”;2004年的“奥运会临时超市网点设计”、“电力市场的输电阻塞管理”、“饮酒驾车”、“公务员招聘”;2005年的“长江水质的评价和预测”、“DVD在线租赁”、“雨量预报方法的评价”——每一道题都紧扣当前社会热点,很有时代意义。

竞赛以通讯形式进行,三名学生组成一队,在三天时间内可以自由地收集资料、调查研究,使用计算机、软件和互联网,但不得与队外任何人包括指导教师讨论。每个队要完成一篇包括模型的假设、建立和求解,计算方法的设计和计算机实现,结果的分析和检验,模型的改进等方面的论文。竞赛评奖以假设的合理性、建模的创造性、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主要标准。

终生受益的竞赛培养创新能力的极好载体

姜启源说,建立数模来解决实际问题,是学生在走上工作岗位后常常要做的工作。做这样的事情,所需要的远不只是数学知识和解数学题的能力,而需要多方面的综合知识和能力。社会对具有这种能力的人的需求,比对数学专门人才的需求要多得多。

“数模竞赛是大学阶段除毕业设计外难得的一次‘真刀真枪'的训练。”姜启源说,它相当程度上模拟了学生毕业后工作时的情况,既丰富、活跃了广大学生的课外生活,也为优秀学生脱颖而出创造了条件。

随着赛事的开展,越来越多的人认识到,数模竞赛是培养创新能力的一个极好载体,而且能充分考验学生的洞察能力、创造能力、数学语言翻译能力、文字表达能力、综合应用分析能力、联想能力、使用当代科技最新成果的能力,等等。学生们同舟共济的团队精神和协调组织能力,以及诚信意识和自律精神的塑造,都能得到很好地培养。

姜启源说,很多学生用“一次参赛,终生受益”来描述他们的感受。许多参加过竞赛的学生的自主学习和科研能力显著提高,在毕业设计和研究生阶段的学习中表现出明显的优势,得到用人单位和研究生导师的普遍认可。

尤成超说,比赛提高了他主动寻找问题、思考问题、解决问题的能力,而这些是他参赛之前特别缺乏的。同样获得全国数模竞赛一等奖的清华大学数学科学系大四学生申孟宜说,竞赛增强了他用数学解决实际问题的能力,而且坚定了他在学科方面不断钻研的信心。他现在准备出国深造,而他的队友一个已保送读研,另一个正在全力考研。

推动教改的竞赛将数学建模引入教育过程

“数学教育本质上是一种素质教育。数学的教学不能完全和外部世界隔离开来。”姜启源说,关起门来在数学的概念、方法和理论中打圈子,处于自我封闭状态,以致学生在学了许多据说是非常重要、十分有用的数学知识以后,却不怎么会应用或无法应用。高等教育要在高度信息化的时代培养具有创新能力的高科技人才,将数学建模引入教育过程已是大势所趋。

据了解,十几年来在竞赛的推动下,许多高校相继开设了数学建模课程以及与此密切相关的数学实验课程,一些教师正在进行将数学建模的思想和方法融入数学主干课程的研究和试验。无疑,这是对数学教学体系和内容改革的一个有益的尝试。

四川理工学院学生赵金东认为,把建模融入到数学主干课程中,能将数学与现实更紧密地联系在一起,更“通俗”化。这真正体现了数学是生活中密不可分的工具的深刻意义。

十几年来,全国数以千计的数学教师在从事数学建模教学和指导竞赛的过程中,知识面拓宽了,知识结构改善了,利用数学工具和计算机技术解决实际问题的意识和能力提高了,也培养了热爱学生、不计名利、献身祖国教育事业的精神,这对一支新型的数学教师队伍的全面成长起着越来越大的作用。

姜启源说,尽管数学建模、数学实验教学在很多学校才起步不久,并且在数学教学中所占课时不多,但是却取得了傲人的成绩——2001年、2005年,高校国家级教学成果一、二等奖中,以数学建模、数学实验为主要内容的有11项,占整个数学类的38%;在 2003年、2004年、2005年高校国家精品课程中,数学建模、数学实验有5项,占整个数学类的17%。

国际效应的竞赛在美国发芽、中国开花结果

大学生数学建模竞赛在我国开展得如火如荼,谁能想到它其实并不是我国的“原创”。姜启源介绍说,它 1985年首先在美国出现,1989年我国大学生开始参加美国的竞赛。此后,我国学生参加美国大学生数学建模竞赛的积极性越来越高,近几年中国参赛校数、队数占到参赛总数相当大比例。复旦大学、中国科技大学、华东理工大学、清华大学、浙江大学、国防科技大学、北京大学、东南大学、东华大学、电子科技大学等高校,相继获得最高奖。

“可以说,数学建模竞赛是在美国发芽、而在中国开花、结果的。”姜启源这样评价。

在谈到数学建模对教育改革的意义时,全国大学生数学建模竞赛组委会主任、中国科学院院士李大潜指出,数学教育质量的优劣决定了一批人在知识经济中的竞争能力,而他们的能力缺失直接影响到国家的整体竞争力。由此,数学教育不能仅仅是按部就班的静态传授,它更应该注重对学科精神的领会,只有这样,学生在生动活泼的现实面前才不会束手无策,才能创新与发现。数学建模竞赛就是为适应这一社会要求采取的探索性措施。

2001年,第10届国际数学建模教学和应用会议在北京成功举办,这是此系列会议第一次在亚洲举行。会上,我国数学建模教学和竞赛的发展情况,把数学建模的思想和方法融入到大学的主干数学课程中去的进展情况,受到了国际同行们的关注和好评。美国及欧洲一些国家的专家表示,他们正在研究和评估我国的大学生数学建模竞赛及其对教学改革的推动作用。

正因为建模竞赛的特殊作用,在高校教学评估中,学生积极参加包括数学建模竞赛在内的各项课外科技活动的情况,已被列为评估指标之一。数模竞赛对我国高校教育改革的意义正越来越凸显。

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■什么是数学建模?

随着社会的发展,数学的应用不仅在工程技术、自然科学等领域发挥着越来越重要的作用,而且以空前的广度和深度向经济、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透,所谓数学技术已经成为当代高新技术的重要组成部分。

社会对数学的需求并不只是需要数学家和专门从事数学研究的人才,而更大量的是需要在各部门中从事实际工作的人,善于运用数学知识及数学的思维方法来解决他们每天面临的大量的实际问题,取得经济效益和社会效益。要对复杂的实际问题进行分析,发现其中的可以用数学语言来描述的关系或规律,把这个实际问题化成一个数学问题,这就称为数学模型,建立数学模型的这个过程就称为数学建模。

■建模竞赛怎样开始的?

大学生数学建模竞赛最早是1985年在美国出现的,1989年我国大学生(北京大学、清华大学、北京理工大学共4个队)开始参加美国的竞赛。经过两三年的参与,大家认为竞赛是推动数学建模教学在高校迅速发展的好形式,1992年由中国工业与应用数学学会数学模型专业委员会组织举办了我国10城市的大学生数学模型联赛。

教育部领导及时发现、并扶植、培育了这一新生事物,决定从1994年起由教育部高教司和中国工业与应用数学学会共同主办全国大学生数学建模竞赛,每年一次。十几年来这项竞赛的规模以平均年增长25%以上的速度发展。

奢侈时装品牌MCM (Mode CreationMunich)著名欧洲新奢侈时装品牌MCM (Mode CreationMunich)为一流皮件市场带来了主流的回归。MCM于1976年创建于慕尼黑,最初以制作高级旅行皮具起家。在八十年代品牌的全盛时期,MCM生产包括手表、珠宝、香水、服装、箱包以及小型皮具等在内的超过五百款的产品。它时髦、奢侈而实用的产品非常畅销。今天,MCM承袭其一贯的款式时尚、品质精良的风格与传统,演变成为全球的奢侈品牌之一

近年来,MCM品牌重整全球渠道,即将开创新纪元。MCM的新设计师们瞄准全球职业男性与女性,使产品变得更加现代 、年轻并更富运动感。MCM的所有产品都采用最优质的材料,做工考究,所有的皮包都是手工制造,只采用最高级的材料,皮革柔软、耐用、防水并且能够抵御紫外线的伤害,即便是内衬与装饰都是防水的,并且经过染色,可以防止褪色。

2007年MCM立足于世界时尚中心,进入了一个动态增长的时代。在米兰时装周之后,MCM同时在美国12个主要城市的Bloomingadales、Fred Segal、 Intermix以及Harrods百货商店与Selfridges 百货商店开始出售。作为俄国的第一家,MCM品牌在位于莫斯科的Tsum百货出售,在雅典也开了一家专卖店,继而11月在泰国的Zen百货出售。

今年MCM更大手笔的投入市场的建设。继5月份在伦敦奢侈品林立的Sloane Street 开设的两层楼的精品店之后,今年年底MCM将在韩国首尔最奢侈的品牌区Chengdam-Dong 开设全球第一家五层楼高的旗舰店,它还计划在全世界各个地区如纽约、杜塞尔多夫与澳门等地开办更多的商店。消费者将可以在纽约The Plaza,印度尼西亚、新加坡与台湾看到更多的MCM商店。

继欧美市场后,MCM在中国打响名声。现在,MCM再下一城,将品牌带到中国,使中国成为MCM继德国(起源地)、时装圣地米兰、巴黎、英国及美国等市场后的下一目标。

 
 
 
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