Page 12 - System on Package_ Miniaturization of the Entire System

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2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3 Stacked ICs and Packages (SIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.1 SIP Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.1.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.1.2 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.1.3 CEO Figure and SIP Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2 SIP Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.1 Materials and Process Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.2 Mechanical Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2.3 Electrical Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.4 Thermal Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.3 Non-TSV SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.3.1 Historical Evolution of Non-TSV SIP . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.3.2 Chip Stacking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.3.3 Package Stacking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.3.4 Chip Stacking versus Package Stacking . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.4 TSV SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.4.2 Historical Evolution of 3D TSV Technology . . . . . . . . . . 124
3.4.3 Basic TSV Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.4.4 Different 3D Integration Technologies using TSV . . . . . 134
3.4.5 Si Carrier Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.5 Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

4 Mixed-Signal (SOP) Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.1.1 Mixed-Signal Devices and Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1.2 Importance of Integration in Mobile Applications . . . . . 155
4.1.3 Mixed-Signal Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.1.4 Mixed-Signal Design Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.1.5 Fabrication Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.2 Design of Embedded Passives in RF Front End . . . . . . . . . . . . . 160
4.2.1 Embedded Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
4.2.2 Embedded Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
4.2.3 Embedded Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.2.4 Embedded Baluns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.2.5 Filter-Balun Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
4.2.6 Tunable Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
4.3 Chip-Package Codesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

4.3.1 Low Noise Amplifier Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
4.3.2 Concurrent Oscillator Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.4 Design of WLAN Front-End Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191