CN104205329B - 堆叠的集成部件装置中的多个通电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置，其包括：包括第一表面的第一层和包括第二表面的第二层，其中所述第一表面的至少一部分位于所述第二表面的至少一部分的上方；至少一个电连接，所述至少一个电连接介于所述第一表面上的电接触与所述第二表面上的电接触之间；至少一个电晶体管，其中一个或多个所述电晶体管包括在所述堆叠的集成部件装置中；至少第一分立通电元件和第二分立通电元件，其中所述分立通电元件包括在所述第一层和所述第二层中的任一者或两者中；和自我测试电路，所述自我测试电路包括感测元件，所述感测元件被配置成检测流动穿过所述通电元件的电流，所述自我测试电路被配置成确定所述通电元件之一是否导致过量电流消耗状况。

Description

堆叠的集成部件装置中的多个通电元件
技术领域
本发明涉及一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置。
背景技术
传统上，眼科装置(诸如接触镜片、眼内镜片或泪点塞)包括具有矫正、美容或治疗性质的生物相容性装置。例如，接触镜片可提供下列作用中的一种或多种：视力矫正功能性；美容增强作用；和治疗效果。每种功能由镜片的物理特性提供。将折射性质结合到镜片中的设计可提视力校正功能。结合到镜片中的颜料可提供美容增强作用。结合到镜片中的活性剂可提供治疗功能。无需使镜片进入到通电状态中即可实现这些物理特性。泪点塞传统上为无源装置。
最近，有理论表明有源部件可被结合到接触镜片中。一些部件可包括半导体装置。一些例子已显示了嵌入在被放置在动物眼睛上的接触镜片中的半导体装置。还描述了如何在镜片结构自身内以多种方式使有源部件被通电和启动。由镜片结构限定的空间的形貌和尺寸为各种功能的定义创造新型而具有挑战性的环境。一般来讲，此类公开已包括分立装置。然而，可获得的分立装置的尺寸和功率需求不一定有助于被包括在佩戴在人眼上的装置中。解决此类眼科背景需求的技术实施例产生这样的解决方案，其不仅能够解决眼科需求，而且涵盖针对通电电气装置的更通用技术空间的新型实施例。
发明内容
因此，本发明提供一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置，其包括：包括第一表面的第一层和包括第二表面的第二层，其中所述第一表面的至少一部分位于所述第二表面的至少一部分的上方；至少一个电连接，所述至少一个电连接介于所述第一表面上的电接触和所述第二表面上电接触之间；至少一个电晶体管，其中一个或多个所述电晶体管包括在所述堆叠的集成部件装置中；至少第一分立通电元件和第二分立通电元件，其中所述分立通电元件包括在所述第一层和所述第二层中的任一者或两者中；和自我测试电路，所述自我测试电路包括感测元件，所述感测元件被配置成检测流动穿过所述通电元件的电流，所述自我测试电路被配置成确定所述通电元件之一是否导致过量电流消耗状况。
所述自我测试电路可被配置成比较通过电阻元件的电压降与参考电压。
所述自我测试电路可被配置成通过下述方式来分离所述过量电流消耗状况的起因：通过断开多个组通电元件中的每个组的接地返回线一次一组循环隔离一个所述组，并且确定所述电流消耗是否减少。
所述自我测试电路可被配置成在已隔离一个所述组时所述电流消耗返回到正常规格的情况下执行另一隔离循环，其中所述自我测试电路被配置成断开所述组中每个通电元件的偏压，并且在已隔离每个通电元件之后感测所述电流消耗。
所述自我测试电路可被配置成在所述另一隔离循环进行通过所述组中的所有所述通电元件而不使所述电流消耗返回到可接受的值的情况下从电源系统禁用整个所述组。
所述自我测试电路可被配置成在所述通电元件的隔离使所述电流消耗返回到正常状态的情况下将一个所述通电元件与所述电源系统断开。
还提供一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置，其包括：包括第一表面的第一层和包括第二表面的第二层，其中所述第一表面的至少一部分位于所述第二表面的至少一部分的上方；至少一个电连接，所述至少一个电连接介于所述第一表面上的电接触和所述第二表面上电接触之间；至少一个电晶体管，其中一个或多个所述电晶体管包括在所述堆叠的集成部件装置中；多个分立通电元件，其中所述分立通电元件包括在所述第一层和所述第二层中的任一者或二者中；开关元件，所述开关元件被配置成组合所述通电元件以限定不同电源状况；和微控制器，所述微控制器被配置成控制所述连接多个通电元件而限定的电源状况。
所述堆叠的集成部件装置还可包括开关控制器，所述开关控制器被配置成将来自所述微控制器的控制信号电平变化转位成所述开关元件的状态变化。
所述分立通电元件具有小于200微米的厚度。
所述堆叠的集成部件装置另外可包括第一电共同连接，其中所述第一电共同连接与所述第一分立通电元件的接地连接接触；第二电共同连接，所述第二电共同连接与所述第二分立通电元件的接地连接接触；第一电偏压连接，所述第一电偏压连接与所述第一分立通电元件的偏压连接接触；和第二电偏压连接，所述第二电偏压连接与所述第二分立通电元件的偏压连接接触。
可将所述第一电共同连接电连接到所述第二电共同连接，从而形成用于所述至少两个通电元件的单一共同连接。
可将所述第一电偏压连接电连接到所述第二电偏压连接，从而形成用于所述至少两个通电元件的单一偏压连接。
可将所述第一电偏压连接电连接到第一集成电路的第一电源输入；并且可将所述第二电偏压连接电连接到第一集成电路的第二电源输入。
所述第一集成电路可产生第一输出电源；并且可将第二集成电路电连接到所述第一输出电源。
所述第一集成电路可与至少第一开关、所述第一电源输入和所述第二电源输入组合，以建立第一输出电源，其中所述第一输出电源具有所述第一通电元件和所述第二通电元件的等效电压容量；和所述第一输出电源具有所述第一通电元件和所述第二通电元件的组合电流容量。
所述第一集成电路可与至少第一开关、所述第一电源输入和所述第二电共同连接组合，以建立第一输出电源，其中所述第一输出电源具有所述第一通电元件和所述第二通电元件的电流容量中较小者的等效电流容量；并且所述第一输出电源具有所述第一通电元件和所述第二通电元件的组合电偏压。
来自所述第一层和所述第二层的所有电连接均未连接到所述堆叠的集成部件装置的任何外部有线连接。
所述堆叠的集成部件装置内的分立通电元件的数目可超过三个。
形成为多个通电元件的组合的原始电源的数目可超过一个。
可将形成为多个通电元件的组合的至少第一原始电源连接到电容元件。
所述堆叠层可包括一个或多个层，所述一个或多个层包括用于所述堆叠层中所包括的至少一个部件的功率源。可提供一种插入物，所述插入物可通电并结合到眼科装置中。所述插入物可由多个层形成，所述多个层可具有针对每个层的独特功能性；或作为另外一种选择，可具有混合的功能性，但是处于多个层中。所述层可具有专门用于产品通电或产品启动的层，或可具有用于控制镜片主体内各功能部件的层。此外，本发明提出用于形成具有由堆叠功能化层形成的插入物的眼科镜片的方法和设备。
所述插入物可含有处于通电状态的层，所述层能够为能消耗电流的部件供电。这些部件可包括例如下列中的一种或多种：可变光学镜片元件和半导体装置，其可位于所述堆叠层插入物中或以其它方式连接到所述插入物。
可提供一种铸模成型的有机硅水凝胶接触镜片，所述接触镜片具有以生物相容性方式包括在眼科镜片中的由堆叠功能化层形成的刚性的或可成形的插入物，其中至少一个所述功能化镜片包括功率源。
因此，公开一种用于由具有通电的多个堆叠层形成的装置的技术框架。公开一种具有堆叠功能化层部分的眼科镜片、一种用于形成具有堆叠功能化层部分的眼科镜片的设备及其方法。如本文所讨论，可由多个层以各种方式形成插入物，并且所述插入物可被放置成邻近第一模具部件和第二模具部件中的一者或两者。反应性单体混合物被放置在第一模具部件和第二模具部件之间。第一模具部件紧邻第二模具部件，从而形成镜片腔体，所述镜片腔体中具有通电的基板插入物和至少一些反应性单体混合物；所述反应性单体混合物暴露于光化辐射以形成眼科镜片。通过控制反应性单体混合物所暴露至其中的光化辐射可形成镜片。
附图说明
图1示出了模具组件设备。
图2示出了可放置在眼科镜片中的插入物的示例性形状因数。
图3示出了结合在眼科镜片模具部件中的由堆叠功能层形成的插入物的三维表示。
图4示出了具有插入物的眼科镜片模具部件的剖面表示。
图5展示了在支承和对齐结构上包括多个堆叠功能层的插入物。
图6示出了用于在堆叠功能层插入物中形成层的部件的不同形状。
图7示出了功率源层的方框图。
图8示出了基于线材的功率源的形状因数。
图9示出了与示例性眼科镜片部件相关的示例性基于线材的功率源的形状。
图10示出了示例性基于线材的功率源的径向膜层的剖面图。
图11示出了具有来自多种技术和通电源的部件的示例性堆叠的集成部件装置。
图12示出了具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置的示例性电路图。
图13示出了利用多个通电元件的示例性柔性电源。
图14示出了具有示例性方法步骤的流程图，所述方法步骤用于具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置的自我诊断过程。
图15示出了其中多个通电元件操作用于充电和放电二者的示例性堆叠的集成部件装置。
具体实施方式
基板插入装置可通过堆叠多个功能化层来形成。另外，本文的公开内容涉及用于制造以此类堆叠功能化层基板作为形成的镜片中的插入物的眼科镜片的方法和设备。此外，可提供一种眼科镜片，所述眼科镜片中结合有堆叠功能化层基板插入物。
以下部分中将给出本发明的一个或多个实施例的详细说明。对优选实施例和替代实施例二者的说明仅为示例性实施例，并且应当理解，对于本领域的技术人员而言其变化、修改和更改均可显而易见。因此，应当了解，所述示例性实施例并非限制本基础发明的范围。
术语表
在涉及本发明的说明书和权利要求书中，所使用的各个术语定义如下：
通电的：如本文所用，是指能够提供电流至其中或能够在其内储存电能的状态。
能量：如本文所用，是指物理系统做功的容量，且可涉及能够在做功的过程中执行电动作的所述容量。
能量源：如本文所用，是指能够提供能量或使逻辑或电装置处于通电状态的装置或层。
能量采集器：如本文所用，是指能够从环境中提取能量并将其转化为电能的装置。
功能化的：如本文所用，是指使层或装置能够执行包括例如通电、启动或控制的功能。
镜片：是指位于眼睛内或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可提供光学矫正或可为美容的。例如，术语镜片可指用于矫正或改进视力或提升眼部机体美观效果(例如虹膜颜色)而不会影响视力的接触镜片、眼内镜片、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其它类似的装置。镜片可包括软性接触镜片，所述软性接触镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成，包括但不限于有机硅水凝胶和氟水凝胶。
镜片形成混合物或“反应性混合物”或“RMM”(反应性单体混合物)：如本文所用，是指可固化并交联或可交联以形成眼科镜片的单体或预聚物材料。镜片形成混合物可具有一种或多种添加剂，诸如：UV阻滞剂、着色剂、光引发剂或催化剂，以及人们可能想在诸如接触镜片或眼内镜片的眼科镜片中加入的其它添加剂。
镜片形成表面：是指用于成型镜片的表面。任何此类表面103-104均可具有光学性质表面光洁度，所述光性质表面光洁度指示所述表面足够光滑并且被形成为使得与成型表面接触的通过镜片形成材料的聚合反应制作的镜片表面是光学合格的。此外，镜片形成表面103-104可具有给镜片表面赋予期望的光学特性所必需的几何形状，包括但不限于球面、非球面以及柱面焦度、波前像差矫正、角膜形貌学校正等、以及其任何组合。
锂离子电池：是指其中锂离子移动通过电池以产生电能的电化学电池。这种通常称之为电池(battery)的电化学电池可以其典型形式重新通电或重新充电。
基板插入物：如本文所用，是指能够支承眼科镜片内能量源的可成形的基板或刚性的基板。基板插入物还可支承一个或多个部件。
模具：是指可用于由未固化制剂形成镜片的刚性或半刚性的物体。一些优选的模具包括形成前曲面模具部件和后曲面模具部件的两个模具部件。
光学区：如本文所用，是指眼科镜片佩戴者透过其观看的眼科镜片的区域。
功率：如本文所用，是指每单位时间内所做的功或所传递的能量。
可再充电或可再通电：如本文所用，是指恢复到具有更大的做功容量的状态的能力，且可涉及恢复到能够在特定的恢复时间周期内使电流以特定速率流动的能力。
再通电或再充电：恢复到具有更高的做功容量的状态。这些术语可涉及使装置恢复到在特定的恢复时间周期内使电流以特定速率流动的能力
从模具脱离：意指镜片完全从模具分离或只是松散地附着，使得其可通过利用药签轻柔地搅拌或推动而取下。
堆叠的：如本文所用，是指将至少两个部件层紧邻彼此放置，使得其中一层的一个表面的至少一部分接触第二层的第一表面。膜(无论是用于粘附的还是用于其它功能的)可驻留在通过所述膜彼此接触的这二个层之间。
如本文所用并且有时被称为“SIC装置”的“堆叠的集成部件装置”是指包装技术的产品，所述包装技术可将可含有电气和机电装置的基板薄层通过将每个层的至少一部分堆叠在彼此上而组装成可操作的集成装置。所述层可包括各种类型、材料、形状和尺寸的部件装置。此外，所述层可由各种装置制备技术制成以配合和呈现可能期望的各种轮廓。
说明
具有嵌入基板插入物111的通电镜片100可包括能量源109，诸如作为能量存储装置的电化学电池或电池，且视情况，对所述材料进行封装和隔离，所述材料包括来自放置眼科镜片的环境的能量源。
基板插入物还可包括电路图案、部件和能量源109。基板插入物可将电路图案、部件和能量源109定位在镜片佩戴者可透过其观看的光学区的周边周围。作为另外一种选择，插入物可包括足够小而不会对接触镜片佩戴者的视力产生不利影响的电路图案、部件和能量源109，且因此，基板插入物可将所述电路图案、部件和能量源定位在光学区的内部或外部。
一般而言，基板插入物111可通过自动操作嵌入眼科镜片中，所述自动操作将能量源放置在相对于用来制作镜片的模具部件的期望位置处。
模具
现在参见图1，图中示出了用于眼科镜片的示例性模具100的图示，所述模具具有基板插入物111。如本文所用，术语模具包括具有腔体105的构造100，可将镜片形成混合物110分配到腔体105中，使得当镜片形成混合物反应或固化时产生具有期望形状的眼科镜片。模具和模具组件100由不止一个“模具部件”或“模具件”101-102构成。可将模具部件101-102组合在一起，这样在模具部件101-102之间形成腔体105，镜片可在此腔体内形成。优选地，模具部件101-102的这种组合是暂时的。镜片形成时，可以再次分离模具部件101-102，以取下镜片。
至少一个模具部件101-102的表面103-104的至少一部分与镜片形成混合物接触，使得镜片形成混合物110反应或固化时，表面103-104向与其接触的镜片的部分提供期望的形状和形式。对于至少一个其它模具部件101-102也是如此。
因此，例如，模具组件100可由两个部件101-102形成，即凹形件(前件)102和凸形件(后件)101，且二者之间形成腔体。凹形表面104与镜片形成混合物接触的部分具有将在模具组件100中制备的眼科镜片的前曲面的曲率，而且所述部分足够光滑，并被形成为使得通过与凹形表面104接触的镜片形成混合物的聚合而形成的眼科镜片的表面为光学上合格的。
前模具件102还可以具有围绕圆形周边边缘108并与其成一整体的环形凸缘，且所述前模具件在垂直于轴并从凸缘延伸的平面内从凸缘延伸(未示出)。
镜片形成表面可包括表面103-104，所述表面具有光学性质表面光洁度，其指示所述表面足够光滑并且被形成为使得与成型表面接触的通过镜片形成材料的聚合反应制作的镜片表面是光学合格的。此外，镜片形成表面103-104可以具有给镜片表面赋予期望的光学特性所必需的几何形状，包括但不限于球面、非球面以及柱面焦度、波前像差矫正、角膜形貌学校正等，以及其任何组合。
在111处，示出了其上可放置能量源109的基板插入物。基板插入物111可为其上可放置能量源109的任何接纳材料，且还可包括电路路径、部件以及适用于使用能量源的其它方面。基板插入物111可以是在镜片形成时结合到镜片中的材料的透明涂层。透明涂层可包括(例如)如下所述的颜料、单体或其它生物相容性材料。插入物可包括介质，所述介质包括插入物，所述插入物可为刚性的或可成形的。刚性插入物可包括提供光学性能(诸如用于视力矫正的那些性能)的光学区和非光学区部分。可将能量源放置在所述插入物的光学区和非光学区中的一者或二者上。插入物可包括环形插入物，所述环形插入物是刚性的或可成形的或呈包围光学区的某一形状，所述光学区供使用者透过观察。
能量源109可在基板插入物111放置到用于形成镜片的模具部分中之前放置到基板插入物111上。基板插入物111还可以包括一个或多个将通过能量源109接纳电荷的部件。
具有基板插入物111的镜片可包括刚心软边(rigid center soft skirt)设计，其中中央刚性光学元件分别在前表面和后表面上与大气环境和角膜表面直接接触，并且其中镜片材料(通常为水凝胶材料)的软裙边附接到刚性光学元件的周边且刚性光学元件还用作向所得眼科镜片提供能量和功能性的基板插入物。
基板插入物111可以是完全封装于水凝胶基质中的刚性镜片插入物。作为刚性镜片插入物的基板插入物111可(例如)利用显微注模成型技术制造。插入物可包括(例如)聚(4-甲基-1-戊烯)共聚物树脂，所述树脂具有介于约6mm至10mm之间的直径、介于约6mm和10mm之间的前表面半径、介于约6mm和10mm之间的后表面半径以及介于约0.050mm和0.5mm之间的中心厚度。插入物可具有约8.9mm的直径、约7.9mm的前表面半径、约7.8mm的后表面半径、约0.100mm的中心厚度以及约0.050半径的边缘轮廓。一种示例性的微成型机可包括由Battenfield有限公司提供的Microsystem 50五吨系统。
基板插入物可放置在用于形成眼科镜片的模具部件101-102内。
模具部件101-102材料可包括(例如)：一种或多种以下物质的聚烯烃：聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和改性聚烯烃。其它模具可包括陶瓷或金属材料。
优选的脂环烃共聚物包括两种不同的脂环烃聚合物，由Zeon Chemicals L.P.以商品名为ZEONOR进行销售。存在几种不同等级的ZEONOR。不同的等级可具有范围从105℃到160℃的玻璃化转变温度。特别优选的材料为ZEONOR 1060R。
可与一种或多种添加剂组合以形成眼科镜片模具的其它模具材料包括(例如)Zieglar-Natta聚丙烯树脂(有时被称为znPP)。一种示例性的Zieglar-Natta聚丙烯树脂可以名称PP 9544MED购得。PP 9544MED为用于按照FDA法规21CFR(c)3.2进行清洁成型(cleanmolding)的澄清无规共聚物，所述澄清无规共聚物由Exxonmobil化学公司提供。PP9544MED为具有乙烯基的无规共聚物(znPP)(以下称9544MED)。其它示例性的齐格勒-纳塔聚丙烯树脂包括：阿托菲纳聚丙烯3761和阿托菲纳聚丙烯3620WZ。
另外，模具可含有聚合物，诸如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、主链含脂环烃部分的改性聚烯烃和环状聚烯烃。这种共混物可用于任何一半或两半模具上，其中优选的是将这种共混物用于后曲面，而前曲面包括脂环族共聚物。
在一些制造模具100的方法中，利用根据已知技术的注模成型。然而，模具可通过其它技术来制作，包括(例如)：车床加工、金刚石车削或激光切割。
堆叠功能化层插入物
现在参见图2，图中示出已形成为堆叠功能化层插入物的基板插入物111的示例性设计。本公开内容包括用于制备并形成可利用并形成到眼科镜片中的基板插入物的方法。为清楚说明起见，但不限制受权利要求书保护的发明的范围，示出并描述示例性基板插入物210，所述基板插入物包括具有光学镜片区域211的全环形环。对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，本说明书中所述的本发明技术具有类似于已针对各种基板插入物笼统描述的各种各样的形状的应用。
现在参见图3，图中示出使用所述类型的堆叠层基板插入物的完全形成眼科镜片的三维表示，其中项210被展示为项300。所述表示示出了眼科镜片的局部切开部分，以了解在装置内存在的不同的层。项320显示基板插入物的封装层的主体材料的横截面。此项围绕眼科镜片的整个周边。对于本领域技术人员而言可清楚的是，实际插入物可包括仍然能够处于典型眼科镜片的尺寸限制内的全环形环或其它形状。
项330,331和332旨在示出可存在于形成为功能层叠堆的基板插入物中的多个层中的三个层。单个层可包括下列中的一个或多个：有源部件和无源部件以及具有有利于特定目的的结构、电特性或物理特性的部分。
层330可包括通电源，诸如(例如)下列中的一个或多个：层330内的电池、电容器和接收器。在非限制性的示例性意义上，项331则可包括层中的微电路，所述微电路检测用于眼科镜片的启动信号。可包括功率调节层332，所述功率调节层能够接收来自外部源的功率，对电池层330充电，并且在镜片未处于充电环境中时控制对来自层330的电池功率的使用。功率调节也可控制发至示例性有源镜片的信号，所述有源镜片在基板插入物的中心环形切口中被展示为项310。
具有嵌入基板插入物的通电镜片可包括能量源，诸如作为能量存储装置的电化学电池或电池，且视情况，对所述材料进行封装和隔离，所述材料包括来自用于放置眼科镜片的环境的能量源。
基板插入物还可包括电路图案、部件和能量源。基板插入物可将电路图案、部件和能量源定位在镜片佩戴者可透过其观看的光学区的周边周围。作为另外一种选择，插入物可包括电路图案、部件和能量源，所述电路图案、部件和能量源足够小而不会对接触镜片佩戴者的视力产生不利影响且因此所述基板插入物可将所述电路图案、部件和能量源定位在光学区的内部或外部。
一般而言，基板插入物111可通过自动操作嵌入眼科镜片中，所述自动操作将能量源放置在相对于用于制作镜片的模具部件的期望位置处。
图4示出了堆叠功能层插入物400的较近剖面图。眼科镜片410的主体中嵌入有功能化层插入物420，所述功能化层插入物可围绕并连接到有源镜片部件450。对于本领域的技术人员而言可清楚的是，这个例子只显示了可放置在眼科镜片中的众多嵌入功能之一。
在插入物的堆叠层部分中展示有多个层。所述层可包括多个基于半导体的层。例如，项440(即叠堆中的底层)可为薄硅层，所述硅层上限定有用于各种功能的电路。另一打薄硅层可在叠堆中作为项441而存在。在非限制性实例中，此种层可具有使装置通电的功能。这些硅层可通过被显示为项450的居间绝缘层彼此电隔离。项440、450和441的表面层的彼此交叠的部分可通过使用粘合剂薄膜而彼此粘合。对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，多种粘合剂可具有用于将薄硅层粘附至绝缘体(例如环氧树脂)并使其钝化的所需特性。
多个堆叠层可包括附加层442，在非限制性实例中，所述附加层可包括具有能够启动并控制有源镜片部件的电路的薄硅层。如上所述，当堆叠层需要彼此电绝缘时，可将堆叠绝缘层包括在电活性层之间，且在此例子中，项451可表示此种绝缘层，包括堆叠层插入物的一部分。在本文所述的一些例子中，已提及由薄硅层形成的层。在非限制性意义上，薄堆叠层的材料定义可包括其它半导体、金属或复合层。并且薄层的功能可包括电路，但也可包括其它功能，举几个例子来说，如信号接收、能量处理和储存以及能量接收。在使用不同材料类型的情形中，可能需要选择与堆叠层相互作用的不同粘合剂、包封剂和其它材料。例如，环氧树脂薄层可将被显示为440,441和442的三个硅层与二个氧化硅层450和451粘附在一起。
如在一些例子中所述，薄的堆叠层可包括形成至硅层中的电路。可存在多种制造此种层的方式，然而本技术的半导体处理设备的标准和状态可利用一般处理步骤在硅片上形成电子电路。在电路形成于硅片上的适当位置中之后，可利用晶片处理设备来将晶片从几百微米打薄为50微米或以下的厚度。在打薄之后，可从晶片将硅电路切割或“切片”成适合眼科镜片或其它应用的适当形状。在下文中，本文所公开的堆叠层发明的不同示例性形状显示于图6中。在下文中将对此进行详细讨论；然而，“切片”操作可使用各种技术选项来切出具有弯曲、圆形、环形、直线和其它更复杂形状的薄层。
当堆叠层执行与电流的流动相关的功能时，可能需要在各堆叠层之间提供电接触。在半导体包装的一般技术领域中，各堆叠层之间的此种电连接具有包括以下的一般解决方案：引线结合、焊料隆起和线材沉积方法。线材沉积可使用其中在二个连接焊垫之间印刷导电墨水的印刷工艺。另外或作为另外一种选择，线材可由能量源(比方说激光)以物理方式限定，从而与导致在能量源照射处产生电连接的气体、液体或固体化学中间体相互作用。附加互连类型可来自在通过各种方法沉积金属膜之前或之后的光刻加工。
如果一个或多个所述层需要将电信号传输到其自身的外部，则所述一个或多个层可具有不被钝化层和绝缘层覆盖的金属接触焊垫。这些焊垫可位于所述层的周边上，其中后续堆叠层不会覆盖所述区域。在图4所示例子中，互连器线材430和431被展示为层440,441和442的电连接周边区域。对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，可存在多种用于定位电连接焊垫的布局或设计以及将各种焊垫电连接在一起的方式。此外，可以显而易见的是，根据哪些电连接焊垫被连接且这些焊垫连接到哪些其它焊垫的选择可得出不同的电路设计。另外，焊垫之间的线材互连的功能可不同，举几个例子来讲，包括以下功能：电信号连接、从外部源接收电信号、电力连接、以及机械稳定。
在先前的论述中，提出了非半导体层可包括本发明技术中的堆叠层中的一个或多个。可以显而易见的是，可存在可来自非半导体层的各种各样的应用。所述层可限定通电源，比如电池。在一些情形中，此种类型的层可具有用作化学层的支承基板的半导体，或可具有金属或绝缘基板。其它层可来自本质上主要为金属的层。这些层可限定天线、导热路径、或其它功能。可存在半导体层和非半导体层的多种组合，所述组合包括涵盖在本文中的本发明技术的实质范围内的有效应用。
在各堆叠层之间建立电连接情况下，需要在限定连接之后密封所述电连接。存在可符合本文技术的多种方法。例如，可将用于将各种堆叠层保持在一起的环氧树脂或其它粘合材料重复涂覆在具有电互连器的区域。另外，钝化膜可沉积在整个装置上，以封装用于互连的区域。对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，在此项技术中可使用多种封装和密封方案来保护、增强和密封堆叠层装置以及其互连和互连区域。
组装堆叠功能化层插入物
继续参见图5，其展示了用于组装堆叠功能化层插入物的示例性装置的近距离视图(项500)。在所述例子中，显示其中堆叠层在所述层的任一侧上均不对齐的堆叠技术。项440、441和442同样可为硅层。在图的右侧，可见项440,441和442的右侧边缘彼此不对齐，但其可对齐。此种堆叠方法可允许插入物采用与眼科镜片的总体轮廓相似的三维形状。此种堆叠技术可允许各层由尽可能最大的表面积制成。在功能化用于能量储存和电路的层中，此种表面积最大化可为重要的。
一般来讲，前述堆叠插入物的许多结构可在图5中观察到，包括堆叠的功能层440,441和442；堆叠的绝缘层450和451；和互连件430和431。另外，可观察到用于在组装时支承堆叠功能化层插入物的支承夹具(项510)。可以显而易见的是，项510的表面轮廓可呈现大量形状，所述形状会改变所述表面上的插入物的三维形状。
一般来讲，夹具510可设置有预定的形状。夹具510可涂覆有不同的层(项520)以用于许多目的。在非限制性的示例性意义上，所述涂层可首先包括聚合物层，所述聚合物层使得能够容易地将插入物结合到眼科镜片的基材中，且所述涂层甚至可由有机硅聚合物材料形成。接着，可在有机硅聚合物涂层上沉积环氧树脂涂层，以将底部薄的功能层440粘合至涂层520。接着可用相似的环氧树脂涂层来涂覆下一绝缘层450的底面，随后将所述绝缘层置于其在夹具上的适当位置处。可清楚的是，所述夹具可具有在组装装置时使正确放置的堆叠层相互对齐的功能。接着，可以重复的方式组装插入物的其余部分、限定互连件、并随后封装插入物。随后可用有机硅聚合物涂层从顶部涂覆被封装的插入物。在使用项520的有机硅聚合物涂层的情形中，可通过所述有机硅聚合物涂层的水合作用而使被组装的插入物与夹具510分离。
夹具510可由多种材料形成。所述夹具可由用于在制造标准接触镜片时制作成型件的类似材料形成和制成。此种使用可支持不同的插入物形状和设计的各种夹具类型的灵活形成。作为另外一种选择，所述夹具可由独立地或在具有特殊的涂层时不会粘附到用于将不同的层粘附到彼此的化学混合物的材料形成。可以显而易见的是，此种夹具的构型可存在多种选择。
被展示为项510的夹具的另一方面是其形状以物理方式支承位于其上的层的事实。各层之间的互连可通过线材结合连接而形成。在线材结合过程中，对线材施加显著的力以确保其形成良好的结合。在此种结合过程中，各层的结构支承可为重要的，并可由支承夹具510来执行。
被展示为项510的夹具的又一功能是所述夹具上可具有对齐结构，所述对齐结构能够使功能化层的各部分的对齐不仅相对于彼此线性地对齐，而且沿表面径向地对齐。所述夹具可使各功能层的方位角围绕中心点相对于彼此对齐。无论所制造的插入物的最终形状为何，可以显而易见的是，组件夹具可适用于确保插入物的各部分为实现其功能和正确的互连而适当地对齐。
继续参见图6，可得出对堆叠层插入物的形状的更一般性讨论。在符合本技术的一般形状的子集中，显示了某些样本性的形状变化。例如，项610显示由基本上圆形的层形成的堆叠插入物的俯视图。以交叉影线611显示的区域可为其中已移除层材料的环形区域。然而，可以显而易见的是，用于形成插入物的堆叠层可为不具有环形区域的圆盘。尽管此类非环形插入物形状在眼科应用中的实用性可能受限，然而本文中的本发明技术的实质并非旨在受内部环面的存在限制。
项620可展示堆叠的功能层插入物。如项621所示，层件可能不仅在堆叠方向上不连续，而且围绕垂直于堆叠方向的方位角方向也不连续。可使用半圆形件来形成插入物。可以显而易见的是，在具有环形区域的形状中，部分形状可适用于在层材料形成为具有其功能之后将材料减少需被“切片”或切除的量。
进一步来讲，项630展示可限定非辐射状、非椭圆形以及非圆形插入物的形状。如项630中所示，可形成直线形状，或如项640中所述形成其它多边形形状。在三维透视锥体中，用于形成插入物的各个层件的不同形状可产生圆锥体或其它几何形状。在三维透视图中，可注意到，到现在为止一直被表示为平面的或平坦的层件的各个层自身可在三个维度上呈现自由度。当硅层被充分打薄时，其能够在其典型平坦的平面形状周围弯曲或扭曲。薄层的此附加自由度允许可由堆叠的集成部件装置形成的更多的各种各样的形状。
在更一般的意义上，对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，可在装置形状和产品中形成各种各样的部件形状以制作堆叠的集成部件装置，且这些装置可呈现各种各样的功能性，在非限制性意义上，包括通电、信号感测、数据处理、通信(有线的和无线的)、功率管理、机电动作、外部装置控制和分层部件可提供的各种各样的功能。
电源层
现在参见图7(项700)，基板叠堆的一个或多个功能化层可包括薄膜电力源706。薄膜电力源可基本上被视为基板上的电池。
可利用已知沉积工艺以在薄层或薄膜中沉积材料在诸如硅的合适基板上构造薄膜电池(有时被称为TFB)。用于这些薄膜层之一的沉积工艺可包括溅镀沉积，且可用于沉积各种材料。在沉积膜之后，可在沉积下一层之前处理所述膜。关于沉积膜的常见工艺可包括光刻或掩蔽技术，所述光刻或掩蔽技术随后允许执行蚀刻或其它材料移除技术，从而允许膜层在基板表面的二个维度上具有物理形状。
在图7(项700)中，可绘示有示例性薄膜加工流程。通常会在基板上构建薄膜电池，在此流程中，基板在示例性意义上被绘示为氧化铝(Al2O3)(项701)。接下来，可在基板上沉积典型的电接触层(在图7中被显示为项702)，其中可通过在基板上薄膜沉积钛和金来形成阴极接触。如在图7中可显而易见，然后可(例如)通过溅镀蚀刻技术或湿式蚀刻技术来对此膜进行图案化和蚀刻，以产生如项702所示的形状。示例性过程中的下一步骤将是在阴极接触上形成阴极层作为膜(项703)。通常所利用的阴极膜之一可包括锂钴氧化物(LiCoO2))并如图7所示，所述阴极膜也可允许对其执行图案化过程。下一步骤(被显示为项704)可为沉积薄膜以在电池中形成电解质层。针对所述电解质层可存在多种材料选项和形式，但在示例性意义上，可使用锂磷氧氮(LiPON)聚合物层。进一步继续参见项705，可进一步通过沉积锂来处理薄膜叠堆以获得阳极层及随后获得铜层以充当阳极接触层，并接着与其它层一样使所述薄膜堆叠成像以获得接触特征或其它类似特征的适当形状。然后，可通过将膜叠堆封装于钝化层和密封层中来实现薄膜电池。以示例性方式，可如项706所示用聚对二甲苯和钛或用环氧树脂或玻璃层来封装所述层。如同其它层一样，可存在对这些最终层的图案化和蚀刻，例如以暴露其中可与被封装的电池电接触的特征。对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是，针对每个所述层存在一组丰富的材料选项。
如针对项706所述，可使用包装中的封装件以防止下列中的一个或多个进入：氧气、水分、其它气体和液体。因此可在一个或多个层中提供包装，所述一个或多个层可包括绝缘层和不可渗透层中的一者或多者，所述绝缘层作为非限制性例子可包括(例如)聚对二甲苯，所述不可渗透层可包括(例如)金属、铝、钛和形成不可渗透膜层的类似材料。一种形成这些层的示例性方法可包括通过在成形的薄膜电池装置上沉积的应用。形成这些层的其它方法可包括施加有机材料(比方说环氧树脂)连同预成形的不可渗透材料。预成形的不可渗透材料可包括集成部件装置叠堆的下一层。不可渗透材料可包括精确形成/切割的玻璃、氧化铝或硅覆盖层。
在(例如)用于眼科装置的堆叠的集成部件装置中；基板可包括一种能够耐受高温(比方说800摄氏度)而无化学变化的基板。一些基板可由提供电绝缘的材料形成，并且作为另外一种选择，一些基板可为导电的或半导电的。尽管如此，基板材料的这些替代方面可符合可形成薄部件的最终薄膜电池，所述薄部件可整合到堆叠的集成部件装置中，并且至少部分地提供装置的通电功能。
在其中薄膜电池为堆叠的集成装置的薄部件的薄膜电池中，电池可通过与被显示为图7(项700)所示项706上的项750的接触焊垫处钝化膜中的开口通路连接到其它薄部件。接触可通过与针对项750所示的侧相反的基板侧上的接触焊垫来进行。相反侧上的接触焊垫可通过使用形成穿过基板的导通孔电连接到薄膜电池，所述导通孔具有位于导通孔侧壁上或填充导通孔的导电材料。最后，可在基板的顶部或底部二者上形成接触焊垫。这些接触焊垫中的一些可相交薄膜电池的接触焊垫，但替代方案可包括其中不与电池建立连接的穿过基板的接触焊垫。如对于本领域的技术人员而言可显而易见，可存在用于通过上面形成有薄膜电池的基板互连并在所述基板内互连的多种方式。
本文所呈现的公开内容可涉及电连接可执行的功能。一些互连件可为集成部件装置叠堆内的部件提供电连接路径以及所述部件与集成部件装置叠堆外部的装置的互连。关于装置叠堆外部的连接，此连接可通过直接电传导路径来建立。包装外部的连接可以无线方式来建立；其中所述连接是通过包括射频连接、电容电连通、磁耦接、光耦接或限定无线通信方式的多种方法中的另一种方法的方式而建立。
线材形成的功率源
现在参见图8，图中绘示了功率源(项800)的示例性设计，所述功率源包括电池810，所述电池形成于导电性线材820周围。项820可包括细线规铜线材，所述细线规铜线材可用作支承件。示意性地被展示为项810中显而易见的环的各种电池部件层可使用批次或连续线材涂覆过程来积聚。这样，可以呈柔性的方便形状因数来实现可达到或超过活性电池材料的60％的非常高的体积效率。可利用薄线材来形成小电池，诸如在非限制性例子中，其储存能量可包括由毫安小时测量的范围的电池。此类基于线材的电池部件的电压容量可为大约1.5伏。对于技术人员而言可显而易见是，还可(例如)通过设计用于并联或串联连接单一电池的终端装置来依比例决定更大的电池和更高的电压。其中可使用本发明技术来建立适用的电池装置的多种方式涵盖在本发明范围内。
参见图9(项900)，图中绘示了如何可将基于线材的电池部件与其它部件相组合。在一个例子中，项910可表示其功能可通过电气装置来加以控制或加以改变的眼科装置。当此类装置为接触镜片的一部分时，部件占据的物理尺寸可限定相对小的环境。然而，基于线材的电池；项920可具有对于此类布置的理想形状因数，此类布置存在于呈线材可形成为的形状的此类光学部件的周边上。
现在参见图10(项1000)，图中示出了使用用于形成线材电池的示例性方法来加工的结果。这些方法和所得产品限定基于线材的电池。最初，可选择诸如可从(例如)McMasterCarr公司的商业来源购得的高纯度的铜线材(项1010)，并接着用一个或多个层来涂覆所述铜线材。可以显而易见的是，存在可用于形成基于线材的电池的线材的类型和组合物的多种替代选项。
可使用被显示为项1020的锌阳极涂层来限定线材电池的阳极。所述阳极涂层可由锌金属粉末、聚合物粘结剂、溶剂和添加剂配制而成。可施加所述涂层并立即对其进行干燥。可使用多遍相同的涂覆来获得期望的厚度。
继续参见图10，线材电池的阳极和阴极可彼此分隔开。隔板涂层(项1030)可由非导电填料颗粒、聚合物粘结剂、溶剂和添加剂配制而成。施加隔板的方法可为类似于用于涂覆阳极层1020的涂层施加方法。
用于加工项1000的示例性线材电池的下一步骤是形成阴极层。此阴极(项1040)可以氧化银阴极涂层来形成。此氧化银涂层可由Ag2O粉末、石墨、聚合物粘结剂、溶剂和添加剂配制而成。以类似于隔板层的方式，可使用被用于线材电池的其它层的常见涂层施加方法。
在形成收集器之后，可用层来涂覆示例性线材电池以从阴极层收集电流。此层可为由碳浸渍粘合剂形成的导电层。作为另外一种选择，此层可为金属，例如银浸渍粘合剂。对于本领域的技术人员而言可显而易见是，存在可支持形成层以增强对沿着电池表面的电流的收集的多种材料。可将电解质(具有添加剂的氢氧化钾溶液)施加到制成的电池以完成构造。
在线材电池中，用于形成电池的层可具有散发气体的能力。形成电池层的材料可具有密封剂层，所述密封剂层放置在电池层周围以含有电解质和在电池限制范围之内的其它材料，并且保护电池免受机械应力影响。然而，此密封剂层通常是以允许散发出的气体通过层扩散的方式形成。此类密封剂层可包括有机硅或含氟聚合物涂层；然而，可使用在现有技术水平下用于封装此类型的电池的任何材料。
堆叠的多层互连的部件
如先前说明中所提及，堆叠的集成部件装置的层通常可具有其之间的电互连和机械互连。已给出对其中(例如)线材结合包括在本讨论之前的章节中的某些互连方案的说明。然而，归纳独立地帮助解释本技术的互连类型中的一些可能是有益的。
常见的互连类型之一来自对“焊料球”的使用。焊料球互连为包装互连类型，所述包装互连类型几十年来一直用于半导体工业中，通常用于其中芯片通过使切片的电子“芯片”反转到包装上而连接到其包装的所谓“倒装芯片”应用中，所述切片的电子“芯片”在其互连件上具有沉积的焊料球，所述包装具有对齐的连接焊垫以连接到焊料球的另一侧。加热处理可允许焊料球在一定程度上流动并形成互连件。现有技术水平不断进步，使得焊料球类型的互连件可限定在层的任何一侧或二侧上进行的互连方案。已进行附加改良以缩减可以可靠地用于形成互连件的焊料球的尺寸。焊料球的大小可为直径50微米或更小。
当在两个层之间使用焊料球互连件时，或更一般来讲，当使用在两个层之间建立间隙的互连方案时，可使用“底填充”过程步骤以将粘合剂材料放置到所述间隙中以提供对这两个层的粘合剂机械连接和机械支承。存在用于底填充一组已互连的层的多种方式。在一些方式中，通过毛细管作用将底填充粘合剂拉到间隙区域中。可通过将液体加压到间隙区域中使底填充粘合剂流动到间隙中。可通过在分层装置上抽真空并接着施加底填充材料在间隙区域中形成真空状态。用于以两种分层材料来底填充间隙的多种方式中的任一种符合本文中所述的技术。
另一种进化互连技术涉及通过切透层的导通孔(此类特征通常被称为通孔)来将分层部件的一侧与另一侧互连。这项技术也以各种形式存在了几十年，然而，现有技术水平已改良，其中10微米或更小直径尺寸的非常小的导通孔可能具有也可能非常大的纵横比，特别是当分层材料是由硅形成时。与层材料无关地，通孔可利用金属材料在层的两个表面之间形成电互连；然而，当所述层为导电或半导电材料时，所述通孔必须具有使金属互连与层本身绝缘的绝缘体层。所述通孔可穿透整个分层基板。作为另外一种选择，所述通孔可穿过基板但然后与基板表面上的沉积特征相交；从后侧。
在其中导通孔与层一侧上的金属焊垫相交的通孔中，金属焊垫可利用包括焊料球和线材结合在内的多种方式互连到不同的层。在导通孔由金属填充且穿过整个分层基板的情形中，通过互连导通孔两侧上的焊料球来形成互连可能是有益的。
当形成上面只有通孔和金属路由线路的层时，进行另一互连。在一些情形中，此类互连装置可被称为内插器。由于内插器层可能只有金属路由和导通孔互连，因而存在一些可制成层的附加材料和因此如何在这些材料中建立通孔的替代方案。作为非限制性例子，二氧化硅基板或石英基板可为层的材料。在一些情形中，此石英层可通过在其中金属细丝从表面突起的基板上浇注熔融石英来形成。这些突起则形成由此类型的加工而引起的石英层的顶表面与底表面之间的金属连接。形成薄互连层的多种方式包括适用于互连堆叠层且因此适用于形成堆叠的集成部件装置的技术。
另一种类型的互连元件是由透基板导通孔技术而来。如果透基板导通孔由包括金属层在内的各种层填充，则所得导通孔可形成可切割的结构。导通孔可顺着其中心切割或“切片”，从而形成切开的半个导通孔。此类型的互连可被称为雉堞互连。此类互连提供从顶表面到底表面的连接以及与这些表面互连的能力；但同样，与侧面互连的潜能可来自“雉堞”的结构。
本文已论述了许多互连和部件整合技术。然而，本文所公开的发明旨在囊括各种各样的整合技术且旨在用于举例说明目的的例子并非旨在限制本技术的范围。
具有通电的堆叠的集成部件装置
继续参见图11，项1100显示了其中存在8个堆叠层的具有通电的堆叠的集成部件装置。存在顶层1110，所述顶层用作无线通信层。存在技术层1115，所述技术层连接到顶层1110，并且连接到其下方的互连层1125。此外，存在被绘示为项1130的4个电池层。可存在下基板层(项1135)，其中所述基板包括附加天线层。可存在可执行的多种功能。
堆叠的集成部件装置中的多个通电元件
现在继续参见图12(项1200)，图中可以看到图11所示类型的布置的示意性表示。在图11中被标识为项1130的多个通电元件现在由各个标识符表示。可以显而易见的是，所述多个元件的数量和组织仅为许多不同布置之一且被绘示用于示例性目的。然而，如图所示，所述元件可被布置成如由项1210-1224所示的4组3或4个元件。因此，在这个例子中，第一组元件可包括1210,1211,1212和1213。第二组元件可包括项1214,1215,1216和1217。第三组元件可由元件12112,1219,1220和1221表示。另外，第四组元件可由元件1222,1223和1224表示。在这个例子中，可不连接第四组中的第四电池元件，而是可将其用作通过电池元件与天线元件(项1291)的互连元件。
这些组中的每个组可针对所述组中连接的三个或四个元件共享共同接地线。出于例示性目的，包括项1210,1211,1212和1213的一组可共享被显示为项1230的共同接地线。另外，所述元件之一则可具有将所述元件连接到可由电路元件1290表示的互连层的单独的线。可以清楚的是，每个电池元件的连接、计数和实际上组成的多种差异可包括涵盖在本发明技术的范围内的技术。然而，每个电池元件均具有单独连接到互连层的共同电极和偏压电极二者或许是可能的。
如所提及，在其中若干组电池元件共享共同接地的项1200所示类型的一些布置中，电池元件1213可与共同组共享共同连接(项1230)，并且还具有为项1235的其自身的偏压连接。这些连接可与互连元件1290接合，并且随后继续连接到在此图中被标识为项1205的功率管理元件。这两个连接可具有至功率管理单元中的对应输入连接，其中1240可为组的延续(共同接地连接1230)且项1245可为电池元件1213的延续(偏压连接1235)。因此，各个电池元件可连接到功率管理实体且开关可控制其如何电连接到另外的元件。
这四组十五个多个通电单元事实上均可以并联方式连接，从而产生原始电池电源，所述原始电池电源具有电池元件的相同电压状况和这十五个单元的组合电池容量。功率管理单元1205可以这样一种并联方式连接这十五个元件1210-1224中的每个元件。所述功率管理元件可改进并改变输入功率以产生得到改进的功率输出，所述功率输出将被供应给堆叠的集成部件装置的其余部分。可以显而易见的是，功率管理元件可执行众多的电气改进，在非限制性意义上，包括：调节所有元件以匹配标准参考电压输出；使各个元件的电压倍增；调节由组合电池元件输出的电流；和许多其它此类改进。
无论对15个元件的组合的功率状况执行什么样的调节，功率管理单元的原始输出均可连接到如由元件1250所示的互连层。此电源可通过互连装置传递，并且电馈送到集成式无源装置元件1206。
在集成式无源装置元件1206内，可存在电容器。来自互连件1255的原始电源连接可用于将电容器充电到原始电源的电压状况。充电可由有源元件控制，或充电只可传递到电容元件上。电容器的所得连接则可被标识为如在项1200中被指示为元件1260的堆叠的集成部件装置的第一电源状况。虽然将能量储存在电容器中可在单独的集成式无源装置元件(在这种情况下被绘示为项1206)中实施，但电容器可被包括作为功率管理装置本身的一部分或包括在从功率管理装置消耗功率的其它部件上。同样，在具有通电的堆叠的集成部件装置中可存在集成式无源装置中的电容器以及功率管理元件和以其它方式消耗电流的元件中的电容器的组合。
可存在多种用于调节由多个通电单元提供的功率的动机。示例性动机可来自被连接的部件的功率要求。如果这些元件具有需要不同电流状况的不同操作状态，则最高操作状态电流消耗的电流消耗可因电容器的存在而得到缓和。因此，电容器可储存显著大于这十五个元件可能能够在给定时间点提供的电流容量。根据电流消耗元件的状况和IPD(项1206)中的电容器的性质，仍可存在瞬态高电流消耗状态可出现的时间量的限制。由于电容器可能在对其电流容量的此种消耗之后需要再充电，因而同样可以显而易见的是，在高电流消耗状况的再次发生之间可能需要足够的时间。因此，可以清楚的是，可存在与通电单元的数量、其能量容量、其连接到的装置类型以及由这些通电元件提供能量的元件、功率管理系统和集成式无源装置的设计功率要求有关的很多不同设计方面。
多个通电单元的电压供应方面：
在具有多个通电单元的堆叠的集成部件装置的一些例子中，可以改变呈不同的串联连接和并联连接的电池的组合。当两个通电单元以串联方式连接时，通电元件的电压输出添加以赋予更高的电压输出。当两个通电单元以并联方式连接时，电压保持相同但电流容量添加。可以显而易见的是，通电元件的互连可被硬连线到元件的设计中。然而，元件可通过使用开关元件来加以组合以限定可动态限定的不同电源状况。
继续参见图13(项1300)，图中显示了如何可使用开关来限定至多来自四个不同的通电元件的切换组合的4个不同的电压电源的例子。可以显而易见的是，在示例性意义上提供元件的数量且许多不同的组合可以限定涵盖在本文中的本发明技术的实质范围内的类似技术。同样，项1301,1302,1303和1304可限定四个不同的通电元件的接地连接，或这些项可表示四组不同的通电元件的接地连接，如对图12的说明中所展示。在示例性意义上，项1305,1306,1307和1309可限定至这四个所绘示通电元件中的每个元件的偏压连接，其中偏压连接可呈现标称电压状况，所述标称电压状况可比各个元件接地连接1301,1302,1303和1304高1.5伏。
如图13所示，可存在堆叠集成部件装置中所包括的微控制器(项1316)，所述微控制器在其各种控制状况之中可控制所述多个通电单元被连接成用于限定的电源数量。微控制器可连接到开关控制器(项1315)，所述开关控制器可将来自微控制器的控制信号电平变化转位成各个开关的状态变化。为了便于表述，项1315的输出被显示为单一项1390。在这种情况下，此信号旨在表示通往被绘示为项1320到1385的各种开关的各个控制信号线。可存在符合本文中的本发明技术的实质的多种类型的开关，然而，在非限制性意义上，所述开关可在示例性意义上为金属氧化物半导体效应电晶体开关。可以显而易见的是，多种机电类型的开关或可通过电信号来加以控制的其它开关类型可包括涵盖在本文中的本发明技术的实质范围内的技术。
对开关的控制可用于根据项1300的电路产生多种不同的电压状况。作为起始例子，开关可被配置成使得存在限定的两种不同的电压状况；被显示为项1313的1.5伏状况和被显示为项1312的3伏状况。存在实现这一目标的多种方式，但例如将描述其中针对所述电压状况中的每种状况使用两个不同的元件的以下方式。可以考虑组合由其接地连接(项1301和1302)表示的元件作为1.5伏电源元件。要做到这一点，项1305(用于第一通电元件的偏压连接)可以观察到已经连接到1.5伏电源线(项1313)。要使第二通电元件偏压连接1306连接到电源线1313，开关1342可变成连接状态，而开关1343,1344和1345可配置成处于非连接状态。第二通电元件的接地连接现在可通过启动开关1330连接到接地线1314，以限定第二、3伏电源线(项1312)，第三元件1303和第四元件1304的共同/接地连接可连接到1.5伏电源线1313。要针对第三元件制定这一目标，可启动开关1321，而可停用开关1320和1322。这可使连接1303处于元件1313的1.5伏状况。在这种情况下，可停用开关1350。对于第四元件，应启动开关1340。也可启动开关1341，然而如果所述开关处于非活动状态，则可存在相同的状况。可停用开关1370，以使得不与接地线建立连接。
第三元件1307和第四元件1309的偏压连接现在可连接到3伏电源线1313。对于第三元件连接，开关1363应处于活动状态，而开关1362,1364和1365可处于未激活状态。对于第四元件1309，开关1383可处于活动状态，而开关1382,1384和1385可处于非活动状态。此组连接可通过对4个通电单元的示例性使用产生这样一种二电平(1.5伏和3伏)粗略电源状况。
图13所示连接(项1300)可产生多种不同的电源状况，所述电源状况可由对四个通电元件或四组通电元件的使用而产生。可以显而易见的是，更多的通电元件连接可符合本文中的本发明技术。在非限制性意义上，可存在少至两个通电元件或可符合堆叠的集成部件装置的大于彼数量的任意数量。可存在用于将通电元件的接地侧和偏压侧的连接切换成可产生各个通电元件电压的通电电压的倍数的并联和串联连接的类似概念；如果所述多个通电元件为相同类型的，或在组合电压中，如果包括各个通电元件的不同类型和电压。
对利用图13所示切换基础架构的说明可描述一组可编程到堆叠的集成部件装置中并随后在所得装置的寿命期间利用的连接。对于本领域的技术人员而言可清楚的是，可存在替代动态布置。例如，堆叠的集成部件装置可具有编程的操作模式，其中所述堆叠的集成部件装置的电源的数量或性质可动态变化。在非限制性的示例性意义上，参见图13，项1310可表示装置的电源线，其中在一些模式中所述电源线不连接到任何通电元件连接，在开关1345,1365和1385处于非启动连接状态的情况下可能就是这样。此类型的其它布置可产生一个或多个开关1345,1365和1385的连接，从而产生项1310的电源的限定通电电压。对特定电压的此种动态启动还可包括稍后的停用或作为另外一种选择另一操作通电电压的动态变化。当包括具有可以静态方式和动态方式连接到堆叠集成部件装置的其它元件的多个通电元件的堆叠的集成部件装置时，可存在可来自本文中的本发明技术的各种各样的操作布置。
多个通电单元的自我测试和可靠性方面：
通电元件的性质可包括其中当所述元件被组装到堆叠的集成部件装置中时其可具有失效模式的方面，所述失效模式可具有初始或“时间零点”失效的性质或作为另外一种选择可为其中初始功能元件可在其使用过程中失效的老化失效。具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置的特性考虑到能够补救此类失效模式并保持功能操作状态的电路和设计。
参见图12(项1200)，一些自我测试和修复布置可在示例性意义上示出。考虑其中这十五个多个通电元件1210到1224均以并联方式连接以基于每个元件的标准操作电压限定一种电源状况的布置。如所提及，组合这些多个数量的通电的性质可使得堆叠的集成部件装置能够在通电单元有缺陷或变得有缺陷的情况下执行自我测试和修复。
继续参见考虑到上述布置的图14(项1400)，可使用感测元件以检测流动穿过通电装置的电流，被绘示为项1410。可存在用于在堆叠的集成部件装置的电流可处于标准值情况下设定堆叠的集成部件装置中的状况的多种方式。在示例性意义上，所述装置可具有其在静态电流消耗处于非常低的值情况下启动的“休眠模式”。感测方案可与将电阻元件插入到电源接地返回线中一样简单；尽管测量电流的更先进的方法(包括磁换能器或热换能器或执行电流计量的任何其它方法)可符合本文技术的实质。如果发现对电流(其可表示为与参考电压相比通过电阻元件的电压降)的诊断测量超过标准公差，则示例性自我测试电路可继续确定所述通电元件之一是否导致过量电流消耗状况。在进行中，一种如项1420中所示分离起因的示例性方式可为首先通过断开其接地返回线一次循环通过隔离这四个组中的每个组。重新参见图12(项1200)，例如所述组元件1210,1211,1212和1213可为要隔离的第一组。可断开接地线1230。接下来，可如项1430所示在隔离之后执行相同的电流消耗计量。如果感测到的电流现在已返回到正常的电流消耗，则可指示彼组中出现问题。作为另外一种选择，如果电流仍保持超出所指定的状况，则逻辑循环过程可进行至下一组并回到项1420。在循环通过所有组(其在此示例性意义上可为四个组)之后电流消耗仍超出正常公差范围或许是可能的。在这样一种情况下，自我测试方案随后可退出其对通电元件的测试并接着针对一些其它可能的电流消耗问题停止自我测试或启动自我测试。在描述此自我测试方案时，可以显而易见的是，已描述了示例性方案以示出本文中的本发明技术的概念且众多其它方案可导致对可能有故障的各个通电单元的类似隔离。
继续参考示例性方案，当电流在已隔离组时返回到正常规格时，可执行下一隔离循环。如项1440中所示，可再次启动各个组，然而，这四个元件(例如1210,1211,1212和1213)中的每个元件可使其偏压部连接断开，其中例如1235可表示元件1213的偏压连接。此外，在隔离元件之后，可如项1450中所示再次感测电流消耗。如果对元件的隔离使电流消耗返回到正常状态，则可将彼元件指示为有缺陷的并将其与电源系统断开。在这种情况下，自我测试方案可使项1460返回到其初始状态(其中有缺陷的元件现在被关掉)并重新测试电流是否处于规格范围内。
如果由元件1440和1450所示的第二循环过程进行通过组中的所有通电元件而不使电流返回到可接受的值，则所述循环可如由元件1441所示结束。在这种情况下，自我测试电路随后可继续从所述电源系统禁用所述整个组，或其可以不同方式继续隔离组中的元件；此对于这个例子而言未绘示。可存在用于限定多个通电单元的自我诊断方案和被编程为基于这些方案进行的动作的多种方式。
多个通电单元中的同时充电和放电
现在继续参见图15(项1500)，可以看到可由将多个通电元件整合到堆叠的集成部件装置中而产生的另一布置。在存在多个通电元件(项1511到1524)，且在堆叠的集成装置内存在可适用于对通电元件再充电的元件1500情况下，可存在对所述元件中的一些元件充电而所述元件中的其余元件同时被用于为正在运行的部件供电的能力。
在一个例子中，含有多个通电元件的堆叠的集成部件装置可能能够接收并处理来自包括在其装置内的天线1570的射频信号。在一些实施例中，可存在第二天线(项1560)，所述第二天线适用于从装置的环境接收无线能量并将此能量传递到功率管理装置(项1505)。在示例性意义上，可包括微控制器元件(项1555)，所述微控制器元件既从堆叠的集成部件装置的通电单元消耗功率也控制装置内的操作。此微控制器1555可使用编程算法来处理输入到其的信息以确定这十五个元件1511到1524的通电系统是否可具有足够的能量以支持当前装置功能的功率要求，其中仅一子组的元件被用于为功率管理装置的电源控制电路(项1540)供电且所得电源被用于为此电路限定的部件中的其余部件供电。剩余的元件然后可连接到功率管理部件的充电电路(项1545)，所述功率管理部件可如先前所提及接收通过天线1560接收的功率。在图15(项1500)中，例如堆叠的集成部件装置可被放置成其中所述多个通电元件中的三个元件(项1522,1523和1524)可连接到充电电子器件的状态，如例如针对项1523显示为项1150。同时，剩余的12个元件(项1511到1521)可连接到电源电路1540，如例如针对元件1511显示为项1530。这样，可通过使用多个通电元件来启动具有通电的堆叠的集成部件装置以在其中所述元件同时既充电又放电的模式中操作。提供对此示例性同时充电和放电模式的绘示，作为可将多个通电元件配置成在具有通电的堆叠的集成部件装置内执行多个功能的多种方式中的仅一种，而非旨在使这样一个例子以任何方式限制或许可具有的各种各样的布置。

Claims (20)

1.一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置，包括：
包括第一表面的第一层和包括第二表面的第二层，其中所述第一表面的至少一部分位于所述第二表面的至少一部分的上方；
至少一个电连接，所述至少一个电连接介于所述第一表面上的电接触与所述第二表面上的电接触之间；
至少一个电晶体管，其中一个或多个所述电晶体管包括在所述堆叠的集成部件装置中；
多个分立通电元件，其中所述分立通电元件包括在所述第一层和所述第二层中的任一者或两者中；
开关元件，所述开关元件被配置成组合所述通电元件以限定不同的电源状况；和
微控制器，所述微控制器被配置成控制所述连接多个通电元件而限定的电源状况。
2.根据权利要求1所述的堆叠的集成部件装置，还包括开关控制器，所述开关控制器被配置成将来自所述微控制器的控制信号电平变化转位成所述开关元件的状态变化。
3.一种具有多个通电元件的堆叠的集成部件装置，包括：
包括第一表面的第一层和包括第二表面的第二层，其中所述第一表面的至少一部分位于所述第二表面的至少一部分的上方；
至少一个电连接，所述至少一个电连接介于所述第一表面上的电接触与所述第二表面上的电接触之间；
至少一个电晶体管，其中一个或多个所述电晶体管包括在所述堆叠的集成部件装置中；
至少第一分立通电元件和第二分立通电元件，其中所述分立通电元件包括在所述第一层和所述第二层中的任一者或两者中；和
自我测试电路，所述自我测试电路包括感测元件，所述感测元件被配置成检测流动穿过所述通电元件的电流，所述自我测试电路被配置成确定所述通电元件之一是否导致过量电流消耗状况。
4.根据权利要求3所述的堆叠的集成部件装置，其中所述自我测试电路被配置成比较通过电阻元件的电压降与参考电压。
5.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，其中所述自我测试电路被配置成通过下述方式来分离所述过量电流消耗状况的起因：通过断开多个组的通电元件中的每个组的接地返回线来一次一组循环隔离一个所述组，并且确定所述电流消耗是否减少。
6.根据权利要求5所述的堆叠的集成部件装置，其中所述自我测试电路被配置成在已隔离一个所述组时所述电流消耗返回到正常规格的情况下执行另一隔离循环，其中所述自我测试电路被配置成断开所述组中的每个通电元件的偏压，并且在已隔离每个通电元件之后感测所述电流消耗。
7.根据权利要求6所述的堆叠的集成部件装置，其中所述自我测试电路被配置成在所述另一隔离循环进行通过所述组中的所有通电元件而不使所述电流消耗返回到可接受的值的情况下从电源系统禁用整个所述组。
8.根据权利要求7所述的堆叠的集成部件装置，其中所述自我测试电路被配置成在一个所述通电元件的隔离使所述电流消耗返回到正常状态的情况下将所述通电元件与所述电源系统断开。
9.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，其中所述分立通电元件具有小于200微米的厚度。
10.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，另外包括：
第一电共同连接，其中所述第一电共同连接与所述第一分立通电元件的接地连接接触；
第二电共同连接，所述第二电共同连接与所述第二分立通电元件的接地连接接触；
第一电偏压连接，所述第一电偏压连接与所述第一分立通电元件的偏压连接接触；和
第二电偏压连接，所述第二电偏压连接与所述第二分立通电元件的偏压连接接触。
11.根据权利要求10所述的堆叠的集成部件装置，其中将所述第一电共同连接电连接到所述第二电共同连接，从而形成用于所述至少两个通电元件的单一共同连接。
12.根据权利要求11所述的堆叠的集成部件装置，其中将所述第一电偏压连接电连接到所述第二电偏压连接，从而形成用于所述至少两个通电元件的单一偏压连接。
13.根据权利要求10所述的堆叠的集成部件装置，其中：
将所述第一电偏压连接电连接到第一集成电路的第一电源输入；并且
将所述第二电偏压连接电连接到第一集成电路的第二电源输入。
14.根据权利要求13所述的堆叠的集成部件装置，其中：
所述第一集成电路产生第一输出电源；并且
将第二集成电路电连接到所述第一输出电源。
15.根据权利要求14所述的堆叠的集成部件装置，其中：
所述第一集成电路与至少第一开关、所述第一电源输入和所述第二电源输入组合，以建立第一输出电源，其中所述第一输出电源具有所述第一分立通电元件和所述第二分立通电元件的等效电压容量；并且
所述第一输出电源具有所述第一分立通电元件和所述第二分立通电元件的组合电流容量。
16.根据权利要求14所述的堆叠的集成部件装置，其中：
所述第一集成电路与至少第一开关、所述第一电源输入和所述第二电共同连接组合，以建立第一输出电源，其中所述第一输出电源具有所述第一分立通电元件和所述第二分立通电元件的电流容量中较小者的等效电流容量；并且
所述第一输出电源具有所述第一分立通电元件和所述第二分立通电元件的组合电偏压。
17.根据权利要求14所述的堆叠的集成部件装置，其中来自所述第一层和所述第二层的所有电连接均未连接到所述堆叠的集成部件装置的任何外部有线连接。
18.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，其中所述堆叠的集成部件装置内的分立通电元件的数目超过三个。
19.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，其中形成为多个通电元件的组合的原始电源的数目超过一个。
20.根据权利要求3或4所述的堆叠的集成部件装置，其中将形成为多个通电元件的组合的至少第一原始电源连接到电容元件。
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Granted publication date: 20170718

Termination date: 20200125

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