CN118101071A - 堆叠封装的元器件、及其通信方法和供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种堆叠封装的元器件、及其通信方法和供电方法，涉及堆叠封装的元器件。其中，具体方案包括：包括封装基板的封装外壳和多层堆叠的芯片；其中，所述多层堆叠的芯片包括第一芯片和至少一层第二芯片；封装基板和与第一芯片之间有线连接；第一芯片和第二芯片之间无线连接；其中，通过电磁场连接第一芯片和各个第二芯片的电源端口进行无线供电；通过光互连连接第一芯片、以及与第一芯片相邻的第二芯片的通信端口，并且通过光互连连接彼此相邻的各个第二芯片的通信接口，在第一芯片和各个第二芯片间进行无线通信。本发明降低了制造和装配的复杂程度，降低了制造成本，提高了芯片的成品率，并且可以减少额外的功率损耗和信号传输的延迟。
Description
本申请是申请号为201910432234.6，发明名称为“堆叠封装的元器件、及其通信方法和供电方法”的分案
技术领域
本发明涉及堆叠封装的元器件，特别是涉及一种堆叠封装的元器件、及其通信方法和供电方法。
背景技术
三维的堆叠封装是一种能够大幅度提高系统级芯片(System on Chip，SoC)集成度的封装技术，堆叠封装技术将分别设计和生产的不同功能的多个芯片，在垂直方向堆叠在一起形成一个三维结构，封装到同一个管壳中。堆叠封装形成的元器件需要将堆叠在一起的芯片的电源端、接地端以及层间信号端相互连接，因此，芯片间的互连技术是堆叠封装技术中的关键技术之一，芯片间互连的性能将直接影响整个堆叠封装后形成的系统级芯片的性能。
目前，常见的堆叠封装内的芯片之间的电气和通信信号的互连技术是以有线连接的方式实现的，例如，可以通过硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术实现有线互连，但有线连接的方式增加了制造和装配的复杂程度，制造成本相对较高，封装后的芯片成品率也会降低。并且，有线连接的方式需要在芯片上增加静电保护装置，会造成额外的功率损耗和信号传输的延迟。
发明内容
本发明提供一种堆叠封装的元器件，包括：包括封装基板的封装外壳和多层堆叠的芯片；其中，所述多层堆叠的芯片包括与封装基板的位置最接近的第一芯片和至少一层第二芯片；封装基板和与所述第一芯片之间有线连接；所述第一芯片和所述第二芯片之间无线连接；其中，通过电磁场连接所述第一芯片和各个所述第二芯片的电源端口进行无线供电；通过光互连连接所述第一芯片以及与所述第一芯片相邻的所述第二芯片的通信端口，并且通过光互连连接彼此相邻的各个所述第二芯片的通信接口，在所述第一芯片和各个所述第二芯片间进行无线通信。
优选的，所述第一芯片和所述第二芯片上安装有第一光电转换装置；所述第一光电转换装置包括：光发射单元；通过第一光电转换装置将芯片间的传输信息转换为光信号，通过所述光发射单元发射所述光信号给相邻的第一芯片或第二芯片。
优选的，所述第一芯片和所述第二芯片上安装有第二光电转换装置；所述第二光电转换装置包括：光接收单元；通过所述光接收单元接收相邻第一芯片或第二芯片发射来的所述光信号，并通过所述第二光电转换装置将所述光信号转换为所述传输信息。
一种堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号发射端，包括：
判断如果需要进行芯片间的数据传输，生成芯片间的传输信息，并确定所述传输信息的传递方向；其中每个所述传输信息携带有芯片标识，所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片；通过第一光电转换装置将所述传输信息转换为光信号；根据所述传递方向，将所述光信号发射给相邻的第一芯片或第二芯片。
一种堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号接收端，包括：通过第二光电转换装置从相邻的第一芯片或第二芯片处获取光信号，并将所述光信号转换为传输信息；根据所述传输信息中携带的芯片标识，区分所述传输信息中以自身为目标镜片的目标传输信息和不以自身为目标芯片的非目标传输信息；所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片；利用所述目标传输信息进行运算。
综上所述，本发明提供的堆叠封装的元器件，以电磁场的方式实现封装的芯片间的电气互连，以光互连的方式实现了芯片间通信信号的互连，无需在堆叠封装的芯片之间进行有线连接，降低了制造和装配的复杂程度，降低了制造成本，提高了芯片的成品率，提升了电能利用率，减小了通信信号的传输延迟。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二中提供电磁场连接的第一电磁转换装置和第二电磁转换装置的结构示意图；
图3为本发明实施例三中第一光电转换装置和第二光电转换装置的结构示意图；
图4为本发明实施例四的流程示意图；
图5为本发明实施例五的流程示意图；
图6为本发明实施例六的流程示意图；
图7为本发明实施例七的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
三维的堆叠封装是一种能够大幅度提高系统级芯片(System on Chip，SoC)集成度的封装技术，目前，常见的堆叠封装内的芯片之间的电气和通信信号的互连技术是以有线连接的方式实现的，例如，可以通过硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术实现有线互连，但有线连接的方式增加了制造和装配的复杂程度，制造成本相对较高，封装后的芯片成品率也会降低。有线连接需要增加静电保护装置，会造成额外的功率损耗和信号传输的延迟。
因此，可以通过采用无线的电气互连和通信互连方式，克服上述有线互连方式的缺陷。
有鉴于此，可以通过电感耦合或电容耦合技术实现堆叠封装内芯片间的无线通信或者芯片间的电能传递。通过感应耦合的无线电能传输技术能将电能以磁场为载体从电源端传送至受电设备端，具有传输效率高、传输距离远等优点，而且可以通过感应耦合的无线供电技术，以多个芯片为受电设备，同时对多个芯片进行无线供电，实现简单便利，大大的降低了制造和装配的复杂程度，提升了电能利用率。
然而，使用感应耦合的方式进行芯片间的无线通信时，尤其是使用电感耦合的方式进行无线通信时，一般需要在各芯片表面以矩阵形式紧密排列多组电感线圈，无线通信所需的电感通道之间会产生较强的干扰，而且使用感应耦合的方式进行无线通信，带宽和速率都不高，无法完全满足堆叠封装得到的系统级芯片的技术要求。
因此，采用光互连技术进行芯片间的无线通信，可有效解决有线互连方式和感应耦合方式进行芯片间通信所遇到的瓶颈问题。光互连技术是用光子取代电子作为信息载体实现信息传递与交换的技术，具有较低的系统功耗、超低的时延、极高的通信带宽和极小的传输损耗。采用光互连技术进行芯片间的无线通信不会受到电磁耦合供电带来的干扰或串扰的影响，可以获得很高的通讯速率和很大的带宽，降低了制造成本，减小了通信信号的传输延迟，提高了芯片的成品率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的堆叠封装的元器件的结构示意图，如图1所示，一种堆叠封装的元器件主要包括：
包括封装基板101的封装外壳和多层堆叠的芯片；其中，所述多层堆叠的芯片包括与封装基板101的位置最接近的第一芯片102和其余各层第二芯片103。
上述多层堆叠的芯片通常采用面对背的方式从封装基板101开始，向着远离基板的方向垂直堆叠，当然，在本发明中，也可以采用面对面或背对背的方式，采用何种堆叠方式对本发明的实现没有影响。每个芯片的底部通常为导热基片。
由于封装基板101需要提供系统级芯片对外界的连接管脚，并且，包括封装基板101的封装外壳通常是塑料或陶瓷材质的壳体，无法在上面制备电路，因此，封装基板101和与所述第一芯片102之间通过有线方式连接，一般的，通过跳线等导线进行将第一芯片102的供电端口和通信端口与封装基板101上的管脚进行连接。封装基板101根据器件制备方式的不同，可以位于整个系统级芯片的底端也可以位于整个系统级芯片的顶端。
所述第一芯片102和所述第二芯片103之间无线连接。其中，通过电磁场连接所述第一芯片102和各个所述第二芯片103的电源端口进行无线供电。这里，电磁场连接为通过感应电磁场连接第一芯片102和各个第二芯片103的电源端口，以第一芯片102为供电端口、以各个第二芯片103为受电设备端口，通过感应电磁场以第一芯片102提供电能，为各个第二芯片103供电。
通过光互连连接所述第一芯片、以及与所述第一芯片相邻的所述第二芯片的通信端口，或者通过光互连连接彼此相邻的各个所述第二芯片的通信接口，在所述第一芯片和各个所述第二芯片间进行无线通信。这里，光互连连接为通过光互连的方式连接彼此相邻的两个芯片的通信端口，每组彼此相邻的两个芯片间的光互连连接在该组彼此相邻的两个芯片间进行无线通信。具体的，通过光互连的方式连接第一芯片以及与第一芯片相邻的第二芯片的通信端口，并且通过光互连连接彼此相邻的各个第二芯片的通信接口，在第一芯片和各个第二芯片之间建立串行的无线通信连接。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的堆叠封装的元器件中的提供电磁场连接的第一电磁转换装置和第二电磁转换装置的结构示意图。
如图2所示，第一电磁转换装置201，包括：第一功率变换单元2011，发射端补偿网络2012和磁场发射线圈2013。
第一功率变换单元2011的一端连接至电源输入端口2014，所述第一功率变换单元2011的另一端连接至所述发射端补偿网络2012；所述发射端补偿网络2012与所述磁场发射线圈2013连接；
通过所述电源输入端口2014输入的输入电能，通过所述第一电磁转换装置201转换成磁场，并经过所述磁场发射线圈2013发射出去。
第一电磁转换装置201安装在第一芯片上。第一芯片的供电端口与封装基板的电源管脚连接，通过有线的方式从封装基板的电源管脚获取外界提供的电能供给。因此，第一芯片的供电端口为第一芯片上实现所有功能的电路供电，并且，连接至电源输入端口2014，通过第一电磁转换装置201以电磁场连接的方式为第二芯片供电。为第一芯片上实现功能的电路供电和为第一电磁转换装置201供电的电源输入端口2014之间可以串联、也可以并联。
第二电磁转换装置202包括：
第二功率变换单元2021，接收端补偿网络2022和磁场接收线圈2023；
所述第二功率变换单元2021的一端连接至供电端口2024，所述第二功率变换单元2021的另一端连接至所述接收端补偿网络2022；所述接收补偿网络2022与所述磁场接收线圈2023连接；
通过所述磁场接收线圈2023接收的磁场，通过所述第二电磁转换装置202转换成供电电能，并经过所述供电端口2024为所述第二芯片上的电路供电。
每个第二芯片上均安装有一套第二电磁转换装置202，第二芯片上的供电端口通过感应电磁场的方式获取第一芯片发送来的电能，并为第二芯片上实现所有功能的电路供电。
第一芯片和第二芯片根据堆叠封装的元器件需要实现的功能确定，可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的芯片、信号处理芯片(Demand-Side Platform，DSP)的芯片、嵌入式芯片、数字集成电路芯片、模拟集成电路芯片、存储器芯片、可编程逻辑电路芯片、各种接口控制芯片、各种互联总线芯片等。
磁场发射线圈2013水平于所述第一芯片设置；磁场接收线圈2023水平于所述第二芯片设置；如图2所示，磁场发射线圈2013的轴心与磁场接收线圈2023的轴心沿垂直第一芯片或垂直第二芯片的方向对准。也就是说，第一芯片上的磁场发射线圈2013与第二芯片上的磁场接收线圈2023在垂直方向沿轴线中心对准。磁场发射线圈2013和磁场接收线圈2023可以如图1所示布置在芯片的周边，也可以集中布置在芯片的一侧，只要磁场发射线圈2013和磁场接收线圈2023的轴心中心对准，以获得尽可能大的电能传输效率即可。
第一芯片上的第一电磁转换装置201作为电能的发射端，第二芯片上的第二电磁转换装置202作为电能的接收端和中继端，形成一个电能无线传输的互连通道。当第一芯片上的第一电磁转换装置201通过第一功率变换单元2011按一定频率改变磁场发射线圈2013中通过的电流时，磁场发射线圈2013内的磁场也会随之变化，与第一芯片相邻的第二芯片上的磁场接收线圈2023耦合感应到的磁场也发生变化，变化的磁场在与第一芯片相邻的第二芯片上的磁场接收线圈2023内产生应感应电流，从而将电能通过无线的方式传输到与第一芯片相邻的第二芯片。而与第一芯片相邻的第二芯片以级联的形式向与其相邻的第二芯片传输电能，并依次向后一级相邻的第二芯片传输电能，从而实现电能在整个电能无线传输的互连通道内传输。为满足每一层第二芯片的供电特性，在发射端和接收端均分别设置了发射端补偿网络2012和接收端补偿网络2022。在对堆叠封装的元器件进行设计时，可以使用自感系数公式、互感系数公式等任一种常用的线圈自感和互感计算方法根据芯片之间的距离和负载需求确定磁场发射线圈2013和磁场接收线圈2023的大小、匝数、间距等参数，以获得电能高效率传输适合的磁场发射线圈2013和磁场接收线圈2023的自感和互感。可以采用采用电容和电感的匹配进行发射端补偿网络2012和接收端补偿网络2022的设计，其中第一芯片的发射端补偿网络2012和最后一层第二芯片的接收端补偿网络2022可以如下可能的实施方式中的一种实现：
A：采用电容-电感串联-串联补偿(SS)：第一芯片的发射端补偿网络2012采用串联的电容-电感，最后一层第二芯片的接收端补偿网络2022也采用串联的电容-电感进行补偿；
B：采用电容-电感串联-并联补偿(SP)：第一芯片的发射端补偿网络2012采用串联的电容-电感，最后一层第二芯片的接收端补偿网络2022采用并联的电容-电感进行补偿；
C：采用电容-电感并联-串联补偿(PS)：第一芯片的发射端补偿网络2012采用并联的电容-电感，最后一层第二芯片的接收端补偿网络2022采用串联的电容-电感进行补偿；
D：采用电容-电感并联-并联补偿(PP)：第一芯片的发射端补偿网络2012采用并联的电容-电感，最后一层第二芯片的接收端补偿网络2022也采用并联的电容-电感进行补偿。
这里，最后一层第二芯片通常指的是封装时位置离第一芯片最远的一层第二芯片，而其余中间层第二芯片的接收端补偿网络2022均采用电容和电感串联的补偿网络。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的堆叠封装的元器件中第一光电转换装置和第二光电转换装置的结构示意图示意图。
如图3所示，第一光电转换装置301包括光发射单元3011。
具体的，光发射单元3011包括发射驱动器3111和光发射器3112。
通过第一光电转换装置301将芯片间的传输信息转换为光信号，通过所述光发射单元3011发射所述光信号给相邻的第一芯片或第二芯片。
当然的，第一光电转换装置301还可以包括信号放大器、滤波器等常用的电信号处理电路。由于电路中运算和处理的信号通常是并行信号，因此，第一光电转换装置301还可以包括串并转换器3012，也可以在芯片上实现功能的电路中实现串并转换功能模块，无需单独的串并转换器3012。
第一光电转换装置301用于进行光互连连接所需的光信号的发射，可以安装在第一芯片和第二芯片上。
第二光电转换装置302包括：光接收单元3021；
通过所述光接收单元3021接收相邻第一芯片或第二芯片发射来的所述光信号，并通过所述第二光电转换装置302将所述光信号转换为传输信息。
具体的，光接收单元3021包括光探测器3211和信号放大器3212。
当然的，第二光电转换装置302还可以包括滤波器等常用的电信号处理电路。由于电路中运算和处理的信号通常是并行信号，因此，第二光电转换装置302还可以包括串并转换器3022，也可以在芯片上实现功能的电路中实现串并转换功能模块，无需单独的串并转换器3022。
第一光电转换装置301和第二光电转换装置302可以电能传输的线圈和芯片上实现功能的电路旁边，可以布置在芯片的上表面和/或下表面，也可以布置在芯片上任一个方便布置的位置，只要光发射单元3011发射出的光信号，可以被光接收单元3021正常接收即可。芯片间的光互连方式的通信采用上下层芯片接力传输的通信方式，每一层芯片，无论是第一芯片还是第二芯片，均包括第一光电转换装置301和第二光电转换装置302中的微光学部件。
示例性的，光发射器3112在芯片上的布置可以包括以下两种可能的实施方式：
一种可能的实施方式中，光发射器3112对光信号的发射方向垂直于芯片表面，直接将光信号沿垂直芯片表面的方向发射出去。
另一种可能的实施方式中，光发射器3112对光信号的发射方向平行于芯片表面，通过光交换器303转换光信号的传播方向。上述光交换器303主要由向上或向下的45°反射棱镜组成，通过光交换器303将平行于芯片表面的光信号，转换为垂直于芯片表面的光信号。
同理，光探测器3211在芯片上的布置可以包括以下两种可能的实施方式：
一种可能的实施方式中，光探测器3211接收光信号的方向垂直于芯片表面，直接接收垂直芯片表面的方向发来的光信号。
另一种可能的实施方式中，光探测器3211接收光信号的方向平行于芯片表面，通过光交换器303转换光信号的传播方向，将垂直于芯片表面的光信号转换为平行于芯片表面的光信号，以便光探测器3211对光信号的接收。
在一个芯片上同时设置第一光电转换装置301和第二光电转换装置302也可以包括两种可能的实施方式：
在一种可能的实施方式中，如图3所示，当第一光电转换装置301和第二光电转换装置302的厚度不高时，可将第一光电转换装置301和第二光电转换装置302重叠放置，光交换器303内包含向上和向下的反射棱镜，并且的相邻的两个芯片之间对应的光交换器303，向上或向下反射棱镜分别与第一光电转换装置301和第二光电转换装置302按光信号的传递方向对准。
示例性的，假设下一层的芯片需要向上一层的芯片传输信息时，并行总线发来的电信号方式传输的信息，经串并转换器3012送至发射驱动器3111，发射驱动器3111的功能是将电信号携带的信息通过调制过程加载到光发射器3112输出的光信号上，光发射器3112发射的光信号发射到光交换器303，由光交换器303将水平于芯片表面传输的光信号转换为垂直于芯片表面传输的光信号，并由向上的反射棱镜折射到上一层芯片上的光交换器303。经上一层芯片上的光交换器303中的向下的反射棱镜，将垂直于芯片表面传输的光信号转换为水平于芯片表面传输的光信号，从而将光信号折射到上一层芯片上的光探测器3211，由光探测器3211将光信号转换成电信号，并经信号放大器3212放大后传输给上一层芯片上的串并转换器3022，将转换得到的并行电信号传输至上一层芯片的并行总线。上一层的芯片需要向下一层的芯片传输信息时，方法类似，因此，实际上每层芯片需要两组光交换器303，分别接收上一层芯片和下一层芯片发来的光信号，并把发给上一层芯片和下一层芯片的光信号折射出去。这里的上一层芯片和下一层芯片，可以是第一芯片，也可以是第二芯片。这里的上下没有绝对的物理上下关系，而是为了描述相对的位置关系。
另一种可能的实施方式中，第一光电转换装置301和第二光电转换装置302布置通在一个平面上，例如第二光电转换装置302位于芯片的右下侧，则第一光电转换装置301就位于第二光电转换装置302的上面，即芯片的右上侧。当然，第一光电转换装置301和第二光电转换装置302可以根据实际需求安装于芯片上任一可能的位置。
光交换器303可以安装在芯片的边缘，以便光信号的传输不受影响。在其他实施方式中，也可以安装在芯片任意位置，可以在芯片的基片上打孔以便光信号的传输，也可以分别将对上一层芯片接收和发送的光交换器303安装在芯片的上表面，将对下一层芯片接收和发送的光交换器303安装在芯片的下表面。图3中的光交换器303内包含了向上和向下的一组反射棱镜。实际实施时，光交换器303可以包括一个向上或向下的反射棱镜，也可以包括多个反射棱镜的组合，能直接将下一层光发射器3112通过光交换器303发送过来的光信号，通过几次折射后发送到不同层的芯片内的光交换器303，从而折射到不同层芯片内的光探测器3211内，从而实现各层芯片的级联通信。
堆叠封装的元器件内的每层芯片均制作于导热基片上，上述导热基片由高导热系数的非金属材料制成，例如可以使用氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等制作导热基片，导热基片功能是将各层芯片之间的热量引导至芯片边缘，利用在芯片边缘制造多孔道的散热结构进行散热，通过自然对流或通过外部强制冷却。
本发明实施例提供的堆叠封装的元器件，不同层的芯片之间没有包括通信和供电在内的任何连线，这种堆叠封装结构不需要将芯片面对放置，从而可以实现多片芯片的垂直堆叠，对上下层的芯片的尺寸也没有要求，上下层的芯片尺寸相同时也可以进行堆叠封装，堆叠封装的元器件的制造和封装能够和大部分现有工艺兼容，降低了制造和装配的复杂程度，降低了制造成本，提高了芯片的成品率。
基于相同的设计构思，本发明实施例还提供一种堆叠封装的元器件的通信方法和供电方法。
实施例四
如图4所示，为本发明实施例四提供的堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号发射端，包括：
S401：判断如果需要进行芯片间的数据传输，生成芯片间的传输信息；其中每个所述传输信息携带有芯片标识，所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片。
根据获取的输入信息或传输信息、以及自身运算产生的运算信息，判断是否需要进行芯片间的数据传输。
这里，获取的输入信息时是针对第一芯片而言的，第一芯片通过有线的方式与封装基板上的输入输出管脚连接，通过有线的方式与外界进行信息的交互。第一芯片通过有线的方式从封装基板上的输入输出管脚获取的信息称为输入信息。
传输信息可以针对第一芯片，也可以针对第二芯片。传输信息是有光互连的方式通过解析接收的光信号得到的电信号携带的信息。传输信息可以是从第一芯片发送来的，也可以是从第二芯片发送来的。优选的，传输信息是从相邻层的芯片发送来的。
自身运算产生的运算信息是根据第一芯片或第二芯片上实现的功能电路的运算逻辑产生的，这里，自身运算是第一芯片或第二芯片上的电路的运算，可以根据输入信息进行计算、也可以根据传输信息进行计算、也可以根据自身运算产生的运算信息进行计算。这里自身运算产生的运算信息可以是中间计算结果，也可以是最终计算结果。
如果需要进行芯片间的信息传输，生成芯片间的传输信息。可以生成并行的芯片间传输信息，并通过串并转换器3012将并行的芯片间传输信息转换为串行的芯片间传输信息。也可以直接生成串行的芯片间传输信息。由于一个堆叠封装的元器件中包含多层芯片，因此，在生成的芯片间的传输信息中携带有芯片标识，来表征所述传输信息需要传递给的目标芯片。并且需要根据芯片标识，和目标芯片与自身的位置关系，确定传输信息的传递方向。示例性的，确定传输信息是向上传递还是向下传递。
S402：通过第一光电转换装置将所述传输信息转换为光信号。并将所述光信号发射给相邻的第一芯片或第二芯片。
具体的，通过发射驱动器将电信号携带的信息通过调制过程加载光信号上，通过光发射器将上述光信号发射出去。
S403：根据所述传递方向，将所述光信号发射给相邻的第一芯片或第二芯片。
发射光信号时，优选的，将光信号发送给位置上相邻的第一芯片或第二芯片。
在需要光交换器转换光信号传递方向的情况下，如果传递方向向上，将使用包含向上方向的反射棱镜的光交换器对应的光发射器发射光信号；同理，如果传递方向向下，将使用包含向下方向的反射棱镜的光交换器对应的光发射器发射光信号。
在不需要光交换器转换光信号传递方向的情况下，如果传递方向向上，将使用发射方向向上的光发射器发射光信号；同理，如果传递方向向下，将使用发射方向向下的光发射器发射光信号。
在光发射器、光探测器和光交换器的设计足够复杂的情况下，也可以不将光信号发送给相邻层的芯片。可以利用光发射器、光探测器和光交换器的组合和相对位置关系，将光信号直接发送到目标芯片所在的层的光交换器或光探测器。但是由于堆叠封装的管壳内面积有限，尤其是在芯片层数较多的情况下，这种方式需要实现复杂的第一光电转换装置和第二光电转换装置。并且为光发射器、光探测器和光交换器准备较大的片上面积，其带来的资源消耗常常是不可忍受的。因此，本发明实施例提供的堆叠封装的元器件的通信方法，将光信号发送给相邻的芯片，通过芯片间的转发实现不同层芯片间的互连通信。
实施例五
如图5所示，本发明实施例提供的另一种堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号接收端，包括：
S501：通过第二光电转换装置从相邻的第一芯片或第二芯片处获取光信号，并将所述光信号转换为传输信息。
具体的，获取的光信号可以是从上层的芯片发送来的，也可以是从下层的芯片发送来的，发送光信号的芯片可以是第一芯片或第二芯片。相邻的芯片是第一芯片，光信号就是从第一芯片发送来的；相邻的芯片是第二芯片，光信号就是从第二芯片发送来的。
通过第二光电转换装置中的光探测器，将光信号转换为传输信息，传输信息为电信号，将光信号转换为的传输信息为串行信号。可以将串行的传输信息直接发送给目标芯片的电路中，也可以将串行的传输信息通过串并转换器转换成并行的传输信息，发送给目标芯片上的并行总线。
S502：根据所述传输信息中携带的芯片标识，区分所述传输信息中以自身为目标镜片的目标传输信息和不以自身为目标芯片的非目标传输信息；所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片。
本发明实施例提供的堆叠封装的元器件的通信方法，将光信号发送给相邻的芯片，通过芯片间的转发实现不同层芯片间的互连通信。因此，需要根据所述传输信息中携带的芯片标识，区分所述传输信息中以自身为目标镜片的目标传输信息和不以自身为目标芯片的非目标传输信息。
S503：利用所述目标传输信息进行运算。
利用以自身为目标镜片的目标传输信息进行自身运算，产生的运算信息还可以继续生成传输信息，传输给其他的芯片。
如果将本实施例提供的通信方法应用于第一芯片、或者以自身为目标镜片的目标传输信息或自身运算产生的运算信息，还可以通过有线的方式发送给封装基板上的输入输出管脚，通过封装基板上的输入输出管脚与外界进行信息交互。
对于不以自身为目标芯片的非目标传输信息，将其与自身运算产生的运算信息一起，重新生成传输信息，传输信息中携带有芯片标识，并且重新确定每个传输信息的传递方向。之后，根据所述传递方向，将所述光信号发射给相邻的第一芯片或第二芯片。
实施例六
如图6所示，本发明实施例提供一种堆叠封装的元器件的供电方法，应用于第一芯片，包括：
S601：第一功率变换单元获取电源输入端口的输入电能。
第一芯片的电源输入端口通过有线的方式连接到封装基板的电源管脚，因此，采用第一芯片作为无线的电磁场连接供电的电源端。
具体的，上述封装基板的电源管脚包括通常包括电源端和地端，通过封装基板的电源管脚传输的电能，输入到电源输入端口，并经过电源输入端口传输到第一功率变换单元。
S602：通过第一电磁转换装置转换成将所述输入电能转换为磁场，并通过所述磁场发射线圈发射出去。
第一芯片上的第一电磁转换装置作为电能的发射端。第一电磁转换装置通过第一功率变换单元按一定频率改变磁场发射线圈中通过的电流时，磁场发射线圈内的磁场也会随之变化，从而以感应耦合的方式，发射电能。
实施例七
如图7所示，本发明实施例提供一种堆叠封装的元器件的供电方法，应用于第二芯片，包括：
S701：磁场接收线圈接收相邻的磁场发射线圈发来的磁场，或者，接收相邻的磁场接收线圈中继的磁场。
第二芯片为无线的电磁场连接供电的受电设备。第二芯片上的第二电磁转换装置的磁场接收线圈通过感应耦合的方式接收磁场发射线圈内的磁场变化，变化的磁场在与第一芯片相邻的第二芯片上的磁场接收线圈内产生应感应电流，同时，第一芯片相邻的第二芯片以级联的形式向与其相邻的第二芯片传输电能，并依次向后一级相邻的第二芯片传输电能。
因此，磁场接收线圈接收的磁场，可以是相邻的磁场发射线圈发来的磁场，或者，也可以是相邻的磁场接收线圈中继的磁场。磁场接收线圈接收的磁场是由磁场接收线圈所在的第二芯片的位置决定的。
S702：第二电磁转换装置将接收的磁场转换成供电电能，并经过所述供电端口为所述第二芯片上的电路供电。
第二芯片上的场接收线圈内产生应感应电流，并通过接收端补偿网络和第二功率变换单元，将接收的供电电能传输给第二芯片上的供电端口，作为第二芯片的电源，为第二芯片上的电路供电。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种堆叠封装的元器件，其特征在于，包括：
包括封装基板的封装外壳和多层堆叠的芯片；其中，所述多层堆叠的芯片包括与封装基板的位置最接近的第一芯片和至少一层第二芯片；
封装基板和与所述第一芯片之间有线连接；
所述第一芯片和所述第二芯片之间无线连接；
其中，通过电磁场连接所述第一芯片和各个所述第二芯片的电源端口进行无线供电；
通过光互连连接所述第一芯片以及与所述第一芯片相邻的所述第二芯片的通信端口，并且通过光互连连接彼此相邻的各个所述第二芯片的通信接口，在所述第一芯片和各个所述第二芯片间进行无线通信。
2.根据权利要求1所述的元器件，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片上安装有第一光电转换装置；所述第一光电转换装置包括：光发射单元；
通过第一光电转换装置将芯片间的传输信息转换为光信号，通过所述光发射单元发射所述光信号给相邻的第一芯片或第二芯片。
3.根据权利要求2所述的元器件，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片上安装有第二光电转换装置；所述第二光电转换装置包括：光接收单元；
通过所述光接收单元接收相邻第一芯片或第二芯片发射来的所述光信号，并通过所述第二光电转换装置将所述光信号转换为所述传输信息。
4.一种堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号发射端，其特征在于，包括：
判断如果需要进行芯片间的数据传输，生成芯片间的传输信息，并确定所述传输信息的传递方向；其中每个所述传输信息携带有芯片标识，所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片；
通过第一光电转换装置将所述传输信息转换为光信号；
根据所述传递方向，将所述光信号发射给相邻的第一芯片或第二芯片。
5.一种堆叠封装的元器件的通信方法，应用于光信号接收端，其特征在于，包括：
通过第二光电转换装置从相邻的第一芯片或第二芯片处获取光信号，并将所述光信号转换为传输信息；
根据所述传输信息中携带的芯片标识，区分所述传输信息中以自身为目标镜片的目标传输信息和不以自身为目标芯片的非目标传输信息；所述芯片标识用于表征所述传输信息需要传递给的目标芯片；
利用所述目标传输信息进行运算。
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