本發(fā)明涉及芯片封裝，具體涉及一種光電芯片封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、目前，集成電路封裝通常有兩種方案：

2、一、光子芯片（也被稱(chēng)為：光芯片）設(shè)置在電子芯片（也被稱(chēng)為：電芯片）上方

3、例如，專(zhuān)利申請(qǐng)cn115706058a公開(kāi)了一種半導(dǎo)體封裝裝置及其制造方法。其中，該半導(dǎo)體封裝裝置中的光子芯片通過(guò)第一互連結(jié)構(gòu)、光學(xué)器件、重布線(xiàn)結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)設(shè)置在電子芯片的上表面，以使得光子芯片和電子芯片達(dá)到較佳的對(duì)位耦光效果。

4、又例如，專(zhuān)利申請(qǐng)cn115706108a公開(kāi)了一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中通過(guò)兩個(gè)電子芯片并列設(shè)置，以在其上表面共同承載光子芯片。

5、二、電子芯片設(shè)置在光子芯片上方

6、例如，專(zhuān)利申請(qǐng)cn114063229a公開(kāi)了半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置包括：pic芯片（也即光芯片），其包括孔中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；第一電子集成電路芯片即第一eic芯片（也即電芯片），所述第一eic芯片設(shè)置在所述pic芯片的第一表面；第二電子集成電路芯片即第二eic芯片，所述第二eic芯片設(shè)置在所述pic芯片的第二表面。但是，這種將光芯片設(shè)置在電芯片之下的方案需要在光芯片上設(shè)置硅通孔（through?silicon?via,?常簡(jiǎn)寫(xiě)為tsv）。而在光芯片上開(kāi)硅通孔的加工工藝難度很高，成本也非常高昂。

7、但是，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、遠(yuǎn)程醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)、5g通信的不斷發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式地增長(zhǎng)，更低成本、更可靠、更快及更高密度的電路是集成電路封裝追求的目標(biāo)。而以上這種傳統(tǒng)的封裝方案在應(yīng)對(duì)高密度電路集成時(shí)，在加工難度、工作穩(wěn)定性上均存在一定缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種光電芯片封裝結(jié)構(gòu)（或者說(shuō)，一種光電芯片的3d封裝結(jié)構(gòu)），部分地解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，能夠簡(jiǎn)化光電芯片的封裝結(jié)構(gòu)（進(jìn)而簡(jiǎn)化加工工藝），提升光電芯片的工作穩(wěn)定性。

2、為了解決上述所提到的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一方面，在于提供一種光電芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括：

4、基板，所述基板的上表面設(shè)置有信號(hào)傳輸層，所述信號(hào)傳輸層上設(shè)置有信號(hào)處理層；

5、所述信號(hào)傳輸層包括：至少一個(gè)第一電芯片，所述第一電芯片具有第一表面和第二表面，且所述第一表面面向所述基板設(shè)置，所述第二表面朝向所述信號(hào)處理層設(shè)置；

6、所述信號(hào)處理層包括：信號(hào)轉(zhuǎn)化區(qū)，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；

7、所述信號(hào)轉(zhuǎn)化區(qū)對(duì)應(yīng)設(shè)置有至少一個(gè)光芯片，所述光芯片包括：n*m個(gè)光子計(jì)算單元，所述光子計(jì)算單元包括：光波導(dǎo)層，位于所述光波導(dǎo)層上的調(diào)制層，所述調(diào)制層為相變材料層或所述調(diào)制層包括相變材料層；

8、所述光芯片用于接收所述第一電芯片所輸入的調(diào)制信號(hào)，至少一組所述光子計(jì)算單元響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)將對(duì)應(yīng)的所述相變材料層調(diào)制為特定狀態(tài)，且所述光子計(jì)算單元將在所述特定狀態(tài)下完成對(duì)應(yīng)計(jì)算任務(wù)，并輸出相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)；

9、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)對(duì)應(yīng)設(shè)置有至少一個(gè)第二電芯片，所述第二電芯片用于接收并存儲(chǔ)所述計(jì)算數(shù)據(jù)；其中，所述信號(hào)處理層到所述信號(hào)傳輸層的電連接路徑包括先后經(jīng)過(guò)的第一鍵合結(jié)構(gòu)、第一再分布層、硅通孔、第二再分布層。

10、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)所述第二電芯片的尺寸小于所述信號(hào)傳輸層的尺寸，所述信號(hào)傳輸層的尺寸為所述至少一個(gè)第一電芯片的總尺寸。

11、在一些實(shí)施例中，所述第一電芯片的第二表面上設(shè)置有至少兩個(gè)高帶寬內(nèi)存芯片，至少兩個(gè)所述高帶寬內(nèi)存芯片分別設(shè)置在所述光芯片的兩側(cè)；

12、所述第一電芯片上包括：xdac控制電路、xadc控制電路、wdac控制電路，以及與所述高帶寬內(nèi)存芯片通信的通信控制電路；其中，

13、所述xdac控制電路用于向所述調(diào)制層提供對(duì)應(yīng)的所述調(diào)制信號(hào)，所述xadc控制電路用于接收所述光子計(jì)算單元中的光電探測(cè)器的輸出信號(hào)，且所述wdac控制信號(hào)用于向調(diào)制之后的所述光子計(jì)算單元提供計(jì)算輸入信號(hào)，且所述光子計(jì)算單元響應(yīng)于所述計(jì)算輸入信號(hào)完成計(jì)算并輸出所述計(jì)算數(shù)據(jù)。

14、在一些實(shí)施例中，所述信號(hào)處理層還包括：與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)通信連接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換區(qū)，且所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換區(qū)對(duì)應(yīng)設(shè)置有至少一個(gè)第二電芯片，且對(duì)應(yīng)所述第二電芯片通過(guò)所述第一電芯片接收到對(duì)應(yīng)的所述計(jì)算數(shù)據(jù)，以按照設(shè)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則將所述計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特定格式，并將轉(zhuǎn)換為特定格式的所述計(jì)算數(shù)據(jù)輸入至位于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的所述第二電芯片中。

15、在一些實(shí)施例中，還包括：至少一個(gè)任務(wù)分配單元，且至少一個(gè)所述任務(wù)分配單元與對(duì)應(yīng)功能分區(qū)相連接，所述功能分區(qū)中排列設(shè)置有多個(gè)所述第二電芯片；所述功能分區(qū)包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和/或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換區(qū)；對(duì)應(yīng)地，所述任務(wù)分配單元被配置為執(zhí)行以下步驟：

16、當(dāng)至少一個(gè)所述第二電芯片接收到對(duì)應(yīng)的所述計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，監(jiān)測(cè)所述第二電芯片在第一時(shí)段中的功耗數(shù)據(jù)；

17、當(dāng)所述功耗數(shù)據(jù)大于第一設(shè)定閾值，且小于或等于第二設(shè)定閾值時(shí)，則采用第一分配規(guī)則對(duì)當(dāng)前的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分配處理；其中，所述第一分配規(guī)則要求在第二時(shí)段內(nèi)暫停向當(dāng)前的第二電芯片傳輸新的計(jì)算數(shù)據(jù)，并選用與所述當(dāng)前的第二電芯片的間距大于第一間距的所述第二電芯片接收后續(xù)待處理的所述新的計(jì)算數(shù)據(jù)；

18、當(dāng)所述功耗數(shù)據(jù)大于所述第二設(shè)定閾值，且小于或等于第三設(shè)定閾值時(shí)，則采用第二分配規(guī)則對(duì)所述計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分配；其中，所述第二分配規(guī)則要求在所述第二時(shí)段內(nèi)暫停向所述當(dāng)前的第二電芯片傳輸所述新的計(jì)算數(shù)據(jù)，并選用與所述當(dāng)前的第二電芯片的間距大于第二間距的所述第二電芯片接收后續(xù)待處理的所述新的計(jì)算數(shù)據(jù)，且所述第二間距大于所述第一間距；

19、當(dāng)所述功耗數(shù)據(jù)大于所述第三設(shè)定閾值時(shí)，采用第三分配規(guī)則對(duì)所述計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分配；其中，所述第三分配規(guī)則要求暫停當(dāng)前所述第二電芯片對(duì)所述當(dāng)前的計(jì)算數(shù)據(jù)的處理，并將所述當(dāng)前的計(jì)算數(shù)據(jù)重新分配至與所述當(dāng)前的第二電芯片之間的間距大于所述第二間距的至少一個(gè)所述第二電芯片。

20、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)所述第二電芯片為現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列芯片。

21、在一些實(shí)施例中，所述第一電芯片為專(zhuān)用集成電路芯片。

22、在一些實(shí)施例中，所述信號(hào)處理層上設(shè)置有散熱片，所述散熱片的下表面至少包覆至少一個(gè)所述光芯片和所述至少一個(gè)第二電芯片。

23、在一些實(shí)施例中，所述基板的下表面通過(guò)第二鍵合結(jié)構(gòu)還設(shè)置有系統(tǒng)集成板。

24、在一些實(shí)施例中，所述散熱片的下表面、系統(tǒng)集成板的上表面，以及依次設(shè)置在所述散熱片、系統(tǒng)集成板之間的光芯片、第一電芯片、基板的同側(cè)端面共同圍合形成用于設(shè)置光纖陣列的容納空間，且所述散熱片的下表面對(duì)應(yīng)于所述容納空間處設(shè)置有凹槽；其中，所述光纖陣列包括：相連接的第一基片和第二基片；

25、其中，所述第一基片通過(guò)第一膠水設(shè)置在所述凹槽處，所述第二基片通過(guò)折射率匹配的第二膠水與所述光芯片的側(cè)面相連接；所述第二基片上設(shè)置有v型槽，以用于容納光纖并使得所述光纖與所述側(cè)面處的感光區(qū)光耦合。

26、有益技術(shù)效果：

27、為了簡(jiǎn)化封裝結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)化工藝、降低成本），同時(shí)提升封裝結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的工作穩(wěn)定性，本發(fā)明提出了一種多芯片組合封裝方案。

28、首先，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，本發(fā)明采用大尺寸的芯片上承載多個(gè)小尺寸芯片的結(jié)構(gòu)（如“一載多”的封裝方案）。這種上小下大的設(shè)計(jì)方案在封裝結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單，便于加工。并且，為了對(duì)整體計(jì)算功耗進(jìn)行合理分配，本發(fā)明將下方的大芯片設(shè)置為用于完成信號(hào)輸入、傳輸?shù)墓庑酒?，并將上方的至少一個(gè)芯片設(shè)置為由相變材料制備而成的光芯片，且光芯片用于完成主要的計(jì)算任務(wù)。進(jìn)一步地，還將其余芯片設(shè)置為電芯片以用于對(duì)光芯片輸出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)。

29、換個(gè)角度來(lái)看，本發(fā)明分別對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的層間、層內(nèi)的功能進(jìn)行優(yōu)化分配，將內(nèi)層設(shè)置為信號(hào)傳輸層，外層設(shè)置為信號(hào)處理層，且在信號(hào)處理層內(nèi)依次劃分不同的功能區(qū)，如信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

30、綜上，這種位置、功能上的協(xié)同分配一方面可以簡(jiǎn)化封裝結(jié)構(gòu)，一方面可以確保封裝結(jié)構(gòu)在工作運(yùn)行時(shí)整體功耗得到合理分配，減小其在運(yùn)行人工智能等大數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)的運(yùn)算壓力，提升其工作穩(wěn)定性及計(jì)算結(jié)果的可靠性。

31、進(jìn)一步地，針對(duì)這種位置、功能優(yōu)化后的封裝結(jié)構(gòu)（或者說(shuō)，分布式芯片設(shè)置結(jié)構(gòu)），本發(fā)明還提供了一種多級(jí)任務(wù)分配規(guī)則以在于對(duì)這種分布式芯片設(shè)置結(jié)構(gòu)的功耗和工作穩(wěn)定性進(jìn)行協(xié)調(diào)與維護(hù)，既能夠在一定程度上減小分散式計(jì)算形式所產(chǎn)生的功耗（如可以合理地調(diào)用局部芯片完成當(dāng)前計(jì)算），同時(shí)結(jié)合不同功耗情況對(duì)任務(wù)進(jìn)行快速合理分配，在維持計(jì)算任務(wù)有效推進(jìn)的同時(shí)，確保整體結(jié)構(gòu)的散熱問(wèn)題得到合理優(yōu)化。