CN114613578A - 变压器元件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能够减小变压器元件的尺寸的技术。变压器元件具有：初级线圈，其多个初级局部线圈的中心轴配置于绝缘膜的面内方向的一条直线上；次级线圈，其包含在绝缘膜内配置的多个次级局部线圈，多个次级局部线圈的中心轴配置于一条直线上。在俯视观察时，初级局部线圈夹在一组次级局部线圈之间，或次级局部线圈夹在一组初级局部线圈之间。

Description

变压器元件

技术领域

本发明涉及一种变压器元件。

背景技术

近年来，作为变压器元件，提出了在半导体基板上的绝缘膜内配置有发送用的初级线圈及接收用的次级线圈的微型变压器元件(例如专利文献1)。

专利文献1：日本专利第6386005号公报

为了提高信号从初级线圈向次级线圈的传递特性，需要提高初级线圈及次级线圈的互感。该互感与初级线圈及次级线圈的匝数和截面积成正比，与初级线圈和次级线圈之间的距离成反比。

但是，如果为了提高信号的传递特性而增加匝数或增大截面积，则各线圈的尺寸变大，存在微型变压器元件的尺寸及芯片尺寸变大这样的问题。

发明内容

因此，本发明就是鉴于上述这样的问题而提出的，其目的在于提供能够减小变压器元件的尺寸的技术。

本发明所涉及的变压器元件具有：基板；绝缘膜，其配置于所述基板上；初级线圈，其包含在所述绝缘膜内配置的多个初级局部线圈，所述多个初级局部线圈的中心轴配置于所述绝缘膜的面内方向的一条直线上；以及次级线圈，其包含在所述绝缘膜内配置的多个次级局部线圈，所述多个次级局部线圈的中心轴配置于所述一条直线上，在俯视观察时，所述初级局部线圈夹在一组所述次级局部线圈之间，或所述次级局部线圈夹在一组所述初级局部线圈之间。

发明的效果

根据本发明，多个初级局部线圈的中心轴和多个次级局部线圈的中心轴配置于一条直线上，在俯视观察时，初级局部线圈夹在一组次级局部线圈之间，或次级局部线圈夹在一组初级局部线圈之间。根据如上所述的结构，能够减小变压器元件的尺寸。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的微型变压器元件的结构的概略斜视图。

图2是表示实施方式1所涉及的微型变压器元件的结构的俯视图。

图3是表示实施方式1所涉及的微型变压器元件的功能的概略图。

图4是表示相关微型变压器元件的结构的俯视图。

图5是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图6是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图7是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图8是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图9是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图10是用于对实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

图11是表示变形例1所涉及的微型变压器元件的结构的俯视图。

图12是表示变形例1所涉及的微型变压器元件的结构的剖视图。

图13是表示变形例1所涉及的其他微型变压器元件的结构的俯视图。

图14是表示变形例1所涉及的其他微型变压器元件的结构的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式进行说明。在下面的各实施方式中说明的特征为例示，全部特征并非是必须的特征。另外，在以下所示的说明中，在多个实施方式中对相同的结构要素标注相同或者类似的标号，主要对不同的结构要素进行说明。另外，在以下记载的说明中，“上”、“下”、“左”、“右”、“表”或者“背”等特定的位置和方向可以不是必须与实际实施时的方向一致。

＜实施方式1＞

图1是表示本实施方式1所涉及的变压器元件即微型变压器元件的结构的概略斜视图。为了便于说明，在图1等附图示出了XYZ正交坐标轴。

微型变压器元件具有基板1、绝缘膜(绝缘层)2、初级线圈3和次级线圈4。

基板1可以是配置有半导体装置的半导体基板，也可以是绝缘基板。半导体基板例如可以是Si(硅)等通常的半导体的基板，也可以是SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、金刚石等宽带隙半导体的基板。在基板1为宽带隙半导体的基板的情况下，能够实现在该基板配置的半导体装置的高温下及高电压下的稳定动作及通断速度的高速化。半导体装置例如可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor)、PND(PN junction Diode)、SBD(Schottky Barrier Diode)、FWD(Free Wheeling Diode)等。绝缘基板例如可以是玻璃及陶瓷等基板。

绝缘膜2配置于基板1上。初级线圈3的至少一部分及次级线圈4的至少一部分设置于绝缘膜2内。此外，在图1中为了方便起见，初级线圈3用细实线进行图示，次级线圈4用粗实线进行图示。

图2是从上侧观察本实施方式1所涉及的微型变压器元件的俯视图。在该图2中，为了方便起见，仅图示出初级线圈3及次级线圈4的结构要素。

初级线圈3包含多个初级局部线圈3a，它们配置于绝缘膜2内，彼此电连接。如图1及图2所示，多个初级局部线圈3a各自是绕中心轴卷绕大于或等于1周的导电性的绕组。

初级局部线圈3a的1匝量的螺旋部分包含与绝缘膜2的面内方向平行的2根线部分和与绝缘膜2的面内方向垂直的2根线部分，初级局部线圈3a在从中心轴观察时具有四边形状。此外，初级局部线圈3a并不限定于此，例如也可以在从中心轴观察时具有四边形状以外的多边形状。大于或等于1个的上述螺旋部分沿中心轴连接，由此构成1个初级局部线圈3a。

在本实施方式1中，如图2所示，多个初级局部线圈3a的中心轴配置于绝缘膜2的面内方向的一条直线5上。在这里所说的绝缘膜2的面内方向与基板1的面内方向实质上相同。

次级线圈4的结构与初级线圈3的结构相同。即，次级线圈4包含在绝缘膜2内配置的多个次级局部线圈4a，多个次级局部线圈4a的中心轴配置于上述一条直线5上。在如上所述构成的本实施方式1中，多个初级局部线圈3a的中心轴及多个次级局部线圈4a的中心轴配置于一条直线5上。另外，在本实施方式1中，在俯视观察时，初级局部线圈3a夹在一组次级局部线圈4a之间，且次级局部线圈4a夹在一组初级局部线圈3a之间。

图3是表示本实施方式1所涉及的微型变压器元件的功能的概略图。如果在初级线圈3流过电流，则在初级线圈3产生磁通6，如果磁通6贯穿次级线圈4，则在次级线圈4流过电流。即，初级线圈3的电流变化传递至次级线圈4。在次级线圈4中流动的电流的大小根据由下式(1)～(3)表示的互感而决定。

【式1】

【式2】

【式3】

此外，M为互感，k为耦合系数，La为初级线圈3的自感，Lb为次级线圈4的自感。Sa为初级线圈3的截面积，Sb为次级线圈4的截面积，Na为初级线圈3的匝数，Nb为次级线圈4的匝数，l为初级线圈3和次级线圈4之间的距离。

如根据上式(1)～(3)所知那样，如果在变压器中增大互感，则传递特性提高。即，如果增大线圈的截面积，增加匝数，缩短线圈间距离，则互感变大，变压器的传递特性提高。

图4是从上侧观察与本实施方式1所涉及的微型变压器元件相关的微型变压器元件(以下记作“相关微型变压器元件”)的俯视图。在该图4中，与图2同样地，仅图示出初级线圈3及次级线圈4的结构要素。

在相关微型变压器元件中，多个初级局部线圈3a的中心轴及多个次级局部线圈4a的中心轴没有配置于一条直线5上，初级局部线圈3a及次级局部线圈4a之中的一个线圈的中心轴位于另一个线圈的外侧。在该结构中，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的无法有效地使用的无效区域的面积大致成为(初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的距离L1)×(初级局部线圈3a及次级局部线圈4a各自的长度)。

与此相对，在本实施方式1中，如图2所示，多个初级局部线圈3a的中心轴及多个次级局部线圈4a的中心轴配置于一条直线5上。在该结构中，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的无法有效地使用的无效区域的面积大致成为(初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的距离D1)×(初级局部线圈3a及次级局部线圈4a各自的宽度)。

在这里，上述距离D1及上述距离L1通常设定为能够确保初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的绝缘性(耐压性)的程度的距离，因此成为大致相同的距离。另一方面，初级局部线圈3a及次级局部线圈4a各自的宽度通常小于初级局部线圈3a及次级局部线圈4a各自的长度。因此，本实施方式1所涉及的微型变压器元件的无效区域的面积(＝距离D1×线圈宽度)与相关微型变压器元件的无效区域的面积(＝距离L1×线圈长度)相比能够减小。

另外，在本实施方式1中，在俯视观察时，初级局部线圈3a夹在一组次级局部线圈4a之间，因此在初级局部线圈3a的长度方向的两端产生的磁通穿过该一组次级局部线圈4a。另外，在俯视观察时，次级局部线圈4a夹在一组初级局部线圈3a之间，因此其一组初级局部线圈3a的磁通从次级局部线圈4a的长度方向的两端穿过次级局部线圈4a。根据如上所述的结构，在初级线圈3产生的磁通能够有效地穿过次级线圈4，因此能够增大式(1)的耦合系数(k)，其结果，能够提高传递特性。此外，如果提高耦合系数而与此相应地减少线圈的匝数或减小截面积，则能够减小微型变压器元件的尺寸及芯片尺寸。

＜制造方法＞

图5～图10是用于对本实施方式1所涉及的微型变压器元件的制造方法进行说明的概略斜视图。

首先，如图5所示，准备基板1。接下来，如图6所示，在基板1上例如通过CVD(Chemical Vapor Deposition)等，形成成为绝缘膜2的一部分的第1绝缘膜21。第1绝缘膜21只要是在完成微型变压器元件时，能够将基板1和初级线圈3及次级线圈4电绝缘的膜即可，例如可以是氧化膜及氮化膜等，也可以是具有其他绝缘性的膜。

接下来，在第1绝缘膜21上，例如通过真空蒸镀法、CVD、溅射法等而形成第1导电膜。第1导电膜可以是金、铝等金属膜，也可以是低电阻的半导体膜，也可以是导电性的有机膜。使用照相制版技术及蚀刻技术将第1导电膜加工为期望的图案。通过该加工，如图7所示，从第1导电膜形成初级局部线圈3a之中的与基板1平行的XY平面上的线部分311及次级局部线圈4a之中的与基板1平行的XY平面上的线部分411。

然后，如图8所示，在第1绝缘膜21、线部分311及线部分411上，与第1绝缘膜21的形成同样地，形成成为绝缘膜2的一部分的第2绝缘膜22。接下来，与第1导电膜同样地在第2绝缘膜22使用照相制版技术及蚀刻技术，形成在垂直方向(Z方向)延伸而到达线部分311及线部分411的多个孔7。

然后，在第1绝缘膜21上及多个孔7的内部，与第1导电膜同样地形成第2导电膜。由此，如图9所示，形成初级局部线圈3a之中的Z方向的线部分312及次级局部线圈4a之中的Z方向的线部分412。接下来，与第1导电膜同样地在第2绝缘膜22上的第2导电膜使用照相制版技术及蚀刻技术，形成初级局部线圈3a之中的与基板1平行的XY平面上的线部分313及次级局部线圈4a之中的与基板1平行的XY平面上的线部分413。

此外，初级线圈3的线部分313及次级线圈4的线部分413的图案，可以与初级线圈3的线部分312及次级线圈4的线部分412作为不同的工序而进行加工。例如，可以仅在多个孔7的内部形成第2导电膜，由此在形成初级线圈3的线部分312和次级线圈4的线部分412后，在第2绝缘膜22上形成与线部分312及线部分412连接的第3导电膜。而且，可以与第1导电膜同样地在第3导电膜使用照相制版技术及蚀刻技术，形成初级线圈3的线部分313及次级线圈4的线部分413。

最后，如图10所示，在第2绝缘膜22、线部分313及线部分413上，与第1绝缘膜21的形成同样地，形成成为绝缘膜2的一部分的第3绝缘膜23。根据以上，形成本实施方式1所涉及的微型变压器元件。

＜实施方式1的总结＞

根据以上所述的本实施方式1所涉及的微型变压器元件，多个初级局部线圈3a的中心轴及多个次级局部线圈4a的中心轴配置于一条直线5上。根据如上所述的结构，能够减小无效区域，因此能够减小微型变压器元件的尺寸及芯片尺寸。由此，能够期待微型变压器元件的成本的减少化。

另外，在本实施方式1中，在俯视观察时，初级局部线圈3a夹在一组次级局部线圈4a之间，且次级局部线圈4a夹在一组初级局部线圈3a之间。根据如上所述的结构，能够提高传递特性，因此能够提高耦合系数(k)。或者，如果提高耦合系数而与此相应地减少线圈的匝数或减小截面积，则能够进一步减小微型变压器元件的尺寸及芯片尺寸。

＜变形例1＞

图11是从上侧观察本变形例1所涉及的微型变压器元件的俯视图，图12是沿图11的直线5的剖视图。图13是从上侧观察本变形例1所涉及的其他微型变压器元件的俯视图，图14是沿图13的直线5的剖视图。

如图11～图14所示，在本变形例1中，在俯视观察时，一匝初级局部线圈3a夹在一组的一匝次级局部线圈4a之间，一匝次级局部线圈4a夹在一组的一匝初级局部线圈3a之间。根据如上所述的结构，在初级线圈3和次级线圈4之间的电压差小等情况下，能够实现减小俯视观察时的芯片尺寸，并提高耦合系数(k)及传递效率的微型变压器。

此外，在图11的结构中，在俯视观察时，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a彼此分离。即，在图12中，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a配置为在Z方向不相对。根据如上所述的结构，如图12所示，初级局部线圈3a及次级局部线圈4a的上侧的线部分和初级局部线圈3a及次级局部线圈4a的下侧的线部分之间的距离变得比较大。因此，即使将厚度D3设得比较小，也能够确保初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的绝缘性(耐压性)。其结果，能够期待制造的容易化、制造成本的减少化、生产节拍时间的减少化。

另一方面，在图13的结构中，在俯视观察时，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a彼此相交叉。即，在图14中，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a配置为在Z方向相对。根据如上所述的结构，初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间的绝缘性(耐压性)依赖于厚度D4。因此，在初级局部线圈3a和次级局部线圈4a之间需要高耐压性的情况下，需要加厚厚度D4，制造稍微困难。但是，根据图13及图14的结构，与图11及图12的结构相比能够减小俯视观察时的芯片尺寸。

＜变形例2＞

在实施方式1中，在俯视观察时，构成为初级局部线圈3a夹在一组次级局部线圈4a之间，且次级局部线圈4a夹在一组初级局部线圈3a之间，但并不限定于此。例如，也可以构成为在俯视观察时，初级局部线圈3a夹在一组次级局部线圈4a之间，或者在俯视观察时，次级局部线圈4a夹在一组初级局部线圈3a之间。

这在变形例1中也是同样的。即，可以构成为在俯视观察时，一匝初级局部线圈3a夹在一组的一匝次级局部线圈4a之间，或者在俯视观察时，一匝次级局部线圈4a夹在一组的一匝初级局部线圈3a之间。

此外，能够将实施方式及变形例适当地变形、省略。

标号的说明

1基板，2绝缘膜，3初级线圈，3a初级局部线圈，4次级线圈，4a次级局部线圈，5直线。

Claims (4)

1.一种变压器元件，其具有：

基板；

绝缘膜，其配置于所述基板上；

初级线圈，其包含在所述绝缘膜内配置的多个初级局部线圈，所述多个初级局部线圈的中心轴配置于所述绝缘膜的面内方向的一条直线上；以及

次级线圈，其包含在所述绝缘膜内配置的多个次级局部线圈，所述多个次级局部线圈的中心轴配置于所述一条直线上，

在俯视观察时，所述初级局部线圈夹在一组所述次级局部线圈之间，或所述次级局部线圈夹在一组所述初级局部线圈之间。

2.根据权利要求1所述的变压器元件，其中，

在俯视观察时，所述初级局部线圈夹在一组所述次级局部线圈之间，且所述次级局部线圈夹在一组所述初级局部线圈之间。

3.根据权利要求1或2所述的变压器元件，其中，

在俯视观察时，一匝所述初级局部线圈夹在一组的一匝所述次级局部线圈之间，或一匝所述次级局部线圈夹在一组的一匝所述初级局部线圈之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器元件，其中，

在俯视观察时，所述初级局部线圈和所述次级局部线圈彼此分离。

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