CN114999795A - 数字隔离器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够提高绝缘破坏耐性的数字隔离器。实施方式的数字隔离器具备第一电极、第一绝缘部、第二电极、第二电极、第二绝缘部以及第一电介质部。第一绝缘部设置于第一电极之下。第二电极设置于第一绝缘部之下。第二绝缘部沿着与从第二电极朝向第一电极的第一方向垂直的第一面而设置于第一电极的周围。第一电介质部在沿着第一面的第二方向上设置于第一电极与第二绝缘部之间，与第一电极接触。第一电介质部的相对介电常数高于第一绝缘部的相对介电常数。

Description

数字隔离器
技术领域
本发明的实施方式涉及数字隔离器。
背景技术
数字隔离器在切断了电流的状态下，利用磁场或电场的变化来传递信号。关于该数字隔离器，优选绝缘破坏耐性高。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特表2017-538277号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够提高绝缘破坏耐性的数字隔离器。
实施方式的数字隔离器具备第一电极、第一绝缘部、第二电极、第二绝缘部以及第一电介质部。所述第一绝缘部设置于所述第一电极之下。所述第二电极设置于所述第一绝缘部之下。所述第二绝缘部沿着与从所述第二电极朝向所述第一电极的第一方向垂直的第一面而设置于所述第一电极的周围。所述第一电介质部在沿着所述第一面的第二方向上设置于所述第一电极与所述第二绝缘部之间，与所述第一电极接触。所述第一电介质部的相对介电常数高于所述第一绝缘部的相对介电常数。
附图说明
图1是表示第一实施方式的数字隔离器的剖视图。
图2是表示第二实施方式的数字隔离器的剖视图。
图3是表示第三实施方式的数字隔离器的剖视图。
附图标记说明
11第一电极、12第二电极、21第一绝缘部、22第二绝缘部、23第三绝缘部、28上部绝缘部、31第一电介质部、32第二电介质部、33第一中间电介质部、34第二中间电介质部、36第一电介质层、37第二电介质层、41～43绝缘层、50导电体、51第一导电部、52第二导电部、53第三导电部、60连接部、100、200、300数字隔离器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
附图是示意性或概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等未必与现实的相同。即使在表示相同的部分的情况下，也存在根据附图而彼此的尺寸、比率不同地进行表示的情况。
在本申请说明书和各图中，对与已经说明过的要素相同的要素标注相同的附图标记并适当省略详细的说明。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式的数字隔离器的剖视图。
如图1所示，第一实施方式的数字隔离器100具备第一电极11、第二电极12、第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23、上部绝缘部28、第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33、第二中间电介质部34、绝缘层41～43以及导电体50。
在实施方式的说明中，使用XYZ正交坐标系。将从第二电极12朝向第一电极11的方向设为Z方向(第一方向)。将与Z方向垂直且相互正交的2个方向设为X方向(第二方向)及Y方向(第三方向)。另外，为了说明，将从第二电极12朝向第一电极11的方向称为“上”，将其相反方向称为“下”。这些方向基于第一电极11与第二电极12的相对位置关系，与重力的方向无关。
第一绝缘部21设置于第一电极11之下。第二电极12设置于第一绝缘部21之下。即，第一绝缘部21在Z方向上设置于第一电极11与第二电极12之间。由此，第一电极11与第二电极12相互电分离。第一电极11及第二电极12在Z方向上彼此对置。第二电极12的至少一部分在Z方向上与第一电极11的至少一部分重叠。
第二绝缘部22沿着与Z方向垂直的X-Y面(第一面)而设置于第一电极11的周围。第三绝缘部23沿着与Z方向垂直的X-Y面(第二面)而设置于第二电极12的周围。
第一电介质部31在X方向及Y方向上设置于第一电极11与第二绝缘部22之间。第一电介质部31与第一电极11接触。第一电介质部31的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。
第二电介质部32在X方向及Y方向上设置于第二电极12与第三绝缘部23之间。第二电介质部32与第二电极12接触。第二电介质部32的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。
在该例子中，第一电极11及第二电极12是沿着X-Y面设置成螺旋状的线圈。即，数字隔离器100是磁耦合型的数字隔离器。第一电极11及第二电极12也可以是沿着X-Y面的平板状的电极。即，数字隔离器100也可以是电容耦合型的数字隔离器。
在第一电极11的线圈之间，沿着X-Y面设置有第一中间电介质部33。第一中间电介质部33的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。在第二电极12的线圈之间，沿着X-Y面设置有第二中间电介质部34。第二中间电介质部34的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。
绝缘层41设置于第一电极11之上。绝缘层41在Z方向上设置于第一电极11与上部绝缘部28之间。绝缘层41例如与第一电极11接触。绝缘层42设置于第一电极11之下。绝缘层42在Z方向上设置于第一电极11与第一绝缘部21之间。绝缘层42例如与第一电极11接触。绝缘层43设置于第二电极12之上。绝缘层43在Z方向上设置于第二电极12与第一绝缘部21之间。绝缘层43例如与第二电极12接触。
导电体50在X方向上设置于与第一电极11及第二电极12分离的位置。导电体50例如沿着第一面而设置于第一电极11及第二电极12的周围。在该例子中，导电体50包括第一导电部51、第二导电部52以及第三导电部53。
第一导电部51在X方向上设置于与第一电极11分离的位置。在X方向上，第二绝缘部22及第一电介质部31位于第一导电部51与第一电极11之间。第二绝缘部22与第一导电部51接触。第二导电部52设置于第一导电部51之下。第一绝缘部21与第二导电部52接触。第三导电部53设置于第二导电部52之下。第三导电部53在X方向上设置于与第二电极12分离的位置。在X方向上，第三绝缘部23及第二电介质部32位于第三导电部53与第二电极12之间。第三绝缘部23与第三导电部53接触。
绝缘层41的一部分设置于第一导电部51之上。绝缘层41的一部分例如与第一导电部51接触。绝缘层42的一部分沿着X-Y面而设置于第一导电部51的底部的周围。绝缘层42的一部分例如与第一导电部51接触。绝缘层43的一部分沿着X-Y面而设置于第二导电部52的底部的周围。绝缘层43的一部分例如与第二导电部52及第三导电部53接触。
第一电极11的两端(线圈的两端)经由配线而与未图示的第一电路电连接。第二电极12的两端(线圈的两端)经由布线而与未图示的第二电路电连接。
在该例子中，第二电极12经由导电体50与第二电路电连接。即，在该例子中，导电体50作为用于将第二电极12的布线向上方引出的电极而发挥功能。第二电极12例如经由第三导电部53而与导电体50电连接。导电体50例如在第一导电部51的上方经由与第一导电部51接触的连接部60而与第二电路电连接。此外，导电体50也可以不与第二电极12电连接。导电体50例如也可以是与数字隔离器100相邻的部件的电极、电路等。
在第一电极11及导电体50之上设置有上部绝缘部28。更具体而言，上部绝缘部28设置于第一电极11、第一中间电介质部33、第一电介质部31、第二绝缘部22及第一导电部51之上。连接部60设置于上部绝缘部28的内部。
第一电路及第二电路中的一个电路被用作发送电路。第一电路及第二电路中的另一个电路被用作接收电路。在此，对第一电路为发送电路、第二电路为接收电路的情况进行说明。
第一电路向第一电极11发送适于传递的波形的信号(电流)。当电流流过第一电极11时，产生在螺旋状的第一电极11的内侧通过的磁场。第一电极11的至少一部分在Z方向上与第二电极12的至少一部分并排。所产生的磁力线的一部分在第二电极12的内侧通过。由于第二电极12的内侧的磁场的变化，在第二电极12产生感应电动势，电流流过第二电极12。第二电路检测流过第二电极12的电流，并生成与检测结果相应的信号。由此，在第一电极11与第二电极12之间，在将电流切断(绝缘)的状态下，传递信号或能量。
对数字隔离器100的各构成要素的材料的一例进行说明。
第一电极11、第二电极12以及导电体50例如包含金属。第一电极11、第二电极12以及导电体50例如包含从由铜以及铝构成的组中选择的至少1种金属。
第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23以及上部绝缘部28包含硅以及氧。第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23以及上部绝缘部28例如包含氧化硅。第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23以及上部绝缘部28也可以进一步包含碳或者氮。
绝缘层41～43包含硅及氮。绝缘层41～43例如包含氮化硅。绝缘层41～43也可以进一步包含碳。
第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34例如包含硅及氮。第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34例如包含氮化硅。第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34也可以进一步包含碳。
第一电介质部31的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。第一电介质部31的相对介电常数例如高于第二绝缘部22的相对介电常数。第二电介质部32的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。第二电介质部32的相对介电常数例如高于第三绝缘部23的相对介电常数。第一电介质部31的相对介电常数和第二电介质部32的相对介电常数例如相同。第一电介质部31的相对介电常数和第二电介质部32的相对介电常数也可以不同。
第一中间电介质部33的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。第一中间电介质部33的相对介电常数和第一电介质部31的相对介电常数例如相同。第一中间电介质部33的相对介电常数和第一电介质部31的相对介电常数也可以不同。第二中间电介质部34的相对介电常数高于第一绝缘部21的相对介电常数。第二中间电介质部34的相对介电常数和第二电介质部32的相对介电常数例如相同。第二中间电介质部34的相对介电常数和第二电介质部32的相对介电常数也可以不同。第一中间电介质部33的相对介电常数和第二中间电介质部34的相对介电常数例如相同。第一中间电介质部33的相对介电常数和第二中间电介质部34的相对介电常数也可以不同。
第二绝缘部22的X方向的宽度W1例如大于第一电介质部31的X方向的宽度W2。宽度W2例如小于第一电极11与导电体50(第一导电部51)之间的X方向的距离的一半。第三绝缘部23的X方向的宽度W3例如大于第二电介质部32的X方向的宽度W4。宽度W4例如小于第二电极12与导电体50(第三导电部53)之间的X方向的距离的一半。宽度W2和宽度W4例如相同。宽度W2和宽度W4也可以不同。
第一电介质部31的Z方向的厚度T1例如与第一电极11的Z方向的厚度T2相同。厚度T1例如与第二绝缘部22的Z方向的厚度T3相同。厚度T1例如与第一中间电介质部33的Z方向的厚度T4相同。第二电介质部32的Z方向的厚度T5例如与第二电极12的Z方向的厚度T6相同。厚度T5例如与第三绝缘部23的Z方向的厚度T7相同。厚度T5例如与第二中间电介质部34的Z方向的厚度T8相同。
以下，对第一实施方式的效果进行说明。
在第一电极11与第二电极12之间传递信号时，在第一电极11与第二电极12之间产生电位差。由此，在第一电极11的下端的附近以及第二电极12的上端的附近，发生电场集中，有可能发生绝缘破坏。另外，由于第一电路与第二电路的驱动电压、第一电路与第二电路之间的电位差、在第一电路和/或第二电路中产生的非预期的高电压或浪涌等，也会在第一电极11的下端的附近及第二电极12的上端附近发生电场集中，有可能发生绝缘破坏。
作为提高绝缘破坏耐性的方法，例如考虑增大第一绝缘部21的Z方向的厚度。但是，若增大第一绝缘部21的Z方向的厚度，则有可能在制造工序中用于在其上形成数字隔离器的基板(例如晶片等)的翘曲增大，或制造成本增大。
与此相对，在第一实施方式的数字隔离器100中，通过在与第一电极11相邻的位置设置与第一绝缘部21相比而言相对介电常数高的第一电介质部31，能够将第一电极11与第二电极12之间的电力线向第一电介质部31侧引出。由此，能够缓和第一电极11的下端的附近的电场集中，不增大第一绝缘部21的Z方向的厚度，而提高绝缘破坏耐性。
另外，通过在第一电极11与导电体50之间设置第二绝缘部22及第一电介质部31这两者，从而例如与将第一电极11与导电体50之间的整个区域设为第一电介质部31的情况相比，能够通过耐压优异的第二绝缘部22来提高绝缘破坏耐性。另外，通过使第二绝缘部22的X方向的宽度W1比第一电介质部31的X方向的宽度W2大，从而能够通过耐压优异的第二绝缘部22来进一步提高绝缘破坏耐性。
另外，通过在第一电极11的线圈之间设置与第一绝缘部21相比而言相对介电常数高的第一中间电介质部33，从而能够将第一电极11与第二电极12之间的电力线向第一中间电介质部33侧引出。由此，能够进一步缓和第一电极11的下端的附近的电场集中，进一步提高绝缘破坏耐性。
同样地，通过在与第二电极12相邻的位置设置与第一绝缘部21相比而言相对介电常数高的第二电介质部32，从而能够将第一电极11与第二电极12之间的电力线向第二电介质部32侧引出。由此，能够缓和第二电极12的上端的附近的电场集中，能够在不增大第一绝缘部21的Z方向的厚度的情况下提高绝缘破坏耐性。
另外，通过在第二电极12与导电体50之间设置第三绝缘部23及第二电介质部32这两者，从而例如与将第二电极12与导电体50之间的整个区域设为第二电介质部32的情况相比，能够通过耐压优异的第三绝缘部23来提高绝缘破坏耐性。另外，通过使第三绝缘部23的X方向的宽度W3比第二电介质部32的X方向的宽度W4大，从而能够通过耐压优异的第三绝缘部23进一步提高绝缘破坏耐性。
另外，通过在第二电极12的线圈之间设置与第一绝缘部21相比而言相对介电常数高的第二中间电介质部34，从而能够将第一电极11与第二电极12之间的电力线向第二中间电介质部34侧引出。由此，能够进一步缓和第二电极12的上端附近的电场集中，进一步提高绝缘破坏耐性。
(第二实施方式)
图2是表示第二实施方式的数字隔离器的剖视图。
如图2所示，第二实施方式的数字隔离器200具备第一电极11、第二电极12、第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23、上部绝缘部28、第一电介质层36、第二电介质层37、绝缘层41～43以及导电体50。
第二实施方式的数字隔离器200，除了没有设置第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34，而设置有第一电介质层36及第二电介质层37以外，与第一实施方式的数字隔离器100相同。对于相同的结构，省略说明。
在第一电极11与导电体50之间遍及整个区域地设置有第二绝缘部22。另外，在第一电极11的线圈之间也设置有第二绝缘部22。在第二电极12与导电体50之间，遍及整个区域而设置有第三绝缘部23。另外，在第二电极12的线圈之间也设置有第三绝缘部23。
第一电介质层36及第二电介质层37分别设置于上部绝缘部28的内部。第一电介质层36位于第一电极11及导电体50中的一个之上。第二电介质层37位于第一电极11及导电体50的另一方之上。在该例子中，在第一电极11之上设置有第一电介质层36，在导电体50之上设置有第二电介质层37。
第一电介质层36及第二电介质层37例如包含硅及氮。第一电介质层36及第二电介质层37例如包含氮化硅。第一电介质层36及第二电介质层37也可以进一步包含碳。
第一电介质层36的相对介电常数高于第二绝缘部22的相对介电常数。第一电介质层36的相对介电常数例如高于上部绝缘部28的相对介电常数。第二电介质层37的相对介电常数高于第二绝缘部22的相对介电常数。第二电介质层37的相对介电常数例如高于上部绝缘部28的相对介电常数。第一电介质层36的相对介电常数与第二电介质层37的相对介电常数例如相同。第一电介质层36的相对介电常数和第二电介质层37的相对介电常数也可以不同。
第一电介质层36的X方向的宽度W11例如与第一电极11的线圈部分的X方向的宽度W13相同。宽度W11例如也可以大于宽度W13。第二电介质层37的X方向的宽度W12例如与第一导电部51的X方向的宽度W14相同。宽度W12例如也可以大于宽度W14。
第一电介质层36的Z方向的厚度T11例如为上部绝缘部28的Z方向的厚度T13以下。厚度T11例如为与第一电极11的Z方向的厚度T2相同的程度。厚度T11既可以大于厚度T2，也可以小于厚度T2。第二电介质层37的Z方向的厚度T12例如为厚度T13以下。厚度T12例如为与厚度T2相同的程度。厚度T12既可以大于厚度T2，也可以小于厚度T2。
以下，对第二实施方式的效果进行说明。
在导电体50设置于第一电极11及第二电极12的附近的情况下，在第一电极11与第二电极12之间传递信号时，在第一电极11与导电体50之间产生电位差。由此，在第一电极11的侧端附近及导电体50的侧端附近发生电场集中,可能发生绝缘破坏。另外，由于第一电路与第二电路的驱动电压、第一电路与第二电路之间的电位差、在第一电路和/或第二电路中产生的非预期的高电压或浪涌等，也会在第一电极11的侧端附近及导电体50的侧端附近发生电场集中，可能发生绝缘破坏。
作为提高绝缘破坏耐性的方法，例如考虑增大第一电极11与导电体50之间的距离。但是，若增大第一电极11与导电体50之间的距离，则芯片面积可能增大。若芯片面积增大，则会导致制造成本的增大。
与此相对，在第二实施方式的数字隔离器200中，通过在第一电极11及导电体50中的一方之上设置与第二绝缘部22相比而言相对介电常数高的第一电介质层36，从而能够将第一电极11与导电体50之间的电力线向第一电介质层36侧引出。由此，能够缓和第一电极11及导电体50中的一方的侧端附近的电场集中，能够在不增大芯片面积的情况下提高绝缘破坏耐性。
同样地，通过在第一电极11及导电体50中的另一方之上设置与第二绝缘部22相比而言相对介电常数高的第二电介质层37，从而能够将第一电极11与导电体50之间的电力线向第二电介质层37侧引出。由此，能够缓和第一电极11及导电体50中的另一方的侧端附近的电场集中，能够在不增大芯片面积的情况下提高绝缘破坏耐性。
此外，在导电体50与第二电极12未被电连接的情况下，在第二电极12与导电体50之间有可能产生电位差。在该情况下，例如也可以在第二电极12的下方以及第三导电部53的下方分别设置电介质层。在设置这些电介质层的情况下，这些电介质层的相对介电常数高于第三绝缘部23的相对介电常数。由此，与上述的设置了第一电介质层36及第二电介质层37的情况同样地，能够缓和第二电极12与导电体50之间的电场集中，能够在不增大芯片面积的情况下提高绝缘破坏耐性。
(第三实施方式)
图3是表示第三实施方式的数字隔离器的剖视图。
如图3所示，第三实施方式的数字隔离器300具备第一电极11、第二电极12、第一绝缘部21、第二绝缘部22、第三绝缘部23、上部绝缘部28、第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33、第二中间电介质部34、第一电介质层36、第二电介质层37、绝缘层41～43以及导电体50。
在第三实施方式的数字隔离器300中，除了第一实施方式的数字隔离器100的第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34以外，还设置有第二实施方式的数字隔离器200的第一电介质层36及第二电介质层37。各部分的结构与第一实施方式及第二实施方式相同，因此省略说明。
在第三实施方式的数字隔离器300中，通过设置第一电介质部31、第二电介质部32、第一中间电介质部33以及第二中间电介质部34，从而能够缓和第一电极11的下端的附近以及第二电极12的上端附近的电场集中，能够在不增大第一绝缘部21的Z方向的厚度的情况下提高绝缘破坏耐性。
另外，在第三实施方式的数字隔离器300中，通过设置第一电介质层36及第二电介质层37，从而能够缓和第一电极11的侧端附近以及导电体50的侧端附近的电场集中，能够在不增大芯片面积的情况下提高绝缘破坏耐性。
如上所述，根据实施方式，提供能够提高绝缘破坏耐性的数字隔离器。
以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。另外，前述的各实施方式能够相互组合来实施。

Claims (8)

1.一种数字隔离器，具备：
第一电极；
第一绝缘部，设置于所述第一电极之下；
第二电极，设置于所述第一绝缘部之下；
第二绝缘部，沿着与从所述第二电极朝向所述第一电极的第一方向垂直的第一面而设置于所述第一电极的周围；以及
第一电介质部，在沿着所述第一面的第二方向上设置于所述第一电极与所述第二绝缘部之间，且与所述第一电极接触，
所述第一电介质部的相对介电常数高于所述第一绝缘部的相对介电常数。
2.根据权利要求1所述的数字隔离器，其中，
所述第二绝缘部的所述第二方向的宽度大于所述第一电介质部的所述第二方向的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的数字隔离器，其中，
所述第一电极是沿着所述第一面而设置成螺旋状的线圈，
所述数字隔离器还包括沿着所述第一面而设置于所述线圈之间的第一中间电介质部，
所述第一中间电介质部的相对介电常数高于所述第一绝缘部的相对介电常数。
4.根据权利要求1所述的数字隔离器，其中，还具备；
第三绝缘部，沿着与所述第一方向垂直的第二面而设置于所述第二电极的周围；以及
第二电介质部，在所述第二方向上设置于所述第二电极与所述第三绝缘部之间，且与所述第二电极接触，
所述第二电介质部的相对介电常数高于所述第一绝缘部的相对介电常数。
5.根据权利要求4所述的数字隔离器，其中，
所述第三绝缘部的所述第二方向的宽度大于所述第二电介质部的所述第二方向的宽度。
6.根据权利要求4或5所述的数字隔离器，其中，
所述第二电极是沿着所述第二面而设置成螺旋状的线圈，
所述数字隔离器还具备沿着所述第二面而设置于所述线圈之间的第二中间电介质部，
所述第二中间电介质部的相对介电常数高于所述第一绝缘部的相对介电常数。
7.一种数字隔离器，具备：
第一电极；
第一绝缘部，设置于所述第一电极之下；
第二电极，设置于所述第一绝缘部之下；
导电体，在与从所述第二电极朝向所述第一电极的第一方向垂直的第二方向上，设置于与所述第一电极分离的位置；
第二绝缘部，在所述第二方向上，设置于所述第一电极与所述导电体之间；
上部绝缘部，设置于所述第一电极及所述导电体之上；以及
第一电介质层，设置于所述上部绝缘部的内部，位于所述第一电极及所述导电体中的一方之上；
所述第一电介质层的相对介电常数比所述第二绝缘部的相对介电常数高。
8.根据权利要求7所述的数字隔离器，其中，
还具备第二电介质层，该第二电介质层设置于所述上部绝缘部的内部，位于所述第一电极及所述导电体中的另一方之上，
所述第二电介质层的相对介电常数高于所述第二绝缘部的相对介电常数。
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