DE102011006373A1

DE102011006373A1 - Schmal aufgebaute Spulenisolatoren

Info

Publication number: DE102011006373A1
Application number: DE102011006373A
Authority: DE
Inventors: Julie Fouquet; Dominique Ho
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-01-19
Also published as: JP2012009821A; US20100188182A1; JP5405514B2; US8093983B2

Abstract

Es werden hierin verschiedene Ausführungsformen von schmal aufgebauten Spulenisolatoren offenbart, die mehrere Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) enthalten, wobei integrierte Schaltungen nicht vertikal über die Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) gestapelt sind. Die offenbarten Spulenisolatoren stellen eine hohe Spannungsisolation und eine hohe Durchbruchsspannung Leistungskennlinien in kleinen Baugruppen zur Verfügung, die ein hohes Ausmaß an Funktionalität bei einem geringen Preis zur Verfügung stellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Gebiet von Datensignal- und Leistungstransformatoren oder galvanischen Isolatoren und Spulen-Transducer, und insbesondere Vorrichtungen, die induktiv gekoppelte Spulen-Transducer verwenden, um Daten- und/oder Leistungssignale über eine dielektrische oder Isolationsbarriere zu senden und zu empfangen.
VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Patentanmeldung 12/751,971 mit dem Titel ”Schmal aufgebaute Spulenisolatoren”, die am 31. März 2010 beim US Patentamt USPTO eingereicht wurde und die von jeder der nachfolgend genannten Patentanmeldungen sowohl die Priorität beansprucht als auch eine ”Continuation-In-Part” Patentanmeldung ist: (a) US Patentanmeldung Nr. 11/512,034, eingereicht am 28. August 2006, mit dem Titel ”Galvanischer Isolator”; (b) US Patentanmeldung Nr. 12/059,747, eingereicht am 31. März 2008, mit dem Titel ”Spulen-Transducer mit reduziertem Funkendurchschlag und verbesserten Hochspannung Durchbruch Leistungskennlinien”; (c) US Patentanmeldung Nr. 12/059,979, eingereicht am 31. März 2008, mit dem Titel ”Galvanische Isolatoren und Spulen-Transducer”; (d) US Patentanmeldung Nr. 12/370,208, eingereicht am 12. Februar 2009, mit dem Titel ”Hochspannung Rückhalte Spulen-Transducer”; (e) US Patentanmeldung Nr. 12/392,978, eingereicht am 25. Februar 2009, mit dem Titel ”Miniatur-Transformatoren angepasst zur Verwendung in galvanischen Isolatoren und dergleichen”; (f) US Patentanmeldung Nr. 12/393,596, eingereicht am 26. Februar 2009, mit dem Titel ”Minimierung elektromagnetischer Interferenz in Spulen-Transducer”; (g) US Patentanmeldung Nr. 12/477,078, eingereicht am 2. Juni 2009, mit dem Titel ”Galvanischer Isolator”; und (h) US Patentanmeldung Nr. 12/495,733, eingereicht am 30. Juni 2009, mit dem Titel ”Spulen-Transducer Isolator Baugruppe”. Diese Anmeldung schließt hiermit ebenso durch Inbezugnahme die Gesamtheiten der vorstehend genannten Patentanmeldungen ein.
Diese Anmeldung schließt ebenso durch Inbezugnahme die U. S. Patentanmeldung mit dem Titel ”Breit aufgebaute Spulenisolatoren” von Ho et al., die am 31. März 2010 beim US Patentamt USPTO eingereicht wurde, mit ein.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus dem Stand der Technik bekannte hochspannungsisolierende Kommunikationsvorrichtungen enthalten optische Vorrichtungen, magnetische Vorrichtungen und kapazitive Vorrichtungen. Bekannte optische Vorrichtungen erreichen typischerweise eine Hochspannungsisolation durch das Verwenden von LEDs und korrespondierenden Photodioden, um Lichtsignale zu senden und zu empfangen, erfordern jedoch üblicherweise hohe Leistungspegel und leiden an betriebsbedingten und designbedingten Einschränkungen, wenn mehrere Kommunikationskanäle gebraucht werden.
Bekannte magnetische Vorrichtungen erreichen typischerweise eine Hochspannungsisolation durch die Verwendung von einander gegenüberstehenden induktiv gekoppelten Spulen, erfordern jedoch üblicherweise hohe Leistungspegel (insbesondere wenn hohe Datenraten gefordert sind), erfordern typischerweise die Verwendung von zumindest drei separaten integrierten Schaltungen oder Chips und sind oft empfindlich gegenüber elektromagnetischer Interferenz (”EMI”).
Bekannte kapazitive Vorrichtungen erreichen eine Spannungsisolation durch das Verwenden von mehrfachen Paaren von Sende- und Empfangselektroden, wobei zum Beispiel ein erstes Paar von Elektroden verwendet wird zum Senden und zum Empfangen von Daten, und ein zweites Paar von Elektroden verwendet wird zum Aktualisieren oder Beibehalten der gesendeten Signale. Solche kapazitiven Vorrichtungen besitzen typischerweise eine geringe Hochspannung Rückhaltung oder geringe Hochspannung Durchbruch Charakteristiken.
Das Design von kleinen Hochgeschwindigkeit Galvanischen Isolatoren stellt einige anspruchsvolle technische Herausforderungen dar, wie zum Beispiel die Schwierigkeit derartige Vorrichtung zu miniaturisieren während die Herstellungskosten niedrig bleiben, die Hochspannung Durchbruch Charakteristiken beibehalten werden und akzeptable Daten- oder Leistungstransferraten zur Verfügung gestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform wird ein Spulenisolator geschaffen, der aufweist einen Spulen-Transducer, welcher einander gegenüberliegend ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und eine dielektrische Barriere aufweist, die einander gegenüberliegend eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei die dielektrische Barriere ein elektrisch isolierendes, nicht-metallisches, nicht-Halbleiter, mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist, wobei eine erste elektrisch leitfähige Sendespule nahe oder an der ersten Seite angeordnet ist, wobei sich erste Leitungen zwischen der ersten Spule und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads erstrecken, und wobei eine zweite elektrisch leitfähige Empfangsspule nahe oder an der zweiten Seite angeordnet ist, wobei sich zweite Leitungen zwischen der zweiten Spule und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads erstrecken, wobei die dielektrische Barriere zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist und zumindest einen ersten Leitungsrahmen und einen zweiten Leitungsrahmen wobei sich der Spulen-Transducer horizontal zwischen dem ersten Leitungsrahmen und dem zweiten Leitungsrahmen erstreckt und sich das erste Ende und das zweite Ende auf oder unterhalb von zumindest Abschnitten des ersten Leitungsrahmens und des zweiten Leitungsrahmens erstrecken, keine Abschnitte des ersten Leitungsrahmens und des zweiten Leitungsrahmens vertikal über oder unterhalb irgendwelcher Abschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet sind, und die Drahtbond-Pads der ersten Spule und der zweiten Spule vertikal über oder unterhalb des ersten Leitungsrahmens bzw. des zweiten Leitungsrahmens angeordnet sind.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Spulenisolators angegeben. Das Verfahren weist auf Bilden eines Spulen-Transducers, welcher einander gegenüberliegend ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und eine dielektrische Barriere aufweist, die einander gegenüberliegend eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei die dielektrische Barriere ein elektrisch isolierendes, nicht-metallisches, nicht-Halbleiter, mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist, wobei eine erste elektrisch leitfähige Sendespule nahe oder an der ersten Seite angeordnet ist, wobei sich erste Leitungen zwischen der ersten Spule und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads erstrecken, und wobei eine zweite elektrisch leitfähige Empfängerspule nahe oder an der zweiten Seite angeordnet ist, wobei sich zweite Leitungen zwischen der zweiten Spule und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads erstrecken, wobei die dielektrische Barriere zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist; Bereitstellen von zumindest einem ersten Leitungsrahmen und einem zweiten Leitungsrahmen, und Anbringen des Spulen-Transducers an dem ersten Leitungsrahmen und dem zweiten Leitungsrahmen, so dass sich der Spulen-Transducer horizontal zwischen dem ersten Leitungsrahmen und dem zweiten Leitungsrahmen erstreckt und sich das erste Ende und das zweite Ende auf oder unterhalb von zumindest Abschnitten des ersten Leitungsrahmens und des zweiten Leitungsrahmens erstrecken, keine Abschnitte des ersten Leitungsrahmens und des zweiten Leitungsrahmens vertikal über oder unterhalb irgendwelcher Abschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet sind, und die Drahtbond-Pads der ersten Spule und der zweiten Spule vertikal über oder unterhalb des ersten Leitungsrahmens bzw. des zweiten Leitungsrahmens angeordnet sind.
Weitere Ausführungsformen sind hierin offenbart oder werden für diejenigen offensichtlich, die in der Technik geübt sind, nachdem die Beschreibung und die Zeichnung hiervon gelesen und verstanden worden sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unterschiedliche Aspekte von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offensichtlich:
1 zeigt eine Draufsicht von oben von einer Ausführungsform eines Vierfach schmal aufgebauten Spulenisolators.
2 zeigt eine Draufsicht von oben des Spulenisolators von 1 mit zusätzlich Bauteil-Beabstandungen und anderen Anmerkungen.
3 zeigt eine Draufsicht von oben von einer anderen Ausführungsform eines Spulenisolators.
4 zeigt S-Parameter Modellierungsergebnisse, die zu dem Spulenisolator von 3 korrespondieren.
5 zeigt eine Draufsicht von oben von einem Abschnitt von noch einer anderen Ausführungsform eines Spulenisolators.
6 zeigt S-Parameter Modellierungsergebnisse, die zu dem Spulenisolator von 5 korrespondieren.
7 zeigt eine Draufsicht von oben von noch einer anderen Ausführungsform eines Vierfach schmal aufgebauten Spulenisolators.
8 zeigt S-Parameter Modellierungsergebnisse, die zu dem Spulenisolator von 7 korrespondieren.
9 zeigt eine Draufsicht von oben von noch einer weiteren Ausführungsform eines Vierfach schmal aufgebauten Spulenisolators.
10 zeigt S-Parameter Modellierungsergebnisse, die zu dem Spulenisolator von 9 korrespondieren.
Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Nummer bezeichnen in den Zeichnungen durchwegs gleiche Teile oder Schritte, sofern nicht Anderweitiges angemerkt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGEN VON EINIGEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details geliefert, um ein vollständiges Verständnis von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Nachdem die Spezifikation, die Ansprüche und die Zeichnungen gelesen und verstanden worden sind, werden diejenigen, die in der Technik geübt sind, verstehen, dass einige Ausführungsformen der Erfindung praktiziert werden können, ohne an einigen hier dargelegten spezifischen Details festzuhalten. Außerdem werden, um ein undeutlich machen der Erfindung zu vermeiden, einige gut bekannte Schaltungen, Materialien und Verfahren, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden, hier nicht im Detail offenbart.
In den Zeichnungen sind einige, aber nicht alle, möglichen Ausführungsformen der Erfindung illustriert und können ferner nicht maßstabsgetreu dargestellt sein.
Der Ausdruck ”horizontal”, wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine Ebene, welche im Wesentlichen parallel zu der herkömmlichen Ebene oder Oberfläche der dielektrischen Barriere und des Substrats ist, die hierin offenbart sind, unabhängig von dessen aktueller räumlicher Orientierung. Der Ausdruck ”vertikal” bezieht sich auf eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Richtung, wie oben definiert, ist. Ausdrücke wie ”auf”, ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”unten”, ”oben”, ”seitlich”, ”Seitenwand”, ”höher”, ”niedriger”, ”obere”, ”über” und ”unter” sind definiert in Bezug zu der oben diskutierten horizontalen Ebene.
Galvanische Isolatoren, die auf Spulen-Transducer basieren, welche eine Mehrzahl von auf isolierenden Substraten hergestellten metallischen Schichten haben, bieten die Vorteile von einer hohen Effizient, von einer hohen Geschwindigkeit und von geringen Kosten. Um die Kosten gering zu halten, ist es wünschenswert die Spulen-Transducer unter Verwendung von relativ billigen Produktionstechniken mit breiten Spuren (wide traces) und breiten Räumen zwischen den Spuren herzustellen. Spulen-Transducer, die aus einem derartigen Ansatz resultieren, können jedoch relativ groß sein, was zu einer Schwierigkeit führen kann, wenn mehrere Isolatoren, die auf dieser Technologie basieren, in eine kompakte Baugruppe (package) oder eine kompakte Verpackung (package) eingepasst werden. Eine Lösung besteht darin, verschiedene Elemente in der Baugruppe in der vertikalen Richtung übereinander zu stapeln, so wie es in der anhängigen US Patentanmeldung Nr. 12/495,733, eingereicht am 30. Juni 2009, mit dem Titel ”Spulen-Transducer Isolator Baugruppe” beschrieben ist. Während diese Anmeldung eine Anzahl von brauchbaren Ansätzen beschreibt, wäre das Verpacken (packaging) einfacher und weniger teuer, wenn die Elemente der Baugruppe (oder der Verpackung) nicht übereinder gestapelt werden müssten (abgesehen von dem Leitungsrahmen (lead frame); traditionell werden die Schaltungselemente an die Oberseite des Leitungsrahmens angebracht).
In vielen Halbleiter Chip Baugruppen (semiconductor chip packages) weitet sich ein Teil von einem metallischen Leitungsrahmens (typischerweise die Masseleitung) innerhalb der Baugruppe auf, um eine Ebene bereit zu stellen, auf welcher andere Elemente wie z. B. Silizium Chips sitzen können. Hierin sind beschrieben und offenbart verschiedenartige Ausführungsformen von einer schmal aufgebauten (narrowbody) Baugruppe, welche vier vollständige Spulen-Transducer in einer Konfiguration aufnehmen kann, die abgesehen von dem Leitungsrahmen keine Stapelung erfordert. Die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen der Vierfach schmal aufgebauten Baugruppen (quad narrowbody packages) können betrieben werden mit einem Übersprechen (crosstalk) zwischen benachbarten Kanälen, welches klein genug ist, so dass Datenströme nicht korrumpiert werden. Die offenbarten Spulen-Transducer sind bi-direktional und stellen ein hohes Ausmaß an Funktionalität bei einem geringen. Preis zur Verfügung.
Ein Signalisolator beinhaltet typischerweise einen Sender, einen Spulen-Transducer und einen Empfänger. Der Sender konditioniert das einkommende Signal, so dass es den Transducer auf effektive Weise ansteuert. Der Spulen-Transducer überträgt das Signal von einer Seite einer Isolationsbarriere auf die andere Seite. Der Empfänger wandelt das Signal von der entfernten Seite der Isolationsbarriere in ein (üblicherweise digitales) Signal, welches das Eingangssignal nachbildet. Damit der Isolator die kleinste Menge an Leistung konsumiert, ist es für den Spulen-Transducer wünschenswert, das Signal von einer Seite der Isolationsbarriere zu der anderen Seite mit einer hohen Effizient zu übertragen. Jedoch nimmt die wechselseitige Induktanz zwischen zwei ähnlichen Spulen im Allgemeinen mit einem abnehmenden Spulendurchmesser ab. Daher muss dem Design des Spulen-Transducers eine sorgfältige Beachtung geschenkt werden, um in einer schmal aufgebauten Baugruppe eine hohe Effizient zu erhalten. Der Isolator muss außerdem große DC Spannungen und transiente Spannungen zwischen den Schaltungen auf beiden Seiten zurückhalten. In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die vorstehend genannten Patentanmeldungen (a) US Patentanmeldung Nr. 11/512,034, (b) US Patentanmeldung Nr. 12/059,747, (c) US Patentanmeldung Nr. 12/059,979, (d) US Patentanmeldung Nr. 12/370,208, (e) US Patentanmeldung Nr. 12/392,978, (f) US Patentanmeldung Nr. 12/393,596, (g) US Patentanmeldung Nr. 12/477,078, US Patentanmeldung Nr. 12/495,733 und die Patentanmeldung mit dem Titel ”Breit aufgebaute Spulenisolatoren” von Ho et al., die am 31. März 2010 beim US Patentamt USPTO eingereicht wurde.
Eine schmal aufgebaute Baugruppe ist nicht groß und viel von dem verfügbaren Raum innerhalb der Baugruppe oder Verpackung muss für andere Teile und andere Zwecke als die darin enthaltenen Spulen-Transducer verwendet werden. Zum Beispiel benötigen der Silizium-Sender und der Silizium-Empfänger einen großen Anteil der verfügbaren Basisfläche (”footprint”), sogar wenn zwei Kanäle pro Chip kombiniert werden (so dass z. B. ein Chip die Sender für zwei Kanäle enthalten kann und ein anderer Chip die Empfänger für zwei Kanäle enthalten kann), wie in einigen nachstehend beschriebenen und offenbarten Beispielen illustriert. Zugeständnisse müssen gemacht werden für ein unpräzises Platzieren von Teilen innerhalb der Baugruppe oder Verpackung. Zugeständnisse müssen ebenso gemacht werden für ein ”Ausquetschen” (”squishout”) von Epoxid, wenn Epoxid verwendet wird, um das Halbleiterplättchen oder Chip (die) innerhalb der Baugruppe oder Verpackung anzubringen. Zugeständnisse müssen ferner gemacht werden für das Ausformungsmaterial (molding material), welches andere Elemente innerhalb der Baugruppe umgibt, so dass das Ausformungsmaterial die Elemente innerhalb der der Baugruppe bedeckt und einen Durchbruch von Hochspannung oder andere Probleme verhindert, die mit der Wechselwirkung mit der externen Umgebung zusammen hängen.
Als ein Ergebnis kann der Anteil der Basisfläche, welche in der Baugruppe für den Spulen-Transducer verbleibt, ziemlich klein sein. Um eine geringe Effizienz von einem zu kleinen Spulen-Transducer zu vermeiden, ist es wichtig, sowohl die Größen der Siliziumchips als auch die Zugeständnisse für das Verpacken klein zu halten. Hochgenaue Halbleiterplättchen (die) Platzierungstechniken können die Zugeständnisse für ein unpräzises Platzieren reduzieren. Ein Verwenden eines klebrigen Bandes anstelle von Epoxid, um die Elemente innerhalb der Baugruppe oder Verpackung zu befestigen, kann vorteilhaft sein, weil das Band das Erfordernis für Zugeständnisse im Hinblick auf Epoxid ”Ausquetschungen” (”squishout”) eliminiert, so dass der für die Spulen-Transducer verfügbare Raum innerhalb der Baugruppe vergrößert wird. Ein derartiger Ansatz ist relativ überschaubar (straightforward) um Spulen-Transducer zu verwenden. Ein klebriger Band Ansatz kann ebenso verwendet werden, um Siliziumchips auch an einen Leitungsrahmen zu befestigen, so lange die Erfordernisse für ein Wärmeableiten (heatsinking) und eine mögliche elektrische Ableitung (conduction) von der Unterseite des Chips zu dem Leitungsrahmen erfüllt werden können.
1 illustriert eine Ausführungsform von einem Aufbau oder Layout für einen Spulenisolator 5, welcher magnetische Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d aufweist. 2 bringt einige repräsentative Dimensionen an das Layout von 1 an, welche den Raum zeigen, der für metallische Spulen-Transducer Spuren übrig bleibt. Die Layouts der 1 und 2 gehen davon aus, dass flexible Teile und Silizium Teile auf eine solche Weise angebracht sind, z. B. unter Verwendung von einem klebrigen Band, dass volle Zugeständnisse für Epoxid Ausquetschungen nicht erforderlich sind.
Es wurde heraus gefunden, dass ein metallischer Leitungsrahmen, der sich direkt unterhalb oder oberhalb eines Spulen-Transducers befindet, signifikant die Signalübertragung durch den Spulen-Transducer reduzieren kann. Es ist jedoch ebenso wünschenswert, die Drahtbond-Pads eines Spulen-Transducers direkt über dem Leitungsrahmen zum Zwecke eines einfachen Drahtbodens zu positionieren. Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine typische Beabstandung 63 zwischen einem Eingang Leitungsrahmen 56 und einem Ausgang Leitungsrahmen 58 in dem Spulen-Isolator 5 ungefähr 8 milli-Inch (= 8 × 25,4 μm (Mikrometer) = 203,2 μm) (obwohl auch andere Breiten einer solchen Lücke (gap), wie z. B. 6 milli-Inch (152,4 μm) und 6 milli-Inch (254 μm), in Erwägung zu ziehen sind). Deshalb kann man einen Spulen-Transducer entwerfen um in einen solchen Raum zu passen, der wie der aussieht, der in 3 gezeigt ist, bei dem die Eingangsspule 28 und die Ausgangsspule 34 in dem Spulen-Transducer 10 innerhalb eines 8 milli-Inch (203,2 μm) Raumes zwischen den Leitungsrahmen 56 und 58 passen. Ein solcher Spulenisolator würde jedoch schlecht arbeiten. Vollständige dreidimensionale elektromagnetische Simulationen unter Verwendung der Software Microwave Studio^TM von Computer Simulation Technology^TM (CST) deuten darauf hin, dass der Durchsatz (throughput), der von der Konfiguration von 3 zur Verfügung gestellt wird, nicht –15 dB bis hinauf zu 3 GHz übersteigen würde, wie in 4 gezeigt. Ferner liegt die Peak-Frequenz über 3 GHz, was viel höher als ideal ist; die Silizium Schaltkreise, die typicherweise für diese Anwendung verwendet werden, arbeiten viel besser mit einer Peak-Frequenz im Bereich von ungefähr 250 MHz bis 500 MHz. Leider ist über einen solchen Frequenzbereich der Durchsatz (throughput) des in 3 gezeigten Isolators 5 weniger als –25 dB. Demzufolge ist ein besseres Design für den Spulenisolator 10 erforderlich.
Das Bereitstellen von Aussparungen in den Leitungsrahmen 56 und 58 vergrößert die Beabstandung zwischen einer Eingangsseite 57 und einer Ausgangsseite 59 und erlaubt mehr Raum für die Spulenwindungen. 5 illustriert, wie der Eingang Leitungsrahmen (input lead frame) 56 geformt werden kann, so dass der Leitungsrahmen 56 Drahtbond-Pads 40 und 42 für ein gutes Drahtbonden mechanisch unterstützt, wie er aber in Richtung der langen Kante der Baugruppe oder des Spulenisolators in der Nähe des Spulen-Transducers 10 ausgespart ist, wodurch eine viel größere Basisfläche (”footprint”) für den Spulen-Transducer zur Verfügung gestellt wird. Es wird angemerkt, dass die metallischen Spulenwindungen in dem in 5 gezeigten Spulen-Transducer 10 nicht die gesamte Basisfläche des Flex-Substrates besetzen, in welchem die Spulen 28 und 34, die Drahtbond-Pads 40 und 42 und die Busspur (bus trace) 43 ausgebildet sind. (Es wird ferner angemerkt, dass der Spulen-Transducer 10 aus anderen Materialen als einem Flex-Material gebildet werden kann). Busanschlüsse 43 und 45 verlaufen entlang der äußeren Kante um eine Versorgungsspannung, ein Massesignal oder ein Steuersignal an einen relativ entfernten Silizium IC (Silizium Integrierten Schaltkreis) zu liefern. (Zusätzliche Busanschlüsse können bei verschiedenen Flex-Niveaus (flex levels) verlaufen, es muss jedoch in dem Spulen-Transducer 10 zur einiger Raum für Durchgangspads (via pads), Bondpads und Bonddrähte Verfügung gestellt werden.)
Gemäß einer Ausführungsform wird ein minimaler Abstand von 4 milli-Inch (101,6 μm) oder 100 μm zwischen den Metallspuren und der Kante oder Rand (edge) des Spulentransducers beibehalten, um die metallischen Schichten zwischen den Polyimid Schichten zu dichten, welche bevorzugt verwendet werden, um das Substrat des Spulen-Transducers 10 zu bilden; andernfalls könnte eine Delamination einen Hochspannungsdurchbruch um die Kanten der Transducer herum bewirken. Zusätzlich sind Drahtbond-Pads 40 und 42 von den Spulen 28 und 34 weg verteilt (spaced away), um einen Raum zur Verfügung zu stellen, um ein Loch in einem oberen Polyimid Material herzustellen, um einen Zugriff zu den Bond-Pads für die unteren metallischen Spulenschichten zu ermöglichen.
Abgesehen von den oben aufgelisteten Limitationen ist der Spulen-Transducer 10 von 5 gestaltet worden, um eine adäquat hohe Signalübertragungseffizienz zu erhalten, während eine hohe Zuverlässigkeit beibehalten bleibt. Der Kompromiss zwischen Effizienz und Zuverlässigkeit wird hauptsächlich durch die Wahl der Spurbreite und der Raumbreite für die Spulen 28 und 34 bestimmt. Flex Hersteller können Spurenbreiten bis hinunter zu einer Breite von einem milli-Inch (25,4 μm) oder 25 μm, oder sogar schmäler anbieten, aber je schmäler die Spurbreite ist, desto mehr wahrscheinlich wird ein Brechen während einem thermischen Zyklisieren aufgrund von unterschiedlichen Koeffizienten der thermischen Expansion von Kupferspuren und dem Flex-Substrat, ebenso wie Probleme, die von Ni/Au Bond-Pad Beschichtungsprozessen (Ni/Au bond pad plating processes) entstehen. Auf der anderen Seite erlauben schmälere Spuren mehrere Spulenwindungen innerhalb einer vorgegebenen Fläche. Ein Erhöhen der Anzahl der Spulenwindungen erhöht die Effizienz der Signalübertragung des Spulen-Transducers 10.
Der in 5 gezeigte Spulen-Transducer 10 enthält 35 Mikrometer breite Spuren und Beabstandungen und stellt das in 6 gezeigte S-Parameter Verhalten dar (berechnet unter Verwendung von CST Microwave Studio). Hier ist der Peak-Durchsatz, bei ungefähr –6 dB, viel höher als in 4 gezeigt und stellt eine gute Isolator-Funktionalität dar. Die Frequenz des Peak-Signals liegt nahe bei 360 MHz, was für das Design des Senders und des Empfängers besser ist als die Peak-Frequenz von über 3 GHz, die in 4 dargestellt ist. Ein vollständiges Design einer Vierfach schmal aufgebauten Baugruppe des Spulenisolators 5, welcher das Design des Spulen-Transducers von 5 enthält, ist in 7 gezeigt. Das S-Parameter Verhalten für die Vierfach Isolator Baugruppe von 7 ist in 8 gezeigt, wo das Peak-Signal ungefähr 0,6 dB schwächer ist und als eine geringfügig geringere Frequenz erscheint, hauptsächlich aufgrund der Niedrigfrequenzantwort der Bonddrähte, welche die Spulen-Transducer an die Silizium-Chips anlegen. Das Baugruppen-Layout ist bevorzugt konfiguriert um die Bonddrähte so kurz wie möglich zu halten um diesen Effekt zu minimieren.
Der Höhepunkt des Übersprechens bei ungefähr –34 dB in 8 stellt eine Wechselwirkung zwischen den beiden zentralen Spulen-Transducern 10b und 10c dar, welche das nächste Paar unter den Spulen-Transducern 10a, 10b, 10c und 10d sind. Diese Wechselwirkung sollte ausreichend schwach sein um ein Einführen von Signalübertragungsfehlern zu vermeiden. Die Wechselwirkung zwischen einem zentralen Spulen-Transducer und dem nächsten äußeren Spulen-Transducer ist aufgrund der großen Beabstandung (auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Siliziumchips) viel schwächer. Dieser Wert ist getrennt berechnet worden um ungefähr –70 dB zu sein, was so klein ist, dass es nicht von Wichtigkeit ist.
Eher als ein Herstellen von vier getrennten Flex-Transducern 10a, 10b, 10c und 10d, die in eine schmal aufgebaute Baugruppe oder Spulen-Transducer 5 passen, ist es ebenso möglich, eine Flex-Schaltung herzustellen, welche vier Spulen-Transducer enthält. Ein solches Design ist in 9 dargestellt. Weil alle Transducer 10a, 10b, 10c und 10d zusammen hergestellt und aufgebaut worden sind, wird von Kanten-Zugeständnissen, Platzierungsfehlern und Epoxid-Ausquetschungen weniger Platz verbraucht, und daher können die zwei zentralen Spulen-Transducer 10b und 10c näher beieinander platziert werden. Um einem Hochspannungsdurchbruch zwischen den beiden zentralen Spulen 10b und 10c vorzubeugen, ist es ratsam, das Layout von einem von diesem Paar von zentral angeordneten Transducern umzudrehen (hier wurden die mit einer geraden Nummer versehenden Transducer umgedreht), so dass die Spulen, die mit der Eingangsseite des Isolators verbunden sind, alle auf dem gleichen Niveau der Flex-Schaltung sitzen. Diese nähere Beabstandung ermöglicht für jeden Spulen-Transducer eine größere Basisfläche (”footprint”).
Ein CST-berechneter Durchsatz für das geringfügig vergrößerte Spulen-Transducer Design von 9 ist in 10 gezeigt. In dem Design von 9 sind die beiden zentralen Spulen-Transducer 10b und 10c 200 Mikrometer voneinander beabstandet, um das Übersprechen unter –30 dB zu bringen. Der Anstieg in der Spulengröße ist jedoch so klein, dass die Änderung in dem Durchsatz geringfügig ist. Zusätzliche Überlegungen können sich als wichtiger herausstellen als der geringe Unterschied in dem Durchsatz zwischen den beiden Fällen, wenn zwischen einem einzigen Flexteil, das vier Spulen-Transducer enthält, und vier einzelnen Spulen-Transducer gewählt wird.
Im Vergleich zu einer einzigen Flex Vierfach Baugruppe oder einem einzigen Flex Vierfach Spulenisolator, verwendet eine Baugruppe, die vier einzelne Flex Transducer einsetzt, weniger Flex-Material (flex real estate), hat mehr Teile zum Handhaben, zeichnet sich durch eine erhöhte Separation zwischen den zentralen Kanalspuren aus, und kann teurere 25 milli-Inch (635 μm) Spuren (welche wahrscheinlicher sind zu brechen) erfordern. Ferner werden bei einer Baugruppe, die vier einzelne Flex Transducer einsetzt, Silizium Chips auf einem Leitungsrahmen befestigt und haben daher eine gutes Wärmeableiten, befinden sich alle Bond-Pads auf ähnlichen Höhen, verlaufen Versorgungsspannungen durch die Silizium Chips, erfordert ein Routing der Versorgungsspannung (supply voltage routing) etliche (~8) Drahtbonds, gibt es eine Menge von umgebenden Bereich zum Eindringen (penetration) von Ausformungsmaterial (mold) während der Ausbildung der Baugruppe oder Verpackung, ist es schwierig Optionen hinzuzufügen, weil ein ”Bus” in dem Silizium ausgebildet ist und gibt es eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Hochspannungsdurchbruchs in der Mitte der Baugruppe.
Im Vergleich zu vier einzelnen Flex Transducer Baugruppe oder Spulenisolator, verwendet eine einzige Flex Vierfach Baugruppe ungefähr 2,5 mal mehr Flex-Material (flex real estate), hat weniger Teile zum Handhaben, erfordert weniger Raum zwischen den zentralen Spulen-Transducer Spuren und kann weniger teure 35 milli-Inch (889 μm) Spuren verwenden. Ferner sitzen bei einer einzigen Flex Vierfach Baugruppe die Silizium Chips auf Flexmaterial, so dass das Wärmeableiten nicht so gut ist, sind die Spitzen (tops) der Silizium Chip Band-Pads höher, kann ein Routing der Versorgungsspannung (supply voltage routing) durch das Flex-Material verlaufen, hängt ein Routing der Versorgungsspannung von weniger (~8) Drahtbonds ab, verbindet ein Verpackungsgießen (package molding) die Oberseite und die Unterseite der Baugruppe oder Verpackung nur an den Kanten, können mehrere Busse ein Massepotential, ein Versorgungspotential und andere Verbindungen tragen und ist es sehr unwahrscheinlich, dass ein Hochspannungsdurchbruch in der Mitte der Baugruppe auftritt.
Bezug nehmend auf die 1, 2, 5, 7 und 9 wird gesehen werden, dass die Spulenisolatoren 5 jeweils Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d aufweisen, wobei jeder Spulen-Transducer einander gegenüberliegend ein erstes Ende 15a bis 15d und ein zweites Ende 17a bis 17d hat. Jeder Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d weist eine dielektrische Barriere auf, die einander gegenüberliegend eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei die dielektrische Barriere ein elektrisch isolierendes, nicht-metallisches, nicht-Halbleiter und mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material wie z. B. Polyimid oder KAPTON aufweist. Erste elektrisch leitfähige Spulen 28a–28d sind angeordnet nahe oder auf ersten Seiten 24a–24d der dielektrischen Barrieren 22a–22d von jedem Spulen-Transducer, erste Anschlussdrähte 30a–30d und 32a–32d erstrecken sich zwischen den ersten Spulen 28a–28d und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (40a–40d und 42a–42d). Zweite elektrisch leitfähige Spulen 34a–34d sind angeordnet nahe oder auf zweiten Seiten 26a–26d der dielektrischen Barrieren 22a–22d von jedem Spulen-Transducer, zweite Anschlussdrähte 36a–36d und 38a–38d erstrecken sich zwischen den zweiten Spulen 34a–34d und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (44a–44d und 46a–46d), wobei die dielektrische Barrieren 22a–22d zwischen der ersten Spule 28a–28d und der zweiten Spule 34a–34d angeordnet ist. Ein erster Leitungsrahmen 56 und ein zweiter Leitungsrahmen 58 befinden sich nahe beieinander, sind aber separiert durch eine Lücke (gap) 63, wobei eine Kante 57 des Eingang Leitungsrahmens 56 über die Lücke 63 einer Kante 59 des Ausgang Leitungsrahmens 57 gegenübersteht. In welcher Konfiguration sie auch immer eingesetzt werden, der erste Leitungsrahmen 56 und der zweite Leitungsrahmen 58 können nicht einander berühren und müssen elektrisch von einander isoliert sein, um zwischen ihnen einen Kurzschluss zu vermeiden. Jeder der Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d erstreckt sich horizontal zwischen dem ersten Leitungsrahmen 56 und dem zweiten Leitungsrahmen 58, so dass sich das erste Ende 15a–15d und das zweite Ende 17a–17d davon auf oder unterhalb von zumindest Abschnitten des ersten Leitungsrahmens 56 und des zweiten Leitungsrahmens 58 erstrecken, und so dass ferner keine Abschnitte des ersten Leitungsrahmens 56 und des zweiten Leitungsrahmens 58 vertikal über oder unterhalb irgendwelcher Abschnitte der ersten Spule 28 und der zweiten Spule 34 angeordnet sind, und ebenso so dass die Drahtbond-Pads 40a–40d, 44a–44d, und 46a–46d der ersten Spule 28a–28d und der zweiten Spule 34a–34d vertikal über oder unterhalb des ersten Leitungsrahmens 56 bzw. des zweiten Leitungsrahmens 58 angeordnet sind. In diesem Zusammenhang wird für einige Details betreffend die Barrieren 22a–22b, die Seiten 24a–24d und die Seiten 26a–26d auf die Patentanmeldung mit dem Titel ”Breit aufgebaute Spulenisolatoren” von Ho et al. verwiesen, die am 31. März 2010 beim US Patentamt USPTO eingereicht wurde.
Wie oben angemerkt, wird in einer Ausführungsform jeder der Spulen-Transducer aus einem Flexschaltungsmaterial gebildet, obwohl auch andere Materialien wie z. B. Keramik, Silizium, Leiterplatten und andere Materialien und Prozesse, die denen bekannt sind, die in der Technik geübt sind, eingesetzt werden können.
Wie in den 1, 2, 7 und 9 gezeigt, weisen ICs 60a–60d und 64a–64d Sender- und Empfängeranschlüsse auf, die betriebsbereit verbunden sind zu den Spulen-Transducern 10a–10d durch die dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads 40a–40d, 42a–42d, 44a–44d und 46a–46d. Solche ICs 60a–60d und 64a–64d können konfiguriert sein, um differentielle Signale über die ersten Spulen 28a–28d oder die zweiten Spulen 34a–34d zur Verfügung zu stellen. Sender- und Empfänger-Funktionen können bei Bedarf geeigneten Kanälen in den Sender- bzw. Empfänger-ICs zugeordnet sein.
Es wird angemerkt, dass die ersten Spulen 28a–28d und die zweiten Spulen 34a–34d in Bezug zueinander räumlich angeordnet und konfiguriert sein können, so dass zumindest eines von einem Leistungssignal und einem Datensignal von jeder der ersten Spule 28a–28d zu jeder der zweiten Spule 34a–34d über die entsprechende dielektrische Barriere hinweg gesendet werden kann.
Es wird ferner angemerkt, dass jedes Paar von einer ersten Spule 28a, 28b, 28c, 28d und einer zweiten Spule 34a, 34b, 34c, 34d in Kombination zumindest fünf Windungen, zumindest acht Windungen, zumindest zehn Windungen oder zumindest zwanzig Windungen haben kann. In den in den 5, 7 und 9 gezeigten Beispielen hat jedes Paar aus einer ersten Spule 28 und einer zweiten Spule 34 ungefähr 11,5 Windungen.
Die dielektrische Barriere, die in jedem der Spulen-Transducer enthalten ist, kann aufweisen eines oder mehreres aus Fiberglass, Glas, Keramik, Polyimid, einem Polyimid-Film, einem Polymer, einem organischen Material, einem Flexschaltungsmaterial, Epoxid, Epoxidharz, einem Leiterplattenmaterial, PTFE und Glas, PTFE und Keramik, Glas und Keramik, einem duroplastischen Kunststoff und Kunststoff.
Eine Durchbruchsspannung zwischen einer ersten Spule 28 und einer zweiten Spule 34 kann übersteigen einen Effektivewert von 2000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr einer Minute angelegt, einen Effektivewert von ungefähr 2000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr sechs Minuten angelegt, einen Effektivewert von ungefähr 2000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr 24 Stunden angelegt, einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr einer Minute angelegt, einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr sechs Minuten angelegt, oder einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr 24 Stunden angelegt. Die ersten Spulen 28 und die zweiten Spulen 34 können ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Kombination von Metallen aufweisen. Außerdem können jeder der Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d und zumindest Abschnitte des ersten Leitungsrahmens 56 und des zweiten Leitungsrahmens 58 mit einem Ausformungsmaterial eingekapselt sein, wie z. B. einem mit Silica beladenen Epoxid, von welchem entdeckt wurde, dass es thermische Expansionsfehlanpassungen reduziert.
Nun Bezug nehmend auf 5 kann eine Länge L des Spulen-Transducers 10 zwischen dem ersten Ende 15 und dem zweiten Ende 17 kleiner als ungefähr 2,5 mm sein. Eine Breite W des Spulen-Transducers 10 kann kleiner als ungefähr 1,5 mm sein.
Nun Bezug nehmend auf die 7 und 9 wird gesehen, dass alle Drahtbond-Pads 40a–40d, 42a–42d, 44a–44d und 46a–46d für die Spulen 28a–28d und 34a–34d der Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c bzw. 10d sich auf einer Seite einer Hauptachse 12 der Spulen-Transducer 10a, 10b, 10c und 10d befinden. In anderen Ausführungsformen können die Drahtbond-Pads für die Spulen 28a–28d und 34a–34d der Spulen-Transducer 10a–10d auf beiden Seiten der Hauptachse 12 lokalisiert sein.
Weiterhin Bezug nehmend auf die 7 und 9, kann die Baugruppe 5, welche vier Spulen-Transducer 10a–10d, den ersten Leitungsrahmen 56 und den zweiten Leitungsrahmen 58, und die Senderschaltungen 60a–60d und die Empfängerschaltungen 64a–64d aufweist, eine Länge L haben, die weniger als ungefähr 20 mm oder 12 mm ist, und eine Breite W haben, die weniger als ungefähr 10 mm, ungefähr 6 mm oder ungefähr 4 mm ist. Die Baugruppe 5 kann ebenso konfiguriert sein, dass die Sender 60a–60d und die Empfänger 64a–64d nicht vertikal über irgend welche Abschnitte der Spulen-Transducer 10a–10d gestapelt sind.
Eine Abstandshalterschicht kann über der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Spulen-Transducer 10a–10d angeordnet sein, wobei die Abstandshalterschicht ein mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist und die Abstandshalterschicht konfiguriert ist, die elektrische Wechselwirkung zwischen zumindest einigen elektrisch leitfähigen Abschnitten der Spulen-Transducer 10a–10d und naheliegenden elektrischen Leitern oder Spuren, die sich außerhalb der Spulen-Transducer befinden, zu minimieren. Eine solche Abstandshalterschicht kann eine Dicke haben, die sich zwischen ungefähr 25 Mikrometer und ungefähr 50 Mikrometer bewegt.
Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Spulen-Transducer bi-direktional, und daher können die Sender/Empfänger Paare innerhalb des Isolators oder der Baugruppe/Verpackung wie gewünscht räumlich angeordnet und konfiguriert sein. Zum Beispiel können die Spulen-Transducer in dem Isolator konfiguriert sein, so dass Daten von links nach rechts in allen vier Kanälen laufen (travel), oder von links nach rechts in zwei Kanälen und von rechts nach links in den anderen beiden Kanälen. Die Senderseite und die Empfängerseite des Spulenisolators 5 kann ebenso umgedreht werden, die Elemente in jedem beliebigen Sender/Empfänger Paar können umgedreht werden und jedes Metall-Pad oder jeder Leitungsrahmen kann auf seinem lokalen Versorgungsspannungspotential eher als auf einem Massepotential gehalten werden.
Es wird angemerkt, dass innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Herstellen, zum Hergestellt haben und zum Verwenden von verschiedenen hierin beschriebenen Komponenten und System eingeschlossen sind, wobei einige der Verfahren vorstehend beschrieben wurden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sollten als Beispiele der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden, nicht als den Schutzumfang der Erfindung begrenzend. Zusätzlich zu den voranstehenden Ausführungsformen der Erfindung, wird eine Bewertung der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen zeigen, dass es andere Ausführungsformen der Erfindung gibt. Dementsprechend fallen viele Kombinationen, Permutationen, Variationen und Modifikationen der vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung, welche hier nicht explizit dargelegt sind, nichts desto trotz in den Schutzbereich der Erfindung.

Claims

Ein Spulenisolator (5), aufweisend einen Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d), welcher einander gegenüberliegend ein erstes Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und ein zweites Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) hat und eine dielektrische Barriere aufweist, die einander gegenüberliegend eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei die dielektrische Barriere ein elektrisch isolierendes, nicht-metallisches, nicht-Halbleiter, mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist, wobei eine erste elektrisch leitfähige Sendespule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) nahe oder an der ersten Seite angeordnet ist, wobei sich erste Leitungen zwischen der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (40, 42) erstrecken, und wobei eine zweite elektrisch leitfähige Empfangsspule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) nahe oder an der zweiten Seite angeordnet ist, wobei sich zweite Leitungen zwischen der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (44, 46) erstrecken, wobei die dielektrische Barriere zwischen der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) angeordnet ist; und zumindest einen ersten Leitungsrahmen (56) und einen zweiten Leitungsrahmen (58); wobei – sich der Spulen-Transducer (10a, 10b, 10c, 10d) horizontal zwischen dem ersten Leitungsrahmen (56) und dem zweiten Leitungsrahmen (58) erstreckt und sich das erste Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und das zweite Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) auf oder unterhalb von zumindest Abschnitten des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) erstrecken, – keine Abschnitte des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) vertikal über oder unterhalb irgendwelcher Abschnitte der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) angeordnet sind, und – die Drahtbond-Pads (40, 42, 44, 46) der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) vertikal über oder unterhalb des ersten Leitungsrahmens (56) bzw. des zweiten Leitungsrahmens (58) angeordnet sind.
Der Spulenisolator (5) gemäß Anspruch 1, wobei der Spulenisolator (5) eine Flexschaltung ist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner aufweisend eine Senderschaltung (60, 60a, 60c), welche Sender Ausgangsanschlüsse aufweist, wobei die Sender Ausgangsanschlüsse betriebsbereit mit der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) mittels der dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (40, 42) verbunden sind, wobei die Senderschaltung (60, 60a, 60c) insbesondere konfiguriert ist, über die erste Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) differentielle Ausgangssignale zur Verfügung zu stellen, und/oder eine Empfängerschaltung (64, 64a, 64c), welche Empfänger Eingangsanschlüsse aufweist, wobei die Empfänger Eingangsanschlüsse betriebsbereit mit der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) mittels der dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (44, 46) verbunden sind, wobei die Empfängerschaltung (64, 64a, 64c) insbesondere konfiguriert ist, differentielle Eingangssignale zu empfangen und/oder wobei die Empfängerschaltung insbesondere eine integrierte Schaltung (64, 64a, 64c) ist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und die zweite Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) in Bezug zueinander räumlich angeordnet und konfiguriert sind, so dass zumindest eines von einem Leistungssignal und einem Datensignal von der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) zu der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) über die dielektrische Barriere hinweg gesendet werden kann.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und die zweite Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) in Kombination zumindest fünf Windungen, zumindest acht Windungen, zumindest zehn Windungen oder zumindest zwanzig Windungen haben.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dielektrische Barriere Fiberglass, Glas, Keramik, Polyimid, einen Polyimid-Film, ein Polymer, ein organisches Material, ein Flexschaltungsmaterial, Epoxid, Epoxidharz, ein Leiterplattenmaterial, PTFE und Glas, PTFE und Keramik, Glas und Keramik, einen duroplastischen Kunststoff oder Kunststoff aufweist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Durchbruchsspannung zwischen der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) – einen Effektivewert von 2000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr einer Minute angelegt, – einen Effektivewert von ungefähr 2000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr sechs Minuten angelegt, – einen Effektivewert von ungefähr 2000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr 24 Stunden angelegt, – einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr einer Minute angelegt, – einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr sechs Minuten angelegt, oder – einen Effektivewert von ungefähr 5000 Volt überschreitet, wenn über eine Zeitspanne von ungefähr 24 Stunden angelegt,
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner ein Routing der internen Spannungsversorgung aufweist, und/oder wobei der Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner ein Routing der Erdung oder ein oder mehrere Erdungspads aufweist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und die zweite Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Metallkombination aufweisen.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) und zumindest Abschnitte des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) mit einem Ausformungsmaterial eingekapselt sind, welches mit Silica beladenes Epoxid aufweist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Länge des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) zwischen dem ersten Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und dem zweiten Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) kleiner als ungefähr 2,5 mm ist, und/oder wobei eine Breite des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) zwischen dem ersten Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und dem zweiten Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) kleiner als ungefähr 1,5 mm ist.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sich alle Drahtbond-Pads (42, 44, 44, 46) für Spulen des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) auf einer Seite einer Hauptachse des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) befinden oder wobei sich Drahtbond-Pads (42, 44, 44, 46) für Spulen des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) auf beiden Seiten einer Hauptachse des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) befinden.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend eine Baugruppe, welche den Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d), den ersten Leitungsrahmen (56) und den zweiten Leitungsrahmen (58) und die Senderschaltung (60, 60a, 60c) und die Empfängerschaltung (64, 64a, 64c) aufweist, wobei die Baugruppe eine Länge von weniger als ungefähr 20 mm oder weniger als ungefähr 12 mm hat und/oder wobei die Baugruppe eine Breite von weniger als ungefähr 10 mm, weniger als ungefähr 6 mm oder weniger als ungefähr 4 mm hat.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend eine Baugruppe, wobei ein Sender und ein Empfänger nicht vertikal über irgend welche Abschnitte des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) gestapelt sind.
Der Spulenisolator (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend eine Abstandshalterschicht, welche über der ersten Seite und der zweiten Seite des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) angeordnet ist, wobei die Abstandshalterschicht ein mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist.
Der Spulenisolator (5) gemäß Anspruch 15, wobei die Abstandshalterschicht konfiguriert ist die elektrische Wechselwirkung zwischen zumindest einigen elektrisch leitfähigen Abschnitten des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) und naheliegenden elektrischen Leitern oder Spuren, die sich außerhalb des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) befinden, zu minimieren, und/oder wobei die Abstandshalterschicht eine Dicke hat, die sich zwischen ungefähr 25 Mikrometer und ungefähr 50 Mikrometer bewegt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Spulenisolators (5), das Verfahren aufweisend Bilden eines Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d), welcher einander gegenüberliegend ein erstes Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und ein zweites Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) hat und eine dielektrische Barriere aufweist, die einander gegenüberliegend eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei die dielektrische Barriere ein elektrisch isolierendes, nicht-metallisches, nicht-Halbleiter, mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist, wobei eine erste elektrisch leitfähige Sendespule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) nahe oder an der ersten Seite angeordnet ist, wobei sich erste Leitungen zwischen der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (40, 42) erstrecken, und wobei eine zweite elektrisch leitfähige Empfängerspule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) nahe oder an der zweiten Seite angeordnet ist, wobei sich zweite Leitungen zwischen der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) und dazu korrespondierenden Drahtbond-Pads (44, 46) erstrecken, wobei die dielektrische Barriere zwischen der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) angeordnet ist; Bereitstellen von zumindest einem ersten Leitungsrahmen (56) und einem zweiten Leitungsrahmen (58), und Anbringen des Spulen-Transducers (10a, 10b, 10c, 10d) an dem ersten Leitungsrahmen (56) und dem zweiten Leitungsrahmen (58), so dass – sich der Spulen-Transducer (10a, 10b, 10c, 10d) horizontal zwischen dem ersten Leitungsrahmen (56) und dem zweiten Leitungsrahmen (58) erstreckt und sich das erste Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und das zweite Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) auf oder unterhalb von zumindest Abschnitten des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) erstrecken, – keine Abschnitte des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) vertikal über oder unterhalb irgendwelcher Abschnitte der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) angeordnet sind, und – die Drahtbond-Pads (40, 42, 44, 46) der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) vertikal über oder unterhalb des ersten Leitungsrahmens (56) bzw. des zweiten Leitungsrahmens (58) angeordnet sind.
Das Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend betriebsbereites Verbinden einer Senderschaltung (60, 60a, 60c), welche Ausgangsanschlüsse hat, mit den Drahtbond-Pads (40, 42), die zu der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) korrespondieren, und/oder betriebsbereites Verbinden einer Empfängerschaltung (64, 64a, 64c), welche Eingangsanschlüsse hat, mit den Drahtbond-Pads (44, 46), die zu der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d) korrespondieren.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Bilden von zumindest fünf Windungen, zumindest acht Windungen, zumindest zehn Windungen oder zumindest zwanzig Windungen in Kombination in der ersten Spule (28, 28a, 28b, 28c, 28d) und in der zweiten Spule (34, 34a, 34b, 34c, 34d).
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Verwenden von Fiberglass, Glas, Keramik, Polyimid, eines Polyimid-Films, eines Polymers, eines organischen Materials, eines Flexschaltungsmaterials, Epoxid, Epoxidharz, eines Leiterplattenmaterials, PTFE und Glas, PTFE und Keramik, Glas und Keramik, eines duroplastischen Kunststoffs oder eines Kunststoffs.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Bilden eines internen Spannungsversorgungsroutings in oder auf dem Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d).
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Bilden eines Erdungsroutings oder eines oder mehrerer Erdungspads in oder auf dem Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d).
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, ferner aufweisend Einkapseln des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) und von zumindest Abschnitte des ersten Leitungsrahmens (56) und des zweiten Leitungsrahmens (58) mit einem Ausformungsmaterial, welches mit Silica beladenes Epoxid aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Konfigurieren des Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) um eine Länge zwischen dem ersten Ende (15, 15a, 15b, 15c, 15d) und dem zweiten Ende (17, 17a, 17b, 17c, 17d) von weniger als ungefähr 2,5 mm zu haben.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Konfigurieren des Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d) um eine Breite von weniger als ungefähr 1,5 mm zu haben.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei das Bilden des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) ferner aufweist Platzieren aller Drahtbond-Pads (42, 44, 44, 46) für Spulen des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) auf einer Seite einer Hauptachse des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d), oder Platzieren von Drahtbond-Pads (42, 44, 44, 46) für Spulen des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) auf beiden Seiten einer Hauptachse des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d).
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, ferner aufweisend Bilden einer Baugruppe, welche den Spulen-Transducer (10, 10a, 10b, 10c, 10d), den ersten Leitungsrahmen (56) und den zweiten Leitungsrahmen (58) und die Senderschaltung (60, 60a, 60c) und die Empfängerschaltung (64, 64a, 64c) aufweist, wobei die Baugruppe eine Länge von weniger als ungefähr 20 mm oder weniger als ungefähr 12 mm hat und/oder wobei die Baugruppe eine Breite von weniger als ungefähr 10 mm oder weniger als ungefähr 4 mm hat.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, ferner aufweisend Bilden einer Baugruppe, wobei ein Sender und ein Empfänger nicht vertikal über irgend welche Abschnitte des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d) gestapelt sind.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, ferner aufweisend Platzieren einer Abstandshalterschicht über der ersten Seite und der zweiten Seite des Spulen-Transducers (10, 10a, 10b, 10c, 10d), wobei die Abstandshalterschicht ein mit einem niedrigen dielektrischen Verlust behaftetes Material aufweist.