DE112015005198B4 - Signalübertragungs-isoliereinrichtung und leistungshalbleitermodul - Google Patents

Signalübertragungs-isoliereinrichtung und leistungshalbleitermodul Download PDF

Info

Publication number
DE112015005198B4
DE112015005198B4 DE112015005198.8T DE112015005198T DE112015005198B4 DE 112015005198 B4 DE112015005198 B4 DE 112015005198B4 DE 112015005198 T DE112015005198 T DE 112015005198T DE 112015005198 B4 DE112015005198 B4 DE 112015005198B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulating layer
coil
layer
signal transmission
dielectric material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112015005198.8T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112015005198T5 (de
Inventor
Kenichi Suga
Takao Tsurimoto
Hiroki Shiota
Kenichi Morokuma
Shoichi Orita
Fumitaka Tametani
Takahiro Inoue
Shiori Uota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112015005198T5 publication Critical patent/DE112015005198T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112015005198B4 publication Critical patent/DE112015005198B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/03—Manufacturing methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3738—Semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/645—Inductive arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/162—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits the devices being mounted on two or more different substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0006—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission format
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2809—Printed windings on stacked layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d), die Folgendes aufweist:- eine erste Spule (4);- eine zweite Spule (5), die der ersten Spule (4) gegenüberliegt, um mit der ersten Spule (4) einen Transformator zu bilden;- eine erste Isolierschicht (3), die zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulen (4, 5) ausgebildet ist und aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist;- eine zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c), die eine erste Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche in Kontakt mit einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) ausgebildet ist, die einer ersten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) gegenüberliegt, wobei die erste Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) zugewandt ist, wobei die erste Schicht die erste Spule (4) füllt und bedeckt, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) eine zweite Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die erste Schicht ausgebildet ist, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) aus einem zweiten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist; und eine dritte Isolierschicht (7a, 7b), die eine dritte Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche ausgebildet ist, die in Kontakt mit einer dritten Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) ist, wobei die dritte Hauptoberfläche der ersten Spule (4) zugewandt ist, und eine vierte Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der dritten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die dritte Schicht ausgebildet ist, wobei die vierte Schicht die zweite Spule (5) füllt und bedeckt, wobei die dritte Isolierschicht aus einem dritten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung und ein Leistungshalbleitermodul, das eine solche Signalübertragungs-Isoliereinrichtung aufweist.
  • HINTERGRUND
  • Es ist eine herkömmliche Signalübertragungs-Isoliereinrichtung bekannt, die eine Dünnschicht-Wandlerstruktur hat, bei der eine erste Isolierschicht dadurch gebildet wird, dass eine untere Spule auf dem Boden einer Vertiefung, die in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, angeordnet wird, wobei die Vertiefung dann mit einem flüssigen Polyimidharz gefüllt wird und das flüssige Polyimidharz ausgehärtet wird.
  • Im Anschluss daran wird eine obere Spule auf der ersten Isolierschicht ausgebildet, und die Dicke der ersten Isolierschicht wird angepasst, so dass eine gewünschte Isolations-Spannungsfestigkeit zwischen der unteren Spule und der oberen Spule erzielt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • In solch einer Signalübertragungs-Isolierungseinrichtung mit einer Dünnschicht-Wandlerstruktur tritt beim Anlegen einer Spannung an die untere Spule und die obere Spule eine Konzentration des elektrischen Feldes an jeder Ecke sowohl bei der oberen Spule als auch der unteren Spule auf. Die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung mit Wandlerstruktur hat eine Vielzahl von Ecken, und ein Isolationsdurchbruch tritt an irgendeiner der Ecken der oberen Spule oder der unteren Spule auf, wenn die angelegte Spannung ansteigt.
  • Dagegen wird bei einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß der in dem Patentdokument 2 gezeigten Signalübertragungs-Isoliereinrichtung, bei der eine zweite Isolierschicht mit einer höheren Permittivität als die einer ersten Isolierschicht auf einer Oberfläche einer unteren Spule ausgebildet wird, die einer oberen Spule gegenüberliegt, und bei der die erste Isolierschicht und die obere Spule nacheinander auf der zweiten Isolierschicht ausgebildet werden, die zweite Isolierschicht, die eine höhere Permittivität als die erste Isolierschicht hat, auf der Seite der unteren Spule zwischen der unteren Spule und der oberen Spule ausgebildet, so dass sie in Kontakt mit der unteren Spule ist. Dadurch wird das elektrische Feld innerhalb der zweiten Isolierschicht gering, und die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der unteren Spule, die in Kontakt mit der zweiten Isolierschicht ist, kann geschwächt werden.
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: JP 2007 - 165 343 A
    • Patentdokument 2: JP 2010 - 080 774 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Selbst bei der obigen Signalübertragungs-Isoliereinrichtung mit der zweiten Isolierschicht wird jedoch, wenn eine Spannung an die obere und die untere Spule der Dünnschicht-Wandlerstruktur angelegt wird, die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der unteren Spule abgeschwächt, aber ein ausreichender Effekt der Abschwächung der elektrischen Feldkonzentration wird nicht erreicht, da die zweite Isolierschicht lediglich auf der Oberfläche der unteren Spule ausgebildet ist, die der oberen Spule zugewandt ist.
  • Zusätzlich tritt eine Konzentration des elektrischen Feldes nach wie vor an jeder Ecke der oberen Spule auf. Dabei beginnt ein Isolationsdurchbruch im Allgemeinen an einer Stelle, an der sich das elektrische Feld konzentriert und die Isolierung am schwächsten ist. Daher tritt bei Erhöhung der angelegten Spannung ein Isolationsdurchbruch an der Ecke der oberen Spule auf, die eine Stelle mit schwacher Isolierung ist und bei der sich das elektrische Feld konzentriert. Dadurch ist es schwierig, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen.
  • Aus diesem Grund muss, um eine vorgegebene Spannungsfestigkeit sicherzustellen, die Dicke der Isolierschicht in Anbetracht der elektrischen Feldkonzentration an jeder Ecke der oberen Spule mehr als nötig erhöht werden. Wird die Dicke der Isolierschicht mehr als nötig erhöht, führt das jedoch dazu, dass der Abstand zwischen der oberen Spule und der unteren Spule groß wird, so dass das Problem auftritt, dass sich Übertragungseigenschaften, wie z.B. eine Signalübertragungsgeschwindigkeit oder eine Signalübertragungsintensität verschlechtern.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung anzugeben, die eine Verschlechterung der Signalübertragungseigenschaften unterdrücken kann und die Spannungsfestigkeit erhöhen kann.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine erste Spule; eine zweite Spule, die der ersten Spule gegenüberliegt, um mit der ersten Spule einen Transformator zu bilden; eine erste Isolierschicht, die zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulen ausgebildet ist und aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist; eine zweite Isolierschicht, die eine erste Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht und einer Oberfläche in Kontakt mit einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Spule ausgebildet ist, die einer ersten Hauptoberfläche der ersten Spule gegenüberliegt, wobei die erste Hauptoberfläche der zweiten Spule zugewandt ist, wobei die erste Schicht die erste Spule füllt und bedeckt, wobei die zweite Isolierschicht eine zweite Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die erste Schicht ausgebildet ist, wobei die zweite Isolierschicht aus einem zweiten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist; und eine dritte Isolierschicht, die eine dritte Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht und einer Oberfläche ausgebildet ist, die in Kontakt mit einer dritten Hauptoberfläche der zweiten Spule ist, wobei die dritte Hauptoberfläche der ersten Spule zugewandt ist, und eine vierte Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der dritten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die dritte Schicht ausgebildet ist, wobei die vierte Schicht die zweite Spule füllt und bedeckt, wobei die dritte Isolierschicht aus einem dritten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das elektrische Feld innerhalb der zweiten Isolierschicht und der dritten Isolierschicht klein, da die erste Spule, die eine untere Spule ist, so ausgebildet ist, dass sie von der zweiten Isolierschicht umschlossen wird, die obere und untere Oberflächen hat, die flach ausgebildet sind, da die zweite Spule, die eine obere Spule ist, so ausgebildet ist, dass sie von der dritten Isolierschicht umschlossen wird, die obere und untere Oberflächen hat, die flach ausgebildet sind, und da der Widerstand sowohl der zweiten Isolierschicht als auch der dritten Isolierschicht geringer ist als der Widerstand der ersten Isolierschicht, oder die Permittivität sowohl der zweiten Isolierschicht als auch der dritten Isolierschicht höher ist als die Permittivität der ersten Isolierschicht.
  • Dadurch kann die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der unteren Spule, die von der zweiten Isolierschicht umschlossen ist, und die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der oberen Spule, die von der dritten Isolierschicht umschlossen ist, abgeschwächt werden. Dementsprechend kann die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöht werden, ohne die Dicke der ersten Isolierschicht zu erhöhen, so dass es möglich ist, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen und gleichzeitig eine Verschlechterung der Signalübertragungseigenschaften zu unterdrücken.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3A, 3B, sind Querschnitte, die einen Herstellungsablauf für die 3C, 3D Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • 4A sind Kurvendiagramme, die Wellenformen beim Betrieb der und 4B Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das einen Motorantrieb zeigt, in dem die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 6 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7A, 7B, 7C, 7D sind Querschnitte, die einen Herstellungsablauf für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigen.
    • 8 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 9 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsform 1
  • Zunächst wird die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
  • In 1 weist die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a eine erste Spule 4 und eine zweite Spule 5 auf, die jeweils erhalten werden, indem ein Draht in einer Vielzahl von Windungen in eine Spulenform gebogen wird. Die erste Spule 4 und die zweite Spule 5 liegen einander gegenüber, um einen Transformator zu bilden. In 1 ist ein Bereich der ersten Spule 4, der mit der zweiten Spule 5 überlappt, nicht gezeigt.
  • In 2 hat die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a eine Struktur, in der eine sogenannte Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 auf einem Halbleitersubstrat 2 gebildet ist, das aus Si oder dergleichen hergestellt ist. Die Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 weist eine untere Isolierschicht 15, eine zweite Isolierschicht 6a, die erste Spule 4, eine zweite Isolierschicht 6b, eine erste Isolierschicht 3, eine dritte Isolierschicht 7a, die zweite Spule 5, eine dritte Isolierschicht 7b und eine obere Isolierschicht 16 auf.
  • Die untere Isolierschicht 15 ist auf dem Halbleitersubstrat 2 ausgebildet, und die erste Spule 4, die die untere Spule ist, ist auf der unteren Isolierschicht 15 derart ausgebildet, dass sie von den zweiten Isolierschichten 6a und 6b umgeben ist. Weiterhin ist die zweite Spule 5, die die obere Spule ist, auf der zweiten Isolierschicht 6b ausgebildet, wobei die erste Isolierschicht 3 dazwischen liegt, so dass die zweite Spule 5 von den dritten Isolierschichten 7a und 7b umgeben ist. Die obere Isolierschicht 16 ist auf der dritten Isolierschicht 7b ausgebildet.
  • Sowohl die erste Isolierschicht 3, als auch die untere Isolierschicht 15 und die obere Isolierschicht 16 sind Isolierschichten, die durch eine SiO2-Schicht (Siliciumoxid) gebildet sind. Sowohl die zweiten Isolierschichten 6a und 6b, als auch die dritten Isolierschichten 7a und 7b sind Isolierschichten, die durch eine SiN-Schicht (Siliciumnitrid) gebildet sind, das einen geringeren Widerstand als SiO2 hat.
  • Ferner sind die erste Spule 4 und die zweite Spule 5 derart ausgebildet, dass sie einander gegenüberliegen, wobei die erste Spule 4 so ausgebildet ist, dass sie von den zweiten Isolierschichten 6a und 6b umgeben ist. In ähnlicher Weise ist die zweite Spule 5 so ausgebildet, dass sie von den dritten Isolierschichten 7a und 7b umgeben ist. Hierbei ist jede Lücke zwischen Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der ersten Spule 4 mit einer ersten Schicht 6b gefüllt, die die zweite Isolierschicht bildet (im Folgenden lediglich als zweite Isolierschicht 6b bezeichnet).
  • Die untere Oberfläche einer zweiten Schicht 6a, die die zweite Isolierschicht bildet (im Folgenden lediglich als zweite Isolierschicht 6a bezeichnet) und die obere Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6b sind flach ausgebildet, so dass der Effekt, die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der ersten Spule 4 abzuschwächen, verstärkt werden kann. Außerdem ist jede Lücke zwischen Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der zweiten Spule 5 mit einer vierten Schicht 7b gefüllt, die die dritte Isolierschicht bildet (im Folgenden lediglich als dritte Isolierschicht 7b bezeichnet).
  • Die untere Oberfläche einer dritten Schicht 7a, die die dritte Isolierschicht bildet (im Folgenden lediglich als dritte Isolierschicht 7a bezeichnet) und die obere Oberfläche der dritten Isolierschicht 7b sind flach ausgebildet, so dass der Effekt, die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der zweiten Spule 5 abzuschwächen, verstärkt werden kann.
  • Aufgrund der obigen Konfiguration ist es möglich, mechanische Spannungen (z.B. Zugspannungen, Druckspannungen etc.; dasselbe gilt im Folgenden) zu verteilen, die aufgebaut werden und auf jede Schicht wirken, und zwar aufgrund von Unterschieden bei den Schichtspannungen oder Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der zweiten Isolierschicht 6a und der unteren Isolierschicht 15, zwischen der zweiten Isolierschicht 6b und der ersten Isolierschicht 3, zwischen der dritten Isolierschicht 7a und der ersten Isolierschicht 3, und zwischen der dritten Isolierschicht 7b und der oberen Isolierschicht 16. Somit ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder dergleichen zu unterdrücken, um die Verlässlichkeit der Isolierung zu verbessern.
  • Der obige Ausdruck „flach ausgebildet“ bedeutet, dass beispielsweise im Falle der zweiten Isolierschicht 6b die obere Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6b über ihre Gesamtheit eine flache Oberfläche bildet, die parallel zu der unteren Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6a verläuft, und keine unebene Oberfläche bildet, unabhängig davon, ob ein Teil der oberen Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6b direkt über der ersten Spule 4 liegt (das Gleiche gilt im Folgenden). Das Verhältnis zwischen der oberen Oberfläche der dritten Isolierschicht 7b und der unteren Oberfläche der dritten Isolierschicht 7a ist das Gleiche wie das Verhältnis zwischen der oberen Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6b und der unteren Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6a (das Gleiche gilt im Folgenden).
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird SiO2 für die erste Isolierschicht 3, die untere Isolierschicht 15 und die obere Isolierschicht 16 verwendet. Die Materialien für die erste Isolierschicht 3, die untere Isolierschicht 15 und die obere Isolierschicht 16 sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Es können auch andere Materialien, wie z.B. Polyimide oder Parylene für die erste Isolierschicht 3, die untere Isolierschicht 15 und die obere Isolierschicht 16 verwendet werden.
  • Die Materialien für die erste Isolierschicht 3, die untere Isolierschicht 15 und die obere Isolierschicht 16 können die gleichen oder verschieden voneinander sein. Weiter wird SiN für die zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet.
  • Es kann jedoch auch ein anderes Isolationsmaterial mit einem geringeren Widerstand als dem für die erste Isolierschicht 3 verwendeten für die zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet werden. Die Materialien für die zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b können die gleichen oder verschieden voneinander sein.
  • Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3A, 3B, 3C, 3D sind Querschnitte, die einen Herstellungsablauf für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • In 3A wird eine Isolierschicht 17, die zur unteren Isolierschicht 15 aus SiO2 wird, mittels eines CVD-Verfahrens (Chemical Vapor Deposition bzw. chemische Abscheidung in der Gasphase) auf dem Halbleitersubstrat 2 ausgebildet, das aus Si oder dergleichen hergestellt ist. Die zweite Isolierschicht 6a wird auf der Isolierschicht 17 unter Verwendung von SiN ausgebildet. Eine Metallschicht 8a aus Aluminium oder dergleichen wird auf der zweiten Isolierschicht 6a mittels eines Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsverfahrens (sputtering deposition, bzw. Sputterdeposition) ausgebildet.
  • In 3B wird die Metallschicht 8a geätzt, um die erste Spule 4 auszubilden. Dann wird eine Isolierschicht 6c aus SiN mittels eines CVD-Verfahrens zunächst zwischen den Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der ersten Spule 4 und auf der Oberfläche der ersten Spule 4, die der zweiten Spule 5 zugewandt ist, so ausgebildet, dass sie die erste Spule 4 umgibt.
  • In 3C wird die obere Oberfläche der zuvor ausgebildeten zweiten Isolierschicht 6c (siehe 3B) mittels eines CMP-Verfahrens (Chemical Mechanical Polish, bzw. Chemisch-mechanisches Polieren) flach poliert, um die zweite Isolierschicht 6b zu bilden, und die erste Isolierschicht 3 mit einer flachen oberen Oberfläche wird auf der zweiten Isolierschicht 6b ausgebildet.
  • Mit der obigen Prozedur werden Vorbereitungen zur Ausbildung der dritten Isolierschicht 7a auf der ersten Isolierschicht 3 getroffen. Daher wird anschließend die dritte Isolierschicht 7a aus SiN auf der ersten Isolierschicht 3 ausgebildet, und eine Metallschicht 8b wird mittels eines Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsverfahrens auf der dritten Isolierschicht 7a ausgebildet.
  • In 3D wird die Metallschicht 8b geätzt, um die zweite Spule 5 auszubilden. Dann wird die dritte Isolierschicht 7b einerseits zwischen den Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der zweiten Spule 5 ausgebildet und andererseits so, dass sie die obere Oberfläche der zweiten Spule 5 bedeckt. Konkret wird die obere Oberfläche der ausgebildeten dritten Isolierschicht 7b mittels eines CMP-Verfahrens poliert, um die dritte Isolierschicht 7b mit einer flachen oberen Oberfläche zu bilden. Dann wird die obere Isolierschicht 16 auf der dritten Isolierschicht 7b ausgebildet. Mit den obigen Schritten kann die in 2 gezeigte Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a erhalten werden.
  • Wenn ein Spannungsunterschied zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 besteht, tritt bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgrund der obigen Konfiguration eine Konzentration des elektrischen Feldes an einer Vielzahl der Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 in der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a mit der Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 auf.
  • Die zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b, die einen geringeren Widerstand als die erste Isolierschicht 3 haben, sind jedoch so ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 umschließen, so dass ein elektrisches Feld innerhalb der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b, die einen geringeren Widerstand als die erste Isolierschicht 3 haben, abgeschwächt wird.
  • Da die jeweiligen Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5, an denen die Konzentration des elektrischen Feldes auftritt, von den zweiten Isolierschichten 6a und 6b und den dritten Isolierschichten 7a und 7b umschlossen sind, in denen das elektrische Feld abgeschwächt wird, wird die Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken abgeschwächt.
  • Dadurch, dass die Konzentration des elektrischen Feldes sowohl auf der Seite der ersten Spule 4 als auch auf der Seite der zweiten Spule 5 abgeschwächt wird, kann die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöht werden, ohne dass die Dicke der Isolierschichten erhöht wird, das heißt, ohne dass der Abstand zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 erhöht wird. Dementsprechend ist es möglich, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen und dabei eine Verschlechterung der Übertragungseigenschaften, wie z.B. eine Signalübertragungsgeschwindigkeit oder eine Signalübertragungsintensität zu unterdrücken.
  • Bei der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a in 1 wird das dielektrische Material, das einen geringeren Widerstand hat als das dielektrische Material, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird, für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet. Die Kombination der ersten Isolierschicht 3, der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b ist jedoch nicht auf die SiO2-Schicht und die SiN-Schichten begrenzt.
  • Es kann eine geeignete Wahl aus dielektrischen Materialen, wie z.B. SiO2, SiN, Polymiden, Parylenen und dergleichen getroffen werden, so dass der Widerstand des dielektrischen Materials, das für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet wird, geringer ist als der des dielektrischen Materials, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird.
  • Wenn ein Isolationsmaterial mit einem relativ geringen Widerstand für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b wie bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass die Funktion als Transformator verloren geht, wenn die benachbarten Spulenbereiche der ersten Spule 4 oder der zweiten Spule 5, die die Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 bilden, über die zweiten Isolierschichten 6a und 6b oder die dritten Isolierschichten 7a und 7b miteinander elektrisch kurzgeschlossen werden. Daher wird der Widerstand von jeder der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b gleich oder größer als ein Widerstand gewählt, bei dem kein elektrischer Kurzschluss zwischen den benachbarten Spulenbereichen der ersten Spule 4 oder der zweiten Spule 5 verursacht wird.
  • 4A und 4B zeigen Wellenformen beim Betrieb der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1. 4A zeigt ein angelegtes elektrisches Rechteckwellensignal, und 4B zeigt ein ausgegebenes elektrisches Pulssignal. Dabei gibt die vertikale Achse die Spannung jedes Signals an und die horizontale Achse gibt die Zeit an. Beispielsweise wird, wie in 4A gezeigt ist, ein elektrisches Rechteckwellensignal Vin entweder an die erste Spule 4 oder die zweite Spule 5 angelegt, und ein elektrisches Pulssignal Vout mit einer Frequenz F wird in Reaktion auf den Anstieg und den Abfall des angelegten elektrischen Rechteckwellensignals Vin über die andere Spule ausgegeben.
  • In diesem Fall muss, wenn die in 4B gezeigte Periode T ist und die Frequenz F = 1/T, eine Zeitkonstante τ zwischen den benachbarten Spulenbereichen der ersten Spule 4 oder der zweiten Spule 5 die Formel (1) erfüllen, damit die benachbarten Spulenbereiche nicht miteinander elektrisch kurzgeschlossen werden, während das elektrische Pulssignal Vout ausgegeben wird. τ > 1 / F
    Figure DE112015005198B4_0001
  • Die Zeitkonstante τ erhält man unter Verwendung eines Widerstands ρ, einer relativen Permittivität εr und der elektrischen Feldkonstante ε0 aus der Formel (2). τ = ρ × ε r × ε0
    Figure DE112015005198B4_0002
  • Auf der Grundlage von der Formel (1) und der Formel (2) kann der Widerstand ρ jeder der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b so gewählt werden, dass die Formel (3) erfüllt ist. ρ > 1 / ( F × ε r × ε 0 )
    Figure DE112015005198B4_0003
  • Da die zweite Isolierschicht 6b und die dritte Isolierschicht 7a jeweils auf der gesamten unteren Oberfläche und oberen Oberfläche der ersten Isolierschicht ausgebildet sind, kann eine Verformung, wie z.B. eine Verwerfung der ersten Isolierschicht 3 wirksam unterdrückt werden.
  • Jede Isolierschicht ist wünschenswerterweise so gebildet, dass in der ersten Isolierschicht 3 eine Druckspannung auftritt und in der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschicht 7a eine Zugspannung auftritt, und zwar in der Weise, dass Spannungen, die in der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschicht 7a auftreten, einander kompensieren. Da die Spannungen, die in den jeweiligen Isolierschichten auftreten, einander kompensieren, können folglich Verformungen des Halbleitersubstrats 2 oder jeder Isolierschicht durch Verwerfungen reduziert werden.
  • Die Spannung, die in jeder Isolierschicht auftritt, wird in Abhängigkeit von komplexen Bedingungen, wie z.B. einer Temperatur oder einem Gasdruchsatz beim Bilden der Isolierschicht und der Dicke der Isolierschicht bestimmt. Beim Beschichten jeder Schicht können diese Bedingungen angepasst werden, während die mechanischen Spannungen gemessen werden, und die Schicht kann in geeigneter Weise hergestellt werden. Außerdem kann jede Schicht so gebildet werden, dass in der ersten Isolierschicht 3 eine Zugspannung auftritt und in der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschicht 7a Druckspannungen auftreten.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die beiden Metallschichten 8a und 8b mittels eines Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsverfahrens gebildet. Das Herstellungsverfahren für die beiden Metallschichten 8a und 8b ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Jede der Metallschicht 8a und der Metallschicht 8b kann auch mittels eines thermischen Abscheidungsverfahrens, eines Elektronenstrahlabscheidungsverfahrens oder dergleichen gebildet werden. Zudem ist das Halbleitersubstrat 2 nicht auf Si beschränkt.
  • Es kann auch ein anderes Halbleitersubstrat sein, das aus SiC oder dergleichen hergestellt ist. Auch die Metallschichten 8a und 8b sind nicht auf Aluminium beschränkt, und es kann ein anderes Material, wie z.B. Cu dafür verwendet werden.
  • Die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung kann in einem Leistungshalbleitermodul, wie z.B. einem IPM (intelligent power module, bzw. intelligentes Powermodul) verwendet werden. Im Folgenden wird der Fall beschrieben, in dem ein Leistungshalbleitermodul, das eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufweist, in einem Motorantrieb verwendet wird. 5 ist ein Blockdiagramm, das einen Motorantrieb 100 zeigt, in dem ein Leistungshalbleitermodul 50, das eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufweist, verwendet wird.
  • In 5 weist der Motorantrieb 100 ein Leistungshalbleitermodul 50 und einen Motor 30 auf und kann den Motor 30 antreiben, indem Energie, die von einer nicht gezeigten Antriebsenergiequelle ausgegeben wird, mit dem Leistungshalbleitermodul 50 geeignet konvertiert wird.
  • Das Leistungshalbleitermodul 50 weist eine Steuereinheit 10 (auch als „Steuerschaltung“ bezeichnet) auf, sowie eine Treiberschaltung 11, eine Leistungshalbleitereinrichtung 21 und einen Sensor 22. Die Treiberschaltung 11 arbeitet in Reaktion auf ein Steuersignal 12, das von der Steuereinheit 10 durch die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a eingegeben wird, und gibt ein Treibersignal 13 an die Leistungshalbleitereinrichtung 21 aus. Die Leistungshalbleitereinrichtung 21 ist eine Halbleitereinrichtung, wie z.B. ein IGBT oder ein MOSFET, und führt Schaltvorgänge auf der Grundlage des Treibersignals 13 aus.
  • Gleichzeitig misst der Sensor 22 eine Chiptemperatur der Leistungshalbleitereinrichtung 21 oder einen Strom, der durch die Leistungshalbleitereinrichtung 21 fließt, und gibt ein Sensorsignal 14 an die Treiberschaltung 11 und die Steuereinheit 10 aus. Die Steuereinheit 10 gibt das Steuersignal 12 an die Treiberschaltung 11 auf der Grundlage des Sensorsignals aus, das von dem Sensor 22 über die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a etc. eingegeben wird, um die Leistungshalbleitereinrichtung 21 zu steuern.
  • Wenn die Steuereinheit 10 den Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 21 steuert, kann eine vorgegebene Leistungsumwandlung als Inverterschaltung durchgeführt werden, um den Motor 30 anzutreiben. Die Signaleingabe und - ausgabe zwischen der Steuereinheit 10 und der Treiberschaltung 11 oder dem Sensor 22 wird über die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a durchgeführt, die in dem Leistungshalbleitermodul 50 ausgebildet ist.
  • Wenn der Sensor 22 einen Überstrom in der Leistungshalbleitereinrichtung 21 misst oder detektiert, dass die Chiptemperatur der Leistungshalbleitereinrichtung 21 auf einen vorbestimmten Wert gestiegen ist oder diesen überschritten hat, beendet die Treiberschaltung 11 die Ausgabe des Treibersignals 13 an die Leistungshalbleitereinrichtung 21, um die Leistungshalbleitereinrichtung 21 zu schützen.
  • Mit einer derartigen Konfiguration wird es ermöglicht, die Leistungshalbleitereinrichtung 21 durch die Treiberschaltung 11 und den Sensor 22, die in dem Leistungshalbleitermodul 50 ausgebildet sind, zu schützen. Dadurch hat das Leistungshalbleitermodul 50 eine Schutzfunktion und ist somit hoch funktionalisiert.
  • Es fließt hierbei ein Signal mit einer relativ niedrigen Spannung innerhalb des Motorantriebs 100 auf der Seite der Steuereinheit 10. Dadurch hat die Steuereinheit 10 ein niedrigeres Potential innerhalb des Motorantriebs 100.
  • Gleichzeitig fließt ein Signal mit einer relativ hohen Spannung innerhalb des Motorantriebs 100 in einer Hauptschaltung einer Inverterschaltung, wie beispielsweise der Treiberschaltung 11 oder der Leistungshalbleitereinrichtung 21. Dadurch hat die Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise die Treiberschaltung 11 oder die Leistungshalbleitereinrichtung 21, ein höheres Potential innerhalb des Motorantriebs 100.
  • Im Ergebnis kann eine Potentialdifferenz von mehreren hundert bis mehreren tausend Volt zwischen der Steuereinheit 10 und der Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise der Treiberschaltung 11 oder der Leistungshalbleitereinrichtung 21, auftreten und ein Element der Steuereinheit 10 kann defekt werden, wenn aufgrund dieser Potentialdifferenz ein Strom von der Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise der Treiberschaltung 11 oder der Leistungshalbleitereinrichtung 21, in die Steuereinheit 10 fließt.
  • Daher wird, wie in 5 gezeigt, die Signalübertragung zwischen der Steuereinheit 10 und der Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise der Treiberschaltung 11 oder der Leistungshalbleitereinrichtung 21, über die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a durchgeführt. Dadurch ist es möglich, die Steuereinheit 10 und die Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise die Treiberschaltung 11 oder die Leistungshalbleitereinrichtung 21, voneinander isoliert zu halten und gleichzeitig das Sensorsignal 14 und das Steuersignal 12 zwischen ihnen zu übertragen.
  • Wie oben beschreiben, kann die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöhen und kann auch eine Verschlechterung der Signalübertragungseigenschaften unterdrücken. Daher hat die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a, wenn eine Isolations-Spannungsfestigkeit vorgegeben wird, bessere Übertragungseigenschaften, wie z.B. Signalübertragungsgeschwindigkeit oder Signalübertragungsintensität, als eine andere Signalübertragungs-Isoliereinrichtung.
  • Wenn die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 in dem Leistungshalbleitermodul 50 verwendet wird, ist es somit möglich, die Isolation zwischen der Steuereinheit 10 und der Hauptschaltung der Inverterschaltung, wie beispielsweise der Treiberschaltung 11 oder der Leistungshalbleitereinrichtung 21, zu erhalten und die Übertragungseigenschaften für das Steuersignal 12 oder das Sensorsignal 14 zwischen ihnen zu verbessern.
  • Aufgrund der Verbesserung der Übertragungseigenschaften wird eine Steuerungsverzögerung oder dergleichen reduziert, so dass die Leistungshalbleitereinrichtung 21 mit höherer Geschwindigkeit betrieben werden kann. Daraus ergibt sich, dass das Leistungshalbleitermodul 50 zu einem Leistungshalbleitermodul wird, das die Sicherheit gegenüber Isolationsdurchbrüchen nicht beeinträchtigt und zu Hochgeschwindigkeits-Reaktionen und dergleichen fähig ist, das heißt, zu einem Leistungshalbleitermodul mit hoher Qualität und hoher Betriebssicherheit.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Leistungshalbleitermodul 50 mit der Schutzfunktion derart konfiguriert, dass der Sensor 22 innerhalb des Leistungshalbleitermoduls 50 ausgebildet ist. Das Leistungshalbleitermodul 50 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auch ein Leistungshalbleitermodul sein, in dem kein Sensor ausgebildet ist und das keine Schutzfunktion hat.
  • Da das Leistungshalbleitermodul die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a aufweist, ist das Leistungshalbleitermodul selbst in solch einem Fall geeignet, die Treiberschaltung und die Steuerschaltung voneinander zu isolieren, und ist außerdem dazu in der Lage, die Übertragungseigenschaften für das Steuersignal 12 oder dergleichen zu verbessern, so dass ein Hochgeschwindigkeits-Betrieb oder dergleichen ermöglicht wird.
  • Ausführungsform 2
  • Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 beschränkt und kann auch eine andere Konfiguration sein. Insbesondere wird das Auftreten von elektrischer Feldkonzentration an jeder Ecke der ersten Spule 4, die dem Halbleitersubstrat 2 zugewandt ist, unterdrückt, wenn das Halbleitersubstrat 2 elektrisch leitend ist und die erste Spule 4 und das Halbleitersubstrat 2 geerdet sind.
  • Dadurch kann die zweite Isolierschicht 6a, die unter der ersten Spule 4 vorgesehen ist, weggelassen werden, um die Anzahl der Schritte während der Herstellung zu reduzieren, so dass die Produktionskosten gesenkt werden können. Nachstehend wird eine Konfiguration beschrieben, die sich von der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 unterscheidet. Im Folgenden wird ein Teil der zweiten Isolierschicht beschrieben, der sich von der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unterscheidet, und die Beschreibung des anderen Teils, der gleich der Ausführungsform 1 ist oder dieser entspricht, wird weggelassen.
  • Zuerst wird die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. 6 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 sind die Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet sind, mit denen in 2 identisch oder entsprechen diesen, und deren Beschreibung wird weggelassen.
  • Die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b in 6 unterscheidet sich von der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 darin, dass die zweite Isolierschicht 6a weggelassen ist. Die erste Spule 4 ist auf der unteren Isolierschicht 15 angeordnet, und die zweite Isolierschicht 6b ist zwischen den jeweiligen Spulenbereichen benachbarter Windungen und auf der Oberfläche der ersten Spule 4, die der zweiten Spule 5 zugewandt ist, derart ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4, die der zweiten Spule 5 gegenüber liegen, umgibt.
  • Hierbei wird jede Lücke zwischen den Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der ersten Spule 4 mit der zweiten Isolierschicht 6b gefüllt, und die obere Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6b wird flach ausgebildet, so dass es möglich ist, den Effekt, die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der ersten Spule 4 abzuschwächen, zu verstärken.
  • Zusätzlich wird jede Lücke zwischen den Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der zweiten Spule 5 mit der dritten Isolierschicht 7b gefüllt, und die untere Oberfläche der dritten Isolierschicht 7a und die obere Oberfläche der dritten Isolierschicht 7b werden flach ausgebildet, so dass es möglich ist, den Effekt, die elektrische Feldkonzentration an jeder Ecke der zweiten Spule 5 abzuschwächen, zu verstärken.
  • Wenn die Schichten, wie oben beschrieben, so gebildet werden, dass sie flach sind, ist es möglich, mechanische Spannungen zu verteilen, die aufgebaut werden und auf jede Schicht wirken aufgrund von Unterschieden bei den Schichtspannungen oder Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der zweiten Isolierschicht 6b und der ersten Isolierschicht 3, zwischen der dritten Isolierschicht 7a und der ersten Isolierschicht 3, und zwischen der dritten Isolierschicht 7b und der oberen Isolierschicht 16. Somit ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder dergleichen zu unterdrücken, um die Verlässlichkeit der Isolierung zu verbessern.
  • Als Nächstes wird ein Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7A, 7B, 7C, 7D sind Querschnitte, die einen Herstellungsablauf für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • In 7A wird die untere Isolierschicht 15 mittels eines CVD-Verfahrens auf dem Halbleitersubstrat 2 ausgebildet, das aus Si oder dergleichen hergestellt ist. Danach wird die Metallschicht 8a aus Aluminium oder dergleichen auf der unteren Isolierschicht 15 mittels eines Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsverfahrens ausgebildet.
  • In 7B wird die Metallschicht 8a geätzt, um die erste Spule 4 auszubilden. Dann wird die Isolierschicht 6c, die zur zweiten Isolierschicht 6b werden soll, mittels eines CVD-Verfahrens zwischen den jeweiligen Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der ersten Spule 4 und auf der Oberfläche der ersten Spule 4, die der zweiten Spule 5 zugewandt ist, so ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4, die der zweiten Spule 5 zugewandt sind, umgibt.
  • In 7C wird die obere Oberfläche der zweiten Isolierschicht 6c mittels eines CMP-Verfahrens flach poliert, um die zweite Isolierschicht 6b zu bilden, und die erste Isolierschicht 3 mit einer flachen oberen Oberfläche wird auf der zweiten Isolierschicht 6b ausgebildet. Des Weiteren wird die dritte Isolierschicht 7a auf der ersten Isolierschicht 3 ausgebildet. Danach wird die Metallschicht 8b mittels eines Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsverfahrens auf der dritten Isolierschicht 7a ausgebildet.
  • In 7D wird die Metallschicht 8b geätzt, um die zweite Spule 5 auszubilden. Dann wird eine dritte Isolierschicht zwischen den Spulenbereichen der aufeinanderfolgenden Windungen der zweiten Spule 5 und auf der oberen Oberfläche der zweiten Spule 5 so ausgebildet, dass sie die zweite Spule 5 umgibt, und wird mittels eines CMP-Verfahrens poliert, um die dritte Isolierschicht 7b mit einer flachen oberen Oberfläche zu bilden. Die obere Isolierschicht 16 wird auf der dritten Isolierschicht 7b ausgebildet.
  • Wenn ein Spannungsunterschied zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 auftritt, so tritt bei der Ausführungsform 2 aufgrund der obigen Konfiguration eine Konzentration des elektrischen Feldes an einer Vielzahl der Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 in der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b mit der Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 auf. Die zweite Isolierschicht 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b, die einen geringeren Widerstand als die erste Isolierschicht 3 haben, sind jedoch so ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 umschließen, so dass ein elektrisches Feld innerhalb der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b, die einen geringeren Widerstand als die erste Isolierschicht 3 haben, abgeschwächt wird.
  • Zusätzlich wird, wenn das Halbleitersubstrat 2 leitend ist und die erste Spule 4 und das Halbleitersubstrat 2 geerdet sind, ein elektrisches Feld an den Ecken der ersten Spule 4, die dem Halbleitersubstrat 2 gegenüberliegen, ebenfalls geschwächt. Da die jeweiligen Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5, an denen die Konzentration des elektrischen Feldes auftritt, von der zweiten Isolierschicht 6b und den dritten Isolierschichten 7a und 7b umschlossen sind, in denen das elektrische Feld abgeschwächt wird, wird die Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken abgeschwächt.
  • Dadurch, dass die Konzentration des elektrischen Feldes sowohl auf der Seite der ersten Spule 4 als auch auf der Seite der zweiten Spule 5 abgeschwächt wird, kann die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöht werden, ohne dass die Dicke der Isolierschichten erhöht wird, das heißt, ohne dass der Abstand zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 erhöht wird. Dementsprechend ist es möglich, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen und dabei eine Verschlechterung der Übertragungseigenschaften, wie z.B. eine Signalübertragungsgeschwindigkeit oder eine Signalübertragungsintensität zu unterdrücken.
  • Im Vergleich zu der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1 wird die Herstellung der zweiten Isolierschicht 6a unnötig, so dass die Anzahl der Schritte während der Herstellung reduziert werden kann und so die Produktionskosten gesenkt werden können.
  • Ähnlich der Ausführungsform 1 kann durch Verwendung der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2 in einem Leistungshalbleitermodul ein Leistungshalbleitermodul mit hoher Qualität und hoher Sicherheit bereitgestellt werden.
  • Bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist der Teil, der sich von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unterscheidet, beschrieben, und die Beschreibung der Teile, die gleich denen der Ausführungsform 1 sind oder diesen entsprechen, ist weggelassen worden.
  • Ausführungsform 3
  • Die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung gemäß Ausführungsform 3 wird nachstehend beschrieben. 8 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1c gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschreibt. In 8 sind die Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet sind, Komponenten, die gleichen wie in 2 sind oder entsprechen diesen. Zusätzlich unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform gemäß Ausführungsform 1 in der Konfiguration der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b. Daher werden im Folgenden nur diese Unterschiede beschrieben und die Beschreibung der übrigen Konfiguration wird weggelassen.
  • Bei der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1c gemäß Ausführungsform 3 in 8 wird ein dielektrisches Material mit einer höheren Permittivität als das dielektrische Material, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird, für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet. Wenn beispielsweise eine SiO2-Schicht als erste Isolierschicht 3 verwendet wird, kann eine SiN-Schicht für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet werden. Die Kombination der ersten Isolierschicht 3, der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b ist nicht auf die SiO2-Schicht und die SiN-Schichten beschränkt.
  • Die Auswahl kann in geeigneter Weise aus dielektrischen Materialien, wie z.B. SiO2, SiN, Polyimiden, Parylenen und dergleichen derart getroffen werden, dass die Permittivität des dielektrischen Materials, das für jede der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet wird, höher ist als die des dielektrischen Materials, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird.
  • Das Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1c gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist identisch mit dem Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a gemäß Ausführungsform 1.
  • Wenn ein Spannungsunterschied zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 auftritt, so tritt bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung aufgrund der obigen Konfiguration eine Konzentration des elektrischen Feldes an einer Vielzahl der Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 in der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1c mit der Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 auf.
  • Die zweiten Isolierschichten 6a und 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b, die eine höhere Permittivität als die erste Isolierschicht 3 haben, sind jedoch so ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 umschließen, so dass ein elektrisches Feld innerhalb der zweiten Isolierschichten 6a und 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b, die eine höhere Permittivität als die erste Isolierschicht 3 haben, abgeschwächt wird.
  • Da die jeweiligen Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5, an denen die Konzentration des elektrischen Feldes auftritt, von den zweiten Isolierschichten 6a und 6b und den dritten Isolierschichten 7a und 7b umschlossen sind, in denen das elektrische Feld abgeschwächt wird, wird die Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken abgeschwächt.
  • Dadurch, dass die Konzentration des elektrischen Feldes sowohl auf der Seite der ersten Spule 4 als auch auf der Seite der zweiten Spule 5 abgeschwächt wird, kann die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöht werden, ohne dass die Dicke der Isolierschichten erhöht wird, das heißt, ohne dass der Abstand zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 erhöht wird. Dementsprechend ist es möglich, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen und auch eine Verschlechterung von Übertragungseigenschaften, wie z.B. eine Signalübertragungsgeschwindigkeit oder eine Signalübertragungsintensität, zu unterdrücken.
  • Ähnlich den Ausführungsformen 1 und 2 kann durch Verwendung der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1c gemäß Ausführungsform 3 in einem Leistungshalbleitermodul ein Leistungshalbleitermodul mit hoher Qualität und hoher Sicherheit hergestellt werden.
  • Ausführungsform 4
  • Die Konfiguration einer Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d gemäß Ausführungsform 4 wird nachstehend beschrieben. 9 ist ein Querschnitt, der die Konfiguration der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschreibt. In 9 sind die Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in 6 bezeichnet sind, Komponenten, die gleich denen in 6 sind oder diesen entsprechen. Zusätzlich unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von Ausführungsform 2 in der Konfiguration der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b. Daher wird im Folgenden nur dieser Unterschied beschrieben und die Beschreibung der übrigen Konfiguration wird weggelassen.
  • Bei der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d gemäß Ausführungsform 4 in 9 wird ein dielektrisches Material mit einer höheren Permittivität als das dielektrische Material, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird, für jede der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet. Wenn beispielsweise eine SiO2-Schicht als erste Isolierschicht 3 verwendet wird, kann eine SiN-Schicht für jede der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet werden.
  • Die Kombination der ersten Isolierschicht 3, der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b ist nicht auf die SiO2-Schicht und die SiN-Schichten beschränkt. Es kann in geeigneter Weise eine Auswahl aus dielektrischen Materialien, wie z.B. SiO2, SiN, Polyimiden, Parylenen und dergleichen derart getroffen werden, dass die Permittivität des dielektrischen Materials, das für die zweite Isolierschicht 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b verwendet wird, höher ist als die des dielektrischen Materials, das für die erste Isolierschicht 3 verwendet wird.
  • Das Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist identisch mit dem Herstellungsverfahren für die Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1b gemäß Ausführungsform 2.
  • Wenn ein Spannungsunterschied zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 auftritt, so tritt bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung aufgrund der obigen Konfiguration eine Konzentration des elektrischen Feldes an einer Vielzahl der Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 in der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d mit der Dünnschicht-Wandlerstruktur 9 auf. Die zweite Isolierschicht 6b und die dritten Isolierschichten 7a und 7b, die eine höhere Permittivität als die erste Isolierschicht 3 haben, sind jedoch so ausgebildet, dass sie die Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 umschließen, so dass ein elektrisches Feld innerhalb der zweiten Isolierschicht 6b und der dritten Isolierschichten 7a und 7b, die eine höhere Permittivität als die erste Isolierschicht 3 haben, abgeschwächt wird.
  • Zusätzlich wird, wenn das Halbleitersubstrat 2 leitend ist und die erste Spule 4 und das Halbleitersubstrat 2 geerdet sind, ein elektrisches Feld an den Ecken der ersten Spule 4, die dem Halbleitersubstrat 2 gegenüberliegen, ebenfalls geschwächt. Da die jeweiligen Ecken der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5, an denen die Konzentration des elektrischen Feldes auftritt, von der zweiten Isolierschicht 6b und den dritten Isolierschichten 7a und 7b umschlossen sind, in denen das elektrische Feld abgeschwächt wird, wird die Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken abgeschwächt.
  • Im Ergebnis kann dadurch, dass die Konzentration des elektrischen Feldes sowohl auf der Seite der ersten Spule 4 als auch auf der Seite der zweiten Spule 5 abgeschwächt wird, die Isolations-Spannungsfestigkeit erhöht werden, ohne dass die Dicke der Isolierschichten erhöht wird, das heißt, ohne, dass der Abstand zwischen der ersten Spule 4 und der zweiten Spule 5 erhöht wird. Dementsprechend ist es möglich, die Isolations-Spannungsfestigkeit zu erhöhen und auch eine Verschlechterung von Übertragungseigenschaften, wie z.B. eine Signalübertragungsgeschwindigkeit oder eine Signalübertragungsintensität, zu unterdrücken.
  • Im Vergleich zu der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1a oder 1c gemäß Ausführungsform 1 oder 3 wird die Herstellung der zweiten Isolierschicht 6a unnötig, so dass die Anzahl der Schritte während der Herstellung reduziert werden kann und so die Produktionskosten gesenkt werden können.
  • Ähnlich den Ausführungsformen 1 bis 3 kann durch die Verwendung der Signalübertragungs-Isoliereinrichtung 1d gemäß Ausführungsform 4 in einem Leistungshalbleitermodul ein Leistungshalbleitermodul mit hoher Qualität und hoher Sicherheit hergestellt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder jede der obigen Ausführungsformen nach Bedarf modifiziert werden kann oder dabei Merkmale weggelassen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b, 1c, 1d
    Signalübertragungs-Isoliereinrichtung
    2
    Halbleitersubstrat
    3
    erste Isolierschicht
    4
    erste Spule
    5
    zweite Spule
    6a, 6b, 6c
    zweite Isolierschicht
    7a, 7b
    dritte Isolierschicht
    8a, 8b
    Metallschicht
    9
    Dünnschicht-Wandlerstruktur
    10
    Steuereinheit
    11
    Treiberschaltung
    12
    Steuersignal
    13
    Treibersignal
    14
    Sensorsignal
    15
    untere Isolierschicht
    16
    obere Isolierschicht
    17
    Isolierschicht
    21
    Leistungshalbleitereinrichtung
    22
    Sensor
    30
    Motor
    50
    Leistungshalbleitermodul
    100
    Motorantrieb

Claims (10)

  1. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d), die Folgendes aufweist: - eine erste Spule (4); - eine zweite Spule (5), die der ersten Spule (4) gegenüberliegt, um mit der ersten Spule (4) einen Transformator zu bilden; - eine erste Isolierschicht (3), die zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulen (4, 5) ausgebildet ist und aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist; - eine zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c), die eine erste Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche in Kontakt mit einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) ausgebildet ist, die einer ersten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) gegenüberliegt, wobei die erste Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) zugewandt ist, wobei die erste Schicht die erste Spule (4) füllt und bedeckt, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) eine zweite Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die erste Schicht ausgebildet ist, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) aus einem zweiten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist; und eine dritte Isolierschicht (7a, 7b), die eine dritte Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche ausgebildet ist, die in Kontakt mit einer dritten Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) ist, wobei die dritte Hauptoberfläche der ersten Spule (4) zugewandt ist, und eine vierte Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der dritten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die dritte Schicht ausgebildet ist, wobei die vierte Schicht die zweite Spule (5) füllt und bedeckt, wobei die dritte Isolierschicht aus einem dritten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen geringeren Widerstand als das erste dielektrische Material aufweist.
  2. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d), die Folgendes aufweist: - eine erste Spule (4); - eine zweite Spule (5), die der ersten Spule (4) gegenüberliegt, um mit der ersten Spule (4) einen Transformator zu bilden; - eine erste Isolierschicht (3), die zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Spulen (4, 5) ausgebildet ist und aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist; - eine zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c), die eine erste Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche in Kontakt mit einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) ausgebildet ist, die einer ersten Hauptoberfläche der ersten Spule (4) gegenüberliegt, wobei die erste Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) zugewandt ist, wobei die erste Schicht die erste Spule (4) füllt und bedeckt, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) eine zweite Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die erste Schicht ausgebildet ist, wobei die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) aus einem zweiten dielektrischen Material hergestellt ist, das einen höhere Permittivität als das erste dielektrische Material aufweist; und eine dritte Isolierschicht (7a, 7b), die eine dritte Schicht aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht (3) und einer Oberfläche ausgebildet ist, die in Kontakt mit einer dritten Hauptoberfläche der zweiten Spule (5) ist, wobei die dritte Hauptoberfläche der ersten Spule (4) zugewandt ist, und eine vierte Schicht aufweist, die auf der Oberfläche, die in Kontakt mit der dritten Hauptoberfläche ist, und angrenzend an die dritte Schicht ausgebildet ist, wobei die vierte Schicht die zweite Spule (5) füllt und bedeckt, wobei die dritte Isolierschicht aus einem dritten dielektrischen Material hergestellt ist, das eine höhere Permittivität als das erste dielektrische Material aufweist.
  3. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche der ersten Schicht auf der Seite der ersten Isolierschicht, die an die erste Isolierschicht angrenzt, flach ausgebildet ist, und wobei die Oberfläche der vierten Schicht, die einer Oberfläche der vierten Schicht gegenüber liegt, die in Kontakt mit der dritten Schicht ist, flach ausgebildet ist.
  4. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß Anspruch 2, wobei die Oberfläche der ersten Schicht auf der Seite der ersten Isolierschicht, die an die erste Isolierschicht angrenzt, flach ausgebildet ist, und wobei die Oberfläche der vierten Schicht, die der Oberfläche der vierten Schicht gegenüber liegt, die in Kontakt mit der dritten Schicht steht, flach ausgebildet ist.
  5. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Isolierschicht (3), die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) und die dritte Isolierschicht (7a, 7b) so ausgebildet sind, dass in der ersten Isolierschicht (3) eine Druckspannung auftritt und in der zweiten Isolierschicht (6a, 6b, 6c) und in der dritten Isolierschicht (7a, 7b) eine Zugspannung auftritt.
  6. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Isolierschicht (3), die zweite Isolierschicht (6a, 6b, 6c) und die dritte Isolierschicht (7a, 7b) so ausgebildet sind, dass in der ersten Isolierschicht (3) eine Zugspannung auftritt und in der zweiten Isolierschicht (6a, 6b, 6c) und in der dritten Isolierschicht (7a, 7b) eine Druckspannung auftritt.
  7. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste dielektrische Material SiO2 ist.
  8. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite dielektrische Material SiN ist.
  9. Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das dritte dielektrische Material SiN ist.
  10. Leistungshalbleitermodul (50), die Folgendes aufweist: - eine Leistungshalbleitereinrichtung (21); - eine Treiberschaltung (11) zum Betreiben der Leistungshalbleitereinrichtung (21); und - eine Signalübertragungs-Isoliereinrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Übertragung eines Signals zwischen der Treiberschaltung (11) und einer Steuerschaltung (12) zur Steuerung der Leistungshalbleitereinrichtung (21), und zur gegenseitigen Isolierung der Treiberschaltung (11) und der Steuerschaltung (12) voneinander.
DE112015005198.8T 2014-11-18 2015-08-19 Signalübertragungs-isoliereinrichtung und leistungshalbleitermodul Active DE112015005198B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014233376 2014-11-18
JP2014-233376 2014-11-18
PCT/JP2015/073229 WO2016080034A1 (ja) 2014-11-18 2015-08-19 信号伝送絶縁デバイス及びパワー半導体モジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112015005198T5 DE112015005198T5 (de) 2017-07-27
DE112015005198B4 true DE112015005198B4 (de) 2023-05-17

Family

ID=56013597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112015005198.8T Active DE112015005198B4 (de) 2014-11-18 2015-08-19 Signalübertragungs-isoliereinrichtung und leistungshalbleitermodul

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10199340B2 (de)
CN (1) CN106716622B (de)
DE (1) DE112015005198B4 (de)
WO (1) WO2016080034A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115881427A (zh) 2017-10-13 2023-03-31 罗姆股份有限公司 电子组件
JP2022133847A (ja) 2021-03-02 2022-09-14 株式会社東芝 デジタルアイソレータ
US20230187121A1 (en) * 2021-12-09 2023-06-15 Texas Instruments Incorporated Integrated high voltage electronic device with high relative permittivity layers
WO2023171391A1 (ja) * 2022-03-09 2023-09-14 ローム株式会社 絶縁チップおよび信号伝達装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165343A (ja) 2005-12-09 2007-06-28 Nec Electronics Corp 薄膜トランスおよびその製造方法
JP2010080774A (ja) 2008-09-26 2010-04-08 Rohm Co Ltd 半導体装置
US20110175193A1 (en) 2008-09-26 2011-07-21 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
DE102014103344A1 (de) 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Ag Halbleiterchipkonfiguration mit Koppler
WO2014155478A1 (ja) 2013-03-25 2014-10-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070317A (en) * 1989-01-17 1991-12-03 Bhagat Jayant K Miniature inductor for integrated circuits and devices
US5793272A (en) * 1996-08-23 1998-08-11 International Business Machines Corporation Integrated circuit toroidal inductor
JP5038612B2 (ja) * 2005-09-29 2012-10-03 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置
JP5194393B2 (ja) * 2006-06-23 2013-05-08 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
US7719084B2 (en) * 2006-06-30 2010-05-18 Intel Corporation Laminated magnetic material for inductors in integrated circuits
JP2009253052A (ja) * 2008-04-07 2009-10-29 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US8659126B2 (en) * 2011-12-07 2014-02-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated circuit ground shielding structure
US8610247B2 (en) * 2011-12-30 2013-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for a transformer with magnetic features
JP5855285B2 (ja) * 2013-01-18 2016-02-09 三菱電機株式会社 信号伝送絶縁デバイス及びパワー半導体モジュール
US9997495B2 (en) * 2014-12-19 2018-06-12 Elwha Llc Non-contacting inductive interconnects

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165343A (ja) 2005-12-09 2007-06-28 Nec Electronics Corp 薄膜トランスおよびその製造方法
JP2010080774A (ja) 2008-09-26 2010-04-08 Rohm Co Ltd 半導体装置
US20110175193A1 (en) 2008-09-26 2011-07-21 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
DE102014103344A1 (de) 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Ag Halbleiterchipkonfiguration mit Koppler
WO2014155478A1 (ja) 2013-03-25 2014-10-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106716622A (zh) 2017-05-24
WO2016080034A1 (ja) 2016-05-26
US20170278811A1 (en) 2017-09-28
US10199340B2 (en) 2019-02-05
CN106716622B (zh) 2019-07-05
DE112015005198T5 (de) 2017-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015005198B4 (de) Signalübertragungs-isoliereinrichtung und leistungshalbleitermodul
DE202016105810U1 (de) Ein Dielektrikumsstapel und eine Isolatoreinrichtung
DE102014212521B4 (de) Halbleitervorrichtungen
DE102013206900B4 (de) Halbleiterbauelement mit kernlosem Übertrager und Verfahren zum Betrieb eines solchen Halbleiterbauelements
DE102010063858B4 (de) Signalübertragungsanordnung
DE102013109825A1 (de) System und Verfahren für einen kernlosen Transformator
DE102020121783A1 (de) Isolationsummantelung für eine obere spule eines isolierten transformators
DE102016116342A1 (de) Spulenvorrichtung und drahtlos-leistungsübertragungsvorrichtung
DE4133199A1 (de) Halbleiterbauelement mit isolationsbeschichtetem metallsubstrat
DE102015212980B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102007029851A1 (de) Elektrisches Speichermodul
DE102011055185B4 (de) Integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistor
DE2247159C3 (de) Hochspannungs-Halbleitergleichrichter
EP1776725B1 (de) Piezoelektrischer transformator
DE69233604T2 (de) Struktur zur unterdrückung einer durch eine aufladung im dielektrikum verursachte feldumkehrung
DE112017003455B4 (de) Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungsvorrichtung
EP4163942B1 (de) Modul
DE102015117106A1 (de) Piezoelektrischer Transformator
DE102018217270A1 (de) Transformator, Transformatorfertigungsverfahren und Halbleitervorrichtung
DE102018215310A1 (de) Integrierte Halbleiterschaltung
DE4410956A1 (de) Drosselspule für eine Schaltungsanordnung, Wechselrichter mit einer solchen Drosselspule und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102006032392B4 (de) Verfahren zur galvanisch getrennten Informations- und Energieübertragung zwischen zwei elektronischen Schaltungseinheiten
DE112014006788B4 (de) Halbleiterbauelement, Leistungsmodul und Leistungswandler
DE112020002828T5 (de) Halbleiterbauteil
DE102011086761B4 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0021822000

Ipc: H01L0027080000

R020 Patent grant now final