IT202000028775A1 - INTEGRATED TRANSFORMER SUITABLE FOR OPERATING AT HIGH VOLTAGES AND RELATED MANUFACTURING PROCEDURE - Google Patents

INTEGRATED TRANSFORMER SUITABLE FOR OPERATING AT HIGH VOLTAGES AND RELATED MANUFACTURING PROCEDURE Download PDF

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Paolo Ferrari
Giorgio Allegato
Davide Giuseppe Patti
Anna Cantoni
Linda Montagna
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St Microelectronics Srl
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

?TRASFORMATORE INTEGRATO ATTO AD OPERARE AD ELEVATE TENSIONI E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE? ?INTEGRATED TRANSFORMER SUITABLE FOR OPERATING AT HIGH VOLTAGES AND RELATED MANUFACTURING PROCEDURE?

La presente invenzione ? relativa ad un trasformatore integrato atto ad operare ad elevate tensioni e al relativo procedimento di fabbricazione. The present invention ? relating to an integrated transformer capable of operating at high voltages and to the relative manufacturing process.

Come noto, i trasformatori sono ampiamente utilizzati in un?ampia gamma di applicazioni; essi sono ad esempio incorporati in apparecchi in cui ? richiesto isolamento galvanico, trasferimento di segnali e/o trasferimento di potenza. As known, transformers are widely used in a wide range of applications; are they, for example, incorporated in appliances in which ? required galvanic isolation, signal transfer and/or power transfer.

In particolare, sono noti trasformatori integrati in una piastrina (?die?) di materiale semiconduttore, i quali sono realizzati utilizzando processi di fabbricazione diffusi nell?industria di semiconduttori, ad esempio tipici della tecnologia CMOS. In particular, transformers integrated in a die of semiconductor material are known, which are manufactured using manufacturing processes common in the semiconductor industry, for example typical of CMOS technology.

Ad esempio, le figure 1 e 2 mostrano un trasformatore 1, il quale ? realizzato su una piastrina 5 di materiale semiconduttore e comprende un nucleo magnetico 15, a forma di barra, un solenoide primario 10 e un solenoide secondario 12. For example, figures 1 and 2 show a transformer 1, which ? made on a chip 5 of semiconductor material and comprises a magnetic core 15, in the shape of a bar, a primary solenoid 10 and a secondary solenoid 12.

Il solenoide primario 10 e il solenoide secondario 12 si avvolgono intorno al nucleo magnetico 15 in modo da essere interfogliati (?interleaved?) tra loro. The primary solenoid 10 and the secondary solenoid 12 wrap around the magnetic core 15 so as to be interleaved with each other.

Il solenoide primario 10 e il solenoide secondario 12 sono di materiale metallico e si estendono sopra un primo strato dielettrico 18, il quale li isola elettricamente dalla piastrina 5. The primary solenoid 10 and the secondary solenoid 12 are made of metallic material and extend over a first dielectric layer 18, which insulates them electrically from the plate 5.

Il solenoide primario 10 comprende una prima e una seconda piazzola di contatto 20, 22 ed ? formato da una pluralit? di porzioni superiori 24, da una pluralit? di porzioni inferiori 26 e da una pluralit? di vie primarie 28. The primary solenoid 10 includes first and second contact pads 20, 22 and ? formed by a plurality of upper portions 24, from a plurality? of lower portions 26 and a plurality? of primary routes 28.

Le porzioni superiori 24 e le porzioni inferiori 26 del solenoide primario 10 si estendono ciascuna in successione l?una all?altra tra la prima e la seconda piazzola di contatto 20, 22, rispettivamente sopra e sotto il nucleo magnetico 15. The upper portions 24 and lower portions 26 of the primary solenoid 10 each extend successively between the first and second contact pads 20, 22 above and below the magnetic core 15, respectively.

Ciascuna porzione superiore 24 del solenoide primario 10 ? in collegamento elettrico diretto con una rispettiva porzione inferiore 26 precedente e una rispettiva porzione inferiore 26 successiva, tramite rispettive vie primarie 28. Each upper portion 24 of the primary solenoid 10 ? in direct electrical connection with a respective previous lower portion 26 and a respective subsequent lower portion 26, via respective primary ways 28.

Similmente, il solenoide secondario 12 comprende una terza e una quarta piazzola di contatto 32, 34 ed ? formato da una pluralit? di rispettive porzioni superiori 36, da una pluralit? di rispettive porzioni inferiori 38 e da una pluralit? di vie secondarie 40. Similarly, the secondary solenoid 12 includes third and fourth contact pads 32, 34 and ? formed by a plurality of respective upper portions 36, from a plurality? of respective lower portions 38 and a plurality? of secondary streets 40.

Le porzioni superiori 36 e le porzioni inferiori 38 del solenoide secondario 12 si estendono ciascuna in successione l?una all?altra tra la terza e la quarta piazzola di contatto 32, 34, rispettivamente sopra e sotto il nucleo magnetico 15. The upper portions 36 and lower portions 38 of the secondary solenoid 12 each extend successively between the third and fourth contact pads 32, 34 above and below the magnetic core 15, respectively.

Ciascuna porzione superiore 36 del solenoide secondario 12 ? in collegamento elettrico diretto con una rispettiva porzione inferiore 38 precedente e una rispettiva porzione inferiore 38 successiva, tramite rispettive vie secondarie 40. Each upper portion 36 of the secondary solenoid 12 ? in direct electrical connection with a respective previous lower portion 38 and a respective subsequent lower portion 38, via respective secondary ways 40.

In dettaglio, ciascuna porzione superiore 24 del solenoide primario 10 incrocia superiormente una corrispondente porzione inferiore 38 del solenoide secondario 12, da parte opposta rispetto al nucleo magnetico 15. In detail, each upper portion 24 of the primary solenoid 10 crosses above a corresponding lower portion 38 of the secondary solenoid 12, on the opposite side with respect to the magnetic core 15.

Ciascuna porzione inferiore 26 del solenoide primario 10 incrocia inferiormente una corrispondente porzione superiore 36 del solenoide secondario 12, da parte opposta rispetto al nucleo magnetico 15. Each lower portion 26 of the primary solenoid 10 crosses below a corresponding upper portion 36 of the secondary solenoid 12, on the opposite side with respect to the magnetic core 15.

In altre parole, le porzioni superiori 24 del solenoide primario 10 sono disposte ciascuna adiacente, a distanza ravvicinata, ad esempio inferiore a 100 ?m, ad una o pi? porzioni superiori 36 del solenoide secondario 12 e le porzioni inferiori 26 del solenoide primario 10 sono disposte ciascuna adiacente, a distanza ravvicinata, ad esempio inferiore a 100 ?m, ad una o pi? porzioni inferiori 38 del solenoide secondario 12. In other words, the upper portions 24 of the primary solenoid 10 are each disposed adjacent, at a close distance, for example less than 100?m, to one or more? upper portions 36 of the secondary solenoid 12 and the lower portions 26 of the primary solenoid 10 are each disposed adjacent, at a close distance, e.g., less than 100 µm, to one or more? lower portions 38 of the secondary solenoid 12.

Il trasformatore 1 comprende inoltre un secondo strato dielettrico 43, il quale si estende sul primo strato dielettrico 18 e circonda lateralmente le porzioni inferiori 26 del solenoide primario 10 e le porzioni inferiori 38 del solenoide secondario 12; un terzo strato dielettrico 45, il quale si estende sul secondo strato dielettrico 43 ed ? disposto tra il nucleo magnetico 15, le porzioni inferiori 26 del solenoide primario 10 e le porzioni inferiori 38 del solenoide secondario 12; un quarto strato dielettrico 49, il quale si estende sul terzo strato dielettrico 45 e sul nucleo magnetico 15, circondando lateralmente le vie primarie 28 e le vie secondarie 40, e circonda lateralmente e superiormente il nucleo magnetico 15; ed un quinto strato dielettrico 52, il quale si estende sul quarto strato dielettrico 49 e circonda lateralmente e superiormente le porzioni superiori 24 del solenoide primario 10 e le porzioni superiori 36 del solenoide secondario 12. The transformer 1 also comprises a second dielectric layer 43, which extends over the first dielectric layer 18 and laterally surrounds the lower portions 26 of the primary solenoid 10 and the lower portions 38 of the secondary solenoid 12; a third dielectric layer 45, which extends over the second dielectric layer 43 and ? arranged between the magnetic core 15, the lower portions 26 of the primary solenoid 10 and the lower portions 38 of the secondary solenoid 12; a fourth dielectric layer 49, which extends over the third dielectric layer 45 and over the magnetic core 15, laterally surrounding the primary vias 28 and the secondary vias 40, and laterally and above the magnetic core 15; and a fifth dielectric layer 52, which extends over the fourth dielectric layer 49 and laterally and superiorly surrounds the upper portions 24 of the primary solenoid 10 and the upper portions 36 of the secondary solenoid 12.

In uso, potenza elettrica viene trasferita dal solenoide primario 10 al solenoide secondario 12, i quali sono induttivamente accoppiati attraverso il nucleo magnetico 15. Come noto, una corrente variabile alimentata nel solenoide primario 10, ad esempio applicando una tensione primaria tra la prima e la seconda piazzola di contatto 20, 22, genera un campo magnetico variabile nel nucleo magnetico 15, il quale induce quindi una tensione secondaria nel solenoide secondario 12, tra la terza e la quarta piazzola di contatto 32, 34. In use, electrical power is transferred from the primary solenoid 10 to the secondary solenoid 12, which are inductively coupled through the magnetic core 15. As known, a variable current fed into the primary solenoid 10, for example by applying a primary voltage between the first and second contact pad 20, 22, generates a changing magnetic field in the magnetic core 15, which then induces a secondary voltage in the secondary solenoid 12, between the third and fourth contact pads 32, 34.

In specifiche applicazioni, ad esempio nel settore automobilistico e industriale, la tensione primaria pu? assumere un valore elevato, ad esempio di alcuni kilovolt, anche fino a 20 kV. In specific applications, for example in the automotive and industrial sectors, the primary voltage can assume a high value, for example of a few kilovolts, even up to 20 kV.

Come sopra descritto, le porzioni superiori 24 del solenoide primario 10 e le porzioni superiori 36 del solenoide secondario 12 sono disposte a distanza ravvicinata l?una dall?altra. Similmente, le porzioni inferiori 26 del solenoide primario 10 e le porzioni inferiori 38 del solenoide secondario 12 sono anch?esse a distanza ravvicinata. As described above, the upper portions 24 of the primary solenoid 10 and the upper portions 36 of the secondary solenoid 12 are arranged in close proximity to each other. Similarly, the lower portions 26 of the primary solenoid 10 and the lower portions 38 of the secondary solenoid 12 are also in close proximity.

Il trasformatore 1 ha quindi un elevato rischio di rottura (?breakdown?) del secondo, terzo, quarto e quinto strato dielettrico 43, 46, 49, 52, i quali isolano elettricamente il solenoide primario 10 e il solenoide secondario 12. La rottura di tali strati dielettrici causa un corto circuito tra il solenoide primario 10 e il solenoide secondario 12, con conseguente mal funzionamento e/o rottura del trasformatore 1. The transformer 1 therefore has a high risk of breakage (?breakdown?) of the second, third, fourth and fifth dielectric layers 43, 46, 49, 52, which electrically insulate the primary solenoid 10 and the secondary solenoid 12. The breakage of these dielectric layers cause a short circuit between the primary solenoid 10 and the secondary solenoid 12, with consequent malfunction and/or breakdown of the transformer 1.

Scopo della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota. Purpose of the present invention? that of overcoming the drawbacks of the prior art.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un trasformatore e un relativo procedimento di fabbricazione come definiti nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention a transformer and a relative manufacturing process are provided as defined in the attached claims.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, embodiments thereof are now described, purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra una vista dall?alto di un trasformatore integrato noto; - figure 1 shows a top view of a known integrated transformer;

- la figura 2 mostra una sezione trasversale del trasformatore integrato di figura 1, presa lungo la linea di sezione II-II di figura 1; figure 2 shows a cross section of the integrated transformer of figure 1, taken along the section line II-II of figure 1;

- la figura 3 mostra una vista dall?alto del presente trasformatore integrato, secondo una forma di realizzazione; - figure 3 shows a top view of the present integrated transformer, according to an embodiment;

- la figura 4 mostra una sezione trasversale del trasformatore integrato di figura 3, presa lungo la linea di sezione IV-IV di figura 3; figure 4 shows a cross section of the integrated transformer of figure 3, taken along the section line IV-IV of figure 3;

- le figure 5-11 mostrano sezioni trasversali del trasformatore integrato delle figure 3 e 4 in fasi di fabbricazione successive, prese lungo la linea di sezione IV-IV di figura 3; - figures 5-11 show cross sections of the integrated transformer of figures 3 and 4 in successive manufacturing phases, taken along the section line IV-IV of figure 3;

- la figura 12 mostra una vista dall?alto del presente trasformatore integrato, secondo una diversa forma di realizzazione; e - figure 12 shows a top view of the present integrated transformer, according to a different embodiment; And

- la figura 13 mostra una sezione trasversale del presente trasformatore integrato, secondo una ulteriore forma di realizzazione. - figure 13 shows a cross section of the present integrated transformer, according to a further embodiment.

Le figure 3 e 4 mostrano un trasformatore 100 integrato in una piastrina (?die?) 105 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio. Il trasformatore 100 comprende un nucleo magnetico 110 avente una prima e una seconda porzione 118, 123, un solenoide primario 115 avvolto attorno alla prima porzione 118 del nucleo magnetico 110 e un solenoide secondario 121 avvolto attorno alla seconda porzione 123 del nucleo magnetico 110. Figures 3 and 4 show a transformer 100 integrated in a chip (?die?) 105 of semiconductor material, for example silicon. The transformer 100 comprises a magnetic core 110 having first and second portions 118, 123, a primary solenoid 115 wound around the first portion 118 of the magnetic core 110 and a secondary solenoid 121 wound around the second portion 123 of the magnetic core 110.

Il nucleo magnetico 110, ? formato, qui, da un rispettivo strato di aderenza (?wetting?) 110A, ad esempio di alluminio, utile in fase di fabbricazione, e da un rispettivo strato magnetico 110B, ad esempio di una lega nichel-ferro, di cobalto, di nichel, di neodimio, o di altre leghe comprendenti terre rare o materiali ferroelettrici. The magnetic core 110, ? formed, here, of a respective adhesion layer (?wetting?) 110A, for example of aluminum, useful in the manufacturing phase, and of a respective magnetic layer 110B, for example of a nickel-iron, cobalt, nickel alloy , neodymium, or other alloys including rare earth or ferroelectric materials.

Il nucleo magnetico 110 ha ad esempio forma toroidale, qui di anello rettangolare in un piano XY di un sistema di riferimento cartesiano XYZ, e circonda un foro 125 avente un?estensione W, presa parallelamente ad un primo asse X del sistema di riferimento cartesiano XYZ, ad esempio compresa tra 0,5 mm e 2 mm, in particolare di circa 1 mm. La prima e la seconda porzione 118, 123 del nucleo magnetico 110 si estendono su lati opposti rispetto al foro 125, qui simmetricamente rispetto ad un asse di simmetria A parallelo ad un secondo asse Y del sistema di riferimento cartesiano XYZ. The magnetic core 110 has for example a toroidal shape, here a rectangular ring in a plane XY of a Cartesian reference system XYZ, and surrounds a hole 125 having an extension W, taken parallel to a first axis X of the Cartesian reference system XYZ , for example between 0.5 mm and 2 mm, in particular about 1 mm. The first and second portions 118, 123 of the magnetic core 110 extend on opposite sides with respect to the hole 125, here symmetrically with respect to an axis of symmetry A parallel to a second axis Y of the Cartesian reference system XYZ.

In questa forma di realizzazione, il nucleo magnetico 110 ? formato da una prima struttura 126A e da una seconda struttura 126B, ciascuna avente forma toroidale, in particolare qui di anello rettangolare nel piano XY. In this embodiment, the magnetic core 110 is formed by a first structure 126A and a second structure 126B, each having a toroidal shape, in particular here of a rectangular ring in the XY plane.

La prima struttura 126A e la seconda struttura 126B sono concentriche l?una all?altra, hanno ciascuna larghezza, ad esempio presa lungo il primo asse X per un lato parallelo al secondo asse Y, compresa ad esempio tra 10 ?m e 100 ?m e spessore, parallelamente ad un terzo asse Z del sistema di riferimento cartesiano XYZ, compreso ad esempio tra 1 ?m e 20 ?m. The first structure 126A and the second structure 126B are concentric to each other, each have a width, for example taken along the first X axis for a side parallel to the second Y axis, ranging for example between 10 ?m and 100 ?m and thickness , parallel to a third axis Z of the Cartesian reference system XYZ, comprised for example between 1 ?m and 20 ?m.

Inoltre, qui, la prima e la seconda struttura 126A, 126B formano ciascuna due traferri 128, interposti tra la prima e la seconda porzione 118, 123 del nucleo magnetico 110, qui simmetrici rispetto all?asse di simmetria A. Furthermore, here, the first and second structures 126A, 126B each form two air gaps 128, interposed between the first and second portions 118, 123 of the magnetic core 110, here symmetrical with respect to the axis of symmetry A.

Il solenoide primario 115 e il solenoide secondario 121 sono formati da rispettive regioni inferiori di conduzione 130, regioni intermedie di conduzione 133 e regioni superiori di conduzione 136, come evidente in particolare dalla figura 4. Le regioni inferiori di conduzione 130, le regioni intermedie di conduzione 133 e le regioni superiori di conduzione 136 sono formate rispettivamente in uno strato metallico inferiore 130, in uno strato metallico intermedio 133 e in uno strato metallico superiore 136, con i quali condividono gli stessi numeri di riferimento, per semplicit?. The primary solenoid 115 and the secondary solenoid 121 are formed by respective lower conductive regions 130, intermediate conductive regions 133 and upper conductive regions 136, as evident in particular from Fig. 4 . The lower conductive regions 130, the intermediate conductive regions conduction 133 and the upper conduction regions 136 are formed respectively in a lower metal layer 130, in an intermediate metal layer 133 and in an upper metal layer 136, with which they share the same reference numerals, for simplicity.

In questa forma di realizzazione, lo strato metallico inferiore 130, lo strato metallico intermedio 133 e lo strato metallico superiore 136 sono formati ciascuno da un rispettivo strato di aderenza (?wetting?) 130A, 133A, 136A, ad esempio di alluminio, utile in fase di fabbricazione, e da un rispettivo strato di conduzione 130B, 133B, 136B, ad esempio di rame; ciascuno strato di conduzione 130B, 133B, 136B ? disposto direttamente al di sopra del rispettivo strato di aderenza 130A, 133A, 136A e ha spessore ad esempio compreso tra 1 ?m e 10 ?m. In this embodiment, the lower metal layer 130, the intermediate metal layer 133 and the upper metal layer 136 are each formed by a respective adhesion layer (?wetting?) 130A, 133A, 136A, for example of aluminum, useful in manufacturing step, and by a respective conduction layer 130B, 133B, 136B, for example of copper; each conduction layer 130B, 133B, 136B ? arranged directly above the respective adhesion layer 130A, 133A, 136A and has a thickness for example between 1 ?m and 10 ?m.

Inoltre, qui, lo strato metallico superiore 136 comprende anche uno strato di passivazione 136C, ad esempio di una lega nichel-oro, direttamente sovrastante lo strato di conduzione 136B. Furthermore, here, the upper metal layer 136 also comprises a passivation layer 136C, for example of a nickel-gold alloy, directly overlying the conductive layer 136B.

Lo strato metallico inferiore 130 e lo strato metallico superiore 136 si estendono rispettivamente ad una altezza, lungo il terzo asse Z, minore e maggiore rispetto all?altezza del nucleo magnetico 110; lo strato metallico intermedio 133 ? disposto approssimativamente alla stessa altezza, lungo il terzo asse Z, del nucleo magnetico 110. The lower metal layer 130 and the upper metal layer 136 extend respectively at a height, along the third axis Z, which is lower and higher than the height of the magnetic core 110; the intermediate metal layer 133 ? located approximately at the same height, along the third Z axis, as the magnetic core 110.

Con riferimento nuovamente alla figura 3, il solenoide primario 115 ha una prima estremit? 115A e una seconda estremit? 115B e comprende una pluralit? di spire primarie 142 che si estendono in successione tra la prima e la seconda estremit? 115A, 115B del solenoide primario 115. Referring again to FIG. 3, the primary solenoid 115 has a first end? 115A and a second end? 115B and includes a plurality? of primary coils 142 which extend in succession between the first and second ends? 115A, 115B of primary solenoid 115.

Ciascuna spira primaria 142 ? formata da una porzione superiore 145, la quale ? formata nello strato metallico superiore 136 e si estende al di sopra della prima porzione 118 del nucleo magnetico 110; da una porzione inferiore 148, la quale ? formata nello strato metallico inferiore 130 e si estende sotto la prima porzione 118 del nucleo magnetico 110; e da due vie primarie 151, le quali sono formate dallo strato metallico superiore 136 e dallo strato metallico intermedio 133 e le quali si estendono lungo il terzo asse Z. In dettaglio, una delle due vie primarie 151 si estende tra, e in collegamento elettrico diretto con, la porzione superiore 145 e la porzione inferiore 148 di una stessa spira primaria 142; l?altra delle due vie primarie 151 si estende tra, e in collegamento elettrico diretto con, la porzione inferiore 148 di una spira primaria 142 e la porzione superiore 145 di una spira primaria 142 successiva. Each primary coil 142 ? formed by an upper portion 145, which ? formed in the upper metal layer 136 and extends above the first portion 118 of the magnetic core 110; from a lower portion 148, which ? formed in the lower metal layer 130 and extends under the first portion 118 of the magnetic core 110; and by two primary ways 151, which are formed by the upper metal layer 136 and by the intermediate metal layer 133 and which extend along the third axis Z. In detail, one of the two primary ways 151 extends between, and in electrical connection directed with, the upper portion 145 and the lower portion 148 of the same primary coil 142; the other of the two primary paths 151 extends between, and in direct electrical connection with, the lower portion 148 of a primary coil 142 and the upper portion 145 of a subsequent primary coil 142.

Le porzioni superiori 145 e le porzioni inferiori 148 del solenoide primario 115 si estendono, lungo il primo asse X, oltre il nucleo magnetico 110, di una quantit?, ad esempio compresa tra 1 ?m e 30 ?m, molto minore rispetto alla larghezza W del foro 125. The upper portions 145 and the lower portions 148 of the primary solenoid 115 extend, along the first axis X, beyond the magnetic core 110, by an amount, for example between 1 ?m and 30 ?m, much smaller than the width W of hole 125.

Le porzioni inferiori 148 e le porzioni superiori 145 delle spire primarie 142 sono formate qui da strisce aventi ciascuna una larghezza compresa ad esempio tra 1 ?m e 100 ?m, che pu? essere scelta in fase di progettazione a seconda della specifica applicazione, ad esempio in relazione ad un valore desiderato di resistenza elettrica del solenoide primario 115. The lower portions 148 and the upper portions 145 of the primary coils 142 are formed here by strips each having a width ranging from, for example, 1 µm to 100 µm, which may be chosen in the design phase according to the specific application, for example in relation to a desired electrical resistance value of the primary solenoid 115.

Il solenoide primario 115 ha qui nove spire primarie 142; tuttavia il numero di spire primarie 142 pu? essere diverso, a seconda della specifica applicazione. Primary solenoid 115 here has nine primary coils 142; however, the number of primary coils 142 pu? be different, depending on the specific application.

Il solenoide secondario 121 ha una prima estremit? 121A e una seconda estremit? 121B e comprende una pluralit? di spire secondarie 155 che si estendono in successione tra la prima e la seconda estremit? 121A, 121B del solenoide secondario 121. Does the secondary solenoid 121 have a first end? 121A and a second end? 121B and includes a plurality? of secondary coils 155 which extend in succession between the first and second ends? 121A, 121B of the secondary solenoid 121.

Ciascuna spira secondaria 155 ? formata da una porzione superiore 158, la quale ? formata nello strato metallico superiore 136 e si estende sopra la seconda porzione 123 del nucleo magnetico 110; da una porzione inferiore 161, la quale ? formata nello strato metallico inferiore 130 e si estende sotto la seconda porzione 123 del nucleo magnetico 110; e da due vie secondarie 163, le quali sono formate dallo strato metallico superiore 136 e dallo strato metallico intermedio 133 e le quali si estendono lungo il terzo asse Z. In dettaglio, una delle due vie secondarie 163 si estende tra, e in collegamento elettrico diretto con, la porzione superiore 158 e la porzione inferiore 161 di una stessa spira secondaria 155; l?altra delle due vie secondarie 163 si estende tra, e in collegamento elettrico diretto con, la porzione inferiore 161 di una spira secondaria 155 e la porzione superiore 158 di una spira secondaria 155 successiva. Each secondary coil 155 ? formed by an upper portion 158, which ? formed in the upper metal layer 136 and extends over the second portion 123 of the magnetic core 110; from a lower portion 161, which ? formed in the lower metal layer 130 and extends under the second portion 123 of the magnetic core 110; and by two secondary ways 163, which are formed by the upper metal layer 136 and by the intermediate metal layer 133 and which extend along the third axis Z. In detail, one of the two secondary ways 163 extends between, and in electrical connection directed with the upper portion 158 and the lower portion 161 of the same secondary coil 155; the other of the two secondary paths 163 extends between, and in direct electrical connection with, the lower portion 161 of a secondary coil 155 and the upper portion 158 of a subsequent secondary coil 155.

Le porzioni superiori 158 e le porzioni inferiori 161 del solenoide secondario 121 si estendono, lungo il primo asse X, oltre la seconda porzione 123 del nucleo magnetico 110, di una quantit?, ad esempio compresa tra 1 ?m e 30 ?m, molto minore rispetto alla larghezza W del foro 125. The upper portions 158 and the lower portions 161 of the secondary solenoid 121 extend, along the first axis X, beyond the second portion 123 of the magnetic core 110, by a much smaller amount, for example between 1 ?m and 30 ?m compared to the width W of the hole 125.

Le porzioni inferiori 161 e le porzioni superiori 158 del solenoide secondario 121 sono formate da strisce aventi ciascuna una larghezza compresa ad esempio tra 1 ?m e 100 ?m, che pu? essere scelta in fase di progettazione a seconda della specifica applicazione, ad esempio in relazione ad un valore desiderato di resistenza elettrica del solenoide secondario 121. The lower portions 161 and the upper portions 158 of the secondary solenoid 121 are formed by strips each having a width ranging from, for example, 1 ?m to 100 ?m, which can be chosen in the design phase according to the specific application, for example in relation to a desired electrical resistance value of the secondary solenoid 121.

Il solenoide secondario 121 ha qui tre spire secondarie 155; tuttavia il numero di spire secondarie 155 pu? essere diverso e le strisce che formano le spire secondarie 155 possono avere larghezza uguale alla o diversa dalla larghezza delle strisce che formano le spire primarie 142, a seconda della specifica applicazione, ad esempio in base al rapporto desiderato tra una tensione applicata al solenoide primario 115 e la corrispondente tensione indotta sul solenoide secondario 121. The secondary solenoid 121 here has three secondary turns 155; however, the number of secondary turns 155 pu? be different and the stripes forming the secondary turns 155 may have a width equal to or different from the width of the stripes forming the primary turns 142, depending on the specific application, for example based on the desired ratio between a voltage applied to the primary solenoid 115 and the corresponding voltage induced on the secondary solenoid 121.

Il trasformatore 100 comprende inoltre una prima pluralit? di piazzole di contatto, qui una prima e una seconda piazzola di contatto 166, 168, le quali sono collegate elettricamente al solenoide primario 115, e una seconda pluralit? di piazzole di contatto, qui una terza e una quarta piazzola di contatto 170, 172, le quali sono collegate elettricamente al solenoide secondario 121. The transformer 100 further comprises a first plurality? of contact pads, here a first and a second contact pad 166, 168, which are electrically connected to the primary solenoid 115, and a second plurality? of contact pads, here a third and a fourth contact pad 170, 172, which are electrically connected to the secondary solenoid 121.

La prima e la seconda piazzola di contatto 166, 168 permettono di collegare elettricamente il solenoide primario 115 ad un primo circuito elettrico, qui non mostrato; la terza e la quarta piazzola di contatto 170, 172 permettono di collegare il solenoide secondario 121 ad un secondo circuito elettrico, qui non mostrato. The first and second contact pads 166, 168 allow the primary solenoid 115 to be electrically connected to a first electric circuit, not shown here; the third and fourth contact pads 170, 172 allow the secondary solenoid 121 to be connected to a second electric circuit, not shown here.

Il primo e il secondo circuito elettrico possono essere integrati nella piastrina 105 o integrati in una o pi? piastrine separate dalla piastrina 105. The first and second electrical circuits may be integrated into the chip 105 or integrated into one or more circuits. platelets separated from platelet 105.

In dettaglio, qui, la prima, la seconda, la terza e la quarta piazzola di contatto 166, 168, 170, 172 sono formate in uno strato metallico di contatto 175, ad esempio di rame o formato da una rispettiva pila di strati metallici, il quale ? disposto ad un?altezza, lungo il terzo asse Z, maggiore rispetto allo strato metallico superiore 136. In detail, here, the first, second, third and fourth contact pads 166, 168, 170, 172 are formed in a metal contact layer 175, for example copper or formed by a respective stack of metal layers, who ? arranged at a height, along the third axis Z, greater than the upper metal layer 136.

In dettaglio, inoltre, la prima e la seconda piazzola di contatto 166, 168 sono collegate elettricamente rispettivamente alla prima e alla seconda estremit? 115A, 115B del solenoide primario 115 tramite una rispettiva via di contatto 177A. Furthermore, in detail, are the first and second contact pads 166, 168 electrically connected respectively to the first and second ends? 115A, 115B of the primary solenoid 115 through a respective contact way 177A.

Similmente, la terza e la quarta piazzola di contatto 170, 172 sono collegate elettricamente rispettivamente alla prima e alla seconda estremit? 121A, 121B del solenoide secondario 121 tramite una rispettiva via di contatto 177B. Similarly, the third and fourth contact pads 170, 172 are electrically connected at the first and second ends, respectively. 121A, 121B of the secondary solenoid 121 through a respective contact way 177B.

Il trasformatore 100 comprende inoltre una pluralit? di strati dielettrici, mostrati in trasparenza in figura 3 e visibili in figura 4, i quali isolano elettricamente tra loro la piastrina 105, il solenoide primario 115, il solenoide secondario 121 e il nucleo magnetico 110. The transformer 100 further comprises a plurality of dielectric layers, shown in transparency in figure 3 and visible in figure 4, which electrically insulate the plate 105, the primary solenoid 115, the secondary solenoid 121 and the magnetic core 110 from each other.

In dettaglio, il trasformatore 100 comprende un primo strato dielettrico 180, di spessore compreso ad esempio tra 5 ?m e 50 ?m, disposto tra la piastrina 105 e lo strato metallico inferiore 130. Il primo strato dielettrico 180 pu? essere formato da un singolo strato dielettrico, ad esempio di vetro borofosfosilicato (BPSG), o da una pila di strati dielettrici, la cui composizione pu? essere scelta in fase di progettazione, ad esempio in base alle propriet? elettriche quali resistenza in funzione della frequenza dei materiali dielettrici che lo compongono. In detail, the transformer 100 comprises a first dielectric layer 180, with a thickness ranging for example from 5 ?m to 50 ?m, arranged between the plate 105 and the lower metal layer 130. The first dielectric layer 180 can? be formed by a single dielectric layer, for example of borophosphosilicate glass (BPSG), or by a stack of dielectric layers, the composition of which can? be chosen in the design phase, for example on the basis of the properties? electrical such as resistance as a function of the frequency of the dielectric materials that compose it.

Un secondo strato dielettrico 183, ad esempio di ortosilicato tetraetile (TEOS) o formato da una pila di strati dielettrici, si estende sul primo strato dielettrico 180 e circonda lateralmente lo strato metallico inferiore 130. In questo modo esso isola elettricamente le porzioni inferiori 148 del solenoide primario 115 dalle porzioni inferiori 161 del solenoide secondario 121. A second dielectric layer 183, for example of tetraethyl orthosilicate (TEOS) or formed by a stack of dielectric layers, extends over the first dielectric layer 180 and laterally surrounds the lower metal layer 130. In this way it electrically insulates the lower portions 148 of the primary solenoid 115 from the lower portions 161 of the secondary solenoid 121.

Un terzo strato dielettrico 186, qui di nitruro di silicio, ? disposto tra lo strato metallico inferiore 130 e il nucleo magnetico 110 e presenta aperture in cui si estendono porzioni dello strato di aderenza 133A e dello strato di conduzione 133B dello strato metallico intermedio 133. A third dielectric layer 186, here of silicon nitride, is arranged between the lower metal layer 130 and the magnetic core 110 and has openings in which portions of the adhesion layer 133A and the conduction layer 133B of the intermediate metal layer 133 extend.

Un quarto strato dielettrico 189 si estende sul terzo strato dielettrico 186, sul nucleo magnetico 110 e sullo strato metallico intermedio 133. Qui, il quarto strato dielettrico 189 ? formato da una porzione di passivazione 189A, ad esempio di nitruro di silicio, direttamente sovrastante lo strato metallico intermedio 133, il terzo strato dielettrico 186 e il nucleo magnetico 110, e da una porzione dielettrica 189B, ad esempio di ortosilicato tetraetile, direttamente sovrastante la porzione di passivazione 189A. Il quarto strato dielettrico 189 presenta aperture in cui si estendono porzioni dello strato di aderenza 136A e dello strato di conduzione 136B dello strato metallico superiore 136. A fourth dielectric layer 189 extends over the third dielectric layer 186, the magnetic core 110 and the intermediate metal layer 133. Here, the fourth dielectric layer 189 is formed by a passivation portion 189A, for example of silicon nitride, directly overlying the intermediate metal layer 133, the third dielectric layer 186 and the magnetic core 110, and by a dielectric portion 189B, for example of tetraethyl orthosilicate, directly overlying the passivation portion 189A. The fourth dielectric layer 189 has openings into which portions of the adhesion layer 136A and the conduction layer 136B of the upper metal layer 136 extend.

Un quinto strato dielettrico 192 si estende sopra lo strato metallico superiore 136, in particolare sopra lo strato di passivazione 136C, e sopra la porzione dielettrica 189B del quarto strato dielettrico 189. A fifth dielectric layer 192 extends over the upper metal layer 136, in particular over the passivation layer 136C, and over the dielectric portion 189B of the fourth dielectric layer 189.

Di conseguenza, le vie primarie 151 e le vie secondarie 163 si estendono attraverso il quarto strato dielettrico 189 e le vie di contatto 177A, 177B (non visibili in figura 4) si estendono attraverso il quinto strato dielettrico 192. Accordingly, the primary vias 151 and secondary vias 163 extend through the fourth dielectric layer 189 and the contact vias 177A, 177B (not visible in Figure 4 ) extend through the fifth dielectric layer 192.

In uso, una corrente primaria ? alimentata nel solenoide primario 115, ad esempio applicando una tensione primaria tra la prima e la seconda piazzola di contatto 166, 168. La tensione primaria (e quindi anche la corrente primaria) pu? essere variabile nel tempo, ad esempio pu? avere una frequenza operativa, ad esempio dell?ordine dei megahertz. In use, a primary current ? supplied in the primary solenoid 115, for example by applying a primary voltage between the first and second contact pads 166, 168. The primary voltage (and therefore also the primary current) can? be variable over time, for example pu? have an operating frequency, for example in the order of megahertz.

La corrente primaria genera un campo magnetico variabile nella prima porzione 118 del nucleo magnetico 110, e quindi un flusso magnetico variabile che si estende all?interno del nucleo magnetico 110. La porzione di flusso magnetico variabile in corrispondenza della seconda porzione 123 del nucleo magnetico 110 induce, secondo la legge di Faraday-Neumann-Lenz, una tensione secondaria nel solenoide secondario 121, tra la terza e la quarta piazzola di contatto 170, 172. The primary current generates a changing magnetic field in the first portion 118 of the magnetic core 110, and thus a changing magnetic flux extending into the magnetic core 110. The changing magnetic flux portion at the second portion 123 of the magnetic core 110 induces, according to the Faraday-Neumann-Lenz law, a secondary voltage in the secondary solenoid 121, between the third and fourth contact pads 170, 172.

Il trasformatore 100 ? in grado di funzionare correttamente anche nel caso in cui la tensione primaria assume un valore elevato, ad esempio fino a 20 kV. Infatti, il solenoide primario 115 e il solenoide secondario 121 sono disposti ad una distanza elevata l?uno dall?altro e separati elettricamente l?uno dall?altro dal primo, secondo, terzo, quarto e quinto strato dielettrico 180, 183, 186, 189, 192, come sopra descritto. Di conseguenza, il rischio di rottura del primo, secondo, terzo, quarto e quinto strato dielettrico 180, 183, 186, 189, 192 ? ridotto, anche in caso di elevate tensioni. The transformer 100 ? able to function correctly even if the primary voltage assumes a high value, for example up to 20 kV. In fact, the primary solenoid 115 and the secondary solenoid 121 are arranged at a large distance from each other and electrically separated from each other by the first, second, third, fourth and fifth dielectric layers 180, 183, 186, 189, 192, as described above. Consequently, the risk of failure of the first, second, third, fourth and fifth dielectric layers 180, 183, 186, 189, 192 ? reduced, even at high voltages.

Il trasformatore 100 ha inoltre un elevato accoppiamento induttivo tra il solenoide primario 115 e il solenoide secondario 121. Infatti, la perdita (?leakage?) di flusso dovuta alle correnti parassite (?eddy currents?, o correnti di Foucault) indotte nel nucleo magnetico 110 dal flusso magnetico variabile, ? ridotta grazie alla presenza della prima e della seconda struttura 126A, 126B. The transformer 100 also has a high inductive coupling between the primary solenoid 115 and the secondary solenoid 121. Indeed, the loss (?leakage?) of flux due to the eddy currents (?eddy currents?, or Foucault currents) induced in the magnetic core 110 from the variable magnetic flux, ? reduced thanks to the presence of the first and second structures 126A, 126B.

Infatti, la prima e la seconda struttura 126A, 126B del nucleo magnetico 110 hanno ciascuna una sezione trasversale, in un piano XZ del sistema di riferimento cartesiano XYZ, minore, e quindi una resistenza elettrica maggiore, rispetto al caso in cui il nucleo magnetico ? pieno (?solid?). In fact, the first and second structures 126A, 126B of the magnetic core 110 each have a smaller cross section, in a plane XZ of the Cartesian reference system XYZ, and therefore a higher electrical resistance, than in the case in which the magnetic core ? full (?solid?).

Inoltre, i traferri 128 permettono di evitare corto circuiti indesiderati tra il solenoide primario 115 e il solenoide secondario 121 e di ridurre la perdita di flusso dovuta alla divergenza delle linee di flusso magnetico. Furthermore, the air gaps 128 allow to avoid unwanted short circuits between the primary solenoid 115 and the secondary solenoid 121 and to reduce the loss of flux due to the divergence of the magnetic flux lines.

Come infatti verificato da simulazioni eseguite dalla Richiedente, i traferri 128, aventi qui ciascuno larghezza di 1 ?m, non causano perdite di flusso magnetico. Tuttavia, anche traferri di larghezza maggiore, ad esempio fino a 100 ?m, non comportano perdite di efficienza di accoppiamento induttivo tra il solenoide primario 115 e il solenoide secondario 121. Infatti, la differenza tra la permeabilit? magnetica del nucleo magnetico 110, la quale ? molto maggiore di 1, e la permeabilit? magnetica del primo, secondo, terzo, quarto e quinto strato dielettrico 180, 183, 186, 189, 192, la quale ? vicina a 1, ? elevata. Di conseguenza, la perdita di flusso magnetico nel primo, secondo, terzo, quarto e quinto strato dielettrico 180, 183, 186, 189, 192 dovuta ai traferri 128 ? trascurabile. In fact, as verified by simulations performed by the Applicant, the air gaps 128, here each having a width of 1 µm, do not cause magnetic flux losses. However, even wider air gaps, for example up to 100 µm, do not involve losses in the inductive coupling efficiency between the primary solenoid 115 and the secondary solenoid 121. In fact, the difference between the permeability? magnet of the magnetic core 110, which ? much greater than 1, and the permeability? magnetic field of the first, second, third, fourth and fifth dielectric layer 180, 183, 186, 189, 192, which ? close to 1, ? elevated. Consequently, the loss of magnetic flux in the first, second, third, fourth and fifth dielectric layers 180, 183, 186, 189, 192 due to the air gaps 128 ? negligible.

Qui di seguito sono descritte le fasi di fabbricazione del trasformatore 100. The manufacturing steps of the transformer 100 are described below.

La figura 5 mostra un corpo di lavoro 300 comprendente una fetta 305 di materiale semiconduttore, la quale ha un lato anteriore delimitato da una superficie 305A. Sulla superficie 305A ? gi? stato formato il primo strato dielettrico 180, ad esempio tramite deposizione di uno o pi? strati dielettrici, come sopra descritto. Figure 5 shows a working body 300 comprising a wafer 305 of semiconductor material, which has a front side delimited by a surface 305A. On the surface 305A ? already Was the first dielectric layer 180 formed, for example by deposition of one or more? dielectric layers, as described above.

In figura 6, viene formato lo strato metallico inferiore 130, sopra il primo strato dielettrico 180. In dettaglio, qui, lo strato metallico inferiore 130 ? formato attraverso deposizione e definizione del rispettivo strato di aderenza 130A e successiva formazione, ad esempio tramite deposizione elettrochimica, del rispettivo strato di conduzione 130B. Inoltre, il secondo strato dielettrico 183 ? depositato sul lato anteriore del corpo di lavoro 300 ed ? definito, ad esempio tramite procedimenti noti di planarizzazione, in modo da circondare lateralmente lo strato metallico inferiore 130. In Fig. 6 , the bottom metal layer 130 is formed, over the first dielectric layer 180. In detail, here, the bottom metal layer 130 is formed. formed by deposition and definition of the respective adhesion layer 130A and subsequent formation, for example by electrochemical deposition, of the respective conduction layer 130B. Furthermore, the second dielectric layer 183 ? deposited on the front side of the body of work 300 and ? defined, for example through known planarization procedures, so as to laterally surround the lower metal layer 130.

Successivamente, figura 7, il terzo strato dielettrico 186 ? depositato sopra il secondo strato dielettrico 183 e sopra lo strato metallico inferiore 130 e sagomato in modo da formare una prima pluralit? di aperture 315, sopra porzioni dello strato metallico inferiore 130 dove si intende formare le vie primarie 151 e le vie secondarie 163. Next, figure 7 , the third dielectric layer 186 is deposited over the second dielectric layer 183 and over the lower metal layer 130 and shaped so as to form a first plurality of of openings 315, above portions of the lower metal layer 130 where it is intended to form the primary ways 151 and the secondary ways 163.

In figura 8, lo strato metallico intermedio 133 ? formato sul secondo strato dielettrico 186. In dettaglio, lo strato metallico intermedio 133 ? formato attraverso deposizione e definizione del rispettivo strato di aderenza 133A e successiva formazione, ad esempio tramite deposizione elettrochimica, del rispettivo strato di conduzione 133B. In particolare, lo strato metallico intermedio 133 comprende regioni che si estendono attraverso la prima pluralit? di aperture 315 e sono qui in contatto elettrico diretto con lo strato metallico inferiore 130. Inoltre, il nucleo magnetico 110 ? formato sul secondo strato dielettrico 186, ad esempio attraverso deposizione e definizione del rispettivo strato di aderenza 110A e successiva formazione, ad esempio tramite deposizione elettrochimica, del rispettivo strato magnetico 110B. Ad esempio, lo strato di aderenza 110A del nucleo magnetico 110 potrebbe essere realizzato contemporaneamente allo strato di aderenza 133A dello strato metallico intermedio 133. In figure 8 , the intermediate metal layer 133 is formed on the second dielectric layer 186. In detail, the intermediate metal layer 133 is formed by deposition and definition of the respective adhesion layer 133A and subsequent formation, for example by electrochemical deposition, of the respective conduction layer 133B. In particular, the intermediate metal layer 133 comprises regions extending through the first plurality of of openings 315 and are here in direct electrical contact with the lower metal layer 130. Furthermore, the magnetic core 110 is formed on the second dielectric layer 186, for example by deposition and definition of the respective adhesion layer 110A and subsequent formation, for example by electrochemical deposition, of the respective magnetic layer 110B. For example, the adhesion layer 110A of the magnetic core 110 could be made simultaneously with the adhesion layer 133A of the intermediate metal layer 133.

In figura 9 viene formato il quarto strato dielettrico 189, qui tramite deposizione della porzione di passivazione 189A sopra il terzo strato dielettrico 186, lo strato metallico intermedio 133 e il nucleo magnetico 110, e deposizione e planarizzazione della porzione dielettrica 189B, direttamente sovrastante la porzione di passivazione 189A. In figure 9 the fourth dielectric layer 189 is formed, here by deposition of the passivation portion 189A on top of the third dielectric layer 186, the intermediate metal layer 133 and the magnetic core 110, and deposition and planarization of the dielectric portion 189B, directly overlying the of passivation 189A.

Successivamente, figura 10, una seconda pluralit? di aperture 320 ? formata attraverso il quarto strato dielettrico 189, sopra le regioni intermedie di conduzione 133, che quindi vengono esposte. Subsequently, figure 10, a second plurality? of openings 320 ? formed across the fourth dielectric layer 189, over the intermediate conduction regions 133, which are then exposed.

In figura 11, lo strato metallico superiore 136 ? formato sul quarto strato dielettrico 189. In dettaglio, lo strato metallico superiore 136 ? formato attraverso deposizione e definizione del rispettivo strato di aderenza 136A e successiva formazione, ad esempio tramite deposizione elettrochimica, del rispettivo strato di conduzione 136B e del rispettivo strato di passivazione 136C, in modo che le regioni superiori di conduzione 136 siano in contatto elettrico diretto con le regioni intermedie di conduzione 133, attraverso la seconda pluralit? di aperture 320. In questo modo, vengono formate le porzioni superiori 145 delle spire primarie 142, le porzioni superiori 158 delle spire secondarie 155, e, insieme alle fasi illustrate nella figure 7-10, le vie primarie 151 e le vie secondarie 163. In Figure 11 , the top metal layer 136 is formed on the fourth dielectric layer 189. In detail, the upper metal layer 136 is formed through deposition and definition of the respective adhesion layer 136A and subsequent formation, for example by electrochemical deposition, of the respective conduction layer 136B and of the respective passivation layer 136C, so that the upper conduction regions 136 are in direct electrical contact with the intermediate conduction regions 133, through the second plurality? of openings 320. In this way, the upper portions 145 of the primary coils 142, the upper portions 158 of the secondary coils 155, and, together with the steps illustrated in figures 7-10, the primary vias 151 and the secondary vias 163 are formed.

In modo non mostrato ma noto, viene quindi formato il quinto strato dielettrico 192 e successivamente vengono formate la prima, la seconda, la terza e la quarta piazzola di contatto 166, 168, 170, 172. In a not shown but known way, the fifth dielectric layer 192 is then formed and subsequently the first, second, third and fourth contact pads 166, 168, 170, 172 are formed.

Seguono note fasi di lavorazione quali ad esempio taglio (?dicing?) del corpo di lavoro 300 e incapsulamento della corrispondente piastrina, in modo da formare il trasformatore 100. Known processing steps follow, such as for example cutting (?dicing?) of the working body 300 and encapsulation of the corresponding plate, so as to form the transformer 100.

La figura 12 mostra una diversa forma di realizzazione del presente trasformatore. In particolare, la figura 12 mostra un trasformatore 400 avente struttura generale simile a quella del trasformatore 100 mostrato in figura 3; di conseguenza, elementi in comune sono dotati degli stessi numeri di riferimento. Figure 12 shows a different embodiment of the present transformer. In particular, Figure 12 shows a transformer 400 having a general structure similar to that of the transformer 100 shown in Figure 3; as a result, elements in common have the same reference numerals.

In dettaglio, anche qui il trasformatore 400 ? formato nella piastrina 105 e comprende un nucleo magnetico 410, il solenoide primario 115, il quale ? avvolto attorno ad una prima porzione 415 del nucleo magnetico 410, il solenoide secondario 121, il quale ? avvolto intorno ad una seconda porzione 418 del nucleo magnetico 410, e una pluralit? di strati dielettrici analoghi al primo, al secondo, al terzo, al quarto e al quinto strato dielettrico 180, 183, 186, 189, 192 mostrati in figura 4 relativamente al trasformatore 100 e qui non mostrati. In detail, here too the 400 transformer? formed in the chip 105 and includes a magnetic core 410, the primary solenoid 115, which is wound around a first portion 415 of the magnetic core 410, the secondary solenoid 121, which is wrapped around a second portion 418 of the magnetic core 410, and a plurality of dielectric layers similar to the first, second, third, fourth and fifth dielectric layers 180, 183, 186, 189, 192 shown in figure 4 in relation to the transformer 100 and not shown here.

Anche qui, la pluralit? di strati dielettrici isola elettricamente tra loro la piastrina 105, il solenoide primario 115, il solenoide secondario 121 e il nucleo magnetico 410. Again, the plurality? of dielectric layers electrically insulates the plate 105, the primary solenoid 115, the secondary solenoid 121 and the magnetic core 410 from each other.

Anche qui, il solenoide primario 115 comprende la pluralit? di spire primarie 142, e il solenoide secondario 121 comprende la pluralit? di spire secondarie 155. Le spire primarie 142 sono formate dalle rispettive porzioni superiori 145, porzioni inferiori 148 e vie primarie 151; e le spire secondarie 155 sono formate dalle rispettive porzioni superiori 158, porzioni inferiori 161 e vie secondarie 163. Again, the primary solenoid 115 comprises the plurality of primary turns 142, and the secondary solenoid 121 comprises the plurality of secondary turns 155. The primary turns 142 are formed by the respective upper portions 145, lower portions 148 and primary vias 151; and the secondary coils 155 are formed by the respective upper portions 158, lower portions 161 and secondary vias 163.

Il nucleo magnetico 410 ha forma toroidale, anche qui di anello rettangolare nel piano XY, ed ? formato da una prima struttura 420A e da una seconda struttura 420B, tra loro concentriche. The magnetic core 410 has a toroidal shape, also here of a rectangular ring in the XY plane, and is? formed by a first structure 420A and a second structure 420B, concentric with each other.

In questa forma di realizzazione, la prima e la seconda struttura 420A, 420B formano ciascuna una pluralit? di traferri, qui tre traferri 423A-423C su ciascun lato, disposti in successione a tre a tre. Ciascun traferro 423A-423C ha una larghezza, parallelamente al secondo asse Y, compresa ad esempio tra 1 ?m e 100 ?m. In this embodiment, the first and second structures 420A, 420B each form a plurality of structures. of air gaps, here three air gaps 423A-423C on each side, arranged in succession in threes. Each air gap 423A-423C has a width, parallel to the second axis Y, ranging for example from 1 ?m to 100 ?m.

I traferri 423A-423C permettono di distanziare maggiormente la prima porzione 415 dalla seconda porzione 418 del nucleo magnetico 410 (e quindi il solenoide primario 115 dal solenoide secondario 121) utilizzando una ridotta quantit? di materiale magnetico, rispetto al trasformatore 100. The air gaps 423A-423C allow the first portion 415 to be further spaced from the second portion 418 of the magnetic core 410 (and therefore the primary solenoid 115 from the secondary solenoid 121) using a reduced amount of magnetic material, compared to the 100 transformer.

Di conseguenza, la probabilit? di rottura, in uso, della pluralit? di strati dielettrici ? ulteriormente ridotta. Consequently, the probability breaking, in use, of the plurality? of dielectric layers? further reduced.

Inoltre, i traferri 423 contribuiscono anche a ridurre ulteriormente le correnti parassite nel nucleo magnetico 410. Additionally, the air gaps 423 also help to further reduce the eddy currents in the magnetic core 410.

Di conseguenza, il trasformatore 400 ha un accoppiamento induttivo elevato e un?elevata affidabilit?. As a result, the 400 transformer has high inductive coupling and high reliability.

Il trasformatore 400 pu? essere realizzato a partire dal corpo di lavoro 300 di figura 5, in modo simile a quanto descritto in riferimento alle figure 5-11 per il trasformatore 100. The 400 transformer can? be made starting from the working body 300 of figure 5, in a similar way to what is described with reference to figures 5-11 for the transformer 100.

La figura 13 mostra una diversa forma di realizzazione del presente trasformatore. In particolare, la figura 13 mostra un trasformatore 500 avente struttura generale simile a quella del trasformatore 100 mostrato nelle figure 3 e 4; di conseguenza, elementi in comune sono dotati degli stessi numeri di riferimento. Figure 13 shows a different embodiment of the present transformer. In particular, Figure 13 shows a transformer 500 having a general structure similar to that of the transformer 100 shown in Figures 3 and 4; as a result, elements in common have the same reference numerals.

In dettaglio, il trasformatore 500 ? formato in una piastrina 505 di materiale isolante, ad esempio di vetro, e comprende il nucleo magnetico 110, il solenoide primario 115 (qui mostrato solo in parte) e il solenoide secondario (qui non mostrato). In detail, the transformer 500 ? formed in a plate 505 of insulating material, for example of glass, and comprises the magnetic core 110, the primary solenoid 115 (here shown only in part) and the secondary solenoid (here not shown).

Il solenoide primario 115 e il solenoide secondario sono formati anche qui dallo strato metallico inferiore 130, dallo strato metallico intermedio 133 e dallo strato metallico superiore 136. The primary solenoid 115 and the secondary solenoid are also formed here by the lower metal layer 130, the intermediate metal layer 133 and the upper metal layer 136.

Il trasformatore 500 comprende inoltre il secondo, il terzo, il quarto ed il quinto strato dielettrico 183, 186, 189, 192, i quali isolano elettricamente tra loro il solenoide primario 115, il solenoide secondario e il nucleo magnetico 110. The transformer 500 also comprises the second, third, fourth and fifth dielectric layers 183, 186, 189, 192, which electrically insulate the primary solenoid 115, the secondary solenoid and the magnetic core 110 from each other.

In questa forma di realizzazione, lo strato metallico inferiore 130 ? in contatto diretto con la piastrina 505. In this embodiment, the bottom metal layer 130 is in direct contact with plate 505.

In altre parole, il trasformatore 500 non comprende il primo strato dielettrico 180 mostrato in figura 4; la piastrina 505 ? infatti di materiale isolante e non ? quindi necessario utilizzare un ulteriore strato isolante per isolare elettricamente tra loro il solenoide primario 115, il solenoide secondario 121 e la piastrina 505. In other words, the transformer 500 does not include the first dielectric layer 180 shown in Fig. 4 ; the plate 505 ? in fact, of insulating material and not ? it is therefore necessary to use an additional insulating layer to electrically insulate the primary solenoid 115, the secondary solenoid 121 and the plate 505 from each other.

Di conseguenza, il trasformatore 500 garantisce affidabilit? di funzionamento e ha un costo inferiore di fabbricazione. Consequently, the 500 transformer guarantees reliability of operation and has a lower manufacturing cost.

Il trasformatore 500 pu? essere realizzato a partire da un corpo di lavoro di materiale isolante, ad esempio vetro, sul quale possono essere eseguite le fasi di fabbricazione descritte in riferimento alle figure 6-11 relativamente al trasformatore 100. The 500 transformer can? be made starting from a working body of insulating material, for example glass, on which the manufacturing steps described with reference to figures 6-11 in relation to the transformer 100 can be performed.

Risulta infine chiaro che al trasformatore 100, 400, 500 e al relativo procedimento di fabbricazione qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the transformer 100, 400, 500 and to the relative manufacturing process described and illustrated herein without thereby departing from the protective scope of the present invention, as defined in the attached claims.

Ad esempio, le diverse forme di realizzazione descritte possono essere combinate in modo da fornire ulteriori soluzioni. For example, the different embodiments described can be combined to provide further solutions.

Inoltre, il nucleo magnetico 110, 410 pu? essere formato da un numero diverso di strutture, ad esempio da una singola struttura, o da un numero di strutture maggiore di due. Also, the magnetic core 110, 410 can? be formed by a different number of structures, for example by a single structure, or by a number of structures greater than two.

Ad esempio, il nucleo magnetico 110, 410 pu? avere forma di toroide continuo, ovvero privo di traferri. For example, the magnetic core 110, 410 can? have the shape of a continuous torus, i.e. without air gaps.

Il nucleo magnetico 110, 410 pu? anche avere forma toroidale diversa rispetto a quanto mostrato nelle figure 3 e 12; ad esempio pu? avere nel piano XY forma di anello quadrato, tondo, poligonale regolare o irregolare, o qualsiasi altra forma delimitante il foro 125. The magnetic core 110, 410 pu? also have a different toroidal shape than shown in figures 3 and 12; for example can? have in the XY plane the shape of a square, round, regular or irregular polygonal ring, or any other shape delimiting the hole 125.

Infine, un numero maggiore di piazzole di contatto pu? essere utilizzato, ad esempio piazzole di contatto aggiuntive possono essere disposte in corrispondenza di porzioni comprese tra la prima e la seconda estremit? del solenoide secondario, in modo da ottenere tensioni secondarie indotte di diverso valore. Finally, a greater number of contact pads can be used, for example, additional contact pads can be arranged at portions between the first and second ends? of the secondary solenoid, in order to obtain induced secondary voltages of different values.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI 1. Trasformatore integrato (100; 400; 500) comprendente:1. Integrated transformer (100; 400; 500) including: una prima regione isolante (180; 505);a first insulating region (180; 505); una seconda regione isolante (183, 186, 189, 192) estendentesi sulla prima regione isolante;a second insulating region (183, 186, 189, 192) extending over the first insulating region; un nucleo magnetico (110; 410) estendentesi all'interno della seconda regione isolante ad una prima altezza e comprendente una prima porzione di nucleo (118; 415) e una seconda porzione di nucleo (123; 418), fra loro distinte;a magnetic core (110; 410) extending inside the second insulating region at a first height and comprising a first core portion (118; 415) and a second core portion (123; 418), distinct from each other; un primo avvolgimento (115) estendentesi all'interno della seconda regione isolante (183, 186, 189, 192) e avvolto intorno alla prima porzione di nucleo (118; 415); ea first winding (115) extending into the second insulating region (183, 186, 189, 192) and wound around the first core portion (118; 415); And un secondo avvolgimento (121) estendentesi all'interno della seconda regione isolante (183, 186, 189, 192) e avvolto intorno alla seconda porzione di nucleo (123; 418).a second winding (121) extending inside the second insulating region (183, 186, 189, 192) and wound around the second core portion (123; 418). 2. Trasformatore integrato secondo la rivendicazione precedente, in cui il primo avvolgimento (115) comprende una prima pluralit? di spire (142) e il secondo avvolgimento (121) comprende una seconda pluralit? di spire (155), in cui ciascuna spira (142) della prima pluralit? di spire ? formata da una prima porzione primaria (148), da una seconda porzione primaria (145) e da una via di collegamento primaria (151), la prima porzione primaria estendendosi nella seconda regione isolante (183, 186, 189, 192) ad una seconda altezza minore della prima altezza, la seconda porzione primaria estendendosi nella seconda regione isolante ad una terza altezza maggiore della prima altezza, la via di collegamento primaria (151) estendendosi attraverso la seconda regione isolante tra e in collegamento elettrico diretto con la prima porzione primaria e la seconda porzione primaria; e in cui ciascuna spira (155) della seconda pluralit? di spire ? formata da una prima porzione secondaria (161), da una seconda porzione secondaria (158) e da una via di collegamento secondaria (163), la prima porzione secondaria estendendosi nella seconda regione isolante alla seconda altezza, la seconda porzione secondaria estendendosi nella seconda regione isolante alla terza altezza, la via di collegamento secondaria estendendosi attraverso la seconda regione isolante tra e in collegamento elettrico diretto con la prima e la seconda porzione secondaria.2. Integrated transformer according to the preceding claim, wherein the first winding (115) comprises a first plurality of turns (142) and the second winding (121) comprises a second plurality? of coils (155), in which each coil (142) of the first plurality? of coils? formed by a first primary portion (148), by a second primary portion (145) and by a primary connection way (151), the first primary portion extending into the second insulating region (183, 186, 189, 192) to a second height less than the first height, the second primary portion extending into the second insulating region to a third height greater than the first height, the primary connection path (151) extending through the second insulating region between and in direct electrical connection with the first primary portion and the second primary portion; and in which each coil (155) of the second plurality? of coils? formed by a first secondary portion (161), by a second secondary portion (158) and by a secondary connection way (163), the first secondary portion extending into the second insulating region at the second height, the second secondary portion extending into the second region insulating at the third height, the secondary connection via extending through the second insulating region between and in direct electrical connection to the first and second secondary portions. 3. Trasformatore integrato (100; 400; 500) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il nucleo magnetico (110; 410) ? formato da una pluralit? di strutture toroidali (126A, 126B; 420A, 420B), ciascuna struttura toroidale essendo concentrica ad ed elettricamente isolata da una struttura toroidale adiacente.3. Integrated transformer (100; 400; 500) according to any one of the preceding claims, wherein the magnetic core (110; 410) is formed by a plurality of toroidal structures (126A, 126B; 420A, 420B), each toroidal structure being concentric with and electrically isolated from an adjacent toroidal structure. 4. Trasformatore integrato (100; 400; 500) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il nucleo magnetico (110; 410) comprende almeno un traferro (128; 423A-423C), l?almeno un traferro essendo formato da un?estremit? della prima porzione di nucleo (118; 415) e un?estremit? della seconda porzione di nucleo (123; 418), l?estremit? della prima porzione di nucleo e l?estremit? della seconda porzione di nucleo essendo affacciate l?una all?altra.4. Integrated transformer (100; 400; 500) according to any one of the preceding claims, wherein the magnetic core (110; 410) comprises at least one air gap (128; 423A-423C), the at least one air gap being formed by a? end? of the first core portion (118; 415) and a? extremity? of the second portion of the nucleus (123; 418), the? Extremity? of the first portion of the core and the? extremity? of the second core portion facing each other. 5. Trasformatore integrato secondo la rivendicazione precedente, in cui l?almeno un traferro ha una larghezza minima lungo una prima direzione (X) compresa tra 1 ?m e 100 ?m.5. Integrated transformer according to the preceding claim, wherein the at least one air gap has a minimum width along a first direction (X) comprised between 1 ?m and 100 ?m. 6. Trasformatore integrato (400) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui l?almeno un traferro ? un primo traferro (423A), il trasformatore integrato comprendendo un secondo traferro (423B), il secondo traferro essendo disposto tra l?estremit? della prima porzione di nucleo e l?estremit? della seconda porzione di nucleo.6. Integrated transformer (400) according to claim 4 or 5, wherein the at least one air gap ? a first air gap (423A), the integrated transformer comprising a second air gap (423B), the second air gap being disposed between the end? of the first portion of the core and the? extremity? of the second core portion. 7. Trasformatore integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda regione isolante comprende una pluralit? di strati isolanti (183, 186, 189, 192) disposti sovrapposti fra loro.7. Integrated transformer according to any one of the preceding claims, wherein the second insulating region comprises a plurality of of insulating layers (183, 186, 189, 192) arranged superimposed on each other. 8. Trasformatore integrato (500) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima regione isolante comprende un corpo di vetro (505).The integrated transformer (500) according to any one of the preceding claims, wherein the first insulating region comprises a glass body (505). 9. Trasformatore integrato (100; 400) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, in cui la prima regione isolante (180) si estende su un substrato semiconduttore (105).The integrated transformer (100; 400) according to any one of claims 1-7, wherein the first insulating region (180) extends over a semiconductor substrate (105). 10. Procedimento di fabbricazione di un trasformatore integrato (100; 400; 500) comprendente:10. Manufacturing process of an integrated transformer (100; 400; 500) comprising: formare, su una prima regione isolante (180; 505), una seconda regione isolante (183, 186, 189, 192);forming, on a first insulating region (180; 505), a second insulating region (183, 186, 189, 192); formare un nucleo magnetico (110; 410) nella seconda regione isolante, ad una prima altezza, il nucleo magnetico comprendendo una prima porzione di nucleo (118; 415) e una seconda porzione di nucleo (123; 418), fra loro distinte;forming a magnetic core (110; 410) in the second insulating region, at a first height, the magnetic core comprising a first core portion (118; 415) and a second core portion (123; 418), distinct from each other; formare un primo avvolgimento (115) nella seconda regione isolante (183, 186, 189, 192), il primo avvolgimento essendo avvolto intorno alla prima porzione di nucleo (118; 415); eforming a first winding (115) in the second insulating region (183, 186, 189, 192), the first winding being wound around the first core portion (118; 415); And formare un secondo avvolgimento (121) nella seconda regione isolante (183, 186, 189, 192), il secondo avvolgimento essendo avvolto intorno alla seconda porzione di nucleo (123; 418).forming a second winding (121) in the second insulating region (183, 186, 189, 192), the second winding being wound around the second core portion (123; 418). 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui formare il primo avvolgimento (115) comprende formare una prima pluralit? di spire (142) e formare il secondo avvolgimento comprende formare una seconda pluralit? di spire, ciascuna spira (142) della prima pluralit? di spire essendo formata da una prima porzione primaria (148), da una seconda porzione primaria (145) e da una via di collegamento primaria (151), ciascuna spira (155) della seconda pluralit? di spire essendo formata da una prima porzione secondaria (161), da una seconda porzione secondaria (158) e da una via di collegamento secondaria (163), in cui formare la prima e la seconda pluralit? di spire comprende:The method according to claim 10, wherein forming the first winding (115) comprises forming a first plurality of coils (115). of turns (142) and forming the second winding comprises forming a second plurality? of coils, each coil (142) of the first plurality? of coils being formed by a first primary portion (148), by a second primary portion (145) and by a primary connection path (151), each coil (155) of the second plurality? of coils being formed by a first secondary portion (161), by a second secondary portion (158) and by a secondary connection path (163), in which to form the first and second plurality? of coils includes: formare, sulla prima regione isolante (180; 505), ad una seconda altezza minore della prima altezza, le prime porzioni primarie (148) e le prime porzioni secondarie (161), a partire da un primo strato metallico (130);forming, on the first insulating region (180; 505), at a second height lower than the first height, the first primary portions (148) and the first secondary portions (161), starting from a first metal layer (130); formare, sul primo strato metallico, alla prima altezza, le vie di collegamento primarie (151) e le vie di collegamento secondarie (163), a partire da un secondo strato metallico (133);forming, on the first metal layer, at the first height, the primary connection ways (151) and the secondary connection ways (163), starting from a second metal layer (133); formare, sul secondo strato metallico, ad una terza altezza maggiore della prima altezza, le seconde porzioni primarie (145) e le seconde porzioni secondarie (158), a partire da un terzo strato metallico (136).forming, on the second metal layer, at a third height greater than the first height, the second primary portions (145) and the second secondary portions (158), starting from a third metal layer (136). 12. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, in cui formare una seconda regione isolante comprende formare una pluralit? di strati isolanti comprendente un primo strato isolante (183, 186), un secondo strato isolante (189) ed un terzo strato isolante (192), il primo strato isolante, il secondo strato isolante e il terzo strato isolante essendo disposti in successione uno sopra l?altro e in cui formare un nucleo magnetico (110; 410) comprende formare uno strato di materiale magnetico (110B); in cui il primo strato isolante circonda le prime porzioni primarie (148) e le prime porzioni secondarie (161), il secondo strato isolante circonda le vie di collegamento primarie (151), le vie di collegamento secondarie (163) e il nucleo magnetico (110; 410), e il terzo strato isolante circonda le seconde porzioni primarie (145) e le seconde porzioni secondarie (158).12. A method according to the preceding claim, wherein forming a second insulating region comprises forming a plurality of insulating regions. of insulating layers comprising a first insulating layer (183, 186), a second insulating layer (189) and a third insulating layer (192), the first insulating layer, the second insulating layer and the third insulating layer being arranged in succession one above the other is wherein forming a magnetic core (110; 410) comprises forming a layer of magnetic material (110B); wherein the first insulating layer surrounds the first primary portions (148) and the first secondary portions (161), the second insulating layer surrounds the primary vias (151), the secondary vias (163) and the magnetic core ( 110; 410), and the third insulating layer surrounds the second primary portions (145) and the second secondary portions (158). 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-12, in cui formare un nucleo magnetico comprende formare una pluralit? di strutture toroidali (126A, 126B; 420A, 420B), ciascuna struttura toroidale essendo concentrica ad ed elettricamente isolata da una struttura toroidale adiacente.13. A method according to any one of claims 10-12, wherein forming a magnetic core comprises forming a plurality of magnetic cores. of toroidal structures (126A, 126B; 420A, 420B), each toroidal structure being concentric with and electrically isolated from an adjacent toroidal structure. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-13, in cui la prima regione isolante comprende un corpo di vetro.The method according to any one of claims 10-13, wherein the first insulating region comprises a glass body. 15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-13, in cui la prima regione isolante (180) si estende su un substrato semiconduttore (305). The method according to any one of claims 10-13, wherein the first insulating region (180) extends over a semiconductor substrate (305).
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