JP2009171333A - Signal transmission integrated circuit device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入出力の電気的絶縁を保持しつつ信号を伝送するための信号伝送集積回路装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a signal transmission integrated circuit device for transmitting a signal while maintaining electrical insulation between input and output, and a method for manufacturing the same.
この種の信号伝送集積回路装置としてフォトカプラが一般に知られている。このフォトカプラは、発光素子および受光素子が対向配置して構成され、入力信号が発光素子に通電されると発光素子が発光し、当該発光を受光素子が受光して受光信号を増幅するように構成され、一次側の入力信号が二次側に伝達されるように構成されている。尚、フォトカプラ以外では、コイルを磁気結合してデジタル信号を伝送する構成が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
昨今の情報社会では、より情報処理能力の向上が求められており、高速応答性能の向上、外乱に対する信号伝達の信頼性の向上が求められている。しかしながら、たとえ既存のフォトカプラを応用して高速応答性能の良い回路を実現したとしてもコスト増に繋がり実用的ではない。しかも、特許文献1、2記載の技術思想を適用したとしても外来ノイズが生じると当該外来ノイズの影響を受けるため信号伝送の信頼性に欠ける。
In the recent information society, further improvement in information processing capability is required, and improvement in high-speed response performance and improvement in signal transmission reliability against disturbance are required. However, even if an existing photocoupler is applied to realize a circuit with good high-speed response performance, it leads to an increase in cost and is not practical. Moreover, even if the technical ideas described in
本発明は、高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できるようにした入出力絶縁型の信号伝送集積回路装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an input / output insulation type signal transmission integrated circuit device and a method for manufacturing the same, which can improve noise resistance against external noise while improving high-speed response performance.
請求項1に係る発明の信号伝送集積回路装置は、支持基板上に形成された第1軟磁性体部、前記第1軟磁性体部上に形成されたコイル状の第1導電体、前記第1導電体上に形成された絶縁体、前記絶縁体上に形成され前記コイル状の第1導電体と対向配置されたコイル状の第2導電体、および前記第2導電体上に形成された第2軟磁性体部を具備した絶縁伝達回路と、前記コイル状の第1および第2の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、前記送信回路が接続されたコイル状の導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴としている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a signal transmission integrated circuit device comprising: a first soft magnetic body portion formed on a support substrate; a coil-shaped first conductor formed on the first soft magnetic body portion; An insulator formed on one conductor, a coiled second conductor formed on the insulator and disposed opposite to the coiled first conductor, and formed on the second conductor An insulated transmission circuit having a second soft magnetic body portion, a transmission circuit electrically connected to one of the coiled first and second conductors, and a coil shape to which the transmission circuit is connected A receiving circuit electrically connected to the other of the two conductors, and the insulating transmission circuit, the transmitting circuit, and the receiving circuit are formed in an input / output insulation type by a circuit integrated in one package It is characterized by being.
請求項11に係る発明は、請求項1記載の信号伝送集積回路装置の絶縁伝達回路を製造する方法であって、支持基板上に第1軟磁性体部を形成する工程と、前記第1軟磁性体部上にコイル状の第1導電体を形成する工程と、前記第1導電体上に第1絶縁体を形成する工程と、前記第1絶縁体上に前記コイル状の第1導電体と対向配置されるようにコイル状の第2導電体を形成する工程と、前記第2導電体上に第2軟磁性体部を形成する工程とを具備している。
The invention according to
本発明によれば、磁気結合による回路を適用すると共に軟磁性体を適用することによって、磁気結合率を向上することができ高速応答性能の向上を図ることができ、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できる。 According to the present invention, by applying a circuit using magnetic coupling and applying a soft magnetic material, the magnetic coupling rate can be improved and high-speed response performance can be improved, and noise resistance against external noise can be improved. It can be improved.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1ないし図12を参照しながら説明する。尚、以下に示す参照図面は模式的に示すもので、各図面における構成要素の厚み、幅、長さ寸法やその比率などは実際の構造とは異なる。図2は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)コイルによる磁気結合回路を適用した絶縁型デジタル入出力処理用の信号伝送集積回路装置の平面図を示しており、図1は、当該図2中のA−A線に沿う構造断面を示している。また図3は、磁気結合回路の断面斜視図を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the reference drawings shown below are shown schematically, and the thickness, width, length dimension, ratio, and the like of the components in each drawing are different from the actual structure. FIG. 2 is a plan view of a signal transmission integrated circuit device for insulating digital input / output processing to which a magnetic coupling circuit using a micro electro mechanical systems (MEMS) coil is applied. FIG. The structural cross section along line -A is shown. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the magnetic coupling circuit.
図1に示すように、支持基板としてのシリコン基板1上には、絶縁膜2を介して、軟磁性体3、コイル4、絶縁体5、コイル6、絶縁体7、軟磁性体8を順に積層した磁気結合回路Zが構成されている。なお、軟磁性体3は第1軟磁性体部、軟磁性体8は第2〜第4軟磁性体部を構成している。なお、シリコン基板1を適用した実施形態を示すが、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板などの支持基板を必要に応じて適用できる。
As shown in FIG. 1, a soft
絶縁膜2は、例えばシリコン酸化膜(SiO)によって構成されている。この絶縁膜2の上面上に形成された軟磁性体3は、例えばフェライトにより形成されている。この軟磁性体3は、磁束通過の際に磁気飽和現象を生じない程度の膜厚(例えば、数10μm〜数100μm)でドーナツ円板型に成型されている。
The
この軟磁性体3の上面上には、コイル4が例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって平面渦巻状に数ターン乃至数10ターン形成されている。絶縁体5は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル4の上面および側面を覆うように形成されている。この絶縁体5は、平面的に渦巻状コイル4の内側周に沿って形成されると共にコイル4の外側周に沿って形成されている。
On the upper surface of the soft
コイル6は、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって絶縁体5の上面上に位置して平面渦巻状に数ターン乃至数10ターン形成されており、コイル4とは所定距離ギャップとなる絶縁体5を挟んで上下方向に対向配置されている。コイル4および6は同一形状に形成されている。絶縁体7は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル6の上面および側面を覆うように形成されている。
The
この絶縁体7は、平面的に渦巻状コイル6の内側周に沿って形成されると共にコイル6の外側周に沿って形成されている。軟磁性体8は、それぞれ例えばフェライトにより絶縁体5および7の外側周囲、内側周囲、および絶縁体7の上面に沿って形成され、その外形がドーナツ円板型に成型されている。軟磁性体8が絶縁体5および7の外側周囲を囲うように形成されている部分を第3軟磁性体部とし、絶縁体5および7の内側周囲を囲うように形成されている部分を第4軟磁性体部とし、絶縁体7の上面に沿って形成されている部分を第2軟磁性体部としている。
The
軟磁性体3は、コイル4の下面および絶縁体5の下面に沿って形成されており、軟磁性体8は絶縁体5および7の側面および絶縁体7の上面に沿って形成されているため、軟磁性体3および8は、コイル4および6、絶縁体5および7の周囲を囲うように構成されている。
The soft
図1および図2に示すように、絶縁体2の上面上には軟磁性体3中に中継導電層9、10がそれぞれシリコン基板1の表面方向に離間して形成されている。これらの中継導電層9、10は、例えば銅、アルミまたは金などの材料によってそれぞれ引出線として構成されている。絶縁膜11、12がこれらの中継導電層9、10をそれぞれ覆うように例えばシリコン酸化膜(SiOx)により形成されている。このようにして、磁気結合回路Zがシリコン基板1上に絶縁膜2を介して各層3〜8を具備して構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, relay
中継導電層9、10の上面上には、それぞれ貫通電極13、14の一端がコイル4と同一材料で構成されている。貫通電極13は、その他端が渦巻状のコイル4の内端側に対し構造的および電気的に接続されている。貫通電極14は、その他端が渦巻状のコイル4の外端側に対し構造的および電気的に接続されている。
One end of each of the through
シリコン基板1の表層には、受信回路15および送信回路16の電気的構成が構成されている。受信回路15および送信回路16は、シリコン基板1の表面方向に磁気結合回路Zを挟んで互いに離間して構成されている。これらの受信回路15および送信回路16は、本実施形態の特徴には特に関係しないため図1のシリコン基板1上および当該基板1内の電気的構造を省略している。
On the surface layer of the
図2に示すように、中継導電層9の上面上にはボンディングワイヤ17が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ17は、中継導電層9と受信回路15との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。中継導電層10の上面上にはボンディングワイヤ18が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ18は、中継導電層10と受信回路15との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。
As shown in FIG. 2, a
図1に示すように、コイル6の上部上には、貫通電極19、20が構成されている。貫通電極19は、渦巻状のコイル6の内端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極20は、渦巻状のコイル6の外端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極19は、コイル6の上面上に接触すると共に当該接触面上から絶縁体7および軟磁性体8を上方に貫通して構成されている。
As shown in FIG. 1, penetrating
ボンディングワイヤ21は、軟磁性体8の上面上に貫通した貫通電極19と送信回路16との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。また、ボンディングワイヤ22は、軟磁性体8の上面上に貫通した貫通電極20と送信回路16との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。このような構成は、図示しない樹脂製のパッケージに収容されており、受信回路15、送信回路16から図示しない配線を通じて各種端子に接続されている。このようにして、信号伝送集積回路装置Aが構成されている。
The
上記構造の製造方法について図4ないし図7を参照しながら説明する。尚、受信回路15、送信回路16の構成については本実施形態の特徴とは関係しないため、その説明を省略する。
A manufacturing method of the above structure will be described with reference to FIGS. Note that the configurations of the receiving
厚さ数100μm程度に構成された単結晶のシリコン基板1に所望の半導体プロセスにより受信回路15、送信回路16の電気的構成を形成した(図4〜図7には図示せず)後、図4(a)に示すように、シリコン基板1上にシリコン酸化膜(SiO2)などの絶縁膜2を形成する。この絶縁膜2の厚さは磁気結合回路Zとシリコン基板1との間の電気的な絶縁性が確保できる程度の膜厚であれば良く、例えば500nm〜数μm程度が好ましい。尚、シリコン基板1に代えて、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板を支持基板として必要に応じて適用しても良い。この場合は、絶縁膜2を形成する必要はない。なお、シリコン基板1を適用した場合には、受信回路15、送信回路16の少なくとも一部または全部の電気的構成要素を所望の半導体プロセスによって内部に実装できるため小型化できる。
After the electrical structures of the receiving
次に、図4(b)に示すように、例えば銅、アルミ、あるいは金などの導電性材料を用いてスパッタ、蒸着、あるいはメッキ法により中継導電層9、10をシリコン基板1の絶縁膜2上面上に沿って形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the relay
次に、図4(c)に示すように、中継導電層9、10の上に例えばスパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの方法を用いてシリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)などの無機膜からなる絶縁膜11、12を、それぞれ中継導電層9、10を覆うように例えば100〜200nm程度の所定膜厚でパターニングする。この絶縁膜11、12の材料としては、上述の無機膜に代えて、スピンコートや蒸着法によるポリイミド等の有機膜により形成しても良い。このとき、中継導電層9の上面上に至って貫通するホール11aが絶縁膜11に形成されると共に、中継導電層10の上面上に至って貫通するホール12aが絶縁膜12に形成される。これらのホール11aおよび12aは、渦巻状コイル4の受信回路15側の内端および外端に接触する貫通電極14を埋込むために設けられる。
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film (SiO) or silicon nitride film (SiO 2) is formed on the relay
次に、図4(d)に示すように、例えばフェライトにより軟磁性体3をその外形がドーナツ円板型になるように成型する。なお、ドーナツ円板型に代えて円板型に形成しても良い。軟磁性体3としては、フェライトに代えて、鉄シリコン(Fe−Si)、鉄シリコンアルミニウム合金(センダスト)、ニッケル鉄合金(パーマロイ)、または、鉄(Fe)基、コバルト(Co)基によるアモルファス合金を適用しても良い。この場合、スパッタ法、蒸着、あるいはメッキ法などにより形成する。この軟磁性体3は、磁束が通過する際に磁気飽和を生じない程度の膜厚(例えば数10μm〜数100nm程度の膜厚)に形成すると良い。尚、シリコン基板1などの支持基板、絶縁膜2と、軟磁性体3との密着性の向上や、軟磁性体3の拡散防止のため、当該絶縁膜2および軟磁性体3間にチタン(Ti)などの密着膜(図示せず)をバリア膜として数10nm程度形成すると良い。このとき、軟磁性体3にはホール11aに貫通する貫通孔3aが形成されると共に、ホール12aに貫通する貫通孔3bが形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, the soft
次に、図5(e)に示すように、軟磁性体3の上面上に、銅、アルミニウムまたは金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、或いはメッキ法により渦巻状のコイル4を形成する。このコイル4を形成すると同時に、ホール3a、11a内に貫通電極13を埋め込むと共にホール3b、12a内に貫通電極14を同一材料にて埋込む。
Next, as shown in FIG. 5E, a
コイル4は、例えば厚さ数10nm〜数μm程度、数ターンから数10ターン程度の巻数で巻回され、コイル内端(基端)が位置するコイル内径部は、コイル径中心からコイル外端(末端)の径に対して所定割合(例えば概ね1/2程度)部分に位置して構成されている。尚、コイル4は、その対向するコイル6との間を磁束が通過でき、受信側のコイル4に所定電圧(例えば数V程度)の誘起電圧を発生できれば良いため、渦巻状でも矩形状でもさらにその組合せ形状で形成されていても良い。
The
次に、図5(f)に示すように、コイル4の上に例えばスパッタ法またはCVD法によりシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiN)を絶縁体5としてコイル4を覆うように成膜する。絶縁体5の膜厚を増加すると絶縁耐圧が向上するため、数μm〜数10μm程度の厚い膜厚で形成すると良い。図5(g)は図5(f)に対応して平面図を示している。この図5(g)に示すように、絶縁体5はその外形がドーナツ円板状に成型される。
Next, as shown in FIG. 5F, the
次に、図6(h)に示すように、絶縁体5の上面上に、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料を用いて例えばスパッタ法、蒸着法またはメッキ法により渦巻状のコイル6を形成する。このコイル6は、その膜厚がコイル4と同じ程度の膜厚で且つ同様の形状でコイル4と対向するように形成する。尚、図6(j)は、このコイル6の形成時点の平面図を示している。
Next, as shown in FIG. 6H, the
次に、図6(i)に示すように、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)などの無機膜、或いはポリイミド等の有機膜からなる絶縁体7をコイル6の上面および側面に沿って形成する。例えば軟磁性体8がコイル6の線間の凹凸内に入り込むとコイル4および6間の磁気結合特性が低下するため、この絶縁体7は軟磁性体8が渦巻状コイル6の線間の凹凸内に入り込むことを防止するために設けられており、これにより、コイル4および6間の磁気結合特性を向上できる。絶縁体7の形成方法は絶縁体5の形成方法と同一の方法を適用できる。このとき、絶縁体7には送信回路16側の渦巻状コイル6の内端上面に貫通するホール7aが形成されると共に、コイル6の外端上面に貫通するホール7bが形成される。
Next, as shown in FIG. 6 (i), an
次に、図7(k)に示すように、絶縁体7の上面および外側面、絶縁体5の内側面および外側面に沿って軟磁性体8を形成する。この軟磁性体8の形成方法は、軟磁性体3の形成方法と同一の方法により形成する。このとき軟磁性体8にはホール7aに貫通するホール8aが形成されると共に、ホール7bに貫通するホール8bが形成される。
Next, as shown in FIG. 7 (k), the soft
次に、図7(l)に示すように、銅、アルミ、または金などの導電性材料を適用し、スパッタ、蒸着、またはメッキ法により貫通電極19、20を形成する。貫通電極19、20は、送信用のコイル6の基端部および末端部の電気的接続用の電極を外部に取り出すために設けられる。
Next, as shown in FIG. 7L, a conductive material such as copper, aluminum, or gold is applied, and the through
次に、図1に示すように、貫通電極19および送信回路16間にボンディングワイヤ21を形成し、貫通電極20および送信回路16間にボンディングワイヤ22を形成する。また、図2に示すように、中継導電層9および受信回路15間にボンディングワイヤ17を形成し、中継導電層10および受信回路15間にボンディングワイヤ18を形成する。その後、エポキシ樹脂などの外装材により射出成型して全体を覆うようにパッケージすることによって集積回路装置Aを形成できるが、その詳細説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 1, a
次に、図8を参照して電気的構成について説明する。
図8は、電気的構成の一例を概略的に示している。この図8に示すように、送信側には送信回路16が構成されており、この送信回路16は印加電源Vdd−Vssの供給を受けて動作する。送信回路16は、直列に構成された複数のバッファ31〜33と、この後段に並列接続された複数のバッファ34〜37とを具備している。バッファ31〜33は入力端子INにデジタル信号が入力されると当該デジタル信号の立上り/立下り電圧変化を安定化する。バッファ34〜37は十分なドライブ電流をコイル6に通電するように構成されている。
Next, the electrical configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 8 schematically shows an example of the electrical configuration. As shown in FIG. 8, a
他方、受信側には受信回路15が構成されており、印加電源Vcc−GNDの供給を受けて動作する。受信回路15は、入力側に接続されたコイル4の入力信号を整形し出力端子OUTにデジタル信号を出力する。具体的な一例としては、受信回路15は、複数の抵抗R1〜R3、バッファ38〜39を組み合わせて構成されている。抵抗R1は、コイル4に並列接続されており入力信号の大きさ等に応じて抵抗値が予め調整される。抵抗R2およびR3は、電源Vcc−GNDのノード間に直列接続されている。
On the other hand, a receiving
コイル4と抵抗R1との共通接続点は、その一方が抵抗R2およびR3間の共通接続点に接続されており、その他方がバッファ38の入力に接続されている。バッファ38は、例えばヒステリシス特性を有しており、その出力はバッファ39の入力に接続されている。バッファ39は出力端子OUTにデジタル信号を出力するように構成されている。
One of the common connection points of the
図9は、電圧電流波形をタイミングチャートによって模式的に示しており、この図8と共に作用説明を行う。これらの図8および図9に示すように、入力端子INに矩形波電圧が与えられると、入力電圧Vinの立上り時には、磁気結合作用によりコイル4に正の誘起電圧が発生し、急激に電圧が上昇する。バッファ38には、抵抗R2およびR3により分圧された所定の直流電圧(例えばVcc/2)を重畳して入力される。尚、コイル6に流れる電流は当該印加電圧の位相に対して遅れるため、所定の増加度を有する変化を伴って流れる。この電流はコイル6の抵抗成分によって決定されるが、例えばコイル6に対し直列に抵抗を設けることで電流値を適正に保つことができる。
FIG. 9 schematically shows a voltage / current waveform by a timing chart, and the operation will be described together with FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, when a rectangular wave voltage is applied to the input terminal IN, a positive induced voltage is generated in the
バッファ38は、所定の第1閾値電圧Vref1(>抵抗R2およびR3による分圧電圧Vcc/2)以上となるタイミングにおいてバッファ39を介して出力端子OUTに「H」を出力する(図8に示すタイミング(1))。その後、コイル4の誘起電圧は当該コイル4のインダクタンス成分に応じて徐々に低下して前記分圧電圧に戻るが、抵抗R2およびR3による分圧電圧未満には低下しないため、出力端子OUTの「H」状態は保持される。
The
他方、入力電圧Vinが立下がると、磁気結合作用によりコイル4に負の誘起電圧が発生しバッファ38の入力電圧が急激に下降する。バッファ38は、この電圧が所定の第2閾値電圧Vref2(<抵抗R2およびR3による分圧電圧)以下となるタイミングにおいてバッファ39を介して出力端子OUTに「L」を出力する(図8に示すタイミング(2))。尚、コイル6に流れる電流は、当該印加電圧の位相に対して遅れるため所定減少度の変化を伴って流れる。
On the other hand, when the input voltage Vin falls, a negative induced voltage is generated in the
その後、コイル4の誘起電圧は、当該コイル4のインダクタンス成分に応じて徐々に増加して回復するが、抵抗R2およびR3による分圧電圧を超える電圧には至らないため、出力端子OUTの「L」状態は保持される。
Thereafter, the induced voltage of the
このような磁気結合回路Zの信号伝搬特性は、入力電圧Vinの立上り/立下り時の急激な電圧上昇/下降に対する応答が非常に速いため、例えば従来より用いられている低速のフォトカプラの信号伝搬特性に比較しても、特に高周波(〜数百MHz程度)における入出力伝搬特性を良化することができる。したがって、フォトカプラを高速応答性能の良い高価なデバイスで構成することなく、磁気結合回路Zによって安価に構成することができる。 Such a signal propagation characteristic of the magnetic coupling circuit Z has a very fast response to a sudden voltage rise / fall at the rising / falling of the input voltage Vin, so that, for example, a signal of a low-speed photocoupler used conventionally is used. Compared with the propagation characteristics, the input / output propagation characteristics can be improved particularly at high frequencies (up to about several hundred MHz). Therefore, the photocoupler can be configured at low cost by the magnetic coupling circuit Z without configuring it with an expensive device having good high-speed response performance.
図10は、図1に代わる磁気結合回路の構造断面を示しており、図11は、図3に代わる磁気結合回路の断面斜視図を示している。すなわち、図10および図11は、第1の実施形態の変形例を示している。なお、第1の実施形態の説明中の構成要件において同一機能を有する同種材料については同一符号を付してその機能説明を省略し、以下、異なる部分について中心に説明する。 FIG. 10 shows a cross-sectional structure of a magnetic coupling circuit that replaces FIG. 1, and FIG. 11 shows a cross-sectional perspective view of the magnetic coupling circuit that replaces FIG. That is, FIG. 10 and FIG. 11 show a modification of the first embodiment. In addition, about the same kind material which has the same function in the component requirement in description of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected, the function description is abbreviate | omitted, and it demonstrates below centering on a different part.
図10に示すように、信号伝送集積回路装置Aに代わる信号伝送集積回路装置A2は、磁気結合回路Zに代わる磁気結合回路Z2を具備している。本変形例においては、軟磁性体8は絶縁体5および7の内外側面に沿って形成されておらず、コイル4および6の側方には軟磁性体8が形成されていない。したがって、図11に示すように、軟磁性体8は、軟磁性体3と同様にドーナツ円板型に成型されている。その他の構造については、図1と同様であるため、その説明を省略する。
As shown in FIG. 10, the signal transmission integrated circuit device A2 that replaces the signal transmission integrated circuit device A includes a magnetic coupling circuit Z2 that replaces the magnetic coupling circuit Z. In this modification, the soft
図12は、発明者らが解析した磁界分布図を示している。
図12(a)は、軟磁性体を具備していない場合の磁界分布を比較対象として示している。また図12(b)は、図10および図11に示すように、ドーナツ円板型の軟磁性体をコイルの上下に具備している場合の磁界分布を示している。図12(c)は、図1および図3に示すように、軟磁性体がコイルの周囲を囲むように具備している場合の磁界分布を示している。
FIG. 12 shows a magnetic field distribution diagram analyzed by the inventors.
FIG. 12A shows a magnetic field distribution when a soft magnetic material is not provided as a comparison target. FIG. 12B shows the magnetic field distribution in the case where donut disk-type soft magnetic bodies are provided above and below the coil, as shown in FIGS. FIG. 12C shows the magnetic field distribution when the soft magnetic body is provided so as to surround the coil as shown in FIGS.
軟磁性体が設けられていない場合には、図12(a)の特性図に示すように、漏れ磁束が多く、軟磁性体8が絶縁体7の上面のみに沿って設けられている場合には、図12(b)の特性図に示すように、軟磁性体8が設けられていない場合の特性に比較して漏れ磁束が少ない。また、図12(c)に示すように、軟磁性体8が環状に設けられている場合には漏れ磁束がほとんど発生していないことがわかる。すなわち、軟磁性体8が設けられることによってコイル6に生じた磁界がコイル4に効率良く鎖交することになり磁気結合特性を強化できる。この場合、対ノイズ性能も向上できる。
When the soft magnetic material is not provided, as shown in the characteristic diagram of FIG. 12A, when the leakage magnetic flux is large and the soft
図13は、発明者らが解析した磁気結合率の特性図を示している。
この図13は、軟磁性体3、8としてフェライトを適用した場合の磁気結合率を示しており、当該フェライトをコイル4および6の上下に設けた方がより磁気結合率の特性を良化でき、さらにフェライトによりコイル4および6の周囲を囲うように構成した方が、より磁気結合率の特性を良化できることが確認されている。この場合、コイル4および6間の距離に関わらず磁気結合率を向上でき、コイル4および6間の距離が長い方がその影響は顕著となる。
FIG. 13 is a characteristic diagram of the magnetic coupling rate analyzed by the inventors.
This FIG. 13 shows the magnetic coupling rate when ferrite is applied as the soft
以上説明したように、本実施形態によれば、磁気結合回路Z(Z2)が、シリコン基板1上に絶縁膜2を介して軟磁性体3、コイル4、絶縁体5、コイル6、軟磁性体8を順に積層した構造を備え、コイル4に受信回路15が電気的に接続されると共に、コイル6に送信回路16が電気的に接続されており、磁気結合回路Z(Z2)が送信回路16および受信回路15と共に1つのパッケージ内に集積され入出力絶縁型に形成されているため、例えばフォトカプラを利用した回路に比較して高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上することができる。しかも、実用的に構成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the magnetic coupling circuit Z (Z2) is formed on the
本実施形態によれば、軟磁性体8は、コイル4および6の対向側とはコイル6の逆側(上側)に位置して、コイル6の上面に沿って配設されている。軟磁性体3は、コイル4および6の対向側とはコイル4の逆側(下側)に位置して、コイル4の下面に沿って配設されている。これにより、磁気結合率を高くすることができる。したがって、低入力電流であっても信頼性良く動作させることができ、もって省電力化を図ることができる。
According to this embodiment, the soft
磁気結合回路Z(Z2)は、絶縁体7がコイル6と軟磁性体8との間に介在しているため、軟磁性体8の材料がコイル6の線間に入り込むことを防止でき、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。
In the magnetic coupling circuit Z (Z2), since the
磁気結合回路Zは、軟磁性体3、8が、コイル4、6および絶縁体5、7の内外周囲を囲うように形成されているため、磁気結合回路Z2に比較して磁気結合率をさらに向上することができる。しかも、外部からの外来ノイズに対して遮蔽効果があり対ノイズ特性も向上できる。尚、軟磁性体8が、絶縁体5、7の内外の両周囲を囲う実施形態を示しているが、内周囲または外周囲の何れか一方の周囲を囲むように形成されていたとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the magnetic coupling circuit Z, since the soft
絶縁体5は、ポリイミドにより構成されているため、シリコン酸化膜などの無機膜と比較して容易に厚膜化できる。
磁気結合回路Z、Z2を形成する場合、シリコン基板1上に例えば絶縁膜2を介して軟磁性体3を形成し、軟磁性体3上にコイル4を形成し、コイル4上に絶縁体5を形成し、絶縁体5上にコイル4と対向配置されるようにコイル6を形成し、コイル6上に例えば絶縁体7を介して軟磁性体8を形成しているため、軟磁性体3、8の作用によって磁気結合率を向上することができる。
Since the
When the magnetic coupling circuits Z and Z2 are formed, the soft
磁気結合回路Zを形成する場合、軟磁性体8を形成するときには、軟磁性体3と共に、コイル4および6の周囲を軟磁性体によって覆うように形成しているため、磁気結合率を向上できる。
When the magnetic coupling circuit Z is formed, when the soft
コイル6を形成した後、軟磁性体8を形成する前に、コイル6上に絶縁体7を形成しているため、軟磁性体8がコイル6の線間に入り込むことを防ぐことができ、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。
軟磁性体8を形成するときには、当該軟磁性体8とコイル4および6との間に絶縁体5および7が介在するように形成するため、軟磁性体8がコイル4および6の線間に入りこむことを防ぐことができ、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。
Since the
When the soft
(第2の実施形態)
図14および図15は、本発明の第2の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、送信回路、受信回路の実装領域を変更したところにある。前述実施形態と同一機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 and FIG. 15 show a second embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that the mounting area of the transmission circuit and the reception circuit is changed. Portions having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, different portions will be mainly described.
図14は、受信回路の配置形態の一例を示している。この図14に示す集積回路装置A3においては、前述実施形態と比較して受信回路15の実装領域を変更している。この図14に示すように、受信回路15は、磁気結合回路Zの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、受信回路15がコイル4および6の直下方の例えばシリコン基板1内に設けられており、コイル4と受信回路15とが上下に延びる貫通電極41、42によって電気的に接続されている。
FIG. 14 shows an example of the arrangement of receiving circuits. In the integrated circuit device A3 shown in FIG. 14, the mounting area of the receiving
すると、前述実施形態に比較して、集積回路装置A3の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。また、コイル4および受信回路15間を接続するための電気的導電層の長さを短くすることができる。
Then, compared with the above-described embodiment, the mounting area of the integrated circuit device A3 can be reduced in a plane, and the utilization efficiency of the mounting space of the elements can be improved. Further, the length of the electrically conductive layer for connecting the
図15は、送信回路の配置形態の一例を示している。この図15に示す集積回路装置A4においては、図14の構造と比較して送信回路16の実装領域を変更している。この図15に示すように、送信回路16は、磁気結合回路Zの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、送信回路16がコイル4および6の直上方の軟磁性体8の上面上に絶縁体43を介して構成されている。この場合も同様に、前述実施形態に比較して、集積回路装置A4の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。
FIG. 15 shows an example of the arrangement form of the transmission circuit. In the integrated circuit device A4 shown in FIG. 15, the mounting area of the
尚、送信回路16のみがコイル4および6の直上方に位置するように形成されており、受信回路15がコイル4および6の脇に構成されている場合にも同様に適用でき、図14および図15においては、送信回路16および受信回路15を入れ替えて適用しても良い。
Note that the present invention can be similarly applied to the case where only the
以上説明したように、本実施形態によれば、送信回路16または/および受信回路15の実装領域が、平面的に磁気結合回路Zの実装領域内に包含するように構成されている。これにより、素子の実装スペースの利用効率が向上する。
As described above, according to the present embodiment, the mounting area of the
図面中、A、A2〜A4は信号伝達集積回路装置、Z、Z2は磁気結合回路、1はシリコン基板(支持基板)、2は絶縁膜、3、8は軟磁性体、4、6はコイル、5、7は絶縁体、15は受信回路、16は送信回路を示す。 In the drawings, A, A2 to A4 are signal transmission integrated circuit devices, Z and Z2 are magnetic coupling circuits, 1 is a silicon substrate (support substrate), 2 is an insulating film, 3 and 8 are soft magnetic materials, and 4 and 6 are coils. 5 and 7 are insulators, 15 is a receiving circuit, and 16 is a transmitting circuit.
Claims (14)
前記コイル状の第1および第2の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、
前記送信回路が接続された前記導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、
前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴とする信号伝送集積回路装置。 A first soft magnetic body portion formed on a support substrate, a coil-shaped first conductor formed on the first soft magnetic body portion, an insulator formed on the first conductor, and the insulator An insulated transmission circuit comprising a coiled second conductor formed on and opposed to the coiled first conductor, and a second soft magnetic body formed on the second conductor;
A transmission circuit electrically connected to any one of the coiled first and second conductors;
A receiving circuit electrically connected to the other conductor of the conductor to which the transmitting circuit is connected;
A signal transmission integrated circuit device, wherein the insulation transmission circuit, the transmission circuit, and the reception circuit are formed in an input / output insulation type by a circuit integrated in one package.
支持基板上に第1軟磁性体部を形成する工程と、
前記第1軟磁性体部上にコイル状の第1導電体を形成する工程と、
前記第1導電体上に第1絶縁体を形成する工程と、
前記第1絶縁体上に前記コイル状の第1導電体と対向配置されるようにコイル状の第2導電体を形成する工程と、
前記第2導電体上に第2軟磁性体部を形成する工程とを具備したことを特徴とする信号伝送集積回路装置の製造方法。 A method for manufacturing an insulated transmission circuit of a signal transmission integrated circuit device according to claim 1, comprising:
Forming a first soft magnetic body on a support substrate;
Forming a coiled first conductor on the first soft magnetic part;
Forming a first insulator on the first conductor;
Forming a coiled second conductor on the first insulator so as to be opposed to the coiled first conductor;
Forming a second soft magnetic body portion on the second conductor. A method of manufacturing a signal transmission integrated circuit device, comprising:
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